层序地层学原理及应用Word文件下载.docx
- 文档编号:20515108
- 上传时间:2023-01-23
- 格式:DOCX
- 页数:32
- 大小:1.02MB
层序地层学原理及应用Word文件下载.docx
《层序地层学原理及应用Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《层序地层学原理及应用Word文件下载.docx(32页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
层序地层学定义中所说的“地层分布模式”就是这里所指的“成因上有联系的一套地层”。
具体到每个层序来说,这“一套地层”就是指在一个海平面相对变化周期(两个相邻下降翼拐点或拐点附近)沉积的地层。
即每个层序都可包括三个体系域:
低水位体系域、海侵体系域和高水位体系域(指工类层序),或者陆架边缘体系域、海侵体系域和高水位体系域(u类层序)。
这些概念是层序地层学的核心,是许多理论和实际工作的依托。
④提高了地质学家的预测能力,包括理论预测和实际预测两个方面。
从理论预测上讲,
一1一
通过海平面相对变化的研究,可以预测尚未钻探地层的年代,预测某些应有的体系域的展布方向、范围、可能的岩相及其分布,从而对地质发展史、古地理状况作出科学的预见。
从实际上讲,可以通过体系域和沉积相的分布规律,预测有利于形成油气藏以及其它沉积矿产的有利分布带。
再进一步,通过高精度高分辨率的地震勘探(尤其是三维地震)、油藏描述烃类检测等手段,可以进行钻前油藏、油层质量预测,以至已开发油田的开发方案部署、调整、提高采收率预测。
⑤把地球科学的研究从定性推向定量。
总的来说,地质科学与其它科学相比,是比较偏于推理性的、定性的、描述性的和经验性的。
其根本原因是无法直接了解地下地质条件在时间和空间这四维参量中的真实情况和细节变化。
近年来,由于计算机技术和地震勘探以及其它有关学科的发展,已经在盆地模拟、构造史恢复、油气运移、资源评价、储量计算、储层质量预测等方面积累了不少经验,提出了一些定量研究的方法。
然而,由于对地层及其所代表的岩相在三维空间和时间上的分布不够了解,影响了上述评估的确定性,并造成不同评估值之间的重大差异。
现在,层序地层学的出现,基本上解决了这个问题。
可以相信,在不久的将来,随着地震勘探和计算机技术的进一步提高,将有可能以层序地层及地震地层学为主线,把地质研究和(或者)油气勘探的各项主要工作从头到尾贯穿起来,构成一个系统工
程。
在和其它一切与沉积学有关的科学和技术密切配合的基础上,构成一个从地层划分、相带分布、古地理环境恢复、构造发育史、油藏形成史、油藏预测、油藏质量预测到油藏开发效果监测的一套完整的、比现在精确得多的定量化研究全过程(据徐怀大,1993),,
第二章层序地层学发展历史
层序作为一种以不整合为边界的地层单位在1948年由Sloss提出:
“层序并不是一个新概念,当作者及他的同事在1948年提出时便已经是旧概念了。
这个概念及其实践和成因地层学一样旧。
”可是,我们应当肯定Slos、对于发展以不整合为边界的层序作为地层学的分析工具所做的贡献。
Sloss(1963)在北美克拉通晚前寒武纪至全新世地层之间,以区域不整合为边界划分出了六大地层单位,他称这些地层单位为“层序”,并且给它们贯以美国当地的名字,以强调它们源于北美。
尽管Slos、感到这些层序没有必要应用到超克拉通或超大陆的岩石地层学和年代地层学中,他仍用这些克拉通层序作为实际工作中的实用地层单位,例如相带等。
尽管克拉通层序为层序地层学奠定了基础,但Sloss的观点在20世纪50年代、60年代以及70年代前期除Wheeler(1958)之外仍为少数人所接受。
当P.R.Vail,R.M.Mitchum,J.B.Sangree等人的地震地层学理论在美国石油地质学家协会专刊第26号(Payton,1977)上一发表,层序地层学便进人了另一个重要发展时期。
在一系列专题论文中,专家们提出了海平面升降的概念以及相应应用于由地震反射记录的以不整合面为边界的地层型式。
Mitchum(1997)阐明并扩展了层序的概念,把它定义为“由有内在联系的相对整合的地层序列组成的地层单位,其顶、底界面为不整合面或与之可对比的整合面”。
Vail在另外两个方面修改了Sloss(1963)对层序的应用。
首先Vail和Mitchurn的层序比Sloss(1963)的层序包括的时间更短。
他把最初的六个克拉通层序进行了更为详细的划分。
这样,Sloss的层序便成了Exxon旋回图上的超层序。
其次,Vail提出了海平面升降作为层序演化机理的主导因素,但这一观点已经引起并将继续产生更多的争论。
由于第26号专刊的诞生和日臻完善的地震反射技术的出现,层序作为一种可行的、以不整合为边界的地层单位进行地层学分析比起Sloss最初的克拉通层序的概念来说确实是一次重大的飞跃。
尽管地震地层学理论代表了层序应用发展历史过程中迈出的重大一步,但它在20世纪70年代后期却主要应用于地震资料范围内的盆地分析中。
测井、岩心和露头一般不能单独用来分析层序。
地震地层学不能提供在储层范围内进行沉积地层分析所需要的精度。
Jervey(1988)提出的新的实用模型扩展了地震地层学的应用范围,并且用它来解释地震可分辨的地层模型。
这一模型很快就实现了,层序能够进一步细分为小的地层单位即“体系域”。
从理论上,Posamentier和Vail等(1988)创建了一种三维结构图,即海底扇体系域、低水位体系域、海侵体系域和高水位体系域(工类层序)或陆架边缘体系域、海侵体系域和高水位体系域(H类层序).1980年以后,识别出工类层序中的低水位体系中有盆底扇、斜坡扇、低水位前积三角洲、深切谷充填(Vail,1987).
在理论模型发展的同时,受D.E.Fra7ier(1974)和C.V.Campbell(1967)强烈影响的Exxon地层学家们开始分析研究测井、岩心和露头中向上变浅的硅质碎屑岩地层的沉积模式,目的是要提高地下地层的地质年代和相带的对比精度。
这些向上变浅的地层单位以具有重要年代地层学意义的海泛面为边界,由纹层、纹层组、岩层和岩层组构成。
实践中层以同期层面为边界,在测井对比中这是一种非正式年代地层标志。
当向上变浅地层单位及组成它们的沉积岩层很明显地已经成为体系域和层序的组成单元
时,这种研究就会迅速地和理论模型趋于一致。
虽然有些学者把向上变浅的单位称为“旋回”,但VanWagoner0990)称之为“准层序”。
Vail等保留了“旋回”的用法,以表明一个规律性重复事件发生的时间,并强调了准层序和层序之间的关系。
相互关联的准层序叠加形成退积、进积和加积式三种型式,这些有明显联系的准层序叫做“准层序组”。
每一个准层序组大致对应于一个体系域。
另外,每一个体系域都以一个明显的相组合并在层序中处于一定的位置为特征。
认识到准层序和准层序组是体系域和层序的组成单元,就可以把它们置于年代地层学的系统中,这样,它们的叠加模式、组成岩层类型及在很大程度上还有它们组成部分的沉积环境都是可以预测的。
这就加强了它们在地下地层年代和岩相对比中的应用。
准层序的概念,或象它在文献冲通常用的名字—向上浅变旋回,至少可以追溯到1836年Phillips的著述,也包括他在1912,1930,1950,1967,1971,1975以及1982等年份的著述。
Wilson(1975)论述了作为准层序边界的海泛面在年代地层学上的重要意义,他提出碳酸盐岩旋回以大范围的海侵面为边界面,这些海侵面可能是“最可能接近时间标准的”,它们比每个旋回中不同期的岩相更有效。
Krumbein和Sloss(1963)指出,一个前积浅滩砂岩的海侵面近似一个时间界线。
Anderson等(1984)和Goodwin及Anderson(1985)基于对美国纽约州赫尔德堡碳酸盐的研究,也强调了旋回在年代地层学中的重要性,他们把Wilson的向上变浅碳酸盐岩旋回称为一个PAC,为间断式加积旋回的缩写。
到1983年,在美国Exxon公司,地层分析超出了对准层序的研究,已发展到了对测
井、岩心和露头中硅质碎屑岩层序和体系域的分析。
这代表了超越地震地层学的一个重要阶段。
应用由地层学相互关系定义的测井、岩心和具有很高分辨率的年代地层学系统,就能够对储层作地层和岩相分析。
随着硅质碎屑岩层序、碳酸盐岩相和以层序为标志的生物地层学等的积累以及与地震地层学方法的结合,产生了现在被称为“层序地层学”的地层学和相分析的系统及方法论。
随着越来越多地用层序地层学方法进行盆地分析,从而产生两点重要认识:
①在许多沉积记录中硅质碎屑岩以100,000到200,000年的频率出现。
这比原先由地震地层学家发现的频率要高得多;
②低水位体系域是保存在硅质碎屑岩层序中占主导地位的体系域,在大陆架它的主要组成部分是深切谷。
有关深切谷的例子在文献中已引用。
Fisk(1944)记载了与大约27,000年以前开始的
最后一次海平面下降相对应的“密西西比峡谷侵蚀下切作用”。
密西西比深切冲积谷在有些地方深260m、宽193km。
从伊利诺斯州到现在海岸线的下部约三分之二为冲积充填,大约延伸963km远,充填物包括砾石和粗砂。
利用高分辨率的地震资料,Suter等(1985)记录了穿过墨西哥湾北部大陆架的区域深切作用,它也是与最后一次海平面下降相对应的。
美国西部阿尔必阶泥质砂岩及其同期地层中的深切谷均已被人们深人地研究过。
层序地层学将深切谷的形成与相对海平面的升降联系起来,并首次把深切谷列人层序和准层序边界的年代地层学范畴。
地震、测井、岩心和露头中层序的详细分析揭示了在低水位体系域的上倾部分深切谷在时空上广泛出现。
因此,深切谷的年代、分布以及充填物都是可以预测的(Wagoner等,1990).
第三章‘层序地层学模式
第一节层序地层系统
层序地层学对地层单元的划分有其自己的体系,见表3-1,3-2。
识别和研究这些地层单位及其在地层年代和岩相对比中的应用是层序地层学的关键。
以下从本系统中的最小单位—纹层,向上至最大的单位—层序进行讨论。
层序地层系统中的每种地层单位仅用地层的物理关系来定义和识别,这些物理关系包括横向莲续性、单位边界的几何形状、垂直叠加模型以及在单位中地层的横向几何性质。
而且,对于边界面两侧地层的岩相及环境分析都十分重要,尤其是对准层序、准层序组及层序边界的识别。
第二节纹层、纹层组、岩层、岩层组
Campbell(1967)识别出纹层(lamina)、纹层组(laminaset)、岩层(bed)、岩层组
(bedset)作为沉积体的组成部分。
我们把这些地层单位作为准层序的基本单位。
它们的基本性质如表3-1所示,定义及详细特征如表3-2所示。
上述四种地层单位在成因上基本相似,但它们在形成时间间隔及边界面延伸范围上有所差别。
确定边界面的主要依据为:
①结构变化,②地层尖灭,③以生物钻孔、植物根或土壤带为标志的假整合。
图3-1表示地层边界面的分级标准。
边界面有轻微侵蚀或无沉积,把新老地层分开。
其横向连续性可以从几平方厘米的纹层到几平方公里的岩层或岩层组。
这些边界面形成较快,从几秒钟到几千年,因此在其分布范围内基本上是等时的。
另外,由这些边界面所代表的时间间隔要比由这些岩层本身所代表的时间间隔大得多。
由于这些原因,岩层和岩层组通常用作在多种沉积背景下进行大面积的年代地层对比。
加密感应测井(井距由0.8到3km,特别在海相页岩和泥岩剖面)或连续露头上,以岩层或岩层组为基础的年代地层学分析可提供最详尽的数据进行时间地层分析。
第三节准层序
一、准层序研究范围
准层序已经在湖相、海岸平原、三角洲、海滩、潮汐带、河口湾以及陆架环境中被识别
出来。
但是在河流沉积剖面中,没有海相或边缘海相不出现;
在斜坡或盆地剖面中,因沉积在海平面以下很深地带,故不受水深增加影响,对上述环境所形成的准层序很难鉴定。
本文所说的准层序是指那些在各种环境下所形成的能够识别的准层序。
二、定义
I.准层序(Parasequence)
准层序为以海泛面或与之相应的界面为边界的一组有内在联系、相对整合的岩层或岩层
组序列,在层序中有特定的位置。
准层序可以以层序边界为顶界面或底界面。
2.海泛面(Floodingsurface)
该界面将新老地层分开,横穿该界面水深明显地增加。
这一加深通常伴随有较小的水下侵蚀或无沉积(但不会出现由河流回春或相带向盆地内移动而造成的陆上侵蚀),并有一个较小的间断标志。
海泛面在海岸平原及大陆架上都有一个相应的界面。
三、特征
准层序特征在表3-1中已列出。
绝大多数硅质碎屑岩准层序是进积型的,即较新沉积的砂岩向前、向盆地方向连续进积。
这一沉积模式形成一个向上变浅的相带分布,即新岩组逐渐地沉积到浅水水域。
大部分硅质碎屑岩及碳酸盐岩的准层序属这种向上变浅的序列。
向上变粗及向上变细的地层序列的测井曲线及地层特征如图3-2所示。
在典型的向上变粗序列中(图3-2A到3-20,岩层组变厚、砂岩颗粒变粗、砂泥岩比例向上增加。
而在向上变细的准层序中(图3-2D),岩层组变薄、砂岩颗粒变细(通常达到泥和煤的粒级)、砂泥岩比例向上减小。
向上变粗及向上变细准层序中的垂向相带关系揭示了水深逐渐变浅的历程。
水深逐渐减
水深逐渐减小的迹象,如前滨岩层组明显地位于下临滨岩层组之上,在准层序内还没有观测到。
同样,指示水深逐渐增加的垂直相带关系也没有在准层序内观测到。
即使“向上变深”准层序确实存在的话,它们在岩石记录中也可能是罕见的。
大多数“向上变深”的相带组合可能是由退积准层序组向后叠加产生的。
在有些环境中,硅质碎屑沉积致密或水体太深、岩性变化不明显,因此形成的准层序难以辨认。
在这些剖面中,地层出现水体向上逐渐加深的现象,只有小心地观察才能揭露标志准层序边界的海泛面的微弱证据。
准层序中岩层组沉积的物源是在海岸线附近的河口区。
准层序从盆地边缘向盆地中心充填,海岸线向盆地内部移动是通过准层序进积来完成的。
沉积在中至外陆架上的准层序,除在海平面相对下降时期外,通常不在内陆架沉积。
但也不排除个别例外,如南非的现代滨岸,强大的洋流横扫三角洲前缘的沉积物,进而在整个陆架上形成沙浪并沉积。
如果地史时期存在相似的地质背景,那么就会形成与此类似的沉积。
四、准层序边界
准层序边界是海泛面及与之相应的界面。
它无论是从地区性还是到盆地范围内都是平坦的界面,表现为在大区域内仅有较小的地形起伏。
通过海泛面可明确地区分开其上覆的深水岩石(如陆棚泥岩)和其下伏的浅水岩石(如滨海相砂岩)。
这个海泛面伴随有短暂的沉积间断,具有较弱的海底侵蚀或者无沉积,与海泛面有关的海底侵蚀程度在Im范围内(但更可能的范围是从几厘米到几十厘米)发生变化是正常的。
人们在具海泛面的岩心或露头上发现少量海进滞留沉积,它们的分布与层序边界不一致。
海进滞留沉积在这里定义为一种厚度通常小于0.6m、较粗粒物质的层状沉积,由生物介壳、介壳碎片、粘土撕裂屑、钙质结核和硅质碎屑砾石或卵石组成,它们来源于下伏岩层,是由于海进期间海岸带岩石受侵蚀所成。
而且这种物质集中在海进面顶部形成不连续的地层,通常分布在内至外陆棚上。
在岩心或露头中观察海泛面可以用这种沉积颗粒(如以上列出的)为标志进行边界识别,然而当海侵滞留沉积出现在海泛面上时,则该沉积明显地来源于下伏岩层,如卵石质砂岩顶部的薄层硅质碎屑砾石。
更常见的情况是滞留沉积出现在与层序边界一致的海泛面上,在这种情况下,滞留沉积与下伏沉积没有明显的同源性。
下文将简述四种类型的滞留沉积,其中只有第一类是海侵滞留沉积。
第一类滞留沉积由分布不连续、形状不规则、直径达2.5cm的钙质结核组成,位于海泛面上,与位于深切谷底部或河间地带的层序边界一致。
它来源于层序界面暴露地表期间在土壤层中形成的钙结砾或钙质结核,后来的海侵搬运走了相对容易剥蚀的土壤,使结核作为滞留沉积物集中形成于海侵面上。
这些结核通常作为土壤层存在的唯一标志,除非在海侵陆棚的低凹地带保存有零散的残余土壤层。
第二类滞留沉积是由强烈的生物扰动、波浪或水流对准层序的改造作用直到海泛面以下1.5m形成的,它筛去了较小的颗粒并使较粗的颗粒集中。
这种改造作用逐渐向下进人下伏岩层,所以剩余准层序与被改造的沉积物之间没有任何能区分它们的界面。
这种改造作用可解释为因风暴或海进之后,海侵面上形成相当数量的小颗粒沉积之前,由正常的两栖动物群活动所致。
在某些地方,生物扰动作用和海底出露可以形成坚硬的地面。
一般来说,_这种滞留沉积形成于海泛面之上,与层序边界一致。
第三类滞留沉积通常发现于海泛面之上,它在海平面上升之后,一定数量的较细颗粒的硅质碎屑沉积物前积于陆棚之前出现;
并伴随有机或无机碳酸盐岩在海泛面上聚集。
有机碳酸盐岩以介壳层的形式形成于海泛面上,为厚度可达1.8m、广泛分布的板状岩层,虽然这些介壳层被风暴筛选或重新改造,但这些生物遗体说明了它们是陆架上固有的而不是来源于下伏岩层。
在沿着美国马里兰州一个悬崖分布的中新世地层中,这些类型的介壳层位于海泛面之上并与层序边界一致,无机碳酸盐岩以鲡状灰岩或豆状灰岩的形式在海泛面上形成滩或
坝,特别是这些地方无机碳酸盐岩层与远离深切谷的边界一致。
在一次缓慢的海平面上升期间,当靠外的部分陆棚随海平面处在低水位期被较浅的海水覆盖时,这些颗粒类型聚积起来,波浪搅动作用足以使之形成鲡粒灰岩或豆状灰岩。
最后,当连续海平面上升使得碳酸盐岩颗粒位于波基面以下时,浅滩停止发育并且可能因风暴就地改造而分布于陆棚上。
第四类滞留沉积很可能是最常见的类型,它是一种位于深切谷底部层序边界之上的河道滞留沉积,是在海平面下降期间形成的。
主河道滞留沉积由各种类型的颗粒组成,最常见的有滚圆的隧石、石英或石英岩,其厚度范围从仅一个卵石厚的薄透镜体到上米厚的岩层。
因此这种滞留沉积形成于海平面下降期间,这将在“层序边界特点”部分讨论“深切谷”时进行阐述。
海泛面在海岸平原和陆棚上都有一个相应的界面存在。
在海岸平原上的相应界面不是以烈的陆上侵蚀、河道回春、海岸超覆下移或下覆岩层的上超为标志,而可能以由于河流作用造成的局部侵蚀或暴露大气中的原地证据来鉴别,如正常情况下在海岸平原沉积中发现的土壤层或含植物根层等。
陆棚上的相应界面是一个整合面,没有明显的沉积间断显示,它可通过薄层的远洋或半远洋沉积来鉴别。
这些沉积物包括薄层的碳酸盐岩、富含有机质的泥岩、海绿石和火山灰等,反映了陆源沉积物的缺乏。
海岸平原中或陆棚上的相关界面通常只能根据海泛面上倾或下倾对比来鉴别。
在平静的深水环境里,如大陆坡或海盆底,准层序边界也不能识别出来。
准层序边界的特征表明它们是由于水深的突然增加而形成的。
水体加深的速度足够地快,从而阻止了沉积的发生。
图3-3简单地说明了准层序边界的形成过程。
在两种特殊情况下,如图3-4所示,准层序以层序边界为上界或下界。
第一种情况(图3-4中的上图)层序边界截切下伏海进体系域中的准层序并侵蚀到下临滨砂岩(A井)和海相泥岩(B井)中。
随后低水位岸线准层序沉积在层序边界的顶部,原因是:
①较新的准层序上界以海泛面为边界,下界以层序边界为界;
②较老的准层序上边界以侵蚀性层序边界为界,下边界用海泛面确定。
从该例中正确的与错误的准层序解释相比可知,准层序边界解释必须以层序边界的确认为基础,如果层序边界不能识别,就会导致层序解释的错误。
在第二种情况下(如图3-4中的下图),2井中的层序边界表现为陆上暴露面,它与海泛面一致。
这两个面的并置使得一个准层序的上、下边界分别由层序边界和海泛面定出。
2井中最新的准层序顶部存在三个一致的界面:
①准层序边界最初由海泛面定出,海泛面很可能形成于高水位末期;
②层序边界表现为陆上暴露面;
③最后的海泛面形成于海平面上升时期,结束于低水位期。
位于区域层序边界框架中的准层序边界是进行测井和岩心局部性时间和岩相对比的最好界面,也是编制古地理图的重要界面。
原因是:
①准层序边界易于识别并能分开新老地层;
②这些边界迅速形成,也许数百年至数千年就能形成,这个近似的时间标志对于年代地层学很有用;
③层序边界在成因上与岩相组合有关,因而它能为层序内测井横剖面的岩相解释和对比提供一个基本格架;
④当准层序边界延伸范围很广时
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 地层学 原理 应用