層序地層學在應用中的兩點誤區

李景哲，張金亮，李存磊，張嘉彧

(1.北京師范大學，北京 100875;2.中油遼河油田公司，遼寧 盤錦 124010)

引 言

層序地層作為一個地學概念最早是由Sloss在20世紀40年代提出來的。20世紀70年代后期，以威爾(Vail)為代表的埃克森公司科學家以地震資料為主，提出了層序地層學(sequence stratigraphy)，標志著一門新興學科的誕生。之后，Vail、Van Wagoner、Mithum、Sangree、Posamentier等先后發展和完善了早期理論，成為了經典沉積層序地層理論體系的代表。此外，Galloway和Cross也分別從不同的角度提出了各自的理論，成為經典理論之外的有影響力的流派[1－3]。

層序地層學是沉積地質領域最近的一次偉大革新，其易操作性與高預測性使其成為石油工業和盆地分析領域有力的分析與對比工具[4]。然而，對于一些基本問題，如基準面升降與水體深度的關系、水進水退與水體深度的關系等，都存在一定的誤區。這些問題得不到解決便會阻礙該理論的進步和創新，進而阻礙該理論對生產與實踐的指導。

1 誤區一——不恰當地理解基準面升降與水體深度變化的關系

基準面(指沉積基準面，下同)的概念最早由Twenhofel提出，之后 Sloss、Schumm、Cross以及 Catuneanu 都完善過基準面的定義[1，5－8]。總體上來說，基準面應該為沉積作用與剝蝕作用的平衡界面，其受構造運動和全球海平面變化的控制，同時也會受能量因素(風、波浪與水流等)的影響。在向海(湖)一側，基準面大致就是海(湖)平面的位置，在向陸一側，基準面大約是一個由陸向水體一側傾斜的曲面，也稱為河流平衡剖面(圖1)。

圖1 基準面與海(湖)平面的關系

由上述定義可知，基準面在向海 (湖)一側大體相當于水面所在的位置 (不考慮能量因素)。由于二者密切的關系，很多人想當然地認為基準面上升水體一定變深;反之則一定變淺。事實上，這是一種錯誤的認識，基準面下降，水體一定變淺，而基準面上升水體不一定變深。因為決定水體深度的因素，除基準面之外，還有沉積物供給的作用。基準面上升時期，沉積物開始積累，沉積作用發生。但若基準面上升時，沉積物供給的速率超過基準面上升的速率，水體的深度反而是下降的。

以M斷陷s2地層為例，該段地層以扇三角洲、近岸水下扇與湖相的泥巖沉積為主[9－10]。基準面下降會伴隨陸上剝蝕的發生(如下切谷等)[1]。

圖2 M斷陷s2泥巖色值平面圖

通過錄井、測井以及地震資料的揭示，該段地層為1套連續沉積的地層，無剝蝕或者不整合。這就意味著s2沉積時期，湖盆的基準面是持續上升的，未曾出現過下降過程。這與斷陷S組時期的大地構造背景相吻合[11]。然而，這并不意味著該地區s2時期水體是整體加深的。通過泥巖色值分析，該斷陷在s2段沉積時期近岸線水體整體上是變淺的(圖2)。油藏地區(斷陷中部)的沉積相演變也說明了該現象(圖3)。

由此可知，基準面上升時，水體不一定加深。水體是否加深，基準面上升是決定的因素，但還要考慮沉積物供給的影響。當沉積物供給速率小于基準面上升的速率時水體變深;當沉積物供給速率大于基準面上升的速率時，水體反而變淺。

2 誤區二——不恰當地分析水體深度變化來推斷水進水退

水進指的是水域不斷擴大，地層退積，海(湖)岸線向陸地一側延伸的現象。水退則指水域不斷縮小，地層進積，海(湖)岸線向海洋(湖心)一側退縮[12－13]。很多人認為通過分析古水深的變化便可推斷水進與水退的過程，古水深變深就是水進過程;反之則是水退過程。這種認識是不確切的。

圖3 M斷陷油藏地區沉積相平面圖

對于海洋沉積體系，水進過程稱作海侵。假設沉積物供給穩定，海侵發生的原因可能是全球海平面快速上升、快速構造沉陷或者二者的合力。對于全球海平面上升造成的海侵，岸線向陸地遷移，水體有較統一的變化趨勢。而對于區域或局部構造沉陷造成的海侵，在近岸線區域水體有變深的趨勢，而該趨勢卻隨著遠離陸地一側的距離的增加而不斷減弱，直至消失，即絕對海平面不變，只是構造運動影響造成海侵，那么對于基底沉陷程度不同的部位，其水深變化會有不同。強制海退(全球海平面下降或局部構造隆升引起的基準面下降情況下的水退)的情況可與海侵類比，一般為水深整體變淺。對于正常海退(沉積物供給速率超過了海平面上升或者基底沉降速率)的情況，特別是海平面緩慢升高而沉積物快速供給時，近岸線水體變淺，遠離岸線的位置由于沉積物饑餓供應，水體反而可能加深，使同一等時單元內，由岸線向海洋一側，水體的深度由變淺到不變，再到變深。

對于陸相湖盆而言，由于其一般不會與海連通，全球海平面的升降一般也不會影響其水進或水退。因此，決定水進或者水退的只有構造升降以及沉積物供給。對于一般的敞流湖盆(與外界相連，絕對湖平面不變)，可以類比海洋沉積體系，這里筆者不再贅述。對于閉流湖盆，情況相對復雜，特別是斷陷湖盆，水體變深或變淺還與盆地的形狀以及沉降機理有關系(圖 4)[14－15]。

圖4 斷陷湖盆構造沉降與沉積物供給對斷陷湖盆水深的影響

為了增強數據的可靠性并提高可操作性，選取了M斷陷的一部分——具有密集井網和豐富井資料的Y45區進行進一步研究。通過上述沉積相的展布分析可知，s2段沉積時期湖盆是1個向上縮小的水退過程，水深整體上變淺。通過對107口井(絕大部分為生產井)的錄井資料進行了研究，對泥巖顏色的變化進行了統計，其中變淺井數77口、變深井數19口、不變11口。圖5為統計的平面圖。從圖5中可以看出，泥巖色值的變化趨勢呈現環帶狀，邊部顏色主要變淺，而中心顏色以變深為主。反映出該地區為敞流盆地，在水退時期水深變化的分異特征，這與該地區s2段沉積時期的構造背景也是吻合的[11]。

圖5 M斷陷Y45地區s2段泥巖顏色變化分布

綜上所述，通過海洋測量學、地球化學以及古生物等資料分析出的古水深變化趨勢，并不能直接反映水進或水退。水進時水體深度也可能不變，水退時水體深度甚至可能加深。水進水退最可靠也最直接的證據是地層的疊加樣式而不是水體深度的變化。因此，水深變化不能作為水進水退的直接證據，而地層疊加樣式才是最可靠的證據[1]。

3 結論

(1)基準面的升降與水深沒有完全一致的變化關系，只有基準面快速上升的時候(大于沉積物供給的速率)，近岸水深才會變大;基準面緩慢上升或者下降時，近岸水深會變淺。

(2)水深變化不是判斷水進水退的充分條件，水進時水體深度不一定都增大，水退時水體深度也不一定都減小。

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