Question

（一）层序地层学研究历史的回顾和展望

Answer 1

1.层序地层学研究的基础和定义解释

地层工作者在实践中逐渐发现，对地层学来说，仅有年代地层学、生物地层学和岩石地层学是不完备的，况且它们各自还有不足之处。地层学家认为，年代地层分类法实际上是一种人为的地层分类法，它受传统习惯、创名者优先权等的影响很深，尤其在确定界线和选择层型剖面等关键问题上，至今仍没有找到比“表决”更好的途径（吴瑞棠等，1989）^[1]。生物地层和岩石地层分类法以及它们各自的分类单位（生物带、群、组等）都不同程度地受地层形成时沉积环境的影响。因此，人们越来越认识到，单纯依据化石或岩性划分和对比地层存在很大的局限性，甚至会造成某些混乱，因而需要寻求其他途径建立地层格架。

沉积学与地层学虽然是地球科学中最基础的学科，但由于其他学科的发展和渗透，因而在近年也有了极大的进展，突出表现在旋回地层学和层序地层学的兴起。这些新观点被广泛地接受和成功地应用在油气勘探等生产实践中，从而导致了人们认识地球形成演化史的尺度的改变和全球同时性地层的对比原则的产生。

层序地层学作为广义地层学中一个引人瞩目的新领域应运而生，并迅速地发展。然而，层序地层学的提出和实践是在特定的地质背景下，以被动大陆边缘盆地为准，即一侧与陆地相连的大陆架和另一侧与深海洋盆相连的大陆边缘，尤其是以上新世到更新世墨西哥湾和大西洋大陆架上的海底扇最为典型。这种盆地的格局和所限定的层序有三个特点：一是单向物源和单向的海平面升降；二是物源和海平面升降的线型效应，海平面下降时沉积物（陆源物）由陆向海迁移，反之海平面上升时则沉积物（海源物）由海向陆迁移；三是形成层序界面的成因强调海平面升降速率与构造沉降速率的相关性，忽略了构造活动对沉积体系域组分的影响。

由此不难看出，经典的层序地层学的应用与实践，只适用于被动大陆边缘由裂解至热沉降阶段的盆地。

然而，古大陆边缘盆地的地质背景则复杂得多，控制层序类型和体系域性质的条件，除构造沉降、海平面升降、物源供给率和古气候外，大陆边缘盆地性质的转换、相邻板块间的构造活动对盆地的制约、物源的多向性、区域构造活动影响相对海平面变化和海平面升降的双向效应等，都会使沉积体系域的配置和叠置关系复杂化，造成在露头上识别层序内部次级界面和体系域的困难。因此，层序地层学的应用和实践既不能脱离经典的层序地层学模式，又不能不区分地质背景和条件而套用。可见，在研究和确认层序地层的划分和对比以及建立等时地层格架时，在实践中要根据不同性质的盆地建立不同的层序地层学模型，其结果必将对经典层序地层学提出新的挑战并引起其变革。

层序地层是在一个等时地质年代格架内从三维空间上认识一个有成因联系的沉积组合体，上下被不整合面以及与之相当的整合面所截切。按照P.R.Vail等人（1987）^[2]的观点，一个层序是指一次海平面升降周期中的沉积体，以海平面开始下降为起点和以海平面终止下降为终点，从而在沉积体的界面上形成不整合，即为层序不整合。

层序一词，最早是L.Sloss于1948年提出的，虽然其含义有所不同，但他认为“层序概念不是新的，在我和我的同事们于1948年提出这个概念时它就是老的”。然而，Sloss将以不整合为界的层序发展成为一种地层学手段，功不可没。Sloss（1963）^[3]把北美克拉通的前寒武纪晚期到全新世的地层划分出6套以跨区域不整合面为界的地层组合，并将这6套地层组合以北美印地安部落的名字命名，以强调它们起源于北美。Sloss以此在克拉通上建立层序，并作为沉积相进行填图；不过他已经感到这些层序“不一定适用于克拉通以外和其它大陆以外的岩石地层学和时代地层学”。尽管克拉通层序为层序地层学奠定了基础，但在60和70年代的早期，人们并没有接受。

层序地层学演化的又一重大发展体现在埃克森公司的P.R.Vail和R.M.Mitchum（1977）^[4]等人的研究成果上，在这些作者向各种学术会议提交的一系列论文中，提出了全球海平面升降和由此产生的以不整合为界的地层型式。Mitchum深化和拓展了层序概念，使其有更确切的定义，并改变了Sloss对层序的用法，主要表现在以下两个方面：

第一，Vail和Mitchum所指的层序比Sloss的层序包含的时间要短得多，原来北美的6个克拉通层序被他们分得更细，在埃克森公司科研人员编的旋回曲线图上北美克拉通层序被划为超层序（supersequence）；

第二，Vail的层序概念，强调全球海平面升降是层序演化的主要驱动机制。这种解释引起了沉积学家和地层学家的争论和疑义。

M.T.Jervey（1988）^[5]建立了容纳空间模式后，新的解释拓宽了地震地层型式的分辨率，人们对容纳空间模式很快取得了一种共识，从而可能将层序分成更小的地层单位。这些更小的地层单位后来被称为“体系域”，并根据体系域的发育类型又将层序分为I型或Ⅱ型。在建立上述概念模式的同时，埃克森公司某些地层学家在D.E.Frazier（1974）^[6]和C.V.Campbell（1967）^[7]的强大影响下，开始利用测井、岩心及露头资料分析向上变浅的硅质碎屑岩地层的堆叠型式，其地层单位的年代地层限定以海水洪泛面为界。上述研究方法很易同概念模式相混淆，虽然J.L.Wilson（1975）^[8]等人将向上变浅的地层单位称为“旋回”，但是J.C.Van Wagoner等人（1989）^[9]却称之为“准层序（parasequence）”。这种叫法保留了P.R.Vail等人（1987）用“旋回”一词表示规律性重复事件的时间，除此还强调了准层序和层序之间的关系。

层序地层学的基本单位是层序，层序内体系域的序列和叠置与一次海平面升降周期中海平面变化的各个阶段相对应。体系域内部以次一级的海泛面为界形成向上变浅的地层对，称之为准层序（parasequence）。相同性质海泛面构成的多个准层序的叠置，称之为准层序组（parasequence set），从而有海进体系域准层序组、低水位体系域准层序组和高水位体系域准层序组等称谓。对层序、准层序组和准层序3个不同涵义的术语，王鸿祯提出以正层序（orthosequence）、亚层序（subsequence）和小层序（microsequence）称之，本文也采用这一称谓。

层序或正层序的确定是层序地层学分析的基础。目前，在层序地层学学派中大致有4种划分层序的方案：

（1）以P.R.Vail领导的埃克森公司研究组（1987）^[2]为代表，层序界面以海平面下降的起点和终点所形成的不整合面或与之相当的整合面为标志，强调层序不整合界面的成因受控于海平面快速下降，构造运动仅对层序界面的印记起到一个加强与减弱的作用，并根据海平面下降幅度和速率对陆架坡折带造成暴露的程度，把层序界面划分为Ⅰ型层序不整合面和Ⅱ型层序不整合面。

（2）Galloway（1989）^[10]采用最大海水泛滥面作为层序顶底的分界面。这种方案仅充分考虑了层序顶底界面的瞬时等时性，而忽视了他所定义的层序内部包含了不整合面，此面则代表了地质时间的损失量，因而这种划分方案不利于地层的划分与对比。

（3）Johnson等人（1985）^[11]认为，层序是以不整合或海进冲刷不整合为界面的海进－海退旋回地层序列。

上述这3种层序划分方法和所限定标志的共同点是，强调海平面变化是控制层序成因和体系域内沉积相分布的内在机制，但它们却有极大的不同。其关键是层序界面的定义不同，因而3种不同方案的“层序”不能对比，也不能混用。

（4）由科罗拉多矿业学院T.A.Cross（1994）^[12]领导的成因地层组则认为，地层基准面旋回是控制地层层序形成并进行层序划分的一把钥匙。地层基准面受海平面变化、构造沉降、沉积负荷补偿、沉积物供给率和沉积地形等综合因素的制约。Cross等人引用并发展了H.E.Wheeler（1964）^[13]提出的基准面概念，分析了基准面旋回与海相层序的过程——响应原理，可以说是目前美国层序地层学新崛起的一大流派。这一观点和思路有利于研究大陆架上部、三角洲、海底扇等沉积单元对比和沉积体的精细划分，因而倍受地学界的瞩目。

2.层序地层学应用实践中的问题

80年代中末期，我国也相继开展了层序地层学的研究工作，除部分油田地区开展地震地层学研究以外，在地质界主要针对古大陆边缘的海相地层进行露头层序地层学研究。其中颇有影响的为刘宝珺和许效松等人^[14]对中国南方扬子地台东南边缘震旦系至三叠系建立的层序地层格架。他们编绘了相应时限的海平面升降曲线图，提出了扬子地台地质历史中两次碳酸盐台地与海平面升降周期的关系，初步尝试把层序地层研究与盆地演化相结合进行研究，扩展了层序地层学的应用；许效松和牟传龙等^[15]以精细的露头研究为基础，开展湖南泥盆纪的层序地层研究工作，以最大海泛面、古喀斯特面和各种低水位体系域为标志，编制等时和穿时沉积相古地理图，并提出3种层序界面类型；这期间国内其他学者也进行了层序地层学的研究工作，乔秀夫、吴应林等^[16]]、杜远生等^[17]、魏家庸等分别对晚元古代、古生代、中生代的地层作了大量的层序研究。上述这些研究无疑对层序地层学的应用积累了丰富的经验。由于层序地层学研究主要是在露头中进行，因而在实践中又出现了新问题，主要有以下5个方面：

（1）层序和层序界面定义的选择。以海平面下降时的暴露面或者是最大海泛面作为层序界面，在实践中颇有争议。一般认为，暴露面只在发生河流回春的区域内可识别，在深水域则为隐蔽型的不整合，因而不易识别。相反，最大海泛面则可作为等时界面追踪，或以生物层为标志。

（2）露头上的层序界面与生物地层界限的吻合程度，也是颇有疑义的问题。生物地层学家（殷鸿福口述，1994）认为生物界限与层序不整合界线有时序差，在露头上分布不一致，应以海泛面为层序界面。对于层序地层和生物地层之间的矛盾和统一，在实践中还有待深化。

（3）层序不整合界面的性质和类型颇有多解性，特别是在碳酸盐岩分布区或者是碳酸盐台地，层序不整合界面上的沉积记录均表现为海侵体系域上超，因而不少学者都对层序界面的类型有兴趣，提出3类界面或进行层序界面成因分析研究。

（4）尝试把层序地层学的研究和等时的层序界面类型用于解释盆地演化和盆山转换的过程分析中。

（5）层序地层学在陆相地层中的研究与应用在我国也相继开展，如：李思田等（1992）^[18]对鄂尔多斯陆相坳陷盆地进行了层序地层研究；王东坡等开展了松辽裂谷盆地陆相层序地层研究；赵玉光等（1993）^[19]进行了准噶尔三叠纪—侏罗纪层序地层的标定及划分。此外，南海油田、渤海油田、长庆油田等都进行了陆相地层中地震地层学的研究工作。但这一领域的研究，除地震地层外，层序地层研究，不仅在国内而且在国外也是众说纷纭。一是对层序界面的标定有不同的理解，其次是对体系域的定义和认识也不一致。实际上这两个问题是相互关联的，其关键就是对陆相地层中的层序界面的识别，有的以最大洪泛面为界，有的则根据侵蚀基准面标定，其次是沉积体系域的定义和鉴别，因与海相地层不同，也有待深入探索。