层序地层计算机模拟结果

5.2　层序地层计算机模拟结果

基于上述模拟参数，开展二维层序模拟软件（SEDPA K）与三维层序模拟软件（SEDSIM）进行沉积物供应量减小条件下的定量模拟，其中二维层序模拟中通过对层序、沉积相以及年代地层剖面对层序及内部地层单元叠加关系进行说明，并引入湖岸线的迁移对层序界面与相应体系域进行识别、指示；三维层序模拟从空间上对比沉积物分布范围的变迁、地层厚度变化和岩性变化，由线到体对沉积物供应量减小的沉积过程进行定量模拟，说明沉积物供应参数对陆内克拉通盆地持续长期退积、短期进积“溯源退积”层序构型的影响。

5.2.1　二维层序模拟结果

在模拟原型基础上，调整沉积物供给速率后的模拟结果如图5-3所示。模拟结果中的沉积相，通过古水深范围的变量参数来表征，如0～2m、2～4m、4～8m、8～16m、16～32m以及32～64m均表示沉积物古水深的范围。

层序地层叠加样式是沉积作用速率的变化和基准面速率的变化相互作用相、响应的结果，而且反映了包括进积作用、退积作用、加积作用和下切侵蚀作用的各种综合作用（Catuneanu，2006；Catuneanu et al.，2009）。每一种叠加样式定义了一个独特沉积的成因类型，即“海侵的”、“正常海退的”以及“强迫型海退的”（Hunt and Tucker，1992；Posamentier and Morris，2000），这些成因类型具有清晰的几何形态和沉积相的保存样式（图5-4）。这些独特沉积可以在不同的沉积背景中加以识别，而且包括与几个时代相当的沉积体系的“域”（即体系域）。

图5-2　沉积物供应量减小条件下的层序模拟参数

5.2.1.1　SQ1层序沉积物供应量减少条件下二维层序叠置关系

在沉积物供给速率减小以及不考虑构造沉降条件下，结合湖平面变化所对应的可容纳空间与沉积物供应量间的关系分析盆地中层序叠置关系。280～278.5MaBP阶段，对应为SQ1层序的低位与水进体系域，湖平面持续上升，其中280～279.25MaBP阶段，在沉积物供给速率减小条件下，湖平面上升对应的可容纳空间增长速率明显大于沉积物的堆积速率，层序表现为退积叠置模式，表现为水进过程，湖岸线向陆迁移；在279.25～279MaBP阶段，可容纳空间增长速率与沉积物供应速率相当，层序表现为加积叠置模式，沉积过程向正常水退演变。对比280～279MaBP阶段湖岸线的迁移变化可以看出，向物源区方向的迁移距明显增大，反映出沉积物供应量减小所产生的退积影响。279～278.5MaBP阶段，沉积物供应速率尽管减小但仍大于湖平面上升所对应的可容纳空间增长的速率，层序向进积叠置模式转变，表现为正常水退（normal regression），湖岸线向盆地方向的迁移距离因叠置影响，对比模拟原型过程相对减小，且层序亦表现为向物源区迁移。

图5-3　沉积物供应量减小条件下的二维层序模拟结果

图5-4　一个基准面升降旋回发育的沉积成因类型

（据Catuneanu et al.，2009）

278.5～277.75MaBP阶段，湖平面快速下降，湖岸线继续向盆地方向迁移，层序为进积叠置模式，出现强制水退过程；因对应阶段可容纳空间增长速率减小，在沉积物供给速率减小背景下，原先的进积过程受到抑制，湖岸线向盆地方向的迁移距离进一步减小。在沉积过程中，278MaBP界面上形成上超不整合界面，并以此作为SQ1层序的顶界面。

同期对比沉积物供应量减小前后沉积相［图3-7（d）、图5-3（D）］所表征沉积物古水深的变化，可观察到，在相同距离轴线上，沉积物对应的古水深增加，沉积物粒度相应变细，反映出SQ1层序整体向物源区退积迁移的影响。

5.1.1.2　SQ2层序沉积物供应量减少条件下二维层序叠置关系

278～274.75MaBP阶段对应SQ2层序的低位与水进体系域，其中的277.75～274.75MaBP阶段为第二阶段水进过程，因沉积物供应量相应减小，层序叠置模式相对模拟原型同期沉积过程，存在明显迁移距离变化；水进过程中277.75～277.5MaBP阶段，沉积物供给速率大于同期湖岸线处可容纳空间增长速率，湖岸线向盆地方向迁移并达到SQ2层序中的最远处，层序为进积叠置模式，表现为正常水退（normal regression），其湖岸线同期的水平迁移距向盆地方向侧继续减小；原先277.5～277MaBP阶段，因沉积物供给速率减小，小于同期可容纳空间的增长速率，使得层序由原先的进积叠置模式转化为退积叠置模式，表现为水进过程，该过程湖岸线与模拟原型间的水平迁移差距值达到SQ2层序的最大值；随后277～275.75MaBP阶段，湖平面上升速率增加，对应湖岸线处可容纳空间增长速率与沉积物堆积速率的比值在模拟原型基础上进一步增加，层序为退积叠加模式，为水进过程，湖岸线向物源区迁移，期间非加积水进过程不明显；紧邻的275.75～274.75MaBP阶段，湖平面上升速率开始减小，因沉积物供给速率近同等程度减小，层序由模拟原型中的进积叠加模式演变为加积叠加模式，沉积过程向正常水退过程趋近，湖岸线近垂向迁移，对比同期模拟原型湖岸线迁移，其向物源区迁移距明显要大，该阶段因叠加变深的响应，且沉积物供应不断减小，使得其在前缘形成明显的陡坡，坡度较同期模拟原型要大，对比图3-7（a）与图5-3（A）所示。

274.75～273.5MaBP阶段，湖平面快速下降，且对应可容纳空间减小速率幅度仍大于该阶段沉积物供给速率减小幅度，层序表现为进积叠加模式，属强制水退过程，湖岸线向盆地方向迁移，对比同期模拟原型，其水平迁移的差距值进一步增加，在其中的273.75MaBP界面上形成上超不整合界面，作为SQ2层序的顶界面。

SQ2层序的叠加模式，由于沉积物供应量的持续减小，由模拟原型中进积叠置模式转变为加积或退积叠置模式，其前缘坡度相对变陡，对应湖岸线进一步向物源区迁移、退缩。

5.2.1.3　SQ3层序沉积物供应量减少条件下二维层序叠置关系

273.75～271.5MaBP阶段，对应为SQ3层序的低位与水进体系域，过水进与水退的分界点273.5MaBP后，湖平面快速上升，随着沉积物供给速率进一步减小，沉积物向物源区退缩、迁移的距离明显增大；其中273.5～272.5MaBP阶段，湖平面上升速率大于沉积物的堆积速率，期间因湖水位上升速率较快，且沉积物供给速率的快速下降，层序直接由强制水退过程对应的进积叠置模式转变为退积叠置模式，表现为水进过程，湖岸线向物源区大幅度迁移，对比SQ2层序的水进过程，湖岸线与模拟原型间的水平迁移差距值进一步增大；272.5～272MaBP阶段，原先湖岸线处对应的容纳空间增长速率减小，并小于沉积物的堆积速率，呈现为正常水退过程，因调整后沉积物供给速率减小，使得同期湖岸线处可容纳空间的增长速率与沉积物供给速率间的比值大于1，层序由模拟原型时所对应的进积叠置模式向退积叠置模式转变，为水进过程，湖岸线继续向物源区迁移，在272MaBP处达到向物源区迁移距的最大值；272～271.5MaBP阶段，湖平面上升速率进一步减小，对应的可容纳空间减小速率的幅度开始大于沉积物供给速率减小的幅度，层序叠加模式由退积演变为进积叠加模式，属正常水退过程，湖岸线向盆地方向迁移，因沉积物供应量减少使得相对模拟原型迁移距减小。

271.5～270MaBP阶段对应为SQ3层序的高位体系域，湖平面快速下降，层序为进积叠置模式，属强制水退过程，该阶段湖岸线向盆地方向迁移，迁移距达到SQ3层序模拟过程的最大值，如图5-3（D）所示。

沉积物供应量减小前后，相同距离轴线上对应沉积相所表征的古水深是逐步增加的，往上变深幅度因叠加也是逐渐增加的，较好地反映了沉积物供应量减小导致沉积相带逐步向物源区迁移的变化，同时湖岸线中所对应的3个层序也体现出逐步向物源区迁移的趋势，与“溯源退积”特征相符。

5.2.2　三维层序模拟结果

在上述SEDPA K软件二维模拟的基础之上，结合模拟原型特征，提取、参照相关地质参数（如盆地形态、湖平面变化曲线、沉积物供应及粒度分布等），保持底形不变，在模拟原型湖水位条件下，仅调整沉积物供给速率，保持其他地质参数不变。根据设置的三维模拟参数，开展三维模拟，通过模拟获得三维地质数据，在已获取的数据中根据模拟原型中二维所划分的阶段，提取对应时间点处沉积物供应量减小后的沉积范围平面分布（图5-5），选取沉积范围内的岩性平面展布特征（图5-6）和岩性栅状图（图5-7），综合分析在沉积物供应量减少条件下的层序叠置关系、岩性分布特征及其对陆内克拉通盆地“溯源退积”层序构型的影响。

5.2.2.1　SQ1层序沉积物供应量减少条件下三维沉积物分布与岩性变化

在沉积物供应量减小情况下，不考虑构造沉降的影响。280～279.25MaBP阶段，为水进过程，可容纳空间的增长速率大于沉积物的供应速率，在模拟原型基础上沉积物供给速率减小，沉积物向物源区迁移，其整体沉积范围相对模拟原型缩小，如图5-5（B）所示，平面上，岩性粒度存在分异，近物源端粒度以中、粗砂岩为主，向盆地方向逐渐过渡为细砂岩与泥岩［图5-6（B）］，在纵向上，因沉积厚度较小分异不显著［图5-7（B）］。279.25～278.5MaBP阶段，属加积向进积演变过程，对应为正常水退，湖水位上升但速率开始小于沉积物堆积速率，该阶段因沉积物供应量明显减少，沉积范围退缩明显，位于湖盆中部，近物源端边界因湖水位的控制而保持不变［图5-5（C）］；平面上，伴随着进积过程，中、粗砂岩所占比例增加［图5-6（C）］；垂向上，近物源端粒度向上变粗［图5-7（C）］。

278.5～277.75MaBP阶段，湖平面快速下降，沉积物向盆地方向进积，沉积范围减小，相对模拟原型减小幅度减弱，主体沉积分布于西部，连续性较好［图5-5（D）］；平面上，中、粗砂岩向盆地方向迁移，粒度向两侧存在分异，即由中粗砂岩向细砂岩、泥质演变［图5-6（D）］；垂向上，在沉积范围内，沉积厚度较大，以中砂岩为主，两侧沉积厚度明显变薄［图5-7（D）］；在沉积过程中，湖水位之上的沉积区转变为“沉积过路区”，可形成点状、不连续沉积，该阶段此特征不显著；其中278MaBP界面处存在一个不整合面，为SQ1层序的顶界面。

图5-5　沉积物供应量减少条件下的三维层序模拟沉积范围图

图5-6　沉积物供应量减少条件下的三维层序模拟岩性平面分布图

图5-7　沉积物供应量减少条件下的三维层序模拟岩性栅状图

SQ1层序岩性粒度自下而上总体逐渐变细，存在沉积中心向西侧迁移的现象，且278.5～277.75MaBP阶段沉积厚度分布不均匀，主体沉积位于西部。

5.2.2.2　SQ2层序沉积物供应量减少条件下三维沉积物分布与岩性变化

277.75～277MaBP阶段，属于SQ2层序的水进阶段，湖平面上升速率逐渐增大，277.75～277.5MaBP阶段所对应的可容纳空间增长速率仍小于沉积物的供给速率，为正常水退过程，沉积物尖灭区带向物源区迁移；277.5～277MaBP阶段因沉积物供应量的持续减小，使得可容纳空间的增长速率开始大于沉积物供给速率，层序由进积向退积过程演变，对比同期模拟原型，其沉积分布范围明显减小，且仍位于中—西部［图5-5（E）］；在平面上，岩性粒度分布继承上一阶段分布特征，即原先沉积较厚处以接纳中粗砂岩为主，向东西两侧水深变大，以细砂岩及泥岩为主［图5-6（E）］；垂向上，因湖水位快速上升以及沉积物供应量减小的影响，该阶段沉积分布厚度较小且相对均匀，岩性粒度变化较小［图5-7（E）］。277～275.75MaBP阶段，湖平面快速上升，层序退积幅度进一步增大，对应为水进过程，该阶段的沉积近完全覆盖前阶段堆积的沉积，相对模拟原型其沉积物分布范围继续减小，保持分布于中—西部［图5-5（F）］；在平面上，相对前阶段粒度变化较小［图5-6（F）］；垂向上，湖水位快速上升使得中部的中粗砂岩层中夹杂有一薄的细砂岩层，因分布范围较前阶段大，在沉积供应量持续减少的条件下，沉积厚度继续减薄［图5-7（F）］。275.75～274.75MaBP阶段，湖平面上升速率减弱，层序为加积叠加模式，相对模拟原型同期沉积物分布范围变化较小，但沉积中心仍位于中—西部［图5-5（G）］；在平面上，沉积区中粗砂岩所占比例增加，集中位于中部轴带上［图5-6（G）］；垂向上，向沉积中心两侧出现细砂岩条带，反映出沉积物粒度向盆地东西两侧逐渐减小［图5-7（G）］。

274.75～273.5MaBP阶段，湖平面下降，沉积范围缩小明显，呈条带状，沉积中心继续向西侧迁移［图5-5（H）］；在平面上，主体沉积位于研究区之外，区域内以西部的细砂岩及泥质为主［图5-6（H）］；垂向上，因偏离SQ2前期（277.75～274.75MaBP）的主体沉积范围，呈现为粒度较细的薄岩层；同样，该阶段内，湖平面之上的沉积区转变为“沉积过路区”，残留在过路区上的沉积分布不显著［图5-7（H）］，其间在273.75MaBP界面上存在不整合面，对应为SQ2层序的顶界面。

SQ2层序主体沉积分布于研究区的中—西部，向盆地两侧粒度逐渐减小；纵向上，自下而上岩性粒度整体上表现为逐渐变细，各阶段沉积厚度分布相对均匀。

5.2.2.3　SQ3层序沉积物供应量减少条件下三维沉积物分布与岩性变化

273.5～272.5MaBP阶段属于SQ3层序的水进阶段，湖平面上升速率在模拟的山2段中最大，且对应的沉积物供给速率减小幅度最大，层序转变为退积过程，沉积范围向物源区大幅度延伸，在SQ1与SQ2层序沉积堆积的影响下，沉积主体分布于西部［图5-5（I）］；在平面上，细砂岩所占比例增加，分布于沉积区南北两侧［图5-6（I）］；垂向上，细砂岩沉积厚度明显增大，其间夹杂有薄层的中粗砂岩，总体自下而上为变细的旋回［图5-7（I）］。272.5～271.5MaBP阶段，湖平面仍保持上升，但其上升速率逐渐减小，其中，272.5～272MaBP阶段，模拟原型中可容纳空间增长速率减小，并小于沉积物的堆积速率，层序表现为进积过程，因调整后沉积物供给速率减小，使得同期可容纳空间的减小幅度较沉积物供给速率减小幅度小，层序由模拟原型时所对应的进积过程转变为退积过程，沉积范围继续向物源区迁移、伸展；272～271.5MaBP阶段，湖平面上升速率进一步减小，对应的可容纳空间的减小速率的幅度开始大于沉积物供给速率减小的幅度，层序演变为进积叠加模式，该阶段沉积范围因沉积物供应量的减少而向中部收缩，沉积物整体分布于中部［图5-5（J）］；在平面上，存在粒度分异，近物源端（北部）中粗砂岩明显增加，向盆地方向因水深变深使得细砂岩及泥质所占比例增大［图5-6（J）］；垂向上，变现为自下而上逐渐变细的正旋回［图5-7（J）］。

271.5～270MaBP阶段，湖平面快速下降，沉积范围向盆地方向迁移，在湖平面之上的“沉积过路区”，沉积呈点状、珠状分布，极为分散［图5-5（K）］；在平面上，因沉积分散，粒度分异规律不明显［图5-6（K）］；垂向上，研究区近盆地方向边缘，因水深影响以沉积细砂岩及泥岩为主，中轴上的点珠状不连续沉积以中粗砂岩为主［图5-7（K）］。

SQ3层序主体沉积逐渐由中—西部向中部迁移，随着整体水位的上升，细砂岩及泥岩所占比例逐步增加；纵向上，因沉积中心的迁移，自下而上岩性粒度逐渐变细，期间具体阶段粒度变化规律不显著。整个三维模拟的沉积范围分布以及岩性的变化与二维模拟结果关联性较好。

沉积物供应量减小前后，整体沉积范围不断减小，在地势的影响下，沉积中心主体偏向中-西部；同期对比模拟原型，其细砂岩及泥质所占比例明显增加，反映出可容纳空间相对变大，沉积过程中水位相对加深的影响。