Question

高分辨率层序研究思路及方法

Answer 1

高频层序(盆地四、五级层序),主要受气候和局部构造控制(刘招君等,2002),有些学者认为高频层序(旋回)的形成与米兰科维奇地球运动周期影响的气候变化有关(池秋鄂等,2001;罗立民,1999;郭建华等,1998;Mitchum Jr R M et al.,1991;贾振远等,1997),Vail层序地层学认为陆相盆地中,气候环境不仅控制沉积物类型,更重要的是气候因素会导致基准面变化,从而控制层序发育。从鸡西盆地四、五级层序组成看,局部发育有构造控制的火山岩及砾岩层,显示高频层序受局部构造控制特点,但总体上盆地内高频层序可以相互对比,具有统一旋回性,暗示了与米兰柯维奇运动周期影响的气候旋回有关。

邓宏文等对河流相高分辨率层序地层学进行研究时,采用不同级次的基准面旋回对沉积层序进行研究。根据地层记录的旋回地层特征,划分出三级基准面旋回:短期、中期和长期旋回(邓宏文,1995;邓宏文等,1996、1997)(表5-2)。

短期基准面旋回:指成因上有联系的岩相组合,记录了一个短期基准面旋回可容空间由增加到减小的过程。短期旋回中代表基准面上升半旋回的地层记录以反映沉积水体逐渐变深的岩相组合为特征;基准面下降半旋回的地层记录则以沉积水体逐渐变浅的岩相组合为特征。短期旋回边界一般为代表短期基准面下降期地表冲刷作用形成的小型侵蚀面,或既无沉积又无侵蚀的非沉积作用面,或对应于相组合的垂向转换位置。短期基准面旋回主要是通过岩心、测井及露头等具有高分辨率特征的地质资料来确定的。

中期基准面旋回:中期基准面旋回是指在大致相似地质背景下形成的一系列具成因联系的短期基准面旋回组合,包括中期基准面上升和下降半旋回。中期上升半旋回由一系列代表水体逐渐变深的短期旋回叠加而成,中期下降半旋回则由一系列代表水体逐渐变浅的短期旋回叠加而在中期上升和下降半旋回中可能出现相似的相和相组合。

长期基准面旋回:长期基准面旋回是指盆地范围内,区域基准面所经历的上升和下降过程。长期旋回是以区域不整合面为边界的一套具成因联系的、连续的地层组合。显示它与传统层序地层学所定义的三级层序相当。

(一)基准面旋回的识别方法

地层记录中不同级次的地层旋回记录了相应级次的基准面旋回。每一级次的地层旋回都反映相应级次基准面旋回变化所经历时间的“痕迹”。识别基准面旋回地层性质包括:岩相物质的垂向变化;相序或相组合的变化;旋回的叠加样式;地层的几何形态等。

(1)岩相物理性质的垂向变化指的是“相”的内部结构、构造、层理特征或其他性质的垂向变化。当地层由某一岩相组成时,这种变化与可容纳空间的增加或减少有关。槽状交错层系厚度的增加常常反映可容纳空间的增大。

(2)相序和相组合记录了彼此相邻的沉积环境在地理位置上的迁移。当相序或相组合反映了沉积环境由盆地边缘向盆地中心方向的迁移,或水体由浅变深的退积变化时,它代表了可容纳空间增加的过程,反之,当相序或相组合反映了沉积环境由盆地中心向盆地边缘方向的进积变化时,则代表了可容纳空间减少的过程。

(3)构成较长期旋回的短期旋回的叠加样式反映了长期地层旋回形成过程中A/S比值的变化。短期旋回的叠加样式主要有进积、加积和退积,它们是较长期基准面旋回上升或下降过程中向可容纳空间最大值或最小值单向移动的结果,因此是识别较高级次基准面旋回的基础。

(二)层序界面识别标志和层序划分

高分辨率层序地层研究界面的确定对于正确划分层序具有关键性的作用。鸡西盆地可识别出不同级别的界面,各级别界面的成因特征、主控因素、产状、规模、主要识别标志和区域对比意义都有差别,可作为划分长期、中期和短期旋回层序的依据。

1.长期旋回(三级层序)界面识别标志

(1)构造不整合面:构造不整合面是划分三级层序的重要界面,在盆缘通常与不整合相对应,向盆地内可过渡为整合面(似整合),界面之上发育砾岩层,界面上下地层结构明显不同,该界面在盆地内可大范围追踪。

(2)岩性突变面:界面两侧没有清晰的剥蚀关系,岩心、测井、录井、露头等多项资料反映沉积物在颜色、成分、沉积构造等方面均存在明显的差异性。

(3)最大湖泛面:代表长期基面上升引起的湖水位上涨达最高点位置时的沉积界面,代表长期基准面持续上升后持续下降的相转换面。最大湖泛面位置岩性单一,层位稳定,识别标志清晰,等时性强,是极重要的层序划分标志和等时地层对比的优选界面。

2.中短期旋回划分依据

高分辨率层序地层研究更侧重于中短期旋回及其所体现出来的规律。在层序界面已确定的基础上,细致划分中短期旋回的依据有以下几条:

(1)地层剖面中的冲刷现象及其上覆的滞留沉积物。由于沉积过程中强烈的冲刷、侵蚀作用,造成沉积上的间断,常出现在河道沉积物的底部,界面起伏不平。界面上下岩性、岩相均有明显差异,界面之下为泥岩和粉砂质泥岩,之上为砾岩和含砾中一粗砂岩,具向上变细特征,它们在露头或井下均较易识别。

(2)剥蚀面上的粗碎屑岩沉积是层序底部边界附近的主要特征。在低水位体系域发育期,随着可容纳空间的由小变大,沉积物由底部的厚层块状砂岩向上变为薄层砂岩与泥岩互层,砂泥比逐渐变小,以退积式叠加样式为主;在湖侵期,随着可容纳空间的一步增大,沉积物向上泥沙比逐渐增大,至可容纳空间达到最大时,即层序发育的最大洪泛面处,形成一套相对稳定的厚层泥岩,即密集段,以加积式叠加样式为主;高水位体系域发育期,随着可容纳空间的由大变小,沉积物由下向上逐渐由薄层砂岩、泥岩互层变为厚层的块状砂岩,砂泥比逐渐增大,以进积式叠加样式为主。

(三)基准面旋回等时对比技术

以基准面旋回为参照面的地层对比是同一时间单元的地层或界面的对比,一个完整的基准面旋回,由于其变化过程中可容纳空间的不断改变,沉积物在某一地理位置发生沉积作用,在另一地理位置则发生侵蚀作用或沉积间断。在地层记录中基准面旋回有时由代表基准面上升和下降的完整的地层旋回组成,有时仅由不对称的半旋回和代表侵蚀作用或非沉积作用的界面组成。基准面旋回对比的优点是:①基准面旋回的划分是等时地层单元的划分;②地层中各级次基准面旋回具有可识别性;③多级次基准面旋回识别可进行高分辨率层序地层对比;④以基准面旋回为参照格架的层序地层分析方法在陆相环境也可应用。