层序地层学

层序地层学读书报告

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程晓枫

一、层序地层学发展历程

1. 1 层序地层学起源阶段(1948～1976) 层序的基本概念在18 世纪晚期即已提出,第一次明确提出层序一词,并用于北美大陆古生代地层划分的是Sloss(1948) 。至20 世纪70 年代,随着计算机技术发展,以Peter R. Vail 为首的Exxon 石油公司的地质学家们将地质理论、地震勘探技术与现代计算机技术紧密结合,创立了地震地层学,使得地层学的发展跃上了一个新的台阶。

1.2 经典层序地层学的形成与发展(1977～1987)

Vail 和Exxon 石油公司的学者们进行了一系列的研究,主要表现在以下几个方面: ①层序的定义有所修改; ②将Sloss 的层序进行了修改,缩小了层序的时间跨度,原来的Sloss 的层序成为修改后的超层序; ③提出了层序演化机理的主导因素—海平面升降。

1.3 层序地层学综合发展阶段(1988～至今)

1988 年,正式出版了由Wilgus 主编的《海平面变化综合分析》,标志层序地层学的综合发展阶段。1991年,由D. 1.Macdonald 主编的《活动边缘的沉积作用、构造运动和全球海平面变化》一书,进一步把层序地层研究扩展到活动大陆边缘。层序地层的理论日趋完善，应用范围不断扩大，出版了一系列层序地层理论及应用的著作，成为地层学及沉积学及能源盆地地质学领域的热点。

二、层序地层学的基本概念

2.1、层序地层学的基本定义

层序地层学是上个世纪70 年代末由美国Riee大学V ail P R 及其在Exxon公司卡特研究中心的同行Mitchum R M 和Sarg ree J B 等在地震地层学基础上创立起来的一门新的地层学分支科学。层序地层学是研究以侵蚀面或无沉积作用面、或者与之可以对比的整合面为界的、重复的、成因上有联系的地层的年代地层框架内的岩石关系。

2.2、基准面和可容纳空间

基准面和可容纳空间是层序地层学中的两个最重要的概念。

基准面的经典定义来自于Wheeler（1964）：基准面是指分割开沉积带和剥蚀带的物理面（Base level, which separates deposition zone from erosion zone.）。基准面也曾叫作平衡面(equilibrium profile)，它是由无数个平衡点组成的面，在这个面上，沉积作用等于剥蚀作用，也就是说，在该面上既无沉积作用，也无剥蚀作用。基准面分隔开下伏的沉积带和上覆的剥蚀带。早期，人们将基准面与海平面等同起来，把它看作是一个水平面。

可容纳空间的经典定义来自于Jervey（1979）：可容纳空间是指可供潜在沉积物堆积的空间（The space made available for potential sediment accumulation.）。可容纳空间是一种潜在的、可供沉积物堆积的空间(Vail et al., 1988)。Cross提出一种修正方案，他(1994)认为“随地史演化而产生(或消失)的、可用于沉积物堆积(或剥蚀)的、潜在的堆积空间被定义为可容纳空间”。可容纳空间限制了在各个地理部位中堆积的沉积物体积，它也取决于填充的速率即地表搬运过程的效率。通常总可容纳空间向海盆方向逐渐增加，而有效可容纳空间(总可容纳空间减去未利用空间)的变化则较复杂。由于可容纳空间向盆地方向增加，而潜在的可容纳空间又逐步被充填，因而有效容纳空间向盆地方向的变化比较复杂。有效可容纳空间在地质历史中随地质年代在不断的变化，并且这种变化主要由构造升降运动、沉积填充后的残余

地貌形态、海平面相对升降变化、沉积压实作用、沉积充填物负荷的岩石圈补偿和热流作用等因素所控制。

2.3、层序与不整合

（1）层序

层序地层学的基本单位是层序。层序是一个成因上相关、内部相对整合连续的地层单元, 其顶、底被不整合面或与之相对应的整合面所限定。由于层序界面的等时性和层序内沉积的连续性, 使层序体现了年代地层和岩石地层的双重属性。

一个层序可以分为体系域，它们是以它们在层序内的位置以及以海泛面为界的准层序组和准层序的叠置方式来定义的。层序、准层序组和准层序的边界，提供了沉积岩对比和作图的年代地层框架。层序、准层序组与准层序是通过地层的物理关系定义和确认的，其中包括这些地层单位界面的侧向连续性和几何关系，这些地层单位内部地层的垂向和侧向叠置方式和侧向几何关系。绝对厚度、形成它们的时间长度、以及区域和全球成因的解释没有用于定义层序地层单位。

层序及其地层成分形成于全球海面变化、沉降和沉积物供应速度间的相互作用。这些相互作用可以模拟，而这些模型通过预测地质资料有限的地区内的地层关系和推测其年代的观察得到证实。

准层序和准层序组是层序的基本构筑单位。一个准层序是以海泛面和与之可以对比的面为界的成因上有联系的、相对整一的一套岩石或岩层组。

海泛面是一个把较新地层与较老地层分开的面，跨过这个面有水深突然增加的证据。

准层序组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海泛面和可以与之对比的面为界的独特的叠置方式。

沉积体系是一种三维岩相组合体，体系域是一连串同期的沉积体系。体系域是根据界面类型，它们在层序内的位置，以及准层序及层序叠置模式客观地加以定义的。体系域还用几何结构和相组合加以表征。

沉积地层划分为层序、准层序和体系域，提供了分析沉积地层内时间和岩石关系的有力方法。层序和层序边界将沉积岩划分为以具有年代地层学意义的界面为界的成因上有联系的地层单位。

（2）不整合

不整合(unconformity)是指一个分割新老地层的间断面，沿此面有明显的水上暴露侵蚀特征（或相应的水下剥蚀）（Wagoner et al，1988）。与此相关的其它一些术语有非整合(nonconformity)、假整合(disconformity)、小间断(diastem)、中断(hiatuse)。层序地层中所运用的不整合是指在地层记录中不同级别包括从局部到全球规模的时间间断(temporal break)。

识别以不整合面为边界的层序是大范围内利用不整合面进行作图的重要前提。这样的不整合面清楚地表明了广泛的幕式运动或全球海平面变化。在地层中，由于存在深部的侵蚀作用、明显的角度不整合等证据，以及在上覆地层中底砾岩的存在，构造作用形成的局部角度不整合的证据也可能是非常明显的。然而，沿着构造走向或远离构造活动带进入相邻成因盆地或克拉通地区，很少能追踪到大范围分布的不整合。区域不整合可能几乎没有表现出角度不整合的性质，并且在露头中也没有显现出它们的重要性。因此，必须通过细心的区域作图和对比，才能识别出不整合的重要性。

以不整合来确定地层层序，主要基于如下两个关键性的特征：