2.2.1 层序体系域划分

更新于 2026年10月10日 版权声明
2.2.1 层序体系域划分

砂岩是典型的沉积岩,沉积岩的形成受地质构造运动、海平面的升降变化、沉积物供应和气候等因素控制,其中构造沉降为沉积物的沉积提供了可容空间,全球海平面变化控制了地层与岩相的分布模式,沉积物供给速率控制了沉积物的充填过程和盆地古水深的变化,气候控制了沉积物类型以及沉积物的沉积数量。为研究沉积环境与沉积物特征之间的关系,层序地层学应运而生:以不整合面或其对应的整合面限定的一组相对整合的、具有成因联系的地层序列为研究对象,研究沉积物的搬运、沉积过程。一个地层层序中一般在垂向上依次出现低水位体系域、水进体系域与高水位体系域(Ⅰ类层序),或陆架边缘体系域、海侵体系域和高水位体系域(Ⅱ类层序)。随着层序地层学的不断发展,学者们对高水位体系域与低水位体系域在相对海平面时间曲线上的划分位置进行了调整,并对低水位体系域提出了不同的进一步划分方案。国景星等以济阳坳陷为代表,对新近纪冲积—河流沉积环境下的地层层序特征进行了研究,提出层序内部构成具有四分性,即一个完整的层序可由低水位体系域、水进体系域、高水位体系域和水退体系域组成。

1.体系域特征

(1)低水位体系域(lowstand systems tract)又称为低位体系域,是层序中位置最低、沉积最老的体系域,是在相对海平面下降到最低点并且开始缓慢上升的时期形成的。一般情况下,低水位体系域以重力流与非重力流沉积为特色,这种重力流沉积作用是一种海退事件沉积的产物。沉积时水体深度较浅、沉积体系分布于盆地低部位,主要沉积相类型有低水位扇、斜坡扇、低水位楔状体和深切谷充填沉积,沉积物以粗粒为主。由图2-1可知,学者们对低水位体系域在相对海平面曲线上的划分位置由最初的海平面海退的拐点前移到海平面最高位置处。该体系域二分方案未变,但不同学者根据沉积特征进行了不同的命名。

图示

图2-1 不同层序体系域划分方案图

(2)海侵体系域(transgressive systems tract)又称为扩张体系域,是层序发育中期的沉积体系域,其底部以初始海泛面与低水位或陆棚边缘体系域为界,顶部以最大海泛面与高水位体系域为界。海侵体系域以一个或多个退积准层序组为特征,其内部的准层序向陆方向上超于层序界面之上,向盆方向下超于初始海泛面之上,一般具有向上、向盆减薄的特点。海侵体系域在陆相湖泊层序中对应于湖侵体系域。

(3)高位体系域(highstand systems tract)是Ⅰ型或Ⅱ型层序中的上部体系域。这个体系域通常广泛分布在陆架上,并且以一个或多个加积式准层序组、继之以一个或多个具有前积斜层几何形态的进积准层序组为特征。高位体系域又称高水位体系域,是层序发育晚期的沉积体系域。

2.沉积旋回特征

层序界面限定的地层旋回特征表现如下:①砂岩层组向上变薄或变厚,②砂、泥岩之比向上减少或增大,③粒度向上减小或增大。沉积旋回特征受沉积物可容纳空间增长速率与沉积物供给速率之间的相互关系控制,可分为进积沉积型序列、加积沉积型序列与退积沉积型序列。

(1)进积沉积型序列:该类沉积型序列是在沉积物的供给速率大于可容空间增长速率的情况下形成的,新的沉积物不断向盆地中心推进,超覆于老沉积物之上,具单砂层厚度向上增大,粒度变粗的反旋回沉积特征。水退过程中发育的岩性组合,反映了水体逐渐变浅、沉积能量逐渐增强的沉积背景,测井曲线的幅值由下向上依次增大,自然电位曲线呈高幅箱形组合、漏斗形。

(2)加积沉积型序列:该类沉积型序列是在沉积物的供给速率基本等于可容空间的增长速率的情况下形成的,相同的沉积韵律重复出现,砂、泥岩沉积厚度与砂泥岩比值在垂向上几乎没有明显变化,测井曲线的幅值变化不大,曲线呈箱形。加积沉积旋回通常是高位体系域早期或陆棚边缘体系域的沉积响应。

(3)退积沉积型序列:该类沉积型序列是在沉积物供给速率小于可容空间增长速率的情况下形成的,沉积层向陆地方向超覆,为海侵体积域的沉积响应。沉积物表现为单砂层厚度由下向上减薄、粒度由粗变细的正旋回沉积特征,测井曲线的幅值向上减少,曲线呈钟形。

3.馆陶组热储层序与体系域划分

(1)地层层序界面划分(https://www.daowen.com)

地震剖面特征:馆陶组与下伏地层之间存在一个沉积间断,为不整合接触,该不整合面在地震剖面上表现为强反射(T1)、连续性好、分布广泛,可作为层序的起始界面,即低水位体系域的底界面。在界面之上的馆陶组沉积时期,整个渤海湾地区进入以坳陷作用为主的演化阶段。

馆陶组与明化镇组之间属于过渡性质,无明显的沉积间断。但在垂向上的岩性组合存在较为明显的变化,明化镇组岩性以泥岩为主,砂岩单层厚度一般较小。而馆陶组地层砂岩占地层的百分比高,两套地层的分界面在地震剖面上反映为中等强度或中等偏弱强度的反射(T0),连续性较差(图2-2)。

图示

图2-2 馆陶组底板与明化镇组底板地震剖面图(德州市德城区)

(2)馆陶组底界面识别:馆陶组底不整合界面在地震剖面上的反映明显,据钻探及物探资料,馆陶组底部的不整合接触面的识别标志主要可分为两大类:第一类是馆陶组底部发育了巨厚的底砾岩段,该段岩性粗,与下伏地层的岩性存在显著差别,测井曲线中自然电位(SP)曲线表现为箱形的低值,视电阻率曲线表现为钟形的高值,底部的不整合接触面电阻率呈尖峰高值[图2-3(a)];第二类是馆陶组与下伏的变质岩、碳酸盐岩等坚硬岩的不整合接触面,界面上下岩性差别大,这类不整合接触面易分辨[图2-3(b)]。

(3)层序及体系域划分

馆陶组沉积时期,整个渤海湾地区进入坳陷阶段,地层超覆于老地层之上,馆陶组与下伏地层呈角度不整合接触,该界面属于Ⅰ型层序界面。以济阳坳陷馆陶组热储为例进行层序及体系域的划分,区内馆陶组由1个长期基准面旋回(三级层序)构成,其顶、底界面分别为长期基准面旋回的顶界面(SB2)和底界面(SB1),SB1相当于T1地震反射界面,在整个渤海湾盆地表现为区域性的角度不整合;SB2相当于T0地震反射界面。

图示

图2-3 馆陶组底部不整合接触面

图示

图2-4 馆陶组热储体系域划分示例(永8井)

低水位体系域发育于馆陶组沉积下段,馆陶组沉积初期,受区域坳陷构造活动影响,海平面缓慢上升,在盆地中心开始接受周边碎屑物的填充,沉积物的供给速率大于可容空间增长速率,形成进积型沉积序列。盆地周边基准面之上的岩体发生风化侵蚀,碎屑物被河流搬运输送到基准面下的坳陷内部,形成一套低可容纳空间条件下的粗粒辫状河道沉积模式。测井曲线上SP曲线出现大段的箱形低值,高值段呈窄的指状,馆陶组下段的岩性特征是大段砂岩与薄层泥岩相间分布(图2-4)。在近物源的坳陷周缘,沉积物快速堆积形成冲积扇;砂体纵向上相互叠置、横向上连片,厚度较大,含泥少,均质程度高(图2-5)。

图示

图2-5 济阳坳陷馆陶组热储体系域划分剖面(沾化凹陷)

水进体系域发育于馆陶组沉积中、晚期,基准面上升速率增加,形成中等可容纳空间条件下的曲流河模式。馆陶组沉积中期,河道砂体由较为发育逐渐转变为较少叠置,砂层厚度以中等为主,岩性及岩相组合特征表现为下部是曲流河道侧向加积形成的点砂坝微相砂岩,上部是河漫滩微相泥岩,部分层段是夹有决口扇微相粉砂岩。测井曲线SP曲线呈现约等宽的高、低值波动,岩性特征为约等厚的砂岩与泥岩呈互层分布。其低值的幅度也略小于馆下段SP曲线低值的幅度,说明砂岩的岩性较馆陶下段细(图2-4)。

馆陶组沉积晚期,随着基准面的上升速度进一步加剧,形成较高可容空间条件下的网状河模式,沉积序列以加积型与退积型沉积序列为主。测井曲线SP曲线呈现宽幅的箱形高值,岩性以厚层泥岩为主。砂岩的SP曲线呈典型的下部低值幅度大,上部幅度小的钟形,反映了下粗上细的正旋回沉积特征。总体上,低值异常的宽度较小,地层的砂厚比小。平面上河道砂体很少叠置,基本上表现为相对孤立的状态,并且砂层厚度小,非均质性强(图2-5);位于坳陷周缘地势高的地区由于沉积物仍供给充足,砂体纵向上相互叠置,厚度较大。

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