陆相层序地层学的展望

该报告是1991年在加拿大班夫召开的NUNA会议上组建的陆相层序地层学工作组几年研究的总结。尽管人们早已发现,在陆相盆地中分布有不整合限定的地层单元,但目前层序地层学概念主要应用于海相地层的研究中。要成功地将层序地层学的概念应用于陆相地层,有必要对控制基准面及沉积物供应的因素作深入的研究。正如浅海环境一样,相对海平面可视为海岸陆相环境地层及地貌的基准面。不断地向内陆方向,决定容纳空间的地层基准面变得更为复杂,并表现为各种型式,如河流地层的均衡剖面、风成地层潜水面和山间沉积物的湖水面等。由于陆相盆地接近物源区,故其中沉积物供给比海洋环境丰富和复杂。在许多陆相沉积物中,可以明显看出沉积物供应受气候和构造作用影响。气候、构造作用及海平面升降的主要控制因素多少有些互相影响的事实,以及一种参数的变化很可能在其它方面有所反映的事实,在陆相地层中也颇易识别。即便在层序地层学的初期,它的概念就已应用于各类陆相环境,以试图解释各种相格架的变化。其中最具意义的研究是把海岸平原的河流相格架与同期海相地层指示的相对海平面变化相连系,以及研究高水位期和低水位期沉积之间有明显相变的湖泊环境。随着层序地层学在陆相地层研究中的应用,必将促进地层对比方法和模式的发展,从而更精确地预测河流及风成储集层的位置和性质。     

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。     

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     

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。     

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.     

混积型硅质碎屑-碳酸盐沉积体系中最大海泛事件的识别——全球年代地层对比的关键

沉积层序中的最大海泛事件是地层对比的重要资料,因为它实质上代表等时的地层。这种事件是根据被动大陆边缘背景下滨岸到大陆斜坡环境硅质碎屑沉积中的特殊物理面和/或微化石组合(相对化石丰度峰值)的显著变化加以识别的。在混积型硅质碎屑-碳酸盐沉积物中识别最大的海泛事件更难,因为整个剖面通常代表具有生物与碳酸盐产量相对于硅质碎屑输入的变化的大陆架沉积。因此,这种事件不能只简单地根据相对化石丰度峰值来鉴别。诸如硅质碎屑的输入、碳酸盐产量、沉积物堆积速率以及古环境条件等因素都明显地影响着微化石的相对丰度。认识不到这些复杂性就会导致实际上过高估计(1～10)Ma 的沉积层序数量的层序地层学解释。     

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.     

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。     

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。     

地中海一个晚中新世礁台地对高频海平面升降的沉积响应

Mallorca的上中新统礁复合体是一个三级沉积层序,它揭示了碳酸盐沉积对高频海平面变化旋回的响应。这个礁复合体展示了一个四级至七级的多级别高频单元叠覆的构成格式,其建筑块是以不整合为界的S形单元,而不是准层序。这些“S形单元”叠置成“S形单元层系”,S形单元层系叠置成“S形单元层系组”,并由这些层系组叠置成“层系组系”。所有这些增生单元都具有沉积层序的特征,但又不同于Exxon模式和其它碳酸盐层序地层模式。造成这些偏差的原因在于海平面的波动而造成的碳酸盐生成量的变化,海平面的波动在无重大沉降作用时决定了可容空间的变化。所有这些高频层序都由四个体系域组成:(1)低位体系域:形成于海平面变化旋回的初始上升期,由进积礁相和向盆内变薄的开阔陆架相组成;(2)填积体系域:形成于海平面上升期间,由薄层的泻湖至开阔陆架相组成,不显示向陆方相迁移的特点;(3)高位体系域:形成于海平面变化旋回的高端,由进积礁相和向盆内变薄的开阔陆架相组成,缺少或只有薄的泻湖沉积层;(4)退覆体系域:形成于海平面下降期间,由薄的下超礁相组成,这种礁相向盆内逐渐变成开阔陆架凝缩层,凝缩层和台地顶部侵蚀面相当。在这些体系域之间,根据岩性相变化可识别出两个边界面;即退覆体系域顶部的侵蚀面和其基底的下超面,两个界面向盆内合并于一个凝缩层。相应于海平面变化旋回的最低点的层序边界向陆是一个侵蚀面,向盆内则延续在相当的凝缩层中。     

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.     

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     

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。     

质量平衡古地理模拟的新进展

质量平衡古地理图计划(BPAM)重建供给-沉降系统的古地形和古水深是以质量平衡原则(地壳均衡)和沉积物的剥蚀-沉积作用的旋回性为根据。质量平衡古地理图是过去某些时期地球表面量的再造。这个项目认为(1)抬升和下降的变化应归于所有沉积物的转移;(2)沉积物的堆积;(3)地壳均衡调整和物质转移的关系;(4)海平面变化;(5)洋壳随时间而下沉;(6)被动大陆边缘随时间而下沉;(7)大陆内部的上升和     

碳酸盐台地演化的成岩作用和沉积作用的二维复合模拟

采用新的成岩作用和沉积作用的二维复合模式解释冰川性海平面波动条件下简单加积型碳酸盐台地的演化。这个模式考虑了台地内部的露头和气候限制的不同的水文带,提供以特定速率模拟成岩作用的一个框架。模拟提供了一个清晰的成岩作用带的序列。由于成岩作用带具有侧向连续性以及从台地内部到边缘成岩作用演化的明显趋势,因而很容易识别。然而,表明因果关系的不整合面与下伏成岩作用带之间的空间组合是错误的。高幅海平面变化与基底沉降之间的相互作用形成了以传统地层学和沉积学方法难以解释的成岩记录和复杂的成岩作用历史。     

根据粒径及补给体系对深水盆地边缘的浊流沉积体系进行分类

3 多物源斜坡沉积3.1 富泥质的斜坡沉积该沉积体系可以由以下沉积环境提供物源:(1)河控三角洲,如富泥的、进积到大陆架边缘上的Missis-sippi三角洲或者富粉砂的黄河三角洲;(2)大的泥质陆架和千尼尔(Cheniers)平原,它们本身的沉积物是来自大的泥质三角洲(如Mississppi三角洲和Orinoco三角洲)沿岸搬运的沉积物;(3)大陆架边缘的复合河     

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。     

大陆坡的生物群和生物作用

大陆坡上的生物具有随着深度而分带的特征.横穿大陆坡动物群的变化好象比深洋其它环境动物群的变化要快些,但动物窄带形成的原因还不清楚.可能有多种原因,如因食物来源的缩减而产生的竞争、很有效的捕食、压力对酶的影响等,还有各种条件如极低的溶解氧或沉积物物理性质方面的变化的影响.大陆坡上动物群的组成不完全是独特的,它们具有大陆架和大陆隆生物群的物种,但是大陆坡仍然可以被认为是一个特殊的生物区,其生物的丰度和生理学作用的速率界于大陆架生物和深海生物之间.横跨大陆坡的生物丰度和生理学的变化速率并不呈缓慢的梯度变化.在陆坡的根部堆积着来自淺水富含有机质的沉积物,从大陆坡根部到具有更真实海洋条件的大陆隆有一个重要的过渡带.用生物学的标准来看,大陆坡上的石油和磷酸盐矿产资源可能大部分出现在过去具有上升流、高生产率和低氧浓度为特征的区域内.象生物群本身一样,这些资源也将成带状分布.因为在有机物质的再矿化作用中,大陆坡的深度和范围具有重要的意义,为了勘探以及利用深海资源必须记住:正常生物作用的改变可能有害地影响那里自然界生命的生物化学循环.     

1:5万水系沉积物地球化学测量的野外采样及GPS在采样中的应用

1:5万水系沉积物测量是沿着地表水道(河流、溪沟,包括干沟),系统地采集水系沉积物样品,测定其中微量元素的含量或其它地球化学特征,查明水系沉积物中化学元素的分布、分配、集中与分散等规律,研究其分散与集中规律,分析其与流域盆地内基岩中地质体的联系,以发现与矿化有关的水系沉积物异常并向上游追踪,寻找矿床,以及解决某些地质问题。水系沉积物测量是地面大面积普查方法中效率最高的方法。通过最近几年在矿调项目部的工作经历,对1:5万水系沉积物测量的野外采样方法和GPS的应用有了一些心得,简单介绍一下。     

塞纳河河口湾与其毗邻大陆架之间的沉积物交换

对塞纳河口湾及其毗邻陆架所进行的沉积动力学研究,使得有可能对两者之间的沉积物交换现象得出一些结论.陆架沉积物迁往塞纳河口湾,使那里沉积海洋混沙.它们是低海面时从陆地搬运到陆架的,随后,优势潮流和浪生流使之向海岸迁移.潮汐作用使河口湾出现一个最大浑浊带,起因于涨潮流引起的底质强烈再悬浮及其对搬运泥沙(来自河、海)的阻拦.在河流洪水期,混浊带往往向海扩展,使沉积物重新散布到陆架上.人类对河口湾地形的改造,强化了这种现象.然而,主要由于目前的清淤作业引起的水流型式,又减缓了冲积物向海洋的扩散.因此,人类改变了河口湾的自然作用,把它从沉积洼地变成了向陆架供应冲积物的物源.本文提出了一个顾及物源多样性和沉积动力学复杂性的沉积物冲淤初步设想.