陆相盆地高分辨率层序地层学概述

谭 平

(中国地质大学(武汉) 地球科学学院，湖北 武汉 430074)

1987年Haq B U，Hardenbol J，Vail P R 发表了题为Chronology of Fluctuating Sea Levels Since the Triassic的文章，标志着层序地层学正式诞生。随着对层序地层学的深入研究，在理论上逐步形成Vail层序地层学学派、Galloway成因层序地层学学派和Cross高分辨率层序地层学学派。其中，高分辨率层序地层学自1995年由邓宏文教授引入中国后，一直备受石油地质工作者的关注。

1 对高分辨率层序地层学的认识

本文所述高分辨率层序地层学源于经典层序地层学，由科罗拉多T. A. Cross教授提出。高分辨率层序地层学以岩芯、测井和高分辨率地震资料等为基础，将地层进行高精度划分对比，从而建立区域地层对比格架。这套理论为陆相盆地地层的划分和对比提供了更为准确、实用的理论依据和方法。经典层序地层学主要是依据海(湖)平面的升降变化来控制地层内部层序划分，将层序或体系域作为其基本单元，以三分体系域作为有利地层预测的基本单位。高分辨率层序地层学则是依据基准面的旋回变化来进行地层的划分和对比。其中，高分辨率层序地层学中所涉及的基准面，并不等同于海(湖)平面，也不是海(湖)平面向陆地方向的延伸，它是一个相对于地球表面连续的、波状起伏的、延盆地向海(湖)方向下倾的假想面。基准面的位置、升降变化受全球或区域性构造运动、海平面升降、沉积负荷及沉积通量等因素影响。

高分辨率层序地层学基本原理包括地层基准面原理、体积划分原理、相分异原理和旋回等时对比法则。其理论核心为在旋回基准面变化过程中，由于沉积物可容纳空间和沉积物供给量变化，使得在相同的沉积体系域中沉积物发生体积分配作用，进而导致沉积物的相序、堆积样式、岩石类型及相组合等产生差异。不论是在海相地层还是在陆相地层中，沉积作用都具有旋回性，并且可以划分出不同级次的旋回，高分辨率层序地层学正是利用这一点。在地层记录中，不同级次的旋回反映了对应基准面的旋回，基准面的全旋回变化可以由基准面上升、下降这一个二分时间单元组成。但在实际研究中，这一变化过程可能会呈现全旋回形式，也可能只由不对称的半旋回或反映侵蚀和非沉积作用的界面构成。

2 基准面旋回

2.1 基准面旋回级次划分

高分辨率层序地层学理论在陆相盆地中应用的关键就是要识别出不同级次的基准面旋回。在Cross提出高分辨率层序地层学时，并未对基准面旋回级次进行详细的划分，仅仅是分为长期、中期、短期三种基准面旋回类型。后来经过长期的研究，中国地质石油工作者依据中国陆相盆地地层发育特点提出了更为详细和实用的层序划分方案。郑荣才等人(2001)在详细研究辽河断陷盆地、川西前陆盆地、百色走滑盆地等地区的地层之后，应用高分辨率层序地层学方法提出6种基准面旋回划分类型，分别为基准面巨旋回、超长期旋回、长期旋回、中期旋回、短期旋回和超短期旋回。前三类为低频长周期旋回，后三类为高频短周期旋回。一般来说，低频长周期基准面旋回主要受控于全球性或区域性的构造运动及区域气候变化，主要控制因素为构造因素；高频短周期基准面旋回则主要受控于特定区域的气候变化及局部构造运动，主要控制因素为天文因素。这种划分方法将Cross高分辨率地层学地层层序划分提高到高时间精度，并且完善了在旋回级次上层序划分的标准。在实际勘探开发中，这种高频中期、短期、超短期旋回与油气田开发所涉及的砂组、小层砂体及单砂体具有良好的对应关系。

2.2 自旋回与他旋回

在高分辨率层序地层学中，基准面旋回是其理论核心，并且高分辨率层序地层主要是在三级层序内部识别出高频层序旋回。三级层序内识别高频基准面旋回时要注意区分自旋回和他旋回。

致使基准面旋回的因素有许多，包括基底沉降、气候变化、沉积物供给量变化等。这些因素属于外界控制因素，由外界因素控制的旋回层序为他旋回。当基准面处于上升的初期或下降晚期时，基准面处于低位，该段时期可容空间缩小，侵蚀范围扩大，能够沉积较大厚度的粗粒碎屑岩，当基准面上升，沉积区范围扩大，可容空间增加，到达最大洪泛面位置时，该时期应该以泥岩沉积为主。但在实际观测中可以发现，盆地沉积情况与理论存在差异，这是因为在高频基准面旋回中，有自旋回的存在。自旋回作用在事件沉积、基准面升降缓慢沉积、高频短周期旋回沉积或浅水湖盆沉积中对地层层序的影响较大。因此，在识别中长期旋回中的他旋回或自旋回所形成的粗碎屑岩性段时，要充分分析岩芯样品，进行沉积相恢复，利用粒度、物性等研究区分自旋回与他旋回。

3 高分辨率层序地层学应用

高分辨率层序地层学的研究为区域地层高精度划分和对比提供了方案，这一点恰恰满足油气田勘探开发过程中的应用。

上世纪90年代，高分辨率层序地层学刚刚被引入国内时，部分学者认为该方法在陆相含油气盆地研究中具有一定适应性，但其研究方法对于钻测井资料依赖程度较高，研究范围有所局限，并且对局部出现的自旋回现象考虑不多。在该阶段高分辨率层序地层学主要以理论研究为主，在实际应用中并未得到充分发挥。但是经过引入初期的理论探索，研究者发现高分辨率层序地层学将会在我国陆相含油气盆地研究中发挥重要作用。该理论对指导剩余油气藏的开发，隐蔽油气藏的寻找，储层精细描述预测及储层非均质性的研究等方面都有重要意义。自二十一世纪初期，高分辨率层序地层学在全国各大含油气盆地进行了实际操作应用，取得了大量的研究成果。以松辽盆地研究为例，孙春燕、胡明毅等人(2017)将松辽盆地北部州311地区泉三、四段划分出2个长期基准面旋回、5个中期基准面旋回和12个短期基准面旋回，并在此基础上进行沉积相和沉积砂体的精细刻画。这些研究为区域乃至整个盆地地层的划分和对比提供了更加详尽的理论依据。

4 问题与展望

在油田开发进入中后期阶段，岩性油气藏的预测、储层非均质性的研究、储层流动单元分析等都显得尤为重要，高分辨率层序地层学在这些方面的应用上都取得了不错的效果。但是，在目前的发展来看，高分辨率层序地层学在其基准面旋回划分上还存在问题。总的来说，基准面旋回层序的识别和划分还是以定性分析为主，因此对同一剖面的划分也会因人而异。另外，对不同类型的盆地，其构造作用的机制、幅度不同从而使盆地基准面旋回的判断具有独特性，因此应该更加系统地探讨不同盆地基准面旋回的响应机制。

在高分辨率层序地层学未来的发展中，定量分析将成为其发展趋势，已有不少学者在此方面取得了成就，苗小龙，王红亮等人(2013)曾提出A/S(可容空间增速/沉积物供给速率)量化方法，对辫状河沉积岩进行标准A/S定量研究从而划分短期基准面旋回；李晨，樊太亮等人(2016)应用小波变换结合Fischer图解方法来定量分析我国东部某油田X油层长期基准面旋回变化；杨应，杨巍等人(2018)应用总体经验模态分解(EMMD)方法及Hilbert变换方法对东营凹陷地层进行定量层序划分取得不错效果，为层序划分提供了新思路。另外，对不同类型陆相含油气盆地，可以建立不同盆地基准面旋回模型，从而进行更为科学系统的层序划分。