层序地层学述评

层序地层学述评_地层学基础与前沿

层序地层学是在全球海平面变化思想的指导下，在高分辨地震地层技术发展的前提下形成的新的地层学、沉积学分支。它对整个地层学、沉积学的发展都具有重要的作用，同时对石油天然气的找寻和勘探也起着重要的指导作用。因此，层序地层学被誉为地层学领域一场新的革命(Brown，1990)。

层序地层学的理论形成于20世纪80年代末期，Wilgus(1988)主编的《海平面变化综合分析》;1989年，Sangree et al．又编著了《应用层序地层学》。这两部著作系统地论述了层序地层学的基本原理、关键性术语、解释程序和工作步骤。随着层序地层学的发展，它的应用领域也越来越广。1991年，Macdonald主编的《活动边缘的沉积作用、构造运动和全球海平面变化》进一步把层序地层研究扩大到活动大陆边缘研究。Posamentier(1993)指出层序地层学的概念和原理可以应用于不同构造类型的沉积盆地。Brett et al．(1990)对阿巴拉契亚前陆盆地志留系层序地层进行了研究。Seyfried et al．(1991)对中美洲活动大陆边缘前弧盆地的层序地层学进行了研究。90年代以来国内外许多学者又将层序地层学的理论广泛地应用于陆相盆地的研究。可见，层序地层具有越来越广泛的应用领域和空间。在我国，国家科技部率先批准了以王鸿祯院士和史晓颖教授负责的两个以层序地层为主要研究内容的国家基础性重大研究项目，对我国中元古代—新生代露头层序地层进行了深入系统的研究，取得了丰硕的研究成果(王鸿祯，2000;乔秀夫等，1996;周洪瑞等，1998;史晓颖等，1997，1999;杨家禄等，1995;李志明等，1997;陈建强等，1998;杜远生，1994，1995，1996;龚一鸣等，1997;刘本培等，1994;刘文均等，1996;王训练等，1997;殷鸿福等，1994);在能源盆地，尤其是陆相盆地层序地层研究中也取得了巨大进展(李思田等，1992)。

图9－17　层序地层柱状图格式

20世纪末以来，随着层序地层理论研究的深入，理论上出现了不同的学派。比较有代表性的学派除了Vail et al．的经典学派以外，还包括Cross(1988，1993)的高分辨层序地层学学派、Galloway(1989)的成因层序地层学学派、Embry(1990)海进—海退旋回学派等。Cross(1988，1993)引用并发展了基准面的概念，分析了基准面旋回和层序形成的过程－响应的原理，提出了高分辨层序地层学的理论和方法。Galloway(1989)在沉积幕概念的基础上提出了以最大海泛面为界限划分层序的成因层序地层模式。Embry(1990)强调海进—海退旋回在形成层序地层中的主导作用。在研究方法上，层序地层学与地球化学的结合产生了地球化学层序地层学方法(Greaney＆Passey，1993);层序地层学与成岩作用研究相结合产生了成岩层序地层学的方法(Braitwaite，1993;杜远生，颜佳新，1995;杜远生等，1994);层序地层学与计算机技术的结合产生了层序模拟的新技术。

虽然层序地层学发展迅速，但它的理论和方法与任何其他新兴学科一样，并不是一开始就是成熟的，它的发展也面临着不同的意见和争论，同时也存在需要进一步深入研究的问题。Miall(1992，1994)对层序地层和海平面变化的精度提出了质疑;Allen(1992)认为构造作用可能比全球海平面变化对层序形成具有更大的作用;Schlager(1992)强调淹没事件对碳酸盐岩层序地层的重要控制作用。层序地层学还存在以下一些争论和亟待解决的问题。

层序和海平面变化及旋回级别:由于层序地层学定义的不整合与传统的不整合定义不同，因此一些学者认为层序地层学重新厘定的不整合形成了概念的混淆并产生不良的影响(Schlager，1991)。也有人认为层序地层学没有讨论层序的规模，没有定义“相对不整合”，没有解释“成因上有联系”的准确含义，从而造成层序边界的难于识别。对全球海平面变化，一些学者提出了质疑。如Miall(1992，1994)认为生物地层确定的年代不足以达到海平面变化曲线上标定的精度，仅仅用海岸上超解释海平面变化忽视了盆地构造背景的影响，因此对全球海平面旋回变化的真实性、可靠性和精度持有怀疑态度。对全球海平面变化旋回的级别及其与层序划分的关系认识分歧也很大。地层中记录的是不同级别海平面变化叠合的结果，如何区分不同级别的海平面变化旋回、区分旋回性的海平面变化以及构造作用的影响是困难的。另外，不同时代同级别海平面变化的时限差别很大，如同样的体系域确定的元古宙的层序时限一般为10Ma级，古、中生代的层序级别为1Ma至数个百万年级，而新生代小于1 Ma级。如果不同级别的层序难于区分，加上定年资料不准，全球性的层序和海平面变化对比就难以实现。也有人主张用4级(Wagoner，1990)甚至5级、6级(Goldhamer，1987)海平面变化来划分层序。

界面类型及界面等时性:除了以低水位体系域或陆架边缘体系域底界为层序界面的传统认识之外，Galloway(1989)提出的成因层序地层学主张以最大海侵面作为划分层序的界线，也有人认为初始海侵面更容易识别且代表一个海平面升降旋回的开始，主张以海侵面作为层序边界。界面等时性是层序地层研究中另一个值得关注的问题。层序地层是以全球海平面变化为主要依据划分等时性地层格架的学科。作为层序界面的不整合面及与之对应的整合面，由于界面之下陆上暴露部分是一个侵蚀面，界面之上为低水位体系域的进积面，明显不是一个等时面。初始海泛面之下的陆上暴露部分也是一个侵蚀面，之上是一个在逐渐海侵过程中形成的退积型上超界面，也不是一个等时面。只有最大海侵面是一个连续等时的界面，但该界面以凝缩段为代表，在野外也难以识别一个清晰、具体、准确的界面。因此层序界面、初始海泛面、最大海泛面都不是严格意义上的等时面，所以层序地层建立的地层格架也不是严格意义上的等时格架。

与岩石地层、年代地层、生物地层的关系:层序地层学作为地层学的一个分支，其与岩石地层、年代地层、生物地层的关系是地层学者关注的一个重要问题。在国内，魏家庸等(1998)倡导以层序地层的理论为指导进行区域地质调查中的地层系统和地层格架研究。将副层序(基本层序)、层序地层划分、地层格架作为3项主要研究内容(详见本书第5章)。由于层序界面上下的低水位体系域和高水位体系域都是海退时期的产物，岩性差别不大，因此层序界面与岩石地层单位的界面往往不一致。同时在副层序的尺度上，副层序一般表现为进积型的向上变浅的沉积序列，岩石地层单位的界限往往在副层序内部而不在副层序边界上(如秦皇岛地区奥陶系亮甲山组与马家沟组的界线在进积型碳酸盐潮坪副层序的潮下带灰岩和潮间—潮上带白云岩之间)。因此层序界面、副层序的界面往往与岩石地层单位的界线不一致。在层序内部，初始海侵面一般是一个生物复苏或生物爆发的界面，而层序界面不具这种特征。所以初始海侵面不是层序界面，但通常与生物地层、年代地层的界线一致(殷鸿福等，1995)。这也是一些学者主张以海侵体系域底界作为层序界面的主要理由之一。

虽然层序地层的理论和方法存在不同的争议和问题，但层序地层作为20世纪末期地层学领域最大进展，尤其是在石油天然气勘探中取得的巨大成就仍然是不可磨灭的。相信随着时代的进步和研究的深入，层序地层理论会在综合研究露头、岩芯、测井、地震反射剖面、生物和微生物、同位素测年、沉积发展史、盆地沉降史和古水深变化史的基础上，不断完善和提高全球海平面变化对比的精度和可靠性，进而在盆地形成、演化及其对油气资源的控制作用等方面取得更丰硕的成果。同时在不同沉积类型、不同构造类型的盆地研究中得到更广泛的应用。

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关键词与主要知识点－9

层序地层学sequence stratigraphy

层序sequence

副层序parasequence

副层序组parasequence set

不整合unconformity

沉积体系depositional system

沉积体系域depositional systems tract

低水位体系域lowstand system tract

海侵体系域transgressive system tract

高水位体系域highstand system tract

陆架边缘体系域shelfmargin system tract

海泛面marine flooding surface

初次海泛面first flooding surface

最大海泛面maximum flooding surface

凝缩段condensed section

可容空间accommodation

平衡点equilibrium point

平衡剖面equilibrium profile

沉积岸线坡折depositional coastal break

陆架坡折shelf break