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層序地層學是研究旋迴式、成因上有聯繫的、以侵蝕面或者與其可以對比的整合面為界的年代地層格架,以及沉積層序內部地層、岩相分佈模式的地層學分支學科。

1基本概念

概念的提出
層序的基本概念在18世紀晚期即已提出,認為地層的頂、底界是不整合的單位。但第一次明確提出層序一詞,並用於北美大陸古生代地層劃分的是斯洛斯。
到了20世紀50年代後期,美國地質學家韋爾等,在研究了大量資料的基礎上,於1965年提出了第一代的全球海平面相對變化曲線和地震地層學基本原理,成功地解決了北海盆地的中生代地層劃分,引起了石油地質界的重視,並於1977年出版了《地震地層學在油氣勘探中的應用》一書。它標誌著地震地層學的誕生和層序地層學的奠基。
1987年,美國哈克、韋爾、哈登博爾等,在總結各項成果的基礎上,提出第二代海平面相對變化曲線,並系統地提出層序地層學的基本理論與概念。出版了《層序地層學原理》,它標誌著層序地層學進入成熟和蓬勃發展階段。
規模分級
上述作用按其規模可以分為六級:持續時間大於5000萬年的稱為一級周期,500~5000萬年的為二級周期,50~500萬年的為三級周期,10~50萬年的為四級周期,1~10萬年的為五級周期,小於1萬年的為六級周期。
一級周期的起因是地殼的拉張、負載引起的地殼下撓、地殼的熱冷縮等,其地層記錄表現為沉積盆地的形成與發展;二級周期的起因是板塊邊界的調整、熱的擾動、大洋盆體積的變化等,表現為大規模的海進-海退旋迴、大規模的大陸淹沒;三級周期的起因是局部或區域性的應力釋放、氣候的變化、水體體積變化引起的海平面相對變化,地層記錄表現為褶皺、斷層、岩漿活動、刺穿作用和層序地層學的基本單位沉積層序的形成;第四、五、六級周期的起因分別是氣候和水體體積的變化、地球軌道偏心率的變化、地軸傾角的變化以及歲差引起的米蘭科維奇頻率。
一般認為,海平面的升降是全球性的,而構造活動是地區性或區域性的。儘管後者的強度通常明顯地大於前者,但是構造活動只能增強或削弱層序的邊界不整合面和層序內部的沉積間斷面,但不能製造這些面。
層序地層學主要根據露頭、測井、地震資料和高解析度的生物地層學斷代資料,進行沉積層序分析,解釋層序、體系域、准層序,建立年代地層框架;根據層序邊界編製構造沉降和總沉降曲線,並解釋盆地的地質歷史
將板塊碰撞或離散事件、重大海進-海退旋迴、岩漿活動、重大不整合面等構造事件與地層特徵聯繫起來,進行構造-地層綜合分析,劃分構造-地層單元、編製相應圖件、利用計算機模擬它們的發展歷史
研究層序內部的不同綏次地層單位,包括沉積體系域、沉積體系、准層序組和准層序。確定其地層分佈模式和相帶分佈;編製年代地層框圖、海面升降曲線、古地理圖件、岩相圖件等,以進行綜合解釋
圈定有利生油和有利於形成油藏的地段,提出可供勘探的井位,圈定有利於形成其他礦產,如煤、鐵、磷灰石等沉積礦床的地段,提出可供勘探的靶區。
層序地層學的誕生,提出了一系列新的概念。依照這些新概念,幾乎一切與沉積地質學有關的學科,都要接受重新檢驗和研究。
層序地層學下一步重要發展方向是建立和完善不同構造、環境背景下的不同級次的層序地層模式,特別是目前研究薄弱的陸相環境以及元古宙的模式;改進和完善全球海平面相對變化曲線,以及統一的年代地層表;在層序地層學理論與高解析度地震岩性勘探和計算機技術相結合的基礎上,實現油藏、氣藏、煤田和沉積礦床等的鑽前預測和合理的資源開發。

2層序地層學理論體系

體系域
體系域:由小層序和組成層序的次級單元的一個或多個小層序組形成的同期沉積體系的聯合體稱為沉積體系域。體系域的解釋是建立在小層序堆疊型式、與層序的位置關係和層序邊界類型的基礎上。
盆底扇
是在低的斜坡和盆底沉積的以海底扇為特徵的低水位體系域的一部分。扇的形成與峽谷侵蝕到斜坡和河谷下切至大陸架有關。硅質碎屑沉積物通過河谷和峽谷穿過斜坡和大陸架形成盆底扇。儘管盆底扇的出現遠離峽谷口,或者峽谷口不明顯,但是盆底扇可能形成於峽谷口。盆底扇的底面(與低水位體系域的底面一致)是Ⅰ型層序界面,扇頂則是下超面(Van Wagoner等人,1987)
低水位楔
由一個或多個進積小層序組組成的沉積楔。向海方向被陸架坡折限制,上超在先前形成的層序斜坡上。因此,低水位體系域的准層序組有加積(盆底扇和斜坡扇)、進積等型式(低水位楔)
海進(海侵)體系域 [TST]
中國沿海海進海退線

  中國沿海海進海退線

海進體系域是1類和2類層序的中部體系域,其下界面為海進面,下伏體系域為LST或SMST。海進體系域是海平面上升期間的沉積,因此它由一個至多個退積小層序組成。不同類型的層序中海進體系域發育程度不盡相同,比較而言2類層序中的 TST更為發育。特點:(1)在發育 l類層序界面的情況下,海進早期階段的沉積局限於深切谷內,而且,LST沉積之後海平面仍在陸架之下,廣大的陸架地區沒有海進沉積。只有在海平面開始迅速上升之後,陸架才逐漸覆水並最終被淹沒,沉積中心也逐漸向陸遷移,此時才有較為廣泛的海進沉積。(2)在發育2類層序界面的情況下,由於沒有深切谷,而且陸架也未全部露出水面,因而海進一開始便有沉積的廣闊空間,所以2類層序中的海進體系域更為發育和廣泛。
其他相關概念
1.不整合面:是一個將新老地層分開的界面,沿著這個界面有證據表明存在指示重大沉積間斷的陸上侵蝕消截(或與之相對應的海底侵蝕)或陸上暴露現象。
興山大峽口加里東運動不整合面

  興山大峽口加里東運動不整合面

2.可容空間:由海平面上升或地殼下沉或這兩種作用聯合而形成的沉積物可以沉積的空間場所。指沉積物表面與沉積基準面之間或供沉積物充填的所有空間,包括老空間(早期未被充填遺留下的空間)和新增加的空間。這一空間是否完全被充填,取決於沉積物對盆地供給的速率。
3.海泛面和最大海泛面:一個分隔年輕的和年老的地層的界面,穿過此面水深明顯增加。這種水深伴隨著少量海底侵蝕或無沉積,但不伴有由河流回春或相的的朝盆地遷移引起的陸上侵蝕作用,包括異常陸上暴露,有一小的沉積間斷。與海泛面有關的海底侵蝕界是變化的,其變化範圍大致從幾米到十幾米,通常是幾米,海泛面在濱海平原和陸架上有一個對應面(Van Wagoner等人,1987,1988,1990)。
初次海泛面:是Ⅰ型層序內部初次跨越陸架坡折的海泛面是水位體系域和海進體系域的物理界面。
最大海泛面:指的是最大海侵時期形成密集段或下超面,在盆地內分佈範圍最大,為劃分海侵體系域和高水位體系域的界面。
4.全球海平面變化:全球海平面指一個固定的基準面點,從地心到海表面的測量值。這個測量值隨洋盆和海水的體積變化而發生變化,與局部因素無關
5.相對海平面變化:相對海平面是指海平面與局部基準面如基底之間的測量值。 一個地區相對海平面變化是全球海平面變化和當地盆地沉降速率的函數,相對海平面變化與沉積物堆積無關,不能與水深相混淆
6.密集段或凝縮層(condensed section)
(1)密集段是薄的海相地層單位,由遠洋到半遠洋沉積物組成,以極低的沉積速度為特徵。
(2)密集段往往以薄的但是連續的、發育潛穴的、輕微石化的地層(缺失面omission surface)的方式產出。
(3)密集段還可能以豐富的、多種多樣的浮遊和底棲生物組合、自生礦物(海綠石、磷灰石和菱鐵礦)、有機質等為特徵,並可能擁有較大濃度的鉑族元素,如銥。
(4)密集段主要是由於相對海平面的相對快速上升,於海岸線的海進時期在大陸邊緣形成,而大多數洋盆沉積物處於密集段定義範疇內,因為深海中沉積速度通常是低的(<1cm/1000a)
(5)作為一個薄的沉積單位,密集段在一個沉積層序的中部,從盆地伸展到陸架。因為密集段是由於相對海平面上升和海岸線突然海進造成的沉積速度極低時期產生的,密集段更具深遠的重大意義。
(6)密集段把開闊大洋微古生物分帶提供的時間地層框格與向陸方向的淺水剖面中的沉積層序提供的物理地層單位聯繫起來。
密集段代表了淺水和深水剖面之間的物理地層連接鏈環,並且是可以通過地震、測井和露頭資料加以識別的。
(7)在地震剖面上,通常由高水位體系域的前積斜層的底面來證實,每個斜層都下超到下伏的海進和低水位體系域上。因此,下超面通常是密集段存在的一個很好標誌。 在露頭剖面中和測井曲線上,下超面被用來定義一個與密集相伴生的、在無沉積作用或者沉積作用極緩慢時期形成的一個面。海平面與沉降作用相結合的協同作用,產生一個大的、區域廣泛分佈的密集段。
(8)海綠石在海進體系域和密集段中是經常發現的,具有較高濃度鉀的海綠石,在密集段中是常見的。因此,每個單獨沉積層序內的密集段中海綠石的放射性年齡測定,對大陸邊緣剖面中生物帶產層的標定和沉積層序的年代確定方面,提供補充信息具有潛力。

下切谷(incised valleys),也稱深切谷

其形成和充填分兩個階段:一是在海平面相對下降時期,濱岸發生侵蝕作用,沉積物路過侵蝕谷而在低水位岸線處沉積; 二是在低水位晚期或海侵初期的海平面相對上升時期,谷內發生沉積作用。其沉積物由各種環境的不同岩石類型組成,如河口灣、辮狀河砂岩、潮坪砂泥及濱岸沉積等。深切谷的鄰區為地表暴露面,以土壤或根土層為標誌。下切谷沉積為Ⅰ型層序的特殊沉積。
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