Question

（二）层序地层学中关键界面的识别与等时地层格架

Answer 1

1.关键界面

层序地层学研究和层序的限定，最重要的是关键界面（key surface）的确认。

一个层序的关键界面主要有3个：限定层序上、下的不整合面；初始海泛面；最大海泛面和凝缩层。

（1）层序不整合界面　前述层序界面的标定有4种定义，笔者等选用P.R.Vail等（1987）的定义和原则，即以海平面下降速率与构造沉降的相关作用所造成的地层暴露和河流回春记录作为识别标志，以此划分上扬子地台二叠—三叠系的层序地层单元。

层序不整合界面的标定在陆上和水下部分各有不同的特征。

陆上河流回春作用的结果以河流沉积物为特征，是识别层序界面的最有力的证据。潮缘和潮上带地域，古暴露面的各种地质记录，如古土壤风化壳、古喀斯特淋滤带、溶蚀残渣、变浅的暴露沉积构造、各种结壳层和结核等暴露标志，地质学家均有共识也易于识别，在此不再赘述。

对潮下带和近滨及滨外带等下部大陆架层序界面的识别，虽有可对比的理论依据，但由于沉积物处于水下，因而对海平面下降时产生的沉积构造特征的认识疑义颇大，所以在实践中的可操作性却不尽相同，依各学者的理解而有不同的划分方案，对露头上各种标志的认识也不相同。通常，向上变浅、变粗的序列，事件沉积物，如风暴岩序列、生物扰动构造等均可视为层序界面。但往往对这些特征仍有多解性或有多个可供选择的界面，因而也众说不一。实践中笔者认为，Nummedal提出的水下部分层序界面的识别方法颇有独到之处。他认为层序界面由海退侵蚀面、层序不整合面和海侵沟蚀面3部分组成。笔者发现在四川广元明月峡晚二叠世吴家坪组与长兴组之间的层序界面由上述这3部分组成，这3部分在露头上的空间位置相隔1～5m，其间有3个相邻的界面（图1-1）：靠近吴家坪组的顶部为向上变浅的具生物钻孔的生物滩，代表海退侵蚀面；其上为含灰岩团块的碎屑岩，这一层的底界为层序不整合面；再向上为黑色含炭质灰岩，其底部呈波状，代表海侵沟蚀面。据笔者的经验，详细的露头研究均可找到这些标志。由此，对上、下二叠统之间岩石地层的界面进行研究发现该界面同样也具有3部分组成（图1-2），该界面之下为茅口组（P₁m）的残留地层；界面之上为残积物、古风化土壤层和沼泽沉积等，不同相域的空间分布稳定。其上为吴家坪组灰岩、龙潭组含煤碎屑岩及峨眉山玄武岩（图1-3），这套地层组合揭示了早二叠世末上扬子的构造古地理格局。

图1-1　广元明月峡吴家坪组（P₂w）与长兴组（P₂c）之间的层序不整合界面的构成

a—鲕粒灰岩，上部有生物钻孔；b—具生物钻孔的生物滩；c—含灰岩团块碎屑岩；d—黑色、灰色粘土；e—燧石灰岩

值得提出的是，层序不整合界面和地层之间的接触关系，两者不具有相同的含义。前者的形成机制强调的是海平面下降，而后者强调的是上下地层之间的结构现象和生物演化。张守信（1989）^[20]已对地层上的角度不整合、假整合和整合三个术语有了较确切的解释，在成因分析方面除了角度不整合外，对大小不等的沉积间断则没有做成因解释。地层不整合，也包括了地层学中分隔新老地层的侵蚀面和无沉积面，这些面与层序不整合面一致。某些假整合也具有明显的沉积间断，如老基底和新盆地之间，或构造转换阶段的风化壳和其上覆地层之间，这种界面也具有较长时限的间断，如二叠系与前二叠系地层之间的层序不整合界面，其间有100Ma间断期，与地层上的假整合一致。地层上描述的众多的平行不整合与假整合，与层序地层学对应时则需慎之，有的则可能是水下部分的层序不整合界面，而有的可能不存在界面。

[00,0图1-2　上扬子西缘上、下二叠统之间层序界面内部构成及其横向对比

剖面右侧黑色代表沉积间断期，剖面左侧的数字为厚度（单位为米）；SB层序界面；LST—低水位体系域

由此可见，层序不整合界面与岩石地层间的界面，有一致性也有非一致性。层序界面的成因可以是全球海平面下降，也可以是构造隆升速率超过海平面上升速率，即表现为海平面的视下降，以此也可造成岩石地层间的重大差异，两者的界面可为一致，特别是克拉通上的盆地。岩石地层中的假整合，有的则不具有等时性，它与层序地层学上所称的层序不整合界面属于非一致关系，如在盆地性质转换和具双向物源的前陆盆地的情况下，岩石地层间的等时性差，应以层序界面为主要对比依据。

（2）初始海侵面层序地层学研究者均已熟知一个层序除了上下的层序界面以外，必须具有与海平面升降周期相对应的体系域，其中最重要的是识别一个层序中的第一个海侵面，也可称作初始海侵面。

水下部分的初始海侵面即是前述的海侵沟蚀面。陆上和潮缘带的初始海侵面是层序内海侵体系域与下伏低水位体系域的分隔界面。如低水位体系域是陆相沉积物，此界面则是海相地层与陆相地层的结构转换面，为第一个海侵面；如果是大陆边缘，则为陆架灰泥堆积在陆架砂或滨海砂之上，也是初始海泛面的特征。

（3）最大海泛面　最大海泛面代表海平面上升速率最快并达到高峰后转为缓慢上升以及初始下降之前的瞬间，为最大海泛期。这时期盆内海水水体深度最大，陆源物由于海水上涌的阻力几乎停止向盆内搬运，从而造成盆地内为非补偿性沉积环境。盆地中堆积了以低能、低速和悬浮沉积作用为主的沉积物和自生矿物，生物扰动构造发育，碳酸盐生产率低，以灰泥为主，既是长期沉积间断期间的密集沉积物，也是生物极易繁殖的生物堆积层。

[00,0图1-3　上扬子西缘上、下二叠统之间层序界面对比及其界面之上沉积相域分异

P₁m—茅口组；P₂w—吴家坪组石灰岩；P₂l—龙潭组碎屑岩；P₂β—玄武岩；

最大海泛面的重要性在于它处于层序的中部位置，而且在沉积作用的序列上起着一个结构转换面的作用。由层序的底界面开始，向上为变深的沉积序列；最大海泛面（结构转换面）以上，则为向上变浅的序列。在沉积物的结构、粒度、沉积物的性质和沉积构造特征等方面，以此结构转换面为转折，均具有相反的组构，因而是确定层序的最重要的界面。

2.层序等时格架建立的依据

建立层序地层的等时格架主要是通过层序不整合界面的确认，初始海侵面和最大海泛面在被动大陆边缘也具有极大的等时性，因而上述3个关键界面的综合标定辅以体系域的空间叠置关系，可以实现层序地层格架的建立。据此确定了上扬子西缘二叠系至三叠系共有20个3级正层序。

层序地层的等时格架，除了上述3个关键界面外，沉积体系域也是重要的因素。层序界线不整合面，只有通过界线上下的沉积体系域及其接触关系才能反证这个物理界面的存在，或通过层序不整合界面以下高水位体系域的顶面特征而表现出来的，因此从某种意义上来讲，确认沉积体系域的性质则是另一关键因素。

沉积体系域是层序单元内的“建筑块”，是一套在特定地质时代间隔内和与海平面升降周期相对应形成的沉积体，由不同沉积相的沉积物叠置而成。沉积相之间的转换界面，包括初始海侵面和最大海泛面均应与海平面升降的某一阶段相对应，因而都具有等时性，也是层序地层等时格架的辅助界面。

上扬子西缘二叠系至三叠系20个正层序中由下向上的20个界面，由于盆地所在的位置不同，层序界面等时性的价值不一，其中有8个层序不整合界面在上扬子克拉通和边缘可视为等时地层格架界面，它们是：

（1）二叠纪和前二叠纪的岩石地层界限；

（2）早、晚二叠世之间的地层界面；

（3）二叠纪与三叠纪之间的地层界面；

（4）早、中三叠世之间的地层界面；

（5）中三叠世安尼期与拉丁期的地层界面；

（6）中三叠世拉丁期与上覆晚三叠世卡尼期马鞍塘组地层之间的界面；

（7）晚三叠世卡尼期与诺利期小塘子组地层之间的界面；

（8）晚三叠世诺利期与瑞替期须家河组的地层界面。

这些层序界面与相应的岩石地层间为明显的假整合，具有长期的沉积间断。但以往在地层对比上，古生物学家对三叠纪地层的争议颇大，特别是中三叠世拉丁期和安尼期的界限、晚三叠世卡尼期与诺利期的界限、二叠纪与三叠纪陆相地层内的界限和海相地层中的生物和年代地层的界限以及与褶皱带中的地层对比等，可以说是长期争论的敏感问题。笔者根据重大界面和其上下沉积体的叠置关系、沉积体在区域上的对比，并以海平面下降的同时性为原则，至少这8个正层序不整合界面应为等时的地层格架界面和地层单元（后详述）。

上扬子地台西缘向深水域延伸处，由于西缘为陡坡边界和构造热事件的插入，因而各界面的等时性不一，但后5个界面具有可对比性。上扬子地台东缘向深水域延伸处，前3个界面为水下整合接触关系，但可根据生物地层鉴别；后5个界面均具有较大的低水位楔形体，界面特征明显。

界面的等时性以最大海泛时期的凝缩层和生物密集层的可靠性最大。凝缩层在上扬子克拉通上不甚典型，以海侵碳酸盐岩的上超面为代表。但向东部边缘延伸至贵州南部，有生物密集层，其它以海侵上超面和古暴露面为标志的3、4级层序界面，其等时性和可对比性的价值不高。