[科普中国]-地震地层学

简介

地震地层学是以反射地震资料为基础，进行地层划分对比、判断沉积环境、预测岩相岩性的地层学分支学科。主要用于各种沉积矿产，特别是油气资源的调查勘探。

地震地层学是介于勘探地震学和沉积地层学的边缘学科，其理论基础也来自这两门学科。应用沉积地层学的知识，可以了解不同环境下形成的沉积体的三维外形轮廓、内部不同岩层的成分和分布，以及与其他沉积体的边界邻接关系等，从而可以根据沉积体的外形轮廓与邻接关系，反推其形成环境及岩性分布。

使用地震波反射提供的地层界面信息，用于地下和海底地层界面的确定。层序地层学利用由间断面分开的、由沉积体系构成的地层层序划分和对比地层。间断面接近于等时面，层序接近于旋回层。层序地层学是地震地层学的深化和发展。

而勘探地震学中的波长和分辨率的理论、薄层干涉理论、以及地震处理过程中波形和振幅等畸变的知识，则规定了用地震资料来了解沉积体形态与邻接关系的可靠性、局限性和多解性，由于这两方面理论的发展与结合，在20世纪70年代形成了地震地层学。1

在地震勘探数字化的基础上把地震和地质更紧密地结合起来，用地震资料研究岩性、岩相，沉积环境。找出各种类型的岩性圈闭，为直接寻找非构造油藏服务的一门新学科。主要内容可分为：

(1)区域或岩相地震地层学。将各种地震剖面根据其波组产状及相互关系建立各种地震模型及地震相，并反过来建立各种沉积模式以得到各种地震响应，检验各种地震模型、地震相与各种沉积模型和沉积相的关系，对地震剖面作出地层的岩性、岩相方面的解释。

(2)局部或岩性地震地层学把地震资料进行处理，提取各种参数，如反射系数，波阻抗曲线，伪速度测井曲线等，并结合钻井、测并资料，用来研究岩性和含油气情况。 2

基本原理地震地层学中最基本的原理是：地震反射同相轴基本上是沉积等时面，而非宏观岩性界面的反映。由此基本原理出发，可以推演出本学科的主要内容：

各反射同相轴的系统中断面表示它们反映的沉积过程的间断，这种间断面也具有相对等时性，即此面之上的所有沉积均比此面以下的任何沉积为新，而在上下两间断面之间不被间断面隔开的地层，可视为大体上连续沉积的一个地层单元，称为地震层序，层序的上下边界均被间断面或与其相当的整合面完全封闭。

层序内不同地点的沉积虽属同时生成，但其生成环境与岩相成分可能有差异。这种差异反映在剖面上的反射同相轴的平行性、连续性、强度(振幅)、波形及显示频率等特性的变化上。故可从这些显示特征(称为地震相)预测生成环境和岩相成分。

地震反射产生于岩石中具有速度-密度差的物性分界面。地层界面和不整合面分隔了不同沉积环境、不同沉积作用下形成的不同地质时代的地层，具有明显的速度—密度差异，与地震反射面有对比关系，地震反射所获得的地震剖面是年代地层(时间—地层)的沉积和构造模式的记录，具有地层学的含义。3

地震反射不仅可以解释沉积后的构造变形，而且可以作出六种类型的地层解释。①地质时代对比。②确定沉积层系及其厚度和环境。③古水深。④埋藏史。⑤不整合面的起伏。⑥与地质资料相结合，解释古地理和地质史。3

研究方法对一个盆地的区域地层作地震地层学研究的方法包括地震层序分析、地震相分析及海平面相对升降变化分析等三个方面。3

地震层序分析地震层序是在地震剖面上所反映的沉积层序，它将地震剖面分成一些相对整一的反射组，这些反射组可解释为成因上有联系的一套地层。这套反射，其顶、底以反射终止现像为标志的不连续面为界，这些不连续面可解释为不整合面或者是可以和它们对比的整合面。层序顶部不整一关系包括削蚀和顶超;底部不整—关系包括上超和下超，两者统称为底超(下图)。

(1)削蚀。地层沉积后被侵蚀掉，其顶部以不整合面与上覆地层接触的现象，它是顶部不整一的最可靠标志。在该层序单元顶部，地震反射终止。

(2)顶超。没有沉积或只有轻微侵蚀形成的现象，在该层序单元顶部，地震反射终止。顶超分布范围多半是局部的，往往不能进行区域对比。

(3)上超。沉积物沿上仰方向不断超覆并尖灭于底界面的现象。在该层序单元底部，水平的或倾斜的地震反射逆底界面向上超覆依次终止。

(4)下超。沉积物沿下倾方向不断超覆并尖灭于底界面的现象。在该层序单元底部，地震反射沿底界面倾向向下终止。3

地震相分析通过描述地震相(结构、连续性、振幅、频率和层速度等地震反射参数)，并对它们进行地质解释，分析层序单元内的沉积环境和岩相特征(见煤系地震地层相)。

海平面相对升降变化分析 以上超和顶超这两个最可靠的地层标志，分析海平面相对升降变化。地震剖面为确定层序单元内的上超和顶超模式提供了最佳手段。①海平面相对上升。以海岸沉积物的上超为标志，沉积物向陆地方向上超的垂直分量称海岸加积、海岸加积的厚度可确定上升的幅度。②海平面相对静止。表现为顶超现象。③海平面相对下降。以海岸沉积物的上超现象从一个层序的最高位置顺沉积斜坡向下转移到上覆沉积层序中上超的最低部位为标志。一个典型的海平面相对升降周期由海平面的一个逐步相对上升时期、一个相对静止时期、一个迅速相对下降时期组成。

有人认为，沉积盆地的海水平面升降，可与大区域甚至全球性海平面升降周期和幅度对比。海平面变化由冰川引起抑或由板块构造运动造成，至今认识尚有分歧，但大多数地质学家认为，相对海平面变化，影响陆地边缘和沉积盆地内部沉积物的几何形态和沉积相分布。 3

地震地层学的研究方法有两大趋向。首先，着重考虑沉积体的外形、侧向接触关系及其岩相环境等方面的对应关系，将地震剖面上的反射同相轴视为接近于理想的地质体的反映而较少考虑畸变。这种方法常用于区域地震资料的地层解释，称为区域地震地层解释。

其次，利用物探的理论分析以及改变参数扯理和模拟方法，详细地研究地震剖面中局部反射产生变化的地质原因。由于这种研究涉及具体岩性的解释，常称为岩性地震研究。又因此种研究常牵涉复杂的计算过程，往往只能限于局部地区的分析，也被称为局部地震地层研究。

海平面相对变化分析包括编制时代地层对比图和区域性海平面相对变化周期曲线图，并将它们与全球性海平面升降资料进行比较。区域性海平面变化周期与全球性海平面变化周期的相似性对于地震地层学分析很有意义，因为它们在地层学中引入了一个可以预测的尺度,用它可以更准确地预测时代、不整合年代、古环境以及岩相。区域性和全球性海平面相对变化曲线之间的差异，指示了局部构造运动的时代或解释中的错误。4

区别地震地层学，使用地震波反射提供的地层界面信息，用于地下和海底地层界面的确定。层序地层学利用由间断面分开的、由沉积体系构成的地层层序划分和对比地层。间断面接近于等时面，层序接近于旋回层。层序地层学是地震地层学的深化和发展。磁性地层学，利用地层的岩石磁性可作岩性划分的依据，更重要的是利用天然剩磁确定地层形成时古磁极的位置和正反方向等，作为全球性对比和古大陆位置再造的依据。

化学地层学，依据地层中化学元素含量分布特征，进行区域地层的对比；也可利用不同时代化学元素含量的变化，推断地球化学环境演变的规律。同位素地层学，利用放射性同位素测定岩石生成年龄，为年代地层系统提供年龄标定数据，称为地质测时学或地质纪年学。生态地层学，主要从事古生物生态环境的研究，与沉积环境研究相结合，使生物地层学的研究有了明显的提高。定量地层学，是指利用计算技术对地层的各种信息数据进行处理(使用较多的是用化石群的统计分析)，以优化地层的划分和对比，提高生物地层学的研究精度。

事件地层学的出现与地质事件概念和灾变概念的提出密切相关。事件地层学将突然发生的灾变事件形成的影响用于地层的对比，和用于地层界限的划分，取得了重要的成果。所谓突发的灾变事件主要指全球性事件，例如全球性地磁场的变化，全球性海平面的变化以及水圈气圈物化条件的阶段变化，以及由此引起的沉积作用和生物界的明显改变。

发展简史为了建立地层之间的时间关系﹐19世纪初期就形成了一些地层的基本概念。地层层序律说明地层沉积的原始位置近于水平﹐老者在下﹐新者在上。化石顺序律认为不同的地层含有不同的化石﹐可利用不同化石特征鉴别地层。19世纪地层学的主要工作是利用化石逐步建立了统一的地层系统﹐就是现代所称年代地层学。到19世纪末﹐人们发现同时期形成的地层具有不同的岩性﹐这种横向变化导出了岩相横变的概念。德国学者瓦尔特﹐J.把岩相横变同海侵作用联系起来﹐解释了时间界面同岩相界面的关系﹐称为瓦尔特定律。岩相的研究说明岩性界限在多数情况下﹐并非时间界限﹐所以除年代地层学以外﹐还须建立岩性或岩石地层学。20世纪30年代以来﹐详细的地层和生物群的对比研究建立了生物地层学。年代地层学﹑岩石地层学和生物地层学一直是地层学中的主要分支学科。

地震地层学这一新学科,是美国石油地质学家协会全国代表大会于1975年举行的第一届关于地震地层学研究讨论会上正式提出并命名，并以地震地层学(在油气勘探中的应用)这一部专题论文集反映出来(Payton,1977)。这主要是埃克森(Exxon)等一大批勘探学家多年研究和工作的成果。4

1970年前，反射波法地震勘探主要利用地震波旅行时间和速度，判断地质构造形态。随着新采集技术、新仪器设备及处理方法的应用与发展，高分辨率、高信噪比、高保真地震数据的获得，有可能从地震勘探资料中提取地层信息。3

1966年，美国P. R. 韦尔 (P. R. Vail)等人率先开始地震地层学的研究，大量的实例与论文在美国石油地质学家协会1975年年会上发表。他们提出的方法，是当今世界许多沉积盆地评价含油气远景的基本工具。20世纪80年代，这一方法引入中国，先是在石油勘探中广泛应用。1983年开始应用于东北中生代煤盆地沉积环境及含煤性预测。 3

地震地层学迅速发展，并衍生出层序地层学和油藏描述(或油藏钻前预测)两个分支。它们代表了地震地层学今后的发展方向。

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