徐少华,何 敏，庞 雄，陈维涛，王英民，卓海腾，秦春雨

[1.重庆科技学院 复杂油气田勘探开发重庆市重点实验室，重庆 401331； 2.中国石油大学(北京) 油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249； 3.中海石油(中国)有限公司 深圳分公司，广东 广州 510240)；4.浙江大学 海洋学院，浙江 杭州 310058]

层序地层学的诞生为等时地层对比和沉积环境的分析提供了合理的解释。然而截止目前，大多文献和专著里关于层序地层格架的建立和体系域的分配仅是通过少量的、顺物源方向的、二维视角的垂向地层叠置关系来分析和证明，包括Helland-Hansen和Steel提出的滨线迁移轨迹分析方法和ExxonMobil公司提出的“A-P-D”分析方法等[1-4]。这两个方法的精要差异不大，都是着重解决二维剖面上可容空间(δA)和沉积物供给(δS)二者的变化关系，以此来确立层序地层格架。对层序地层结构在三维空间的侧向变化未引起足够的重视，导致很多研究区建立的层序地层格架仅在小范围的区域内适用，难以开展大范围、甚至跨凹陷尺度上的等时地层对比[5-7]。近年来，层序结构的侧向变化逐渐引起了国际上的关注[8]。帝国理工学院Hampson课题组通过对美国犹他州中部瓦萨奇高原进行了大规模的露头分析，细致地研究了浪控三角洲发育背景下准层序组的侧向演化过程[9]。Burgess和Prince[10]通过数字正演模型提出三维空间上不同位置控制参数的此消彼长可以形成相同的层序结构，例如，当沉积物供给速率足够大并且地形坡度合适时，下降体系域(FSST)也可以形成具备顶积层(与LST类似)的地层结构，这无疑对体系域的识别依据提出了挑战。Catuneanu和Zecchin[11-12]撰文对其进行了质疑，认为数字模拟的方法偏离地下的真实情况，但是对层序结构在侧向上的变化非常认可。Madof等[8]在《Geology》阐述了三维空间内层序结构的变化对体系域识别的影响。随后《Journal of the Geological Society》连续刊登了关于层序地层学发展方向的文章，共同强调了层序结构侧向变化的重要意义[5, 13-14]。对层序结构侧向变化的探讨将推动层序地层格架的建立方法和体系域的识别标准，将有助于当前“各执一词”的体系域划分方案趋于一致。众所周知，统一的层序地层格架是极为重要的，它决定了河口-陆架的“源”与陆坡-深海的“渠”和“汇”是否被置于同一个目的层内，以至于直接影响到后续沉积体系和储层预测的结果[15]。

事实上，我国学者对断陷湖盆层序结构的侧向变化已有深入研究[16-18]。Jiang等[19]提出了可容纳空间转换系统的概念，以松辽盆地青山口组为例阐述了可容空间转换带对准层序发育特征的影响。诸多学者也认为盆地中可容空间的变化不完全是统一的[20-21]，并采用层序构型恢复[22]、SSMS或SEDPAK软件数值模拟[23-24]、井-震对比[16]和露头研究[25]等多种手段加以论证。然而，过去对断陷湖盆层序结构侧向变化的探讨重点关注的是层序结构在湖盆陡、缓坡的特征差异性。这种差异受盆地自身结构的影响较大，属于不同物源体系的层序结构对比。本文以珠江口盆地中中新世13.8 Ma的陆坡层序结构为例，重点讨论同一个物源体系的河口供给及其两侧层序结构的变化对体系域划分的影响。研究重心在于可容空间升降速率和沉积物供给速率的变化，其目的是：①详细展示层序边界(SB)及体系域的侧向变化特征；②论述层序地层结构的侧向变化对体系域划分的重要影响，完善LST、TST和HST的定义；③以等时地层对比为核心改进层序地层学的工作方法。

1 层序地层标准化理论模型概述

自Catuneanu等[26]对层序地层学理论(包括沉积层序、成因层序和T-R层序)进行标准化以来，目前有关“沉积层序”的应用最为普遍，大多数学者赞成将不整合面作为层序边界[27-28]。沉积层序这一分支又以Hunt和Tucker[29]在1992年提出的理论模型应用最广，将SB置于FSST的顶界面，同时把一个完整的三级层序细分为4个体系域，由底至顶依次命名为：低位体系域(LST)、海侵体系域(TST)、高位体系域(HST)和下降体系域(FSST)。Catuneanu等[26]将这一模型归纳为“沉积层序Ⅳ”并被广泛采用(图1)。

图1 层序地层学的三大派别和五种理论模型(据Catuneanu等,2009)Fig.1 Three schools and five theoretical models of sequence stratigraphy(after Catuneanu et al.,2009)

简单来说，“沉积层序Ⅳ”的理论模型是基于旋回性升降的基准面变化而提出的。一个完整的旋回包括了基准面下降所形成的下降体系域(或称为强制海退体系域，FSST)和基准面上升时期形成的低位体系域(LST)、海侵体系域(TST)和高位体系域(HST)(图2)。LST、TST和HST之间的区分又依赖于基准面上升速率与沉积物供给的关系。其中，TST的基准面上升速率远大于沉积物供给速率，岸线向陆回退，即海进；LST和HST的基准面上升速率小于沉积物供给速率，岸线向海推进，即海退。LST和HST二者区别在于层序单元内部所处位置的不同。LST位于层序单元的最底部，底接层序边界(SB)；HST位于层序单元的上部，顶接下一个层序的SB或下降体系域底界面(BSFR)(图2)。最终，一个完整的基准面变化是由上述4个体系域内滨线的连续迁移所构成。

图2 层序地层学标准化理论的模型(据Catuneanu,2006)Fig.2 Model of standardization theory of sequence stratigraphy(after Catuneanu,2006)a.体系域内地层叠置关系；b.基准面升降关系SB.层序边界;MRS.最大海退面;MFS.最大海泛面;BSFR.下降体系域底面;LST.低位体系域;TST.海侵体系域;HST.高位体系域;FSST.下降体系域

2 层序界面侧向变化特征

本文采用“沉积层序Ⅳ”的理论模型将SB置于FSST的顶界。SB即层序的顶、底面，由不整合面和与之对应的整合面构成，分隔了界面上下属于不同基准面控制的具有成因联系的地层单元[30]。因此，SB上下在地层岩性、产状、沉积相和准层序类型等方面都存在着显著的差异。然而，随着测线方位从过三角洲主物源的剖面向侧翼移动时，即图3模式中的测线1向测线2移动时，SB的识别标志逐渐从侵蚀、削截、暴露和高角度前积向浪蚀和低角度前积等特征转变。SB在河口侧翼的特征应当引起重视，它将关系到SB在盆地尺度上的等时地层对比(图3)。

以珠江口盆地中中新世SB13.8为例，在强物源供给区，SB13.8位于陆架边缘三角洲的顶部，层序界面之下发育厚层的前积层以及下降的陆架边缘迁移轨迹，临近SB有顶超(图4a—c)。随着测线向两翼移动，SB13.8之下的前积层规模逐渐变小，倾角渐于平缓，直至图4d中SB之下已是低角度的前积，但仍保留了强振幅的反射特征。SB13.8之上LST的特征稍显复杂，在强物源供给区，LST为越过FSST继续向盆地进积的陆架边缘三角洲前积体，向陆可见河流上超(图4a,b)。随着测线向主物源的侧翼移动时，LST时期的前积体规模逐渐变小直至变成退积，发育海岸上超(图4c,d)，这与沉积物供给速率和可容空间二者的耦合结果密切相关(见4.1)。图4中FSST和LST的侧向演化是图3的理论模式从测线1向测线2逐渐移动的一个印证实例。

3 体系域侧向变化特征

理想情况下，一个完整的三级层序自下而上包含了LST,TST,HST和FSST 4个体系域，尤其在被动陆缘的陆坡区，体系域的发育最为齐全，也最易识别。Catuneanu[31]提供了体系域识别的经典模式，并且其垂向叠置规律与基准面的变化旋回具有良好的对应关系(图2)。

3.1 HST

HST形成于基准面上升晚期，位于TST之上，底界面是MFS，顶界面为SB或下降体系域底界面(BSFR)。以白云凹陷13.8 Ma为例，由于HST的岸线大幅回退，除局部陆架发育之外(图4c)，白云凹陷主体HST以远洋披覆沉积为主，厚度很薄。其中W1和W2井HST的厚度均小于15 m，测井上为锯齿状的薄层泥岩，在地震上用极性相反的相邻同相轴表示。由于本地区陆坡HST的厚度太薄，难以具有明显的侧向变化特征。

3.2 FSST

FSST以SB和BSFR为顶、底界，由于形成于基准面下降阶段，侵蚀、削截和暴露等特征是识别FSST的相标志。以白云凹陷13.8 Ma为例，在近物源一侧，FSST为大型高角度(2°～4°)前积体，沉积厚度大，呈向陆、向海双向减薄的趋势，陆坡处可见多期三角洲朵体构成的反旋回。侧向上，FSST前积倾角逐渐变缓，厚度减小(图4c,d)。

图3 受三角洲“点物源”影响的层序地层结构侧向变化特征Fig.3 Lateral variation of sequence stratigraphic architecture affected by the “point provenance”of delta

图4 珠江口盆地韩江组13.8 Ma陆架边缘的层序结构侧向演化特征(测线位置见图5)Fig.4 Lateral evolution of sequence architecture at the margin of 13.8 Ma clinoforms of the Hanjiang Formation,Pearl River Mouth Basin(lines location seen in Fig.5)a.经过FSST和LST主物源方向的地震剖面；b. 经过FSST和LST主物源侧翼的地震剖面，其中FSST和LST的陆架边缘三角洲规模减小，可见位于FSST之上的LST加积层；c.经过FSST主物源侧翼并偏离LST物源的地震剖面，FSST进积规模减小，LST表现为加积和上超；d.偏离FSST 和LST主物源的地震剖面，FSST进积特征不明显，LST表现为上超

3.3 LST

LST形成于基准面上升早期，以MRS和SB为顶、底界，常和上一个层序的FSST具有一定的成因联系。如章节2所述，SB的识别其实就是对FSST和LST二者加以区分的过程。近物源一侧，LST除了具有前积和河流上超外，图4a的还反映出LST比FSST具有地震反射频率更低、内部成层性更好、倾角更缓等特征。远物源一侧，LST表现为退积和海岸上超(图4c,d)。理论上说，基准面上升形成的LST应当从河口直至深海平原都广泛发育，但在实际工作中，LST位于浅水陆架的可容空间增量很有限，又易受到后期波浪的强烈侵蚀，陆架部分的LST厚度往往很薄，以至于在地震分辨率内难以识别，此时认为MRS地震上向陆尖灭(图5)。向海方向，LST的三角洲点物源位于研究区西侧，振幅属性上可见强、弱间互的条带状反射；受西南部云开低凸起的影响，西侧规模巨大的陆架边缘三角洲前积体向海迅速减薄(图4a,图5d)。东部陆架部分地震属性为片状的强振幅，又处于较高的古地势区域，为沿岸砂坝沉积体系。与薄层沿岸砂坝相接的深水陆坡区却发育厚层的深水扇体(W5井)，最终将LST的沉积体系简化为图6的沉积模式。

图6 珠江口盆地SQ13.8 LST沉积模式Fig.6 Sedimentary model of SQ13.8 LST in the Pearl River Mouth Basin

3.4 TST

TST的顶界面是MFS，底界面为MRS或SB。由于MFS附近沉积速率极低，浅水部分常有钙质胶结，发育凝缩段，MFS表现为侧向上最为稳定、连续性很好的强振幅同相轴并被后期的HST三角洲下超，可以作为全区层序地层格架建立的标志层(图4c)。钻井上MFS常和GR的高值相对应。TST底界面是MRS还是SB有赖于MRS向陆一侧的尖灭位置。在靠近物源一侧，TST的底界面为SB13.8且厚度较大，含砂率较高，发育陆架砂脊(图4a,b;W1井)。远物源一侧，TST的地层减薄、含砂率明显降低(W2井)，反应了沉积速率大致相等，以薄层的陆架砂席为主(图4d)。

4 讨论

4.1 河口-陆坡层序结构侧向变化对体系域命名原则的启示

正如标准化理论[26]所言，LST和HST都称为正常海退，源于定义(ΔVs/Δt)>(ΔVa/Δt)并且(ΔVa/Δt)>0，Vs为沉积物的供给量，Va为可容纳空间，t为时间。然而，在可容空间的增加速率与沉积物供给速率的“相互竞争”中，理应在靠近“点物源”的一定区间内才具备(ΔVs/Δt) > (ΔVa/Δt)，超过这一区间向两侧延伸时，一定会有(ΔVs/Δt) < (ΔVa/Δt)，因为沉积物供给速率在平面上不可能是均衡的。如图7所示，当靠近河口时，LST的特征与定义描述是相符的(图7c)；当远离河口时，沉积物供给速率极低，无法补偿海平面上升带来的新增可容空间，这时岸线将发生退积，该区域的地层建造和TST的特征极为相似(图7d)。遵从过去TST的定义，即TST是形成于基准面上升时期的一套地层，也就是岸线附近的基准面上升速率超过沉积物的供给速率。那么此时关键的问题是这部分具备TST特征的地层是应该依据定义来命名，还是出于等时性的原则命名为LST？本文认为层序地层学的核心价值在于提出了一种合理的等时地层对比的方法，故基于等时对比的原则，应将这部分地层即图4d的上超层和图7的蓝色区域划归到LST，否则就无法做到宏观尺度上层序地层格架的统一，年代地层单位也是混乱的。

单一剖面(图4d，图8b)符合过去TST定义的上超层被划归到LST，这一结果说明了TST的定义还不够严谨。不仅TST，事实上过去对LST和HST的识别也是通过可容空间的增加速率与沉积物供给速率的“此消彼长”来判断。然而，只要和沉积物的供给速率产生关联，就必然导致体系域命名的穿时性。这时LST，TST和HST的定义本身成为了体系域命名难以一致的根源(表1)。因此，为了追求更大空间上的等时地层对比，应适当修正LST，TST和HST的定义，详见章节4.3(表1)。FSST是唯一处于基准面下降时期形成的体系域，即(ΔVa/Δt)<0，(ΔVs/Δt)>(ΔVa/Δt)的成立并不依附于沉积物供给速率的影响，所以FSST的识别相对独立。这就是FSST可以在远离三角洲的侧翼时仍然能够保持基准面下降特征的原因(如低角度前积、侵蚀、顶超等)，这在图4d中得以体现。

图7 受差异沉积物供给速率影响下的LST岸线特征及现代地貌类比Fig.7 Coastline features of the LST under the influence of differential sediment supply rate and the modern geomorphic analogya，b.源自Google Earth，2017；c.表示河口附近三角洲进积体系的地层模式；d.表示偏离河口滨海平原退积体系的地层模式

图8 深水层序地层格架的典型划分模式(a)[26]与珠江口盆地13.8 Ma的研究实例(b)对比Fig.8 Typical division model of deep-water sequence stratigraphic framework (a)[26] and its comparison with the 13.8 Ma sequence in the Pearl River Mouth Basin(b)A.泥流沉积,FSST早期；B.浊流终端朵体,FSST晚期；C.堤岸水道和溢岸沉积,LST和TST早期；D.泥流沉积,TST晚期(图b的测线位置见图5。)

4.2 层序结构的侧向变化对深水层序地层格架的启示

迄今为止，层序地层学在陆架边缘的应用频率仍然远高于深水陆坡区，原因在于①相对海平面升降作为深水沉积体系变化的主导因素的证据还不明确，现代观测难度很大；②由于相距甚远，可容空间在陆架体系发生变化，深水体系不见得随即发生改变；③深水体系不仅受垂向物源的控制，还受到等深流、内波和内潮等水动力条件的显著影响。这些都充分反映了层序地层学应用于深水区的难度[32-35]。目前最具代表性的是Catuneanu等[26]在Posamentier和Kolla[36]对东婆罗洲深水扇的研究基础上提供的层序地层格架的划分实例(图8a)。Catuneanu等[26]以重力流沉积形成的盆底扇为例，对扇体内部进行了非常细致的地震相和沉积相的解剖，研究发现深水体系的迁移与基准面变化旋回具有完整的对应关系。这一划分实例具有很好的启迪意义，但也为读者带来以下3点启示。

表1 体系域的初始定义、识别标志及修订方案Table 1 Initial definition, identification marks and amendment scheme of the system tracts

1) 图8a的体系域划分方案是以近陆源背景为前提，即深水沉积体系能够直接并且快速地响应于陆架沉积体系的改变，即陆架体系由于基准面变化造成岸线的进退，深水体系能够立即“做出回应”。但在“浪控”为主的海相盆地如珠江口盆地，等深流和沿岸流等[37]侧向水动力的搬运能力不容小觑。在这种复合水动力的作用下就不能简单套用标准化模型来指导实际操作。试图模仿图8a的示例来解剖图8b中W5井钻遇的深水扇并建立深水层序格架是困难的。

2) 就图8a的剖面本身而言，Catuneanu等[26]提供的地震相分析过程是合理且符合层序模式的。但是Catuneanu等未提供各体系域在三维空间上的侧向演化和系统对比等检验过程。这种检验是至关重要的，条件允许的情况下甚至需要和陆架进行等时地层对比(图8b)，它将决定当前深水层序地层格架的划分方案是否具有空间上的实用性、延续性以及能否区域性地编图。因为某些典型地震相可能属于局部现象，经过若干地震道的“滚动”之后很快就“销声匿迹”。如此一来，依据某种局部现象建立的层序格架的适用范围是受限的，难以进行侧向上的等时地层对比。因此，层序格架能在多大的空间区域内进行等时地层对比和区域编图是当前方案是否合理的决定性因素。

3) 章节4.1所述，仅分析数条剖面的层序地层结构已然不能对LST、TST和HST武断地定名，如图8b中一系列上超层应命名为LST而不是TST。假设误将图8b的上超层归于TST，将得出“LST不发育盆底扇”(图4a,b LST,图6的测线1)以及“TST发育盆底扇”(图4c,d LST,图6的测线2)这2个结论。导致得出这2个错误认识的原因一方面是对层序结构的侧向变化未引起重视，使得层序格架的划分方案有悖于现今的版本；另一方面是受到工区面积的客观限制。假使某课题组只研究了图4a,b(或图4c,d)的三维数据，也就只能看到LST整个沉积体系的一个侧面，那么得出上述2个片面性的结论是“顺理成章”的(图6的测线1或测线2)。所以，基于层序格架提出的沉积学观点有赖于层序格架本身的正确。

4.3 解决方法

当今层序地层学的实践尚未重视层序地层结构在三维空间的展布特点，即忽视了层序地层结构的侧向变化。为建立三维空间上一致的层序地层格架时，受差异性的物源供给速率、差异性的构造升降速率影响的层序地层结构将同时出现，给等时地层对比带来极大的难度[38-39]。因此，层序地层学的实践方法理应做出相应的调整，建议如下。

1) 改变人为割裂沉积体系、分块建立层序地层格架的技术流程，将河口、陆架、陆坡直至深水作为一个整体开展研究。步骤上先确定陆坡的层序格架，继而向陆架和深水两端元进行等时地层对比，以此建立的层序格架更为准确。

2) 受图7中LST的侧向演化对体系域命名的影响，建立层序地层格架应寻找各体系域具有的“唯一性”相标志，排除诸如上超层等“非唯一性”相标志对其命名的干扰。由此，对过去体系域的定义做相应的修订(表1)：

① LST为形成于基准面上升早期，以可容空间增加速率小于沉积物供给速率为相标志，同时包含侧向上与之等时对比的一套地层。

② HST为形成于基准面上升晚期，以可容空间增加速率小于沉积物供给速率为相标志，同时包含侧向上与之等时对比的一套地层。

③ TST为可容空间增加速率大于沉积物的供给速率，同时侧向上排除与LST和HST等时对比的两套地层。

④ 由于FSST的识别独立于沉积物供给速率的影响，所以对Catuneanu[31]阐述的FSST的定义未做修改，仍以基准面下降形成的退覆作为FSST的识别标志。

说明：关于LST、TST和HST修订定义中的等时地层对比，本文采用的方法是地震反射同相轴的连续追踪，其前提是假定任意一根连续的地震反射同相轴是等时的。

3) 任何一个层序格架划分方案的确立都应经得起三维空间系统对比的检验，从而确保层序地层格架具有区域等时性，确保体系域的边界和内部单元可以进行区域编图。例如，建立深水层序格架时，应优先确保其结果能够与陆坡甚至陆架进行空间上的等时地层对比(图8)。

4) 不可否认，层序地层格架建立的准确与否非常依赖于数据体本身的面积、质量以及资料的丰富程度(如古生物或定年数据等)。 假使没有针对本文图4a-b一带的三维地震数据开展研究，就会错失LST识别的确切证据，那么将上超层划归到TST是极有可能的，得出“TST发育盆底扇”的认识也是极有可能的。这是层序地层学在实践中固有的局限性，也是造成层序地层格架和层序模式总是随资料的丰富而不断改进的原因。

5 结论

利用井-震综合分析的方法，以珠江口盆地韩江组13.8 Ma的陆坡为例，探讨点物源控制下浪控海岸发育背景下层序地层结构的侧向变化，力争建立宏观上一致的层序地层格架，得出以下启示：

1) SB在过主物源的剖面上可见侵蚀、顶超和河流上超等特征；在主物源侧翼，SB的识别依据为界面之下的低角度前积和界面之上的海岸上超。体系域的特征也存在明显的侧向变化。FSST由过主物源剖面上的高频、内部杂乱、高角度前积的地震相向侧翼低频、成层性好和低角度前积的地震相转变。LST由河口附近的进积变为偏离河口的海岸上超。出于等时性的考虑，低位期三角洲侧翼具有上超特征的地层应划归到LST而不是TST。

2) 基于等时地层对比的原则，将LST，TST和HST的定义进行了修正，即LST是形成于基准面上升早期，以可容空间增加速率小于沉积物供给速率为相标志，同时包含侧向上与之等时对比的一套地层；HST是形成于基准面上升晚期，以可容空间增加速率小于沉积物供给速率为相标志，同时包含侧向上与之等时对比的一套地层；TST是可容空间增加速率大于沉积物供给速率，同时排除侧向上与LST和HST等时对比的两套地层。

3) 建议层序地层学在应用中改变“分块”建立层序格架的操作流程，将河口、陆架至深水作为一个整体开展研究，首先寻找各体系域的“唯一性”相标志，继而开展三维空间上的系统对比，确保层序格架方案具有区域等时性以及体系域可以平面成图。

致谢：论文的资料源于中海石油(中国)有限公司深圳分公司研究课题“韩江组中部(SB14.8—SB12.5)古珠江沉积体系精细沉积相研究”(No.CCL2014SZPS0551)的大力支持。论文观点的逐渐成熟得益于与王星星博士、陈晨、魏文杰、严伟尧、杨璐、李文静、周家伟等课题组成员的讨论，论文的初稿得益于中海石油(中国)有限公司深圳分公司杜家元、柳保军、丁琳和魏山力，重庆科技学院赖富强、李小刚、高红灿等专家的宝贵意见。匿名审稿人和本刊编辑对本文提出了建设性的修改意见，在此一并表示由衷的感谢。