Question

层序地层学的主要地层单位

Answer 1

层序地层学是研究以侵蚀面或无沉积作用面，或者与之可以对比的整合面为界的、重复的、成因上有联系的、年代地层框架内的岩石间相互关系（J.C.Van Wagoner等，1988）。层序地层学的地层单位等级系统中，每个地层单位都是一套以具有年代地层学意义的界面限定的彼此有成因联系的地层（图5—1）。这些界面的对比，为在区域到油气藏规模上进行沉积相分析和岩石类型预测提供了高分辨的年代地层框架，下面就对层序、体系域、准层序和准层序组等主要层序地层单位进行简述。

1.定义

层序是层序地层学分析的基本地层单位，所谓层序，就是一套以不整合或与其可对比的整合为界的、相对整合的、彼此有成因联系的地层。层序是界面，是由于海平面相对下降而形成的。

层序地层学概念横剖面中展示了层序类型、沉积体系域组合分布及主要界面特征（图5—1）。

不整合是一个将时代较新的地层与时代老的地层分开的界面，但在这个界面上必须有证据表明发生了地面侵蚀截切，在某些地区发生与其可对比的海底侵蚀和地表暴露作用，并有证据表明可能出现过明显的推断的间断（J.C.Van Wagoner等，1988）。

不整合是一个将时代较新的地层与时代较老的地层分开的界面，但在这个界面上没有证据表明发生了侵蚀（无论是地面的还是海底的）和无沉积作用，也没有证据表明出现过明显的推断的间断，包括沉积作用极缓慢、具有由很薄的沉积所代表的长期地质时间的那些面。

层序由体系域组成，体系域可以根据层序界面类型、准层序和准层序组叠置型式等客观准则来划分，也可以根据几何形态和沉积相组合来划分。所谓体系域，是指一套同期的沉积体系；所谓沉积体系是指在三维的岩相组合。体系域有四种，即低水位体系域（LST）、陆棚边缘楔体系域（SMW）、海侵体系域（TST）和高水位体系域（HST）。

2.界面类型

层序、准层序和体系域的界面总是存在于岩石记录中，但有时可能是隐蔽的或由多个界面复合而成的。

（1）层序界面（sequence boundary）：为一个不整合面及其可对比的整合面，是侧向连续产生的、分布广泛的界面，一般覆盖整个盆地，而且在全球许多盆地中似乎是同时产生的（J.C.Van Wagoner,1990）。层序界面将其下面的所有地层与其上面的所有地层分开，具有年代地层学意义。

不整合关系是鉴别层序的关键。不整合是由在剖面中地层的终止（尖灭）显示出来的（图5—2，图5—3）。在层序的底界面之上可以产生上超和下超，在顶界面之下可以产生顶超和侵蚀截切，它们代表地层单位的原始沉积范围。上超（onlap）是原始水平的地层超覆在原始倾斜面上或原始倾斜的地层超覆在更倾斜的原始倾斜面之上，通常与海洋沉积逐渐向陆推进有关，标志着海平面相对上升。下超（downlap）是原始倾斜的地层逐渐向下终止（尖灭）于原始水平或倾斜面上，发生在层序底面上或层序内部，与海底沉积缺失有关。顶超（toplap）是层序顶部原始倾斜的地层向上终止（尖灭）于层序的顶界面，代表层序顶界面的不整合部分，表示没有发生沉积作用和可能发生了较小的侵蚀作用。侵蚀截切（erosional）主要是由于侵蚀作用而使层序顶部的地层终止（尖灭）于层序面顶界面，主要表现为不规则的侵蚀面。

图5—1　层序地层学概念模型（据Vail等，1988）

图5—2　上超、下超、顶超和侵蚀截切的地层及年代地层关系（垂直线表示不整和所代表的时间间隔，据Ramsayer,1979）

图5—3　地层终止形式示意图（据Vail,1991）

层序界面是由于海面相对下降而形成的，根据沉积滨线坡折（depositonal shereline break）处海平面下降速度是大于还是小于沉降速度，将层序界面区分为I型和Ⅱ型两类。

I型层序界面（SB1）是在海平面下降速度大于沉积滨线坡折处的沉降速度时形成的。此时，海平面降到沉积滨线坡折带以下，从而引起陆架露出水面和河流下切。I型层序界面以陆上侵蚀为特征，具有陆架河谷侵蚀、海底峡谷侵蚀以及盆地浊积扇复合体和低水位进积复合体。

Ⅱ型层序界面（SB2）是在海平面下降速度小于或等于沉积滨线坡折处的沉降速度的情况下形成的。此时海平面不会下降到沉积滨线坡折以下，所以陆架露出水面是有限的，并且没有发生河流下切。Ⅱ型层界面以内陆棚区地表暴露、微小侵蚀以及一个陆棚边缘进积复合体为特征。

（2）初始海泛面（first flooding surface）：亦称海侵面（transgressive surface），是层序内部跨过陆棚的海泛面。它是低水位体系域和海侵体系域之间的物理界面，并以从低水位进积到海侵的退积为特征。低水位体系域的顶面及其底部不整合面，与低水位体系域或陆棚边缘体系域截切点的向陆一侧常常是汇合在一起的。而海侵体系域的准层序向陆方向上超于层序界面之上，向盆地方向则下超于初始海泛面之上（图5—4）。

图5—4　层序界面、初始海泛面以及低水位和海侵体系域的关系（据Posamentier,1993）

初始海泛面常常表现为清楚的容易鉴定的剥蚀面。在一个相对海平面升降旋回中，初始海泛面上的剥蚀作用发生于两个时期（Posamentier,1993）。第一个时期是在海平面相对下降时期。当连续的沉积楔形成时，每一个略低于前一个，随着这些逐渐变低的三角洲平原或滨岸平原的出现，地表剥蚀作用和无沉积作用影响到它们的上表面，从而造成一个向海扩展的分流沉积带（不整合地覆盖于这些早期沉积物之上）。第二期是影响这些低水位体系域沉积上表面的剥蚀作用，是在海侵过程中穿过这些沉积楔形体的近滨海水作用下发生的。这些海侵侵蚀作用，造成波浪进蚀面（它可以形成总厚达10—20m的迁移）或潮汐进蚀面（可以剥走近10m厚的沉积物）。这些海侵剥蚀作用可以有效地抹走任何早期的陆上暴露痕迹（图5—5）。但在有的地方，这两期侵蚀作用仍可见到。在进蚀面的向盆地一侧，准层序以向上变细变薄的变浅旋回为特征。

图5—5　进蚀面（revinement surface）的形成（据 Posmentier,1993)

（3）最大海泛面（maximum flooding surface）：是层序中最大海侵到达位置所形成的界面。它以退积式准层序组变为加积式或进积式准层序组的转变为特征。因此，它是海侵体系域的顶界面，上覆的高水位体系域的前积层前端下超于最大海泛面之上。最大海泛进蚀面（revinement surface）通常与凝缩段（condensed section）伴生面位于其底部或顶部。凝缩段是层序地层中很重要的层段，它是在沉积速率极为缓慢的条件下形成的，由半深海或深海的极薄层海相沉积物所组成，在滨线的区域海侵时期分布最广。凝缩段并不具有等时沉积特点，向盆地方向其时间间隔逐渐增大。

3.准层序和准层序组

（1）准层序（parasequence）：准层序是层序和体系域的基本组成单位，是一套以海泛面或与之可对比的界面为界、相对整合、彼此有成因关系的层或层组（J.C.Van Wagoner,1990）。在层序内特殊部位，准层序的上下可以层序界面为界。准层序界面是一个从局部范围到盆地范围的平面，在很大的地区只有很小的地形起伏。海泛面是一个将较新地层与较老地层分开的界面，越过该界面海水突然加深，这种加深作用常与小的水下侵蚀和无沉积作用相伴生，并且常以小规模沉积间断为标志。

准层序产生在海岸平原、三角洲、海滩、河口湾和陆棚等环境中。它既可以表现为颗粒向上变粗的海退序列，也可以表现为颗粒向上变细的海退序列，本质上都是沉积相序列向上变浅。在河流沉积剖面中很难鉴别准层序，因为那里没有海相或边缘海相沉积。在陆坡或深海盆地剖面中也很难鉴别准层序，因为在海平面以下很深的沉积环境中，水深增加对沉积物形成影响极小。

（2）准层序组

（parasequenceset）是一套成因上有联系的准层序组成的一个有特色的堆积叠型式。一般以明显的海泛面或与之可对比的面为界面（J.C.Van Wagoner,1990）。准层序组界面具有以下三个特征：（1）可以将具同特征的准层序叠置型式分开；（2）可以与层序界面重合；（3）可以是下超面和体系域的界面。准层序组内部准层序的叠置型式可以是进积、退积或加积的（图5—6），这取决于沉积速度和可容纳空间的比值，在层序内部准层序组的叠置型式可以预测。

图5—6　准层序组内部准层序叠置型式（据Van Wagoner等，1988)

准层序组与体系域是两个既有联系又有区别的概念。准层序组是一组具有相同堆叠型式的准层序，强调沉积岩相的垂向叠置规律；而体系域是指一套同时期的所有沉积体系，强调沉积岩相在盆地中的三维组合。在具体剖面中，一个体系域可由一个或多个准层序组组成。