层序地层学的标准化

1关于层序地层学的标准化O.Catuneanu,V.Abreu,J.P.Bhattacharya,etal.Earth-ScienceReviews92(2009)1–33Towardsthestandardizationofsequencestratigraphy2摘要层序地层学仍属于地层规范或操作指南，由于层序地层学缺乏标准规范，使得存在多种方法（或模式）、令人困惑甚至矛盾的术语。体系域和层序地层界面的可作图性，主要取决于沉积背景和可供分析的资料是否可靠。由于在层序地层单元和层序界面精确表达中，存在很大的可变性，因此要求所采用的方法足够灵活，从而可以适应所有可能的表现形式。“独立模式”成因地层单元和边界面框架的建立，确保了层序地层学方法的成功。此外，对那些作为层序边界重要层序地层界面，解释人员可能会选择“模式依赖”。3提纲1.前言：背景和原理2.数据资料及其客观性3.层序地层学的“模式独立”模块4.层序地层学的“模式依赖”模块5.建议6.讨论：层序地层学模式的可变性7.结论4应用层序地层学分组数据主控制综合学科沉积学地层学地球物理学地貌学同位素地球化学勘探构造地质学盆地分析地震的露头岩心测井生物地层的地球化学的海平面变化沉降隆起，气候沉积物补给盆地地貌环境能量生物群学校：起源演化和沉积盆地内部结构的充填，政府：企业：勘探和生产-石油发挥，煤炭，矿产资源Fig.1.层序地层学在跨学科研究区域到盆地范围内的填图和对比图1各学科对层序地层学研究1前言：背景和原理5层序地层学研究重点是分析地层几何形态特征、岩相的改变，和对主要界面的识别来确定盆地充填和剥蚀事件的时间顺序。1前言：背景和原理61前言：背景和原理地层的堆砌方式是沉积速率和基准面变化相互作用的结果，它以沉积趋势的组合形式呈现，这些沉积趋势包括前积、退积、加积和下切侵蚀。每一种具有明显几何外形和岩相保存类型的地层堆砌方式能够确定一种特殊的沉积成因类型。正常海退顶置岸线轨迹强制海退退覆水下侵蚀不整合海进退积末端包络面定义：退积（向后的台阶状发育）为水位上升所致。水位上升速率超过岸线的沉积速率沉积域：退积定义：进积为水位下降所致。海岸线被迫退却与沉积物供应不相关沉积域：向下阶状前积定义：前积发生是沉积物过量供应所致。沉积物供应速率大于岸线附近水位上升速率沉积域：前积与加积图2沉积体成因类型：正常海退、强制海退、海进7层序Slossetal.(1949)沉积序列1地震地层学(1949)Mitchumetal.(1977)沉积序列11Haqetal.(1987)Posamentieretal.(1988)沉积序列111VanWagoneretal.(1988,1990)Christie-Blick(1991)沉积序列1VHunt&Tucker(1992,1995)Helland-Hansen&Gjelberg(1994)成因序列Frazier(1974)Galloway(1989)层序T-RJohnson&Murphy(1984)Embry&Johannessen(1992)层序地层学Fig.3.层序地层学模式(fromCatuneanu,2006;modifiedaferDonovan,2001)图3层序地层学模式(据Catuneanu,2006;根据Donovan,2001修改)标准化进程是很难推进的，主要问题在于需要不同的学派达成一致。而他们在怎样将层序地层学方法应用到岩石记录方面，发展出了有相当大差异的方法（或者模式）。8事件层序模式沉积序列11沉积序列111沉积序列1V成因序列层序T-R海进结束海退结束基准面下降结束基准面下降开始HSTHST早期HSTHSTRSTMFSTSTTSTTSTTSTTSTMRSLST(楔)晚期LSTLSTLST(楔)晚期CC**早期LST(扇)晚期HSTFSST早期LST(扇)RSTCC**HST早期HSTHSTHST层序边界体系域边界体系域内表面时间基准面下降结束基准面下降开始海退结束海进结束图4不同层序地层模式的层序界面和体系域时间厘定(据Catuneanu,2006).由于目前层序地层学中，层序和命名都非常混乱，对其标准化的需求是显而易见的。9岩石资料地球物理资料测井资料地震资料岩心露头大比例尺小比例尺构造背景相接触关系地层终止沉积倾向地层几何形态沉积要素沉积体系关键点：好中差图5建立层序地层格架所使用的资料组合(据Catuneanu,2006).2数据资料及其客观性2.1资料综合尺度尺度10数据对于层序地层学分析的主要应用/贡献地震数据测井数据岩心数据露头数据连续地下成像；构造样式；超覆关系；地层堆积形态；沉积元素成像；地貌；地层几何形态垂直堆叠模式；粒度趋势；沉积构造；沉积体系；岩石物性；标定地震数据相；纹理和沉积结构；地层接触性质；物理岩石性质；定向岩心上古水流；测井和地震标定相结构的三维控制；观察过程沉积学；相；沉积元素；沉积体系；岩心所提供的其它应用Fig.6.不同的数据在层序地层学解释的贡献(fromCatuneanu,2006)一体化的深入了解所提供的各种数据集的关键是一个可靠和完整的层序地层模式图6不同的数据在层序地层学解释中的贡献（据Catuneanu，2006）2数据资料及其客观性2.1资料综合11图7GulfofMexico地震剖面，展示沉积层的不同成因类型(强制海退、正常海退、海进)。根据不同层序地层模式而使用的层序界面(据Posamentier和Kolla,2003修改).2数据资料及其客观性2.2地震资料的局限性地震的纵向分辨率限制了观测尺度，还可能限制任一特殊实例的研究。122.3露头、岩心和测井资料的局限性浅海相滨岸相浅海相图8墨西哥湾的一个主要为浅水沉积剖面的自然电位曲线2数据资料及其客观性测井曲线揭示了在缺少明显的粒度变化趋势的岩性剖面中，不确定性影响最大海泛面和最大海退面位置的确定；同样的问题也会影响没有粒度变化的露头剖面的解释；在该例中，不确定性的范围是几十米。FS—海泛面;MRS—最大海退面;MFS—最大海泛面13在强制海退时期，沉积到海岸的沉积物要比正常海退要粗(PosamentierandMorris,2000;Catuneanu,2006)。因此，标记强制海退沉积底面的相关整合界面，是在平均粒度变大的位置，而其顶面的相关整合界面是在持续进积时段的颗粒粒径变小的位置（Morrisetal.,1995;Posamentieretal.,1995;Posamen-tierandMorris,2000;Catuneanu,2006)。2.3露头、岩心和测井资料的局限性2数据资料及其客观性图16海进、正常海退和强制海退的概念是由岸线基准面变化和沉积作用相互作用定义的(fromCatuneanu,2006)142.4资料的客观性和原有解释2数据资料及其客观性测井曲线剖面河流/三角洲平原前三角洲海相滨岸/河流对比剖面解释剖面前积盆地方向图9阿尔伯他中部上白垩统测井剖面对比工作流程图，其沉积背景为从海相转化为非海相图9所示，利用测井资料，根据进积朵叶相互关联的概念模式，建立沿沉积倾向的三角洲系统。图9A为未解释的横剖面，说明在每个井剖面都发育两个或三个准层序。在没有时间序列控制情况下，准层序间的相互关系可能以不同的方式展示（图9B）这是在高频层序井间对比的普遍现象，最理想解释方案则是完全依据三角洲进积模式进行解释。在这个实例中，图9C解释的倾斜沉积遵循这样一个模式，这个模式在向盆地方向倾斜沉积下超在最大海泛面上。这种依据模式解释的正确性，只能通过独立资料和地下储层生产数据来检验。153层序地层学的独立模式基本概念：地层堆砌方式，地层终止，可容纳空间，基准面变化，海岸线迁移成因单元：强制海退的，正常海退的（低位和高位）及海侵的。成因单元即与相对应类型的海岸线迁移相联系的体系域层序地层界面：这种界面（至少是在局部）能将成因类型沉积（即上述成因单元）分隔开来独立模型工作流程：将地层剖面细分为一系列以层序地层界面所限的成因单元（即强制海退，低位和高位正常海退及海侵体系域）层序地层学独立模型方面依赖于模型方面体系域的命名法：对不同成因类型沉积命名的差异对层序地层方法能否成功应用影响甚小层序地层界面的命名法：对分隔不同成因类型沉积界面命名的差异对层序地层方法能否成功应用影响甚小层序界面的选择：一旦识别出出现在沉积序列中的所有层序地层界面，具体哪些界面，具体选择哪一个界面作为层序界面对层序地层方法能否成功应用影响甚小图10层序地层学独立模型和依赖于模型方面的比较独立模型方面构成了层序地层学标准化方法的核心平台，依赖于模型方面则可以留给研究人员斟酌处理。163.1方法3层序地层学的独立模式观察：解释：岩石，生物，化学相地层接触地层终止地层堆积模式地层几何形态沉积元素沉积体系层序地层表面体系域层序Fig.11.涉及层序地层学方法中的基本观察结果和解释图11层序地层学方法包括的基本观察和解释层序地层学方法的优点是强调基础观察，每个基础的观察可能会为地层界面识别和体系域定义提供极其重要的信息。17RRR加积准层序组海岸平原砂与泥岩陆棚泥岩浅海砂体单个准层序R=沉积速率可容空间增加速率退积准层序组前积准层序组井剖面位置井剖面测井响应盆地方向图12准层序组的垂向叠置样式(据VanWagoneretal.,1990)3.1方法3层序地层学的独立模式基于观察到的垂向上相的关系来定义，准层序组的叠置样式可以分为进积，退积，加积。18界面之上的反射终止上超下超界面之下的反射终止削截顶超图13地震剖面和较大尺度的露头层序界面上下可观察的地层终止(据MitchumandVail,1977)3.1方法3层序地层学的独立模式四类地层终止可以用来识别层序界面，两种产生在界面之上（上超和下超），两种在界面之下（削截和顶超）。另外，退覆是一个关键的地层堆砌样式，它可以用来识别强制海退体系域，陆上不整合界面和与之相对应的整合面界面的范围(图2和7)。这种沉积尖灭，对于沉积趋势的解释是有用的(图2)，对体系域的解释也是有用的。图7193.1方法3层序地层学的独立模式S形前积斜交前积图14陆棚斜坡上的与前积结构相关的地层几何形态（fromMitchumandVail,1977）。S形前积结构显示进积时的顶积层向上的连续建造（加积），向上爬升的陆架坡折带。这就意味着在进积时，产生了陆棚可容空间。一组倾斜前积结构显示顶超终止于顶部，下超终止于底部，并且陆棚坡折线更加平缓。这种进积作用以缺少顶积层为标志，指示了在进积作用时陆棚很少或没有可容空间的增加。203.1方法3层序地层学的独立模式堆砌样式地层终止层序界面地层几何形态体系域地层层序层序地层学方法的为四个步骤①③②④213.2基准面和可容空间3层序地层学的独立模式基准面的概念刻画了一个动态的平衡剥蚀和沉积的界面。沉积物充填直至基准面可以利用的等效空间给出了‘可容空间’的概念(Jervey,1988)。尽管受波浪和水下流体侵蚀作用，水下基准面可以位于海平面之下，基准面一般近似为海平面(e.g.,Jervey,1988;Schumm,1993;PosamentierandAllen,1999)。受基准面影响较小的内陆河流，受气候变化和构造作用，或许其可容空间也会增加或减少。因此，从某种程度上来说，作为各种沉积背景下地层旋回的控制因素，可容空间比基准面应用更广泛。从地质时间尺度上看，基准面变化主要受他生机制控制，包括构造作用和海平面变化。轨道变化驱动的气候旋回对可容空间起到了间接控制的作用。223.3基准面变化参考曲线3层序地层学的独立模式基准面地质事件界面完整旋回强制海退开始海进结束海退结束强制海退开始强制海退结束升降据据关联的整合界面最大海泛面海进冲刷作用界面最大海退面关联的整合界面陆表下不整合或有海底侵蚀的海退面关联的整合界面图15与基准面旋回的四种事件相关的七个层序界面的产生时间(据Catuneanu,2006)图中的基准面变化曲线反映了沿着岸线的基准面波动。倾向上这四种事件发生时