化學地層學是利用巖層中化學元素及其化合物的演變規(guī)律和含量分布特征進行地層劃分與對比，進而推斷地層形成時地球化學環(huán)境的一門地層學分支。

20世紀60年代，為了解決在復雜地質條件下利用巖性地層、測井、生物地層和地震資料開展油田及儲層尺度地層對比時存在的可靠性問題，業(yè)界嘗試了多種技術手段，包括磁性地層學、重礦物地層學、粘土礦物地層學以及結合了元素化學地層學的全巖地球化學等研究手段。到了90年代，鑒于化學地層學是生物地層學很好的補充，多家大型石油公司開始將化學地層學分析工具應用于地層研究，并推動了其發(fā)展。化學地層學較常用的技術手段包括電感耦合等離子體質譜儀（ICP?MS）、波長色散型X射線熒光光譜儀（WD?XRF）、能量色散型X射線熒光儀等。這些測量儀器能夠對小尺寸樣本中多達50種以上的元素同時進行精準測量。化學地層學分析技術應用所面臨的最大挑戰(zhàn)是如何根據研究目的和條件從眾多的數據中選擇兼具指示性和成本優(yōu)勢的數據，而對速度快且成本低的高品質化學地層學數據采集的需求促使人們開發(fā)出了更多的便攜式掃描工具。

近年來，隨著非常規(guī)油氣勘探和開發(fā)的不斷深入，化學地層學被廣泛地用于巖性或沉積變化不明顯的細粒層序的沉積環(huán)境重建和儲層特征描述，尤其是富有機質泥頁巖層序的研究。當采用其他數據難以開展地層對比時，化學地層學數據常常可以有效地發(fā)揮作用。此外，其應用還可以拓展到層序地層學研究，基于巖心和露頭的地化特征，如陸源元素、氧化還原敏感元素和元素比等數據，識別層序地層界面和體系域。

加拿大艾伯塔大學的研究人員利用高分辨率、手持式能量色散型X射線熒光儀（ED?XRF），對該國西北領地西部上艾菲爾階－吉維特階Hare Indian組細粒沉積開展了層序地層研究。研究人員共采集了34種元素的數據，在數據采集過程中通過氦氣凈化分析法擴大了鎂、鋁等較輕元素的檢出極限?；谒杉臄祿M行了主成分、元素指標和總有機碳含量分析，并選擇了近年來較常用的近似反映陸源沉積物量（硅質碎屑）占比、古氧化還原環(huán)境和生物成因沉積物量（生物成因硅）占比的元素指標。基于由主成分分析確定的元素組合，將Al，K和Ti作為代表硅質碎屑輸入量占比的判別指標，因碎屑輸入量與離海岸線的遠近有關，又將這些元素用作相對海平面的判別指標。二氧化硅通常源自陸源碎屑輸入、生物活動或熱液活動，利用Al?Fe?Mn三角圖判別熱液成因和非熱液成因二氧化硅，以Si/Al比值為主并結合Zr/Al或Ti/Al比值來確定碎屑二氧化硅和生物成因二氧化硅各自所占比例。在定義古氧化還原條件時，以對氧化還原條件敏感的V和Mo這兩種微量元素的富集系數作為主要的判別指標。

基于陸源碎屑輸入量的元素指標（Al，K和Ti）、Si/Al比、Ti/Al比、Zr/Al比、Si/Zr比、Mo和V富集系數、伽馬曲線和總有機碳含量建立了層序地層格架，總結了Hare Indian組一些典型的化學地層表達方式。例如在非受限陸架環(huán)境下，最大洪泛面表現(xiàn)為最小陸源碎屑輸入量、硅/鋁比可能出現(xiàn)峰值、氧化還原敏感金屬元素富集；最大海退面表現(xiàn)為最大陸源碎屑輸入量、氧化還原敏感金屬元素既有可能富集也可能不富集。在非受限沉積環(huán)境下，海進體系域表現(xiàn)為陸源碎屑輸入量減少、Si/Al比可能上升、氧化還原敏感微量元素增加；海退體系域表現(xiàn)為陸源碎屑輸入量增多、Si/Al比可能下降、氧化還原敏感金屬元素減少。

化學地層學技術方法的精度在不斷提高的同時，測量儀器則逐漸向著小型化、便攜式方向發(fā)展。隨著大數據、人工智能和機器學習等新技術的“加持”，化學地層學與計算科學的深入融合或將使這項技術在油氣勘探開發(fā)領域有著更為廣闊的應用前景。

（供稿 盧雪梅）