Question

　高分辨率层序地层

Answer 1

一、层序界面的确定

在黄县断陷盆地沉积充填序列中，下列几种界面为层序划分界面（图11-3）。

构造运动界面—区域性不整合面：是指在全盆地范围内发育的不整合面，并可与区域构造运动事件进行对比，如黄县组与盆地基底岩系白垩系青山组之间为不整合面，该界面为燕山运动第V幕所形成。该界面上下为两套截然不同的沉积组合序列（如图11-3中的SB1界面）。

另一个重要的构造运动界面为上、下第三系之间的界面，由喜山运动所形成，为一区域性构造运动界面（图11-3中SB3界面）。该界面上下为两套不同的沉积组合：界面之下为一套含煤、含油的沉积组合，厚度巨大。而界面之上的上第三系，底部为厚度10m左右的底砾岩，上部为玄武岩，且具多次喷发、多旋回的特征。该界面为超出盆地范围的区域性不整合面。喜马拉雅运动造成早、晚第三纪的沉积特征和古地理轮廓有显著不同，尽管黄县断陷盆地为鲁东隆起区内的小型断陷盆地，但该界面在区域上具有对比性。以上两个区域性界面在测井曲线上和地震剖面上反映比较明显，易于追踪对比，是进行层序划分的重要界面。

构造应力场转换面－盆地水域扩张或萎缩阶段形成的体系域转换面：由于构造运动性质或形式的改变导致盆地构造应力场的转换，如构造应力方向的改变或构造性质由伸展作用转变为挤压作用，导致盆地沉积机制发生改变。构造应力场转换面在沉积上表现为沉积体系或体系域的转换面，两者是有机地联系在一起的。这种界面在盆地内部为整合面，而在盆缘区则为侵蚀、冲刷不整合面。对于黄县断陷盆地，盆缘断裂的活动影响和控制着盆地沉积，因而，构造应力场转换面即是盆地沉积体制发生改变的界面，该界面上下沉积体系的配置和沉积组合具有明显的不同，可以由沉积特征和测井曲线识别和对比。

图11-3　黄县断陷盆地盆缘断裂活动特征及层序划分

注：图例同图11-2

SB2为盆地演化过程中构造应力场转换（挤压拉张的转变）形成的界面。确定SB2层序界面的重要依据为：

（1）古土壤层及其上覆的低水位冲积沉积。在煤3之下有一层稳定分布的紫红色及杂色粘土岩，厚度由几米到20余米，且有北薄南厚的特点，为下含煤组顶部的主要对比标志之一。这是盆地萎缩后期，干枯阶段盆地表层土壤化的产物，是陆相盆地层序界面的重要标志。在该层杂色粘土岩之上为中－粗砂岩，其间，冲刷界面十分明显，而且界面上下为两套各具特色的含煤沉积组合。这一界面为体系域的重要分隔界面，为两种不同水域体制下的沉积组合界面。

（2）界面上下古生物组合具有明显差异。据李经荣等人（1992）研究，在煤3上下附近其生物组合具有明显不同，其间有一个生物地层界面，为古新世与渐新世的分隔界线。煤3以上时代属于渐新世，而煤3之下时代属于古新世。煤3附近上下古生物组合的明显变化给层序界面的划定提供了依据。

（3）测井曲线上对SB2界面也有比较显著的反映，即测井曲线出现突变特征。

（4）通过编制相分布、沉积断面图（图11-4）等，反映出SB2界面为一沉积体系域的转换面，相带、砂体在空间上的叠置型式也表现出明显不同，辫状河体系在SB2界面之上重新发育。

古土壤层实际上反映的是一种沉积间断，其上的冲积沉积为一种活动碎屑体系发育的标志，底部具冲刷作用，而界面上下古生物组合又有明显不同，因而SB2面作为三级层序界面是毫无疑义的、可靠的。

二、基准面旋回的识别

河流平衡剖面、湖平面可分别代表河流环境、湖泊环境的基准面。高分辨率层序划分需在基准面旋回识别的基础上进行，其分析方法和识别技术已在第四章介绍，此处不再赘述。

1.短期基准面旋回

通过沉积组合序列变化，相序特征以及其间的沉积事件分隔界面，识别与划分出短期基准面旋回。水深突然加深的标志、泥炭化事件界面都是短期基准面界面识别的依据。短期基准面周期中形成的地层序列，相当于小层序。可以看出，短期基准面旋回有对称型和不对称型两类，对称型由上升下降两部分组成，而不对称基准面旋回则由“下降”一个部分组成。

2.中期基准面旋回

根据短期地层基准面旋回组合特征、旋回及相在空间上的叠置关系，划分中期基准面旋回。中期基准面旋回分别反映出一种由于基准面旋回的变化导致盆地水域体制发生转换的界面，即由可容空间与沉积物补给速度比值变化反映出的基准面缓慢下降至缓慢上升、加速上升、缓慢下降再到加速下降等不同的变化阶段。实际上，这反映了盆地构造演化的阶段性，亦即断陷盆地断裂活动的阶段性。

三、层序划分

黄县组可划分出三级层序2个，即层序Ⅰ和层序Ⅱ（见图11-3）。层序具有三元结构特点，即由低水位体系域、水进（扩张）体系域和高水位体系域组成。层序Ⅰ中的低水位体系域由早期低水位和晚期低水位体系域两部分组成，早期低水位体系域主要由冲积体系构成，为黄县断陷盆地早期的充填沉积。层序Ⅱ高水位体系域可以细分出早期高水位和晚期高水位体系域两个部分，早期高水位为水域最大范围时盆地覆水最深时的沉积，此时的沉积作用以“饥饿沉积”为特点，即沉积物供给通量远远小于可容纳空间的增长速度，因此以泥质、钙质沉积为主；晚期高水位实际上是盆地处于萎缩期，此时沉积物供给通量大于可容纳空间的增长速度，沉积物快迅向盆地推进，因此沉积充填物质以粗碎屑为主。

图11-4　黄县组中段沉积断面图及体系域划分

1—冲积扇；2—扇三角洲；3—扇三角洲前缘；4—辫状河三角洲；5—湖底相；6—滨湖扇；7—浅－深湖；8—沼泽及泥炭沼泽；9—古土壤层

笔者认为，中期基准面旋回大致与体系域相当，可对应于层序地层理论中的四级层序，而短期基准面旋回可大致相当于小层序（parasequence）。而四级层序和五级层序为高分辨率层序地层单元。

水进体系域实际上是在盆地水域扩张过程中形成的，高水位体系域实际上是水域由最大至稳定期再到逐渐萎缩过程中形成的。而低水位体系域则是在盆地水域体制发生根本性转变过程中，水域范围最小，构造相对稳定时期形成，实际上此阶段也是盆地性质发生转变的阶段，如由于区域应力场的改变，使盆地由挤压型转变为拉张型。因此，此时可形成重要的层序界面。

层序划分成果实际上是构造—沉积作用分析的结果，而高分率辨层序的划分与对比又是基准面旋回识别与分析的结果。

四、盆地充填样式

Scholz等人（1991）研究了非洲Tanganyika半地堑湖盆地的层序地层和体系域模式，Cohen等人（1991）研究了同样的湖盆，并总结出了相似的层序地层模式。林畅松等（1995）系统总结了断陷湖盆的层序－体系域构成样式，提出了深湖盆地、浅湖—半深湖盆地和浅湖－河流盆地充填层序样式。这些研究成果为我们进行黄县断陷盆地层序地层研究提供了重要参考思路和方法。

黄县断陷湖盆的沉积体系主要为冲积扇、扇三角洲、辫状三角洲、湖底扇、滨浅湖及深湖，及三角洲平原沼泽等，其发育主要受控于构造运动及由此引起的湖平面变化。两次裂陷作用形成两套沉积组合序列。可以认为，这两期裂陷作用阶段形成两种层序—体系域充填型式（或样式）。第一期裂陷作用形成浅湖半深湖盆地层序—体系域充填型式（层序Ⅰ），层序内扇三角洲、辫状河三角洲体系发育；低水位早期冲积扇发育，聚煤作用主要发生于低水位晚期和水进期（图11-5）。第二裂陷作用形成深湖盆地层序一体系域型式（层序Ⅱ），高水位体系域早期深湖沉积发育，可发育湖底扇、浊积扇等；晚期则以扇三角洲为主体。辫状河体系在低水位期和水进期比较发育。聚煤作用仍然以低水位和水进期较强。

图11-5　黄县老第三纪断陷盆地层序、体系域充填样式

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