层序地层学原理及应用

层序地层学原理及应用摘要：层序地层学是一门相对新兴的地层学分支学科，本文对层序地层学理论和方法体系的发展、当前及今后的研究热点和前沿进行了综述。关键词：层序地层学；几何形态；体系域；海平面1.层序地层学的形成层序地层学是一门相对新兴的地层学分支学科，它是在20世纪70年代地震地层学的基础上发展起来的，是根据露头、钻井、测井及地震资料，结合有关的沉积环境及岩相古地理解释，对地层的层序格架进行地质综合解释的科学。它也是在生物地层学、年代地层学和岩石地层学的基础上发展起来的；它依据生物地层学与年代地层学所建立的宏观年代地层格架基础开展研究，并把自己的研究同已建立的宏观地层格架结合起来；它将地质学和地球物理学相互交叉渗透而迅速发展起来，逐渐形成了一套相对独立的理论方法体系，在实践中不断被完善和发展；它的产生改变了分析地层记录的基本原则，被誉为地球科学的一次革命；它消除了地层学中长期存在的年代地层学、岩石地层学与生物地层学单位的三重命名的混乱现象，第一次提出了全球统一的成因地层划分方案，建立了地层分布模式，提高了对地层的分布预测能力，将地球科学的研究从定性推向定量。本文对层序地层学理论和方法体系的发展、当前及今后的研究热点和前沿进行了综述。2.层序地层学定义和理论基础2.1层序地层学定义层序地层学是研究以不整合面或与之相对应的整合面为边界的年代地层格架中具有成因联系的、旋回岩性序列间相互关联的地层学分支学科。也可定义为研究年代地层格架中成因关联的学科。也有人认为，层序地层学是研究层序形成和地层分布模式的一门学科。层序地层学就是根据地震、钻井、测井和露头资料以及有关沉积环境和岩相对地层形式作出解释。层序地层学的解释过程将建立以地层不连续面为界的、成因上有联系的、旋回性地层的年代地层学体制。层序地层学属于成因地层学的范畴，它是一种划分、对比和分析沉积的新方法。当它与生物地层学和构造沉降分析相互结合时，便可提供一种更为精确的地层时代对比、沉积相制图和钻前预测生、储、盖层分布的年代地层格架。从本质上讲，层序地层学分析成果提供了被称为层序和体系域的成因地层单位的、以不整合面或与之相对应的整合面为界的年代地层格架。这些层序和体系域与特定的沉积体系类型、岩性分布和油气产出具有密切的联系，是由与海平面相对变化有关的基准面变化引起的。这些基准面变化表现在地震反射剖面上的不同类型地震反射的终止关系以及露头、钻井、测井资料上的沉积相带叠置方式的变化，可利用生物地层学和其它年代地层学的方法确定基准面变化处的地质年代。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，从而提高了岩相古地理再造、盆地地质历史分析和资源评价的科学性和准确性。2.2层序地层学理论基础（1）海平面升降变化具有全球周期性层序地层学是在地震地层学的理论基础上发展起来的，它继承了地震地层学的理论基础，即海平面升降变化具有全球周期性，海平面相对变化是形成以不整合面以及与之相对应的整合面为界的、成因相关的沉积层序的根本原因。Haq和Vail建立了显生宙全球海平面Ⅰ、Ⅱ级变化旋回和中新生代海平面变化年表。她们认为：由于海平面变化的全球性，层序地层学可以成为建立全球性地层对比的手段，重建全球地层对比系统；尽管还有许多地学研究者对全球海平面升降曲线的准确性持怀疑态度，指出区域海平面变化周期受控于构造、气候、全球性海平面变化、沉积物供给等多种因素，但是若排除构造运动以及其它干扰因素的影响，并对具有全球性周期的沉积层序进行准确定年，就能够提供一种特别适合于沉积相和古地理重建的年代地层格架，同时还能获得对全球海平面周期升降规律的认识。（2）4个基本变量控制了地层单元的几何形态和岩性层序地层学注重研究以不整合面及与之相关的整合面为界的旋回地层关系。一个沉积层序是由沉积在一个相对海平面升降旋回之间的各种沉积物组合而成的，一个层序中地层单元的几何形态和岩性受构造沉降、全球海平面升降，沉积物供给速率和气候变化等4个基本因素的控制。其中构造沉降提供了可供沉积物沉积的可容空间，全球海平面变化控制了地层和岩相的分布模式，沉积物供给速率控制了沉积的充填过程和盆地古水深的变化，气候控制了沉积物类型以及沉积数量。实际上，一个沉积层序和地层叠置样式常受构造沉降、全球海平面升降、沉积物供给速率和气候4个基本因素的综合影响。一般来说,构造沉降速率、海平面升降速率和沉积物供给速率3个参数控制了沉积盆地的几何形态,沉降速率和海平面升降变化综合控制了沉积物可容空间的变化。3.基本概念及相关内容层序：是一套相对整一的、成因上存在联系的、顶底以不整合面或与之相对应的整合面为界的地层单元。层序类型分为Ⅰ型和Ⅱ型,Ⅰ型层序底部以Ⅰ型层序界面为界，顶部以Ⅰ型或Ⅱ型层序界面为界；Ⅱ型层序底部以Ⅱ型层序界面为界，顶部以Ⅰ型或Ⅱ型层序界面为界。体系域：是指一系列同期沉积体系的集合体。包含（低位体系域、海侵体系域、高位体系域、陆架边缘体系域、海退体系域）低位体系域：稳定于相对低位期间的沉积体系，以低位契为主要组成。在Ⅰ型层序界面（海平面快速下降）和Ⅱ型（海平面缓慢下降）层序界面至上分别形成两种不同的低位层序组合，前者称为底位体系域，由盆底扇、陆地扇和低位楔组成；后者称为陆棚边缘体系域，以一个或多个微弱前积到加积的准层序组成。海侵体系域：相对海平面/基准面上升时期形成的一套地层组合，以岸线上超及向陆退积为特征。高位体系域：处于高位期间形成的向盆地方向呈S形加积的沉积体系，沉积物向盆地扩展分布，几乎无垂向增生和明显的侵蚀作用。海退体系域：下降期间向盆地进积的沉积体系，在盆地中心可形成盆底扇等重力流沉积，同时在陆地方向原来沉积的高位体系域发生侵蚀。准层序：是一个以海泛面或与之相应的面为界、由成因上有联系的层或层组构成的相对整合序列。准层序组：是指由成因相关的一套准层序构成的、具特征堆砌样式的一种地层序列，其边界为一个重要的海泛面和与之可对比的面，有时它可与层序边界一致。可容空间：指可供沉积物潜在堆积的空间。凝缩层：是指沉积速率很慢、厚度很薄、富含有机质、缺乏陆源物质的半深海和深海沉积物，是在海平面相对上升到最大、海侵最大时期在陆棚、陆坡和盆地平原地区沉积形成的。4.层序地层学的应用现代层序地层学在理论上已突破了地震地层学的研究范围,可容纳空间概念的提出,使人们能正确了解层序的成因,并把层序学推广到陆相地层中来。在海相层序研究方面,Christopher和Kendall等(1989)一起研究了全球海平面变化，Scoot，eimer，Richard和Vail（1991）等研究了墨西哥湾沿岸、阿拉伯东南早白垩世的海平面变化，加拿大北极群岛三叠纪的海平面变化事件，修订了Exxon曲线并对侏罗纪海平面变化进行重新评价。总之，与海平面变化相结合的层序地层学研究，是Vail等学者的杰出贡献，为全球性海平面变化及海相地层的全球性对比做了大量的工作。同时也为全球海平面变化提供了证据。目前，利用计算机手段对可容空间变化进行模拟，以此揭示层序变化的原因。为层序地层学的定量化研究作出了贡献。中国地质学家在海相层序地层的研究方面取得了很大的进展。以王鸿祯院士为首的国家科委与地矿部基础研究重大项目中国古大陆及其边缘层序地层和海平面变化研究，涉及到中朝和扬子两个古大陆及其边缘的层序地层研究，在层序边界、层序级别、海平面变化定量计算、高频层序、地层界线优化和层序的构造控制因素等方面的研究，为中国三大古陆在早古生代的古大陆再造及构造重塑提供了重要的证据。在陆相层序的研究中，中国学者据该领域的领先地位。王东坡(1994)研究了松辽盆地的白垩纪湖相沉积的层序地层，并对海陆相层序的可比性进行了有益的探索和总结，他把此项研究纳入全球沉积地质计划的第一个试点项目全球海相白垩纪地层的对比。徐怀大、顾家裕(1996)研究了松辽盆地的层序地层特征,为塔木的油气勘探提供了有用的证据。至于松辽盆地、渤海湾、鄂尔多斯、四川、柴达木、准噶尔、吐哈、我国南方及海域诸盆地的地层层序的研究更是硕果累累。国外学者在陆相层序研究方面也有一定的贡献。Shantey和McCabe(1991，1993)对犹太州南部Kaiparowits高原的研究,得出沉积体几何形态的变化与同期海相地层变化的内在联系；Mancila（1988）Gulisan(1989)，Kokogian(1991)和Uliana（1991)在阿根廷几个内陆盆地勘查了三叠纪和白垩纪冲积层中的低位体系域、水进体系域和高位体系域。VanWag2oner(1995)对犹太州BookCuffs冲积体系露头进行了研究，盆地中同时有海相地层和陆相地层，他将地层层序边界从海相追索到陆相，从而建立起海相和陆相岩层的年代地层格架。参考文献：[1]陈开远，2009，层序地层学基础[2]徐怀大等译，1993，层序地层学原理，石油工业出版社[3]池秋鄂等，2001，层序地层学基础与应用，石油工业出版社