Question

旋回层序地层学关键技术研究及应用

Answer 1

胡小强

第一作者简介：胡小强，男，1976年出生，硕士，主要从事海洋地质与石油地质研究。

（广州海洋地质调查局 广州 510760）

摘要 层序地层学是研究地层分布的一门学科，高分辨率层序地层学是当今层序地层学发展的主要方向之一。本文将介绍T.A.Cross倡导的成因地层组提出一种高分辨率层序地层分析方法——旋回层序地层学，探讨其关键技术运用方法，并以此为指导，利用钻井、地震资料、岩心和各种分析资料，对渤南凸起地区的层序进行了综合分析研究，建立了下第三系层序地层格架。

关键词 旋回层序地层学 层序地层格架 高分辨率 基准面旋回

1 前言

高分辨率层序地层学研究是层序地层学发展方向之一，20世纪90年代初Cross等人完善了Wheeler的基准面概念，使其与现代的层序地层学理论接轨，并提出旋回层序地层学（cycle sequence stratigraphy）的研究方法，提高了沉积矿产特别是油气勘探中具体目标的精确预测。

旋回层序地层学以地层过程⁃响应沉积动力学原理为理论基础（Cross，1996），其研究方法的关键技术主要有旋回识别技术、旋回等时对比技术等。下面以某地区实际资料为例来，分析旋回层序地层学研究方法的关键技术。

2 理论基础与关键技术

2.1 基准面旋回的识别、对比技术原理

地层的旋回性是基准面相对于地表位置的变化产生的沉积作用、侵蚀作用、沉积物路过形成的非沉积作用和沉积非补偿造成的饥饿性乃至非沉积作用随时间发生空间迁移的地层响应（邓宏文，1995）。地层记录中不同级次的地层旋回反映了相应的基准面旋回。用于识别地层旋回及其对称性的性质共有四类：即单一相物理性质的垂向变化；垂向相序和相组合的变化；旋回的叠加样式；地层的几何关系。

叠加型式的识别：可容纳空间有规律的地理和时间变化产生了一种可识别的进积单元叠加型式，可按几何形态描述为向海阶进、向陆阶进和垂向叠加（图1）。这些几何形式反映了叠加在一个较低频率的基准面穿越旋回上的高频基准面旋回。这些叠加型式及其在长期基准面穿越旋回中所代表的部分可按下列方式与Vail型的以不整合为界的沉积层序相比拟，向海阶进进积单元（大致相当于高水位体系域）沉积于长期基准面下降时期。继一系列向海阶进事件之后的垂向叠加进积单元（大致相当于低水位体系域）沉积于长期基准面上升之始。向陆阶进进积单元（大致相当于海进体系域）沉积于长期基准面上升时期。继一系列向陆阶进事件之后，另一垂向叠加进积单元系列（大致相当于早期高水位体系域）沉积于长期基准面上升期末和长期基准面下降之初。

图1 一进积单元序列的地层结构示意图，按向海阶进（SS），垂向叠加（VS）和向陆阶进（LS）形态排列

Fig.1 The stratification construction schema of the progradation sequence

等时对比技术：高分辨率地层对比是同时代地层与界面的对比，不是旋回幅度和岩石类型的对比，一个完整的基准面旋回及与其伴生的可容纳空间的增加和减少，在地层记录中由代表二分时间单元（每部分分别代表基准面上升和下降）的完整地层旋回组成，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构成。

在成因地层的对比中，基准面旋回的转换点（turnround point），即基准面由下降到上升或上升到下降的转变位置，可作为时间地层对比的优选位置。转换点在地层记录中某些位置表现为地层不连续面，某些地理位置表现为连续的岩石序列。岩石与界面出现的位置与比例，是可容纳空间和沉积物供给的函数。由于基准面变化的地层记录是以多级次频率（多级次旋回）出现在区域范围内，可跨越各种沉积环境，因而以地层基准面识别为基础的地层对比不依赖于沉积环境，也不需要了解海平面的位置与运动方向。

2.2 基准面旋回识别的关键技术

2.2.1 短期地层旋回的划分及特征

短期地层旋回（SSC，Short⁃term Sequence Cycle）的起点选用了基准面由下降到上升的转换点。该点在测井曲线上较易识别，表现为低自然伽玛、低自然电位、高电阻的特征，一般为水道底部的侵蚀面（马正，1992）。短期地层旋回的特征：

2.2.1.1 低可容纳空间的短期旋回

此类短期旋回仅出现于最低可容纳空间，低A/S（可容纳空间变化量与沉积物供给量的比值）比值条件下的中期旋回的两个地层位置上，即中期旋回的底部附近，或者基准面下降到上升的转换点附近（图2a）。

图2 短期地层旋回的特征

Fig.2 The character of SSC

2.2.1.2 高可容纳空间的短期旋回

高可容纳空间的短期旋回出现于中期基准面上升半旋回至基准面下降半旋回的转换位置附近，高A/S，与低可容纳空间短期旋回比较，其突出特点是旋回的对称性更好和厚度更大（图2b）。

2.2.1.3 中等可容纳空间的短期旋回

此类短期旋回主要发育于中期旋回中等A/S比值条件下中等可容纳空间旋回中。中等可容纳空间的短期旋回往往是不对称或对称性较差的。中等可容纳空间的短期旋回的相序或相组合特征介于高可容纳空间和低可容纳空间旋回的相序和相组合特征，呈现一种过渡的相组合或相结合厚度上的变化（图2c）。

2.2.2 中期地层旋回的划分及特征

中期基准面旋回（MSC，mediate⁃term sequence cycle）的确定是在对短期基准面旋回叠加样式分析的基础上进行的。具有特定叠加样式的一组短期旋回构成中期基准面旋回。即在大致相似的地质背景下形成的一套成因上有联系的岩石组合。这些叠加样式常常具有鲜明的测井响应。故可依据以上三种短期基准面旋回叠加样式来划分中期旋回。

中期旋回可划分为以下几种类型：

（1）退积⁃进积对称型

该类型在测井曲线形态上表现为由退积叠加样式渐变过渡到进积叠加样式。对应的岩性剖面则表现为旋回的下部单层砂岩厚度向上逐渐变薄、泥岩增多，A/S增大→A/S变小，粒度变细，泥质含量增多，泥岩（夹层）厚度增厚；旋回上部砂岩厚度逐渐增厚，粒度变粗，泥质含量减少，泥岩夹层厚度减薄。旋回对称轴或基准面旋回是在上升到下降的转换位置，位于中部泥岩最厚处，即密集段的位置上（图3a）。

图3 中期地层旋回类型

Fig.3 The types of MSC

（2）退积⁃进积非对称型

该类型在测井曲线形态上表现为由退积叠加样式渐变过渡到进积叠加样式。依退积⁃进积在中期旋回中所占的比例可分为如下两种类型。

a.以退积为主的退积⁃进积非对称型

此类中期旋回的下部，砂岩渐少，泥岩增多，上部砂岩逐渐增大，泥岩逐渐减少，旋回非对称轴位于泥岩最厚处，该对称轴明显地位于下部（图3b）。

b.以进积为主的退积⁃进积非对称型

此类中期基准面旋回对称轴上、下两部分，以对称轴上部的进积为主，旋回上部的短期旋回的数目远远大于旋回下部的短期旋回的个数，旋回的上部泥岩向上减少，砂岩增厚，下部则相反（见图3c）。

（3）极不对称型

此类基准面旋回仅发育基准面上升半旋回或基准面下降半旋回，如退积型MSC4中期基准面旋回、进积型MSC2中期基准面旋回（见图3d）。

3 渤南凸起旋回层序地层学研究实例

渤南凸起位于渤中坳陷南部，南界黄河口和庙西凹陷，北界渤中和渤东凹陷，近东西走向，面积4500km²，郯庐断裂的东西两分支纵贯渤南凸起形成“东西分块，南北分带”的格局（光明，1990）。

为了建立研究区的钻井层序地层格架及进行旋回对比，对研究区四口井即a井、b井、c井和d井四口井的资料进行了研究，并做出了相应的层序地层综合剖面图（如图4）。

3.1 钻井层序地层格架

高分辨率钻井层序地层划分及层序地层格架的建立在一剖面各级次地层旋回识别的基础上进行，多级次地层旋回是各级次基准面旋回在沉积记录中的反映，在认识各级次地层旋回的基础上，相应地识别各级次基准面旋回，从而建立高分辨率钻井层序地层格架。

通过钻井资料的研究，下第三系东营组—上第三系馆陶组，可识别出6个中期基准面旋回，即东营组东三段MCS1，东二段MCS2，东一段MSC3，馆陶组分为三段MSC4、MSC5、MSC6。每个中期基准面旋回分别由1⁃3个短期基准面旋回构成，各级次基准面旋回的对称性因古地理环境而不同。

东营组东三段MSC1旋回由SSC1、SSC2两个短期基准面旋回组成。SSC1是进积型极不对称旋回，SSC2是以下降旋回为主的短期基准面旋回。MSC1中期旋回，泥岩发育，具有明显较平直测井曲线，SP表现为高的负幅值，GR表现为正高值。它主要反映了中浅湖环境的沉降特征。

东二段MSC2旋回由SSC3和SSC4两个短期基准面旋回组成，他们都是以下降旋回为主，呈进积形式叠加。SSC3是仅发育下降半旋回的非对称旋回；SSC4以基准面下降旋回为主的短期基准面旋回MSC2只发育下降旋回，由下到上反映水体变浅，泥岩含量减少，砂岩含量增加，总体表现为滨浅湖相沉积。

图4 C井层序地层综合剖面图

Fig.4 C well sequence stratum analysis section

东一段MSC3中期基准面旋回由SSC5⁃SSC8四个短期基准面旋回组成，这四个短期旋回有较完整的上升和下降旋回，呈加积形式组成MSC3。MSC3中期基准面旋回为退积⁃进积对称型，岩性剖面上砂岩含量明显增加并与泥岩频繁交互，反映了河流平原环境的沉积特征。

馆陶组岩性剖面上砂泥含量比增大，SP曲线多呈箱形，是河流平原环境的沉积特征，形成了以低可容纳空间为主的旋回。

MSC4中期基准面旋回仅发育基准面上升旋回，它由SSC9、SSC10及SSC11呈退积叠加形式组成，这三个短期基准面旋回也为非对称型，以退积为主。SSC11 仅发育上升旋回。MSC4中期基准面旋回岩性剖面上砂，砾岩含量很大并与泥岩频繁互层，整体表现出河流环境的沉积特征。

MSC5中期基准面旋回由SSC12⁃SSC16四个短期基准面旋回组成。这四个短期旋回呈加积形式叠加，故MSC5对称性较强。四个短期旋回对称性也较好，整体上形成砂泥互层的曲流河沉积。

MSC6中期基准面旋回由SSC17⁃SSC20四个短期旋回组成。它与MSC5中期基准面旋回特征相似，但砂、泥岩厚度普遍加大，砂、砾岩含量仍很高。MSC6中期旋回仍为低可容纳空间的旋回。该地区自下第三系东营组到上第三系馆陶组共可识别出20个短期旋回，组合成中期旋回6个，并依此建立了研究区钻井层序格架。

3.2 高分辨率钻井层序地层对比

层序划分的主要任务是纵向上分出不同时期形成的地层单元，而层序对比的目的是在横向建立同一时期形成的地层单元之间的关系（C.K.威尔格斯等，1992）。

本文以短期基准面旋回作为高分辨率钻井地层对比格架建立和对比的基础。因为：①短期基准面旋回虽然在平面上及厚度上有一定变化，但其对称性及组合特征相对稳定，可由此进行追踪和对比。②高分辨率钻井层序地层应是钻井资料中能分辨出来和进行对比的，乃至可以作图的层序级别。本文短期基准面旋回基本上具备以上特征。

本文所研究的四口井A井、B井及C井位于凸起南部，大致呈线型自东向西分布，D井位于这三口井北部。因此，本文井间对比以东西向三口井为主，D井另行讨论。

东三段MSC1中期基准面旋回由两个短期基准面旋回组成，并且旋回均以基准面下降的半旋回为主。东三段岩性较单一，除底部发育几套厚度不大的砂岩或砾岩外，其余都为泥岩且泥岩质地较纯，测井曲线变化幅度不大。A井最为典型，厚度也最大。A井、B井及C井中的短期基准面旋回特征相似，但从东向西旋回厚度依次减薄，旋回顶部砂砾岩含量逐渐增加、粒度增大，反映了沉积时东高西低的古地貌特征。D井MSC1厚度最大，短期基准面旋回组合规律及厚度与A井相似，表明当时它们具有较一致的地质背景。

东二段MSC2中期基准面旋回是个仅发育基准面下降半旋回的中期旋回，它由SSC3和SSC4两个短期基准面旋回组成。从东向西自A井，B井到C井旋回厚度依次变小，仍反映了沉积时东高西低的古地貌特征。D井岩性剖面与B井最为相似，旋回特征也相近，说明MSC2旋回沉积时它们环境相似。

各井东一段MSC3中期基准面旋回特征有所不同，A井仅发育基准面上升半旋回，它由SSC5、SSC6及SSC7三个短期基准面旋回组成；B井MSC3中期旋回厚度最大，它由SSC5⁃SSC8四个短期旋回组成，其砂砾岩含量较之A井少，且粒度较细；C井MSC3旋回缺失。D井此时旋回特征仍与B井相似，但SSC6缺失。

通过对东营组进行旋回对比和岩性分析可知，东三段沉积时研究区物源主要来自东部，A井此时处于构造较深处，所以形成巨厚泥岩。东二段沉积时，物源发生变化，主要来自研究区西侧，同时A井处较之B井、C沉积速率大，故A井在东二段形成了厚度很大的三角洲相的地层，并因此使研究区地貌发生了显著变化。在东二段以后，研究区地形由东高西低变成中间低两头跷起（东西向）。东一段研究区整体抬升，接受河流平原相沉积，C井此时处于地势较高处可能没有接受沉积或早期有少量沉积后期又被剥蚀掉，因此其MSC3中期基准面旋回缺失。

研究区的馆陶组对应MSC4、MSC5和MSC6三个中期基准面旋回，整体表现为曲流河平原相沉积。B井所在位置仍较东西两侧深，这反映在短期旋回个数较多，砂砾岩含量低、粒度细，泥岩厚度大。D井总体特征与B井相近，局部也有特征表现出沉积时地势较B井高。

地层的旋回特征是基准面旋回的反映。本文所研究的基准面旋回与前人划分的层序进行了对比，由于所用时深转换尺为渤南综合时深转换尺，因此在地震剖面上个别层序界面与基准面旋回转换位置有一定偏差，但总体来说对应关系较好。本文的中期基准面旋回MSC1、MSC2及MSC3与东营组三段地层一致，MSC4⁃MSC6叠加构成馆陶组。

4 结论

从研究基准面旋回理论和可容纳空间变化的动力学观点出发，较低级次基准面旋回在高级次基准面旋回中的位置很大程度上控制了旋回内部沉积物的地层学和沉积学特征，从而影响着油气的生储盖分布及含油气圈闭的类型等。

旋回层序地层学能够在生产实践中得到较好的应用重点在于旋回识别、旋回等时对比等关键技术的掌握和运用，再将地震层序与钻井层序二者结合可以准确的判断和预测一个含油气盆地生储盖在三维空间的分布规律。

通过井震结合，运用旋回层序地层学的研究方法，将渤南凸起东营组和馆陶组划分出6个中期基准面旋回20个短期基准面旋回，并依此建立了研究区钻井层序格架，通过基准面旋回横向对比明确在同一时期形成的地层单元之间的关系，从而掌握在渤南凸起下第三系东营组到上第三系馆陶组地层的旋回特征。

参考文献

邓宏文.1995.美国层序地层研究中的新学派—高分辨率层序地层学.石油天然气地质，Vol.16，No.2，P89～97

光明主编.1990.中国石油地质志（卷十六），北京：石油工业出版社，P100～110

马正.1992.油气测井地质学.武汉：中国地质大学出版社

C.K.威尔格斯等编.徐怀大等译.1992.层序地层学原理（海平面变化综合分析）.北京：石油工业出版社

Cross T A等编.杜宁平译.1996.高分辨率层序地层学认识地层结构、对比概念、体积配分、相分异和储层的间隔单元划分.国外油气勘探，Vol.8，No.3，P285～294

The Applications And Study Of Cycle Sequence Stratigraphy Essential Technical

Hu Xiaoqiang

（Guangzhou Marine Geological Survey，Guangzhou，510760）

Abstract：The sequence stratigraphy is a discipline of studing the stratum distribution，the high resolution sequence stratigraphy is now one of sequence stratigraphy development main directions.This article will introduce one kind of high resolution sequence stratum analysis method——cycle sequence stratigraphy proposed by T.A.Cross，discusses its essential technical，and takes this as the instruction，using actual data such as the drilling，the seismic，the core and so on，generally analyse the Bonan uplift sequence.Then we have established the eogene system sequence stratum framework.

Key words：Cycle sequence stratigraphy Sequence stratigraphic framework High⁃resolution Base⁃level Cycle