地貌特征对冲积体系的复杂影响——层序地层学的若干含义

第一代层序地层学模型是以一种极为雏形的方式来处理冲积体系对海平面变化的响应。迄今人们所接受模型的一个主要方面是,当海平面下降时河流下切和在海平面继续上升时河流发生加积。已建立的较完备的地貌学原理表明,冲积体系是复杂的过程响应体系,除了以下切和加积方式以外,它们还能够通过其它方式,譬如改造其河流样式和水道几何形态,对内部和外部变化加以调整。将地貌学准则应用到层序地层学模型中得到了以下结果:首先,在海平面低水位期,河流可调整到较低的基准面,并通过改变水道样式来使坡度发生变化。因此。并非所有的低水位都产生Ⅰ型层序界面。其次,当海平面下降到大陆架坡折以下时,更有可能发育以冲积谷下切为特征的Ⅰ型层序界面,同时在海岸线附近因溯源侵蚀破裂而使其地形发生起伏。尽管从地质背景上看,海平面变化是很快的,但在海平面变化期间,有限低的变化就足以使地貌体系很容易地维持其平衡,而无须较大的改造就可沿大陆架向海或陆地方向迁移。在海平面相对静止的条件下,由纯内在原因和冲积体系响应最终也可形成与海平面变化期间形成的、相同时空尺度的层序和亚层序。一般来说,海平面变化控制了沉积和侵蚀的位置,而最终地层几何形态是沉积物供给以及作用于沉积物的一些因素,如海平面升降变化,使海岸线沿大陆架迁移而使沉积物发生变化的这种作用来共同控制的。     

层序地层学基础和关键定义概述

本文的目的是建立层序地层学的基本概念,对交流这些概念所必需的术语给以定义。其中许多概念在以前的地震地层学文章中已经提到。最近几年来,由于新资料的获得以及与他人的合作,我们的观念已远比以前所提到的那些要进步得多,值得另文介绍一下。后面九篇文章反映了当前关于层序地层学概念的思想以及这些概念在地质露头、钻井剖面和地震剖面上的应用。其中三篇文章提出的概念模型,阐明了地层型式同海平面变化率与盆地沉降率之间的关系、第四篇阐述了层序地层学对碳酸盐岩的应用,利用露头资料、钻井剖面和地震范例对该概念模型的各方面给以解释。Grecnlee和Moors依据地震资料,把区域层序分布与海岸上超曲线联系起来。最后四篇文章阐述了层序地层学概念在年代地层学和生物地层学上的应用。     

高分辨率层序地层学——以阿伯塔东坷里三角洲为例

层序地层学的基本概念乃是基准变化和沉积物通量的综合作用所导致的地层结构的发育以及它们之间的相互关系.阿伯塔东坷里湖相小型三角洲即是个很好的实例,它表明层序地层学的概念与规模大小和时间长短无关.该扇三角洲因湖面的升降形成干路边排水沟中,其形成所持续的时间不长.沉积物充填的水下空间(即可容空间)的变化造成了一系列沉积体系域,该体系域与通过漫长时期形成干沉积盆地中的体系域极其相似.在湖面上升时期,湖泊开始发生沉积,并形成扇三角洲进积楔形体.快速的湖水面上升造成了湖岸的后退和海侵体系域的沉积作用;湖面下降导致了相对陡的三角洲的沉积.因基准面下降而形成的地层层序以发育低水位体系域为特征,低水位体系域通常形成于具有明显的陡倾斜坡的盆地边缘中(如被动边缘).湖面的进一步下降会造成次一级小型深切谷,并在由不断下降的湖面所造成的宽缓的自然地理沉积物面上发育新的低水面三角洲体系.在基准面下降过程中发育的低水位三角洲和湖岸构成了"强迫海退",并以发育于具有宽缓斜坡盆地边缘的低水位体系域为特征.尽管上述实例规模小,但它清楚地表明,层序地层学原理不但可以运用于海洋沉积环境中,而且还可运用于大陆湖泊等任何其它沉积环境中.     

威尔士盆地古生代层序地层学

本文根据地层露头记录的“岩石保存曲线”对威尔士盆地中不整合发生的时间及其分布范围进行了研究。盆地内有四个区域性不整合面,分别在晚前寒武纪、晚特马豆克期、早阿什极尔期和中泥盆世。四个不整合面划分出三个大层序(megasequence),分别相当于新建立的岩石地层单元Dyfed超群、Gwynedd超群和Powys超群。分布稍局限的不整合面进一步划分出18个分层序(component sequence)。大部分层序界线反映的是一种构造的或火山构造活动性而不是纯海平面变化。这些大层序界线分别代表晚前寒武纪至早寒武世裂谷作用开始至被动边缘形成、特马豆克期弧内盆地沉降开始至弧后扩张、晚卡拉道克期沉降结束、早泥盆世晚期碰撞变形。这些大层序与控制性事件暂时可与阿瓦龙边缘的其它盆地对比。本文的研究表明,层序分析同样适用于缺乏钻井和地震资料的向岸盆地,而层序地层学的全球海平面升降解释仅部分适用于主动的边缘盆地。     

陆相层序地层学的展望

2 地质时间陆相层序地层主要控制因素的重要方面,在于部分考虑了导致地层变化的时间函数。更新世及全新世地貌及地层的演化研究表明,所测的时间分辨率为数百年至数千年,并趋向于强调气候对地层几何形态控制的重要性。与此相对应,许多古老地层研究证实,沉积时间段为数十万年至数千万年。这些研究强调了全球海平面及构造控制的意义,并经常假定气候是相对稳定不变的。在各种比例的研究中应考虑所有的异旋     

北美克拉通中部的寒武纪风暴沉积

北美克拉通中部密西西比河谷上部的寒武纪—奥陶纪地层,以不同的时间、级别展示了周期性沉积作用的精美实例。重现频率10~6年的长期现象必须要根据层序地层学术分析,其原因可能是海平面升降和可能的构造作用。推断重现频率为10~～10~3年的短期现象则据事件地层学分析并考虑是风暴所致。砂质海相层序为主的平均厚度约200m。代表了仅1～1.5cm/1000年的平均堆积速度。寒武—奥陶纪层序地层学问题,在另一篇由Byers和Dott所写的论文中讨论,而本文只涉及频率更高的事件     

斜坡再调整:海底扇-裙形成的一个新模式

在提出海底峡谷和海底扇-裙形成的新模式中,可利用盆地充填的数值模拟表示斜坡均衡作用的简单概念。该模式认为,侵蚀削蚀、沉积物跌积(by-pass)和海底扇-裙复合体海相超覆的形成与沉积盆地内自然地理的变化状况相关。盆地边缘可划分为两种类型:(1)进积边缘表示均衡的沉积剖面朝向盆地推进。它形成于沉积物扩散作用和重力流作用与沉积物供给、盆地沉降及盆地自然地理相均衡的背景;(2)当上部坡度超过均衡坡度时形成侵蚀边缘,其特征是侵蚀、滑塌和沉积物跌积形成的沉积物均通过重力流作用而移置到下部斜坡环境。当深海陡坡(即过陡坡边缘)被超覆和加积的扇-裙沉积物埋藏时,侵蚀边缘转变为进积边缘。当海平面发生相对快速上升,盆缘发生构造变形(如断层作用)或沉积物从碳酸盐变为硅质碎屑时,进积边缘可发育深海陡坡,并变为侵蚀边缘。既然海平面的相对下降在大陆架边缘变为沉积物源区的过程中起着主要作用,斜坡不整合和超覆海底扇-裙系统的形成主要受由变化的盆地自然地理所触发的斜坡再调整作用控制。     

西班牙陆架晚更新世—全新世沉积物极高分辨率层序地层模型

在西班牙大陆边缘的一个地区完成了晚更新世-全新世沉积物高分辨地震剖面的层序地层分析,共识别出四类沉积背景:(1)低速沉降斜坡(Alboran边缘-Cadiz海湾);(2)高速沉降(2m/千年)斜坡(Alicante-Valencia);(3)大西洋被动边缘“Ria型”地貌(Ria de Muros);(4)具沉降作用的断层崖地貌体系(Balearic边缘)。所有地区均为Ⅰ型层序,由低水位体系城、海进体系域和高水位体系域组成,符合层序地层学的基本概念。独特的陆架特征如发育海滩沉积和进积沉积楔的阶地等,显示所有体系域都是由较小的亚层序经复杂堆垛而成,这些亚层序肯定与极短期的海平面停滞和下降有关。作者建立了一个甚高分辨率层序地层学模型,其最终海平面半旋回被以下旋回所分隔:“P”旋回(4500年),起因于新冰川事件;“h”旋回(2200～950年)和“C”旋回(500～50年)。这些旋回相互影响,可以建立高低海平面定位。值得特别注意的是:(1)对晚更新世-全新世陆架和上部斜坡沉积演化的解释;(2)改变某些经典层序地层模式概念的说明;(3)晚更新世-全新世海平面曲线并非简单进积,而是低于米兰科维奇(Milankovitch)旋回的三个不同期旋回的多次重复。该模式仅限于更新世-全新世期间的波动海平面,这些特征在任何大陆边缘都应识别出来,然而,由于沉降和大陆架地貌等局部特征将决定每个海平面变化周期形成的沉积体的位置和深度。     

高分辨率层序地层学——创新、应用及发展前景

高分辨率层序地层学的研究有了巨大的发展,其主要有两个方面的应用,一是全球海平面变化曲线的建立和对比,二是等时性剖面中的岩性特征预测。研究表明,沉积学、生物地层学、构造地质学及地震学等证据的结合,对提高分辨率层序地层学的解释水平是十分必要的。文集收集的论文反映了当代层序地层学研究的深度和广度。     

地层层序及其年代地层对比

Posamentier和同事们的Exxon层序模式形成了两个概念,我对这两个概念有疑问.他们认为河流均夷至"海湾线",但现代河流的特征表明并非如此.他们又认为河流沉积的堆积空间是在海平面下降期间向海方向的均衡堆积所形成,但这是一个太简单化的模式.该模式建立在大陆边缘的概略形态的假设基础上,对真正的陆坡和实际资料未给予具体的表现和解释.在大多数情况下,基准面的下降将导致三角洲的进积作用和上游河流的深切作用.大多数海岸平原上的河流楔状沉积形成于两个过程:其一,海平面上升,并伴随海湾淹没和充填;其二是强烈活动的物源区的构造作用.靠近前陆盆地的主要构造事件如地体碰撞,将导致第三级类型层序(持续时间大约1～1.5Ma)的发育.由区域板块动力学特征的变化形成的板块内部特点应力变化也具相似的周期或幕,而这种变化周期在扩张大陆边缘也可形成一些第三级别的旋回.对Haq及其同事们所推出的中新生代旋回图年代地质学基础的仔细审视,发现了该图内部不一致和对潜在误差的不确实的低估.该图不可作为一个全球标准,在运用它时应该特别的小心谨慎.     

四川省达竹矿区晚二叠世层序地层及岩相古地理

文章对四川省达竹矿区晚二叠世层序地层及岩相古地理进行了研究,厘定了该区层序地层格架,划分了2个三级层序;梳理了达竹矿区晚二叠世岩相古地理演化过程,总结出达竹矿区在层序Ⅰ沉积期发育碳酸盐台地、台地边缘、深水盆地岩相,煤层形成于低水位体系域期的泻湖-潮坪环境,在层序Ⅱ沉积期自南向北发育碳酸盐台地、台地边缘、深水盆地岩相,不发生聚煤作用。     

第六届国际河流沉积作用大会

第六届国际河流沉积作用大会将于1997年9月22—27日在南非的开普敦召开。大会每隔4年召开一次。本次大会旨在促进对现代环境下和地质记录中的河流及其矿床有共同兴趣的科学家与工程人员交流思想。本次大会的内容包括地貌学、相模式、层序地层学、冲积盆地分析、沉积物的搬运与沉积作用以及     

沉积地质学回顾与展望

沉积地质学1800年前后起源于地层学。尽管早期到处都有一些天才人物,但沉积学直到大约1920年才确立了自己的地位。20年代重矿物岩石学和粒度分析盛行起来,它们加上微体古生物在石油工业中大显身手,促进经济古生物和矿物学家协会(SEPM)于1926年成立。《沉积岩石学》杂志和几篇沉积岩石学论文出现于二次大战前。大战后,在标准化石占了150年统治地位后,出现了岩石地层学。对现代环境的研究直到二次大战后才发展较快,调查了三角洲、障壁岛、礁和碳酸盐滩。这些及以后类似的探索对海相和非海相体系都增加了极其大量的资料,但时常难于将这些结果与古代沉积物结合起来。在河流搬运和实验室浊流的工程实验促进下,50年代对沉积过程的精确研究亦告开始。不久开始进行垂向层序分析和系统阐述相模式。眼下我们正经历一股“模式热”,但关于什么才是真正的沉积模式,尚无一致意见。下一步往何处去?泥岩时代终将到来,精密仪器使对颗粒、化学沉积作用、成岩作用等的研究有可能不断取得进展。但更令人激动的是,由岩石地层学发展而来的层序地层学与由过程和相序研究发展而来的事件地层学相结合,保证了已被贻误的沉积地质学的形成。最终有可能建立真正定量和预言性的模式,它可以在任何规模上,从局部事件到全球海平面升降,评价随机性和确定性以及幕式和周期性现象。     

陆架可容纳空间对碳酸盐台地的控制

陆架可容纳空间、沉积物供给及原始沉积表面构形的变化是控制大型碳酸盐台地地层叠置型式的3个主要因素。讨论了这3个变量的影响及其时空分布。层序地层格架中的结构单元即三级沉积序列的形态、相及发育程度由其所处二级海进/海退旋回中的位置所决定。对于单个沉积剖面来说,沉积序列的特征取决于碳酸盐产率与陆架可容纳空间之间的平衡状况。高速沉积作用致使因海平面变化和沉降所产生的整个可容纳空间被充填,并使沉积物即使在长期的海平面上升时期仍暴露地表。因此,岸线的移动方向、局限海及开阔海的性质以及时间长短并不是控制海进、海退的主导因素。通常情况下可发育4种类型的沉积层序:海退期间形成的充填层序和前积层序及海进期间形成的加积层序和退积层序。这4种类型的沉积层序并不同时发育在同一碳酸盐台地上,其发育程度与陆架可容纳空间和沉积物供给长期变化幅度和速度有密切关系。     

前陆盆地砂岩中的重复性地层模式及其构造意义

通过比较各段中每个准层序的进积规模和各准层序海相上倾终端的位置,在犹他州上白垩统布莱克霍克组的段内建立了两种独特的重复出现的堆叠地层模式。在同一段内,不论层序界面是否分隔开准层序,最早的准层序总是比较晚的准层序进积较远。其结果是在各段中,进积距离的样式导致了从先进积到后加积的地层堆叠模式。在布莱克霍克组各段,只要其露头适宜追溯非海相—海相的相变位置以判定进积距离,就能观察到上述模式。这些地层模式被用来解释白垩纪前陆盆地海平面随时间相对变化的进程,并可以提供冲断岩片变位特征的信息。作为准层序界限的洪泛事件可代表强化道冲作用期,而最大洪泛面(段的界面)则代表最大冲断岩片运动期。     

亚拉巴马上白垩统泥灰岩-灰岩层序——可能是海平面变化的产物,而非气候所致

亚拉巴马Arcola灰岩段(坎佩尼阶)中的泥灰岩-灰岩层序一直被引证为受气候迫使而沉积的重要实例.该沉积是由产率和稀释旋回引起的.然而,本文描述的Arcola段的沉积学和地层学资料表明,在短期海平面变化和泥灰岩-灰岩层序的成因之间存在着更可能的联系.无论由板块内变形引起的相对海平面变化,或者短期水动型海平面变化都被提出作为泥灰岩-灰岩层序沉积的成因机理.     

达尔马提亚(克罗地亚)中部始新统—中新统复理石底部的巨厚层状沉积(巨厚浊积岩)及海平面变化

达尔马提亚(Dalmatian)地区始新世一中新世复理石盆地底部(东亚得里亚海)中的一些巨厚层状碳酸盐岩的下伏地层和上覆地层均为扇形三角洲砾岩,而薄层浊积岩与扇形三角洲砾岩呈指状穿插关系。扇形三角洲和指状穿插的浊积岩被解释为低水位期或海平面上升早期的产物。认为巨厚层状沉积是海平面加速上升时期形成的发育不全的扇形三角洲。这基于以下观察:(1)它们是一些扇形三角洲砾岩的上覆地层;(2)巨厚层状沉积中的骨屑和岩屑来源于陆上风化的较老的沉积岩;(3)其巨大的厚度说明主要是碎屑堆积且流水频率较低。推测巨厚层状沉积与相关的典型薄层浊积岩形成时海平面是不同的。两者的区别对深海沉积中的层序地层学研究非常重要。     

中国海陆过渡相页岩气有利储层评价标准

北美页岩气勘探开发近年取得重大突破。与北美页岩气相比,我国页岩气开发具有自己的特点。北美页岩气主要来自于海相页岩,中国沉积盆地在多旋回的构造演化过程中,发育海相、陆相、海陆过渡相3类含有机质的泥页岩层系。其中,海陆过渡相较之北美在中国分布面积大,泥页岩在地层中广泛发育,成为中国油气开发勘探的重要领域。就沁水盆地、四川盆地、及鄂尔多斯盆地的海陆过渡相地层为例并与北美页岩气作对比,通过比较有机碳含量,成熟度,黑色泥页岩厚度、含气量等参数,给出多个盆地之间评价的统一参数标准,为未来中国海陆过渡相页岩气的开发提供依据。     

层序地层学在元古代序列中的应用

笔者在研究美国西部、南澳大利亚和加拿大西北部的元古代岩层时,利用沉积学测井记录和相图等方法来确定那些以轻微的、但是在一个区域内保持不变的不整合为界的沉积层序。通过这些研究工作,我们认为,在元古代盆地内部时代对比和元古代岩石的相解释及盆地分析等方面,层序地层学的方法是极为重要的。     

碳酸盐胶结物层序地层学

传统的共生分析通常未能注意到碳酸盐胶结物序次在区域上的微小变化,层序地层学概念在成岩作用研究中的应用使沉积(沉淀或结晶)事件产物被归并入不同层序中.这些层序界面即为反映侵蚀(溶解)、非沉积(再成核)、压实或强置性裂隙等事件的表面.成岩序列中化学变化型式可提供识别层序的良好标志,成岩序列可归并成相应的时间系列,以获得与局部不整合面密切相关的地层单元成岩作用的总概貌.有证据表明,所谓横向地层层位可代表成岩时间层位的观点是错误的,事实上,成岩界面常可穿过地层界面.层序地层学概念的应用为碳酸盐岩区域性成岩作用的研究提供了有用工具,并为判定和了解烃类或流体运移途径开辟了崭新的思路和方法.