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1、四大学派层序地层学的理论基础,二.Galloway成因 层序地层学,对于沉积盆地分析中成因地层的划分与对比，Frazier（1974）提出了沉积幕（depositional episode）的概念，并以美国墨西哥湾岸盆地西北部第四系为例进行了精辟的阐述。Galloway（1989（继承了并进一步发展了沉积幕的概念，提出了与Exxon石油公司不同的成因地层划分对比方法和标准。,成因层序地层的理论基础,基本概念沉积事件与沉积幕沉积事件（depositional event）：指在一个相对短的时间内发生的由初始前积、过渡加积到最终海进（退积）过程的产物。每个沉积事件由一个相序列记录并加以确定。每个相
2、序列的所有沉积相在成因上均与同一个沉积物源有关。（相当于Galloway定义的准层序）,沉积幕：指由多个沉积事件构成的大型成因地层单元。每个沉积幕由一个沉积复合体记录并确定的。沉积复合体由若干个相序列（准层序）组成，它是在构造、气候相对稳定、由盆地边缘点物源所形成的若干个准层序的复合体。沉积幕记录了两次最大洪泛事件之间的一个完整的相对海平面升降周期。,Frazier（1974）对墨西哥湾岸盆地第四系沉积体系的地层研究基础上，认为成因层序地层研究的基础是：1.陆源碎屑物质均来源于盆地外部2.盆地是被沉积期（退覆）和非沉积期（海进）沉积物充填的。在任何一个沉积内，活跃的沉积作用总是集中在沉积盆地的
3、一个区域内，在其它地区，沉积量很少或以无沉积作用或以侵蚀作用为主。因此，沉积段将被无沉积的间断分隔。3.每个沉积事件以间断面与其它事件分开。每个简单的沉积事件由进积、加积和海泛沉积组成的，并在沉积相序中呈有规律性的排列。多个沉积事件就构成了沉积幕。,沉积幕与成因地层层序,Galloway（1989）在沉积幕概念的基础上提出了成因地层层序样式。他认为成因地层层序是沉积幕的沉积产物。成因地层层序由三个重要部分组成：远超前积部分、上超海进部分和反映最大洪泛作用的顶底界面。,远超前积部分由3个次级单元组成：1.反映海岸平原加积作用的砂质河流、三角洲平原和海湾-泻湖相2.海滨带的前积沉积物，向陆方向它位
4、于先期沉积层序的海泛沉积台地之上，而向海方向则位于同期远超（退覆）的大陆坡相之上3.混合加积的下斜坡和进积的上斜坡相。（斜坡下部和盆地平原的加积-低位扇和盆地扇，斜坡上部的进积-低位进积体）,上超海进部分：1.滨线后退期间和之后立即沉积并经过改造的海滨相和陆棚相2.上斜坡和陆棚边缘沉积经重力作用在斜坡脚重新沉积的裙状体,成因地层层序的界面：最大海泛面陆上沉积间断侵蚀面分隔一个成因层序中的远超前积和上超海进部分。,最大海泛面,最大海泛面,沉积间断剥蚀面,沉积层序（Exxon）与成因地层层序对比,1.层序界面不同 沉积层序是以不整合面或与之对应的整合面为界的一套具成因联系的、连续的沉积单元；成因地
5、层层序是以最大海泛面为边界的沉积幕的沉积产物。,Galloway认为，成因地层层序可以使人们更加全面地了解沉积盆地的沉积历史、构造发育史和海平面演化史。因为：最大海泛面以广泛分布的海相层或海底侵蚀层为特征，易于识别和追踪对比最大海泛面能够有效地将海相和非海相沉积体系区分开来可依据古生物学原理和方法确定最大海泛后富含化石的密集段的地层时代，可为区域层序地层对比建立年代地层格架海侵形成稳定的标志层，在盆地分析中，海侵和高水位沉积相展布宽，易于对比。总之，成因地层层序模型强调的是确定基本地层组合中相的相关性，认为沉积物供给和沉降速率的变化与海平面波动对层序的形成同等重要,Vail等人认为，以不整合面
6、或与之对应的整合面作为沉积层序的边界要比以海泛面作为成因地层层序的边界更加合理。层序边界是在盆地范围内将新老地层分开的唯一界面，具有年代地层学意义。层序边界不受沉积物供给的控制。当海平面相对快速下降并伴随沉积物大量供给时，便形成了以削截为标志的层序边界；当海平面相对迅速下降而沉积物供给缓慢时将会形成以广泛出露地表为标志的层序边界。而海侵和海退受沉积物供给的明显控制，即使在一个给定的沉积盆地内，在不同部位也不可能同时发生海进和海退。所以，沉积物供给的区域性差异造成海岸线迁移规律的差异，从而造成成因地层层序的区域穿时现象。层序边界常以重要的区域侵蚀和上超为标志，它明显控制了沉积相带的分布。体系域在
7、层序内周期性出现并且与层序边界有关。沉积层序1型层序边界上下存在明显的沉积间断和相带向盆地方向的迁移，这个沉积间断常位于海退沉积单元的中上部。若以成因地层层序的边界海泛面来划分地层，那么在成因地层层序中就可能包括不整合面,2.层序的成因Vail等认为，全球海平面升降变化旋回是形成沉积层序的根本因素，全球海平面变化、构造沉降、沉积物供给合气候共同控制了沉积层序的地层构型。成因地层层序是沉积幕的产物，它强调两个因素，一是盆地边缘的建造与盆地的充填过程，另一个因素是盆地边缘的区域性水进过程。区域性水进过程达到最大范围时，所形成的最大洪泛面就构成了成因地层层序的边界。,3.沉积层序和成因地层层序对陆架
8、边缘侵蚀和退积的时期、过程和作用强调的重点不同。Vail的层序地层模型中海平面下降到陆棚坡折以下时会产生深切谷，海平面稳定下降并保持稳定时会导致峡谷充填。在成因地层模型中，陆架边缘、斜坡侵蚀和退积过程是由陆架边缘、上部斜坡的不稳定性和沉积物补给速率、暂时的古地理变化、海岸和陆架形态等因素控制的。在一个沉积幕的不同时代，不仅存在扇体沉积而且也可以发生海底峡谷的冲蚀和充填,成因地层层序边界的形成与特征,识别成因地层层序的边界，即识别最大海泛面及与其相对应的地层界面是确定成因地层层序的关键。识别标志：最大海泛面形成于陆棚的最大海进期。此时，沉积中心不断向陆地方向迁移，盆地沉积范围不断扩大，沉积物的供
9、给受到一定抑制，结果在陆棚中部、外部和向海盆中心方向的斜坡、盆地平原等沉积地区表现出极为缓慢的沉积特征。,在该沉积环境中沉积而成的沉积物主要为富含较深水化石或富含自生矿物海绿石、菱铁矿和磷酸盐矿物的半远洋和远洋泥岩。该沉积物分布广，沉积厚度薄，常被人们称之为凝缩层。在凝缩层中心部位，存在着最大海泛时期形成的最大海泛面。最大海泛面沉积不仅响应于地震反射剖面上最远的演岸上超点，而且常被老干个前积斜层下超，所以下超面常是凝缩层存在的一个良好标志。在测井曲线上，凝缩层和最大海泛面常对应于：富含铀、磷、海绿石的高自然伽马泥页岩；低自然电位、高电阻、高密度的薄层钙质泥页岩或泥灰岩；低电阻和低自然电位的纯海
10、相泥岩；沉积物粒度向上变细再变粗的测井响应转折处，反映海平面相对上升到最大水进期而后又转为相对海平面的下降期。,三.Johnson所强调的层序以地层不整合面或海进冲刷不整合面的海进海退旋回,T-R旋回：从一个海水加深事件到另一个同等规模的加深事件开始之间的一段时间内沉积下来的岩层。,特征,1.由两部分组成：海进单元：薄，常为钙质砂岩、砂质灰岩。向盆地方向，海进单元逐渐变薄并最终消失。海退单元：厚，进积层系，层序底部为页岩和砂岩组成，上部为砂岩。2.层序界面：海底不整合或沉积间断面,F.Embry对斯沃德鲁普盆地三叠系地层进行了研究，共划分出了9个T-R旋回。,三叠系T-R旋回的成因,斯沃德鲁普
11、盆地三叠系T-R旋回的成因有两种解释：1.这些旋回是在海平面固定不变，在区域性沉降的背景上沉积速率不断变化的产物。旋回的海进部分是在沉积物供给速率较低，沉降速率超过沉积速率的情况下发展起来的。随后的海退部分则是由于沉积速率增加，以致于超过沉降速率时形成的。这种解释的缺点在于它无法解释在海退阶段盆地边缘区的出露及侵蚀现象。,三叠系T-R旋回的成因,2.T-R旋回是在海平面停滞不变及相对固定的沉积物供给情况下，构造隆起及构造沉降交替作用形成的。在沉降速率较高时发生海进，而在沉降速率较低或盆地边缘隆起时发生海退。这一假设可以解释观察到的地层旋回现象，但仍有如下两个原因使这种解释并不尽如人意：（1）斯
12、沃德鲁普盆地所观察到的海进事件在其它构造条件不同的盆地中亦有发生。（2）斯沃德鲁普盆地进行顶层剥离分析表明，在三叠纪该盆地正处在热沉降作用阶段。,四、Cross高分辨率层序地层学,一）高分辨率层序地层学的理论体系二）基准面旋回的识别与对比技术,一）高分辨率层序地层学的理论体系,高分辨率层序地层学的理论核心：在沉积基准面旋回变化过程中，由于可容空间与沉积物补给通量比值（A/S）的变化，相同体系域或相域中发生沉积物体积分配作用，导致沉积物保存程度、地层堆积样式、相序、相类型及岩石结构发生变化。这些变化是基准面旋回中所处位置和可容空间的函数。,1.基准面（base level)定义：不同学者依据基准
13、面的作用范围及性质，对基准面定义是不同的。最早：沉积基准面海平面（sea level),或相当于海平面的一个向陆延伸的水平面Sloss(1962):基准面是一个侵蚀与沉积作用达到平衡的面，在该面之上，沉积物不能停留，界面之下，可能发生沉积和埋藏作用。平衡面-这个面上既没有侵蚀作用也没有沉积作用发生；过路不留面-上游搬运来的沉积物在此路过，但无沉积；递降表面、基准面这个表面的高程是逐步降低的,Cross等发展了基准面的概念，并赋予其时间单元意义。沉积基准面是一个相对于地表波状起伏的、连续的略向盆地方向下倾的潜在势能面，其位置、运动方向及升降幅度不断随时间变化。它在海（湖）盆范围内基本上是平行于水
14、平面的风暴浪基面，而朝陆方向则是一种波状起伏的曲面。,沉积基准面的特点：,1）基准面并不是一个水平面,2）基准面可位于地面之上，也位于地面之下，一般位于海（湖）平面,基准面与海平面及地面的关系,3）基准面的不同位置的沉积物通量存在差异,基准面不同部位沉积物通量,4）基准面不同部位的地质作用存在差异-剥蚀、过路、沉积、欠补偿,基准面不同部位的地质作用,5）基准面变化上升和下降,基准面下降辨识标准相域向海迁移,2.基准面旋回（base level cycle）将基准面的一个上升与下降旋回称为一个沉积基准面旋回。特点：基准面升降旋回，包括上升和下降两部分，记录了可容空间由最小向最大方向或由最大向最小
15、方向单向变化的过程在整个盆地或大范围的区域内同时发生层次性：依据基准面旋回持续时间的长短，可以将其划分出短期、中期、长期基准面旋回。每一个高级次的基准面旋回由若干个具有相同地质背景和沉积特征的低级次基准面旋回相互叠加而成。不同区域可以进行不同的层次划分、对比,依据基准面旋回持续时间的长短，可以将其划分出短期、中期、长期基准面旋回。每一个高级次的基准面旋回由若干个具有相同地质背景和沉积特征的低级次基准面旋回相互叠加而成。,3.可容空间（A）与沉积物通量（S）-基本参数可容空间的控制因素：构造运动、机械和热负载的岩石圈响应、沉积压实作用、海（湖）平面变化等。地表相对于基准面向下运动，可容空间增大；
16、向上运动，可容空间减小。沉积物通量：指某一时间内，接受沉积物的总量。其受可容空间的量控制。A/S值则控制了某一时间内、某一地理位置的可容空间内沉积物堆积速率、保存程度、内部结构（堆积样式）等。,A/S1，发生海侵作用，沉积物退积,A/S1，发生海退作用，沉积物进积,A/S=1，稳定，沉积物加积,A/S值与沉积物堆积样式的关系,A/S值与沉积作用,A0，A/S0,A=0，A/S=0,A0，A/S0,S=0，A/S-,4。有效可容空间与沉积物的体积分配有效可容空间：指能被沉积物优先充填的基准面相对于沉积表面位置的所有空间 基准面的升降，控制了有效可容空间的变化，同时控制了沉积物的堆积性质、总量。,
17、在基准面下降期，有效可容空间向盆地方向迁移，有效空间增大，而靠近河流和海岸平原地区的有效可容空间减小，滨岸砂岩沉积体积逐渐增大，海岸平原沉积体积减小。,在基准面上升期，有效可容空间向陆地方向迁移，靠近河流和海岸平原地区的有效可容空间增大，堆积在滨岸和浅海环境中的沉积物体积减小。,沉积物体积分配的概念沉积物体积分配是基准面旋回内不同沉积环境可容空间动态变化的结果。它是指基准面旋回过程中，可容空间的大小随地理位置变化，由此，堆积在可比较的沉积环境中的沉积物体积发生时空变化。,1)旋回对称性,2）控制了叠加样式长期基准面旋回下降期-进积叠加长期基准面旋回上升期退积叠加,3）相分异作用,二）基准面旋回
18、的识别与对比技术,1.基准面旋回的界面基准面旋回界面的类型：不整合面或沉积间断面 沉积作用转换面 1）单一物理性质的垂向变化 2）相序与相组合的变化 3）旋回对称性的变化 4）旋回叠加样式的变化 5）地层几何形态与接触关系的变化,2.基准面旋回的识别标志岩心-短期、测井-短中期、地震-中长期1）岩性剖面A.冲刷面及其上覆的滞留沉积物 上升冲刷和下降侵蚀冲刷，前者规模小，可见盆内屑B.岩性突变-浅水沉积物直接覆盖于深水沉积物之上，浊流砾岩直接覆盖于深水泥岩之上C.相序突变-向上变浅的相序向逐渐变深的相序,2）测井曲线3）地震剖面,3.基准面旋回的对比一个地层旋回性的形成是基准面相对地表位置的变化
19、产生的沉积作用、侵蚀作用、沉积物路过时的非沉积作用和沉积物非补偿造成的饥饿性以至非沉积作用等碎时间发生空间迁移的地层响应。层序地层对比正是依据基准面旋回及其可容空间的变化导致岩石记录特征而进行，因此其对比是时间地层单元的对比，而不是岩石类型和旋回幅度（地层厚度）的对比，且有时是岩石与岩石对比，有时是岩石与界面的对比或界面与界面的对比。转换点-基准面由上升到下降或由下降到上升的转换位置,总结,三大学派已成为层序研究的三种基本方法，其共性均与事件地层学相关联，并且都是基于岩石地层旋回性及其相对应的地层格架的测定。主要差别在于旋回之间界面的厘定。Galloway成因地层学使用了最大海泛面，Exxon沉积层序使用了不整合面，Johnson使用了初次海侵面目前采用较多的是Exxon沉积层序,
