层序地层学

教学内容提要层序地层学（Sequence Stratigraphy，Van Wagonar et. Al, 1988）代表了地质学领域里的一场革命，是一种划分、对比和分析沉积岩层系的新方法，是油气、煤、铀等矿产勘查与盆地地质研究的重要工具和手段。

层序地层学来源于地震地层学，但这并不意味可以不加任何改动地将其标准模式搬入地震解释中，必须注意地震剖面和地质剖面的差异。

地震地层学（Seismic Stratigraphy）是1975年在美国石油地质家协会(AAPG)召开的一次研讨会上确定的(P. R. Vail, 1977)。

一．现代地层学的启示地质学已经诞生近200年。

它的诞生起源于人们对成层沉积岩的观察，并从而产生地质学的核心——地层学。

古生物学、构造地质学、岩石学、矿物学、地球化学、地球物理学、矿床学以及种种为找寻矿产资源或者为解决国计民生中重大课题的应用科学(如测井、勘探地球物理学等)，就是在这个古老的地层学的基础上派生出来的。

20世纪以来，地球科学发生了翻天覆地的变化。

然而早年毕业的大学生们还会记得，地层学是相当乏味的。

它的中心任务是按照业已成文的地层术语规范，机械地对地层进行描述、对比、划分、作图。

无数的地区性命名，大量的地方性运动，把长于记忆的学生搞得疲惫不堪，甚至一些地层的命名人，在经过一段的闲置后，对自己的命名也感到生疏。

地层学实际上处于停滞状态。

少数地层学家甚至宁愿说自己是沉积学家。

然而，在过去的20多年间，地层学发生了根本性的变革。

部分地层学家会同沉积学家，开始冲破了单纯的文牍式地描述地层的旧习，致力于研究地层的成因。

结果发现，现今看到的基本地层单位，都是由一些三角洲、扇体、河道、碳酸盐岩台地、礁、滩、沼泽、潮坪等沉积体组成的。

它们在空间上，组合成有一定规律的沉积体系，这些沉积体系又组合成有一定分布规律的体系域。

地层层序就是由一定类型的体系域构成的。

而在纵向上，地层层序又以某种周期性的方式重复叠置着，像框架与砖石一样，构筑成完整的地层记录。

这些最新研究成果不但把地层学从描述阶段推向成因地层学的新高度，而且为深入探索油气以及其它与沉积现象有关的金属非金属矿产的分布规律开辟了新的途径。

二．海面变化的启示——地震地层学诞生现代的地层学，已经从岩性的描述，进入对其成因的追溯与分析，而沉积模式的研究以及沉积体的成因解释，则导致层序地层学的发展，特别是与全球海平面变化有关的沉积体系的建立。

近三十年来，反射地震勘探的仪器设备，从光点记录，经过模拟磁带记录，发展到数字磁带记录，并利用瞬时浮点增益，可以无畸变地将反射纵波记录下来。

野外观测方法中，广泛使用共深点(common depth point)技术采集，使有效信号得到极大的加强。

利用电子计算机对反射地震资料的处理，使用包括反褶积(deconvolution)在内的各种数字滤波，可以将未畸变的反射地震信息显示出来。

从而，反射地震勘探的发展已经跨进了一个新的阶段，即用来进行地质解释的信息，不再单纯是研究构造的运动地震学参数，同时还应利用与地层或岩性有关的动力地震学参数。

长期以来，反射地震勘探只能使用运动学参数(时间)研究地下岩层的结构形态，尽管这样已经为油气勘探作出了许多贡献。

现在的技术进步能够提供弹性波传播的频率、振幅、相位等多种动力学参数，而这些地震信息都是与地层的物理性质或岩性紧密相关的。

例如，瞬时浮点数字地震仪记录下来的反射地震波波形的变化，显示出地下沉积相的不同，从而可以用来判断沉积环境。

再如，反射地震波的振幅异常，表示地下反射界面具有巨大的波阻抗差异，其中包括物质相态的不同，甚至可能反映出烃类的存在。

此外，反射地震资料与各种测井曲线的相互补充，相互印证，可能给出岩石的某些物理性质，甚至算出其孔隙度和渗透率。

地震地层学这个名称是1975年在美国召开的石油地质家协会(AAPG)召开的地震地层学研讨会上定下来的。

它和生物地层学、古地磁地层学、同位索地层学、事件地层学等一样，属于地层学的一个分支。

依1972年国际地层划分、术语和用法报告汇编(H.D.Hedberg，1972)所下定义：“地层学源于拉丁文Stratum和希腊文graphia，是地层的描述科学，涉及在正常顺序下，岩层(和其它共生者体)的形状、排列、分布、年代顺序、划分以及有关岩石可以具有的任一成全部特征，成分和性质的关系。

包括成因、组成、环境、年代、历史、与生物进化的关系以及不可胜数的其它岩层特征。

所有的岩石类型——岩浆岩、变质岩以及沉积岩都属于地层学和地层划分的总范畴。

某些非层状的岩体，因为与岩层伴生或关系密切，也置于地层学下考察。

”因此，地震地层学也就是通过地震资料，在它的能力范围内、独立的或者与其它学科结合，解决上述问题。

然而，正如前面所讲的那样，尽管1972年的“地层划分、术语和用法指南”较过去的“指南”有了很大进步，但是在摆脱描述性、强调成因单位方面，还有商榷的余地。

关于地震地层学的研究范围和命名，国内外有着不同的意见。

有人提出来用“石油地震地质学”这一命名(石油地震地质，1985，No.1)，把地震地层学的研究范围缩小到“石油和天然气的资源勘探”，而研究的广度又扩大到构造、生油、资源评价等等方面．国内广为流行的不成文叫法是把区域性地震地层学研究称之为“区域地震地层学”，也有个别人称之为“地层地震学”，以强调地震的重要性。

近年来，地震地层学的创始入之一Vail，致力于研究中显生宙以来全球统一的地层划分，提出“层序地层学“(sequence stratigraphy)一词，它是区域地震地层学的一个组成部分。

在利用地震资料研究地下地层细节方面，国外曾出现两种不同叫法，即“地震岩性学”(seismic lithology)和‘开采地震学”(production seismology)。

国内也有岩性地震学、局部地震地层学等不同叫法。

作者在本书的命名上沿用“地震地层学”这一旧称，并把区域性的地层划分、沉积体系研究与局部地区的岩性研究包容在内，其目的是避免内容过于庞大和尊重原创始人的命名。

但是作者确信，随着科学的发展，一定会有新的学科分支发展起来。

三．从地震地层学到层序地层尽管L. L. Sloss(1988)把层序地层学的发展历史向前推了40年，但是真正的现代意义的层序地层学是1987年由B. U. Haq、J. Harderbol和P. R. Vail在一篇题为“三叠纪以来的海平面变化”的文章中公开提出来的。

系统的层序地层学论著是一本名叫“Sea-Level Changes —An Integrated Approach”(1988，中译本名为“层序地层学原理(海平面综合分析)”，1992)的文集，这是国际沉积学会(SEPM)第42集特刊。

它系统全面地讨论了层序地层学的理论、方法，厘定了名词和术语的定义。

从此掀起了全球性的层序地层学热潮。

从1988年至今，它一直是全世界地学界的一个研究热点，而且是越来越热，同时也是争论的焦点。

当然，这一学科的争论也被带到了中国。

层序地层学理论的产生有两个基础：一是地层普遍具有旋回性；这是地质家就认识到的。

二是高精度地震反射资料揭示了过去各种方法所不能认识到的现象。

特别是地震反射基本上是地质上的等时面，提供给地质家一个多年来梦寐以求的前所未有的年代地层解释工具。

注意，这后一点是计算机技术带来的数字地震资料所揭示的。

在此之前，人们一直认为，地层像千层饼一样彼此平行地分布着。

然而，数字地震资料揭示出上超、下超和顶超等现象，而且在众多的平行地层中间，发现了众多的斜列地层，证明了过去的许多地层对比可能是错误的。

地层之间除了彼此平行之外，还有许多地层是一团一块的局部分布的，而且许多油田和它们有关。

地震反射界面基本上是等时面，加上地震界面的各种结构特征，构成了地震地层学的形成基础。

层序地层学则是在地震资料的大量地层学解释的基础上发展起来的。

但是，地震地层学实际上可以分成两部分(图1)，一部分是利用上超和下超等结构上的特征，研究沉积体系，研究基准面的升降变化，以及进行地层的划分；在此基础上发展成层序地层学。

它的另一部分是研究地震波的基本波形，即子波的特征，以及反映某一地层的复合波形的振幅、频率、极性和相位的变化，从中找出它们与油层的厚度、岩性、物性及含油性之间的关系，这一部分发展成开发地震地层学，或者叫做油藏描述。

这也是近年来与油气勘探开发密切相关的新兴学科。

地震地层学层序地层学油藏描述理论依据1 地层客观存在的旋回性2 地震反射界面基本上是等时面3 数字地震剖面中客观存在的上超、下超与顶超、削截现象反映了地下地层和沉积体的纵向周期性变化及三维展布特征4 据此可以划分层序。

在与油藏描述技术相结合的情况下，可以预测油藏的质量和数量，即油藏的好坏和储量大小1 子波的理论2 地震反射是众多子波合成的3 不同厚度、岩性、物性和含油性的薄互层复合波在振幅、频率、极性、相位上有不同的响应4 与测井资料分析相结合，可以研究油藏的质量和数量图1 地震地层学的发展及其与层序地层学和油藏描述的关系四．层序地层学是地震地层学的最新发展及其理论的更新层序地层学的发展可以追溯到40多年前，但是成为独立的一门学科形成于80年代后期。

地震地层学问世以后，在地学界引起了一场激烈的争论，众说纷法，毁誉参半。

其中以A．D. Maill（1986）反对的最为强烈。

矛盾的焦点是缺乏支持性资料，因为这些资料私人公司不允许公开发表，详细程度更高的白垩纪海平面升降曲线也未出版。

对P．R．Vail的海平面升降曲线的批评集中在：（l）局部和区域性沉降缺乏适当的校正；（2）某些重大事件发生的时间是否具有同时性；（3）没有采用最新的地质年表。

在借鉴他人建设性意见的基础上，P. R. Vail与 B. U. Haq、J. Hardenbol、M. T. Jervey、H. W. Posamentier、R. J. Weimer及Van Wagoner等学者致力于露头、测井、岩心、海洋地质及地震资料的综合研究，力求使原有的理论更为完善。

早在 70年代后期， Mac. Jervey就在数学上模拟了和定量表示了产生全球旅回曲线的海平面升降、构造沉降和沉积物供应速度之间的关系。

EXXON公司的科研人员吸收了这项成果并给予很高的评价，同时发表了以前的成果，弥补了1977年出版物的不足，地震地层学的理论逐渐被接受。

1987年，Vail等在美国AAPG和Science刊物上推出了第2代海平面升降曲线，特点是曲线呈圆滑的波状，每个周期顶底标明了不整合的性质，层序界面位于海平面升降曲线每个周期的下降（F）拐点上，上升（R）拐点稍后的某个位置处为最大海泛面，划分了海平面升降周期的级次，引起了更多的古生物地层学、年代地层学和磁性地层学的资料，并且提出了新的地层学科，即层序地层学。