高分辨層序地層學中A/S值量化方法的研究與討論①

苗小龍 王紅亮 于 波 李 昭 趙國君 龔云洋

(1.中國地質大學能源學院 北京 100083;2.中國地質大學海相儲層演化與油氣富集機理教育部重點實驗室 北京 100083;3.陜西延長石油(集團)有限責任公司研究院 西安 710075;4.中國地質調查局油氣資源調查中心 北京 100029;5.中國國土資源經濟研究院 河北三河 065201)

0 引言

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

利用A/S值的增加與減小來劃分沉積基準面旋回，在高分辨率層序地層學研究中應用廣泛［3～10］。從基準面概念提出開始［11］，A/S值一直被劃分為①大于1(沉積物供應速率小于可容納空間增加速率，海/湖岸線向遠離盆地方向遷移，沉積物發生退積)、②等于1(兩者基本持平，海/湖岸線基本不發生遷移，沉積物發生加積)，③0與1之間(沉積物供應速率大于可容納空間增加速率，海/湖岸線向盆地方向遷移，沉積物發生進積)和④0與小于0(不發生沉積，或過路沉積，形成局部剝蝕面或不整合面)［1，12～14］，沒有確切的量化值。很重要的原因是因為可容納空間與沉積物供應分開來研究，無法獲得兩者的真實值，而兩者的比值也就無法確定。正是因為如此，出現了同沉積不同旋回的現象，即同一沉積特征被劃分為不同的基準面旋回類型。

但是，大量的地層學和沉積學性質，包括巖石物性、相組合和相序、層組厚度、地層結構及地層不整合面出現的頻率等，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。本文嘗試利用巖相及其組合關系的變化來量化A/S值，藉此來劃分沉積地層短期基準面旋回。

1 建立理想沉積模型

沉積物體積分配通過時間改變了地層旋回的對稱性，而旋回的對稱性記錄在了基準面旋回上升與下降時期形成的巖相中［15］。理想沉積環境中，沉積地層為陸相—濱?！Ｏ啵鶞拭嫔仙仄谂c下降旋回期，分別發育地層為ZYXWDCBA與ABCDWXYZ(圖1，左起第1列，由底部向頂部，下同)。隨著環境的變化，可能形成對稱與非對稱基準面旋回(圖1，第2列與第4列)。

2 量化方法

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

理想環境下發育的基準面上升旋回由底部向頂部發育的巖相依次為 ZYXWDCBA，分別賦值為12345678，代表退積或海進沉積;反之則代表進積或海退沉積。在此基礎上，根據基準面上升與下降，將地層發育的巖相值劃分為兩個區間，即由底部向頂部巖相值增加(12345678)區間與減小區間(87654321)。單個區間內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，同趨勢區間巖相的A/S值相同，不同趨勢區間巖相不具對比性。

圖1 理想地層旋回對稱性與非對稱性示意圖(據文獻［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;基準面上升旋回中，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。

特別需要指出的是:①單一區間內，對于巖相的缺失，筆者認為在地層發育過程中其地層被后期作用改造，如沖刷、剝蝕，而未保存下來，其厚度為0 m，依舊存在其相應的巖相值與A/S值，只是并未標出來(圖1，2，3，4列);②圖1 第 3 列中，巖相 X 處，為基準面轉化位置，故一分為二。對于基準面下降旋回區間沒有影響;在基準面上升旋回區間內，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，為相同巖相的加積，即為同一種巖相;④A/S值小于等于0時，不發生沉積，為過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，也為定量劃分基準面旋回提供了一種新的方法，我們稱之為A/S區間量化原則。該量化原則中A/S值的地質意義沒有改變，與前人研究成果相一致。

3 實例驗證

本文選取短期基準面旋回內辮狀河沉積層序來驗證量化A/S值的可行性。辮狀河的沉積序列較為復雜，最經典的為加拿大魁北克省加斯佩半島泥盆紀辮狀河剖面(圖2)，自下而上為由粗變細的正韻律結構，反映了水動力能量逐漸減弱的沉積過程［16，17］。

可以看出，辮狀河環境中可能發育5種巖相，依據A/S值區間量化原則，辮狀河經典地層為非對稱基準面上升旋回(圖2)。相應的，沖刷面處A/S值為0。我們可將其認為是經典辮狀河A/S值量化剖面。

實例一

按照經典辮狀河A/S定量化標準，對Miall總結的部分典型辮狀河類型(M/N/O)［18］進行量化A/S值來劃分基準面旋回(圖3)，可以發現辮狀河發育以基準面上升旋回類型為主，泥巖相5發育較少，以河道相互切割為特征，表現為2、3、4的反復疊置出現?？梢园l現，利用定量化的A/S值劃分基準面旋回，可以很好的反映辮狀河發育規律。

實例二

延慶硅化木地質公園位于北京市延慶縣東北部的千家店鎮下德龍灣村白河兩岸，園內主要出露一套后城組紫紅色、灰綠色等雜色河流相凝灰質細砂—粉砂巖［19］。通過野外露頭觀察和分析，園內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］。

結合經典辮狀河A/S值量化剖面，通過對巖相A/S值量化來研究其旋回的變化特征(圖4)。本文將剖面中出現的溢岸沉積歸為心灘頂部沉積(A/S值為4)來研究。

圖2 加拿大魁北克省加斯佩半島泥盆紀辮狀河剖面(據文獻［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 應用A/S區間量化原則劃分典型辮狀河剖面基準面旋回(據文獻［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。相比于經典理論劃分出的短期旋回特征，更為細致，如厚度40～100 m段，原劃分為3個上升半旋回按照A/S值量化方法可以劃分為6個上升半旋回，避免了選分劃分參數選擇的不確定性。在此基礎上，結合相類型的變化特征，可以進行中期、長期旋回的劃分，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(據文獻［20］修改)Fig.4 Illustration of the sequence stratigraphic architecture of the study area

可以發現，根據A/S值量化方法劃分出的旋回特征，與經典理論劃分出的旋回特征具有很好的可對比性，操作更簡單。特別指出，由A/S值量化方法劃分出的旋回特征，嚴格按照巖相的變化等參數進行旋回劃分，相對于傳統的劃分方案更具參考性。

4 結論

通過記錄短期基準面旋回內的巖相變化特征，可以量化A/S值，即可以應用巖相的變化來確定A/S值，還可以很好的反映沉積特征。記錄基準面旋回的其他特征，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區間量化方法，可以較好地定量研究基準面旋回內A/S值及其變化特征，而且其取值范圍所代表的沉積地質意義并沒有改變。應用A/S區間量化方法，建立了短期基準面旋回內辮狀河沉積巖相特征經典剖面，并對Miall總結的部分典型辮狀河類型通過量化A/S值來劃分基準面旋回，更具科學性，可以很好地解決同沉積不同旋回的問題。

基于巖相特征的變化，本文主要集中于短期基準面旋回內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行中期與長期基準面旋回內A/S值量化特征研究，將在以后的研究中深入探討。另外，建立各種相環境的標準A/S值量化剖面，也將是未來研究的一個重點。

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