Question

（一）旋回地层学的地层记录与高频层序概念的起源

Answer 1

1.旋回地层学的地层记录

旋回地层学是研究地层沉积作用的旋回性、记录并用来进行地层划分和地层对比乃至探讨沉积作用机理的与地斗搭蔽层学及沉积学有关的一门分支学科。它是近年来与层序地层学相互渗透和补充才发展起来并被广泛应用的一个分支学科，也是研究高频层序及其叠置样式的基石。

旋回地层学中的一个重要法则是由Schwarzacher（1975）^[1]提出的Sander法则：空间上的旋回性（指地层厚度）表明时间上的旋回性，但地层记录中的旋回性的缺乏并不表明时间旋回性的缺乏。从L—M旋回、T—R旋回、旋回含旋回（Cycle within cycle）、PAC旋回到现今的复合海平面变化旋回的概念的提出，表明了旋回地层学的逐步发展和完善的过程。

（1）L—M旋回记录　L—M旋回是灰岩－泥灰岩旋回（limestone-marl cycle）的简称，它是一种主要发育于浪基面以下枝数的远洋及半远洋灰岩－泥灰岩韵律层，有人又称之为L—M对偶层（couplet），厚度约几十厘米到数米，亦称小旋回（G.Ensele,1982）^[2]。这种韵律层的形成周期一般为2～10万年，可从远洋碳酸盐的沉积速率（0.5～3cm/ka）得到证实。这种旋回层序的精确的时间对比是相当困难的，因为形成完整的L—M旋回要满足下列条件：①组成旋回成因的沉积物要达到碳酸盐与粘土的比例近于1∶4。②岩层厚度要达到5～10cm以防止生物扰动使之混合。这种类型的旋回具有全球性，由气候变化和相对海平面变化形成。

（2）T—R旋回记录　T—R旋回是海侵－海退旋回（transgression-regression cycle）的简称。它是应用沉积物及生物化石在地层记录中所反映的海侵及海退作用而确定的旋回。它被分为不同的级别，并且一个T—R旋回形成一个向上变浅序列，但不能与海平面升降旋回对等。T—R旋回最重要的进展是对贝壳及分布广泛的薄层铁鲕层（iron-oolitic bed）的沉积机理的研究（Einsele,1985^[3]；Mcgkee和Bayer,1985^[4]；Seilacher,1984^[5]），并且认为是最大海侵期的产物，而且相当于层序地层学中的凝缩层。确定T—R旋回主要依据地层的区域分布及其沉积物容纳空间的变化速率等。

（3）PAC旋回分析　PAC旋回是间断加积旋回（punctuated aggradational cycles）的英文字头缩写简称。该地层记录多由一种小级别（1～5m）的向上变浅旋回序列组成，这种向上变浅旋回序列由一个特征面分开，该面以突然变到深水相为特征。这个广泛分布的旋回地层型式，是因为长时限（万年）的基底面相对稳定时，由于地质上瞬时的相对海平面上升所形成（Goodwin和Anderson,1985）^[6]。作为盆地范围内的岩石—时间地层单元，PAC旋回序列对所有的地层分析均是最基本的，其成因机制是由于地球轨道效应产生的周期为2万年到10万年级别的岁差旋回、偏心率旋回形成的高频率海平面振荡控制下的自旋回过程的产物。

由于间断事件是周期性、经常性和迅速的，其结果所形成的PAC旋回是一个等时性界面或近于等时性面，所限定的地层单元，由于厚度薄横向上延伸很远，从而PAC旋回层序就提供了一个能在盆地范围内进行详细对比（指年代地层）的岩石单元。

（4）旋回含旋回及复合海平面变化旋回与高频层序　旋回含旋回（cycle within cycle）是Miall（1984）在研究阿尔卑斯三叠纪碳酸盐的沉积学及地层学时提出的，Goldhammer等人（1990）^[7]又将其深化为“复合海平面变化旋回”的概念。

地层的沉积作用记录了海平面变化、构造沉降、沉积物堆积作用几个地质营力间的复杂的相互作用关系，它们是决定低频及高频的地层叠置型式的主要因素。叠加在不同频率以及不同幅度的相对海平面变化过程构成的海平面变化叫复合海平面变化，由此而形成的层序叫复合海平面变化层序。其特点是存在一个由复合海平面变化所推动的地层营力的等级体系，它构成了由高频率特别是4级和5级旋回为特征的有序垂向叠置状态，而这个垂直有序叠加状态由低频率（3级海平面变化）相对海平面变化营力所控制。这些旋回层序的垂直叠置状态是客观存在的，无论空州其机制是自旋回还是它旋回，他对识别浅水碳酸盐中的钻孔及露头的3级层序是非常有用的。

碳酸盐台地内的高频层序研究以J.F.Read等（1989）^[8]对北美阿巴拉契Virginia地区寒武纪及奥陶纪地层碳酸盐高频层序为代表。在3级海平面变化上升期形成的高频旋回层序厚，而在3级海平面下降期间形成的旋回层序薄而且含陆源碎屑，并且在高频层序表面上发育暴露标志及高度的白云石化。该模式表明了在长周期海平面下降时形成的小而薄的层序反映了沉积物容纳空间在缩小，而且可能与上升时期形成鲜明对比。这与Goldham-mer等（1990）^[7]在研究阿尔卑斯三叠纪碳酸盐地层的沉积作用时提出的模式是一致的。

2.高频层序的概念和起源

准层序（parasequence）即王鸿祯（1996）^[9]所指的小层序（microsequence）（5级层序），亦即文献中通常所述的向上变浅的旋回。标定小层序的海泛面具有年代地层学意义的观点是由J.L.Wilson（1975）提出的，他认为碳酸盐旋回以分布很广的海进面为界，而海进面可以“大体相当于时代标志层，因此比每个旋回中的穿时沉积相还有用”。

1985年，埃克森公司的科研人员又发展了地层分析，使地层分析超出了准层序分析的范围，可根据测井、岩心和露头资料编录硅质碎屑岩层序和体系域的不同地层表现，这是超出地震地层学向前迈出的重要一步，建立了更高分辨率的年代地层框架。高频层序的概念是继Wagoner之后由Mitchum（1992）提出的，即在非常快速的沉积地区，用测井曲线、岩心和露头资料，可以观察出比基本旋回（3级旋回）高一级或二级的旋回，这些旋回的频率在米兰科维奇旋回范围之内，由此高频层序研究引起了地学界极大关注。

3.高频层序的概念模型

高频层序（High frequency sequence）是指由4级或4级以上旋回形成的地层记录序列，它是有效容纳空间的函数。4级和5级层序分别称为亚层序（subsequence）和小层序（microsequence）（王鸿祯，1996）^[6]，分别代表海平面长周期和短周期之间的叠加效应，以及米兰科维奇旋回的地层效应。亚层序大致相当于沉积体系域，其内部的叠置关系有3种类型：①进积—退积型，②退积—加积型和③退积—进积型。小层序通过这3种型式叠置便构成了不同属性的亚层序。因此，小层序是高频层序研究的基本单元。

小层序：是一套以海泛面或与其可对比的界面为界的、相对整合的、彼此有成因关系的层或层组，出现于层序格架内的特殊部位。小层序的上下可以与层序界面吻合，也可以是体系域的分界面。值得注意的是，本文的小层序、亚层序是根据其物理特征命名的，而不是根据与沉积作用有关的海平面旋回频率命名。尽管小层序和亚层序在一定情况下很可能位于同一时间间隔由海平面旋回产生，但我们不像有些作者（Wright等，1986）^[10]那样，认为它们是同义地层单位。

小层序往往由两个单元构成，也可以简单地理解为层对或层偶。因此，小层序自下而上由界面→下单元→上单元构成，上、下单元之间存在一个短周期海平面下降转换平面。这样一个序列反映了沉积物容纳空间的变化，小层序界面→下单元代表了沉积物容纳空间的不断增加的过程，下单元→上单元反映了沉积容纳空间不断减小的过程。并且小层序中上、下单元沉积物来源既可以是同一物源（单物源：陆源或海源），也可以是不同物源（双物源：陆源和海源），下面将在小层序界面类型部分中进一步讨论。

海泛面：是一个将其上面的由于水深突然增加而沉积下来的时代较新的地层与时代较老的地层分开的界面。在水深增加的同时，往往会出现沉积物容纳空间增大的过程，一般会发生少量的海底侵蚀或无沉积作用，以及较小的间断。