层序地层学中的层序边界识别

1层序地层学中各级层序边界的识别方法前言层序地层学可视为“地质学中的一场革命”。作为一种成功的全球性理论,它在油气资源勘探开发中正发挥着巨大的作用[1]。层序界面、层序结构和体系域及沉积体系展布是层序地层学研究的三个重要内容[2]。其中以层序界面的识别最为重要,堪称层序地层学研究的灵魂和生命[3]。在常规的层序地层学研究中,层序界面的识别主要依据地震剖面、野外露头、录井岩性、测井曲线等资料所展现的不整合面或沉积间断面[4～7]。但大量实践证明,有许多层序界面在宏观上是难于辨别的,但并非不存在,这就有碍正确划分层序[8]。这种现象已成为层序格架建立中的一大难题,长期没有得到解决。本文针对这种现状，同时根据地质、地球物理信息.由于受外界条件的干扰，在不是层序边界的地方也可能出现一定的异常而造成层序边界存在的假象。因此在判断层序边界存在与否时，不能单纯根据某一信息的异常变化，而要同时在地震特征上、测井曲线上和钻井剖面中的岩性、岩相特征上、古生物组合上、徽量元素的变化上找尽量多的证据，以期划分准确。一、层序分级1．一级层序或超层序代表相似构造背景下沉积的整个地层序列，地层规模相当于系或统。在时间跨度上大于50Ma。2．二级层序为同一个二级构造幕控制下的沉积序列，与过去所说的二级沉积旋回相当，边界为明显的不整合面。在时间上的跨度在3--50Ma。陆相盆地二级层序纵向可区分出沉积类型明显不同的2—4个体系域，二级层序下部(特别是盆地沉降初期)往往发育缺少稳定水体的陆上红色沉积地层，在陆相断陷盆地主要为主的冲积扇沉积体系，在陆相坳陷盆地发育辫状河沉积，可称为“冲积体系域”或“低位体系域”；随着二级构造幕沉降范围的扩大，沉积物不能充填满构造沉降形成的可容纳空间，遗留下未被沉积物充填的湖侵沉积序列可称为“水进体系域”。或“湖侵体系域”；最大湖侵期之后，主要由于二级构造幕后期沉降速率的降低，湖盆水体面积减小、深度变浅，发育水退型沉积序列，之后还可能发育曲流河泛滥平原沉积，可分别称为“水退体系域”和“河流泛滥平原体系域”，二者组合一起与海相盆地的“高位体系域”相当。3．三级层序为三级构造幕沉降过程中沉积的地层序列，地层规模一般当于段，其边界为沉积间断面或局部不整合，向沉积中心过渡为连续沉积面。在沉积分异程度较高的盆地，可进一步划分出水进和高位体系域。4．四级层序即准层序，由多个单砂层和泥岩层组成，地层规模相当于石油地质研究中的砂层组，5.五级层序相当于VanWagoner(1990)定义的“层组”，由一个砂层与一个泥岩层组成，五级层序一般为自旋回沉积地层单元二、利用钻井资料识别层序边界任何能够指示沉积环境与相序变化的岩心、岩屑、古生物、地化、测井等钻井资料，都可以用于钻井层序划分与对比。与地震资料相比，钻、测井资料的地质含义明确且分辨率高，既可以用于识别大套层序界面也可用于四一五级高分辨率层序划分与对比。钻井层序划分对比的一般步骤方法是：首先选择位于过渡相带的典型井，在岩心相分析的基础上，根据测井和录井资料反映的岩电组合特征，分析垂向上沉积相序演变过程，进而通过识别可容纳空间2演变趋势的转换面和突变面，识别准层序、准层序组、体系域和层序边界，确定初步的层序划分方案；然后通过多条基干连井剖面层序对比，调整层序划分结果，并根据地层叠置样式识别准层序组和体系域边界，建立钻井剖面层序地层格架。在层序地层学中主要是三级层序边界的识别，以及它所包含的最大洪泛面、初次洪泛面和准层序是关键。下面从这几个方面陈述其在钻井资料上的特征。1．三级层序边界的识别(1)层序边界的典型特征之一，是边界下伏层序的湖岸上超点向盆地中心迁移，其在钻井剖面中表现为沉积相向盆地方向的迁移，即浅水粗粒的沉积物逐渐覆盖于较深水沉积物之上。(2)由于层序边界之下是高位体系域，水体有向上变浅的趋势，反映在粒度上一般是向上逐渐变粗。而层序界面之上是低位或湖侵体系域，水体向上为变深的趋势，反映在粒度上为向上逐渐变细。所以碎屑岩粒度由向上变粗至变细的转换面作为层序边界的识别标志。(3)层序界面上测井曲线组合形状反映的相序演变趋势发生转折。在SP和RT测井曲线上，层序边界的下部一般是齿状的漏斗形，而边界的上面一般是倒置的漏斗形，所以边界一般是测井曲线幅度最大的位置。(4)层序界面附近古生物化石的分异度和丰度显著降低，一般缺少水生生物化石，有时为无化石的“哑层”。(5)在低位体系域不发育时，地层的叠置方式由进积式向退积式转变的位置可以作为层序边界的识别标志。（6)层序界面附近沉积物的颜色．般为氧化色，例如褐色、棕色和棕红色等。2．最大洪泛面的识别标志(1)在岩性录井剖面中，最大洪泛面一般发育在稳定的泥岩段内或泥岩段的顶部和底部。(2)最大洪泛面一般对应于常规总伽马删井曲线的峰值，而且应用特殊的伽马曲线，如铀、钍、钾以及他们的比率关系可以比较准确的识别最大洪泛面的位置。—般最人洪泛面具有铀最高值(大于5ugg)和钍铀低值(小于2．5)的特征。(3)从沉积物粒度演变看，最大洪泛向处于粒度最细的位置，其下粒度呈向上变细趋势，其上粒度呈向上变粗的趋势。(4)从地层的叠置方式看，最大洪泛面处于退积式向进积式或加积式叠置方式转变的位置。(5)测井曲线上，最大洪泛面一般处于sP曲线大段的泥岩基线内或电阻率曲线的最低值。3．初次洪泛面的识别标志初次洪泛面本区不明显，只在第四个层序中发育。初次洪泛面可以通过地层的骨首方式、测井曲线的组合方式、相的叠置方式等来识别。4．准层序划分准层序(即四级层序)是成因上有联系的多个岩层或岩层组组成的地层单元，地层规模相当于四级沉积旋回或砂层组，准层序内部纵向上地层相对连续、无明显沉积间断。海泛面作为准层序边界，反映了水深突然增加事件。海泛而识别要综合以下因素:岩性突变，层厚突然增加或减少，可能的冲刷与侵蚀，层面附近出现丰富的海绿石、磷灰石、黄铁矿等自生矿物，生物扰动现象向下突然增加或减少.准层序内的岩性与厚度变化在常规测井中都有显示，可以通过岩性测井与曲线形态分析来确定。地球化学测井和成像测井能够识别海绿石和生物扰动的存在。不同的准层序组类型在测井曲线上的响应也有差异。前积准层序组为一向上变粗的侧井组合，进积准层序组为一箱形的测井曲线组合，退积准层序组为一向上变细的测井组合。三、利用测井曲线资料识别3测井曲线在纵向分辨率高，且资料齐全，随着测井技术的提高，测井在层序边界上的识别越来越受到重视。层序边界是一个不整合面(或沉积间断面)以及与之可对比的整合面。层序边界的识别是层序地层学研究的基础,只有找准边界,后面其它工作才有意义。不整合面上下地层存在着不同程度的沉积间断,是一个较大波阻抗差的反射界面,基于此,在不同的测井曲线上,层序边界将会有其特定的响应,这就给我们利用测井曲线识别层序边界提供了非常有利的条件。沉积同断或不整和面上、下地层产状通常不一致，在地层倾角测井曲线上有明显的反映，反过来，通过识别地层倾角侧井上矢量图模式的变化，也可以推断沉积间断或不整合面的存在。下面从层序边界、最大洪泛面、初次洪泛面和准层序几个方面陈述其在测井曲线上的特征，以及用一些利用测井的技术去验证和评价。测井曲线识别层序边界的方法:(1)自然电位和视电阻率曲线组合识别法;(2)声波时差识别法;(3)ＴＯＣ识别法;(4)累计倾角识别法。1．自然电位和视电阻率曲线组合识别法自然电位和视电阻率曲线在层序边界附近有较大的变化,它们的幅度、形态和组合关系等能够反映沉积环境的变化,例如,自然电位的基线强烈偏移、视电阻率的突增或突减等,这些都有可能是层序边界的响应。不同的沉积环境、水动力条件及不同的水深,必然造成沉积物组合形式和层序特征的不同。因此,利用这些曲线在垂向上不同的组合特点以及横向上的追踪对比,能较为准确地识别层序边界。2．声波时差识别法沉积地层中的不整合在声波时差测井上的响应异常,此处所说的不整合是指岩石地层在沉积上缺少连续性的特征,这种非连续性是由无沉积或剥蚀作用所致,是沉积盆地中构造抬升、湖平面下降的直接结果,不整合面对应于层序地层中的层序界面。根据声波时差测井原理可知,声波时差是对沉积地层的岩性、物性、孔隙和裂缝中的流体性质等因素的综合响应。不整合的形成将导致其中某些因素出现异常,从而使沉积地层的声波时差偏离正常趋势线,这是进行不整合或层序边界识别的理论基础。在地层垂向剖面中,当这些因素发生异常时,声波时差也随之发生变化,特别是当上述因素变化不是按正常趋势变化时,声波时差随深度变化的趋势将出现异常。岩性对声波时差的影响明显,在分析研究过程中,为了消除岩性的影响,因此在同一口井中选择同一岩性作为研究对象,一般选用泥页岩。对于泥岩,声波时差随深度增加,声波时差减小,存在一条趋势线。Ｗｙｌｌｉｅ等人(1956)依据大量实验结果推断,在具有均匀分布的小孔隙固结地层中,孔隙度与传播时间之间存在着正比线性关系。在此基础上,ＭａｇａｒａＫ(1976)总结前人的研究成果,提出泥页岩在正常的压实情况下的声波时差与深度的关系式:式中,Δｔ—泥页岩在深度Ｈ处的传播时间;Δｔ0—外推出地表的传播时间;Ｃ—正常压实超势斜率Ｈ—埋深3．ＴＯＣ识别法国内外许多学者在岩心实测数据标定基础上,利用测井资料来识别富含有机质的烃源岩和有机碳总量测定分析。该方法是利用测井曲线重叠法,把刻度合适的孔隙度曲线(一般为声波时差曲线)叠加在电阻率曲线上,在富含有机质的细粒烃源岩中,两条曲线存在幅度差,定义为ΔｌｏｇＲ)。其中其表达式为：4式中,ΔｌｏｇＲ曲线幅度差;Ｒ实测地层电阻率;Ｒｎｓ非源岩泥岩电阻率;Δｔ实测地层孔隙度测井数值;Δｔｎｓ非源岩泥岩孔隙度测井数值;Ｋ与孔隙度测井测量单位相关的比例系数。在未成熟的烃源岩中,两条曲线分离的原因是由孔隙度曲线响应造成的;在成熟的烃源岩中,生成的烃类替代岩石孔隙中的水,导致电阻率增大,使两条曲线产生更大的差异(或幅度差)。并且,在一般情况下ΔｌｏｇＲ与烃源岩中的有机碳总量(ＴＯＣ)成正比关系。沉积地层中的烃源岩发育程度和有机碳的丰度与层序地层格架存在紧密关系。在层序地层学中,地层中有机碳总量(ＴＯＣ)在垂向上的分布以周期性的形式出现。ＴＯＣ的峰值常与最大湖泛面对应,在此面之上,由于高位体系域较快的沉积物稀释作用使ＴＯＣ减少,而在该面之下,由于湖侵体系域较高的沉积速率,ＴＯＣ也要减少,沿最大湖泛面ＴＯＣ增加。基于此,可以利用测井资料来判定最大ＴＯＣ的位置,也就可以找到相应的最大湖泛面的位置。可以进行层序、体系域、准层序的划分。4．累积倾角识别法常规地层倾角矢量图能识别出大的不整合面,但这种蝌蚪图较分散,也存在多解性,因此本文将介绍另一种倾角图—累计地层倾角图。既使不整合面上下地层倾角相差很小,也能用它来识别不整合面。对于一组地层倾角,把测量结果按由浅到深进行排列,对每一测点结果给定一个编号,最浅的编号为1,向下依次增加。累计倾角图是累计倾角的数值对深度或测点编号的交会图。在交会图上,纵轴为测点编号,并按一口井的测点编号由浅到深依次从纵轴顶端向下端排列,横轴为累计倾角,从起始的0°到最大累计角度排列。我们解释的重点在累计倾角图上的转折点。另外,为了突出那些小倾角变化引起的转折点,可以做出累计曲线图的一阶导数曲线(一阶导数=测量点编号差/累计倾角差),图上那些偏离以直线为基线的点可能代表着具有重大意义的倾角值的改变。利用测井资料识别层序边界能提高垂向分辨率。应用ΔｌｏｇＲ对于识别最大湖泛面、有机质丰度和水深的变化非常有用,对于层序边界的划分是一种行之有效的方法。四．利用地震资料进行层序边界识别地震层序是以不整合及与之可以对比的整一地震反射为界，内部反射相对整一的地震反射单元。地震层序划分主要利用地震反射界面具有等时性、资料覆盖整个工区的优势，可建立系统、连续和区域分布的等时地层格架，将盆地沉积序列划分为不同级别的层序地层单元，但是由于地震资料和钻井资料的分辨率的不同，在层序划分和对比中的应用不同，一般情况，二到三级层序以及内部的体系域界面上有清楚的显示。以地震层序划分为主，准层序以钻井为主，下面