层序地层学

层序地层学读书报告Ⅰ型层序和Ⅱ型层序的异同地层学是地质科学中的基础科学之一，它研究沉积岩在时间上和空间上的叠合变化关系，这些关系以沉积岩的物理和化学属性、古生物特征、时代关系以及地球物理属性为基础来确定，用以进行古地理再造、盆地分析、全球的地层对比、全球地质历史重塑，以及沉积盆地中资源的评价。70年代以前地层学主要讨论岩石地层、生物地层和年代地层的经典概念及其侧向对比，用以在沉积岩露头地区进行划分和填图。但是，地层分析的传统分析方法在解释古地理和地质历史方面存在缺陷。这是由于岩石地层学的界面常常是穿时的，而年代地层学所确定的界面并非物理界面，层序地层学是一种新的可用于全球的地层系统，它是一种能综合地表露头和地下资料（测井曲线和地下资料）对沉积岩进行精确划分、对比和填图的方法，并可按照地层单位在陆棚可用空间内的变化来加以定义，它以地震曲线及地质横剖向上的不整合为界限，这些界限不仅是纵向上的特殊界面，在露头、测井和地震剖面上可以识别，而且可以用生物地层学和其他地质年代学的方法确定其时代，因此，层序地层学的地层单位是由物理界面所限定的等时岩石组合，从而提高了古地理再造、盆地分析、地质历史解释和资源评价的精确性。1、层序及其内部组成层序地层学是研究一系列以侵蚀面或无沉积作用面和与之可以对比的整合为界面的、具有旋回性的、成因有联系的并可置于年代地层框架内的沉积岩关系。层序地层关系学的基本单位是层序，它是一套内部有内部相对整合，在成因上有联系的、以不整合和与之对比的整合面为界的等时沉积体。对每一层序来说，存在如下特点：（1）层序的顶底面，以不同类型且可以不整合或整合界面相区别。（2）层序内部的相对整合的层形成于同一海平面升降旋回中，因而在成因上是有联系的，这也就意味着，层序并不是有一种沉积相所组织成，而是多种沉积相在纵向上和横向上的有序组合。（3）层序是一个具有年代意义的单位，它一方面表明，层序内的所有岩层都是沉积在为层序边界的年代所限定的地质时间间隔内，另一方面是说层序界面的地质年代，可以用生物地层和其他年代地层学方法加以确定，并置于年代地层框架中。通过层序地层学和年代地层学比较可以看出，一个层序的内部可以分为若干沉积体系域，它们以其在层序内的位置以及海泛面为界的准层序组和准层序的叠置方式来定义。沉积体系这一概念最初由Fishier和Mcgrowen首次引入到沉积学中，他们将沉积体系定义为：在沉积环境和沉积作用过程方面具有成因联系的三维岩相组合体。因此，沉积岩体系是与地貌或自然地理单元相当的沉积体，并以其生成环境命名，例如和河流体系、三角洲体系、滨岸体系等。每一沉积体系的基本单元是更低级别的相或相组合所组成，沉积体系域则是由一连串有成因联系的同时代的沉积体系所组成。在每一层序中，沉积体系域的形成，取决于全球海平面的变化、构造沉降和沉积物供给速度间的相互关系。一般来说，每一层序都是由三个体系域所构成，即I型层序中的低水位体系域（LST）、海浸体系域（TST）和高水位体系域（HST）和II型层序的陆棚边缘体系域（SMST）、海浸体系域（TST）和高水位体系域，如图1-1：图1-1不同类型层序结构简图准层序和准层序组是层序的基本构成单元，当然也是体系域的基本构成单元，一个准层序以海泛面和与之可以对比的面为界，在成因上有联系的相对整合的一套岩层或岩层组。硅质碎屑岩的准层序是进积性的，因此向上变浅，硅酸盐准层序通常是加积性的，也是向上变浅的。因此也可以把准层序认为是一套连续向上的岩相足组合。准层序组则是一套成因上有联系的准层序，它们形成一种在多数情况下以大的，和可以与之对比的面为界，由若干准层序以不同方式叠置而成。主要叠置方式有进积型、退积型、和加积型，不同叠置方式的形成取决于沉积速度与可容空间形成速度间的比值。准层序组的边界可以出现以下几种情况：（1）在层序内部分开不同叠置方式的准层序；（2）出现于层序底部与层序界面重合；（3）可以是下超面出现于体系域底部，成为体系的界面。2、I型层序和II型层序的异同2.1层序类型及其边界在地层记录中，可以识别出两种类型的层序，即I型层序和II型层序。以I型层序界面为界，顶部为I型或II型层序边界。II型层序底部以II型层序界面为界，顶部为I型或II型边界。I型层序界面以河流复状作用（硅质碎屑岩区）。沉积相向盆地方向迁移、海岸上超的向下转移以及与上覆地层相伴生的与陆上暴露和同时发生在陆上侵蚀作用为特征，由于沉积相向盆地方向迁移，必将造成非海相或浅水海相地层。可直接覆盖在界面下的较深水的海相地层之上，其间缺少中等水深环境的沉积岩层。II型层序界面的特征是，沉积滨线坡折带向陆方向的陆上暴露。上覆地层的上超以及海岸上超向下转移为特征，但是它既没有与河流复状作用相伴生的陆上侵蚀，也没有沉积相向盆地方向的转移。不同类型层序及其界面的形成与全球海平面下降的速度、沉积滨线坡折带的沉降速度大小有关。沉积滨线坡折带是指陆棚上剖面和陆的一个位置，它不同于自然地理的陆棚坡折带，而是沉积作用活动的地形坡折，一般位于水深数米处，介于平均夷平面或近于平均夷平面扥陆上剖面和陆棚较深水剖面之间。由沉积滨线坡折带向陆地方向，沉积表面接近或在基面只上，向海方向沉积表面低于基面，因此在硅质碎屑沉积盆地中，沉积滨线坡折带的位置大致与三角洲的河口沙坝向海一端，或者与海滩上临滨位置一致，通常位于岸线向海100-1000米处，水深在8-15米之间，或相当于正常浪基面位置。而在碳酸盐沉积盆地中，它与岸线之间可能隔有广阔的内陆棚。I型层序面的形成被解释为，是由于全球海平面下降速度超过沉积滨线坡折带处盆地的沉降，因而在该处产生海平面相对下降形成的。而II型界面则是由于全球海平面下降速度小于沉积滨线坡折带处盆地沉降速度时而形成的，因此在这个位置没有发生海平面的相对下降。所以，不同类型层序界面形成时全球海平面升降及盆地沉降间的会有不同关系及其沉积响应，这种不同形成了不同类型界面的特征以及层序内部体系域组成、几何关系和相组合特点的不同。2.2体系域的一般特点前面已经提到，体系域是根据界面类型、它们在层序内的位置以及准层序和准层序叠置方式客观定义的，他们也具有自身的几何结构和相组合特点。每一层序中最低位置的沉积体系域如果位于I型界面之上，则称之为低水位体系域；如果位于II型界面之上，则称作陆棚边缘体系域。在陆棚边缘环境中，碎屑岩的地位体系域可以包括四部分：盆地扇复合体、斜坡扇复合体、低水位进积复合体和深切谷填充。而对碳酸盐沉积来说，他们的沉积体系与硅质碎屑岩的大体相似，但更多的表现为重力滑塌成因的硅酸盐碎屑流或浊积岩。而覆于II型界面之上的陆棚边缘体系域则是一个加积和进积共存的楔状体，它的向陆部分通常是一个向海加厚的非海相楔状体，而其海相部分与地税提进积复合体相似。而由碳酸盐沉积物组成的陆棚边缘体系域常常是构成台地向外部分的主要进积单位，它向台地边缘以及退覆坡折的向陆部分之上上超，向海方向进积到盆地中。海浸体系域是位于I型和II型层序中间的体系域，它以一个或多个退积式准层序组为特征，其底面是低水位体系域或陆棚边缘体系域的顶部，并以初始海泛面为界。海浸体系域的准层序向陆方向上超于层序界面之上。它的顶部是下超面，也是最大海泛面，并以从退积式准层序组变为加积式准层序组合为特征，一般来说，无论是碎屑沉积或是碳酸盐沉积，海浸体系域都有向盆地方向和向上减薄加深的特点。高水位体系域，是I型和II型层序的上部体系域。通常广泛分布于陆棚之上，其内部准层序组在向陆方向上是超于层序界面之上的，而在向外盆地方向则是下超于海浸体系域或低水位体系域之上。高水位体系域内部又可分为早起高水位和晚期高水位进积复合体，以及晚期高水位进陆表复合体。早期高水位进积复合体，以向上向外构成的反S型进积地层形式为特征；晚期高水位复合体则以向外构筑的倾斜进积地层形式为特征；至于晚期高水位近陆表符合体，则以在海平面停滞时期形成的河流沉积为特征，它和晚期高水位复合体是同时形成的。应当指出，当谈及低水位或高水位这些术语时，并不意味着它们是在全球海平面或相对海平面变化周期上的特殊时期形成。实际上，一个体系域开始时期，取决于海平面的升降、构造沉降和沉积物供给间的相会作用和影响。因此，体系域是在相对海平面变化曲线的特定段落间形成的。即：（1）低水位体系域的低水扇（盆地扇），形成于相对海平面快速下降时期；（2）低水位体系域的斜坡扇及低水位楔（低水位进积复合体），形成于相对海平面下降的晚期豁上升的早期；（3）海浸体系域，形成于形成于相对海平面快速上升时期；（4）高水位体系域，形成于相对海平面上升晚期停滞期和下降早期。