《高分辨率層序地層學》高分辨率層序地層學的理論基礎

1、 第一章高分辨率層序地層學的理論基礎與海相盆地或大區(qū)域規(guī)模級的經(jīng)典層序地層學分析不同，高分辨率層序地層分析以地表三維露頭、鉆井巖芯、測井和高分辨率地震反射剖面為主要研究對象，其中尤以鉆井巖芯和測井剖面資料為最重要的研究基礎。通過各種資料的精細層序劃分和對比技術，將鉆井或露頭，以及地震剖面中的一維或二維信息轉(zhuǎn)換為三維地層關系的信息，從而建立區(qū)域、油田乃至區(qū)塊或油藏級規(guī)模儲層的等時成因地層對比骨架，大大提高儲層、隔層及油層分布的預測和評價精度。這一層序分析工作主要基于下述4個基本原理。第一節(jié)基本原理一、地層基準面原理基準面是一個較古老的概念，Davis早在1902年就總結了關于基準面的不同定義，多

2、達十幾種。目前在地質(zhì)學中引用的基準面概念主要有3種：地貌學上的平衡剖面或侵蝕基準面，即基準面是侵蝕作用的終極狀態(tài)地理學上的臨界面，即基準面是一個顆粒在其之上無法停留下來，而在其下則發(fā)生沉積與埋藏作用的界面（Sloss,1962）,在實際應用中，人們常將沉積基準面看作是海洋環(huán)境中的海平面和陸地環(huán)境中的湖平面等具體物理面；地層基準面（圖1-1，Wheele,1964），在高分辨率層序地層學理論體系中，以T.A.Cross,教授為主的成因地層研究小組（1994）引用并發(fā)展了Wheele的基準面概念認為基準面既不是海平面（或湖平面），也不是相當海平面（或湖平面）向陸地延伸的一個水平面，而是一個相對于地

3、球表面波狀升降的、連續(xù)的、略向盆地方向下傾和呈拋物線狀的抽象面（非物理面），其位置、運動方向及升降幅度不斷隨時間延續(xù)而變化（圖1-1）?；鶞拭嬖谏?、降變化過程中具有向其幅度的最大值或最小值單向移動的趨勢，由此構成一個完整的上升與下降基準面旋回，是一個受湖平面（或海平面）升降和構造沉降，沉積負荷補償，沉積物補給和沉積地形條件等多種綜合因素制約的地層基準面旋回，因此，地層基準面并非為簡單的海平面（或湖平面），分析基準面旋回與成因?qū)有蛐纬傻倪^程響應原理，是理解地層層序成因并進行層序劃分的主要依據(jù)。需指出的是，基準面在升、降變化過程中總是具有向其幅度的最大值或最小值單向移動的趨勢，因而一個完整的基準面

4、旋回由上升與下降兩個半旋回構成，或基準面的上供給充分時的有效沉積物通量（單位時間內(nèi)的沉積物補給量）圖1-1基準面、可容納空間和反映可容納空間與沉積物供給之間平衡時的地貌狀態(tài)（據(jù)Cross,1994略作修改）升與下降半旋回的組合被合稱為一個基準面旋回。基準面旋回的升、降可以完全發(fā)生在地表之上，或發(fā)生在地表之下，也可以穿越地表之上再擺動到地表之下然后再返回，后者稱基準面穿越旋回（baseleveltransitcycle）。在地表的不同部位，于同一時間域發(fā)育的基準面旋回是等時的，在一個基準面旋回升、降運動變化過程中所保存下來的巖石即為這一基準面旋回時間域的成因地層單元，即成因?qū)有颍湟詴r間面為界面

5、，因而為一個時間地層單元。從圖1-1中可以看出地層基準面與沉積和侵蝕作用和如下關系：當基準面位于地表之上時，提供了沉積物的堆積空間，沉積作用發(fā)生，任何侵蝕作用均是局部的或暫時的；當基準面位于地表之下時，可容納空間消失，任何沉積作用均是暫時的和局部的，而侵蝕作用占主導位置；當基準面與地表一致（或重合）時，既無沉積作用又無侵蝕作用的發(fā)生，或沉積與侵蝕均是局部或暫時的，兩種作用主要處于動態(tài)平衡狀態(tài)，沉積物僅僅表現(xiàn)為路過（sedimentbypass；當基準面遠離地表（或沉積界面）時，可容納空間迅速擴大而處于沉積物非補償沉積環(huán)境，可出現(xiàn)無沉積間斷。由此可知，在基準面變化的同一時間域范圍內(nèi)（注意：時間是

6、連續(xù)的），在地表的不同地理位置上可同時表現(xiàn)出四種地質(zhì)作用狀態(tài)，即沉積作用、侵蝕作用、沉積物路過時產(chǎn)生的非沉積作用及沉積物非補償（可容納空間、沉積物供給量比值即dA/dS-g）產(chǎn)生的饑餓性沉積作用乃至無沉積間斷。在地層記錄中代表基準面旋回變化的時間八八八八八八八基準面位于地表之下時八T侵蝕作用分布的:人時間一空間域時間準面位于地表之上時非用時間一空間域沉積作|丨丨丨丨丨丨丨川丨|圖1-2巖性地層剖面及侵蝕作用、沉積物路過、沉積作用和非補償沉積作用的時空遷移對比關系圖解（據(jù)Wheeler，1964）空間事件表現(xiàn)為巖石界面（間斷面或相關整合面，圖1-2）。因此，一個成因?qū)有蚩梢杂苫鶞拭嫔仙胄睾突?/p>

7、準面下降半旋回所形成的巖石組成，也可由單一的上升期或下降期沉積的巖石界面組成，正如鄧宏文教授（1996）所描述的，“其深刻含義絕非一般經(jīng)典層序地層學理論中的“準層序”所能正確反映的”。由于基準面始終處于不斷上升和下降運動狀態(tài)，當其位于地表之上并相對于地表處于持續(xù)上升狀態(tài)時，可容納空間逐漸增大、沉積物在該可容納空間內(nèi)堆積的潛在體積和速度增加，沉積物的堆積體積和速度同時受控于物質(zhì)來源和搬運的地質(zhì)過程限制。也就是說，可容納空間控制了某一時間內(nèi)，某一地理位置的沉積物堆積最大值。假定沉積物質(zhì)供給速度不變，可容納空間與沉積物供給量比值（A/S值）即決定了可容納空間沉積物（有效可容納空間）的最大堆積量、堆積

8、速度、保存程度及內(nèi)部結構特征。當基準面位于地表之下并進一步下降時，侵蝕作用的潛在速度和下切幅度將增加，侵蝕速度和下切幅度受基準面下降幅度和沉積物搬離地表過程的雙重因素控制，在有地表徑流作用的位置侵蝕速度相對較快和下切侵蝕幅度一般相對較大，延續(xù)時間較長，而無地表徑流作用的部位在時間上相對滯后，侵蝕速度變慢和下切侵蝕幅度減小。因此，由基準面的升降運動可描述可容納空間的形成或消失，及其與沉積作用之間的相互作用和變化過程。據(jù)此，可將基準面視為一個勢能面，它反映了地球表面與力求與基準面平衡的地表過程之間的不平衡程度；要達到平衡，地表要不斷地通過沉積或侵蝕作用，改變其形態(tài)，并向靠近基準面的方向運動，以達到

9、兩者處于同一位置的平衡狀態(tài)。二、體積劃分原理1.幾個基本概念基準面旋回及其伴隨的可容納空間變化的沉積動力學系統(tǒng)，控制著地層的結構與沉積特征。為了進一步理解這一地層過程與沉積響應關系，Cross（1994）提出了沉積物體積劃分原理概念（volumetriepartitioning）。沉積物體積劃分系指在成因地層內(nèi)沉積物被劃分成不同的相域過程，它是基準面升、降過程中，不同沉積環(huán)境內(nèi)可容納空間與沉積物供給量之間關系的四維（空間時間）動力學變化過程的狀態(tài)與產(chǎn)物。因此，在討論沉積物體積劃分原理時，首先要明確可容納空間（A）和沉積物供給量（S）和沉積通量（D）幾個非常重要的基本概念。（1）可容納空間所謂可

10、容納空間（A），泛指可供沉積物堆積的潛在空間（Jervery,1988），大多數(shù)學者將其界定為位于基準面之下和地表之上的，可供沉積物充填的全部空間，因此，在基準面旋回的升、降過程中可容納空間與基準面變化存在著直接的因果關系，即當基準面處于上升狀態(tài)時可容納空間逐漸加大，而當基準面處于下降狀態(tài)時可容納空間則逐漸減小，直至基準面穿越地表進入侵蝕狀態(tài)。然而，無論是基準面處于上升狀態(tài)還是處在下降狀態(tài)，在每一個時間域內(nèi)的可容納空間體積大小都控制了該時間域內(nèi)可被堆積的沉積物最大量值，也即在每一個特定的沉積環(huán)境中，某時間域堆積的沉積物最大量值不可逾越該時間域沉積環(huán)境的可容納空間體積。（2）沉積物供給量和沉積通

11、量所謂的沉積物供給量（S）和沉積通量（D），前者是指物源區(qū)能夠供給可容納空間沉積物的潛在量值，后者是指在有效可容納空間（所謂有效可容納空間系指可容納空間中可被沉積物充填的那一部分空間，作者注）內(nèi)沉積并被保存下來的沉積物堆積總量。物源區(qū)的沉積物供給量受到多種因素影響，包括母巖性質(zhì)、氣候和植被條件，以及物源區(qū)的風化與搬運作用類型和構造抬升強度等，這些因素影響主要通過沉積物供給方式和供給速率的變化來體現(xiàn)的。而沉積區(qū)域的沉積速率作用主要受沉積盆地的性質(zhì)、流域面積、搬運距離、地形條件和河流的落差等因素影響，與基準面升、降控制的可容納空間關系密切，并通過沉積堆積速率和堆積總量的變化來加以實現(xiàn)的。但在某一個

12、時間域內(nèi)，物源區(qū)供給某一個可容納空間的沉積物未必都能全部沉積下來，它取決于如下2個主要因素：沉積物搬運過程中的賦存狀態(tài)物源區(qū)供給的沉積物在搬運過程中有化學物質(zhì)、膠體物質(zhì)、碎屑物質(zhì)和混合物質(zhì)等多種賦存狀態(tài)，一般以碎屑物質(zhì)的沉積速率更接近機械搬運的沉積物供給速率；沉積環(huán)境水動力條件沉積環(huán)境水動力條件越強，細碎屑物質(zhì)的搬運和溢出作用越強，被沉積環(huán)境截留的沉積物也越粗、分選越好，而泥質(zhì)含量則越低，對儲層發(fā)育越有利。（3）A/S比值所謂的A/S比值系指可容納空間（A）與沉積物供給量（S）之間的比值關系，這是一個直接控制沉積物體積劃分的關鍵因素，以如下3種情況為典型代表：A/SV1在A/SV1的條件下，由

13、于沉積物的最大堆積體積不可逾越所在沉積環(huán)境的可容納空間的體積，因此，多余的沉積物，特別是碎屑物質(zhì)將通過水體的搬運作用溢出該沉積環(huán)境，從而產(chǎn)生有強烈充填和沉積相分異的進積作用，被可容納空間截留的沉積物粒度、分選性和泥質(zhì)含量視沉積環(huán)境的水動力條件而定，能量越高，沉積物粒度越粗、分選性越好和泥質(zhì)含量越低，如沖積扇、河流和三角洲沉積體系中向盆地方向連續(xù)進積延伸的河道砂體。反之亦然，如廣泛發(fā)育的泛濫平原以接受溢出堤岸的泥、粉砂質(zhì)漫灘沉積為主；A/S=1在A/S=1的條件下，由于沉積物的供給量與可容納空間體積持平，理論上，所有沉積物將被所在的沉積環(huán)境完全接納，由于沉積環(huán)境水深和能量條件很穩(wěn)定，因而以產(chǎn)生缺

14、乏沉積環(huán)境變遷和沉積相分異的加積作用為主，被截留的沉積物粒度、分選性和泥質(zhì)含量變化雖然仍取決于沉積環(huán)境的水動力條件，但沉積韻律結構的變化取決于地層的自旋回過程；A/S1在A/S1的條件下，由于沉積物的供給量小于可容納空間體積，以產(chǎn)生沉積環(huán)境處于水深持續(xù)加大、能量減弱的退積作用為主，被截留的沉積物出現(xiàn)粒度變細、分選性變差和泥質(zhì)含量連續(xù)增多的變化。（4）地層堆積樣式綜上所述，沉積物體積劃分是一個重要的概念，因為體積劃分直接伴隨著有效可容納空間位置的遷移，及其由有效可容納空間遷移所控制的原始地貌形態(tài)保存程度、沉積物厚度、沉積層序的內(nèi)部結構，以及諸多此類的沉積學和地層學響應特征（圖1-3）。在不同相域

15、的地層旋回中，伴隨著有效可容納空間的遷移，濱岸或以水道化砂為主的三角洲沉積體系出現(xiàn)完全不同的沉積體積劃分過程和地層堆積樣式：如在濱岸或三角洲沉積體系的基準面下降半旋回相域期間，伴隨基準面下降和有效可容納空間向盆地方向漸減小至沉積速率與有效可容納空間增加速率相等的位置為止，形成向盆地方向下超的進積序列（圖1-4中的EHST-LEHST）,而向陸方向則出現(xiàn)基準面開始穿越地表的位置暴露區(qū)和侵蝕作用；又如在基準面上升半旋回相域期間，伴隨有效可容納空間向陸方向遷移和陸上有效可容納空間的逐漸增大，將大部分較粗粒的沉積物截留在陸上沉積區(qū)，從而形成濱岸或三角洲沉積體系向陸上超向盆地遷移的進積到單一向陸上超加積

16、f退積序列（圖1-4中的LST-TST-MFS）。由此可見，伴隨基準面升、降變化的有效可容納空間遷移和沉積體積劃分與分配的過程，控制了地層結構與堆積向海（湖）進積一*加積（LST）iiiiiiiii【rrmg有效可容納空間地理位置的遷移.宀匸宀臥亠亠向海（湖）方向垂向加積（EHST）向陸退積（TST）向海（湖）進積（LHST）圖1-3有效可容納空間遷移導致沉積物體積劃分的變化（代號說明：LST.低位體系域；TST.海侵（或水進）體系域；EHST早期高位體系域；LHST.晚期高位體系域。據(jù)Cross1994年資料，略作修改）向陸方向vEHST(VS濱岸平原含煤泥質(zhì)沉積濱岸砂質(zhì)沉積向陸方向沉積物體

17、積劃分與堆積樣式的變化向海（湖）方向葉Q/“爪:4Mr0y_/、圖1-4有效可容納空間遷移導致成因地層堆積樣式的變化（代號說明：SB.層序界面；TS1.首次海泛（或湖泛）面；MFS.最大海泛（或湖泛）面；SS.進積作用；VS加積作用；LS.退積作用；其余代號說明同圖1-3，據(jù)Cross1994年資料，略作修改）樣式（stackingpattern）的沉積動力學系統(tǒng)，因此，在較長期的基準面旋回層序內(nèi)，地層的堆積樣式及其地理位置的遷移，與其在基準面旋回中的位置密切相關（圖1-4），其基本規(guī)律為：向盆地方向遷移的進積堆積樣式（seaward-stepping），形成于較長期基準面旋回的下降晚期至剛進

18、入上升初始期的時間段；相繼產(chǎn)生的垂向連續(xù)加積的地層堆積樣式（vertical-stepping），形成于基準面旋回上升的早、中期階段；而向陸方向遷移的地層退積堆積樣式（landward-stepping），大部分出現(xiàn)在基準面持續(xù)上升的晚期，并延續(xù)到最大海（或湖）泛期；隨之再度產(chǎn)生的加積地層出現(xiàn)在基準面上升達最高點后的下降早中期，也屬于最大洪泛期（或湖泛期、海泛期）發(fā)育的凝縮段范圍。三、相分異原理伴隨基準面的上升和下降過程所控制的有效可容納空間的遷移和變化，由其所控制的沉積物體積劃分過程如發(fā)生在同一地理位置（或沉積體系域、相域），與之相對應的沉積學響應特征可稱之為相分異（faciesdiffer

19、entiation），包括沉積環(huán)境或沉積相類型、沉積相組合和沉積相演化序列的一系列規(guī)律性變化，這些變化可直接影響砂體的各項特征，如砂體分布在三維空間中的連續(xù)性、幾何形態(tài)、巖性、巖相類型乃至巖石的物理性質(zhì)（如儲集物性和非均質(zhì)性）；又如在高可容納空間與低可容納空間條件下形成的兩類水道砂體的成因特征存在明顯的差異，包括砂體的幾何形態(tài)（寬度與厚度之比）、砂體的縱向和側向連續(xù)性和連通性、砂體之間的相互截切程度和保存狀況、砂體的底形類型及底部滯留沉積厚度，其中低可容納空間條件下形成的進積成因砂體的沉積序列（如向上變淺加粗的河口壩砂體或長距離延伸和充填下切河谷的河道砂體），往往由多個相互截切的單砂體連續(xù)疊加

20、組成均勻塊狀的大砂體，以其為參照對比物，在高可容納空間條件下形成的加積和退積成因砂體的體積明顯減小，砂體往往位于向上變細加深序列的中、下部，砂體的側向連續(xù)性和連通性變差，沉積相演化序列趨于復雜化，砂體中的含泥量或泥質(zhì)夾層增多、分選變差而非均質(zhì)性增高。顯而易見，伴隨可容納空間的加大和沉積物供給量的減少，由相分異過程控制了砂體的各項地質(zhì)特征，并直接影響到砂體的儲集物性和油、氣、水的流動及滲流系統(tǒng)。從沉積動力學觀點出發(fā)，相同沉積體系域或相域地層過程中的沉積物的保存程度、堆積樣式、沉積相類型及其演化序列并不是固定不變的，而是其在基準面旋回過程中所處位置、可容納空間和沉積物供給量的函數(shù)，即時間、空間和物

21、質(zhì)的函數(shù)，因而運用地層過程的沉積動力學特征，分析沉積物堆積期間基準面變化所導致的可容納空間變化與體積劃分和相分異過程，解釋基準面旋回過程中的地層結構及沉積學響應特征，在根本上不同于傳統(tǒng)的和靜止的相模式類比法（鄧宏文，1995）。四、旋回等時對比法則由于高分辨率層序地層劃分與對比，是依據(jù)基準面旋回過程中由可容納空間變化所導致巖石記錄的地層學和沉積學特征的過程響應原理進行的，因此，成因?qū)有虻膭澐趾蛯Ρ瓤赏ㄟ^相序的變化加以識別，特別是在垂向剖面上識別層序的邊界和產(chǎn)出位置，是劃分不同級次基準面旋回的基礎，進而分析層序在空間上分布的連續(xù)和排列組合特征，以及層序的沉積序列、結構類型和疊加樣式。由此可見，基

22、準面旋回在地層中所留下的沉積記錄能夠反映其所經(jīng)歷的時間“痕跡”，即在地層中記錄了不同級次的地層旋回和相應級次的基準面旋回，因而依據(jù)一維鉆井或露頭剖面上的這些沉積記錄“痕跡”識別基準面旋回，是進行高時間精度分辨率的層序地層劃分和等時追蹤對比的基礎。又由于地層的旋回性是基準面相對于地表位置發(fā)生變化所產(chǎn)生的沉積作用、侵蝕作用、沉積物過路作用和欠補償沉積造成的非沉積作用饑餓面或間斷面等狀態(tài)，是地層過程中隨時間發(fā)生空間遷移的沉積學響應（圖1-2），因此，一個完整的基準面穿越旋回和與其相伴生的可容納空間的增加或減小，在地層記錄中大多數(shù)都由分別代表基準面上升和下降半旋回的二分時間單元的相域組成完整的對稱型地

23、層旋回，或由基準面上升或下降半旋回相域與代表侵蝕作用或非沉積作用的間斷界面組成非對稱型地層旋回。依據(jù)相序在其縱向上的相分異與基準面旋回中可容納空間的變化有密切相關的性質(zhì)，因而通過能指示沉積物保存程度、堆積速度的地層界面、相序及相分異狀態(tài)的變化，可識別和評估地層旋回的對稱程度，并由旋回加厚、變薄或進積、加積、退積的疊加樣式，以及跨越成因?qū)有蜻吔缥恢玫乃M或水退的轉(zhuǎn)換方向與相轉(zhuǎn)換幅度，可推斷在時間上與基準面旋回同步的可容納空間單向增加或減少的趨勢。無論是海相或陸相沉積環(huán)境，代表基準面下降半旋回的地層旋回，都以反映沉積環(huán)境逐漸變淺的相序為代表；基準面上升半旋回，則以反映逐漸變深的相序為代表。層序的疊

24、加樣式基本規(guī)律為，較長期基準面旋回中代表基準面下降半旋回的地層，通常由多個呈進積樣式的較短期旋回疊加組成，而基準面上升半旋回則是退積結構的連續(xù)發(fā)育。在鉆井、露頭及電測曲線上，地層堆積樣式可以通過比較組成相序（較短期地層旋回）的相分析基礎上加以識別（圖1-5）?？扇菁{空間剖面盆地方向短期地層旋回堆積模式測井曲線響應SPRES中期基準面下降令VlA.進積y2空f海岸平原砂巖和泥巖淺海砂巖SPRESZ短期地層旋回海相泥巖A可容納空間沉積物供給圖1-5基準面旋回疊加樣式的測井響應特征據(jù)Cross1994年資料，略作修改）高分辨率層序地層對比是同時代的地層或界面之間的對比，不是旋回幅度和巖石類型的對比。

25、Cross（1994）認為,在成因?qū)有虻膶Ρ戎校鶞拭嫘氐霓D(zhuǎn)換點（turnroundpoint）,即基準面由下降到上升或由上升到下降的轉(zhuǎn)變位置，可作為時間地層對比的優(yōu)選位置。因為轉(zhuǎn)換點為可容納空間增加到最大值或減少到最小值的單向變化的極限位置（圖1-6），也即基準面旋回上升和下降的二分時間單元的分界線。轉(zhuǎn)換點在地層記錄中某些位置表現(xiàn)為地層不連續(xù)面，某些地理位置則表現(xiàn)為連續(xù)沉積的巖石序列。巖石與界面出現(xiàn)的位置和比例，是可容納空間和沉積物供給的函數(shù)。因而了解地層過程中的沉積學響應特征，成為分析巖層與巖層對比、巖層與界面或界面與界面對比關系的關鍵。時間空間圖解是對地層剖面進行時間空間反演的最有效的

26、方法（圖1-2），有助于對地質(zhì)過程（時間空間）的地層學和沉積學響應特征（巖石界面）的理解，同樣地有助于確定什么時候巖層對比巖層、巖層對比界面或界面對比界面之間的多種對比關系（圖2-7），以檢驗層序旋回等時對比的可靠性。由于基準面變化的地層記錄是以多級次頻率（多級次旋回）出現(xiàn)在區(qū)域范圍內(nèi)，可跨越各種沉積環(huán)境，因而以地層基準面識別為基礎的地層對比不依賴于沉積環(huán)境，也不需要了解海平面的位置與運動方向（鄧宏文，1995），它更多地受控于區(qū)域或局部構造作用及沉積物的供給作用，這一特性為陸相含油氣盆地的層序分析提供了重要的理論基礎。三角洲平原（或沖積河道）前三角洲（或洪泛平原）湖泊（或河漫湖）短期層序圖1

27、-6地層格架中相鄰沉積相帶的巖層與界面等時對比關系模式中期層序圖1-7同時代基準面旋回過程中巖層與界面之間的等時對比關系和原則第二節(jié)可容納空間對層序發(fā)育的控制機制構造運動、沉積物供給速率、氣候、河流平衡剖面遷移、湖-海溝通事件及相對海平面(或湖平面)的變化等都是可容納空間變化的主控因素，其中構造活動對可容納空間變化的影響尤其顯著。一、構造運動對可容納空間變化的影響構造運動不但影響沉積盆地的形態(tài)，也直接影響著可容納空間的變化，特別是陸相斷陷盆地的可容納空間的變化受構造運動控制更加顯著，沉積盆地的形成、發(fā)展與演化不僅都受控于構造運動過程中不同級次的幕式活動，而且構造因素還會通過改造地貌特征等方式，

28、直接或間接地影響剝蝕速率、沉降-沉積速度、沉積物類型、沉積物供給速率，甚至局部的氣候條件，因此，構造運動是控制盆地、特別是斷陷盆地可容納空間變化機制最重要的因素。以斷陷湖盆為例，構造運動對可容納空間的影響主要表現(xiàn)在邊界斷層的活動和基底及體系域形成過程的關系模式的整體升降。原地式斷陷邊界斷層主要從垂向上來擴大盆地的可容納空間(水體加深)，而后退式斷陷邊界主要從橫向上來擴大盆地的可容納空間(水域擴大)。由于斷陷湖盆基底構造沉降作用往往是呈幕式旋回性的，每一次幕式旋回并不是單一的加速沉降或減速沉降，更不可能是簡單的勻速沉降過程。為了討論方便，通常采用分段函數(shù)來刻劃一次幕式的基底構造沉降過程。理論上，

29、一個構造幕式旋回可被劃為四個沉降時期：靜止時期(y=k)、加速沉降時期(y=kX2)、穩(wěn)定沉降時期12(y=k3X)和減速沉降時期(y=k4X2)。圖1-8表示構造持續(xù)沉降過程中,沉積物供給速率和氣候變化假定為常數(shù)的一個幕ToTiT2TaT4TsTeTo時間圖1-8構造旋回過程與陸相可容納空間變化式次級構造旋回，與可容納空間變化和沉積層序形成演化之間的關系模式：TT時期01屬構造靜止期，由于上一個構造旋回晚期的減速沉降和沉積物的不斷充填，使可容納空間變得甚小乃至缺乏，極有可能發(fā)生陸上暴露并遭受侵蝕作用，形成層序底部的沉積不整合界面；TT時期為初始構造沉降期，此時需克服阻力而啟動沉降作用，故可容

30、納空間增加較為緩慢，水深較小，而沉積物供給非常充沛，遠大于構造沉降產(chǎn)生的可容納空間，因此沉積充填作用強烈，形成低位體系域（LST）偏粗粒相的砂、礫質(zhì)沉積物快速堆積和強烈主動進積作用；TT時期23為加速沉降早期，可容納空間增加極快，水深迅速加大，于T3時間可容納空間增加速率達到最大值,沉積環(huán)境進入弱補償和欠補償狀態(tài)（物源供給量變化和可容納空間變化速率近于平衡），以形成水域連續(xù)擴張和加深的水進擴張體系域（TST）早期偏細粒相的砂、泥質(zhì)沉積和加積f退積作用為主；TT時期34屬穩(wěn)定勻速沉降期，物源供給量逐漸減少至遠低于可容納空間增量，沉積環(huán)境進入欠補償至饑餓狀態(tài)，水深持續(xù)保持緩慢加大至最大水深值，以形

31、成水進體系域晚期相當凝縮段（CS）偏泥相沉積物的加積作用為主，相當水深最大值的T4時間為最大洪（或湖、海）泛期；TT時期45為減速沉降期，可容納空間增加速率逐漸減小，而物源供給量逐漸增加，并進入接近至略大于可容納空間增量的弱補償狀態(tài)，因此水深亦漸趨減小，以形成早期高位體系域（EHST）偏細粒相砂、泥質(zhì)沉積物互層的加積一弱退積作用為主；TT時期56為緩慢沉降期，可容納空間增加速率逐漸減小直至為靜止期，而物源供給量逐漸增加，進入遠大于由構造沉降產(chǎn)生的可容納空間增量的補償-超補償狀態(tài)，因此水深迅速減小，以形成晚期高位體系域（LHST）偏粗粒相的砂質(zhì)和砂、礫質(zhì)沉積物快速堆積為主，形成河道向盆地方向大幅

32、度遷移的強迫進積作用；TT,時期60至T6T，時期，是基準面從地表之上穿越到地表之下，至從地表之下重新至穿越0到地表之上的時期，可容納空間增加速率從零遞減為負增長又漸趨為零，次時以發(fā)生下切侵蝕作用為主，侵蝕幅度為基準面穿越地表之下時所能達到的最大值，因此，對應層序頂部沉積不整合界面的發(fā)育，有部分下降半旋回相域的沉積記錄缺失。由此可見，一個幕式構造沉降旋回過程控制著一個較高級別的層序及其體系域的形成、發(fā)展和演化全過程。二、沉積物供給速率的影響與海相盆地相比，湖泊盆地體積小的多，且相對距離物源區(qū)更近，沉積物的供給速率和堆積速率都相對較高，粒度亦相對較粗，因此，在湖泊盆地中由沉積物供給速率所引起的湖

33、平面升、降變化和對可容納空間變化速率的影響，相對海相盆地中的海平面變化影響程度要強烈的多，對層序發(fā)育的控制作用也更加明顯。以湖泊盆地為例，假定構造沉降速率和氣候變化為常數(shù)時，由沉積物供給速率變化對可容納空間變化速率和沉積層序發(fā)育特征的控制有如下幾種情況：（1）低沉積物注入速率條件低沉積物注入速率的條件出現(xiàn)在較深水的沉積環(huán)境中，由于可容納空間增長速率總是超出沉積物的堆積速率（圖1-9），因此，以沉積偏泥地層為主，其堆積速率受控于沉A(t)S(m)TfTbTm3A(R)TSTEHSTLHST圖例IIIIIIII凈剝蝕量MFS圖1-9低沉積物供給速率與可容納空間變化率關系模式A（t）.單位時間可容納

34、空間增長速率；A（R）.最大可容納空間增長速率；S（t）.單位時間沉積物供給速率；S（m）最小沉積物供給速率；R.累計剩余可容納空間；Tb.界面時間坐標；Tr最大可容納空間增長速率時間坐標；Tm.洪泛面時間坐標；積物供給速率，它不會對可容納空間增長速率產(chǎn)生大的影響。在這種狀況下，可容納空間的增減取決于構造沉降速率與基準面（或湖平面）升、降變化速率之間的關系，如基準面運動處在與構造沉降方向反向的上升狀態(tài)時，可容納空間持續(xù)增加，增長速率為構造沉降速率與基準面（或湖平面）上升速率之和，可產(chǎn)生大的累計剩余可容納空間。而基準面運動處在與構造沉降處在同方向的下降狀態(tài)時，可容納空間增長速率為構造沉降速率與基

35、準面（或湖平面）下降速率之差值，累計剩余可容納空間雖然持續(xù)減小，但由于沉積物供給量始終低于可容納空間總量，因此，沉積盆地仍處于充水狀態(tài)，層序由水進擴張體系域和高位體系域組成，缺乏低位體系域，底、頂界均為連續(xù)沉積的整合界面；（2）中等沉積物注入速率條件在中等沉積物注入速率的背景下，沉積物可以從湖底加積到湖平面，因此，形成的層序最為完整，包括低位體系域、水進擴張體系域和高位體系域。由于個沉積體系域的沉積物堆積速率對可容納空間增長速率控制的不一致性，致使地層的堆積樣式和沉積序列有很大的差別。以沉積物從湖底加積到湖平面的平均堆積速率為參照系數(shù)，由沉積物注入速率的變化對層序發(fā)育的影響可出現(xiàn)如下幾種情況：

36、TfT時期b1在相當層序底界面的起始點位置上，伴隨基準面（或湖平面、海平面）的緩慢上升，由于沉積物供給速率大于平均堆積速率和可容納空間增長速率，因此，可容納空間始終處于過飽和補償狀態(tài)（圖1-10），粗的沉積物被不斷截留，而過剩的細粒沉積物通過溢圖1-10中等沉積物供給速率與可容納空間變化率率關系模式A(t).單位時間可容納空間增長速率；A(R)最大可容納空間增長速率；S(t)單位時間沉積物供給速率；S(m).最小沉積物供給速率；R.累計剩余可容納空間；Tb.界面時間坐標；T1.首泛面時間坐標；Tr.最大可容納空間增長速率時間坐標；T.洪泛面時間坐標；T.基準面穿越沉積界面時間坐標；Q1.累計負

37、可容納空間；Q2.凈剝蝕量m2出作用繼續(xù)向前搬運到較深水沉積區(qū)，因而以形成偏砂、礫質(zhì)的濱岸相和三角洲相沉積為主。在這種緩慢水進的背景下，由于可容納空間增長速率和沉積物堆積速率都小于沉積物供給速率，并由沉積物供給速率控制了持續(xù)向盆地方向推進的沉積進積作用；TT時期1R基準面進入持續(xù)加速上升期,并達到相當最大可容納空間增長速率位置，出現(xiàn)沉積物供給速率由等于至小于平均堆積速率和的遞減變化趨勢，相對應的可容納空間增長速率遞增，此時堆積速率完全受沉積物供給速率控制，沉積通量與沉積物供給量基本相等，但小于可容納空間增長速率,因此,累計剩余可容納空間增加處于遞增狀態(tài),致使湖岸線向陸方向遷移，水體深度逐漸加大

38、直至進入穩(wěn)定的較深水的弱補償f欠補償狀態(tài)，以T1為首泛面，形成水進擴張體系域早期偏砂質(zhì)的三角洲前緣或濱岸相退積序列為主；TfT時期Rm基準面進入穩(wěn)定上升期，可容納空間增長速率逐漸減小，但沉積物供給速率進一步減小至遠小于平均堆積速率，此時的沉積通量與沉積物供給量相等，完全受沉積物供給速率控制，累計剩余可容納空間增加達最大狀態(tài),因而進入最大水深的洪(或湖、海)泛期沉積,以T為最大洪泛面，形成水進擴張體系域晚期偏泥質(zhì)的濱、淺湖或前三角洲m緩慢向陸推進擴大的退積f加積序列為主；TfT時期m2基準面開始進入下降期，可容納空間增長速率由趨近于零至進入負增長狀態(tài)，由于此時的沉積通量仍遠小于平均堆積速率和累計

39、剩余可容納空間，沉積盆地依然處于充水狀態(tài)，因而以形成早期高位體系域濱岸或三角洲緩慢向盆地方向推進的加積f弱進積序列為主；TTT,時期2Fb隨后出現(xiàn)的基準面大幅度下降期，可容納空間負增長速率不斷加大，沉積物供給速率逐漸加大并超出平均堆積速率，致使前期累計剩余可容納空間被強烈充填而迅速減小直至下降的基準面與沉積表面保持在同一位置上（TfT時期）。至此，基準面進一步下2F降和穿越沉積物界面（TfT時期），大量沉積物通過侵蝕再搬運和過路作用（bypass）,Fb被沖到深水盆地中形成盆地扇沉積。在這種連續(xù)大幅度水退的背景下，由基準面下降速率控制了持續(xù)湖退背景中的陸上暴露和向盆地方向長距離延伸的強迫進積作

40、用，同時形成沉積層序的頂部邊界。（3）高沉積物注入速率條件在具備高沉積物注入速率條件的部位，沉積物供給速率總是超過可容納空間增長速率，在基準面持續(xù)上升的可容納空間增長期，偏礫質(zhì)和砂、礫質(zhì)的沖積扇、河流和三角洲（或扇三角洲）沉積體系廣泛形成于近物源區(qū)位置。在這種情況下，堆積速率是可容納空間增長速率的函數(shù)，并始終保持著基準面與沉積界面并進上升狀態(tài)（keepup）的sA(R)A(t)界面（侵蝕期）Tr(Ti)TST圖例wni凈剝蝕量圖1-11中等沉積物供給速率與可容納空間變化率率關系模式A（t）.單位時間可容納空間增長速率；A（R）最大可容納空間增長速率；S（t）單位時間沉積物供給速率；S（m）最小

41、沉積物供給速率；Tb.界面時間坐標；Tr最大可容納空間增長速率時間坐標；T2基準面穿越沉積界面時間坐標；Q2.凈剝蝕量強烈進積充填作用（圖1-11）,因此，一旦進入基準面下降的可容納空間減少期，伴隨可容納空間增長速率趨近于零時和進入負增長速率期，基準面（或湖平面）很快大幅度和大面積地穿越沉積界面，陸上沉積區(qū)率先進入侵蝕期，侵蝕面很快擴大到近盆地的濱岸或三角洲前緣沉積區(qū)，造成陸上至濱岸、三角洲，乃至淺半深湖地區(qū)的廣泛暴露和強烈侵蝕作用，形成層序頂部穿越整個基準面下降半旋回時間跨度的沉積不整合界面，層序中僅保存相當?shù)臀惑w系域和不完整水進擴張體系域的進積f加積f退積序列。三、氣候周期性變化的影響在理

42、想條件下，氣候的周期性變化符合基準面升降變化的正弦曲線基本特征，一次氣候周期性變化，控制了降水量的多少，進而影響到閉流盆地海平面（或湖平面）的升降變化。受此因素控制發(fā)育的一套地層層序即為氣候?qū)有颉Ｒ躁懴嗪铻槔凑账牡刭|(zhì)學觀點，湖盆可分為淌流湖盆和閉流湖盆兩大類，潮濕條件下易形成淌流湖盆，干旱條件下易形成閉流湖盆。這兩種湖盆類型都屬于理想類型，但實際上大多數(shù)湖盆地往往是兩者之間的過渡類型。相對海相盆地而言，氣候?qū)有虬l(fā)育的控制更為強烈，它是通過對降雨量和蒸發(fā)量的影響所引起的基準面（或湖平面）和可容納空間的變化所完成的（圖1-12）。圖1-12一次氣候周期性變化示意圖由于潮濕與干旱氣候的變化

43、是旋回性，在不同氣候條件下，湖盆的充水狀況有很大的差異，大致可分為如下四種情況：對于潮濕氣候條件下的敞流湖盆而言，由于水體供給充足和盆地存在溢出點而不會影響與溢出點保持平衡關系的湖平面變化范圍及其相對穩(wěn)定的位置，因此，盆地的水下可容納空間變化不大；在干旱氣候條件下，淡水補給少，當蒸發(fā)量大于水體注入量時，湖平面逐漸下降和低于溢出點，水下可容納空間明顯減少，形成閉流湖盆。因此，對于閉流湖盆而言,由于湖平面低于蓄水盆地的水體溢出點位置，故氣候的波動直接影響著湖平面的變化，從而導致水下可容納空間的增減；在干旱向潮濕氣候轉(zhuǎn)化條件下，水體供給由不足到充沛，使閉流湖盆的相對湖平面逐漸上升，可容納空間增加，直

44、到湖平面達到湖盆的溢出點位置和形成敞流湖盆為止；而在潮濕向干旱氣候轉(zhuǎn)化的條件下，水體供給由充沛到不足，使敞流湖盆的相對湖平面逐漸下降，可容納空間減小，直到湖平面低于湖盆的溢出點位置形成閉流湖盆為止。在一個潮濕與干旱氣候交替變化的周期性旋回內(nèi)，假定構造沉降速率和沉積物供給速率為常數(shù)時的，由氣候變化旋回所影響的可容納空間與層序發(fā)育的關系在理論上按圖1-12所示的模式進行：1變化旋回初時（圖1-13I中的A-B段）該時期開始由干旱氣候向潮濕氣候轉(zhuǎn)化，但仍處在降雨量小于蒸發(fā)量和滲流量之和的較干旱條件下，以湖泊為代表的陸上蓄水盆地面積較小，水位很低，水下可容納空間累計產(chǎn)生可容空間曲線休水深積沉積物供應累

45、計曲變化侵蝕作用j.MFSMFSMFS粒度變化特征ABCDEFG1LSTTSTCSABC+IIHSTSBGf時間pI!耳一海溝通事件發(fā)生時間;圖1-13氣候變化周期和湖-海溝通事件對可容納空間控制模式LST低位體系域；TST水進擴張體系域；CS.凝縮段；MFS.最大洪（海）泛面；HST高位體系域；SB.層序界面；1.氣候?qū)有?；ll.湖-海溝通事件層序較少，因此以發(fā)育偏礫質(zhì)的粗碎屑巖地層為主，通常由沖積扇（或扇三角洲）和下切河道的砂、礫組成向盆地方向推進的低位期進積復合體，發(fā)育向陸上超向盆地遷移的進積式準層序疊加樣式；（2）氣候變化旋回早期（圖1-13I中的B-C段）氣候逐漸變潮濕，沉積物供給量

46、和大氣降水量都在不斷增加，湖平面升高，水下可容納空間的增長速率從小于沉積物供給速率逐漸向大于沉積物供給速率轉(zhuǎn)化，湖泊面積逐漸擴大和水體加深，進入水進擴張體系域沉積階段，以發(fā)育偏砂質(zhì)的細碎屑巖地層為主，通常由濱岸或三角洲相的砂、泥巖互層組合組成向盆地邊緣逐漸向陸單向上超的退積式準層序疊加樣式。如此時仍處在較干旱的氣候背景條件下，由于大氣降水量僅接近或略微大于湖盆的蒸發(fā)量與滲流量之和，湖水位上升和湖泊擴張的速率非常緩慢，受湖泊水體擴張的影響范圍不大，沉積環(huán)境相分異程度低，因此，低位體系域與水進擴張體系域的沉積作用非常相似和連續(xù)而難以區(qū)分，通常將兩者合并為水進擴張體系域；（3）氣候變化旋回中期（圖1

47、-13I中的C-D段）該時期氣候非常潮濕，使得大氣降水量不斷增加，湖泊大面積擴張和湖平面大幅度上升，而沉積物供給量逐漸減少和變細，由于水下可容納空間的增長速率從大于至遠大于沉積物供給速率轉(zhuǎn)化，以發(fā)育水進擴張體系域偏泥質(zhì)的細碎屑巖地層為主。盆地邊緣，通常由大套泥巖夾砂巖組成向物源區(qū)方向大幅度上超的退積式準層序組疊加樣式，而在盆內(nèi)則以大套泥巖的連續(xù)加積作用為主，形成最大洪泛期（或湖泛期）的凝縮段沉積；（4）氣候變化旋回晚期（圖1-13I中的D-E-F-G段）早時（D-E段），氣候由潮濕開始向干旱過渡，湖水注入量與滲流量基本相當，湖水范圍不再擴大或略有收縮，水下可容納空間的產(chǎn)生速率與沉積供給速率基本

48、相等，湖平面基本保持不變，因此，以發(fā)育早期高位體系域偏泥質(zhì)的細碎屑巖地層為主，通常由大套泥巖夾砂巖組成連續(xù)加積一弱進積的準層序疊加樣式：中時（E-F段），氣候進入干旱期，湖泊蒸發(fā)量與滲流量之和增大并超出了湖水注入量（或大氣降水量），促使湖盆收縮和湖水位下降，相對應的是可容納空間產(chǎn)生速率很快小于沉積物供給速率，以進積式準層序組沉積為主。晚時（F-G段）為氣候嚴重干旱期，湖盆強烈收縮和湖水位大幅度下降，乃至干涸，湖盆大面積遭受侵蝕而形成層序頂邊界。、湖-海溝通地質(zhì)事件的影響湖-海溝通事件僅發(fā)生在陸緣近海湖盆地中，成因往往與全球性的海平面大幅度上升有關。在海-湖溝通早期，由于海水沿湖盆向海一側的最低

49、出口的溢出點倒灌，造成短期內(nèi)湖泊大面積擴張，可容納空間急劇增加（圖1-14），形成欠補償沉積環(huán)境并沉積大面積分布的泥巖（或油頁巖），在隨后較短的一段時期內(nèi)，湖平面基本與海平面持平，可容納空間的增加速率變小，沉積物供給速率也較小，兩者基本相當，形成以暗色泥巖夾含油頁巖的加積式沉積。之后，由于海平面下降到低于湖盆向海一側溢出點的位置，湖盆很快與海脫離關系，湖域的范圍和水體深度重新回到主要依靠降雨量和河流流量控制的狀態(tài)，由于湖水的注入量通常小于湖水蒸發(fā)量與滲流量之和，湖泊面積逐漸收縮，湖水位連續(xù)下降，可容納空間不斷減少，以形成偏砂質(zhì)的地層為主。因此，受湖-海溝通地質(zhì)事件控制發(fā)育的沉積層序底界面，往往

50、是突發(fā)性海侵形成的沖刷面和海侵夾層，可產(chǎn)有豐富的海相動、植物化石，層序的下部的水進擴張體系域僅發(fā)育大套泥巖夾油頁巖組成的加積式準層序組疊加樣式（圖1-13n中的A-B-C）,上部的高位體系域主要為由砂、泥巖互層組成的進積式準層序疊加樣式（圖1-13n中的C-G）。圖1-14相對湖平面變化速率和海-湖溝通事件對可容納空間增長速率的控制模式五、河流平衡剖面遷移的影響河流平衡剖面是一個抽象的動態(tài)界面,它伴隨著基準面（海或湖平面）的升、降變化或盆地邊緣沉積物的堆積速率和堆積方式而不斷作出相對應的適時調(diào)整,由此導致河流平衡剖面的轉(zhuǎn)移和產(chǎn)生陸上-水下的可容納空間增加或減少的周期性變化（圖1-14）。由河流平衡剖面橫向或垂向遷移所產(chǎn)生陸上-水下可容納空間和沉積層序發(fā)育的方式主要有三種：基準面（?；蚝矫妫┪恢孟鄬Σ蛔兓蛏仙俣确浅＞徛沙练e物不斷向盆地中心方向推進，可引起河流平衡剖面的均衡點位置（水流到達湖泊或海洋的溢出點位置）向湖盆中心方向發(fā)生橫向遷移，由河流平衡剖面連續(xù)向湖盆中心方向遷移而產(chǎn)生新增陸上可容納空間（圖1-1