Question

　层序成因动力学源起、发展与研究意义

Answer 1

7.1.1　层序成因动力学概念起源

层序成因动力学（Sequence genetic dynamics）思想最先由Krapez等（1996,1997）首次提出。在《Sequence.stratigraphic concepts applied to the identification of depositional basins and global tectonic cycles》（层序地层概念在沉积盆地和全球构造旋回识别中的应用）（Australian Journal of Earth Sciences,1996,43（3）,1997,44（1））连载论著中，Krapez等（1996,1997）提出了有关层序成因动力学的几个重要的理念和概念：一是层序界面成因级别划分的思想和依据；二是层序地层与构造旋回之间的成因关系；三是层序地层与沉积盆地之间的内在联系。这三方面思想构成了Krapez等（1997）的层序成因动力学的基石。几乎与此同时，国内首席科学家王鸿祯等（1998）在期刊“现代地质”中，发表了论文《沉积层序及海平面旋回的分类级别》，提出了层序的级别划分及其成因和意义；许效松等（1997a,1997b）在其论著《上扬子西缘二叠—三叠纪层序地层与盆山转换耦合》和《中国西部大型盆地分析及地球动力学》中，从界面成因及其与沉积盆地的关系，提出了层序界面的成因划分方案。李思田等（1997）强调了层序界面在沉积盆地动力学研究中的意义。所有这些成果，为层序成因动力学概念的形成和发展奠定了重要基础，并基本确立了层序成因动力学初始的理论体系。

此后，随着研究的不断深入，有关层序成因动力学方面的论著不断涌现。代表论著主要有：覃建雄等（2000）、陈洪德等（2000）、Friedman等（2000）、Smith（2001）、Bedir（2001）、覃建雄等（2001）、覃建雄等（2003）。上述相关成果的发表，从某种程度上讲，推动了层序成因动力学理论的发展。

7.1.2　层序成因动力学发展

7.1.2.1　层序地层学发展简史

作为地质学前沿的层序地层学，经历了约50年的发展历程，至今已成为地质学界的热门课题之一。层序地层学的演进大致可分为如下3个阶段。

（1）概念萌芽阶段（1949～1976年）

可追溯到20世纪40年代末，当时Sloss等（1949）提出了层序作为一种以不整合面为边界的地层单元，并在地层分析中首先使用了地层层序的概念，认为“层序是比群和超群更高一级的岩石地层单位”，而没有现代层序地层学的寓意。此后，Sloss等（1952,1963）首次将地层层序概念应用于北美克拉通盆地的分析中，并识别出6个以区域不整合分隔的大型海进－海退型沉积层序——超层序，这些超层序随北美克拉通边缘的造山活动交替出现。此后，Sloss及其工作组一直沿用地层层序作为其实际工作的实用地层单位，从而大大丰富了地层层序的内容。然而，Sloss等提出的地层层序的观点在20世纪70年代晚期以前，仅为少数人所接受。

（2）概念模型发展阶段（1977～1987年）

亦即从地震地层学向层序地层学的转化阶段。该阶段以P.R.Vail、R.M.Mitchan及S.Thompason等（1977）的地层地质学理论在AAPG第26届专题报告——《地震地层学：在油气勘探中的应用》的出版为标志。该书提出了海平面升降的概念，以及由地震反射数据记录的以不整合面为边界的地层型式。R.M.Mitchan等（1978）阐明并拓展了层序的概念，把它定义为“有内在联系的相对整合的地层层序组成的地层单位，其顶、底界面为不整合面或与之对应的整合面”，并对层序地层学的基本概念、定义和关键性术语首次作了明确、系统的说明。从此，层序地层学概念应运而生。

20世纪80年代是层序地层学迅猛发展的时期，这主要得益于当时层序概念广泛应用于露头及井下资料。以Vail等为首的Exxon研究集体，在层序地层学理论的指导下，进行了大量实际工作，发表了许多研究成果（Vail,1981,1984,1987,1988;Elderfield,1982,1984;Miall,1984,1987;Meyer et al.,1984;Aigner,1984,1986;Breett,1985,1988;Mullins et al.,1985,1987;Neumann,1985,1988;Fekete et al.,1985,1988;James,1986,1988;Serro,1986,1987;Van Wagnner et al.,1986,1988;Posamenter et al.,1986,1987,1989,1990;Read,1987,1988），从而为层序地层学的发展奠定了重要基础。

P.R.Vail等（1984）的层序地层学理论源于Sloss等（1962,1963）的地层层序思想，但它与Sloss等的克拉通地层层序相比具有质的飞跃，主要表现在两个方面。首先，P.R Vail等（1984）的沉积层序所包括的时限更短，它们把Sloss等（1963）的超层序进行了重要的级次划分，进而提出了三级层序的概念。其次，提出了海平面升降作为层序演化机理的主导因素，介绍了在地震剖面上识别层序的方法，以及层序发育与全球海平面升降变化的关系。

（3）综合发展阶段（1988～现今）

20世纪80年代末，层序地层学理论发生了划时代的变化，这离不开两次重要的国际性学术会议，一是1988年在法国迪涅召开的全球沉积地质会议，首次将“层序地层学和全球海平面变化”纳入“全球沉积地质计划”（GSGP）；二是1991年在加拿大Banff召开的NUNA会议，正式明确提出层序地层学研究的目的、任务、体系和程序，并作了相应的组织、部署和规划。标志性论著主要有：1988年美国经济古生物学家和矿物学家协会第42号特别文集出版的《海平面变化：一个综合的应用方法》（Wilgius et al.,1988）、J.C.Wagoner（1988）主编的《层序地层学》特刊、P.R. Vail和J.B.Sangree（1989）主编的《层序地层学工作手册》和《层序地层学基础》、Wilgius等（1990）编著的《层序地层学原理：海平面变化综合分析》、J.B.Sangree等（1991）的《应用层序地层学》、Ensele等（1991）的《地层旋回和事件》、Macdonald（1991）主编的《活动大陆边缘的沉积作用、构造运动和全球海平面变化》、P.Weimer（1992）的《层序地层学研究方法及应用》、Exxon公司（1992）的《测井、岩心和露头资料的硅质碎屑岩层序地层学》等，他们以全球海平面变化为主导因素，系统、全面地阐述了层序地层学的基本原理、关键术语、定义、解释程序和工作步骤。同时，利用层序地层、磁性地层、年代地层、生物地层和同位素地层等大量资料，编制了中生代以来的年代地层和海平面旋回曲线图，厘定了不整合面、海平面变化的概念，并强调地震、测井和露头的综合研究，是识别海平面变化的重要手段。这些著作的问世，激发了那些不大相信层序地层学可作为全球沉积对比手段的科学工作者对此作出新的诠释，并掀起了层序地层学的研究热潮。与初期的层序地层学概念相比，以全球海平面变化作为理论基础的层序地层学理论具有两个大进步：一是深入、详尽的使用了地震、测井、岩心和地面露头等资料；二是它所总结的沉积模式具有三维时空的立体概念。从此，层序地层学已从理论上有争议的模型演化成为一种在实践上可采纳的方法。从此，宣告了层序地层学进入了综合化的发展阶段。

进入90年代，层序地层学理论研究和实践焦点已从海相盆地转移到陆相盆地，并成为层序地层学目前发展的一个重要方面。1991年，在加拿大Banff举行的NUNA会议上，专门成立了陆相层序地层学工作组（D.A.Leckie和H.W.Posamentier任组长），K.W.Shanley等（1993）撰文总结了该工作组的研究成果，提出了高分辨率层序地层学的概念，认为层序地层学原理和概念能应用到陆相地层中。1994年，T.A.Cross在西北欧层序地层学会议上作了《High resolution stratigraphic correlation from the perspective of base-level cycles and sediment accommodation》的报告后，高分辨率层序地层学才真正具有自身的理论内涵。尤其是D.G.Quirk（1996）的《High Resolution Sequence Stratigraphy:Innovations and Applications》和T.A.Cross等（1998）的《Sequence stratigraphy Concepts and Applications》等著作的问世，不仅拓展了层序地层学的研究范围，而且丰富完善了层序地层学的理论体系，使层序地层学向高精度化、定量化迈出了重要一步。

我国对层序地层学研究始于80年代中后期，徐怀大（1986,1987,1989）、魏家庸（1989）、李思田（1987,1989,1991）、王鸿祯（1988,1991）、刘宝珺（1989,1991,1993）、曾允孚等（1990,1993）、许效松等（1995,1996,1997）、邓宏文（1995）等，在石油、区调、煤田和盆地分析方面，都引用这一理论并作了许多开拓性的工作。尤其是在1992年底，国家科委正式批准了以我国首席科学家王鸿祯教授为首的、以层序地层及海平面变化为主要研究内容的国家基础性重大研究课题，将中国层序地层学研究引向了深入。此后，有关层序地层学论文、专著和教材如雨后春笋般不断涌现。主要代表是王鸿祯等（2001）的专著《中国层序地层学研究》，从此掀开了中国层序地层学研究和发展的新篇章。

7.1.2.2　层序地层学研究新进展

上述表明，层序地层学具有如下特点：①充分详尽地利用了传统地层的新老资料，为地震地层学、测井地层学、生物地层学、露头地层学找到了发展方向；②消除了地层学中长期存在的年代地层学与岩石地层学及生物地层学单位的3种命名的混乱现象；③首次提出了全球统一的成因地层的划分方案；④强调了成因地层的三维构型，提高了地质学家的预测能力；⑤建立了新的地层分布模式。正是这些优点使得层序地层学具有强大的生命力，并得以飞速发展。层序地层学的研究现状及进展主要表现在：

1）新概念、新理论的提出和发展。90年代以来，层序地层学理论取得了飞速发展，主要表现在：层序生物地层学（Brakenridge et al.,1992）、成岩层序地层学（Gingsburgee et al.,1992）、高频层序地层学（Posamentier et al.,1992）、应用层序地层学（Miall et al.,1995）、模拟层序地层学（Chris Paola et al.,1992）、定量层序地层学（Watney et al.,1992）、勘查层序地层学（Miall et al.,1992）、陆相层序地层学（Shanley,1989）、高分辨率层序地层学（Posamentier,1992）、层序充填动力学（Krapez et al.,1996）和层序成因动力学（Krapez et al.,1997）等理论的提出和发展。

2）研究背景和年代范围的不断扩大。随着层序地层学研究的不断深入，层序地层研究的地质背景逐渐扩大、年代范围不断拓展。在地质背景方面，层序地层学不仅成功地应用于被动边缘、活动边缘、裂谷体系、前陆盆地、海湾、火山岛弧、海沟、前渊、洋盆和各种造山盆地，以及河流、湖泊、沼泽、冰川等各种成因盆地背景中，而且还引入到克拉通潮缘、台内、台地边缘、斜坡、盆地、生物礁等不同相区、相带、亚相甚至微相环境中。在地层年代方面，层序地层学研究早已超越了早期的中新生代地层范畴，并被应用于现代沉积环境的解释和对比（Doyder,1995）、元古代盆地的分析和研究（Meger et al.,1996）中，这无疑对层序地层学研究注入了新的活力。

3）研究方法的不断丰富和改进。早期的层序地层学研究方法主要集中在传统的地震地层学、钻井地层学以及露头地层学3个方面。由于研究对象的复杂化、研究范围的不断拓展，一些新的研究方法和手段正被引入到层序地层学研究中。归纳起来主要有：①多重地层学和综合地层学方法（Moutanri等，1990）；②生态学及埋藏学方法（Moutanri et al.,1991）；③高分辨率事件地层学方法（Kauffman,1991）；④测井资料系统分析法（Bound et al.,1994）；⑤高分辨率地球化学方法（Sangree et al.,1994）；⑥高精度年龄测定方法，如TIMS铀体系年龄法、K-Ar年龄法等。这些方法的引入进一步充实和完善了层序地层学的理论体系。

4）在油气勘探中应用的不断精细化和定量化。早期层序地层学应用于进行油气勘探，具有盆地规模和宏观的特点。随着陆相层序地层学和高分辨率层序地层学概念的提出，层序地层学在油气勘探中的应用从盆地级别精细到了储层规模，将层和体系域进一步划分为更次一级的可用以详细填图、精细对比和沉积环境解释的成因单元，从而提高了盆地生储盖预测和对比的精度，使油气勘探的精细化和定量化成为可能。

5）理论研究向层序成因动力学方向不断深化。传统上，层序地层学研究的创新主要从“分级式”、“地区式”两方面获得，“分级式”研究主要强调层序层位的不同和层序等级的划分，“地区式”研究主要强调地区的不同和盆地性质的差异，所有这些研究可以归属于“描述性”研究。随着研究的不断深入，层序地层学研究转向了“成因背景性”研究，一个明显的趋势是通过层序地层本身的研究，探讨层序地层与沉积盆地、层序地层与板块构造的内在联系，即层序地层的成因背景和动态过程的研究，亦即层序成因动力学（Krapez et al.,1997）的研究。从此意义上讲，强调盆地与层序成因关系的层序地层学研究更为科学而实用。因此，在将层序地层作为沉积盆地分析手段和方法进行研究时，有必要从沉积盆地动力学和层序充填动力学角度出发，综合分析层序的性质、成因及发育的控制因素，系统研究层序与盆地及构造之间的内在联系。事实上，也只有与沉积盆地成因及构造属性结合起来的层序地层学，亦即层序成因动力学研究才更客观和科学，才更具生命力和发展潜力。

7.1.2.3　层序地层学的重要发展方向之一——层序成因动力学的提出和发展

前述表明，层序地层学研究今后可能的发展方向包括层序生物地层学、成岩层序地层学、高频层序地层学、应用层序地层学、模拟层序地层学、定量层序地层学、勘查层序地层学、高分辨率层序地层学和层序成因动力学等。其中，层序成因动力学是层序地层学发展的最重要方向之一。

层序成因动力学（Sequence genetic dynamics）系由Krapez等（1997）首次提出。在澳大利亚著名期刊Australian Journal of Earth Sciences中，Krapez等（1997）发表了连载论文《Sequence-strati-graphic concepts applied to the identification of depositional basins and global tectonic cycles》 （Australian Journal of Earth Sciences,1997,44（1））和《Sequence-stratigraphic concepts applied to the identification of basin filling rhythms in Precambrian successions》（Australian Journal of Earth Sciences,1996,43（3）），论著中Krapez等（1997）提出了有关层序成因动力学的几个重要的思想和概念：一是层序界面成因级别划分的思想和依据；二是层序地层与构造旋回之间的成因关系；三是层序地层与沉积盆地之间的内在联系。这3个方面构成了Krapez等（1997）的层序成因动力学的基石。几乎与此同时，国内首席科学家王鸿祯等（1997）在期刊“现代地质”中，发表了论文《层序地层级别类型及意义》，提出了层序的级别划分及其成因和意义；许效松等在其论著《上扬子二叠—三叠纪层序地层与盆山转换耦合》（1997a）和《中国西部大型盆地分析及地球动力学》（1997b）中，从界面成因及其与沉积盆地的关系，提出了层序界面的成因划分方案。李思田等（1997）强调了层序界面在沉积盆地动力学研究中的意义，所有取得的这些成果，从某种程度上讲，基本确立了层序成因动力学初始的理论体系。

此后，随着研究的不断深入，有关层序成因地层学方面的论著不断涌现。代表论著主要有：覃建雄等（2000）《右江盆地层序充填序列与古特提斯海再造》；陈洪德等（2000）的《右江盆地层序充填动力学研究》（沉积学报，18（2））;Qin Jianxiong等（2000）的《Sequence framework and its genetic model of the Youjiang Retroarc Basin,South China》（Scientic Geologica Sinica,9（4））；覃建雄等（2001）的《层序地层作为沉积盆地识别标志的研究》（古地理学报，3（2））；覃建雄等（2001）的《西昌盆地层序充填序列与沉积动力学初探》（古地理学报，3（4））；覃建雄等（2001）的《西昌盆地层序界面成因研究及意义》（地球学报，22（4））;Gerald M.Friedman等（2000）的《Comments about the relationships between new idea and geologic terms in sequence stratigraphy with suggested modifications》（AAPG,84（9）;Ehrenberg等（2001）的《Depositional and sequence stratigraphic model for specific strata from the Barenes Sea》（AAPG,85（12））;Hodgetts（2001）的《Sequence stratigraphic response to shore-line perpendicular growth faulting in shallow marine》（AAPG,85（3））;Gerald T Smith（2001）的《Tectonic and eustatic singals in the sequence stratigraphy of the Upper Devonian,New York》（AAPG,85（2）;Mourad Bedir（2001）的《Tectonics,sequence deposit distribution and hydrocarbon potential》（AAPG,85（5）等。

从以上论著中，不同学者对层序成因动力学的看法和观点不同，有的强调层序规模与构造活动强度及级次的关系，有的强调层序级别与盆地域、盆地或盆地沉积幕之间的对偶关系，有的强调地质事件对界面性质和级别的控制，有的强调层序级别与不同级别构造旋回的耦合关系。

层序成因动力学作为沉积盆地动力学研究的重要内容之一，其研究内容可以总结为：板块运动引发构造活动，构造活动导致沉积盆地，盆地充填产生沉积层序。因而通过层序地层研究，可以揭示沉积盆地，反映构造活动，进而揭示板块属性。研究的关键是通过层序地层诸要素（层序的几何形态、规模级别、内部构型、成因格架、充填序列，以及界面的物理标识、剖面特征、成因属性、级别类型等）的研究，探讨层序地层与沉积盆地之间的内在联系，进而反映板块构造属性，最终揭示地球演化的节律性。

7.1.3　层序成因动力学研究意义

作为层序成因动力学（Sequence genetic dynamics）的重要组成部分，“层序地层作为沉积盆地识别标志研究”并非传统的层序地层学研究，而是传统层序地层学研究的深入和发展，它将层序地层研究从传统的“分级式”、“地区式”的描述性研究引向“机理式、成因式”研究，亦即研究层序的动态背景和成因动力学。

作为层序地层学高速发展的产物，层序成因动力学强调幔－壳耦合引发板块运动，板块运动导致构造活动，构造活动造成沉积盆地，盆地充填产生沉积层序。因此，层序作为盆地充填产物，它是盆地产生、发展及演化的信息库，是板块运动和构造活动的示踪剂。可见，通过层序的解译可了解盆地类型、成因及性质，并揭示构造背景及板块属性，进而为沉积盆地动力学研究提供动态方法。因此，在将层序地层作为沉积盆地动力学分析方法和手段来进行研究时，有必要从成因动力学和充填动力学角度出发，综合分析层序的性质、成因及发育的控制因素，系统研究层序与盆地及构造之间的内在联系。因而，若说沉积盆地动力学是大陆动力学的基础，则层序－盆地－构造关系研究就是沉积盆地动力学首要解决的问题。显然，“层序地层作为沉积盆地识别标志研究”，不仅丰富了层序地层学理论并为层序地层学发展开辟了广阔前景，而且为沉积盆地动力学和地球动力学的研究提供了新思路和新方法。

传统上，层序地层学研究的创新主要从“分级式”、“地区式”两方面获得，“分级式”研究主要强调层序层位的不同和层序等级的划分，“地区式”研究主要强调地区的不同和盆地性质的差异，所有这些研究可以归属于“描述性”研究。随着研究的不断深入，层序地层学研究转向了“成因背景性”研究，一个明显的趋势是通过层序地层本身的研究，探讨层序地层与沉积盆地、层序地层与板块构造的内在联系，即层序地层的成因背景和动态过程的研究，亦即层序成因动力学（Krapez etal,1996,1997）的研究。

从此意义上讲，强调沉积盆地与层序成因关系的层序成因动力学研究更为科学和实用。因此，在将层序地层作为沉积盆地分析手段和方法进行研究时，有必要从沉积盆地动力学和层序充填动力学（陈洪德等，2000）角度出发，综合分析层序的性质、成因及发育的控制因素，系统研究层序与沉积盆地及板块构造之间的内在联系。事实上，也只有与沉积盆地成因及构造属性有机结合起来的层序地层学，亦即层序成因动力学，研究才更客观和科学，才更具生命力和发展潜力。