高分辨层序地层学中A/S值量化方法的研究与讨论①

苗小龙 王红亮 于 波 李 昭 赵国君 龚云洋

(1.中国地质大学能源学院 北京 100083;2.中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室 北京 100083;3.陕西延长石油(集团)有限责任公司研究院 西安 710075;4.中国地质调查局油气资源调查中心 北京 100029;5.中国国土资源经济研究院 河北三河 065201)

0 引言

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，由于沉积物可容纳空间与沉积物补给量比值(A/S)的变化，相同沉积体系中沉积物体积发生再分配作用，导致沉积物堆积速率、保存程度和内部结构(如堆积形式)等发生变化［1，2］。

利用A/S值的增加与减小来划分沉积基准面旋回，在高分辨率层序地层学研究中应用广泛［3～10］。从基准面概念提出开始［11］，A/S值一直被划分为①大于1(沉积物供应速率小于可容纳空间增加速率，海/湖岸线向远离盆地方向迁移，沉积物发生退积)、②等于1(两者基本持平，海/湖岸线基本不发生迁移，沉积物发生加积)，③0与1之间(沉积物供应速率大于可容纳空间增加速率，海/湖岸线向盆地方向迁移，沉积物发生进积)和④0与小于0(不发生沉积，或过路沉积，形成局部剥蚀面或不整合面)［1，12～14］，没有确切的量化值。很重要的原因是因为可容纳空间与沉积物供应分开来研究，无法获得两者的真实值，而两者的比值也就无法确定。正是因为如此，出现了同沉积不同旋回的现象，即同一沉积特征被划分为不同的基准面旋回类型。

但是，大量的地层学和沉积学性质，包括岩石物性、相组合和相序、层组厚度、地层结构及地层不整合面出现的频率等，都记录了保存程度和A/S值条件［2］，使得A/S值的量化成为可能。本文尝试利用岩相及其组合关系的变化来量化A/S值，藉此来划分沉积地层短期基准面旋回。

1 建立理想沉积模型

沉积物体积分配通过时间改变了地层旋回的对称性，而旋回的对称性记录在了基准面旋回上升与下降时期形成的岩相中［15］。理想沉积环境中，沉积地层为陆相—滨海—海相，基准面上升旋回期与下降旋回期，分别发育地层为ZYXWDCBA与ABCDWXYZ(图1，左起第1列，由底部向顶部，下同)。随着环境的变化，可能形成对称与非对称基准面旋回(图1，第2列与第4列)。

2 量化方法

特定的沉积环境中，理想发育岩相一般可以通过该环境中典型露头剖面获得。假设某种沉积环境中，理想发育的岩相种类为8种(图1)，包括了陆相和海相环境，以及两者之间的过渡环境。

理想环境下发育的基准面上升旋回由底部向顶部发育的岩相依次为 ZYXWDCBA，分别赋值为12345678，代表退积或海进沉积;反之则代表进积或海退沉积。在此基础上，根据基准面上升与下降，将地层发育的岩相值划分为两个区间，即由底部向顶部岩相值增加(12345678)区间与减小区间(87654321)。单个区间内我们定义岩相值与底部岩相值的比值为该岩相地层的A/S值，同趋势区间岩相的A/S值相同，不同趋势区间岩相不具对比性。

图1 理想地层旋回对称性与非对称性示意图(据文献［15］修改)Fig.1 Schematic diagram of idealistic strata with symmetric and asymmetric cycles

如图1中第1列(左，下同)基准面下降旋回中，岩相 ABCDWXYZ 的 A/S值依次为8/8，7/8，6/8，5/8，4/8，3/8，2/8，1/8，反映了可容纳空间逐渐减小的趋势;基准面上升旋回中，岩相ZYXWDCBA的A/S值依次为 1/1，2/1，3/1，4/1，5/1，6/1，7/1，8/1，反映了可容纳空间逐渐增加的趋势。

特别需要指出的是:①单一区间内，对于岩相的缺失，笔者认为在地层发育过程中其地层被后期作用改造，如冲刷、剥蚀，而未保存下来，其厚度为0 m，依旧存在其相应的岩相值与A/S值，只是并未标出来(图1，2，3，4列);②图1 第 3 列中，岩相 X 处，为基准面转化位置，故一分为二。对于基准面下降旋回区间没有影响;在基准面上升旋回区间内，笔者解释为X沉积前由于冲刷作用Y与Z地层被剥蚀;③A/S值为1时，为相同岩相的加积，即为同一种岩相;④A/S值小于等于0时，不发生沉积，为过路沉积或形成剥蚀面、不整合面，可以将这种界面的A/S值定义为0。

依据上述方法量化的A/S值，可以很直观的反映A/S值的变化，为A/S值的增加与减小提供依据，也为定量划分基准面旋回提供了一种新的方法，我们称之为A/S区间量化原则。该量化原则中A/S值的地质意义没有改变，与前人研究成果相一致。

3 实例验证

本文选取短期基准面旋回内辫状河沉积层序来验证量化A/S值的可行性。辫状河的沉积序列较为复杂，最经典的为加拿大魁北克省加斯佩半岛泥盆纪辫状河剖面(图2)，自下而上为由粗变细的正韵律结构，反映了水动力能量逐渐减弱的沉积过程［16，17］。

可以看出，辫状河环境中可能发育5种岩相，依据A/S值区间量化原则，辫状河经典地层为非对称基准面上升旋回(图2)。相应的，冲刷面处A/S值为0。我们可将其认为是经典辫状河A/S值量化剖面。

实例一

按照经典辫状河A/S定量化标准，对Miall总结的部分典型辫状河类型(M/N/O)［18］进行量化A/S值来划分基准面旋回(图3)，可以发现辫状河发育以基准面上升旋回类型为主，泥岩相5发育较少，以河道相互切割为特征，表现为2、3、4的反复叠置出现。可以发现，利用定量化的A/S值划分基准面旋回，可以很好的反映辫状河发育规律。

实例二

延庆硅化木地质公园位于北京市延庆县东北部的千家店镇下德龙湾村白河两岸，园内主要出露一套后城组紫红色、灰绿色等杂色河流相凝灰质细砂—粉砂岩［19］。通过野外露头观察和分析，园内辫状河沉积的微相类型主要为河道充填沉积、心滩、河间湖泊与溢岸沉积［20］。

结合经典辫状河A/S值量化剖面，通过对岩相A/S值量化来研究其旋回的变化特征(图4)。本文将剖面中出现的溢岸沉积归为心滩顶部沉积(A/S值为4)来研究。

图2 加拿大魁北克省加斯佩半岛泥盆纪辫状河剖面(据文献［16，17］修改，岩相类型A/B/C/D/E下同)Fig.2 Devonian braided-river outcrop in Gaspais Peninsula，Quebec，Canada

图3 应用A/S区间量化原则划分典型辫状河剖面基准面旋回(据文献［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

总体上，由A/S值量化方法划分出的旋回特征，与经典理论划分出的旋回特征一致性较高，能够很好的反映旋回的变化特征。相比于经典理论划分出的短期旋回特征，更为细致，如厚度40～100 m段，原划分为3个上升半旋回按照A/S值量化方法可以划分为6个上升半旋回，避免了选分划分参数选择的不确定性。在此基础上，结合相类型的变化特征，可以进行中期、长期旋回的划分，将在以后的研究中深入探讨。

图4 延庆硅化木辫状河高分辨率层序地层格架(据文献［20］修改)Fig.4 Illustration of the sequence stratigraphic architecture of the study area

可以发现，根据A/S值量化方法划分出的旋回特征，与经典理论划分出的旋回特征具有很好的可对比性，操作更简单。特别指出，由A/S值量化方法划分出的旋回特征，严格按照岩相的变化等参数进行旋回划分，相对于传统的划分方案更具参考性。

4 结论

通过记录短期基准面旋回内的岩相变化特征，可以量化A/S值，即可以应用岩相的变化来确定A/S值，还可以很好的反映沉积特征。记录基准面旋回的其他特征，如相组合、相序等都可以反映A/S值的变化，也可以量化A/S值。

基于Cross的研究成果，本文提出的A/S区间量化方法，可以较好地定量研究基准面旋回内A/S值及其变化特征，而且其取值范围所代表的沉积地质意义并没有改变。应用A/S区间量化方法，建立了短期基准面旋回内辫状河沉积岩相特征经典剖面，并对Miall总结的部分典型辫状河类型通过量化A/S值来划分基准面旋回，更具科学性，可以很好地解决同沉积不同旋回的问题。

基于岩相特征的变化，本文主要集中于短期基准面旋回内A/S值量化特征研究。宏观方向，以沉积微相、亚相或相特征就可以进行中期与长期基准面旋回内A/S值量化特征研究，将在以后的研究中深入探讨。另外，建立各种相环境的标准A/S值量化剖面，也将是未来研究的一个重点。

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