层序地层学的基本概念和基础

第一章层序地层学的基本概念和基础•一、海（湖）平面与可容空间•二、沉积盆地与沉积作用•三、滨线轨迹与海侵、海退•四、地层界面与地层终止关系第一章层序地层学的基本概念和基础•一、海（湖）平面与可容空间•1、海（湖）平面、水深•2、基准面•3、可容空间•绝对湖（或海）平面(Eustaticsea/lake-level)：指湖（或海）面相对于一个固定基准面如地心的高度，与盆地内的局部因素无关，其升降变化多受湖（或海）盆基底位置、水深、盆内沉积物量等因素控制。1、海（湖）平面、水深•相对湖（或海）平面(Relativesea/lake-level)：指沉积盆地的基底距湖（或海）面的高度，反映了湖（或海）盆基底的局部沉降或上升，其升降变化受控于绝对湖（或海）平面和湖（或海）盆基底的位置。1、海（湖）平面、水深•湖（或海）水深度(Waterdepth)：指沉积湖（或海）盆内沉积物表面距湖（或海）面的高度，其大小变化受控于相对湖（或海）平面的位置与已形成的沉积物厚度。1、海（湖）平面、水深2、基准面(Baselevel)•现状：•基准面Twenhofel（1939）：沉积序列所能达到的最高面•基准面Sloss（1962）：一个假想的动态平衡面，在其上碎屑物质无法保存，在其下可以发生沉积和埋藏作用•基准面Bates和Jackson（1987）：地表不断向其发展，但极少（如果有的话）能达不到的理论极限或最低面，陆表面的基准面是海平面•基准面Jervey（1988）：是由海平面控制的，第一近似于海平面…其次近似于反映海洋中任一区域能量变化的面•基准面Cross（1991）：侵蚀与沉积之间的平衡面•基准面Schumm（1993）：一个假想的近地表侵蚀界面，实际上近似于海平面，而河流侵蚀作用使其略有下降•基准面Cross和Lessenger（1998）：关于产生和消耗可容空间和在此空间中沉积或侵蚀相互关系的一种阐述词•基准面Posamentier和Allen（1999）：河流到达入河口的面，在此面上沉积和侵蚀达到稳定平衡2、基准面(Baselevel)•关于基准面的定义有两大学派：•1）基准面近似于海平面•在海洋中，由于受波浪和潮流作用比海平面略低•在陆地上，相当于进积/侵蚀的平衡面，河流均衡剖面与基准面在滨线重合•2）基准面是对侵蚀和沉积之间平衡界面的归纳。•陆地上，河流相的基准面=河流均衡剖面•海洋中，海相基准面=海平面2、基准面(Baselevel)•河流均衡剖面（Fluvialequilibrium（graded）profiles）河流体系中，如果给定源区高度及其在盆地的入口，河流体系总是趋向于达到一个纵向上的动态平衡（Miall，1996）•当河流能够搬运其沉积负载而不发生河道加积和侵蚀时，这个动态平衡就已达到（Leopold和Bull，1979）•不在平衡状态的河流将通过侵蚀和加积作用试图达到这一平衡状态（Butcher，1990）2、基准面(Baselevel)•定义：是一个想象的动态平衡面,用于描述沉积作用的上限和侵蚀作用的下限。–高于基准面表现为侵蚀作用，即使有沉积作用也是局部和暂时的，沉积物质点不稳定，不能长期保存下来而成为地层记录；–低于基准面，发生沉积作用，沉积物有可能被埋藏而保存下来。沉积基准面泄水口湖平面河流轨迹河流轨迹I类空间II类空间IA类IB类沉积基准面泄水口湖平面河流轨迹河流轨迹I类空间II类空间IA类IB类定义：可容空间是与基准面相关联的一个概念，是指(基准面之下)“可供沉积物堆积的潜在空间”。3、沉积可容空间(Accommodationspace)沉积基准面泄水口湖平面河流轨迹河流轨迹I类空间II类空间IA类IB类•类型：–按时间：老空间(早期未被充填而遗留的空间)和新增可容空间(沉积过程中形成的空间)。3、可容空间(Accommodationspace)•按位置：•I类空间：沉积基准面与湖（或海）平面之间，水上可容空间，其可进一步分出两部分，其中以湖（或海）盆最低溢出点的平面为界，位于该界面与沉积基准面之间为IA类，位于该界面与湖（或海）平面之间为IB类。•II类空间：湖（或海）平面与湖（或海）盆底面之间，水下可容空间，对于盆地中某一点来说，II类空间的大小与水深呈正比关系。显然，只有存在Ⅱ类(水下)空间时，才可能形成稳定的沉积。沉积基准面泄水口湖平面河流轨迹河流轨迹I类空间II类空间IA类IB类•若不考虑波浪、洋流等影响，可理想地认为：–陆地上，河流相的基准面=河流均衡剖面–海洋中，海相基准面=海平面–可容空间=海平面-沉积物表底=水深4、海平面与可容空间的关系4、海平面与可容空间的关系相对海平面上升相对海平面下降4、海平面与可容空间的关系第一章层序地层学的基本概念与基础•二、沉积盆地与沉积作用1.沉积盆地与盆地边缘2.沉积作用的异源控制因素3.沉积物供给与沉积能量变化4.沉积作用定量方程1、沉积盆地与盆地边缘•盆地（Basin）：指四周高（山地或高原）、中部低（平原或丘陵）的盆状地形。•沉积盆地：是指沉积岩或沉积物分布的地区。•盆地边缘类型：•根据盆地边缘的地形坡度、沉积物沉积方式、古水深以及构造活动状况，可分为：•1）陆棚坡折边缘(shelf-breakmargin)•2）缓坡边缘(rampmargin)•3）裂谷边缘(riftmargin)•4）前陆盆地(forelandbasin)•5）生长断层边缘(growthfaultmargin)•1）陆棚坡折边缘–（1）沉积水深较深–（2）具有明显地形坡折–（3）发育前积斜坡–（4）海平面下降期，下切谷、海底扇盆地边缘类型：•2）缓坡边缘–（1）沉积水深较浅、风暴和沿岸流占主导作用–（2）沉积界面角度常低于1度–（3）低位沉积时期缺少深水浊流沉积–（4）硅质碎屑岩缓坡边缘盆地，浊积物-三角洲前缘滑塌，而不是独立的海底扇盆地边缘类型：•3）裂谷边缘（1）拉伸性断层明显影响了古地貌和沉积物的输入速率。（2）沉积物可容空间的展布主要受控于构造活动（3）盆地边缘到中央，沉降速率加大（4）盆地边缘的转换带控制了沉积物输入的位置盆地边缘类型：•4）前陆盆地–沉积物供给方式（冲断带、轴向供源）控制了沉积作用•5）生长断层边缘–同沉积伸展断层为特征，沉积作用受断层的活动性以及地形差异性控制盆地边缘类型：•2、沃尔索相律—相序递变规律—相律：•定义：只有在横向上成因相近并且紧密相邻而发育着的相，才能在垂向上依次出现而没有间断。•相序：在一个连续地层剖面中出现的沉积相的排列•2、沃尔索相律—相序递变规律—相律：间断连续间断是绝对的，连续是相对的•2、沃尔索相律—相序递变规律—相律：沉积相（sedimentaryfacies)：沉积环境及在该环境中形成的沉积物（岩）特征的综合•沉积体系：是指具有成因联系的、沉积相三维空间组合（Fisher,1967).•同一物源、同一水动力系统控制，成因上有联系的沉积体或沉积相在空间上有规律的组合。•3、沉积作用的异源控制因素•沉积作用：通常受控于异源和内因共同作用。•内因作用：如河道的决口——相尺度表现更明显•异源控制作用：沉积盆地-层序地层学–基本因素：气候、构造、海平面升降–相关因素：沉积环境能量、沉积物供给、可容空间等•3、沉积作用的异源控制因素•沉积物供给与沉积环境能量•沉积物供给超出风力搬运能力（能量）——沉积•沉积物供给小于风力搬运能力（能量）——侵蚀•4、沉积作用的基本方程时间T时间T+ΔT湖平面湖平面DD+ΔDΔSubSedSed+ΔSedΔE图某一沉积点在时间和2T时间T+Δ时的沉积情况T时间T+ΔT沉积物基底•可容空间、水深、绝对海平面、相对海平面等的定量关系D.J.Cant针对海洋盆地沉积演化过程中的海进、海退的控制因素提出了海洋沉积作用的基本方程：ΔSub+ΔE-ΔSed=ΔDΔA=ΔD+Δsed＝ΔSub+ΔE＝ΔRE其中ΔSub——沉积盆地基底的沉降幅度，基底上升Δsub为负值，基底下降为正值ΔE——沉积时期绝对海平面的垂直变化，绝对海平面上升ΔE为正值，下降为负值ΔSed——某一点在某一时期内的沉积厚度ΔD——水深变化ΔRE——相对海平面的垂直变化ΔA——可容空间变化由上式可以看出，当ΔD0，反映某一时期内沉积盆地的水体加深，相对海平面上升，发生海侵过程；当ΔD0，反映某一时期内沉积盆地的水体变浅，相对海平面下降，发生海退过程。•4、沉积作用的基本方程•ΔT:ΔA=ΔD+Δsed＝ΔSub+ΔE•可容空间是海平面升降变化和构造沉降二者的函数，而沉积物厚度和水深仅是其表现形式。•4、沉积作用的基本方程第一章层序地层学的基本概念与基础•三、滨线轨迹与海侵、海退1.定义2.正常海退与强制海退1、滨线轨迹与海侵、海退的定义•滨线（Shoreline）：海岸水面线，海岸线•滨线轨迹：•海侵与海退1、滨线轨迹与海侵、海退的定义•海侵（Transgression）：滨线向陆迁移，与之相应的发生沉积相带的向陆迁移和邻近滨线区域水体的加深。•沉积作用方程：ΔVs/Δt＜ΔVa/Δt•ΔVs/Δt--沉积物输入量、ΔVa/Δt--可容空间的变化率1、滨线轨迹与海侵、海退的定义•海退（Regression）：滨线向海迁移，与之相应的发生沉积相带的向海迁移和邻近滨线区域水体的变浅。•沉积作用方程：ΔVs/Δt＞ΔVa/Δt•ΔVs/Δt--沉积物输入量•ΔVa/Δt--可容空间的变化率1、滨线轨迹与海侵、海退的定义2、正常海退与强制海退•海退类型：•正常海退（Normalregression)：基于沉积物供给引起的海退•强制海退（ForcedRegression）：基于基准面下降引起的海退2、正常海退与强制海退•正常海退：如果沉积物注入量(ΔVs)超过了沉积物容纳空间的增长量(ΔVa)。即ΔVs/ΔtΔVa/ΔtΔVs/Δt--沉积物输入量ΔVa/Δt--可容空间的变化率海平面：相对稳定或上升岸线：向海推进-----正常海退2、正常海退与强制海退•正常海退：2、正常海退与强制海退强制海退：在海平面下降期，可容空间总是呈减小趋势，即ΔVa/Δt小于0，ΔVs/ΔtΔVa/Δt即使没有沉积物注入，这种关系也成立并发生海退，有沉积物注入更会产生海退，因此，把海平面下降产生的海退称之为强制型海退。2、正常海退与强制海退强制海退：下切谷、坡折带2、正常海退与强制海退正常海退与强制海退的区别1）前积体分布位置。强制海退沉积单元由沉积物过水区把它与刚沉积下来的下伏前积单元分开，孤立分布于下伏前积单元外侧。正常海退前积单元相反，这里没有出现过水区。2）前积沉积层上界面的坡度：强制海退前积单元由多个小的阶梯状递降序列组成，具有向海倾斜，形成一个向海倾斜的斜坡；正常海退单元顶面或者与下伏地层平行，或具一个较缓的坡度第一章层序地层学的基本概念和基础•四、地层界面与地层终止关系–地层界面–地层终止关系•地层界面：记录了沉积事件随时间的变化，由基准面变化与沉积作用的相互影响而形成。间断连续间断是绝对的，连续是相对的•特殊的地层界面——层序地层界面•地层界面识别的原则：•地层接触关系（整合或不整合）•与界面接触的相的属性•界面上下地层所记录沉积趋势（海退、海侵）•界面或与界面接触的相标志（岩石学、遗迹化石等）特征•与特定界面相关的地层终止特征•地层终止类型：•削截（Truncation）•顶超（Toplap）•上超（Onlap）•下超（Downlap）•退覆（Offlap）•地层终止关系：是地层与其终止的界面之间的几何关系。•推断同沉积滨线的迁移类型地层终止关系特殊沉积趋势•重新滨线附近基准面演化史地层终止滨线迁移基准面削截，河流体系强制海退下降削截，海相体系强制海退，海侵下降，上升顶超海退静止视顶超正常海退，强制海退上升，下降退覆强制海退下降上超，河流体系正常海退，海侵上升上超，滨岸体系海侵上升上超，海相体系海侵上升下超正常海退，强制海退上升，下降•削截：地层终止于上覆的侵蚀面，揭示了侵蚀地形或角度不整合的发育上超穿时型上超穿时底砾