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1、,层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,为了理解层序发育的控制因素，首先必须定义：1、全球海平面变化2、相对海平面变化3、水深,一、海平面的定义,层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,全球海平面（global eustasy）是度量海面到一固定基准点（通常是地球中心）之间的高差全球海平面由于洋盆体积（如洋中脊体积）或海水体积（如冰川旋回引起）变化而变化。,相对海平面（relative sea-level）是度量海面到一个局部活动基准面（如沉积柱的底面或表面）的高差（Posamentier,1988）基准面的构造沉降或抬升、与沉积柱内基准面下沉相关的压实作用以及全
2、球海平面的垂直升降运动都会影响相对海平面的变化。相对海平面由于构造沉降、压实作用（可以导致基准面的变化）、全球海平面的上升而上升，由于构造抬升或全球海平面的下降而下降。,层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,水深是任何已知地理位置上的一个点上按时测量的海面到海底的高差。,层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,二、可容空间,全球海平面变化和构造沉降速率一起控制沉积物堆积的可利用空间的大小。可容空间受基准面的控制，沉积物要沉积就必须在基准面之下存在可以使用的空间。基准面的变化取决于沉积环境1、在冲积环境中基准面受均衡河流剖面的控制，该剖面逐渐递变到远端的海平面或湖平
3、面；2、在三角洲和滨岸体系中基准面等效于海平面；3、在浅海环境中虽然浪基面以“均衡陆棚剖面（graded shelf profile）”的形式形成一个暂时的沉积基准面，但海平面最终是它的基准面。,可容空间被定义为在某一时刻、任意一点上可用来堆积沉积物的有效空间（Jervey,1988）,层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,沉积物供给充填被生成的可容空间并控制了水深：可容空间全球海平面构造沉降沉积压实沉积物供给充填有效的可容空间，当沉积物供给速率在某一点超过可容空间产生的速率时，水深将减小。水深（全球海平面构造沉降沉积压实）被充填的沉积物厚度,层序地层学概念和原理相对海平面、构
4、造运动和全球海平面,当取海平面为基准面时，相对海平面 可容空间,从时间1到时间2，由于构造沉降而导致相对海平面上升、可容空间增加，,相对海平面变化可容空间水深关系图沉积物充填所产生空间的速率控制了水深，也决定了能否观察到相带的前积和退积,可容空间增加,沉积物堆积速率大于相对海平面上升速率因此从时间1到时间2水深减小。在沉积记录中表现为海退相序。,可容空间增加,相对海平面变化可容空间水深关系图沉积物充填所产生空间的速率控制了水深，也决定了能否观察到相带的前积和退积,沉积物堆积速率小于相对海平面上升速率因此从时间1到时间2水深增加。在沉积记录中表现为海侵相序。,从时间1到时间2，由于构造沉降而导致
5、相对海平面上升、可容空间增加，,1、全球海平面下降 2、构造抬升（和局部盐或泥拱张）；,可容空间消亡可能存在二种机理：,可容空间减小全球海平面下降,可容空间减小构造抬升,三、可容空间随时间的变化,考察不同速率构造沉降情况下与同样的正弦波全球海平面变化曲线结合产生可容空间的变化（相对海平面的上升和下降）,直线的斜率表示沉降速率，不同斜率代表不断增加沉降速率的盆地位置或沉降速率随时间的变化相对海平面相当于可容空间，因为曲线开始处水深为零,沉降速率增加,层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,出现缓慢沉降时，最大可容空间发育在接近最大全球海平面处，当海平面下降到它的起始位置时，可容空间
6、降低到只由构造作用产生的最小值 随着沉降速率的增加，最大可容空间产生的时间逐渐后移，在盆地中沉降速率高的位置，即使可能出现全球海平面下降，可容空间也不会减小。,四、旋回级别和全球对比,一个沉积层序代表了一个完整的旋回，其顶底边界均为侵蚀不整合面。层序有一个最大发育时段，用相关 的整合面到分界的不整合面来度量。因此层序的发育时段可由控制可容空间产生和消亡的事件，即构造沉降和/或全球海平面变化来确定。构造升降旋回和海平面升降旋回有不同的时间周期，因此可以把层序按时段级别来划分。通常分为一级、二级、三级、四级等，这样一个盆地充填体就可以被划分成为一个层序谱系，每级层序代表了特定级别的构造或海平面升降
7、旋回。,层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,长期相对海平面变化,地层旋回谱系（据Duval等，1992）,地层旋回谱系（据Duval等，1992）,短期相对海平面变化,大陆开合旋回（continental encoroachment cycle）大于50Ma，按Haq（1987）显生宙有二个，一级大陆开合旋回受构造引起的海平面变化的控制，也就是受与板块构造旋回有关的洋盆体积变化的控制。二级旋回350Ma，是一级旋回的组成单元，它代表盆地演化的特定阶段，他们可以由盆地构造沉降速率变化引起，也可由物源区上升速率变化产生。三级层序旋回0.53Ma，是层序地层学的基础，因为他们常常达
8、到地震资料能够很好分辨的规模。三级旋回可以通过识别可容空间产生和消亡的单个旋回来加以识别。Vail等人（1991）认为，三级旋回受控于冰川引起的全球海平面变化，但有些人（如Cloetingh，1988）则认为构造运动也可以产生三级旋回,层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,复合层序（composite sequence）这一术语主要用来描述由更高级别层序组成的二级或三级层序（Mitchum和Van Wagoner，1991）四级“准层序”旋回0.10.5Ma，代表单个向上变浅旋回，以突然变深的面为界，四级旋回可能部分与沉积体系的自旋回作用有关。,层序地层学概念和原理相对海平面、
9、构造运动和全球海平面,地质历史时期最大级别的海平面变化旋回表现为全球各大陆在海平面大规模下降后出现的新一轮重大海侵事件。一般认为具有全球性（Vail et al,1991,1997a,1997b;Mail,1992）。王鸿祯等（1996,1998）将这个级别的旋回称为“超长旋回”，并认为可能与全球规模的古大陆汇聚和离散相关联。相应的沉积记录称为“巨层序”（Gigasequence）。时间跨度450600Ma，大体与泛大陆周期相当。一般不将它列为一级单位。一级海平面旋回具有明显的大陆规模同时性，往往具有大致的全球性。,沉积层序及海平面变化旋回划分（王鸿祯等，1996）,塔里木盆地中部年代地层格架
10、，示大层序和盆地发育（据王鸿祯等，1996）,凹陷盆地,凹陷盆地,分隔盆地,裂谷盆地,分隔盆地,前陆盆地,藏南下侏罗统中层序及内部结构（据史晓颖，1996）共划分出13个中层序，平均时限为2.92Ma。可归并为3个层序组，平均时限12.5Ma。,全球海平面变化控制沉积作用理论是一个统一的地层学概念，如果全球海平面变化刻在所有地层序列上的印记都是真实的，那么就可以利用层序和体系域模式来确定一个地层段的年代，也可以用一种全球标准的知识来预测一个采样地区的地层。Vail等（1977）首次发表了一个全球海平面变化曲线，Haq等人（1987）基于全球盆地的测量数据修改了曲线，这张图被用来支持这一理论，即
11、在成因上，三级相对海平面变化最可能是全球海平面，,层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,全球海平面变化问题引起了众多的讨论和争议，特别是Haq等人（1987）的图有一下几方面遭到了激烈评论：1、支持Haq图的资料，特别是层序边界可全球对比的依据，从来没有全部被发表过。Miall（1986，1992）指出，埃克森旋回图的基本前提即存在一个可对比的三级海平面变化旋回，还没有得到证明，依据详细的地层记录认为存在一些全球同时性的特定例子是可能的（例如更新世的4级和5级冰川引起的全球海平面变化旋回，晚古生代也有可能，1级和2级旋回与海底扩张速率有关），但显生宙大部分地层没有这样可以利用的
12、证据。Miall还指出，全球生物地层标准是否精确到足以毫无疑问的三级相对海平面变化还存在争论，因此全球海平面变化的同时性仍然是一定程度的科学信仰而不是一个科学事实。,层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,2、产生三级全球海平面变化的机理在一定地质时期内仍然具有疑问。在冰川期内全球冰川体积的增加为中生代和晚古生代全球海平面下降提供了机理。但在（推测的）间冰期的白垩纪和侏罗纪并不存在这样的机理。Cloetings（1985）提出板内应力作为一种构造机理可以产生板块范围内的三级相对海平面变化旋回。最后，全球海平面变化的信息在所有盆地中都是可见的观点尚未被完全接受，若干地层学家相信这种
13、信号可能已经被构造信息所模糊。,层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,针对这些问题：一部分工作（如Miller等，1991，1993）集中在更加准确确定盆地边缘不整合面的时代上，并与新第三纪氧同位素时代对比，从而直接与冰川体积变化相对比。另外在欧洲，关于区域范围的层序边界的精确年代测定和对比也有好几个项目正在进行（如De Graciansky，1993）,层序地层学概念和原理沉积物供给,沉积物供给速率控制了可容空间被充填的规模和被充填的位置。沉积物供给与相对海平面上升的平衡控制了沉积相带的向盆地或陆地方向的迁移。,一、碎屑沉
14、积物供给原理,1、河流是沉积物质从大陆内部搬运至沉积盆地的主要方式（刚果河、雅鲁藏布江和黄河三条河流的沉积物供给量占全世界全部河流的20）；2、输送到盆地的沉积物体积和粒度是自然地貌、构造运动、气候的复变函数；构造运动影响盆地形状、大小和地形起伏，气候通过流量影响河流的侵蚀能力，以及盆地内土壤的可侵蚀性和稳定植被的存在和消亡。3、大陆边缘的现代沉积物供给速率变化巨大，约70的沉积载荷来自于10的陆地；4、现今机械侵蚀速率变化很大，如圣劳伦斯河流域为1mm/1000年，雅鲁藏布江流域为640mm/1000年，黄河的一条支流为19800mm/1000年。,层序地层学概念和原理沉积物供给,二、可容空
15、间的充填,沉积物供给量f（供给速率，物远距离）,层序地层学概念和原理沉积物供给,1、低速供给可容空间始终超过沉积物供给速率，海岸线向陆迁移，发生海侵，并形成可观水深，偏泥海相沉积分布于离滨线不远之处。2、中速供给海底被逐渐加积到海平面（基准面），开始时，可容空间增加速率超过供给速率，保持沉积面在海平面位置，并发生海侵。海侵时，水深增加并沉积海相泥岩，当海平面上升速率变小时，滨线海退开始并持续到海相沉积加积到海平面为止；之后，供给速率超过可容空间增加速率，沉积面仍是海平面，但沉积海岸平原相，海岸平原不能容纳多余沉积物，被输送到盆地，可容空间减小。相对海平面下降时，先前沉积可能被侵蚀。3、高速供给
16、供给速率始终超过可容空间增加速率，发育海岸/三角洲平原沉积，滨线海退一直在海平面旋回中进行。,三、盆地结构,层序地层学概念和原理沉积物供给,顶积层/斜积层边缘随时间的变化主要取决于沉积物供给速率和顶积层可容空间体积（有时称为陆棚可容空间体积）产生速率之间的平衡关系。可容空间体积的变化率是海平面上升幅度和顶积层面积乘积的函数前积（progradational）几何体出现在沉积物供给速率超过顶积层可容空间体积的产生速率时，沉积相带向盆地方向迁移。在地震剖面上，前积表现为斜积层，表明退覆坡折向盆地方向迁移，并用海退（regression）来表示滨线向盆地方向迁移。加积（aggradational）几
17、何体出现在沉积物供给速率与顶积层可容空间体积增加速率基本相同时，相带垂直叠加，退覆坡折不发生横向迁移,层序地层学概念和原理沉积物供给,退积（retrogradational）几何体出现在当沉积物供给速率小于顶积层可容空间体积增加速率时。相带向陆地方向迁移，先前的退覆坡折变成一个残留地貌。并用海侵（tranagression）来表示滨线向陆地方向迁移。前积作用、加积作用、退积作用阶段不是连续的，而是由更小（亚地震）规模的“准层序”（parasequence）的前积单元组成，准层序叠置成准层序组（parasequence sets），构成在地震剖面上可观察的沉积几何体。,可容空间体积与沉积物供给速率决定沉积结构（Galloway,1989）,
