高分辨率層序地層學(xué)在第四紀(jì)含水層劃分中的應(yīng)用研究綜述

趙紅梅,衛(wèi) 文,劉嘉麒（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 10008；.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所,河北石家莊, 050061；.中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,北京 10009）

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高分辨率層序地層學(xué)在第四紀(jì)含水層劃分中的應(yīng)用研究綜述

趙紅梅1,2,衛(wèi) 文2,劉嘉麒3
（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院,北京 100083；2.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所,河北石家莊, 050061；3.中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所,北京 100029）

摘要:在綜述高分辨率層序地層學(xué)的形成、發(fā)展及其在第四紀(jì)地層和河流相地層對(duì)比中的應(yīng)用的基礎(chǔ)上,分析了高分辨率層序地層學(xué)在第四紀(jì)含水層劃分與對(duì)比中的應(yīng)用前景;應(yīng)用高分辨率層序地層學(xué)理論,深入分析基準(zhǔn)面旋回、可容納空間變化與地層響應(yīng)的關(guān)系,建立河流相等時(shí)地層格架,獲取不同微相的分布特征和砂體的時(shí)空展布規(guī)律,可為平原區(qū)廣泛分布的松散河流相第四紀(jì)含水層（組）的科學(xué)劃分和對(duì)比提供新思路。指出高分辨率層序地層學(xué)在第四紀(jì)含水層劃分與對(duì)比的應(yīng)用中,需加強(qiáng)定量化研究,在明確各級(jí)次基準(zhǔn)面旋回時(shí)限范圍的基礎(chǔ)上,對(duì)不同級(jí)次基準(zhǔn)面旋回進(jìn)行規(guī)范識(shí)別和劃分;應(yīng)尤其重視在地質(zhì)過(guò)程-響應(yīng)的沉積動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上區(qū)分河流相地層的自旋回和異旋回作用。

關(guān)鍵詞:高分辨率層序地層學(xué);第四紀(jì)地層;河流相;含水層;綜述

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,人們對(duì)地下水的需求越來(lái)越大,而地下水是有限的資源,如何更科學(xué)有效地管理地下水、實(shí)現(xiàn)地下水的可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用是目前尤為現(xiàn)實(shí)而緊迫的問(wèn)題。平原區(qū)的地下水多以孔隙水的形式賦存在松散的第四紀(jì)含水層中,以往的地下水資源評(píng)價(jià)、地下水開(kāi)發(fā)利用等水文地質(zhì)研究成果大多是建立在傳統(tǒng)的第四紀(jì)地層劃分與對(duì)比基礎(chǔ)上的,即認(rèn)為深度大致相當(dāng)時(shí),巖性相同或相似的砂層之間就可以簡(jiǎn)單地相連和對(duì)比。這種粗獷、概化的含水層（組）劃分與對(duì)比方法曾經(jīng)在找水水文地質(zhì)學(xué)、資源水文地質(zhì)學(xué)中發(fā)揮了重要作用,但已經(jīng)無(wú)法滿足以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)、注重構(gòu)建人與地下水系統(tǒng)協(xié)調(diào)且良性循環(huán)的當(dāng)代生態(tài)環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)的需要[1]。地下水系統(tǒng)作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng),只有更精細(xì)地把握和刻畫(huà)其非均質(zhì)性和各向異性,才能更深入地掌握地下水的演變規(guī)律,實(shí)現(xiàn)區(qū)域地下水科學(xué)理論的創(chuàng)新與突破,從而更科學(xué)地規(guī)劃管理地下水、實(shí)現(xiàn)其可持續(xù)利用的最高目標(biāo)。

掌握含水層復(fù)雜結(jié)構(gòu)屬性的關(guān)鍵是要解決含水砂層的沉積相變及其高精度識(shí)別與對(duì)比這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題,為解決這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題,不但需要密集打鉆和取樣來(lái)獲取海量基礎(chǔ)數(shù)據(jù),同時(shí)也需要更先進(jìn)、更科學(xué)的地層精細(xì)劃分和孔間對(duì)比方法。傳統(tǒng)的含水層劃分與對(duì)比方法以原始水平律、層序疊覆律等理論為基礎(chǔ),是對(duì)地層中靜態(tài)屬性之間的對(duì)比,且由于“地層與沉積環(huán)境的記錄在橫向上的不均一性和縱向上的不完整性”[2],使對(duì)比結(jié)果或多或少存在一些人為性及不確定性,尤其是對(duì)于水動(dòng)力條件變化不定、沉積結(jié)構(gòu)復(fù)雜的沖洪積-河流相地層。因此,第四紀(jì)含水層的劃分與對(duì)比需要引入更科學(xué)更可靠的地層劃分和對(duì)比方法。本文在綜述高分辨率層序地層學(xué)的形成、發(fā)展及其在油氣、煤成氣勘探和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中的廣泛應(yīng)用,尤其是在第四紀(jì)地層和河流相地層對(duì)比中的應(yīng)用的基礎(chǔ)上,分析其在第四紀(jì)含水層劃分與對(duì)比中的應(yīng)用前景,提出在應(yīng)用過(guò)程中需深入研究的幾個(gè)問(wèn)題,為平原區(qū)廣泛分布的松散河流相第四紀(jì)含水層的劃分和對(duì)比提供參考。

1 層序地層學(xué)在第四紀(jì)含水層劃分和對(duì)比中的應(yīng)用及問(wèn)題

層序地層學(xué)（sequence stratigraphy）是以地震地層學(xué)為基礎(chǔ),綜合利用地震、鉆井及露頭資料,通過(guò)識(shí)別由海平面升降周期性變化所產(chǎn)生的沉積特征,結(jié)合沉積學(xué)分析,對(duì)地層層序格架進(jìn)行綜合解釋的科學(xué)[3]。由于與沉積學(xué)緊密相連以及細(xì)致研究地層結(jié)構(gòu)及其與海平面變化的成因關(guān)系,使地層學(xué)進(jìn)入動(dòng)態(tài)成因的研究階段[2],并逐漸形成為一門(mén)理論方法體系相對(duì)獨(dú)立的地球科學(xué)分支學(xué)科。層序地層學(xué)最初主要應(yīng)用于石油勘探和開(kāi)發(fā)領(lǐng)域,隨著其理論的不斷發(fā)展,應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛。20世紀(jì)90年代開(kāi)始,國(guó)內(nèi)外就開(kāi)展了眾多運(yùn)用層序地層學(xué)理論進(jìn)行第四紀(jì)地層劃分與對(duì)比的研究工作[4-8]。由于層序地層學(xué)提供了一種框架,能用于了解含水層的結(jié)構(gòu),因而水文地質(zhì)工作者也利用層序地層學(xué)概念和理論預(yù)測(cè)含水層和隔水層的特征,繼而推斷地下水流動(dòng)和污染物遷移的路徑[9-11]。這些應(yīng)用Vail 等[12]所提出的經(jīng)典層序地層學(xué)理論開(kāi)展的研究工作,雖然為第四紀(jì)松散沉積地層和含水層的劃分與對(duì)比研究提供了新思路,但存在兩個(gè)重要問(wèn)題:①經(jīng)典層序地層學(xué)研究分辨率不夠高,通常對(duì)應(yīng)于三級(jí)層序,對(duì)應(yīng)時(shí)間尺度范圍較大,為0.5～3ma[13],其動(dòng)力學(xué)機(jī)制一般認(rèn)為是板內(nèi)應(yīng)力引起的構(gòu)造海平面波動(dòng)、球外星體的影響或者殼幔過(guò)程的影響[14]；②經(jīng)典層序地層學(xué)強(qiáng)調(diào)全球海平面變化是層序發(fā)育的主控因素[3],它適合于開(kāi)展海相地層以及海岸交界帶的地層分析,在遠(yuǎn)離海平面影響的陸相沉積地層中卻并不適用,雖然目前在內(nèi)陸湖盆中可用湖平面來(lái)類比海平面進(jìn)行研究,但對(duì)于非湖相的其他陸相沉積則顯得無(wú)能為力。

2 高分辨率層序地層學(xué)在第四紀(jì)含水層劃分中的應(yīng)用

2.1 高分辨率層序地層學(xué)的形成與發(fā)展

近年來(lái)在經(jīng)典層序地層學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的高分辨率層序地層學(xué)（high-resolution sequence stratigraphy）可以很好地解決經(jīng)典層序地層學(xué)在陸相沉積地層研究中存在的問(wèn)題。高分辨率層序地層學(xué)由以Cross[15]為首的美國(guó)科羅拉多礦業(yè)學(xué)院成因地層研究組提出,其理論核心為:在基準(zhǔn)面旋回變化過(guò)程中,由于可容納空間和沉積物補(bǔ)給通量比值（A/S）的變化,在相同的沉積體系域或相域中發(fā)生沉積物的體積分配作用,導(dǎo)致沉積物的保存程度、地層堆積樣式、相序、相類型以及巖石結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。這些變化是其在基準(zhǔn)面旋回中所處的位置和可容納空間的函數(shù)。基準(zhǔn)面旋回所控制的地層單元的地層分布形式是有規(guī)律可循的,因此是可以預(yù)測(cè)的[16]。這里所謂的“高分辨率”,是指對(duì)多級(jí)次地層基準(zhǔn)面旋回進(jìn)行劃分和對(duì)比的高精度時(shí)間分辨率,尤其是高級(jí)次地層基準(zhǔn)面旋回的劃分和對(duì)比,增加了研究地層在垂向上的分辨率,從而提高了地層預(yù)測(cè)的精度與準(zhǔn)確度。

高分辨率層序地層學(xué)與經(jīng)典層序地層學(xué)的主要區(qū)別在于:①高分辨率層序地層學(xué)理論中的基準(zhǔn)面是控制地層形成的不同地質(zhì)過(guò)程的綜合反映,不需要以海平面為參照面,因此可以同時(shí)應(yīng)用于海相盆地和陸相盆地；②高分辨率層序地層學(xué)將層序地層學(xué)與沉積學(xué)相結(jié)合,以相互標(biāo)定的巖心、測(cè)井與高分辨率地震資料為基礎(chǔ),依據(jù)可容納空間和A/S值的變化趨勢(shì)識(shí)別基準(zhǔn)面旋回界面,因而各級(jí)次、不同性質(zhì)的基準(zhǔn)面旋回均具有可識(shí)別性,在缺乏不整合發(fā)育的地層中,根據(jù)沉積作用的轉(zhuǎn)換即可識(shí)別高頻時(shí)間界面,因此可以進(jìn)行高分辨率層序地層劃分[17]。相比經(jīng)典層序地層學(xué),高分辨率層序地層學(xué)更適用于陸相沉積盆地高分辨率層序地層格架的建立。

自提出至今,高分辨率層序地層學(xué)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外高精度地層研究以及油氣勘探、開(kāi)發(fā)中發(fā)揮著顯著作用和重要影響[18-22],這突出地反映了高分辨率層序地層學(xué)的新概念、新方法的先進(jìn)性和實(shí)用性。20世紀(jì)90年代中期,鄧宏文教授[23]將高分辨率層序地層學(xué)理論引入我國(guó),在國(guó)內(nèi)沉積學(xué)和地層學(xué)研究中引起巨大反響。石油地質(zhì)工作者更是將其基本原理與分析方法廣泛應(yīng)用于我國(guó)復(fù)雜多變的陸相沉積盆地的層序地層分析及盆地區(qū)域、區(qū)帶至油藏級(jí)別的高精度時(shí)間地層格架的建立,應(yīng)用范圍涉及沉積礦產(chǎn)勘探開(kāi)發(fā)的整個(gè)過(guò)程[24-26],極大地提高了儲(chǔ)集層分布預(yù)測(cè)的精確度和準(zhǔn)確度。除了應(yīng)用于油氣勘探開(kāi)發(fā)之外,高分辨率層序地層學(xué)近幾年來(lái)還被應(yīng)用于聚煤作用分析和煤成氣勘探等領(lǐng)域[27-28]。

2.2 高分辨率層序地層學(xué)在第四紀(jì)地層研究中的應(yīng)用

高分辨率層序地層學(xué)在油氣、煤成氣勘探和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用,將其應(yīng)用到地下水的主要儲(chǔ)藏空間——第四紀(jì)松散沉積地層中也非常值得嘗試。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有少數(shù)第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)者開(kāi)展了一些相關(guān)工作,如陳忠大等[29]在1∶25萬(wàn)杭州市幅區(qū)域地質(zhì)調(diào)查過(guò)程中,從標(biāo)準(zhǔn)孔研究入手,通過(guò)古土壤、古暴露面及其所對(duì)比的剝蝕面和沉積界面的識(shí)別標(biāo)志研究,解決了標(biāo)準(zhǔn)孔與一般鉆孔的等時(shí)對(duì)比問(wèn)題,并利用“基準(zhǔn)面旋回”等時(shí)性的理論,建立了杭嘉湖平原第四紀(jì)等時(shí)地層格架；邱鴻坤等[30]通過(guò)研究區(qū)第四紀(jì)地層研究和填圖實(shí)踐,初步總結(jié)出“以氣候旋回及基準(zhǔn)面旋回等時(shí)性理論為基礎(chǔ),從古氣候旋回宏觀識(shí)別標(biāo)志研究入手,以標(biāo)準(zhǔn)孔為基準(zhǔn)點(diǎn)外延擴(kuò)展,在反復(fù)認(rèn)識(shí)與驗(yàn)證的基礎(chǔ)上,進(jìn)行層序地層劃分,建立剖面等時(shí)格架,制作高精度對(duì)比的剖面圖及準(zhǔn)瞬時(shí)巖相古地理圖”的研究方法,不僅提高了研究區(qū)第四紀(jì)地層研究精度,也為沿海平原、河口三角洲地區(qū)第四紀(jì)地層結(jié)構(gòu)研究提供了新思路；楊建梅等[31]進(jìn)一步系統(tǒng)論述了傳統(tǒng)地層對(duì)比方法的缺陷,探討了高分辨率層序地層對(duì)比方法在第四紀(jì)地層結(jié)構(gòu)研究中的適用性。雖然目前高分辨率層序地層學(xué)在第四紀(jì)地層研究中應(yīng)用還不廣泛,但少數(shù)研究者進(jìn)行的嘗試證明了高分辨率層序地層學(xué)理論不僅適用于含油氣盆地中較古老的成巖地層,在第四紀(jì)松散沉積地層中同樣適用。

2.3 高分辨率層序地層學(xué)在河流相地層對(duì)比中的應(yīng)用

平原區(qū)含水層主要由第四紀(jì)沖洪積-河流相地層組成。雖然目前缺乏第四紀(jì)河流相的高分辨率層序地層研究,但由于河流相是我國(guó)中、新生代陸相盆地重要的油氣儲(chǔ)集層系類型之一,因此石油地質(zhì)工作者們對(duì)河流相層序地層的研究尤為重視。河流相地層復(fù)雜而多變,其沉積剖面中巖性標(biāo)志層通常不發(fā)育,因此河流相地層的劃分與等時(shí)對(duì)比一直是個(gè)難題[32]。應(yīng)用高分辨率層序地層學(xué)進(jìn)行第四紀(jì)河流相含水層的劃分和對(duì)比研究,需要多方參考和借鑒石油地質(zhì)工作者在這方面的理論分析和應(yīng)用研究成果。

從鄧宏文等[33]運(yùn)用高分辨率層序地層學(xué)理論建立河流相等時(shí)地層對(duì)比格架的研究方法以來(lái),國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)展了許多關(guān)于河流相高分辨率層序地層的理論和應(yīng)用研究。理論方面,由于分辨率更高,因此在不同級(jí)次基準(zhǔn)面旋回的識(shí)別及層序模式方面有更為廣泛的討論,如鄭榮才等[34]從深入分析河流砂體與基準(zhǔn)面旋回的關(guān)系出發(fā),詳細(xì)討論了河流砂體在地層格架中的發(fā)育位置、分布規(guī)律、成因特征,以及層序界面對(duì)河流砂體幾何形態(tài)、穩(wěn)定性和儲(chǔ)集性等特征的直接控制作用；鄧宏文等[35]以河流相沉積學(xué)研究為基礎(chǔ),運(yùn)用基準(zhǔn)面旋回理論探討了河流相層序地層單元的構(gòu)成模式；紀(jì)友亮等[36]討論了河流相地層高精度地層構(gòu)型界面的形成機(jī)制及識(shí)別方法。這些理論研究成果在河流相地層層序界面的選取、不同級(jí)次基準(zhǔn)面旋回的識(shí)別方法等方面,將為高分辨率層序地層學(xué)在第四紀(jì)含水層劃分與對(duì)比研究中的應(yīng)用提供重要參考和借鑒。其他眾多關(guān)于高分辨率層序地層學(xué)在河流相儲(chǔ)層層序分析和對(duì)比中的應(yīng)用研究成果[32,37],進(jìn)一步證實(shí)了高分辨率層序地層學(xué)理論與方法能加深對(duì)河流相地層形成和演化的認(rèn)識(shí),從而獲得河流相的分布特征和規(guī)律,提高河流相儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)精度。

2.4 新生兒窒息后發(fā)生AKI的COX回歸性分析 將尿液減少、Kim-1、Netrin-1、窒息程度納入COX回歸性分析發(fā)現(xiàn)，上述因素均與新生兒窒息后AKI發(fā)生呈正相關(guān)(P<0.05)，見(jiàn)表2。

2.4 高分辨率層序地層學(xué)在第四紀(jì)含水層劃分與對(duì)比中的應(yīng)用前景

廣泛分布在第四紀(jì)松散地層中的地下水作為重要的資源,與石油、天然氣在國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略上具有同等重要的意義。在地下水的過(guò)度開(kāi)發(fā)、氣候干旱等導(dǎo)致地下水資源嚴(yán)重短缺的情況下,科學(xué)配置和合理開(kāi)發(fā)利用地下水資源至關(guān)重要,故而作為基礎(chǔ)研究的第四紀(jì)含水層結(jié)構(gòu)的高精度研究也越來(lái)越受到相關(guān)政府部門(mén)和專家學(xué)者的重視。目前較為粗獷的含水層（組）劃分及概化模式,已無(wú)法滿足快速發(fā)展的地下水科學(xué)研究各個(gè)領(lǐng)域的需要,因此必須加強(qiáng)含水層的高精度識(shí)別與對(duì)比方面的研究工作。高分辨率層序地層學(xué)理論在陸相油氣、煤成氣儲(chǔ)集層、第四紀(jì)地層劃分與對(duì)比中的應(yīng)用,尤其是河流相層序地層研究方面的成功應(yīng)用及其取得的大量成果,充分證實(shí)了高分辨率層序地層學(xué)擺脫了與海平面變化相聯(lián)系的束縛,對(duì)于遠(yuǎn)離海洋的陸相地層尤其是河流相地層而言,具有明顯的理論優(yōu)勢(shì)和實(shí)踐意義,適用于內(nèi)陸流域第四紀(jì)含水層的劃分和對(duì)比。在深入分析河流相地層基準(zhǔn)面旋回、可容納空間變化與地層響應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上,建立河流相含水層等時(shí)地層格架,獲取不同微相的分布特征和河流相砂體的時(shí)空展布規(guī)律,提高河流相含水層的預(yù)測(cè)精度,可為區(qū)域含水層（組）的進(jìn)一步科學(xué)劃分提供依據(jù),也為地下水資源的科學(xué)管理和可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用等提供理論和技術(shù)支撐。

3 研究展望

將高分辨率層序地層學(xué)理論和方法應(yīng)用于第四紀(jì)含水層劃分和對(duì)比的過(guò)程中,需特別注意加強(qiáng)以下三方面的研究。

3.1 基準(zhǔn)面旋回的多級(jí)次劃分

高分辨率層序地層學(xué)理論與技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵是如何在地層記錄中識(shí)別代表多級(jí)次基準(zhǔn)面旋回的多級(jí)次地層旋回[16]。對(duì)于不同級(jí)次基準(zhǔn)面旋回的劃分,鄧宏文[38]強(qiáng)調(diào)短期旋回具有成因?qū)有虻囊饬x,因此應(yīng)以短期旋回為基本單元,通過(guò)疊加樣式的逐級(jí)組合,可以依次劃分中期旋回、長(zhǎng)期旋回、巨旋回或超長(zhǎng)期旋回等。但由于并未界定各級(jí)次基準(zhǔn)面旋回的時(shí)限,造成基準(zhǔn)面旋回級(jí)次劃分的混亂,如存在將同一套地層被一些研究者劃分為長(zhǎng)期旋回,卻被另一些研究者劃分為中期旋回或者短期旋回的情況。這顯然是缺乏統(tǒng)一的層序劃分方案而造成的?；诖?鄭榮才等[39]在分析不同級(jí)次基準(zhǔn)面旋回主控因素的基礎(chǔ)上,提出巨旋回、超長(zhǎng)期旋回、長(zhǎng)期旋回、中期旋回、短期旋回和超短期旋回6個(gè)級(jí)次的劃分方案,并明確了各級(jí)次基準(zhǔn)面旋回的時(shí)限范圍,使基準(zhǔn)面旋回的級(jí)次劃分有了一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

另外,由于中期洪泛面易識(shí)別,在較大范圍內(nèi)基本等時(shí),且其兩側(cè)短期層序于區(qū)塊范圍內(nèi)具有同步發(fā)育的特點(diǎn),鄭榮才等[34,40]提出在分析短期層序與中期層序界面和洪泛面的關(guān)系及其在層序地層格架中出現(xiàn)的位置的基礎(chǔ)上,采用“以中期洪泛面為起始點(diǎn),以層序界面為終點(diǎn),對(duì)洪泛面之上的中期下降半旋回相域中的短期層序,進(jìn)行自下而上的逐層對(duì)比,而對(duì)洪泛面之下的中期上升半旋回相域中的短期層序進(jìn)行自上而下的逐層對(duì)比”的層序地層格架中砂體等時(shí)對(duì)比技術(shù)進(jìn)行地層對(duì)比。這種對(duì)比技術(shù)相比鄧宏文[38]提出的“以短期旋回為基本單元,通過(guò)疊加樣式的逐級(jí)組合,來(lái)劃分較長(zhǎng)期旋回”的方法,在河流相地層劃分和對(duì)比中更具有可操作性。

3.2 高分辨率層序地層學(xué)理論方法中的定量研究

不同級(jí)次基準(zhǔn)面旋回的識(shí)別與劃分往往以定性研究為主,這也是造成不同級(jí)次基準(zhǔn)面旋回劃分混亂的一個(gè)重要原因。定量化識(shí)別不同級(jí)次基準(zhǔn)面旋回,可以使不同級(jí)次基準(zhǔn)面旋回的識(shí)別更加準(zhǔn)確、在不同研究之間更具有可對(duì)比性,從而使高分辨率層序地層學(xué)應(yīng)用前景更為廣闊。對(duì)于第四紀(jì)松散地層而言,定量化研究無(wú)外乎多方利用環(huán)境指標(biāo)測(cè)試數(shù)據(jù),如利用地球化學(xué)資料等來(lái)定量識(shí)別層序地層單元。由于需要全巖心取樣、采集連續(xù)的樣品來(lái)測(cè)試,工作量大,且花費(fèi)不低,因此建議僅在標(biāo)準(zhǔn)孔中進(jìn)行。以標(biāo)準(zhǔn)孔的定量化高分辨率層序地層分析為基礎(chǔ),以地層的過(guò)程-響應(yīng)動(dòng)力學(xué)原理為指導(dǎo),進(jìn)行合理的孔間對(duì)比,結(jié)合精細(xì)的巖-電-震相互標(biāo)定,完成區(qū)域地層的劃分和對(duì)比。

絕對(duì)年齡的獲取是高分辨率層序地層學(xué)研究定量化的另一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。目前第四紀(jì)松散地層中絕對(duì)年齡的獲取主要依靠放射性測(cè)年技術(shù),包括14C測(cè)年法、K-Ar和Ar-Ar測(cè)年法、U系物測(cè)年法、裂變徑跡測(cè)年法、釋光測(cè)年法、電子自旋共振測(cè)年法等。由于不同測(cè)年方法所需的測(cè)試材料和測(cè)年時(shí)限不同,因此在以河流相地層為主的第四紀(jì)含水層劃分和對(duì)比研究中,實(shí)際可用的測(cè)年方法以14C、釋光、電子自旋共振為主,因而較為可靠的測(cè)年上限也基本限制在1.5Ma,對(duì)于超過(guò)這一年齡的第四紀(jì)地層,只能另尋他法。即便如此,如能獲取一些低級(jí)次基準(zhǔn)面旋回轉(zhuǎn)換點(diǎn)位置的絕對(duì)年齡值,就基本上控制了大段地層的年齡跨度,據(jù)此便可以使較高級(jí)次基準(zhǔn)面旋回的識(shí)別和劃分相對(duì)更為準(zhǔn)確可靠。

3.3 河流相地層的自旋回與異旋回的識(shí)別

與其他沉積環(huán)境相比,河流相的自旋回作用更加明顯[32]。自旋回作用是局部的事件性沉積[41],通常只控制沉積相序的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和各巖相的比例,與基準(zhǔn)面旋回變化關(guān)系不明顯。河流相自旋回的形成多與河流水動(dòng)力條件的變化[41]、河道的決口、決口扇朵葉體的遷移、河道凸岸沉積的側(cè)向遷移[42]等沉積作用有關(guān)；而河流異旋回才是具有時(shí)間地層對(duì)比意義的成因地層單元,即基準(zhǔn)面變化旋回。因此,在對(duì)河流相進(jìn)行等時(shí)地層單元?jiǎng)澐謺r(shí),首先要識(shí)別河流自旋回及其與基準(zhǔn)面變化相關(guān)的異旋回。張明祿等[40]認(rèn)為自旋回過(guò)程對(duì)應(yīng)超短期基準(zhǔn)面旋回,在儲(chǔ)層相類型中為單砂體,是最小成因地層單元。紀(jì)友亮等[36]持同樣觀點(diǎn),提出河流相的自旋回對(duì)比即是進(jìn)行河道、決口河道的形態(tài)分析,掌握同一條河道平面上的厚度變化與時(shí)空分布特征以及與相鄰相域（決口河道、決口扇、沖積平原）的配置關(guān)系,繼而進(jìn)行單層的追蹤。對(duì)比時(shí)需在完成短期旋回等時(shí)對(duì)比的基礎(chǔ)上,依據(jù)河流沉積自旋回特點(diǎn),在短期旋回內(nèi)依次標(biāo)出超短期旋回,基準(zhǔn)面上升短期旋回自上而下逐次對(duì)比,基準(zhǔn)面下降短期旋回自下而上逐次對(duì)比。另一些學(xué)者則認(rèn)為短期旋回也可能受到自旋回與異旋回的共同影響[32,41]。鄧宏文等[32]強(qiáng)調(diào)構(gòu)成河流相的任何一種單獨(dú)的相域（微相）類型與基準(zhǔn)面變化的旋回均沒(méi)有任何直接的聯(lián)系,只有相域（微相）的疊加樣式才能反映A/S的增加或減少,從而提供基準(zhǔn)面旋回變化的重要信息。事實(shí)上,關(guān)于河流自旋回作用究竟對(duì)應(yīng)于短期旋回還是超短期旋回,尚無(wú)定論。在實(shí)際工作中,仍需在進(jìn)行地質(zhì)過(guò)程-響應(yīng)的沉積動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上加以仔細(xì)甄別。

4 結(jié) 語(yǔ)

目前較為粗獷的含水層（組）劃分及概化模式,

已無(wú)法滿足快速發(fā)展的地下水科學(xué)研究各個(gè)領(lǐng)域的需要,因此必須加強(qiáng)含水層的高精度識(shí)別與對(duì)比方面的研究工作。高分辨率層序地層學(xué)擺脫了與海平面變化相聯(lián)系的束縛,對(duì)于遠(yuǎn)離海洋的陸相地層尤其是河流相地層而言,具有明顯的理論優(yōu)勢(shì)和實(shí)踐意義,適用于內(nèi)陸流域第四紀(jì)含水層的劃分和對(duì)比。

在研究過(guò)程中,需謹(jǐn)慎對(duì)待不同級(jí)次基準(zhǔn)面旋回的劃分及其定量化、自旋回與異旋回的識(shí)別和對(duì)比等重要問(wèn)題。同時(shí)也應(yīng)注意到第四紀(jì)地層存在著與成巖地層不同的特點(diǎn),如巖性松散、埋深相對(duì)較淺、取芯和樣品采集相對(duì)容易等,使其在進(jìn)行高分辨率層序地層分析過(guò)程中存在一定的優(yōu)勢(shì),如易于獲取可供定量化研究的環(huán)境指標(biāo)及絕對(duì)年齡,從而建立準(zhǔn)確的地層年代框架,在此框架內(nèi)進(jìn)行不同級(jí)次基準(zhǔn)面旋回的劃分和對(duì)比,結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠,也更利于進(jìn)行區(qū)域地層對(duì)比。

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中圖分類號(hào):P641.13

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1006- 7647（2016）03- 0088- 07

DOI:10.3880/j.issn.1006- 7647.2016.03.018

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金（41302191）；國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201211079-01）

作者簡(jiǎn)介:趙紅梅（1981—）,女,助理研究員,博士研究生,主要從事第四紀(jì)地質(zhì)及水文地質(zhì)研究。E-mail:zhmay81@126.com

通信作者:衛(wèi)文（1982—）,男,助理研究員,博士,主要從事同位素水文地質(zhì)研究。E-mail:wwen82@126.com

收稿日期:（2015- 06 16 編輯:熊水斌）

Review of application of high-resolution sequence stratigraphy in Quaternary aquifer division

ZHAO Hongmei1, 2,WEI Wen2,LIU Jiaqi3（1.School of Earth Sciences and Resources, China University ofgeosciences（Beijing）, Beijing 100083, China；2.Institute of Hydrogeology and Environmentalgeology, Chinese Academy ofgeological Sciences, Shijiazhuang 050061, China；3.Institute ofgeology andgeophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China）

Abstract:The formation and development of high-resolution sequence stratigraphy and its application in the comparison of Quaternary and fluvial facies strata are reviewed.Potential future applications of high-resolution sequence stratigraphy in division and comparison of the Quaternary aquifer are analyzed.Using the high-resolution sequence stratigraphy theory, the relationship between the base level cycle, accommodation, and stratum response can be analyzed, the isochronal stratigraphic framework of fluvial facies can be established, and the distribution characteristics of differentmicrofacies and spatio-temporal distribution of a fluvial sand body can be found, which is conducive to the reasonable division and comparison of the loose Quaternary aquifer（group）of fluvial facies in plain regions.In the application, quantitative study should be strengthened.On the basis of defining the time range, all levels of base level cycles can be identified and divided on specification.Special attention should be paid to distinguishing the auto-cycle and allo-cycle of the fluvial facies stratum based on the sedimentary dynamics analysis ofgeological process-response.

Key words:high-resolution sequence stratigraphy；Quaternary stratum；fluvial facies；aquifer；review