Question

层序地层学与沉积体系

Answer 1

层序地层与沉积体系是从湖盆沉积的不同侧面研究沉积盆地的，但二者关系密切。层序地层学重点在于重建盆地充填的等时性地层格架和各级建造单元；而沉积体系则侧重于沉积体自身特征及其三维空间组合关系的研究。

层序地层与沉积体系在地质单元的尺度上存在不同的级别关系。层序地层的级别大而多，而沉积体系则包含在其中。它们之间的关系见表2-3表示。

表2-3 层序与沉积体系的关系

（一）主控因素之间的作用关系

综上所述，陆相层序地层的形成机理是旋回系统内的幕式构造旋回和米氏气候周期的共同作用。前者主要由作用强度依次减弱的边界断层的阵发式活动、新增可容空间的变化及物源供给情况等来体现；后者也主要由作用强度依次减弱的古生物的发展演化、物源供给情况及新增可容空间的变化来表征。所以，幕式构造作用、新增可容空间的变化、物源供给情况以及古生物的发展演化是控制陆相湖盆层序地层的主要因素。

在这些控制因素中，各种因素的作用都不是孤立的，而是相互联系、共同作用的。但每一种因素的变化最终都会体现在湖平面的升降变化上来。如构造的快速沉降，即湖盆基底的快速下沉，在干旱少雨天气可造成湖水面的降低；而在潮湿多雨天气可形成湖水面的相对上升。新增可容空间也是在不断变化的。当新增可容空间增加，外界又有水供给时，湖水面就会相对上升；反之湖水面就会下降。在物源供给发生变化时，如果物源的供给速度超过新增可容空间增加的速度时，即物源的供给速度较大时，湖水面因沉积物的充填会不断地相对升高，而湖水反而不断变浅，最终湖泊还可能消失；反之就会出现相反的情形。古生物的发展演化特征明显地昭示着湖水的变化情况：深水生物组合反映深水湖泊环境，水域广、水位高；反之浅水生物组合反映浅水环境。古生物这种时代-环境的双重特征是可以完全肯定的。

所以，在断陷湖盆层序地层的形成过程中，旋回系统内的幕式构造旋回和米氏气候周期是层序地层形成的机制，边界断裂的阵发式活动、新增可容空间的变化、物源供给情况和古生物发展演化是层序地层形成的主控因素，湖平面的升降变化是上述多种因素综合作用的一种表现形式，层序地层的形成是这种作用的结果。

尽管湖平面的升降变化对低频层序的形成不是主要控制因素，更不是主要原因，但对层序地层的形成却起着十分重要的作用。

（二）层序之间的相互关系

在旋回系统内，幕式构造运动和气候变化周期的不同级别、不同序次、不同规模、不同周期，对层序的形成具有由大至小的控制性和制约性，也具有一定的分布规律性。

1）大层序的几乎同步性：根据板块构造理论，全球构造板块的运动在地质历史的记录中往往具有几乎同步的幕式或间歇性，或者说具有旋回性，这在洋壳和陆壳的板块中都能反映出来。而米氏气候长周期的影响也是全球性和周期性的。这意味着全球性的构造作用和气候变化的相对统一，由此也就形成了在同一地质时代沉积物的某些性质的可比性。如冰期、间冰期都是全球性的，势必要影响到全球气候是否潮湿多雨，势必影响到全球海、湖平面的高低。因此，尽管全球大级别的海、陆相层序之间的规模不同，但二者在形成时间方面应具有几乎同步性。这为全球地层的等时性对比创造了条件。

2）层序结构的相似性：尽管海、湖相沉积的水域环境不同，水盆大小、水体深浅、水进水退的延续时间及强度不同，层序之间的规模不同，但水体进退的变化旋回是相似的，因而所形成的层序地层的内部结构应具有相似性，即一个完整的三级层序具有明显的三分性，为低水位体系域、水进体系域和水退体系域。

3）层序级别的制约性：一方面，不同级别的层序地层的形成受控于不同级次的旋回系统，而不同级次的旋回系统是自上而下逐级进行控制的，因此，表现在地层层序的形成上也具有自上而下逐级进行控制的制约性。另一方面，由于旋回系统内构造旋回和气候周期的一级旋回由二级旋回叠加而成，二级旋回又由三级旋回叠加而成，依此类推，故反映到层序上，一级层序是二级层序的叠合，二级层序是三级层序的叠合。这一特性有利于层序级别的划分与对比。

4）层序表征的各异性：即便是在同一地质时代、同一气候和构造条件下，由于海洋和湖盆的规模有很大不同，水质亦不同，对构造和气候作用的反应就会存在明显的差异。这种差异主要表现在层序地层的形成过程中，沉积速率、沉积厚度、沉积性质等方面具有明显不同，以至于在分析层序地层的成因时可寻找出不同的主导因素来。

5）陆相层序地层的复杂性：基于陆相层序地层的形成与海相层序地层的形成在某些方面确实存在着明显的不同，应该建立起一套陆相层序地层学的理论体系，以便于陆相层序地层学的研究与应用。根据陆相的主要沉积环境，首先划分出河流相层序、湖泊相层序、冲积相层序、沼泽相层序、风积相层序和冰川相层序等。对于陆相含油气盆地来说，由于其他沉积相的形成厚度和储油重要性较小，因而主要研究河流相和湖泊相层序。并且，在同一沉积盆地中应严格区分湖泊相层序和河流相层序，二者有联系，但更重要的是二者的区别。当湖泊范围逐渐扩大时，即不断水进时，河流或河-湖过渡环境就会后退，此时沉积盆地中的湖泊相层序发育；反之，当湖泊范围逐渐缩小时，亦即发生水退时，湖泊相层序发育得就差些，由于沉积环境的变化，河、湖相层序产生横向上的迁移；但当沉积盆地中湖水完全消失时，进入另外一种沉积环境，要么仅存河流平衡剖面，产生河流相沉积，要么河流平衡剖面也没有，不接受沉积，产生明显的剥蚀面，形成另外一个构造层序，而不是沉积层序。所以，在分析陆相层序时，应把湖泊消失后产生河流相沉积形成的层序从湖泊相层序中划分出来，更不宜把此时形成的河流相层序作为四分湖泊相层序的最上部体系域（池英柳等，1996）。

如上所述，湖平面的升、降变化控制着准层序和准层序组的形成和发育；但对于岩层组和岩层的形成和分布，控制因素较复杂，可能既与湖平面的小幅度波动有关，又与物源供给、气候变化等多种因素有关。其中，米氏气候的周期性变化是造成页岩页理形成及红、灰色泥岩交替出现、碎屑岩粗细韵律性变化的很重要的原因，这一点已有不少研究人员作过详细的分析与研究（吴智勇，1995），不再多述。

由幕式构造运动和气候变化周期所控制的湖平面的旋回性变化是层序地层学中沉积层序与层序联系的纽带。从沉积层序方面来看，一个完整的沉积层序是与气候干—湿—干、构造运动强—弱—强密切相关的，最终在直观表现上是与湖平面的高—低—高、水体范围的小—大—小密切相关的。具体来说，低位域总是与干旱气候环境密切相关，气候干燥，水源缺乏，湖平面水位就低。湖进域是在水体不断扩大的过程中形成的，但其中有两个条件必不可缺：一是强烈的构造运动条件，湖盆基底大幅度下沉，形成接纳沉积物的巨大可容空间；二是潮湿的气候变化条件，形成大量的外部水源，源源不断地汇入湖盆中，湖面大幅度上涨，水体快速加深，形成了沉积物供给相对不充分的客观条件，为深水沉积物的形成奠定了物质基础。湖退体系域是在深水环境下，由于构造运动逐渐趋于变缓，气候逐渐由潮湿向干旱环境转变，在水体不断变浅、湖体不断向湖盆中心退却的总体变化趋势下形成的向上沉积物越来越粗的反旋回式沉积。

从层序方面来看，由于在湖平面的旋回性变化中，湖水的上升或下降呈现出明显的阶段性。即在湖平面上升或下降的某一旋回段中，湖平面的上升或湖平面的下降不是一次来完成的，而是由一个阶段一个阶段的湖平面升降变化所组成的。在湖平面总体变化趋势是上升或下降的某一个阶段中，形成一个准层序组；而在湖平面总体上升或下降的趋势下，这一阶段又有更次一级的、一次完成的湖平面的上升或下降，这种小规模的湖平面一次性上升或一次性下降就形成了一个准层序。

（三）层序决定生-储-盖组合

陆相断陷湖盆中的一个沉积层序，是由旋回系统内幕式构造运动和气候变化周期的一个完整旋回形成的；而一个沉积层序控制着一套生-储-盖组合的形成和发育，控制着一套生-储-盖组合的时空展布和空间配置关系。一般地，低位域底部沉积砂砾岩，储集层发育，是厚砂层的主要发育区；湖侵域薄层砂岩、泥岩发育，是主要生油岩的发育部位；高位域的顶部砂砾岩发育，也是主要储层发育部位。

（四）体系域控制沉积体系

沉积体系（depositional system）是指在成因上被沉积环境和沉积过程联系在一起的相的三维组合。沉积相是组成沉积体系的基本单元。沉积相的样式随湖水进、退和湖面高、低显示出明显的不同，即低位域、湖进域和湖退域之间的沉积相是具有明显区别的。由此看出，体系域控制着沉积体系的展布和结构样式。

1.低位域对沉积体系的控制

低位域发育于层序的下部，是在气候比较干燥、雨量稀少、湖水面低、湖水位浅、物源供给充足的环境下形成的一套沉积产物，形成满盆含砂的三角洲沉积体系。

2.湖进域对沉积体系的控制

湖进期，气候由干燥转为温湿多雨，边界大断层也开始剧烈活动起来，湖盆基底下沉，长流河水不断注入，湖面扩大，湖水加深，形成了多种多样的沉积类型，表现在平面上的分带性和剖面上的各异性。

湖进的早期，湖水初泛，刚开始小规模的水进，水域范围较小，形成多物源的河流-三角洲沉积体系；湖进的中、晚期，湖水大规模进入湖盆，由于物源主要来自西北、东北方向，所以主要砂体分布于中部区块及其北侧，而在南缘半深湖区主要形成泥岩及细粒砂岩沉积。

3.湖退域对沉积体系的控制

随旋回系统内构造运动和气候变化的周期性发展，当湖水扩大到最大范围后，湖水开始萎缩、变浅，物源供给相对充足，形成的沉积物逐渐变粗。