层序地层学中的若干问题
石 油 勘 探 与 开 发
Vol.27 No.2 182000年4月 PETROLEUMEXPLORATIONANDDEVELOPMENT
层序地层学中的若干问题
张 文 华
国家石油和化学工业局
前 言
自从Sloss提出层序地层学(Sequence)概念以来,层序地层学的发展已有40多年的历史。它为我们从成因上解释沉积地层的形成和时空分布规律提供了新的思路,同时也为油气勘探开发增添了行之有效的指导思想和技术手段。但是,中遇到了一些新问题,它的发展和应用。,期望能有。
层序地层学是地层学发展的必然
地层学研究是一切地质工作的基础。自人类认识地质现象那天起就建立了地层的概念。层的概念是要把一个客观存在的地质体依照一定的思想或目的按顺序分成若干个小的单位以便更好地研究它。地质工作者在野外能分辨出砂岩层、泥岩层等,这个最初始的概念发展成为现在的岩性地层学。随着地质学的发展,人们在地质体中发现了生物化石分布呈层性,以这个概念为雏形发展起来的地层学分支即为现在的生物地层学。类似地,古地磁地层学、同位素地层学等等地层学分支相继发展起来。
地球是宇宙中的一个统一地质体系,不同地域之间的地质事件存在着密切的联系和差异。寻找一套全球性的统一地层划分方案对于按时间顺序研究地质事件具有重要意义。以生物演化史为基础的生物地层学和以标准剖面为基础的年代地层学在这方面作出了重大贡献,建立了目前的国际地质年代表。然而,随着地质学研究的深入,各种矛盾相继暴露出来。首先是各生物门类的演化阶段不吻合,其次是生物事件与年代地层学的标准剖面不吻合,另外,以不同的标准选择的标准剖面之间衔接不吻合。传统地层学研究的各种地质属性之间不同步的事实致使国际地质年代表中多处显出纰漏。
中国奥陶系专家赖才根曾经指出“:奥陶系”一词最初创始于英国,划分的6个“统”长期被视为奥陶系国际分类标准,,其相应的界面不整齐,,已经很(1976)认为:,争论,、后天失调,,而6个“阶”的标准剖面又多是介,我国有好几个笔石带在英国缺失,过去拿英国的分类标准研究我国的奥陶系,吃了大亏,应该建立我国自己的标准。盛辛夫(1975)认为:奥陶系内部划分意见不一致,主要是由于笔石与头足类两者发生、发展与新旧交替不完全相同。
诸多事实说明,地球上不存在用于全球对比的标准地层剖面。要建立可以用于全球划分对比的地层划分方案必须选择不具有地区性和穿时性的全球统一的事件作为标准,即在岩石中寻找那些可作为全球性同时代对比的痕迹作为地层划分的标准。
众所周知,地球上只有一个海洋,全球各地的海平面是统一的。它的升降周期长短和幅度大小在全球各点的同一时刻是相同的,不存在区域性和穿时性。如果能在岩石中找到海平面升降的变化规律,那么,全球性的海相地层划分对比问题就解决了。层序地层学在
海相地层堆积样式研究中发现,构造运动、沉积物供应速率和海平面变化是影响沉积地层堆积样式的主要控制因素,并且从中找到了海平面变化的规律。尽管海平面变化的原因还有很多争议,但层序地层学毕竟找到了这个全球海相地层划分对比标准。这是层序地层学能够快速发展的主要原因之一。原因之二是它把地质学与沉积学完美地结合在一起,从时空四维空间动态地解释了沉积地层的发生、发展过程,为寻找与沉积有关的矿藏提供了科学的指导思想和技术手段,尤其在油气勘探开发中发挥了重要的作用,前苏联科学家称它是油气普查勘探最精确的方法。
顺便提及我国陆相湖盆层序地层学研究问题。层序地层学的发展在我国曾经几度沧桑。80年代,层序地层学曾被当作最先进的找油理论广泛应用,一段时
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间之后便逐渐被冷落了。目前,层序地层学在我国陆相盆地油气勘探中还远未起到它应起的作用。究其原因,有人对层序地层学原著中全球海平面一词产生误解,不假思索地把湖盆中得到的湖平面变化曲线与全球海平面变化曲线对比;有人把海相地层的沉积层序模式套用到湖相盆地中,从而得出“层序地层学不适合陆相湖盆”的结论。
笔者认为,层序地层学产生于海相地层这是不争的事实,但它研究沉积层序的思想是关于一个盆地的,论述的是盆地沉积物堆积样式和时空发展受构造运动、沉积物供应速率、水平面变化三大因素控制,即可容纳空间与沉积作用的关系。如果把湖盆比作一个微缩的海洋盆地,陆相湖盆沉积物堆积样式和时空发展也受构造运动、沉积物供应速率、水平面变化三大因素控制,而已。因此,层序地层学同样适用于陆相湖盆,为,全球只有一个海洋。湖盆的水体独立于海洋之外,,所以,全球海平面变化规律与湖盆水平面变化规律不存在可对比性。同样,水体不连通的湖盆之间都不能进行湖平面升降曲线对比,而同一个湖盆不同点的湖平面变化曲线是可以对比的。至于湖盆沉积层序模式与海盆沉积层序模式不同问题,笔者认为,构造运动、沉积物供应速率、水平面变化三大因素在海盆和湖盆中的表现形式和影响程度不同。相比之下,湖盆中的沉积物供应速率和构造运动的影响要明显于湖平面变化,它们控制下的沉积物堆积样式很自然是不同的。湖盆与海盆甚至湖盆与湖盆之间沉积物堆积样式和沉积层序模式不同是很正常的。
总而言之,层序地层学适用于陆相湖盆。经过我国地质家们共同努力,下个世纪,层序地层学理论和技术方法必将在我国广大陆相湖盆的油气勘探开发中发挥其应有的作用。
传统地层界限与层序地层框架
没有必然联系
层序地层学引入我国地质界后,一度被当作地层学的一个分支而探索层序地层框架与各传统地层划分界限之间的关系,甚至相互引证它们的地层划分方案。理论和实践证明,传统地层划分界限与层序地层框架没有必然联系。
地层划分是要把一个客观存在的地质体依照一定的思想按顺序分成若干个小的单位以便更好地研究它。这里的单位即是地层单元,它是根据特性、属性而划分为一个单元的岩体或岩层体。从广义上看,地层划分相当于层次分析在地质学中的具体应用。层次分析就是把作为整体的研究对象首先分为层次,然后对层次之间或特定层次进行科学研究,认识其本质和规律。把地质体分为层次即是地层划分工作。
从另一个角度看“,地层”是一个被区别于其它地质体的界面所包围的地质体。“界面”一词对理解传统。由于地,所以地球上存在、以沉积、以放射性元素衰变周期为基础的同位素地层学、以地磁极倒转为基础的古地磁地层学等传统地层学,以及按水平面波动产生的沉积层序界面的大小、规模、旋回性组织地层顺序的层序地层学。它们都在探索地质体不同属性在时间上的规律和层次性。
地层的不同属性在时间演化过程中有一定的联系,可能某些属性是同步的,但并不一定所有属性都是同步的。大的地质事件可能在各个属性上都有反映,此时各划分地层方案是相互吻合的。例如加里东运动这样的“构造幕”与年代地层学中的“代”以及海平面变化巨旋回关联性较好,因而传统地层划分界面与层序地层学框架中的巨层序界面一致。但很多小的地质事件并不是对各属性都有反映,因此,以不同属性为基础的各方案划分的地层界面就不吻合。即使在生物地层学这样的同一地层学分支中,以不同门类属种为标准划分的地层界线也出现交叉,奥陶系内部划分意见的分歧就说明了这个问题。生物地层学、岩性地层学、年代地层学各自建立在不同属性基础上的地层划分界线出现不一致更是正常的。同理,层序地层学建立层序地层框架的基础是水平面变化,不同于传统地层学划分地层的基础,产生的层序地层框架与传统地层划分界限没有必然联系。
桌子山奥陶系研究成果表明,寒武系与三道坎组的界面是寒武系与奥陶系的界线,它对应层序地层框架中的2级、3级和4级层序界面。三道坎组与桌子山组的界面对应层序地层的4级、3级层序界面和2级层序的海进面。桌子山组与克里摩里组的界面对应层序地层框架中的4级层序界面、3级层序的最大海泛面。
石油勘探与开发・“北京石油勘探青年科学家论坛”论文专辑 Vol.27 No.2 20
克里摩里组与乌拉力克组的界面对应“统”的界线、4级、3级层序界面和2级层序的最大海泛面。乌拉力克组与拉什仲组的界面对应4级层序界面。拉什仲组与公乌素组的界面对应3级层序界面。公乌素组与蛇山组的界面对应4级层序界面。蛇山组顶既是奥陶系顶面也是4级、3级和2级层序界面。总体上看,2级层序界面对应年代地层学“系”的界线,2级层序的最大海泛面对应年代地层学“统”的界线。2级层序的海进面对应岩性地层界线。岩性地层学单位“组”是岩相的概念,有的对应3级层序界面,有的对应3级层序最大海泛面,有的岩性地层界线没有对应的层序地层界线。
展,提出了3级、4级、5级层序的关系,强化了相邻层次层序的关系概念,同时也为建立Sequence层次以上的相邻层次层序关系模式及本文建立通用的相邻层次层序关系模式提出了轮廓性的概念。
Mitchum复合层序模式以3级、4级和5级相对海平面波动复合为理论基础建立了5级、4级、3级层序的关系(见图2)。他们认为Lowstandsequenceset(3级层序的LST)由体系域发育齐全的数个4级层序叠置而成,TransgrassiveSequenceSet(3级层序的TST)和Highstandsequenceset(3级层序的HST)中不发育4级层序的低水位体系域。3级层,也适合于描述构造。但这个,其根本原因在于Mitchum用3个波动方程不过是自然界中的个别情况,实际上,相对海平面波动的周期是一个连续函数,相邻的3个波动方程叠加可能会出现千差万别的复合曲线,相邻层次层序关系会极其复杂。桌子山地区奥陶系研究说明Mitchum复合层序模式的不全面性。乌拉力克组很清楚地显示出数个3级层序的低水位盆底扇下超到2级层序的最大海泛面上。这意味着3级层次以上的层序都发育相应的低水位体系域,不论它处于更高层次层序3个体系域中的哪一个里面。在Mitchum的模式中恰恰就缺少这部分,它在高层次层序低水位体系域中的低层次层序表示出了相应的低水位体系域,而在高层次层序海进体系域和高水位体系域中的低层次层序未表示出相应的低水位体系域。因此,Mitchum复合层序模式要扩展成为通用的相邻层次层序关系模式必须进行修改。
实际上
,Mitchum高频海平面波动发生是以低频海平面波动为背景的基本思想可以扩展到更高层次的相对海平面波动叠置关系,即不同频率的海平面波动复合形成多层次的嵌套层序,任何层次的海平面波动都经过低水位期、海进水位期、高水位期3个阶段并相应留下低水位体系域、海进体系域、高水位体系域(或陆架边缘体系域),只是不同层次海平面波动形成的3个体系域特征和表现形式有所不同。为此,笔者建立了通用的相邻层次层序关系模式(见图3)。
与图1和图2对比可以发现,图3补齐了高层次层序海进体系域和高水位体系域中的更低层次层序低水位体系域。这样就使得新建立的相邻层次层序关系模式具有更广泛的实用性,不论层序框架中哪一层次层序,它与相邻层次层序的关系皆可使用图3描述,无
相邻层次层序关系模式
层序地层学发展至今,
表性的层序地层模式(1977)建立的Sequence包容模式(见图1)和Goldhammer(1991、HighFrequencySequence和个层次包容的复合层序模式(见图2)。
SB1—1型层序边界;SB2—2型层序边界;HST—高水位体系域;TST
—水进体系域;LST—低水位体系域;LSF—低水位扇体
系域;LSW—低水位楔体系域;SMST—陆架边缘体系域;
TS—海进面(最大海退之上的第一个洪泛面);
mfs—最大洪泛面;tfs—扇顶面;tls—具堤的水道顶面;lcc—具堤的水道复合
体;fc—扇水道;fl—扇朵叶
图1 Vail的地震地层模式图
1—沿岸平原;2—河流和河口湾;3—浅海;4—陆架或斜坡;5—水下扇
图2 Mitchum的复合层序模式图
Vail地震地层模式为人们理解基本层序结构起到
了至关重要的作用,它首次描述了相邻层次层序的关系。Mitchum复合层序模式是Vail地震地层模式的发
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1—沿岸平原;2—河流和河口湾;3—浅海;4—陆架或斜坡;5—图3 论它们的时间跨度是多少,当描述高频层序与Parase2quence的关系或者构造长期稳定、的低频层序与更高层次层序关系时,层次层序关系模式可以简化为(图2)甚至简化为(图1 文献
1 张文华,徐怀大等.桌子山奥陶系沉积层序特征.北京:石油工业出
张文华,男,36岁,高级工程师,博士,现从事全国油气勘地址:北京市亚运村安惠里4区16号楼,国家石油和化学工业局规划发展司石油处,邮政编码100723。
收稿日期 1999208216
(编辑 梁大新)
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石油勘探与开发・中文摘要 Vol.27 No.2 [2]
较为平缓,具有相对稳定的热流值,其地表热流的演化取决于盆地具体的地质背景,可能随地质历史的变化逐渐降低或增大。前陆盆地具有低的地温状况,这种地区由深部传导来的热流较小,地表热流值一般小于40mW/m2,地热梯度小于2℃/100m。图4参9(邱楠生摘)
主题词 热演化 成因 模式 裂谷盆地 坳陷盆地 前陆盆地TE111.3
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间类型。活跃的变质热液在该特殊岩相带储集层的形成和演化过程中扮演着极其重要的角色,其早期沿热液通道向岩体内部呈透入式溶蚀,在还原条件下形成了大量的溶蚀孔缝;后期热液碳酸盐充填裂缝,导致各亚相带的储集单元之间相互分隔,储集层发育间断,因此,该复合岩体仅在封闭的成岩体系解体以后才能参与围岩的埋藏成岩演化,其有效储集空间主要来自早期储集单元在构造或挠曲变形作用下的裂缝连通。图6表1参1(张映红摘)
主题词 侵入岩 外变质带 岩相 储集层模型 冷凝成岩 1
20000207
层序地层学中的若干问题[刊]/张文华∥石油勘探与
开发.22000,27(2).218~21
层序地层学已有40多年的发展历史。该学科中存在的一些问题在一定程度上影响了它的进一步发展和普遍应用。根据地层学发展史和层序地层学基本原理对3方面问题进行分析认为:(1)球一致性,联系,,因此作用的问题,法进行研究;(2)地层主要依据岩层特征和属性进行划分,而层序地层学建立层序地层的框架是海平面变化,二者划分的基础不同,因此在传统岩性地层界限与层序地层界限之间没有必然联系;(3)提出通用的相邻级次层序地层模式,认为:在理想情况下,分级嵌套的层序地层中任何一级层序所包含的次一级子层序都具有完整的体系域结构,即具有高位域、海/湖侵体系域和低位域。因此,层序地层学未来的发展需要上升或抽象到更加本质的范畴,使之更具有普适性。图3参1(王孝陵摘)
主题词 层序地层学 海相盆地 湖相盆地 全球海平面升降 层序边界 层序构型TE112.222
20000206
∥石油勘探与开发.22000,27(2).2断层连锁现象在裂谷盆地中十分普遍,断层连锁虽是短暂的过程,但该过程不仅改变了连锁前的沉积分布格局,同时对断陷的发育史存在控制作用。裂谷盆地半地堑边界正断层的生长可以划分为两种模式:断层简单生长模式和断层生长连锁模式。根据对二连盆地典型断陷的构造、
沉积发育和烃源岩分布特征等方面的研究,发现存在三种类型断陷:阿北凹陷,受单一断层生长控制发育,形成一个含油气系统;赛汉塔拉凹陷,受多条断层生长控制发育,形成一个含油气系统;乌里亚斯太凹陷,受多条断层生长控制发育,形成多个含油气系统。因此,并不是所有断陷都仅发育一个独立的含油气系统,可能发育两个或多个含油气系统。断层连锁前的传递斜坡是砂砾岩体发育的重要部位,也是勘探地层2岩性圈闭油气藏的重要领域。图6参10(王孝陵摘)
主题词 裂谷盆地 断陷 边界 同生断层 演化 模式 含油气系统 地层圈闭 二连盆地TE112
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侵入岩及其外变质带岩相与储集层模型[刊]/张映红,
朱筱敏...∥石油勘探与开发.22000,27(2).222~26
由于侵入岩及其外变质带在完全还原条件下成岩,其特殊的储集层发育机理正在受到有关学者的关注。研究认为,岩浆冷凝、热接触变质作用和水岩反应决定了该复合岩体的基本岩相结构以及储集单元的规模与分布。在这3种成岩机制作用下,岩体中心相、边缘相、角岩相和板岩相4个亚相带分别具有不同优势的孔缝组合,其中,石榴石角岩带的粒间孔缝、岩体边缘相的溶蚀孔缝和板岩相的构造裂缝为有利的储集空
准噶尔盆地异常高压特征、成因及勘探意义[刊]/查明,张卫海...∥石油勘探与开发.22000,27(2).231~35
准噶尔盆地腹部侏罗系、二叠系和南缘第三系普遍存在着异常高压,腹部主要为顶封滞排型高压系统,其主要特征是:超压带顶部存在明显的封隔层,岩性主要是厚层钙质、硅质和铁质泥岩;同一压力系统的封隔层在平面上分布稳定,具相同的埋深,即封隔层穿层、穿时、穿岩性分布。腹部异常高压的形成主要与成岩
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stresshadthemostimportantinfluenceonfluidpotential,thefluidpotentialincreasedlinearlywiththeincreasingtectonicstress;②fluidpotentialdecreasedwiththeincreasingtemperature,whichwasmoreimportantinlowtemperatureconditionand③theinfluencesoftectonicstressandtemperatureongaspotentialweremoresignificantthanonoilandwaterpotentials.ThemodelingresultsinTurpan2Hamibasinshowedthatthefluidpotentialcoupledwithstressandtemperaturewasmoreusefulinthestudyofhydrocarbonmigrationandaccumulationinacompressionalbasin.Subjectheading:Reservoirformation,Hydrodynamicmodel,Tectonicstress,Temperature,Paleotemperature,Taibeiseg,LateJurassicepoch,Oilandgasmigration,Simulation
Industries,Beijing100723,P.R.China).ShiyouKantanYuKaifa2000,27(2),18221.Somequestionshaveemergedfrom
sequencestratigraphy,andresistedthedevelopmentofthescience.Therearethreeopinionsstatedinthepaper:①AlmostallconceptsandmethodsinVail’sclassicsequencestratigraphycouldbeappliedtocontinentalstrataiftheglobaleustacyisconsideredasfittingtoanunifiedwaterbody.②Therearenocertainconnectionsbetweentheboundarymarkersoftraditionallithologicalstratigraphyandsequencestratigraphy,becausetheyhavedifferentgeologicalattributesandcorrelationrules.③perfectsubsequencepatternisdescribed,inwhichhighstandsystemtracts,systemtracts,areincludedinapplicationofsequencestratigraphy
Thermalevolutionmodelsfordifferenttypesofbasin.NanSheng(BasinandReservoirResearch,Petroleum,Beijing102200,P.).YuKaifa2000,27(2),15distribution,thermal
inthefutureifitcouldnotbecomemorebyabstraction.Subjectheading:Sequencestratigraphy,Marinebasin,Lakebasin,Globaleustacy,Sequenceboundary,Sequencepattern
evolutionandthermalabasinandtheheatconditioninthedeeplithospherearevariousfordifferenttypesofsedimentarybasin.BasedonthegeothermalevolutionandthermalstructureofthelithosphereinsedimentarybasinsofChina,somethermalevolutionmodelsinriftbasin,depressionalbasinandforelandbasinarediscussedinthispaper.Theriftbasinbeginswithahighheatflowbutitwilldecreasewiththegeologicalevolutionofthebasin.However,thepresent2day’sheatflowintheriftbasindependsontheageofrifting.TheriftbasingeneratedfromMesozoictoCenozoicperiodcanmaintainarelativehighheatflowanditsthermalstructureshowsatypeof“hotmantleandcoolcrust”,buttheheatflowinPalaeoriftbasinisrelativelow.Thermalregimeinthedepressionalbasinusuallychangesalittleandhasastableheatflow.Thermalevolutionisveryactiveornotwilldependonthegeologicsettingofthebasin.Theforelandbasin,wheretheheatflowfromthemantleisrelativelow,usuallyhasacharacteristicsoflowthermalregimewithheatflownomorethan40mW/m2andagradientof2℃/100morso.Subjectheading:Thermalevolution,Origin,Mode,Riftbasin,Depressionbasin,Forelandbasin
Thelithofaciesandreservoirmodelofintrusiverockanditsexomorphiczones.Zhang,YingHong;etal.(ResearchInstituteofPetroleumExplorationandDevelopment,CNPC,Beijing100083,P.R.China).ShiyouKantanYuKaifa2000,27(2),22226.Itisbelievedthattherearesomespecialactionstoformreservoirspaces,especiallythesolutionporesandcracksintheintrusiverockanditsexomorphiczones,becausetherock’sdiageneticevolutionwascompletedinareductionenvironment.Itissuggestedthatthreespecialprocesses,whicharemagmaticcrystallization,
thermodynamic
metamorphism
andfluid2rock
reaction,chieflydecidedthelithofaciesandreservoirspacesinintrusionrockanditsexomorphiczones.Therearefoursubfacieswithdifferenttypesofporeandfissureinthepairofmagmatic2hostrock.Amongtheirreservoirelements,theinterparticleporeandcracksingarnethornfels,thesolutionporeandcracksinboundarysubfacies,aswellastectonicfracturesinslatefaciesarethemajorandrepresentativeones.Theactivemetamorphicfluidplayedanimportantroleintheprocessforminganddevelopingreservoirspaceinthepairofrock.Attheinitialstage,itsolutedprogressivelythe
Somethoughtsaboutseveralquestionsinsequencestratigraphy.Zhang,WenHua(PetroleumDivision,DevelopmentandPlanningDepartment,StateAdministrationofPetroleumandChemical
mineralstoproducealotofporeandfissure,andthenitsuppliedcarbonatetofillthefractureswhenthemetamorphictemperaturedecreasedto300℃orlower.Astheresult,thediageneticevolution