Question

断陷湖盆中层序界面的形成机制

Answer 1

1.层序界面的结构类型

层序界面是湖（海）平面变化旋回中某一特殊时期的产物。假设某一层序演化过程中湖平面变化曲线为正弦曲线，一个理想的、完整的层序界面或不整合面的形成需经历三个时间阶段：早期水深快速变浅阶段、水深相对稳定阶段和水深快速加深阶段（图5-1）。但是，在层序的形成和演化过程中，层序界面形成时期的湖平面变化并非完全遵循上述的理想模式，而可能缺失某一段，如缺少低位稳定阶段或快速下降阶段。湖平面变化是构造运动、气候、沉积物供给、全球海平面变化等因素综合作用的具体表现。由于盆地构造背景、古地理条件存在差异，沉积盆地的不同演化阶段所发育的层序界面或不整合面的形成机制也不尽相同。湖平面变化控制了层序地层的结构和分布，因此，根据层序界面形成时期的湖平面变化特征，可将层序界面分为下述三种类型（图5-2）。

图5-1 层序界面形成时期与湖平面变化的关系

第一种层序界面：界面形成过程中的湖平面变化为一个理想的、完整的变化过程，经历了早期水深快速变浅、水深相对稳定和水深快速加深的三个阶段。此类界面形成的关键是早期的湖平面快速下降的过程，实际上，这个过程对应着强制性湖退的沉积过程。强制湖退作用导致早期沉积出露水面，遭受剥蚀，处于无沉积状态，形成沉积间断，因此，此类界面为典型的陆上侵蚀型不整合层序界面。

第二种层序界面：界面形成过程中的湖平面变化缺少了中期的相对稳定阶段，由早期快速下降阶段直接进入晚期快速上升阶段。实际上，这种层序界面在成因上与第一种层序界面相同，也为典型的陆上侵蚀型不整合界面，不同之处只是层序界面上下的地层结构存在差异。

第三种层序界面：界面形成过程中的湖平面变化缺少了早期的快速下降和中期的相对稳定阶段，仅经历了晚期的快速上升阶段，层序界面的形成是湖盆发生快速湖侵的产物。此类层序界面在盆地边缘对应于超覆型不整合，盆地内部可能为加深饥饿不整合，或者出现整合接触。但层序界面上下的湖平面变化存在明显的差异，一般由高位相对稳定阶段直接进入快速上升的阶段，层序界面位于湖平面变化的拐点。因此，此类层序界面并不是一个陆上侵蚀不整合面。

图5-2 层序界面的结构类型

2.断陷湖盆中层序界面的成因机制

当层序界面对应于陆上侵蚀成因的不整合面时，一般存在陆上侵蚀或无沉积间断，因此沉积物表面一般位于湖面或沉积基准面之上，即ΔT_Sed≤0、ΔD≤0，由湖盆沉积作用的基本方程

断陷湖盆层序地层学

可得：

断陷湖盆层序地层学

因此，不整合面或层序界面的形成可以是绝对湖平面下降（ΔH_E≤0）或构造抬升即湖盆基底抬升（ΔT_Sub≤0）引起，也可以是两者共同作用的结果，因此，此类不整合的形成与强制湖退的形成机制完全相同（图5-3）。也存在如下三种情况。

（1）气候变化。当气候由潮湿变得干旱，导致蒸发量增大时，若蒸发量小于或等于流入量，由于湖平面到达最低溢出口高程，此时绝对湖平面无变化（图5-3A、B）；若蒸发量大于注入量，导致湖盆绝对湖平面下降，发生强制性湖退，层序界面开始形成（图5-3C）。

（2）区域性构造抬升运动。构造抬升运动将导致湖盆基底抬升，而湖盆最低溢出点高程不变，即绝对湖平面不变，相对湖平面随着基底抬升而下降，水深也变浅，出现强制性湖退作用，形成层序界面（图5-3G）。

图5-3 侵蚀成因的不整合面的形成机制图解

（3）构造差异沉降运动。单断湖盆中，构造差异沉降主要由边界断层引起，且边界断层的活动多表现为构造掀斜运动，掀斜运动的特征是断层的下降盘（上盘）表现为差异沉降，靠近断层面附近的基底下降幅度最大，向盆地缓坡边缘下降幅度减小。这种差异沉降运动，将导致湖盆内水体发生重新再分配，且形成新生可容空间。当差异沉降幅度较小时，外界水净流入量超过或接近该时期差异沉降新生可容空间量，此时对湖盆绝对湖平面无影响（图5-3D、E）。但当差异沉降幅度较大时，外界水净流入量小于该时期差异沉降新生可容空间量，将导致湖盆绝对湖平面下降，湖面减小，缓坡带湖面将快速向盆地中心推进，早期沉积出露水面，处于无沉积或剥蚀状态，形成沉积间断面或不整合面即层序界面（图5-3F）。

以上仅讨论了单一因素控制层序界面的形成机制，当两种因素共同作用时，可加速层序界面的形成。图5-3H是气候和构造抬升共同作用的产物，图5-3I、J是气候和构造差异沉降共同作用的产物，此时所形成的不整合面规模更大。

当层序界面对应于加深饥饿不整合面或超覆不整合面时，水深加深或相对湖平面的上升是层序界面形成的关键。