高分辨層序地層學(xué)中A/S值量化方法的研究與討論①

苗小龍 王紅亮 于 波 李 昭 趙國(guó)君 龔云洋

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)能源學(xué)院 北京 100083;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100083;3.陜西延長(zhǎng)石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司研究院 西安 710075;4.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心 北京 100029;5.中國(guó)國(guó)土資源經(jīng)濟(jì)研究院 河北三河 065201)

0 引言

高分辨率層序地層學(xué)的理論核心是指在基準(zhǔn)面旋回變化過(guò)程中，由于沉積物可容納空間與沉積物補(bǔ)給量比值(A/S)的變化，相同沉積體系中沉積物體積發(fā)生再分配作用，導(dǎo)致沉積物堆積速率、保存程度和內(nèi)部結(jié)構(gòu)(如堆積形式)等發(fā)生變化［1，2］。

利用A/S值的增加與減小來(lái)劃分沉積基準(zhǔn)面旋回，在高分辨率層序地層學(xué)研究中應(yīng)用廣泛［3～10］。從基準(zhǔn)面概念提出開(kāi)始［11］，A/S值一直被劃分為①大于1(沉積物供應(yīng)速率小于可容納空間增加速率，海/湖岸線向遠(yuǎn)離盆地方向遷移，沉積物發(fā)生退積)、②等于1(兩者基本持平，海/湖岸線基本不發(fā)生遷移，沉積物發(fā)生加積)，③0與1之間(沉積物供應(yīng)速率大于可容納空間增加速率，海/湖岸線向盆地方向遷移，沉積物發(fā)生進(jìn)積)和④0與小于0(不發(fā)生沉積，或過(guò)路沉積，形成局部剝蝕面或不整合面)［1，12～14］，沒(méi)有確切的量化值。很重要的原因是因?yàn)榭扇菁{空間與沉積物供應(yīng)分開(kāi)來(lái)研究，無(wú)法獲得兩者的真實(shí)值，而兩者的比值也就無(wú)法確定。正是因?yàn)槿绱耍霈F(xiàn)了同沉積不同旋回的現(xiàn)象，即同一沉積特征被劃分為不同的基準(zhǔn)面旋回類型。

但是，大量的地層學(xué)和沉積學(xué)性質(zhì)，包括巖石物性、相組合和相序、層組厚度、地層結(jié)構(gòu)及地層不整合面出現(xiàn)的頻率等，都記錄了保存程度和A/S值條件［2］，使得A/S值的量化成為可能。本文嘗試?yán)脦r相及其組合關(guān)系的變化來(lái)量化A/S值，藉此來(lái)劃分沉積地層短期基準(zhǔn)面旋回。

1 建立理想沉積模型

沉積物體積分配通過(guò)時(shí)間改變了地層旋回的對(duì)稱性，而旋回的對(duì)稱性記錄在了基準(zhǔn)面旋回上升與下降時(shí)期形成的巖相中［15］。理想沉積環(huán)境中，沉積地層為陸相—濱?！Ｏ啵鶞?zhǔn)面上升旋回期與下降旋回期，分別發(fā)育地層為ZYXWDCBA與ABCDWXYZ(圖1，左起第1列，由底部向頂部，下同)。隨著環(huán)境的變化，可能形成對(duì)稱與非對(duì)稱基準(zhǔn)面旋回(圖1，第2列與第4列)。

2 量化方法

特定的沉積環(huán)境中，理想發(fā)育巖相一般可以通過(guò)該環(huán)境中典型露頭剖面獲得。假設(shè)某種沉積環(huán)境中，理想發(fā)育的巖相種類為8種(圖1)，包括了陸相和海相環(huán)境，以及兩者之間的過(guò)渡環(huán)境。

理想環(huán)境下發(fā)育的基準(zhǔn)面上升旋回由底部向頂部發(fā)育的巖相依次為 ZYXWDCBA，分別賦值為12345678，代表退積或海進(jìn)沉積;反之則代表進(jìn)積或海退沉積。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)基準(zhǔn)面上升與下降，將地層發(fā)育的巖相值劃分為兩個(gè)區(qū)間，即由底部向頂部巖相值增加(12345678)區(qū)間與減小區(qū)間(87654321)。單個(gè)區(qū)間內(nèi)我們定義巖相值與底部巖相值的比值為該巖相地層的A/S值，同趨勢(shì)區(qū)間巖相的A/S值相同，不同趨勢(shì)區(qū)間巖相不具對(duì)比性。

圖1 理想地層旋回對(duì)稱性與非對(duì)稱性示意圖(據(jù)文獻(xiàn)［15］修改)Fig.1 Schematic diagram of idealistic strata with symmetric and asymmetric cycles

如圖1中第1列(左，下同)基準(zhǔn)面下降旋回中，巖相 ABCDWXYZ 的 A/S值依次為8/8，7/8，6/8，5/8，4/8，3/8，2/8，1/8，反映了可容納空間逐漸減小的趨勢(shì);基準(zhǔn)面上升旋回中，巖相ZYXWDCBA的A/S值依次為 1/1，2/1，3/1，4/1，5/1，6/1，7/1，8/1，反映了可容納空間逐漸增加的趨勢(shì)。

特別需要指出的是:①單一區(qū)間內(nèi)，對(duì)于巖相的缺失，筆者認(rèn)為在地層發(fā)育過(guò)程中其地層被后期作用改造，如沖刷、剝蝕，而未保存下來(lái)，其厚度為0 m，依舊存在其相應(yīng)的巖相值與A/S值，只是并未標(biāo)出來(lái)(圖1，2，3，4列);②圖1 第 3 列中，巖相 X 處，為基準(zhǔn)面轉(zhuǎn)化位置，故一分為二。對(duì)于基準(zhǔn)面下降旋回區(qū)間沒(méi)有影響;在基準(zhǔn)面上升旋回區(qū)間內(nèi)，筆者解釋為X沉積前由于沖刷作用Y與Z地層被剝蝕;③A/S值為1時(shí)，為相同巖相的加積，即為同一種巖相;④A/S值小于等于0時(shí)，不發(fā)生沉積，為過(guò)路沉積或形成剝蝕面、不整合面，可以將這種界面的A/S值定義為0。

依據(jù)上述方法量化的A/S值，可以很直觀的反映A/S值的變化，為A/S值的增加與減小提供依據(jù)，也為定量劃分基準(zhǔn)面旋回提供了一種新的方法，我們稱之為A/S區(qū)間量化原則。該量化原則中A/S值的地質(zhì)意義沒(méi)有改變，與前人研究成果相一致。

3 實(shí)例驗(yàn)證

本文選取短期基準(zhǔn)面旋回內(nèi)辮狀河沉積層序來(lái)驗(yàn)證量化A/S值的可行性。辮狀河的沉積序列較為復(fù)雜，最經(jīng)典的為加拿大魁北克省加斯佩半島泥盆紀(jì)辮狀河剖面(圖2)，自下而上為由粗變細(xì)的正韻律結(jié)構(gòu)，反映了水動(dòng)力能量逐漸減弱的沉積過(guò)程［16，17］。

可以看出，辮狀河環(huán)境中可能發(fā)育5種巖相，依據(jù)A/S值區(qū)間量化原則，辮狀河經(jīng)典地層為非對(duì)稱基準(zhǔn)面上升旋回(圖2)。相應(yīng)的，沖刷面處A/S值為0。我們可將其認(rèn)為是經(jīng)典辮狀河A/S值量化剖面。

實(shí)例一

按照經(jīng)典辮狀河A/S定量化標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)Miall總結(jié)的部分典型辮狀河類型(M/N/O)［18］進(jìn)行量化A/S值來(lái)劃分基準(zhǔn)面旋回(圖3)，可以發(fā)現(xiàn)辮狀河發(fā)育以基準(zhǔn)面上升旋回類型為主，泥巖相5發(fā)育較少，以河道相互切割為特征，表現(xiàn)為2、3、4的反復(fù)疊置出現(xiàn)。可以發(fā)現(xiàn)，利用定量化的A/S值劃分基準(zhǔn)面旋回，可以很好的反映辮狀河發(fā)育規(guī)律。

實(shí)例二

延慶硅化木地質(zhì)公園位于北京市延慶縣東北部的千家店鎮(zhèn)下德龍灣村白河兩岸，園內(nèi)主要出露一套后城組紫紅色、灰綠色等雜色河流相凝灰質(zhì)細(xì)砂—粉砂巖［19］。通過(guò)野外露頭觀察和分析，園內(nèi)辮狀河沉積的微相類型主要為河道充填沉積、心灘、河間湖泊與溢岸沉積［20］。

結(jié)合經(jīng)典辮狀河A/S值量化剖面，通過(guò)對(duì)巖相A/S值量化來(lái)研究其旋回的變化特征(圖4)。本文將剖面中出現(xiàn)的溢岸沉積歸為心灘頂部沉積(A/S值為4)來(lái)研究。

圖2 加拿大魁北克省加斯佩半島泥盆紀(jì)辮狀河剖面(據(jù)文獻(xiàn)［16，17］修改，巖相類型A/B/C/D/E下同)Fig.2 Devonian braided-river outcrop in Gaspais Peninsula，Quebec，Canada

圖3 應(yīng)用A/S區(qū)間量化原則劃分典型辮狀河剖面基準(zhǔn)面旋回(據(jù)文獻(xiàn)［16，17］，有修改)Fig.3 Divide base-level-cycle on the typical braided river outcrop with the application of A/S quantization principle

總體上，由A/S值量化方法劃分出的旋回特征，與經(jīng)典理論劃分出的旋回特征一致性較高，能夠很好的反映旋回的變化特征。相比于經(jīng)典理論劃分出的短期旋回特征，更為細(xì)致，如厚度40～100 m段，原劃分為3個(gè)上升半旋回按照A/S值量化方法可以劃分為6個(gè)上升半旋回，避免了選分劃分參數(shù)選擇的不確定性。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合相類型的變化特征，可以進(jìn)行中期、長(zhǎng)期旋回的劃分，將在以后的研究中深入探討。

圖4 延慶硅化木辮狀河高分辨率層序地層格架(據(jù)文獻(xiàn)［20］修改)Fig.4 Illustration of the sequence stratigraphic architecture of the study area

可以發(fā)現(xiàn)，根據(jù)A/S值量化方法劃分出的旋回特征，與經(jīng)典理論劃分出的旋回特征具有很好的可對(duì)比性，操作更簡(jiǎn)單。特別指出，由A/S值量化方法劃分出的旋回特征，嚴(yán)格按照巖相的變化等參數(shù)進(jìn)行旋回劃分，相對(duì)于傳統(tǒng)的劃分方案更具參考性。

4 結(jié)論

通過(guò)記錄短期基準(zhǔn)面旋回內(nèi)的巖相變化特征，可以量化A/S值，即可以應(yīng)用巖相的變化來(lái)確定A/S值，還可以很好的反映沉積特征。記錄基準(zhǔn)面旋回的其他特征，如相組合、相序等都可以反映A/S值的變化，也可以量化A/S值。

基于Cross的研究成果，本文提出的A/S區(qū)間量化方法，可以較好地定量研究基準(zhǔn)面旋回內(nèi)A/S值及其變化特征，而且其取值范圍所代表的沉積地質(zhì)意義并沒(méi)有改變。應(yīng)用A/S區(qū)間量化方法，建立了短期基準(zhǔn)面旋回內(nèi)辮狀河沉積巖相特征經(jīng)典剖面，并對(duì)Miall總結(jié)的部分典型辮狀河類型通過(guò)量化A/S值來(lái)劃分基準(zhǔn)面旋回，更具科學(xué)性，可以很好地解決同沉積不同旋回的問(wèn)題。

基于巖相特征的變化，本文主要集中于短期基準(zhǔn)面旋回內(nèi)A/S值量化特征研究。宏觀方向，以沉積微相、亞相或相特征就可以進(jìn)行中期與長(zhǎng)期基準(zhǔn)面旋回內(nèi)A/S值量化特征研究，將在以后的研究中深入探討。另外，建立各種相環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)A/S值量化剖面，也將是未來(lái)研究的一個(gè)重點(diǎn)。

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