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

20世紀(jì)60年代，為了解決在復(fù)雜地質(zhì)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(chǔ)層尺度地層對比時(shí)存在的可靠性問題，業(yè)界嘗試了多種技術(shù)手段，包括磁性地層學(xué)、重礦物地層學(xué)、粘土礦物地層學(xué)以及結(jié)合了元素化學(xué)地層學(xué)的全巖地球化學(xué)等研究手段。到了90年代，鑒于化學(xué)地層學(xué)是生物地層學(xué)很好的補(bǔ)充，多家大型石油公司開始將化學(xué)地層學(xué)分析工具應(yīng)用于地層研究，并推動(dòng)了其發(fā)展。化學(xué)地層學(xué)較常用的技術(shù)手段包括電感耦合等離子體質(zhì)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?qū)π〕叽鐦颖局卸噙_(dá)50種以上的元素同時(shí)進(jìn)行精準(zhǔn)測量?；瘜W(xué)地層學(xué)分析技術(shù)應(yīng)用所面臨的最大挑戰(zhàn)是如何根據(jù)研究目的和條件從眾多的數(shù)據(jù)中選擇兼具指示性和成本優(yōu)勢的數(shù)據(jù)，而對速度快且成本低的高品質(zhì)化學(xué)地層學(xué)數(shù)據(jù)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(xué)地層學(xué)被廣泛地用于巖性或沉積變化不明顯的細(xì)粒層序的沉積環(huán)境重建和儲(chǔ)層特征描述，尤其是富有機(jī)質(zhì)泥頁巖層序的研究。當(dāng)采用其他數(shù)據(jù)難以開展地層對比時(shí)，化學(xué)地層學(xué)數(shù)據(jù)常常可以有效地發(fā)揮作用。此外，其應(yīng)用還可以拓展到層序地層學(xué)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(shù)據(jù)，識(shí)別層序地層界面和體系域。

加拿大艾伯塔大學(xué)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(lǐng)地西部上艾菲爾階－吉維特階Hare Indian組細(xì)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(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)采集過程中通過氦氣凈化分析法擴(kuò)大了鎂、鋁等較輕元素的檢出極限?；谒杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行了主成分、元素指標(biāo)和總有機(jī)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(zhì)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(biāo)?；谟芍鞒煞址治龃_定的元素組合，將Al，K和Ti作為代表硅質(zhì)碎屑輸入量占比的判別指標(biāo)，因碎屑輸入量與離海岸線的遠(yuǎn)近有關(guān)，又將這些元素用作相對海平面的判別指標(biāo)。二氧化硅通常源自陸源碎屑輸入、生物活動(dòng)或熱液活動(dòng)，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(jié)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(shí)，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(shù)作為主要的判別指標(biāo)。

基于陸源碎屑輸入量的元素指標(biāo)（Al，K和Ti）、Si/Al比、Ti/Al比、Zr/Al比、Si/Zr比、Mo和V富集系數(shù)、伽馬曲線和總有機(jī)碳含量建立了層序地層格架，總結(jié)了Hare Indian組一些典型的化學(xué)地層表達(dá)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(jìn)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(xué)地層學(xué)技術(shù)方法的精度在不斷提高的同時(shí)，測量儀器則逐漸向著小型化、便攜式方向發(fā)展。隨著大數(shù)據(jù)、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等新技術(shù)的“加持”，化學(xué)地層學(xué)與計(jì)算科學(xué)的深入融合或?qū)⑹惯@項(xiàng)技術(shù)在油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域有著更為廣闊的應(yīng)用前景。

（供稿 盧雪梅）