Question

层序岩相古地理分析的基本方法与应用

Answer 1

7. 2. 1 层序 － 岩相古地理分析基本方法与意义

不同的岩相古地理研究方法，其编图单元不同，所编出的岩相古地理图反映的内容及真实性各异，以层序地层学理论为指导编制的层序 － 岩相古地理图，同样涉及编图单元的选择问题。具体方法是: ①对研究区不同相带内众多剖面进行层序地层学分析，即进行层序划分; ②在上述基础上进行层序对比，建立等时层序地层格架; ③根据研究目的，选择要进行古地理分析的有关层序，即选择成图单元; ④将与该层序相关的所有剖面的资料投点到工作底图上; ⑤分体系域编制古地理图。

通过上述层序岩相古地理编图可以看出，以层序为基础所编制的层序 － 岩相古地理图具有重要的意义，表现为:

1) 在系统讨论研究层序类型及特征的基础上，以体系域或界面为单位，所编制层序 － 岩相古地理图，更具等时性、成因连续性和实用性。所谓等时性，是由于层序是同一个全球海平面变化条件形成的，层序内的体系域是同一海平面升降周期不同阶段的产物，其更具等时性。所谓成因连续性，是由于以不同体系域编制的层序 － 岩相古地理图反映了不同海平面升降阶段内的古地理格局，在时空演化上具有密切关系。所谓实用性，是由于在海平面升降不同阶段内的沉积体系域与生、储、盖组合具有良好的配置关系，所以以体系域为成图单元编制的层序 － 岩相古地理图可反映生、储、盖时空展布特点，能较有效地克服同时异相沉积难以对比等问题。

2) 由于沉积层序内的沉积组合和组合形式是全球海平面变化、构造沉降速率、陆源补给 ( 即沉积物输入率) 及气候等四大参数相互作用的结果，因此，以沉积层序内的体系域为基本单位编制的岩相古地理图更能反映一个地区在统一地质作用场中的各种地质信息和综合效应，有利于更客观地认识一个地区的沉积作用、构造作用、事件及成矿作用等。

3) 在详细的沉积层序划分、对比研究的基础上，运用沉积层序内的体系域为编图单元编制的岩相古地理图揭示出了一些新的地质现象，诸如: ①古暴露剥蚀的圈定，此地质现象在以往的岩相古地理图上由于采用的编图单元时限跨度太大而被忽略掉了，这对寻找与古风化壳有关的油藏具有重要的意义; ②孤立台地的大小与形态的确定更为准确，其演化历史更加清晰，这在以往的岩相古地理图上由于比例尺太小和时限间隔太大而完全被忽略; ③更加精确真实地反映了海陆分布和其演化过程，这对生储盖组合研究及有利储集和生油区分布范围的圈定具有重要意义; ④反映了沉积盆地所处的大地构造背景。所编制的岩相古地理图明显反映了不同时期沉积相带的展布和迁移方向以及其中的物质组成，从而反映了沉积盆地的大地构造背景。

4) 层序岩相古地理图对覆盖区相带展布及变化具更合理的预测性。由于编图单位是选择短时间间隔内的等时或近等时体，在弄清了沉积和层序发育的主控因素后，根据层序研究总结出的沉积模式和层序模式能更合理地分析和编绘未知相带及相带界线随海平面升降的变化趋势。

7. 2. 2 层序 － 岩相古地理分析实例

7. 2. 2. 1 中国南方晚二叠世早期低水位期岩相古地理特征

以中国南方晚二叠世早期的第一个层序为例讨论不同体系域沉积时的层序 － 岩相古地理特征。

图 7. 9 中国南方二叠系某层序低水位期岩相古地理( 据田景春等，2004)

低位体系域沉积期由于受早二叠世末东吴运动的影响，古地理格局发生了巨大变化。西缘为川滇西陆，西南为越北 － 马关古陆，南缘为大新古陆，东南隅为云开古陆，桂、黔、湘交界处为江南古陆。低水位期，沉积区仅限于右江地区西部残留台地，以混屑浊积岩为主，其他地区为剥蚀区，发育0 ～50m 不等的低水位期残积相 ( 图7. 9) 。这个时期中扬子地区出现大面积暴露区、大陆、碎屑沉积和深水盆地并存的局面，扬子北缘被动边缘以深水欠补偿盆地为主体，为硅质岩、硅质页岩组合，范围限于竹溪、随州、黄陂、黄川一线以北，其余是剥蚀区。扬子克拉通盆地西部隆升成暴露剥蚀区，并在武冈、清州、城步一带出现范围较小的陆地。湘赣板内拉张盆地和华夏克拉通边缘盆地变成统一陆源碎屑充填盆地，早期的环境急剧变浅，大致以弋阳、鹰潭、临川、泰和、遂川一线为界，界线以西为三角洲环境，以东则为大陆冲积相陆源碎屑岩相;在下扬子地区，除云开古陆至浙江地区、安徽东北、江苏西北部为古陆及相应周缘地区为暴露地区外，其余地区为浅水环境，以陆屑沉积为主。

7.2.2.2在高分辨率层序格架内进行层序古地理与微相研究

以郑荣才等(2009)对川东北地区飞仙关组层序－岩相古地理特征进行的研究为例。

以沉积相和界面识别为依据，将川东北地区下三叠统飞仙关组划分为2个三级层序和6个体系域(图7.10，图7.11)，在此基础上对飞仙关组层序地层学特征进行了分析，编制了各沉积体系域的层序－岩相古地理图并对鲕滩发育规律进行了预测。结果表明:SQ₁层序发育期，飞仙关组受持续海侵影响，形成以深水台盆为中心的台盆－台地边缘－开阔－局限－蒸发台地的相带展布格局，以海侵体系域的台地边缘和台内鲕滩最为发育，该体系域也是飞仙关组鲕滩相储层最发育的层位;SQ₂层序发育期，受海平面大幅度下降和水循环受限及干旱炎热气候影响，区域沉积格局由开阔台地转化为局限台地，鲕滩逐渐消失，最终进入频繁暴露的蒸发台地环境，以沉积膏云岩为主，为飞仙关组天然气藏极其重要的第一套区域性致密盖层发育层位。

依据层序地层学理论，层序界面是由海平面相对下降时形成的不整合面或相关整合面组成，界面上发育有与海平面升降有关的物性标识，是能够加以识别和对比的。层序内部体系域不仅是海平面统一上升和下降地层旋回过程形成的等时地质体，而且体系域之间的界面也有相关的识别和对比标识。因此，而采用层序－岩相古地理编图技术，不仅能较好地细分以体系域(或更精细的准层序)为等时地层的编图单元，而且依据旋回等时对比法则能有效地克服同时异相地层之间的等时对比问题，所编制的层序－岩相古地理图具有更好的等时性、连续性和应用性。因此川东北地区飞仙关组而言，层序的成因类型和充填样式，对鲕粒白云岩储层和膏云岩盖层的发育、区域分布、几何形态、与优越的储－盖组合配置的条件及与油气聚集成藏的关系都有直接的控制作用。

川东北地区飞仙关组地层发育齐全，分布面积大，地层可对比性强，具备在等时地层格架内编制层序－岩相古地理图的条件。为了深入了解川东北地区飞仙关组沉积期沉积环境、特别是鲕滩相带的展布规律，以整个飞仙关期为编图单元先编制川东北地区飞仙关组层序－岩相古地理图，以此为背景，将研究目标锁定在包括毛坝－普光构造带在内的东南部地区，以三级层序界面和最大海泛面为等时界面，以体系域为等时地层单元，编制地层等厚图、鲕粒(颗粒)岩等厚图、白云岩等厚图、膏盐岩层等厚图等单因素基础地质图件，取优势相为编图要素;在此基础上编制以体系域为等时地层单元的层序－岩相古地理图(图7.12)，对飞仙关组鲕滩发育相带进行预测取得了很好效果。

SQ₁层序以海侵期鲕滩相带最发育，也为最有利储层发育的层位，因此，仅以海侵体系域为例描述SQ₁层序－岩相古地理特征(图7.12A)，并对鲕滩发育相带进行预测。该时期川东北地区的东南部层序－岩相古地理有如下几个特点:①自南西向北东方向，由深水台盆逐渐过渡为台地边缘缓斜坡、台地边缘鲕滩、开阔台地或蒸发台地的相带;②沉积相控制的岩性分异明显，其中台盆和台地边缘缓斜坡相带岩性主要为大套暗色泥灰岩与燧石结核灰岩组合，台地边缘鲕滩岩性主要为鲕粒灰岩、鲕粒白云岩和晶粒白云岩互层组合，开阔台地为大套泥－微晶灰岩夹泥灰岩组合，局限和蒸发台地为大套含膏泥－微晶白云岩、藻团粒白云岩和层纹石白云岩互层组合。

图7.10 川东北地区飞仙关组沉积相及层序地层综合柱状图(普光2井)(据郑荣才等，2009)

图7.11 川东北下= 叠统飞仙关组层序地层对比和地层格架(据郑荣才等， 2009 )

图7.12 川东北地区东部飞仙关组SQ₁(A)和SQ₂(B)海侵体系域(TST)岩相古地理略图及沉积模式(据郑荣才等，2009)

7.2.2.3构造－层序岩相古地理

构造－层序岩相古地理分析以板块构造理论和活动论为指导，重点突出3个方面:①在非当今的地理坐标上，恢复洋陆的分布和配置;②盆地在全球板块格架中的位置;③盆地性质等，特别是大区域级和全球古地理复原。

古地理研究与编图是力图反映盆地形成与发育时所处的构造背景、盆地的构造性质以及与全球构造的相关性，但具体分析时则仍在现今的地理坐标上表示其古地理单元、岩相和沉积环境。盆地间的距离(洋、陆间)，盆地边界的逆冲推覆或由构造活动导致缺相的地层缩短带等，在图面上以特殊的线条表示陆块和沉积域的构造边界。该边界有的是板块、陆块或地块的边界，反映盆地的归属或构造活动性对沉积体的控制，因而仍属于构造－岩相古地理图。各沉积域和块体间边界的性质依地质时期不同而改变，用符号加以区别，分别代表大陆边缘的性质:拉张、海底扩张、洋壳俯冲、碰撞、消减带和大陆边缘造山等;性质不明者仅以符号代表不同的沉积域。

马永生等(2009)在全区层序划分、对比、板块构造格局和沉积盆地性质及演化研究的基础上，以露头层序地层学理论为指导，结合钻井和地震资料，以超层序(二级层序)的体系域为成图单元，系统地编制了海相盆地和中新生代以陆相盆地为主的构造－层序岩相古地理图，分析了盆地性质和岩相展布及沉积环境，更好地揭示了烃源岩与储集体的时空展布特征(图7.13)。该类构造－层序岩相古地理图代表了岩相古地理分析的最新成果。

中国南方晚震旦世灯影组沉积晚期(SS2超层序高位体系域)构造－层序岩相展布由北向南可分为6部分。

1)南秦岭被动大陆边缘盆地:十堰断裂以北为孤立的小碳酸盐台地，主要由白云岩组成。断裂以南由灰—深灰色薄层状含碳和含磷钙质细砂岩、硅质页岩组成，并夹钙屑浊积岩。

2)上扬子克拉通盆地发育4种沉积相:①台地相，分布四川、滇东、黔西等地;②潮坪潟湖相，分布于台地内的大部分地区，暴露溶蚀作用发育，遍及上扬子地区，形成波状、葡萄状、雪花状、谷壳状和栉壳状等形态的白云岩;③浅滩相有两种:一为台内浅滩，分布于四川的峨眉—汉源、云南的宁南—金阳，由亮晶砾屑白云岩、亮晶核形石藻团块白云岩、亮晶鲕粒白云岩与藻白云岩互层组成，另一为台地边缘浅滩，分布于黔中的开阳—瓮安—湄潭，川北的南江、广元，川西的宝兴—茂汶等地，由厚层状藻白云岩、含砾砂屑白云岩、粗砂屑白云岩夹少量鲕粒白云岩及核形石白云岩组成;④萨布哈相，分布于台地中部的珙县、威信、古蔺等地。

3)上扬子东南大陆边缘盆地:川东的秀山、黔东南的松桃、黄平、镇远、三都和湘西的大庸等地为台缘上斜坡，以角砾碳酸盐岩为特征;川北的城口、黔东南、湘西、桂北等地为台缘下斜坡到盆地环境，为薄层状泥质粉晶－微晶白云岩、黑色薄层状炭质页岩、硅质页岩夹粉砂岩及透镜状白云岩和钙屑浊积岩。

4)湘黔大陆斜坡盆地:分布于安化、溆浦、长安堡等地，主要为硅质页岩、硅化微晶灰岩和硅质岩沉积。

图7.13 中国南方SS2 超层序高位体系域(晚震旦世灯影组沉积晚期)构造层序岩相古地理

5)滇黔桂、湘桂边缘海盆地:滇黔桂相区地处南盘江盆地内，为深水密度流沉积的灰绿色粉砂质绢云母板岩、千枚岩夹细砂岩、粉砂岩;湘桂边缘海盆地主要分布于广西龙胜一带，由硅质岩组成，呈灰色、灰白色，仅底部见一层灰黑色硅质者。

6)华夏克拉通盆地和华夏大陆边缘盆地，华夏克拉通盆地由滨海相灰绿色变质长石石英砂岩、绢云母板岩、夹硅质板岩、硅质岩组成;华夏大陆边缘盆地由次深海—深海相灰—深灰色薄层至中层状硅质泥岩及泥质硅质岩组成。