体系域^①是沉积学和层序地层学的重要术语, 原义指可以进一步划分层序的同时代沉积体系的组合(Brown and Fisher, 1977)。沉积体系代表相关沉积环境的沉积作用产物, 它们侧向上逐渐变为统一体系, 形成逻辑上相关的古地貌单元, 是记录了主要古地貌单元沉积作用的三维沉积相组合(Galloway, 1989; 吴因业等, 2015)。层序地层学是当前地球科学研究颇为关注的领域, 被广泛应用于沉积盆地分析和油气勘探。碎屑岩层序地层学理论方法源于海相盆地, 是在被动大陆边缘油气勘探实践的基础上凝练而来的, 至今已经历了约50年的发展历程(龚承林等, 2021)。目前使用的不同层序模式主要差异在于地层记录的概念包装方式不同, 与基准面变化旋回有关的体系域和层序边界使用了不同的时间段(Posamentier and Vail, 1988; Galloway, 1989; Embry and Johannessen, 1992)。不管层序模式的选择和层序边界的时间性如何, 层序地层学的 “ 要害” 基本上是由滨线迁移引起的, 其特征和时间性控制了所有体系域和边界的形成。除了术语选择的不同, 滨线迁移的每一阶段(正常海退、强制海退和海侵)都与具有独特地层叠加样式的体系域形成相对应, 用作体系域边界的界面至少部分地构成了层序地层学意义上的界面。这些基本原理对所有模式通用, 最终提供了统一层序地层学方法的基础。

体系域术语众多, 常见的有低位体系域(LST)、海侵或湖侵体系域(TST)、高位体系域(HST)、下降期体系域(FSST)、海退或湖退体系域(RST), 也有强制海退楔体系域(FRW)、湖泊扩张体系域(EST)、湖泊收缩体系域(CST)、非常规体系域(UST)、描述河流环境为主的高可容纳空间体系域(HAST)和低可容纳空间体系域(LAST)等, 部分术语也还存在争议(吴因业等, 2009, 2015)。实际上, 不同体系域有其不同的内涵, 有些貌似一样, 实际上也有细微区别, 例如同样在强制海退或强制湖退条件下形成的FSST和FRW就有细节上的差异(Octavian, 2020)。

中国陆相大型湖盆碎屑岩— 碳酸盐岩沉积区分布广泛, 含油气盆地内新发现了多个油气田, 特别是近年来在致密油/页岩油勘探方面获得了突破。根据沉积体系域演化和可容纳空间演变解释层序地层单元, 建立层序演化模式, 预测油气储集体, 适合于研究有成因联系的异旋回地层序列。作者对“ 十三· 五” 期间中国大型湖盆如四川盆地侏罗系、柴达木盆地古近系体系域研究进行了部分总结, 提出湖泊深水体系的沉积层序体系域研究进展表现为引入强制海退(湖退)的概念, 从经典的三分体系域发展为四分体系域和二分体系域, 不同尺度的相对整合序列和体系域分布与命名具有紧密联系。采用A-P-D(加积-进程-降积)准层序叠加分析方法, 分析体系域格架下薄层沉积砂体的形成机理, 提高了体系域识别和油气储集体预测的准确度。A-P-D准层序叠加分析方法的核心内容在于沉积趋势(depositional trend)的分析和准层序的叠加样式(stacking pattern)结合, 判断出A(加积, aggradation)、P(进积, progradation)、D(降积, degradation)和R(退积, regredation)的组合以及岸线轨迹(shoreline trajectary), 确定体系域类型, 预测沉积砂体的时空展布。

柴达木盆地古近系和四川盆地侏罗系研究实例表明, 湖侵体系域主要发育滨浅湖泥坪、介屑滩、灰质滩、混积滩和近岸砂滩微相, 局部存在半深湖。随湖平面上升, 浅湖和半深湖范围扩大, 沉积中心地区发育三角洲前缘薄层砂体和深水浊积扇及多旋回泥页岩— 泥灰岩组合, 有利于页岩油储集体的发育。勘探实践表明, 除了中石油在大庆、新疆、四川、青海油田等的致密油/页岩油勘探有发现之外, 中石化和中海油也有了重大进展(刘桂珍等, 2021), 例如四川盆地中下侏罗统发育3套优质暗色泥岩, 从上至下分别为千佛崖组(凉高山组)、自流井组大安寨段和东岳庙段, 是继海相页岩气开发之后的另一重要页岩油气勘探领域。陆相页岩油气的勘探在元坝、涪陵地区的多口钻井都获得了工业油气流。涪陵地区泰页 1井在凉高山组测试日产气7.5× 10⁴ m³、油 9.8 m³; 元页3井测试日产气1.18× 10⁴ m³、油15.6 m³, 证实该层系具有较大的勘探潜力(郭旭升等, 2021)。

经典的层序地层学格架有3个体系域被识别出来, 分别是低位体系域(LST)、湖侵体系域(TST)和高位体系域(HST)。就强制海退(湖退)体系域而言, 大型湖盆与海相盆地有一定的相似性, 特别是在半深湖和深湖地区。强制海(湖)退(FR, forced regression)发生于基准面下降期, 此时无论沉积供给情况如何, 基准面下降都将引起滨线的强制后退。在海陆过渡带伴随着滨线强制海退可发生包括加积、侵蚀或这2种综合作用等多种类型的沉积过程, 这些过程对海相和陆相环境均有影响, 在某一区域哪种过程(侵蚀和加积)占主导地位取决于能量均衡剖面(河流均衡剖面或基准面)和地面(地表或地下)的相对位置。正常海退(NR, normal regression)的滨面或三角洲前缘沉积是渐变的, 不同于强制海(湖)退沉积的滨面或浪控三角洲前缘的突变特征。也就是说, 在岸线附近, 不整合层序边界会十分发育, 是岩性地层油气藏勘探的重要领域。到了深水沉积区, 物源区的物质搬运也会留下沉积学的痕迹(操应长等, 2018)。

强制海退(湖退)引出了一个重要的体系域, 称之为下降期体系域(FSST)(吴因业等, 2009), 英文原词是“ falling stage systems tract” 。采用的体系域的术语是根据 Hunt 和 Tucker(1992)所提出的, 因为地层结构充分的标准是允许1套层序细分出4个体系域, 即高位体系域、下降期体系域、低位体系域和海侵体系域。与此同时, 基准面变化的完整旋回由1套连续的滨线转换的4个不同时期组成(如2个正常海退、1个海侵和1个强制海退; 图1), 因此在层序演化过程中划分出4个阶段是有价值和具有逻辑性的。在应用过程中, 这种分法经过实践证明是合理的, 而这种实践就是滨线转换的每个时期都是与不同的油气勘探机会相联系的。强调海(湖)岸线的迁移轨迹, 海(湖)侵阶段定义了海(湖)侵体系域, 而强制海退定义了下降期体系域。沉积体系域FSST形成的油气储集体主要有深水体系的浊积砂体和下切谷河流砂体, 是重要的勘探目标。

图1

Fig.1

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图1 与基准面变化相关的层序格架和二分/四分体系域(左图据Hunt and Tucker, 1992; 吴因业等, 2009。右图据李国欣等, 2022。有修改补充) LST— 低位体系域; TST— 海(湖)侵体系域; HST— 高位体系域; FSST— 下降期体系域; RST— 海(湖)退体系域; T— 海(湖)侵; LNR— 低位正常海(湖)退; HNR— 高位正常海退; FR— 强制海(湖)退; RSL— 相对海(湖)平面; CC— 相对应整合面; MFS— 最大洪泛面; MRS— 最大海(湖)退面Fig.1 Sequence framework related to base level changes and two-division and/or four-division systems tract(left figure is modified from Hunt and Tucker, 1992; Wu et al., 2009. right figure is modified from Li et al., 2022)

也有国内学者直接把下降期体系域称之为强制海退体系域, 但是其内涵指的是FSST的内容, 他们在一些盆地中得到了较好的应用, 例如余烨等(2019)在珠江口盆地指出, FSST在平行物源方向具有高角度斜交型前积反射, 其前端靠近盆地中心发育具丘状反射的盆底扇, 滨线迁移轨迹呈向盆地方向逐级下降的趋势。FSST体系域之下为前期层序高位体系域的前三角洲或陆架泥岩, 其上沉积了海侵体系域和高位体系域的半深海暗色泥岩, 同时受陆架坡折带地层尖灭和断裂沟通深部油源的控制, 可形成有利的生、储、盖组合, 是寻找岩性油气藏和页岩油气“ 甜点” 的有利场所。与FSST相似的另一个术语FRW, 英文原词是“ forced regressive wedge” , 笔者称之为强制海(湖)退楔体系域, 指的是强制海(湖)退时在浅水缓坡沉积环境下, 物源供给不足时, 沿缓坡带多级分布的浅水粗碎屑沉积物, 不能到达深水沉积区, 这一点与FSST是不同的。

中国陆相层序地层学基本特征, 表现为陆相湖盆层序成因中构造控制二级层序, 气候控制四级层序, 湖盆体系域一般可以有4种: 湖盆低位体系域、湖侵体系域、高位体系域和湖退体系域。陆相湖盆沉积中心区域往往沉积很厚的湖盆凝缩段, 为陆相生油提供物质基础(吴因业等, 2010)。准层序组界面的识别与对比是应用层序地层学的关键, 含煤盆地区域性分布的等时煤层可作为准层序组界面。陆相湖盆具有多种层序地层模式, 如坳陷型盆地层序模式、 断陷型盆地层序模式和含煤盆地层序模式, 陆相层序地层学研究可以指导隐蔽圈闭中的地层岩性油气藏勘探。

柴达木盆地柴西地区的勘探表明, 古近系发育不同岩相储集层, 多成因、多尺度孔— 洞— 缝发育, 非均质性极强, 储集性能差异显著, 目前尚无“ 孔— 洞— 缝” 系统一体化定量表征手段, 致使形成页岩油“ 甜点” 的储集层成储机理和孔喉下限尚难以明确。不同于其他盆地页岩层系为稳定单旋回, 柴西古近系页岩沉积受湖水高频振荡影响, 纵横向变化频繁, 呈现“ 薄、多、杂” 的特征, 岩性独特(图2)。古近系下干柴沟组上段厚度接近2000 m, 且岩性复杂, 混积特征明显, 系统取心难度大, 加之受单纹层厚度小、地层水矿化度高及测井纵向分辨率制约, 源、储纵向准确评价难度大。

图2

Fig.2

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	图2 柴达木盆地露头高频沉积旋回和湖侵体系域 FS— 洪泛面(湖泛面); PS— 准层序组(照片由李国欣提供, 拍摄于花土沟, 2021; 右图为相似井段的井下岩性和沉积层序特征, 英雄岭地区古近系, Y44井, 3300~3800 m)Fig.2 High-frequency sedimentary cycle and lake transgressive systems tract in outcrops of Qaidam Basin

在干旱、咸化、欠补偿背景下, 古近纪湖平面震荡升降、沉积中心多期迁移, 纵向旋回变化快、高频叠置且岩性复杂, 导致测井电性变化不大, 沉积层序及等时格架下岩性组合重建面临巨大挑战, 对体系域的认识无论是三分体系域还是四分体系域都有很大的难度。因此, 经过多年的探索, 提出了二分体系域的层序地层格架, 即湖侵体系域和湖退体系域(吴因业等, 2015)。有些学者针对断陷盆地提出了另一种说法的二分体系域, 即湖萎缩体系域和湖扩展体系域, 湖萎缩体系域上覆的湖扩展体系域泥岩、油页岩是良好的烃源岩和盖层, 湖萎缩体系域下伏的湖扩展体系域泥岩、油页岩也是良好的烃源岩, 因此这类砂体成藏条件优越(郭少斌, 2006)。使用基准面上升和下降定义的高分辨率层序地层学, 本质上也是湖侵体系域和湖退体系域的二分体系域(吴因业等, 2003), 只是基准面旋回强调的是完整时间的概念, 某一地区的地层信息(如准层序顶部的湖泛面)必然包含着在时间上与其相同的另一个地区地层属性的信息(如三角洲平原或沿岸平原中河道的充填作用), 也正因为如此, 地层分布才有时空分布的有序性和可预测性(Cross, 1991; 邓宏文, 2009)。

湖盆中心的高频旋回往往是细粒沉积物。沉积序列中的细粒沉积是个相对概念, 是相对于常规油气储集层中的砂砾等粗粒沉积而言的。细粒沉积岩分布很广, 约占沉积岩的 2/3。细粒沉积与细粒岩的研究, 主要是由于页岩油和页岩气勘探与开发的需要。煤系页岩气也是细粒沉积与细粒岩研究的重要领域与方向。大多数煤系中的细粒沉积是占有主导性的, 特别是三角洲成煤体系、湖泊成煤体系、潟湖— 潮坪体系, 细粒沉积是成煤的基础, 除非煤的形成是事件性的, 煤的形成往往是与细粒沉积相伴生的。煤岩气大都属于非常规气, 其储集空间与页岩油气储集空间在涵义上是一致的。有学者经过对比认为, 成煤环境的煤系细粒沉积中纹层比较单一, 且以缓波状、不连续状纹层为特色, 水动力条件弱且以闭塞滞留环境为主(刘莹等, 2020)。湖泊环境水平面可能更具有往复式活动的特点, 而且湖泊的范围和整体性特点, 导致在细粒沉积过程中的微小波动更容易被沉积记录下来。如季节性水域的扩张与萎缩、季节性水位变化, 米兰科维奇旋回性更突出, 水域活动的双向性更显著。

洪水成因的重力流沉积物与经典浊积岩在触发机制、搬运机制、沉积构型和是否含陆源有机质等方面均存在显著差异(Mulder and Chapron, 2011; 林畅松, 2019)。湖盆体系域格架下的薄层细粒沉积砂体之沉积搬运机理研究对非常规油气储集体的预测十分重要(姜在兴等, 2013)。海相研究实例指出, FSST体系域易于发育浊积岩, 可能与强制海退晚期有关的最好油气区带是砂岩浊积体及深水海底扇(Shanmugam, 2003)。这些储集层形成于盆地扇最粗的部分, 被相应的整合所覆盖(Hunt and Tucker, 1992), 并且它们在二维地震测线的位置可能由地层超覆显示出来。在强制海退的晚期阶段, 浊流的触发易产生高砂泥比, 是由于陆架边缘体系造成的大量陆源沉积物供给所致。

Zavala等(2011)认为经典浊积岩由盆内滑塌等因素触发, 因此称之为盆内浊积岩; 而由外部洪水触发的重力流沉积又称为盆外成因的浊积岩。基于盆外成因的浊积岩沉积序列和搬运机制的再研究, 认为这是完全有别于浊流的一种全新深水地质营力(Shanmugam, 2002)。松辽盆地白垩系研究实例表明, 齐家— 古龙地区嫩一段发现了远源的水道— 湖底扇系统(潘树新等, 2017)。弯曲水道改道频繁, 水道末端发育湖底扇, 最大面积可达 20 km²。沉积物主要以细粒沉积为主, 单砂层厚度从几厘米到几米, 单砂体沉积序列表现为向上变粗和向上变细的旋回成对出现, 为典型薄层细粒浊积砂体的沉积序列, 可以成为非常规油气的重要储集体。在四川盆地侏罗系, 湖侵体系域也存在三角洲前缘— 深水浊积砂体系列(吴因业等, 2013), 井下岩心和露头显示有不完整的鲍马序列, 属于正常流体的深水浊积砂体(图3, 图4), 大型湖盆的最大洪泛面附近, 地震剖面显示沉积稳定的湖相凉高山组泥页岩(图5), 其泥页岩和薄层细粒沉积砂体也成为致密油和页岩油的重要勘探目标, PA1井在侏罗系凉高山组的勘探突破就是实证。

图3

Fig.3

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	图3 大型湖盆深水沉积体系湖侵体系域及G100井钻探证据 A— 四川盆地侏罗系凉高山组层序划分: SB指层序边界, SQ指层序名称, RST指湖退体系域, TST指湖侵体系域; B— 四川盆地侏罗系凉高山组凉上段TST2沉积相平面分布; C— G100井TST2湖底扇外扇沉积:1286.61~1286.81 m, 灰色粉砂岩, 上下为深灰色泥岩, 发育包卷层理、碟状构造、冲刷面, 显示鲍马序列CD-CD-CD-EFig.3 TST of large lake basin and drilling evidence of lake transgressive systems tract in Well G100

图4

Fig.4

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	图4 四川侏罗系大型湖盆的湖侵期薄层沉积砂体特征 A— 大套暗色泥岩夹薄层细砂岩和粉砂岩, 川东北宣汉七里峡露头剖面凉高山组; B— 块状细砂岩显示底部平坦, 砂体厚度约3~5 m; 人高约1.7 m, 川东北宣汉七里峡露头剖面凉高山组; C— 底部的重力流底模构造, 四川侏罗系葫芦露头剖面; D— 块状细砂岩显示底部平坦, 下伏泥岩呈现暗色, 四川侏罗系葫芦露头剖面Fig.4 Characteristics of thin layer sedimentary sand bodies during large lake transgression in the Jurassic basin of Sichuan

图5

Fig.5

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	图5 四川侏罗系大型湖盆最大洪泛面 A— 川中地区综合剖面(西68井); B— 川中地区侏罗系地震反射特征, 地震剖面显示沉积稳定的湖相凉高山组泥页岩Fig.5 Maximum flooding surface of a large lake basin in the Jurassic basin of Sichuan

岩相古地理学是一门恢复古沉积环境、 研究沉积相展布及演化特征的学科, 其任务是为资源预测提供基础理论与应用方法, 已发展成为一门比较综合性的学科(刘宝珺和曾允孚, 1985; 冯增昭, 2003, 2004; 马永生等, 2009)。近年来沉积学新领域— — “ 源-汇” 系统及沉积过程模拟等、剥蚀区的古地理(古流域及古高程)也被包括在古地理分析中, 这也是岩相古地理研究新的方向(陈洪德等, 2010, 2013)。与能源结合的应用沉积学研究、油气勘探开发中的储集层非均质性研究等方面也获得了丰富的成果, 也极大地丰富了岩相古地理研究领域的理论(王成善和林畅松, 2021; 郑秀娟等, 2021), 体现了其实际应用和科学价值。基于其研究内容、精度、理论深度、研究区域范围和应用等方面, 也提出了广义岩相古地理与狭义岩相古地理(李增学等, 2010, 2021)。体系域格架下的岩相古地理编图可以深化和细化沉积微相研究, 特别是深水沉积体系研究, 例如柴达木盆地古近系下干柴沟组、四川盆地侏罗系(图5, 图6)、大庆白垩系和新疆二叠系等, 极大地丰富了高频旋回的层序地层学理论, 提高页岩油气“ 甜点” 的预测能力和精度。

图6

Fig.6

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图6 四川盆地侏罗系页岩油层段薄层沉积砂体微观特征 A— 极细— 细砂结构, 分选中等, 碎屑颗粒包括石英、长石、岩屑等, G17井, 凉上段, 2500.42 m, 单偏光; B— 石英表面较干净, 多具波状消光, 少量见次生加大, 长石表面可见轻微泥化, 发育聚片双晶, 压实作用和胶结作用发育, G17井, 凉上段, 2500.42 m, 正交光; C— 岩屑包括泥质岩岩屑、硅质岩岩屑、砂岩岩屑、石英岩岩屑等, 颗粒间填隙物主要为碳酸盐矿物(多为方解石, 少量白云石), 其次片状云母, 少量泥质、硅质等, G17井, 凉上段, 2500.42 m, 单偏光; D— 孔隙— 接触式胶结, G17井, 凉上段, 2500.42 m, 正交光Fig.6 Microscopic characteristics of thin layer sedimentary sand body in the Jurassic shale oil formation in Sichuan Basin

层序地层框架由层序和体系域组成, 在所有地层尺度上都可以观察到。体系域可进一步细分为高频旋回、异地层旋回(准层序)或沉积学旋回(层和层组)。随着高分辨率层序地层学的出现, 准层序在层序地层学中的使用已经变得多余, 因为在准层序尺度上发展的高频层序为地层对比提供了更好、更可靠的替代方法。因此, 体系域级别的古地理编图或沉积相编图就成为关键。就盆地评价和区带评价而言, 体系域格架下的编图尤其重要。当然, 到了开发阶段, 可以细化到沉积学旋回(层和层组)的编图(沉积微相甚至流体单元编图)。

沉积体系域的研究是沉积学和层序地层学的重要研究内容, 为页岩油气勘探提供了地质基础。关于页岩油的内涵, 可大致归为2类: (1)狭义的页岩油, 富有机质泥页岩(源內)中自生自储型的石油聚集, 页岩中的碳酸盐岩、砂岩薄夹层厚度一般小于 3 m(李国欣等, 2022); (2)广义的页岩油, 泛指蕴藏在页岩层系中页岩、致密砂岩和碳酸盐岩等含油层中(近源、源內)的石油资源, 包括自生自储型和短距离运移型的石油聚集。国家标准化管理委员会于2020年制定《页岩油地质评价方法》(GB/T38718— 2020)中指出: “ 页岩油是指赋存于富有机质页岩层系(包括层系内的粉砂岩层、细砂岩层、碳酸盐岩层)中的石油。” 并且对其中夹层单层厚度以及占比进行了定义: 单层厚度不大于5 m, 累计厚度占页岩层系总厚度比例小于30%(国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会, 2020)。中国陆相盆地发育多套页岩油, 陆相泥页岩层系具有沉积相变快、沉积厚度大、成熟度较低、黏土矿物含量高的特点(蒲秀刚等, 2019); 与海相盆地相比, 陆相盆地沉积构造背景较不稳定, 沉积年代较新、非均质性更强, 地层能量和地温梯度较低、烃类流体黏度和密度较大。细粒组分形成及地质事件的成因机制不仅是沉积地质学关注的“ 成源” 与地球系统演化的事件信息, 也是页岩“ 成储” 及源— 储耦合机制研究的关键内容(金之钧等, 2021)。

大庆油田在剖析松辽盆地古龙页岩油生产实践难题时, 提出古龙页岩油在储集空间、相态分布、流动规律和矿物演化等方面具有特殊性, 分析了目前面临的基础科学问题(孙龙德等, 2021)。其中6个方面的关键科学问题中有3个与沉积体系域的内容密切相关, 即: (1)有机质来源、生排烃机理和影响页岩油丰度的关键因素, (2)古龙页岩有效储集空间类型和结构特征及其对孔隙度和渗透率的贡献, (3)页岩矿物成因和演化规律及其对储集层有效性、敏感性与可压性的控制作用; 并指出松辽盆地北部下白垩统青山口组为最大湖泛期沉积, 发育了广泛分布的富有机质暗色泥页岩, 成熟度较高, 齐家— 古龙凹陷达到1.20%~1.67%。受沉积条件控制, 发育互层型、夹层型、纯页岩型3种页岩油, 其中纯页岩型页岩油又可细分为页理型和纹层型(李国欣和朱如凯, 2020)。因此, 通过体系域的分析, 明确深水沉积体系细粒沉积的形成机制, 可以了解陆相页岩油的物质基础, 有利于预测页岩油气的“ 甜点区” 。四川盆地侏罗系的页岩油勘探表明, 页岩油层段薄层沉积砂体的微观特征显示岩石以极细— 细砂岩为主, 分选中等, 碎屑颗粒包括石英、长石、岩屑等, 孔隙— 接触式胶结, 孔隙度极低(图6)。

在柴达木盆地的页岩油勘探实践中, 下降期体系域(FSST)和准层序组(PS)的解释提高了对英雄岭地区下干柴沟组页岩油甜点发育段纵向分布的认识和解释预测精度(图7)。英雄岭页岩油发育于古近系下干柴沟组上段咸化环境, 主体为源储一体型, 可以分为页岩型和混积型2类。具有滞留烃量大、储集性好、甜点段厚度大、地层压力系数高、原油轻质组分多、脆性矿物含量高等6项地质特性(李国欣等, 2022)。与国内外其他地区页岩油相比, 具备地质特征的特殊性和勘探开发的有利性, 体现出沉积体系域研究在页岩油气勘探中的重要石油地质意义。

图7

Fig.7

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	图7 柴达木盆地英雄岭地区页岩油勘探实践中下降期体系域(FSST)及其甜点段的解释和预测(据李国欣等, 2022; 有修改)Fig.7 Interpretation and prediction of the falling stage systems tract(FSST)and its sweet spot section in shale oil exploration practice in Yingxiong Ridge area, Qaidam Basin(modified from Li et al., 2022)

在页岩气和致密气勘探方面, 沉积体系域研究同样可以发挥重要作用(邹才能等, 2016; 付蕾等, 2021)。例如中海油在鄂尔多斯盆地东部晋西挠褶带的临兴地区石炭系— 二叠系陆续发现了一批高产气井, 为中海油实现陆上油气储量与产量突破提供了现实的途径(杜佳等, 2021), 中石油在鄂尔多斯盆地东缘二叠系山西组发现榆林等3个区块, 页岩气资源达(1.8~2.9)× 10¹² m³(孙龙德等, 2019; 匡立春等, 2020)。

沉积体系域作为陆相高精度层序地层分析的重要内容, 在理论和方法方面都取得了一系列创新性的进展(蔡希源和李思田, 2003; 邓宏文, 2009; 吴因业等, 2015)。松辽盆地国际大陆科学钻探工程, 获取了世界上最连续的、长达8191 m 的陆相白垩系地质记录, 完整地揭示了大型陆相盆地沉积充填演化和沉积层序系列, 构建了陆地白垩纪高精度层序地层框架(王成善等, 2016), 为陆相高精度层序地层学研究提供了极好的范例。依赖于高分辨率的三维地震等地球物理技术和以找寻油气储集体为目标的高精度层序地层学和地震沉积学的研究, 已形成了一整套思路和方法体系, 并在识别沉积体系和储集层的几何形态及定量预测储集性能等方面的应用成效显著(Aplin and Joe, 2011)。在层序地层学和古地理学的结合与应用方面, 在层序体系域格架下, 从含油气盆地古地理、油页岩古地理及碎屑岩成岩作用多角度研究油气资源与油页岩, 并在聚煤区古地理研究与煤炭资源预测及其他矿产资源古地理研究与找矿方面都有新的突破(朱筱敏等, 2016; 郑秀娟等, 2021)。

展望未来, 与页岩油气勘探有关的沉积层序体系域研究领域在以下7个方面将取得重要进展:

1)咸化湖盆深水沉积体系的高频旋回体系域研究。不同含油气盆地烃源岩层系的沉积旋回差异性较大, 有的为稳定单旋回, 有的是多旋回。例如柴达木盆地古近系烃源岩层系受古气候高频变化影响, 纵向变化频繁, 呈现“ 薄、多、散、杂” 的特征, 无法与现有页岩油标准建立关系, 致使优质页岩油层段难以界定和筛选, 急需开展纹层状复杂岩性的咸化湖盆高频旋回沉积体系域研究。

2)与页岩型和混积型页岩油类型相关的湖侵体系域混积体系研究。中国中西部大型湖盆在干旱、咸化、欠补偿背景下, 湖平面震荡升降、沉积中心多期迁移, 纵向旋回变化快、高频叠置且岩性复杂, 页岩、湖相碳酸盐岩甚至火山岩混积发育, 导致测井电性变化不大, 沉积层序及等时格架下岩性组合重建面临巨大挑战, 制约了对页岩油源储分布范围的整体认识, 急需重建等时格架下的沉积旋回过程, 厘清有利源储组合。

3)体系域级别的层序— 古地理研究。主要是在盆地级别的三级层序— 岩相古地理编图研究基础上, 结合区块区带页岩油勘探开发之目的, 开展体系域级别的沉积层序演化和古地理分析研究。

4)体系域格架下的源-汇系统及其古湖泊分布特征研究。主要是开展源-汇体系、古地貌分析、古湖泊沉积中心与沉降中心分布与迁移特征研究。

5)湖泊古水深、古气候和古环境的地球化学指标分析。大型湖盆烃源岩总有机碳含量、有机质类型和页岩油层系单层有效厚度等评价参数体系, 都与湖泊古水深、古气候和古环境密切相关, 开展相应的地球化学指标分析十分重要。

6)富有机质页岩发育的微纳米级孔— 缝体系储集能力研究。应用地震沉积学富有机质页岩岩相空间非均质性预测技术, 井-震结合, 形成地质工程一体化模型平台。在精细地层格架模型的基础上, 开展岩相、裂缝、地质力学储集层建模工作, 评价微纳米级孔-缝体系储集能力, 形成巨厚页岩油储集层的地质工程一体化研究平台。

7)煤系环境纯湖相泥岩和沼泽相(湖沼或河沼)泥岩对规模天然气生烃贡献率的沉积基础研究。在煤系环境, 湖侵体系域的深湖和半深湖纯湖相泥岩和高位体系域沼泽相(湖沼或河沼)泥岩对规模天然气生烃贡献率不同, 其沉积学和层序地层学的基础研究十分重要。参考相关基础地化实验分析, 揭示煤系烃源岩中碳质泥岩与暗色泥岩的生烃能力, 找出中等— 好烃源岩, 同时也分析深湖和半深湖砂体对规模天然气勘探岩性圈闭和深层勘探(大于4500 m)的可能性, 为清洁能源天然气的风险勘探提供科学基础。

(责任编辑 李新坡; 英文审校 李 攀)