河流层序地层学研究现状与存在的问题

第30卷第6期

地质科技情报

V01.30

No.62011年

11月

GeologicalScienceandTechnologyInformation

Nov.

2011

河流层序地层学研究现状与存在的问题

胡光明1a’16,倪

超2,王

军j,赵文栋4童.:.

(1.长江大学a.地球科学学院.b.油气资源与勘探技术教育部重点实验室,湖北荆州434023;

2.中国石油天然气股份有限公司杭州地质研究院,杭州31002313.中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司

第四采油厂地质所,陕西靖边718500)4.中国石油集团渤海钻探工程有限公司,天津300457)

摘。要:河流层序地层学为河流沉积学研究注入了活力,但已有的河流层序地层模式还存在不少问题。在回顾已有河流层序地层模式的基础上,从河流层序的主控因素、层序内部的等时对比和体系域特征的描述3个方面分析了已有模式中存在的问题,并提出从河流阶地的成因入手分析河流层序的主控因素,基于河流形成过程划分体系域和进行等时对比,并从砂泥比、砂地比、砂体切割程度、微相类型的垂向变化、单层砂体平均厚度、砂体钻遇率等方面对体系域进行客观的描述,最后指出了河流层序地层学研究的发展趋势。

关键词:河流层序;基准面旋回;构造运动;气候变化;河流阶地沉积中图分类号:P539.2

文献标志码:A

文章编号:1000-7849(2011)06—0055—05

随着油气勘探程度的提高,我国河流相储层的道砂体及不连续的薄煤层和碳质页岩沉积为特征。

勘探与开发越来越困难,一方面是因为河流沉积不Wright等[33提出的模式认为,低位体系域由下

同于其他类型的沉积,其影响因素多,相变快,砂体切河谷中的充填物和河流阶地上的高成熟度的土壤分布规律复杂,非均质性强,另一方面缘于缺乏符合层组成;水进体系域早期形成多层横向连续、厚度大

我国实际的河流沉积学理论的支持。20世纪90年的砂体,晚期形成孤立砂体和分布广泛的泛滥平原沉代,国外学者提出的多个版本的近海河流相层序地积;高位体系域时期,形成横向连通性较好的砂体与层模式,为河流沉积学研究注入了活力。近海河流土壤层。

层序主要受控于海平面变化,而我国主要发育远离张周良[4]提出的模式认为,河流相层序的各个

海洋的内陆河流,其主控因素为构造和气候,构造和体系域由不同的河流类型组成。-低位体系城以河谷

气候的变化规律不同于海平面,因此近海河流层序下切和阶地形成为特征,发育辫状河,沉积上由辫状地层模式并不适用内陆河流。探求内陆河流层序地河道砂体和阶地上的土壤层组成,河道砂体彼此切

层模式,对于我国河流相油气储层的勘探具有重要割,在纵向和横向上相互连通;水进体系域以网状河意义。

为特征,发育由悬浮载荷组成的很厚的细粒泛滥沉

积夹孤立的河道砂体,以垂向加积为主,夹有沼泽环1研究现状

境的泥炭和煤层;高位体系域以曲流河为特征,沉积上以河道的侧向加积为主,由悬浮载荷或床底载荷在经典层序地层学理论的基础上,Shanley和悬浮载荷的沉积物共同组成,发育河道、天然堤和等[卜2|、Wright等[3]、张周良[4|、vanWagoner[引、刘泛滥平原。

招君等[6]先后提出了河流相层序地层模式。

van

Wagoner[5]提出的模式认为,早期低位河

Shanley等[1]模式将下切河谷内充填的沉积物归流沉积以下切河道中粗粒砂和砾为主,河间区域均为低位体系域,将超出下切谷的沉积归为水进体系域出露,且具古土壤化,随着侵蚀作用的进行,先前沉和高位体系域。水进体系域下部由相互叠置的河流积层序中孤立的高位河流在向下侵蚀且不断加宽的相席状砂体组成,向上逐渐过渡为薄层、相对孤立的过程中被袭夺,广布的席状砂是低位体系域的后期河道沉积与冲积平原沉积和受潮控河道充填沉积互特征;在海进体系域中,相对海平面上升,较细粒沉层;高位体系域则以细粒的泛滥平原沉积、孤立的河

积物于冲积河谷中加积,内陆地区变得潮湿,促进了

收稿日期:201卜05--27

编辑:杨勇

基金项目:国家自然科学基金项目(41172105)

作者简介:胡光明(1977一),男,讲师,主要从事沉积层序与储层方面的研究。E-mail:hugml214@163.corn

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草沼、树沼、湖泊和泥炭沼的发育;高位体系域砂岩和泥岩沉积在广阔的海进面上,河流体系是孤立的,且狭窄。

・,忠。‘’|ji

刘招君等[6]研究松辽盆地泉头组后,根据基准面周期的四分性,将一个完整的河流层序划分为低位体系域、水进体系域、高位体系域和水退体系域。低位体系域早期由于基准面快速下降到最低点,河流下切侵蚀,后期基准面由最低点开始缓慢抬升,河道在河谷内的摆动使得侧向加积占优势,辫状河发育,层序底面常发育强烈的河道下切而产生下切谷充填,或无沉积记录,沉积物以反映坡降大、水流能量高的粗粒岩性为主,砂地比值较大。水进体系域早期基准面开始慢速抬升,抬升速度的逐渐增加使得垂向加积作用增强,沉积物以中细粒岩性为主,砂泥比接近1,此时沉积体系特征以发育曲流河为主;后期基准面快速抬升导致大规模水进,垂向加积相对占优势,岩性主要是纽砂岩,砂地比值较小,网状河发育。高位体系域在基准面上升至最大时期形成,垂向加积相对占优势,砂泥比值小于19网状河发育。水退体系域早期基准面缓慢下降,沉积区域缩小,在沉积区内垂向加积缓慢,侧向加积相对占优势,岩性相对较粗,砂泥比值接近1,曲流河发育。

另外,在高分辨率层序地层学研究方面,CrossE7喝]、邓宏文等[9-11]、郑荣才等[12-153着重探索了利用基准面旋回进行河流相地层对比。

2存在的问题与分析

在河流相层序地层学研究取得丰硕成果的同时,在以下3个方面仍然存在一些值得思考的问题。2.1河流层序的主控因素

主控因素对层序内部的沉积建造有决定性的影响,建立河流相层序地层模式,必然要涉及这一核心问题。

:.一

在早期的河流相层序地层研究中,人们借鉴了

起源于被动大陆边缘的经典层序地层学理论,将海平面变化与河流沉积结构联系起来,认为海平面的变化控制了河流层序的发育。Shanley等[1。2]对Kaiparowits高原r河流冲积体系的研究、Wright等[3]模式,vanWagoner[5]对犹他州BookCliffs冲积体系的研究都将河流沉积特征的变化与当时的海平面变化联系起来。

经典层序地层学总结出了控制层序的四大要素:构造沉降、全球海平面升降、沉积物补给、气候变化。实际上,这些要素综合反映在基准面变化上,基准面变化是这些要素变化的综合结果,而基准面的变化控制了层序发育的特征。因此,在Shanley

等[1‘2]、vanWagonerc5]的近海河流层序模式中,海平

面变化对基准面变化的贡献较大,是基准面变化的主控因素。因此,对于靠近海洋受其影响的.冲积体系中的河流来说,海平面变化与河流沉积层序的响

应关系的确存在,正是这一点决定了近海河流层序地层模式的合理性,以至于Catuneanu[16]对Shaniey等[1≈3提出的模式进行修正时,仍然认为海平面变化是层序发育的主控因素。

但是也应注意到,海平面变化对河流的影响有限,CatuneanuEl6]认为,海平面变化与滨线迁移对河流层序的影响范围从滨线向河流上游一般只有几十千米,如海平面变化对科罗拉多河的影响范围约90km,对低坡度的爪哇大陆架的更新世河流的影响最大超过200km。因此,不宜将Shanley等[1。2]模式、Wright等[3]模式、vanWagoner[51模式应用于远离海洋的内陆河流。

对于内陆河流而言,除了构造和气候以外,河道比降、河岸及河漫滩物质组成、植被覆盖度、流域来

沙量大小及来沙组成、流量变化也都能在一定程度

上影响基准面的变化,从而影响河流的沉积[17d8]。基准面变化是各影响因素的函数,逐个研究各个因素对基准面变化的影响,从理论上讲,最能准确反映基准面的变化特征,但基准面是一个动态的抽象的面,在不同地域、不同时段,各因素对基准面变化的贡献率存在差异,这种复杂性意味着考虑所有因素来研究基准面变化的做法并不现实。并且各个影响因素是相关的。如沉积物补给受源区构造和气候的影响,河道比降也受构造控制,流量变化受气候控制等,所以,从根本上来讲,构造与气候是内陆河流基准面变化的主控因素,这与Catuneanu[16]认为超过海平面的变化对河流的影响范围的上游河流主要受控于构造和气候的认识是一致的。因此,抓住构造和气候这两个因素来研究基准面变化比考虑所有影响因素来研究基准面变化更为实际,更具有可操作性。

虽然目前的技术水平无法明确探知在某一时间段内构造和气候对基准面变化的贡献率,但对于一个具体的内陆河流层序(三级层序)而言,其基准面的主控因素要么以构造为主,要么以气候为主,影响因素相对较单一。另外,构造和气候的作用方式不同,构造运动具有幕式特征或均匀升降,气候变化具有周期性,二者在造谷阶段所形成的河流阶地具有不同的特征E19-26],这对于判断基准面的主控因素及

其作用方式是一个较好的突破口,当然,这需要结合

地貌学中有关河流阶地的类型、特征、成因进行详细分析,具有挑战性。2.2层序内部的等时对比

不论是用经典层序地层学在划分准层序、体系

第6期

胡光明等:河流屡序地层学斫完现状与存在的问题

57

域和层序,还是用高分辨率层序地层学进行旋回对比。都强调了所划分单元的等时性,即等时对比。

胡光明等o”认为,内陆河流的形成一般由基准面下降导致的河流下切形成河谷和阶地(简称造谷阶段)、基准面上升导致河谷被充填甚至被覆盖(简称填谷阶段)两个阶段组成。地貌学家们往往关注造谷阶段的阶地沉积及其提供的构造和气候信息,而沉积学家则把更多的精力放在了填谷阶段所形成的河谷充填沉积及其所形成的矿床中。在Shanfey

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弋=Xj:=7弋)=7<7\了=7:==忑3=7

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等∽]、Wright等[3]、张周良【‘]、vanWagonerC”、刘

招君等[63等提出的河流相层序地层模式中,体现的河流层序实际上都是基准面上升(相对河床基底的上升)的填谷阶段的沉积,因为从下切谷的底部向上,沉积物的厚度一直在增加,这说明相对于河床基底而言,基准面一直在上升,只是上升的快慢不同,才导致砂体的切割程度、砂泥比、河流类型有别;而与基准面下降(相对于河床基底的下降)所对应的造谷阶段地质作用的结果。在上述模式中则没有体现出来(图1)。而不同级别的基准面旋回,理论上都

目2惨正的Wright等‘”河流屡序模武‘”1

F晾2Revismoffluvialsequencestratigraphymodel

posedhWrightV.P.etalinl993

RST.水遇体系域.

pro—

虽然有时基准面下降仅仅导致河流下切侵蚀,例如稳定的构造抬升导致基准面稳定下降,河道一直下切形成冲刷面,并没有形成阶地沉积物,但即使是这样.没有三维体积的冲刷面也代表了一个基准面下降的时间段,而且这个时间段较长,是可以与填谷阶段经历的时同相比较,不可忽略.如根据林春明08]的研究结果,可计算出晚第四纪钱塘江河谷下切与充填经历的时间之比为2

(RST)即为冲刷面。

是由基准面上升半旋回和基准面.下降哔旋回所组成口”,所以,上述层序地层模式是不完整的。

3。只存在冲刷面

而缺少阶地沉积的情况下,图2中的水退体系域

从以上分析可知,以河流的形成过程(下切与充

,●l<●l罐罐盯V:△

填)为主轴,将同一时间段内的地质作用的结果(侵蚀形成的冲刷面、沉积形成的阶地沉积和河道充填沉积)划分到一起,才是真正意义上的等时对比。因此,抓住河流形成过程这一具有时间意义的地质作用过程.是确保同一体系域内为等时沉积的关键。

对于体系域内部的准层序的等时对比,方法相对比较成熟。根据Cross口“的高分辨率层序地层学理论,邓宏文等011+“强调首先识别河流演化过程中由于河流冲溢形成的自旋回沉积作用和基准面变化产生的异旋回沉积作用,即基准面旋回。然后运用河流沉积学理论分析构成河流相的不同相域的形成与基准面变化的关系。识别基准面转换位置的沉积学和地层学响应,从而建立等时地层对比格架。郑荣才等“。”1从分析砂体成因类型与基准面旋回过程的关系出发。详细讨论了砂体在地层格架中的发育位置、分布规律、成因特征以及层序界面对河流砂体几何形态、稳定性和储集性等特征的直接控制作用。另外,刘渡口”还对基准面旋回与沉积旋回的对比方法进行了探讨,高志勇等o”对层序地层中的洪泛面进行研究,探讨了洪泛面的识别及其在地层等时对比中的意义,叶良苗等o”还对河流相中的古土壤进行了研究.指出了其在河流地层对比中的作用。

河流的形成一般由造谷阶段和填谷阶段组成,

i—圃■-I●-履,一

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可儿盥■I

目1完整河流层序∞构成々B有模式自对m

Comparisonbetweenwholefluvialsequencecomponentsandexistingfluvialsequencemodels

LST.低位体系域ITST.水进体系域;HST.高位体系域.

另外,这些模式中也存在穿时现象。Shanley等[143和Wright等01模式中.未充填的河谷和阶地沉积物形成于基准面下降的造谷阶段,而与阶地沉积相邻的河谷充填物则形成于基准面上升的填谷阶段。将二者都归于低位体系域,不符合层序地层学等时对比的原则。胡光明等071在苏里格地区盒8段识gq出了河流阶地沉积,结合露头地质资料认为河流阶地沉积是在构造间歇性抬升过程中形成的,不是与河道充填物形成于同一时间段,据此对Wright等(33模式进行修正,将原来的低位体系域划分为水退体系域(主要是阶地沉积)和低位体系域(河道充填沉积)(图2)。

地质科技情报

这一形成过程为肘阃域。基于这一过程划分体系

域,可以确保同_体系域内为相对等时的沉积体。

层模式并不现实。融合河流沉积学与地貌学的观点,确定基准面变化的主控因素及其变化特征,基于主控因素的变化特征和河流的形成演化过程,建立相应的层序地层模式是河流层序地层学发展的必然趋势。参考文献:

[1]Shanley

在体系域内部,可借鉴高分辨率层序地层学基准面

旋回对比的思想,根据洪泛面、古土壤层的沉积特

征,完全可以实现准层序的等时对比。

2.3体系域特征的描述

在明确河流层序主要控制因素及其引起的基准面变化规律,以及实现层序内部等时对比的情况下,对体系域特征的描述成为建立正确的层序地层模式的又一个关键。纵观前述各种河流相模式中体系域的描述,张周良[43模式和刘招君等[53模式将体系域与河流类型联系起来,但并非某一体系域中必然发育某种类型的河流,在相似的可容空间下,在平面上同一水系的分支中可以同时发育曲流河与辫状河[331;以及二者之间的许多过渡类型。另外,关于河流类型的分类,特别是分汊河的提出,以及分汉河是处于辫状河与曲流河之间的过渡类型还是处于曲流河与网状河之间的过渡类型,学术界也没有取得一致意见[34。37],因此,将体系域与河流类型对应起来,必然存在争议。。

但这几种模式中用到的砂泥比、砂地比、砂体的切割程度(砂体呈席状或孤立)、微相类型的垂向变化等来描述体系域特征是比较可取的,另外还可以用单层砂体平均厚度、砂体钻遇率来定量刻画体系域中砂体的总量和切割程度,也是值得考虑的方向。3

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Geologists,ShortCourse

Notes,

研究呈现出以下发展趋势:①由近海(湖)河流层序地层研究向内陆河流层序地层研究过渡。近海(湖)下切谷中存在大量的充填沉积,蕴含的矿床丰富’其层序地层模式也相应较完善,而内陆河流的层序地层学研究目前几乎处于空白状态。②基于河流的形成与演化过程建立等时的层序地层模式。形成与演化过程本身具有时间含义,基于此过程划分体系域,才能建立等时的层序地层格架。③融合河流沉积学与河流地貌学的知识,加强对河谷下切阶段的地质

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基准面变化的主控因素及其对沉积建造的控制作

用。④分析不同构造运动方式(幕式升降、均匀升

降)对基准面变化的控制,针对不:同构造运动方式建

立河流层序地层模式i⑤分析气候变化的特征,探

索气候控制的河流层序地层模式。

总之,河流基准面的控制因素多,决定了河流层

序的复杂性和多样性,期望建立统一的河流层序地

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HuGuang—min918’¨,NI

Cha02,WANGJun3,ZHAOWen-don94

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Abtract:Fluvialsequencestratigraphyhasbroughtenormousvitalityto

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Thispaperanalysesthemaincontrollingfactorsoffluvialsequence,discussestheisoehronismo'fsequenceinterior,anddescribesitemsaboutsystems

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ofsandbodies.Atlast,itpres・

entsthedevelopmenttendencyaboutfluvialsequencestratigraphy.

Keywords:fluvialsequencestratigraphy;baselevelcycle;tectonicmovement;climatechange;fluvialter—

race

sediment

河流层序地层学研究现状与存在的问题

作者:作者单位:

胡光明, 倪超, 王军, 赵文栋, HU Guang-ming, NI Chao, WANG Jun, ZHAO Wen-dong胡光明,HU Guang-ming(长江大学地球科学学院;油气资源与勘探技术教育部重点实验室,湖北荆州434023) , 倪超,NI Chao(中国石油天然气股份有限公司杭州地质研究院,杭州,310023), 王军,WANGJun(中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司第四采油厂地质所,陕西靖边,718500), 赵文栋,ZHAO Wen-dong(中国石油集团渤海钻探工程有限公司,天津,300457)地质科技情报

Geological Science and Technology Information2011,30(6)

刊名:英文刊名:年,卷(期):

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本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dzkjqb201106007.aspx

第30卷第6期

地质科技情报

V01.30

No.62011年

11月

GeologicalScienceandTechnologyInformation

Nov.

2011

河流层序地层学研究现状与存在的问题

胡光明1a’16,倪

超2,王

军j,赵文栋4童.:.

(1.长江大学a.地球科学学院.b.油气资源与勘探技术教育部重点实验室,湖北荆州434023;

2.中国石油天然气股份有限公司杭州地质研究院,杭州31002313.中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司

第四采油厂地质所,陕西靖边718500)4.中国石油集团渤海钻探工程有限公司,天津300457)

摘。要:河流层序地层学为河流沉积学研究注入了活力,但已有的河流层序地层模式还存在不少问题。在回顾已有河流层序地层模式的基础上,从河流层序的主控因素、层序内部的等时对比和体系域特征的描述3个方面分析了已有模式中存在的问题,并提出从河流阶地的成因入手分析河流层序的主控因素,基于河流形成过程划分体系域和进行等时对比,并从砂泥比、砂地比、砂体切割程度、微相类型的垂向变化、单层砂体平均厚度、砂体钻遇率等方面对体系域进行客观的描述,最后指出了河流层序地层学研究的发展趋势。

关键词:河流层序;基准面旋回;构造运动;气候变化;河流阶地沉积中图分类号:P539.2

文献标志码:A

文章编号:1000-7849(2011)06—0055—05

随着油气勘探程度的提高,我国河流相储层的道砂体及不连续的薄煤层和碳质页岩沉积为特征。

勘探与开发越来越困难,一方面是因为河流沉积不Wright等[33提出的模式认为,低位体系域由下

同于其他类型的沉积,其影响因素多,相变快,砂体切河谷中的充填物和河流阶地上的高成熟度的土壤分布规律复杂,非均质性强,另一方面缘于缺乏符合层组成;水进体系域早期形成多层横向连续、厚度大

我国实际的河流沉积学理论的支持。20世纪90年的砂体,晚期形成孤立砂体和分布广泛的泛滥平原沉代,国外学者提出的多个版本的近海河流相层序地积;高位体系域时期,形成横向连通性较好的砂体与层模式,为河流沉积学研究注入了活力。近海河流土壤层。

层序主要受控于海平面变化,而我国主要发育远离张周良[4]提出的模式认为,河流相层序的各个

海洋的内陆河流,其主控因素为构造和气候,构造和体系域由不同的河流类型组成。-低位体系城以河谷

气候的变化规律不同于海平面,因此近海河流层序下切和阶地形成为特征,发育辫状河,沉积上由辫状地层模式并不适用内陆河流。探求内陆河流层序地河道砂体和阶地上的土壤层组成,河道砂体彼此切

层模式,对于我国河流相油气储层的勘探具有重要割,在纵向和横向上相互连通;水进体系域以网状河意义。

为特征,发育由悬浮载荷组成的很厚的细粒泛滥沉

积夹孤立的河道砂体,以垂向加积为主,夹有沼泽环1研究现状

境的泥炭和煤层;高位体系域以曲流河为特征,沉积上以河道的侧向加积为主,由悬浮载荷或床底载荷在经典层序地层学理论的基础上,Shanley和悬浮载荷的沉积物共同组成,发育河道、天然堤和等[卜2|、Wright等[3]、张周良[4|、vanWagoner[引、刘泛滥平原。

招君等[6]先后提出了河流相层序地层模式。

van

Wagoner[5]提出的模式认为,早期低位河

Shanley等[1]模式将下切河谷内充填的沉积物归流沉积以下切河道中粗粒砂和砾为主,河间区域均为低位体系域,将超出下切谷的沉积归为水进体系域出露,且具古土壤化,随着侵蚀作用的进行,先前沉和高位体系域。水进体系域下部由相互叠置的河流积层序中孤立的高位河流在向下侵蚀且不断加宽的相席状砂体组成,向上逐渐过渡为薄层、相对孤立的过程中被袭夺,广布的席状砂是低位体系域的后期河道沉积与冲积平原沉积和受潮控河道充填沉积互特征;在海进体系域中,相对海平面上升,较细粒沉层;高位体系域则以细粒的泛滥平原沉积、孤立的河

积物于冲积河谷中加积,内陆地区变得潮湿,促进了

收稿日期:201卜05--27

编辑:杨勇

基金项目:国家自然科学基金项目(41172105)

作者简介:胡光明(1977一),男,讲师,主要从事沉积层序与储层方面的研究。E-mail:hugml214@163.corn

地质科技情报

草沼、树沼、湖泊和泥炭沼的发育;高位体系域砂岩和泥岩沉积在广阔的海进面上,河流体系是孤立的,且狭窄。

・,忠。‘’|ji

刘招君等[6]研究松辽盆地泉头组后,根据基准面周期的四分性,将一个完整的河流层序划分为低位体系域、水进体系域、高位体系域和水退体系域。低位体系域早期由于基准面快速下降到最低点,河流下切侵蚀,后期基准面由最低点开始缓慢抬升,河道在河谷内的摆动使得侧向加积占优势,辫状河发育,层序底面常发育强烈的河道下切而产生下切谷充填,或无沉积记录,沉积物以反映坡降大、水流能量高的粗粒岩性为主,砂地比值较大。水进体系域早期基准面开始慢速抬升,抬升速度的逐渐增加使得垂向加积作用增强,沉积物以中细粒岩性为主,砂泥比接近1,此时沉积体系特征以发育曲流河为主;后期基准面快速抬升导致大规模水进,垂向加积相对占优势,岩性主要是纽砂岩,砂地比值较小,网状河发育。高位体系域在基准面上升至最大时期形成,垂向加积相对占优势,砂泥比值小于19网状河发育。水退体系域早期基准面缓慢下降,沉积区域缩小,在沉积区内垂向加积缓慢,侧向加积相对占优势,岩性相对较粗,砂泥比值接近1,曲流河发育。

另外,在高分辨率层序地层学研究方面,CrossE7喝]、邓宏文等[9-11]、郑荣才等[12-153着重探索了利用基准面旋回进行河流相地层对比。

2存在的问题与分析

在河流相层序地层学研究取得丰硕成果的同时,在以下3个方面仍然存在一些值得思考的问题。2.1河流层序的主控因素

主控因素对层序内部的沉积建造有决定性的影响,建立河流相层序地层模式,必然要涉及这一核心问题。

:.一

在早期的河流相层序地层研究中,人们借鉴了

起源于被动大陆边缘的经典层序地层学理论,将海平面变化与河流沉积结构联系起来,认为海平面的变化控制了河流层序的发育。Shanley等[1。2]对Kaiparowits高原r河流冲积体系的研究、Wright等[3]模式,vanWagoner[5]对犹他州BookCliffs冲积体系的研究都将河流沉积特征的变化与当时的海平面变化联系起来。

经典层序地层学总结出了控制层序的四大要素:构造沉降、全球海平面升降、沉积物补给、气候变化。实际上,这些要素综合反映在基准面变化上,基准面变化是这些要素变化的综合结果,而基准面的变化控制了层序发育的特征。因此,在Shanley

等[1‘2]、vanWagonerc5]的近海河流层序模式中,海平

面变化对基准面变化的贡献较大,是基准面变化的主控因素。因此,对于靠近海洋受其影响的.冲积体系中的河流来说,海平面变化与河流沉积层序的响

应关系的确存在,正是这一点决定了近海河流层序地层模式的合理性,以至于Catuneanu[16]对Shaniey等[1≈3提出的模式进行修正时,仍然认为海平面变化是层序发育的主控因素。

但是也应注意到,海平面变化对河流的影响有限,CatuneanuEl6]认为,海平面变化与滨线迁移对河流层序的影响范围从滨线向河流上游一般只有几十千米,如海平面变化对科罗拉多河的影响范围约90km,对低坡度的爪哇大陆架的更新世河流的影响最大超过200km。因此,不宜将Shanley等[1。2]模式、Wright等[3]模式、vanWagoner[51模式应用于远离海洋的内陆河流。

对于内陆河流而言,除了构造和气候以外,河道比降、河岸及河漫滩物质组成、植被覆盖度、流域来

沙量大小及来沙组成、流量变化也都能在一定程度

上影响基准面的变化,从而影响河流的沉积[17d8]。基准面变化是各影响因素的函数,逐个研究各个因素对基准面变化的影响,从理论上讲,最能准确反映基准面的变化特征,但基准面是一个动态的抽象的面,在不同地域、不同时段,各因素对基准面变化的贡献率存在差异,这种复杂性意味着考虑所有因素来研究基准面变化的做法并不现实。并且各个影响因素是相关的。如沉积物补给受源区构造和气候的影响,河道比降也受构造控制,流量变化受气候控制等,所以,从根本上来讲,构造与气候是内陆河流基准面变化的主控因素,这与Catuneanu[16]认为超过海平面的变化对河流的影响范围的上游河流主要受控于构造和气候的认识是一致的。因此,抓住构造和气候这两个因素来研究基准面变化比考虑所有影响因素来研究基准面变化更为实际,更具有可操作性。

虽然目前的技术水平无法明确探知在某一时间段内构造和气候对基准面变化的贡献率,但对于一个具体的内陆河流层序(三级层序)而言,其基准面的主控因素要么以构造为主,要么以气候为主,影响因素相对较单一。另外,构造和气候的作用方式不同,构造运动具有幕式特征或均匀升降,气候变化具有周期性,二者在造谷阶段所形成的河流阶地具有不同的特征E19-26],这对于判断基准面的主控因素及

其作用方式是一个较好的突破口,当然,这需要结合

地貌学中有关河流阶地的类型、特征、成因进行详细分析,具有挑战性。2.2层序内部的等时对比

不论是用经典层序地层学在划分准层序、体系

第6期

胡光明等:河流屡序地层学斫完现状与存在的问题

57

域和层序,还是用高分辨率层序地层学进行旋回对比。都强调了所划分单元的等时性,即等时对比。

胡光明等o”认为,内陆河流的形成一般由基准面下降导致的河流下切形成河谷和阶地(简称造谷阶段)、基准面上升导致河谷被充填甚至被覆盖(简称填谷阶段)两个阶段组成。地貌学家们往往关注造谷阶段的阶地沉积及其提供的构造和气候信息,而沉积学家则把更多的精力放在了填谷阶段所形成的河谷充填沉积及其所形成的矿床中。在Shanfey

弋j=7<了孓p弋3:=7飞5:=歪=7

弋=Xj:=7弋)=7<7\了=7:==忑3=7

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口口口口口日曰口f

弋了≮7(夕\/弋7<了≤7弋了<7

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々ⅥL,孓{兰蓬委!

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等∽]、Wright等[3]、张周良【‘]、vanWagonerC”、刘

招君等[63等提出的河流相层序地层模式中,体现的河流层序实际上都是基准面上升(相对河床基底的上升)的填谷阶段的沉积,因为从下切谷的底部向上,沉积物的厚度一直在增加,这说明相对于河床基底而言,基准面一直在上升,只是上升的快慢不同,才导致砂体的切割程度、砂泥比、河流类型有别;而与基准面下降(相对于河床基底的下降)所对应的造谷阶段地质作用的结果。在上述模式中则没有体现出来(图1)。而不同级别的基准面旋回,理论上都

目2惨正的Wright等‘”河流屡序模武‘”1

F晾2Revismoffluvialsequencestratigraphymodel

posedhWrightV.P.etalinl993

RST.水遇体系域.

pro—

虽然有时基准面下降仅仅导致河流下切侵蚀,例如稳定的构造抬升导致基准面稳定下降,河道一直下切形成冲刷面,并没有形成阶地沉积物,但即使是这样.没有三维体积的冲刷面也代表了一个基准面下降的时间段,而且这个时间段较长,是可以与填谷阶段经历的时同相比较,不可忽略.如根据林春明08]的研究结果,可计算出晚第四纪钱塘江河谷下切与充填经历的时间之比为2

(RST)即为冲刷面。

是由基准面上升半旋回和基准面.下降哔旋回所组成口”,所以,上述层序地层模式是不完整的。

3。只存在冲刷面

而缺少阶地沉积的情况下,图2中的水退体系域

从以上分析可知,以河流的形成过程(下切与充

,●l<●l罐罐盯V:△

填)为主轴,将同一时间段内的地质作用的结果(侵蚀形成的冲刷面、沉积形成的阶地沉积和河道充填沉积)划分到一起,才是真正意义上的等时对比。因此,抓住河流形成过程这一具有时间意义的地质作用过程.是确保同一体系域内为等时沉积的关键。

对于体系域内部的准层序的等时对比,方法相对比较成熟。根据Cross口“的高分辨率层序地层学理论,邓宏文等011+“强调首先识别河流演化过程中由于河流冲溢形成的自旋回沉积作用和基准面变化产生的异旋回沉积作用,即基准面旋回。然后运用河流沉积学理论分析构成河流相的不同相域的形成与基准面变化的关系。识别基准面转换位置的沉积学和地层学响应,从而建立等时地层对比格架。郑荣才等“。”1从分析砂体成因类型与基准面旋回过程的关系出发。详细讨论了砂体在地层格架中的发育位置、分布规律、成因特征以及层序界面对河流砂体几何形态、稳定性和储集性等特征的直接控制作用。另外,刘渡口”还对基准面旋回与沉积旋回的对比方法进行了探讨,高志勇等o”对层序地层中的洪泛面进行研究,探讨了洪泛面的识别及其在地层等时对比中的意义,叶良苗等o”还对河流相中的古土壤进行了研究.指出了其在河流地层对比中的作用。

河流的形成一般由造谷阶段和填谷阶段组成,

i—圃■-I●-履,一

Fi.1

可儿盥■I

目1完整河流层序∞构成々B有模式自对m

Comparisonbetweenwholefluvialsequencecomponentsandexistingfluvialsequencemodels

LST.低位体系域ITST.水进体系域;HST.高位体系域.

另外,这些模式中也存在穿时现象。Shanley等[143和Wright等01模式中.未充填的河谷和阶地沉积物形成于基准面下降的造谷阶段,而与阶地沉积相邻的河谷充填物则形成于基准面上升的填谷阶段。将二者都归于低位体系域,不符合层序地层学等时对比的原则。胡光明等071在苏里格地区盒8段识gq出了河流阶地沉积,结合露头地质资料认为河流阶地沉积是在构造间歇性抬升过程中形成的,不是与河道充填物形成于同一时间段,据此对Wright等(33模式进行修正,将原来的低位体系域划分为水退体系域(主要是阶地沉积)和低位体系域(河道充填沉积)(图2)。

地质科技情报

这一形成过程为肘阃域。基于这一过程划分体系

域,可以确保同_体系域内为相对等时的沉积体。

层模式并不现实。融合河流沉积学与地貌学的观点,确定基准面变化的主控因素及其变化特征,基于主控因素的变化特征和河流的形成演化过程,建立相应的层序地层模式是河流层序地层学发展的必然趋势。参考文献:

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在体系域内部,可借鉴高分辨率层序地层学基准面

旋回对比的思想,根据洪泛面、古土壤层的沉积特

征,完全可以实现准层序的等时对比。

2.3体系域特征的描述

在明确河流层序主要控制因素及其引起的基准面变化规律,以及实现层序内部等时对比的情况下,对体系域特征的描述成为建立正确的层序地层模式的又一个关键。纵观前述各种河流相模式中体系域的描述,张周良[43模式和刘招君等[53模式将体系域与河流类型联系起来,但并非某一体系域中必然发育某种类型的河流,在相似的可容空间下,在平面上同一水系的分支中可以同时发育曲流河与辫状河[331;以及二者之间的许多过渡类型。另外,关于河流类型的分类,特别是分汊河的提出,以及分汉河是处于辫状河与曲流河之间的过渡类型还是处于曲流河与网状河之间的过渡类型,学术界也没有取得一致意见[34。37],因此,将体系域与河流类型对应起来,必然存在争议。。

但这几种模式中用到的砂泥比、砂地比、砂体的切割程度(砂体呈席状或孤立)、微相类型的垂向变化等来描述体系域特征是比较可取的,另外还可以用单层砂体平均厚度、砂体钻遇率来定量刻画体系域中砂体的总量和切割程度,也是值得考虑的方向。3

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of

Geologists,ShortCourse

Notes,

研究呈现出以下发展趋势:①由近海(湖)河流层序地层研究向内陆河流层序地层研究过渡。近海(湖)下切谷中存在大量的充填沉积,蕴含的矿床丰富’其层序地层模式也相应较完善,而内陆河流的层序地层学研究目前几乎处于空白状态。②基于河流的形成与演化过程建立等时的层序地层模式。形成与演化过程本身具有时间含义,基于此过程划分体系域,才能建立等时的层序地层格架。③融合河流沉积学与河流地貌学的知识,加强对河谷下切阶段的地质

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基准面变化的主控因素及其对沉积建造的控制作

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降)对基准面变化的控制,针对不:同构造运动方式建

立河流层序地层模式i⑤分析气候变化的特征,探

索气候控制的河流层序地层模式。

总之,河流基准面的控制因素多,决定了河流层

序的复杂性和多样性,期望建立统一的河流层序地

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terrace

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terrace

developmentin

the

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ReviewandProblemsofFluvialSequenceStratigraphy

HuGuang—min918’¨,NI

Cha02,WANGJun3,ZHAOWen-don94

(1a.SchoolofGeoscience;lb.KeyLaboratoryofExplorationTechnologiesforOilandGasResourcesofMinistryofEducation,YangtzeUniversity,Jingzhou:Hubei434023,China;

2.HangzhouGeologicalResearchInstituteofPetroChina,Hangzhou310023、,China;

3.InstituteofGeology,theNo.4OilRecoveryFactory,ChangqingBranCh,PetroChina,JingbianShaanxi718500,China;4.BohaiDrillingEngineeringCo.,LTD,CNPC,Tianjin300457,China)

Abtract:Fluvialsequencestratigraphyhasbroughtenormousvitalityto

thestudyon‘fluvialsedimentolo—

gY,butatthesametime,there

are

someproblemsfromthefluvialsequencestratigraphymodelsbuilt.

Thispaperanalysesthemaincontrollingfactorsoffluvialsequence,discussestheisoehronismo'fsequenceinterior,anddescribesitemsaboutsystems

tracton

thebasisofreviewingallmodelsaboutfluvialSequencestratigraphy.Itproposesthatthecontrolling

factors

shouldbeconcededbased

on

originsofthefluvial

ter—

race

sediments,thatdividingsystems

tracts

andisochronismstratigraphiccorrelationshouldbedepended

on

thefluvialformingprocesses,andthatsystemstracts

shouldbeobjectivelydescribedbysandstone/

mudstoneratio,sandstone/strataratio,incisiondegreeamongsandbodies,microfacieschangeinverticaldirection,averagethicknessofsinglesandbody,anddrill

encounterrate

ofsandbodies.Atlast,itpres・

entsthedevelopmenttendencyaboutfluvialsequencestratigraphy.

Keywords:fluvialsequencestratigraphy;baselevelcycle;tectonicmovement;climatechange;fluvialter—

race

sediment

河流层序地层学研究现状与存在的问题

作者:作者单位:

胡光明, 倪超, 王军, 赵文栋, HU Guang-ming, NI Chao, WANG Jun, ZHAO Wen-dong胡光明,HU Guang-ming(长江大学地球科学学院;油气资源与勘探技术教育部重点实验室,湖北荆州434023) , 倪超,NI Chao(中国石油天然气股份有限公司杭州地质研究院,杭州,310023), 王军,WANGJun(中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司第四采油厂地质所,陕西靖边,718500), 赵文栋,ZHAO Wen-dong(中国石油集团渤海钻探工程有限公司,天津,300457)地质科技情报

Geological Science and Technology Information2011,30(6)

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本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dzkjqb201106007.aspx


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