基准面与基准面变化旋回的影响

基准面与基准面变化旋回是层序地层学的核心理论。层序地层学特别强调海平面相对周期性变化对地层层序样式的重要影响，并通过建立以不整合面为边界的年代地层格架，将具有成因联系的地层内部单元进一步细分，在考虑全球海平面升降变化、沉积物供给、构造沉降和气候等控制因素的基础上，建立层序地层分布模式并作出成因解释，然后再结合石油地质基本条件评价、预测烃源岩、储集层和盖层的分布以及有利地层岩性油气藏的位置，为油气田勘探指明方向。但是，石油地质学、煤田地质学等相关学科的发展，要求层序地层学能够提供更为全面、更为系统、更为精确的年代地层格架。在这种背景下，高分辨率层序地层学分析理论和方法技术便应运而生，其中以美国科罗拉多矿业学院T.A.Cross提出的高分辨率层序地层学最具有代表性，而且在油气勘探开发等领域发挥了积极作用。

高分辨率层序地层学的理论核心是指在基准面旋回变化过程中，由于沉积物可容空间与沉积物补给通量比值（A/S值）的变化，相同沉积体系域中沉积物体积发生再分配作用，导致沉积物堆积样式、相类型及相序、岩石结构、保存程度发生变化。这些变化是沉积体系域在基准面旋回中所处位置和可容空间的函数。基准面旋回变化控制了地层单元的分布模式，这种具有一定规律的分布模式为人们进一步预测沉积储层的分布提供了概念性模型，对富有机质页岩分布规律的预测也具有重要意义。高分辨率层序地层学是对地层记录中反映基准面旋回变化的时间地层单元进行“二元划分”，其关键是在地层记录中识别代表不同级次基准面旋回的不同级次地层旋回，进而进行高分辨率等时地层对比，探讨等时地层格架内的地层分布模式，预测有利的烃源岩、储集层和盖层的分布位置，以及富有机质页岩的空间展布特征及发育层位。

1.基准面

基准面并非海平面，也不是一个相当于海平面的向陆延伸的水平面，而是一个相对于地球表面波状升降的、连续的、略向盆地方向下倾的抽象面（非物理面），其位置、运动方向及升降幅度不断随时间发生变化（图4—6）。该概念由Cross（1994）在Wheeler（1964）提出的基准面概念上发展而来，引用并发展和分析了基准面旋回与成因层序形成的过程—响应原理。

地层基准面受海平面、构造沉降、沉积负荷补偿、沉积物补给、沉积地形等因素的综合影响，它是理解地层层序成因并进行层序划分的主要格架。地层基准面并不是一个完全固定不变的界面，它在变化过程中总是表现出向基准面幅度最大值或最小值单向移动的趋势，构成一个完整的基准面上升与下降旋回。这种基准面的一个上升与下降旋回被称为基准面旋回。基准面可以完全位于地表之上或在地表之下摆动。也可以穿越地表，从地表之上摆动到地表之下再返回到地表之上，这就是基准面穿越旋回。一个基准面旋回是等时的。在一个基准面旋回变化过程中保存下来的岩石为一个成因地层单元，即以等时界面为边界的时间地层单元—成因层序。

基准面处于不断运动变化之中，它相对于地表的波状升降、伴随着沉积物可容空间的变化而发生变化（图4—6）。当基准面位于地表之上时，就提供了可供沉积物沉积的空间，发生沉积作用，任何侵蚀作用均是暂时的或局部的。当基准面位于地表之下时，可容空间消失，发生侵蚀作用，任何沉积作用均是暂时的和局部的。当基准面与地表重合时，既不发生沉积作用也不发生侵蚀作用，沉积物发生过路作用。因而在基准面变化的时间域内，在地表的不同地理位置上表现出沉积作用、侵蚀作用、沉积物过路作用乃至沉积物非补偿（A/S→∞）产生的饥饿性沉积作用及非沉积作用等不同类型的地质作用状态。在地层记录中，代表基准面旋回变化的时间—空间地质事件表现为不同岩石类型与界面的组合（图4—7）。因此，一个成因层序是由基准面上升半旋回和基准面下降半旋回所形成的沉积物组成的。

图4—6　基准面、可容空间和反映可容空间与沉积物供给之间平衡时的地貌状态（Cross，1994）

图4—7　岩性地层剖面及侵蚀作用、沉积物锅炉作用、沉积作用和非补偿沉积作用的时空迁移对比图（Wheeler，1964）

确定成因层序的形成及特征对预测页岩发育位置具有重要意义。当基准面位于地表之上并相对于地表进一步上升时，可容空间增大，沉积物在该可容空间内堆积的潜在速率增加，但沉积物堆积的实际速率还受控于母岩类型和风化产物的地质搬运过程。位于地表之上的基准面上升所形成的沉积序列取决于可容空间增长速率、沉积物堆积速率、沉积相类型以及海（湖）平面升降变化的影响。位于海（湖）平面之下的基准面上升就会造成沉积水体的不断加深，若沉积速率低于可容空间增长速率则形成向上变细的沉积序列，利于泥岩、页岩及富有机质页岩的形成和发育；若沉积速率等于或大于可容空间增长速率则形成向上粒度不变的加积序列或向上变粗的沉积序列。沉积物堆积还受控于可容空间的大小。在沉积物供给速率不变的情况下，可容空间与沉积物供给量的比值（A/S值）影响了有效可容空间中沉积物的堆积速率、保存程度和内部结构特征。因此，基准面的变化描述了可容空间的形成和消失的过程以及沉积作用、侵蚀作用等多种地质作用的变化过程，是控制页岩沉积环境的重要因素。

2.基准面变化旋回

高分辨率层序地层学研究是对地层记录中反映基准面变化旋回的时间地层单元进行二元划分。不同级次的基准面旋回必将形成不同级次的地层旋回。因而，在地层记录中如何识别代表多级次基准面旋回的多级次地层旋回就成为高分辨率层序地层学地层对比的关键。根据基准面旋回和可容空间变化原理，地层的旋回性是基准面相对于地表位置变化产生的沉积作用、侵蚀作用、沉积物过路作用和沉积非补偿造成的饥饿性沉积作用乃至非沉积作用等多种地质作用随时间发生空间迁移的地层响应。地层记录中不同级次的地层旋回，记录了相应级次的基准面旋回。一般来说，根据地层记录的旋回地层特征，可以将基准面变化旋回划分成短期、中期和长期旋回。(https://www.xing528.com)

1）短期基准面旋回

短期基准面旋回是指成因上有联系的岩相组合，记录了一个短期基准面旋回可容空间由增加到减少的过程。短期地层旋回中代表基准面上升半旋回的地层记录以反映沉积水体逐渐变深的相组合为特征（位于海盆或湖盆中，且沉积物供给速率低于可容空间增长速率，为富有机质页岩发育的有利相位）；代表基准面下降半旋回的地层记录则以沉积水体逐渐变浅的相组合为特征。

2）中期基准面旋回

中期基准面旋回是指在大致相似地质背景下形成的一系列具成因联系的短期基准面旋回的组合，包括中期基准面上升和下降半旋回。中期上升半旋回则由一系列代表水体逐渐变深的短期旋回叠加而成，中期下降半旋回则由一系列代表水体逐渐变浅的短期旋回叠加而成。在中期上升和下降半旋回中可能出现相似的相和相组合，但由于其所处的地层位置不同，内部结构存在差异，可以将它们区别开来。

与页岩沉积环境有关的沉积层序主要出现在向陆方向推进的退积短期旋回叠加，形成于中期基准面旋回的上升时期，此时可容空间增加速率大于沉积物供给速率（A/S＞1）。上覆的短期旋回的沉积特征与下伏相邻短期旋回相比，泥岩厚度加大，砂泥比值降低（图4—8、图4—9），反映了可容空间增大的特征，是泥岩、页岩乃至富有机质页岩发育的有利环境。

向海（湖）盆方向推进的短期叠加旋回形成于中期基准面下降期，此时沉积物供给速率大于可容空间增长速率（A/S＜1），所以沉积序列就反映出可容空间不断减小的特征，沉积序列表现出向上砂岩厚度加大、砂泥比值加大的短周期旋回叠加样式。

短期旋回的垂向加积样式是在较长期基准面上升旋回至下降旋回的转换时期形成的。此时可容空间增加速率几乎等于沉积物供给速率（A/S＝1），也就是相邻短期旋回形成时的可容空间变化不大，新增可容空间近似为零，各个相邻短期旋回的沉积性质具有良好的相似性（图4—8）。

图4—8　短期基准面旋回叠加样式及其测井响应（邓宏文，1996）

图4—9　进积和退积对称性中期基准面旋回的沉积特征（邓宏文，1996）

3）长期基准面旋回

长期基准面旋回是指在沉积盆地范围内，区域基准面所经历的上升和下降过程。与其对应的长期地层旋回是以区域不整合面为边界的一套具成因联系的、连续的地层组合。