Question

长期旋回结构和沉积序列

Answer 1

长期旋回层序以Ⅲ级界面为层序边界（表2-6），与Vail的Ⅲ级旋回相当，厚度一般 为近百米至数百米级，时限跨度和变化范围都较大，为1.0～5.0 Ma，大多数属于区域性 海（或湖）进-海（或湖）退沉积旋回的产物，其上升半旋回大多数具有由粗变细的正粒 序结构，而下降半旋回以具备由细变粗的反粒序变化为显著特征。由于长期旋回层序的时 间跨度和厚度级别都相当于Vail的三级层序，因而有关长期旋回层序的成因也就有着多 种认识，如在海相地层中，普遍认为主要影响因素有构造影响（褶皱、断裂）、岩浆活动 影响、气候影响和海水体积变化影响等（Vail et al.，1991），以海水体积变化所导致的全 球海平面变化为最重要的控制因素；而在陆相地层中，认为主要受构造和气候因素控制，其中构造作用的影响在断陷盆地中表现得更为明显，并与沉积盆地构造演化过程中每一个 演化阶段内构造活动强度的周期性变化密切相关（表2-1和表2-6），除个别受湖-海沟通 事件控制的沉积层序与海平面大幅度上升有关外，绝大多数长期旋回层序与全球海平面变 化无关。

（1）长期旋回层序的基本特征

长期旋回层序一般由2～3个，部分由4个中期旋回层序叠加而成，通常具有类同中 期基准面旋回的结构、沉积序列和分布模式，但在旋回发育的时间跨度和厚度规模上远大 于中期旋回，在断陷或前陆盆地中，其主控因素与盆地同一构造演化阶段中由强而弱的周 期性活动密切相关（表2-1和2-6），通常表现为受盆地构造控制和贯穿整个沉积盆地及 具有更长时间跨越和尺度，因而具有更大发育规模的海（或湖）进-海（或湖）退沉积旋 回。而在相对较稳定的坳陷盆地中，其主控因素与潮湿与干旱长周期的气候变化有关，主 要表现为敞流盆地与闭流盆地的交替演化。因而长期旋回层序结构一般以发育对称型为 主，仅在冲积扇、河流和三角洲平原相区偶尔发育有向上“变深” 非对称型，而向上变 浅的非对称型在各沉积环境中都不发育，其中的对称型旋回也可细分为以上升半旋回为主 的不完全对称型、完全-近完全对称型和下降半旋回为主的不完全对称型3种亚类型，此3 种亚类型在空间中的分布也具有类似中、短期旋回层序的规律，并具有如下几个基本 特点：

(1)上升半旋回厚度远远大于下降半旋回的不完全对称C₁型长期旋回层序，大多数由 2～3个A型和C型，部分由单一的A型中期旋回叠加组成。此类层序的长期上升半旋回 相域较厚，主要由单层厚度较大和连续叠置的水道化砂体组成，如河道和分流河道、浊积 水道微相的细砾岩、含砾粗砂岩和中-粗粒砂岩、以中-粗粒砂岩和中-细粒砂岩为最常见的 岩性，砂体之间经常夹有包括废弃河道、天然堤、泛滥平原、河间湖泊、沼泽和分流间 湾、水道间漫溢等微相在内的粉砂岩、泥岩、炭质泥岩和煤层，组成向上炭泥质和有机质 组分增多的连续加深变细水进序列。下降半旋回相域相对较薄，大多数由溢堤的泥、粉砂 岩组成；

(2)缺失下降半旋回的A型或下降半旋回保存很差的极端不完全对称C₁型（结构变异 的C₁型），上升半旋回的沉积序列类同C₁型长期层序的上升半旋回，也主要由单层厚度 较大和粒度较粗的水道化砂体微相的细砾岩、含砾粗砂岩和中-粗粒、中-细粒砂岩连续叠 置组成，但砂体之间溢堤沉积的泥、粉砂岩保存很少，大多数被底冲刷面分割，偶尔残留 的下降半旋回相域主要由很薄的溢岸泥岩组成；

(3)对称型和下降半旋回厚度大于上升半旋回的C型长期旋回层序，大多数由3个单 一的C型中期旋回层序叠加组成，发育自下而上由粗变细复变粗的沉积演化序列，与上 升半旋回为主的C₁型层序有一定的相似性，差别主要在于层序上升半旋回相域中的水道 化砂体相对较薄，粒度较细，而下降半旋回相域由相对较厚的溢堤沉积的泥岩、粉砂岩和 粉-细砂岩韵律层组成向上略趋加粗增厚的水退序列，偶尔夹有薄煤层或煤线。

(4)无论A型还是C型长期旋回层序的底界面，大多数为具有较大下切幅度的侵蚀冲 刷面，或为持续暴露的侵蚀面，与下伏层序的上部往往呈岩性和岩相突变的侵蚀冲刷接触 关系。层序内相当基准面由上升折向下降的转换面位置为最大洪泛面（或湖泛面、海泛 面），以广泛发育岸后沼泽（或洪漫湖）、前三角洲、半深湖（海）-深湖（海）微相，无 论A型还是C型长期旋回层序的底界面，大多数为具有较大下切幅度的侵蚀冲刷面，或 为持续暴露的侵蚀面，与下伏层序的上部往往呈岩性和岩相突变的侵蚀冲刷接触关系。层 序内相当基准面由上升折向下降的转换面位置为最大洪泛面（或湖泛面、海泛面），以广 泛发育岸后沼泽（或洪漫湖）、前三角洲、半深湖（海）-深湖（海）微相的煤层、炭质 泥岩、暗色泥岩或泥灰岩的广泛发育为重要特征。层序的底界面在盆地边缘大多数也为有 较大下切幅度的侵蚀冲刷面，与上覆层序的底部砂体亦往往呈岩性和岩相突变的侵蚀冲刷 接触关系，而在盆地内和盆地中心部位，则以弱冲刷面和相关整合界面为主。反映长期旋 回层序都经历了较长期的基准面上升和下降过程，这正是长期旋回层序的基本特点，也是 区别长期与中期旋回层序和进行等时追踪对比的重要标志之一；

(5)层序结构与生、储、盖层发育状况关系非常密切，特点为A型和上升半旋回厚度 远远大于下降半旋回的极端不对称C’₁型长期旋回结构，主要发育在砂、砾质沉积作用 最为活跃的水道沉积区，为短、中期旋回过程中始终处于A/S＜1的低可容纳空间超补偿 沉积状态的产物，也为控制短、中期地层旋回过程中水道侧向迁移活动范围和储集砂体时 空分布规律的主要因素；而上升半旋回厚度略大于下降半旋回和两者近于相等的对称型长 期旋回结构，主要广泛发育于具备A/S≥1的高可容纳空间弱补偿和欠补偿沉积条件下的 产物，如以溢堤沉积作用为主的河流沉积体系、三角洲沉积体系、滨浅湖沉积体系、海岸 沉积体系、陆棚沉积体系和浊积扇沉积体系。由于短期和中期旋回过程中主要处于A/S≥ 1的弱补偿和欠补偿地层过程，除层序中、下部发育有砂、砾质沉积作用较活跃的河道，主体以接受洪泛期的泥、粉砂质沉积作用为主，不仅限制了河道砂体的侧向迁移活动范 围，同时常形成储集砂体之间的致密泥岩隔层而不利于储层发育。

（2）长期旋回层序与经典Ⅲ级层序的对应关系

众多的研究成果表明，长期旋回层序的级别与P.R.Vail的Ⅲ级层序相当，层序厚度 为百余米至数百米级，由2～4个相当Ⅳ级层序中期旋回层序叠加组成。两类层序的内部 结构存在如图2-37所示的对应关系，即长期上升半旋回相域对应于低位体系域（LST）→湖进（或水进）扩张体系域（TST），下降半旋回对应于早期高位体系域（EHST）→ 晚期高位体系域（LHST）。

图2-37 长期旋回层序结构与Ⅲ级层序体系域分布状况关系示意图

以鄂尔多斯盆地苏里格气田苏6井上古生界的双重层序划分为例，长期旋回中的中期 旋回叠加样式与Ⅲ级层序中各体系域的对应关系为：以第一个中期上升半旋回相域对应于 低位体系域（LST），并以该中期洪泛面的出现，代表首次洪泛面（或首次湖泛面，TS₁）的位置，其下降半旋回相域与第二个中期上升半旋回相域共同组成湖泊扩张（或湖进）体系域（TST），一般以第二个中期洪泛面代表最大洪泛面的位置（或最大湖泛面，MFS），其下降半旋回相域代表湖泊萎缩体系域（或早期高位，EHST），而非湖泊体系域 （或晚期高位，LHST）往往由第三个，甚至包括第四个中期旋回叠加组成。因此，借鉴 Vail经典层序划分方案的研究思路，引用国内绝大多数研究者划分湖相盆地层序地层的方 案，一个完整的长期旋回层序可划分为低位体系域（LST，或初始湖进体系域），湖（或 海）侵体系域（TST，或水进扩张体系域）、早期高位体系域（EHST，或湖泛体系域）、晚期高位体系域（LHST，或湖退体系域，也有称之为水退体系域、湖泊收缩体系域和下 降体系域等）4个沉积体系。

（3）长期旋回结构的构造-沉积成因意义

在双重层序划分方案中，不同旋回结构的长期旋回层序中的中期旋回层序叠加样式，与Vail经典Ⅲ级层序中体系域划分和组成特征的对应关系。按基准面旋回结构的不对称 型程度，理论上可以将长期旋回层序结构划分为A型和C型两种类型（目前尚未见有B 型长期旋回层序的报道），其中C型层序也可进一步划分为C₁、C₂、C₃型3个亚类型 （图2-37），不同结构类型的长期旋回层序，具有不同的构造-沉积学意义，记录了盆地沉 积充填序列中不同的构造-沉积背景和层序地层演化过程的沉积学响应特征：

(1)上升半旋回厚度大于下降半旋回的C₁型长期旋回层序结构（图2-37左侧中的正常 C₁型），反映构造活动较为稳定和沉降幅度中等的缓慢湖（或海）进-加速湖（或海）退 的地层旋回过程，但物源供给较为充沛的过补偿条件，沉积充填作用主要发生在长期基准 面上升期，下降期有较强侵蚀作用的。一般由3个中期旋回层序叠加组成，与Vail的Ⅲ 级层序中各沉积体系域有较好的对应关系，仅晚期高位体系域（LHST）保存厚度相对 较薄；

(2)上升半旋回厚度略大于或接近下降半旋回厚度的C₂型层序结构（图2-37左侧中的 正常C₂型），反映构造活动较为稳定和持续沉降幅度较大、长期基准面上升期和下降期 的沉积充填作用相对较均衡的缓慢湖（或海）进-缓慢湖（或海）退的地层旋回过程，具 备中等补偿物源供给条件的，一般由3～4个中期旋回层序叠加组成，与Vail的Ⅲ级层序 中各沉积体系域有非常好的对应关系；

(3)下降半旋回厚度大于上升半旋回的C₃型长期旋回层序，发育在两种截然不同的构 造-沉积背景中，其一发育在构造持续沉降的盆内地区，代表构造活动较为强烈和高幅沉 降的快速湖（或海）进-缓慢湖（或海）退的地层旋回过程（图2-37左侧中的正常C₃ 型），由于长期基面上升期物源供给处于欠补偿→无沉积状态，因此，上升半旋回沉积速 率低和厚度薄，而下降期则处于欠补偿→弱补偿状态，为沉积作用主要发育期，致使下降 半旋回厚度相对上升半旋回要大得多。其垂向剖面一般也由3～4个中期旋回层序叠加组 成，但因长期基准面上升早、中期的沉积物不但较细，而且厚度较薄，甚至处于无沉积饥 饿状态，因此不发育相当于低水位期的进积复合体，在沉积体系域的划分上为单一的湖 （或海）进扩张体系域（TST）。与Vail的Ⅲ级层序体系域划分方案相比较，虽然此类型 中缺少低水位体系域，以湖进扩张体系域直接与下伏层序呈整合接触关系为重要特征，但 仍属于正常沉积层序结构；其二通常发育在有构造隆升和下切侵蚀作用的盆缘陡峻的断阶 带，沉积作用主要受起伏变化较大的古地形控制，因此，可代表由盆地低部位向盆缘高部 位上超的快速湖（或海）进-缓慢湖（或海）退地层旋回过程（图2-37右侧中的变异的 C，₃型），以层序中缺少低位体系域沉积记录和湖（或海）进体系域直接超覆在下伏层 序之上呈不整合接触关系为重要特征。与Vail的Ⅲ级层序体系域划分方案比较，应属于 超缺低位体系域的结构变异层序。

(4)下降半旋回厚度很薄的变异C’₁型长期旋回层序结构，反映构造缓慢沉降和快速抬 升控制的、物源供给始终处于过补偿状态的缓慢湖（或海）进-高速湖（或海）退的地层 旋回过程（图2-37右侧中的变异的C’₁型），其下降半旋回沉积记录很薄或缺失，与构造 抬升引起的高速湖退过程中有大面积暴露和河道下切侵蚀作用有关，因此主要保存了上升 期的沉积记录。与Vail的Ⅲ级层序体系域划分方案比较，应属于高位体系域（EHST和 LHST）保存极差的结构变异层序。

(5)缺少下降半旋回（或高位位体系域）沉积记录的A型长期旋回，代表缓慢水进-高 速高幅水退的地层旋回过程（图2-37右侧中的变异的A型）。此类型主要出现在沉积物 快速堆积区，如冲积扇、河流、三角洲平原、湖（或海）底浊积扇内扇等沉积体系近物 源的一侧，常发育仅由低位体系域与湖（或海）进体系域组成。此类层序的成因，一般 认为与沉积环境长期处于沉积物供给过补偿条件有关，由于在此条件下，沉积界面与基准 面始终保持并进状态（keep up），一旦基准面（或湖平面、海平面）由上升折向下降，基准面即穿越沉积界面而立即对上升期沉积物产生强烈下切侵蚀作用，因此，层序中不但 缺少下降半旋回和最大洪（或湖、海）泛期沉积记录，而且上升晚期，乃至中期的沉积 物保存也不完整。此类型如与变异的C’₁型比较，两者的差别在于C’₁型非常有限地保存了 基准面下降早期的部分沉积物，而后者则完全缺失，在Vail的Ⅲ级层序体系域划分方案 中，属于剥缺高水位体系域结构变异层序。