層序地層學原理及應用

/層序地層學原理與應用姜在興李華啟等編著第一部分層序地層學原理層序地層學是一種劃分、對比和分析沉積地層的新方法。當與生物地層與構造沉降分析相結合時，它提供了一種更精確的地質時代對比、古地理恢復和在鉆井前預測油氣儲集巖、烴源巖和蓋層的方法。層序地層學概念在沉積地層上的應用有可能提供一個完整統(tǒng)一的地層概念，就象板塊構造曾經提供了一個完整統(tǒng)一的構造概念一樣。層序地層學改變了分析世界地層記錄的基本原則，打開了了解地球歷史的一個新階段，因此，它可能是地質學中的一次革命。從本質上說，層序地層學分析提供了劃分層序和體系域等時間地層單位組成的地層格架，這些層序和體系域與特定的沉積體系、巖相和油氣分布有密切聯(lián)系，并形成于與海平面相對變化有關的基準面變化。而這些變化表現(xiàn)為地震資料上的反射不連續(xù)性和測井、巖心與露頭剖面上相帶疊置方式的變化。層序地層學在世界范圍內得到了廣泛的應用，有以下幾方面原因:①消除了地層學中長期存在的年代地層與巖石地層單位與生物地層單位三重命名的混亂現(xiàn)象。地震反射近似地逼近等時面本身，為地層的劃分與對比(至少在準層序級以上)提供了有力的武器。象板塊構造學說提供了全球統(tǒng)一的構造概念一樣，層序地層學也有可能提供一個全球統(tǒng)一的地層學格架和沉積作用格架。②第一次提出了全球統(tǒng)一的成因地層劃分方案(成因地層年表)。過去人們根據某一或二項標志，提出過地層劃分方案(地層年表)，其中有古生物的、巖性的、放射性向位素年齡的、古地磁的方案等。但由于沒有從根本上從地層的成因和發(fā)展上進行研究，因此，出現(xiàn)了許多相互矛盾、無法解釋的現(xiàn)象。層序地層學通過對控制地層形成的四個要素(構造沉降、全球海平面升降、氣候、沉積物供應)的綜合分析，得出相對海平面(或基準面)控制層序形成與發(fā)育的概念。將層序內部和層序之間的成因聯(lián)系確立下來，把地層學從描述性提高到有完整體系的理性階段。③建立了地層分布模式。層序地層學是研究地層分布模式的一門科學，它把層序定義為“頂、底以不整合或與這些不整合相應的整合為界的、成因上有聯(lián)系的一套地層”。層序地層學定義中所說的“地層分布模式”就是這里所指的“成因上有聯(lián)系的一套地層”。具體到每個層序來說，這“一套地層”就是指在一個海平面相對變化周期(兩個相鄰下降翼拐點或拐點附近)沉積的地層。即每個層序都可包括三個體系域:低水位體系域、海侵體系域和高水位體系域(指工類層序)，或者陸架邊緣體系域、海侵體系域和高水位體系域(u類層序)。這些概念是層序地層學的核心，是許多理論和實際工作的依托。④提高了地質學家的預測能力，包括理論預測和實際預測兩個方面。從理論預測上講，一1一通過海平面相對變化的研究，可以預測尚未鉆探地層的年代，預測某些應有的體系域的展布方向、范圍、可能的巖相與其分布，從而對地質發(fā)展史、古地理狀況作出科學的預見。從實際上講，可以通過體系域和沉積相的分布規(guī)律，預測有利于形成油氣藏以與其它沉積礦產的有利分布帶。再進一步，通過高精度高分辨率的地震勘探(尤其是三維地震)、油藏描述烴類檢測等手段，可以進行鉆前油藏、油層質量預測，以至已開發(fā)油田的開發(fā)方案部署、調整、提高采收率預測。⑤把地球科學的研究從定性推向定量。總的來說，地質科學與其它科學相比，是比較偏于推理性的、定性的、描述性的和經驗性的。其根本原因是無法直接了解地下地質條件在時間和空間這四維參量中的真實情況和細節(jié)變化。近年來，由于計算機技術和地震勘探以與其它有關學科的發(fā)展，已經在盆地模擬、構造史恢復、油氣運移、資源評價、儲量計算、儲層質量預測等方面積累了不少經驗，提出了一些定量研究的方法。然而，由于對地層與其所代表的巖相在三維空間和時間上的分布不夠了解，影響了上述評估的確定性，并造成不同評估值之間的重大差異。現(xiàn)在，層序地層學的出現(xiàn)，基本上解決了這個問題。可以相信，在不久的將來，隨著地震勘探和計算機技術的進一步提高，將有可能以層序地層與地震地層學為主線，把地質研究和(或者)油氣勘探的各項主要工作從頭到尾貫穿起來，構成一個系統(tǒng)工

程。在和其它一切與沉積學有關的科學和技術密切配合的基礎上，構成一個從地層劃分、相帶分布、古地理環(huán)境恢復、構造發(fā)育史、油藏形成史、油藏預測、油藏質量預測到油藏開發(fā)效果監(jiān)測的一套完整的、比現(xiàn)在精確得多的定量化研究全過程(據徐懷大，1993),,第二章層序地層學發(fā)展歷史層序作為一種以不整合為邊界的地層單位在1948年由Sloss提出:“層序并不是一個新概念，當作者與他的同事在1948年提出時便已經是舊概念了。這個概念與其實踐和成因地層學一樣舊?！笨墒?，我們應當肯定Slos、對于發(fā)展以不整合為邊界的層序作為地層學的分析工具所做的貢獻。Sloss(1963)在北美克拉通晚前寒武紀至全新世地層之間，以區(qū)域不整合為邊界劃分出了六大地層單位，他稱這些地層單位為“層序”，并且給它們貫以美國當?shù)氐拿?，以強調它們源于北美。盡管Slos、感到這些層序沒有必要應用到超克拉通或超大陸的巖石地層學和年代地層學中，他仍用這些克拉通層序作為實際工作中的實用地層單位，例如相帶等。盡管克拉通層序為層序地層學奠定了基礎，但Sloss的觀點在20世紀50年代、60年代以與70年代前期除Wheeler(1958)之外仍為少數(shù)人所接受。當P.R.Vail,R.M.Mitchum,J.B.Sangree等人的地震地層學理論在美國石油地質學家協(xié)會?？?6號(Payton,1977)上一發(fā)表，層序地層學便進人了另一個重要發(fā)展時期。在一系列專題論文中，專家們提出了海平面升降的概念以與相應應用于由地震反射記錄的以不整合面為邊界的地層型式。Mitchum(1997)闡明并擴展了層序的概念，把它定義為“由有內在聯(lián)系的相對整合的地層序列組成的地層單位，其頂、底界面為不整合面或與之可對比的整合面”。Vail在另外兩個方面修改了Sloss(1963)對層序的應用。首先Vail和Mitchurn的層序比Sloss(1963)的層序包括的時間更短。他把最初的六個克拉通層序進行了更為詳細的劃分。這樣，Sloss的層序便成了Exxon旋回圖上的超層序。其次，Vail提出了海平面升降作為層序演化機理的主導因素，但這一觀點已經引起并將繼續(xù)產生更多的爭論。由于第26號?？恼Q生和日臻完善的地震反射技術的出現(xiàn)，層序作為一種可行的、以不整合為邊界的地層單位進行地層學分析比起Sloss最初的克拉通層序的概念來說確實是一次重大的飛躍。盡管地震地層學理論代表了層序應用發(fā)展歷史過程中邁出的重大一步，但它在20世紀70年代后期卻主要應用于地震資料范圍內的盆地分析中。測井、巖心和露頭一般不能單獨用來分析層序。地震地層學不能提供在儲層范圍內進行沉積地層分析所需要的精度。Jervey(1988)提出的新的實用模型擴展了地震地層學的應用范圍，并且用它來解釋地震可分辨的地層模型。這一模型很快就實現(xiàn)了，層序能夠進一步細分為小的地層單位即“體系域”。從理論上，Posamentier和Vail等(1988)創(chuàng)建了一種三維結構圖，即海底扇體系域、低水位體系域、海侵體系域和高水位體系域(工類層序)或陸架邊緣體系域、海侵體系域和高水位體系域(H類層序).1980年以后，識別出工類層序中的低水位體系中有盆底扇、斜坡扇、低水位前積三角洲、深切谷充填(Vail,1987).在理論模型發(fā)展的同時，受D.E.Fra7ier(1974)和C.V.Campbell(1967)強烈影響的Exxon地層學家們開始分析研究測井、巖心和露頭中向上變淺的硅質碎屑巖地層的沉積模式，目的是要提高地下地層的地質年代和相帶的對比精度。這些向上變淺的地層單位以具有重要年代地層學意義的海泛面為邊界，由紋層、紋層組、巖層和巖層組構成。實踐中層以同期層面為邊界，在測井對比中這是一種非正式年代地層標志。當向上變淺地層單位與組成它們的沉積巖層很明顯地已經成為體系域和層序的組成單元時，這種研究就會迅速地和理論模型趨于一致。雖然有些學者把向上變淺的單位稱為“旋回”，但VanWagoner0990)稱之為“準層序”。Vail等保留了“旋回”的用法，以表明一個規(guī)律性重復事件發(fā)生的時間，并強調了準層序和層序之間的關系。相互關聯(lián)的準層序疊加形成退積、進積和加積式三種型式，這些有明顯聯(lián)系的準層序叫做“準層序組”。每一個準層序組大致對應于一個體系域。另外，每一個體系域都以一個明顯的相組合并在層序中處于一定的位置為特征。認識到準層序和準層序組是體系域和層序的組成單元，就可以把它們置于年代地層學的系統(tǒng)中，這樣，它們的疊加模式、組成巖層類型與在很大程度上還有它們組成部分的沉積環(huán)境都是可以預測的。這就加強了它們在地下地層年代和巖相對比中的應用。準層序的概念，或象它在文獻沖通常用的名字—向上淺變旋回，至少可以追溯到1836年Phillips的著述，也包括他在1912,1930,1950,1967,1971,1975以與1982等年份的著述。Wilson(1975)論述了作為準層序邊界的海泛面在年代地層學上的重要意義，他提出碳酸鹽巖旋回以大范圍的海侵面為邊界面，這些海侵面可能是“最可能接近時間標準的”，它們比每個旋回中不同期的巖相更有效。Krumbein和Sloss(1963)指出，一個前積淺灘砂巖的海侵面近似一個時間界線。Anderson等(1984)和Goodwin與Anderson(1985)基于對美國紐約州赫爾德堡碳酸鹽的研究，也強調了旋回在年代地層學中的重要性，他們把Wilson的向上變淺碳酸鹽巖旋回稱為一個PAC，為間斷式加積旋回的縮寫。到1983年，在美國Exxon公司，地層分析超出了對準層序的研究，已發(fā)展到了對測井、巖心和露頭中硅質碎屑巖層序和體系域的分析。這代表了超越地震地層學的一個重要階段。應用由地層學相互關系定義的測井、巖心和具有很高分辨率的年代地層學系統(tǒng)，就能夠對儲層作地層和巖相分析。隨著硅質碎屑巖層序、碳酸鹽巖相和以層序為標志的生物地層學等的積累以與與地震地層學方法的結合，產生了現(xiàn)在被稱為“層序地層學”的地層學和相分析的系統(tǒng)與方法論。隨著越來越多地用層序地層學方法進行盆地分析，從而產生兩點重要認識:①在許多沉積記錄中硅質碎屑巖以100,000到200,000年的頻率出現(xiàn)。這比原先由地震地層學家發(fā)現(xiàn)的頻率要高得多;②低水位體系域是保存在硅質碎屑巖層序中占主導地位的體系域，在大陸架它的主要組成部分是深切谷。有關深切谷的例子在文獻中已引用。Fisk(1944)記載了與大約27,000年以前開始的最后一次海平面下降相對應的“密西西比峽谷侵蝕下切作用”。密西西比深切沖積谷在有些地方深260m、寬193km。從伊利諾斯州到現(xiàn)在海岸線的下部約三分之二為沖積充填，大約延伸963km遠，充填物包括礫石和粗砂。利用高分辨率的地震資料，Suter等(1985)記錄了穿過墨西哥灣北部大陸架的區(qū)域深切作用，它也是與最后一次海平面下降相對應的。美國西部阿爾必階泥質砂巖與其同期地層中的深切谷均已被人們深人地研究過。層序地層學將深切谷的形成與相對海平面的升降聯(lián)系起來，并首次把深切谷列人層序和準層序邊界的年代地層學范疇。地震、測井、巖心和露頭中層序的詳細分析揭示了在低水位體系域的上傾部分深切谷在時空上廣泛出現(xiàn)。因此，深切谷的年代、分布以與充填物都是可以預測的(Wagoner等，1990).第三章‘層序地層學模式第一節(jié)層序地層系統(tǒng)層序地層學對地層單元的劃分有其自己的體系，見表3-1,3-2。識別和研究這些地層單位與其在地層年代和巖相對比中的應用是層序地層學的關鍵。以下從本系統(tǒng)中的最小單位—紋層，向上至最大的單位—層序進行討論。層序地層系統(tǒng)中的每種地層單位僅用地層的物理關系來定義和識別，這些物理關系包括橫向蓮續(xù)性、單位邊界的幾何形狀、垂直疊加模型以與在單位中地層的橫向幾何性質。而且，對于邊界面兩側地層的巖相與環(huán)境分析都十分重要，尤其是對準層序、準層序組與層序邊界的識別。第二節(jié)紋層、紋層組、巖層、巖層組Campbell(1967)識別出紋層(lamina)、紋層組(laminaset)、巖層(bed)、巖層組(bedset)作為沉積體的組成部分。我們把這些地層單位作為準層序的基本單位。它們的基本性質如表3-1所示，定義與詳細特征如表3-2所示。上述四種地層單位在成因上基本相似，但它們在形成時間間隔與邊界面延伸范圍上有所差別。確定邊界面的主要依據為:①結構變化，②地層尖滅，③以生物鉆孔、植物根或土壤帶為標志的假整合。圖3-1表示地層邊界面的分級標準。邊界面有輕微侵蝕或無沉積，把新老地層分開。其橫向連續(xù)性可以從幾平方厘米的紋層到幾平方公里的巖層或巖層組。這些邊界面形成較快，從幾秒鐘到幾千年，因此在其分布范圍內基本上是等時的。另外，由這些邊界面所代表的時間間隔要比由這些巖層本身所代表的時間間隔大得多。由于這些原因，巖層和巖層組通常用作在多種沉積背景下進行大面積的年代地層對比。加密感應測井(井距由0.8到3km，特別在海相頁巖和泥巖剖面)或連續(xù)露頭上，以巖層或巖層組為基礎的年代地層學分析可提供最詳盡的數(shù)據進行時間地層分析。第三節(jié)準層序一、準層序研究范圍

準層序已經在湖相、海岸平原、三角洲、海灘、潮汐帶、河口灣以與陸架環(huán)境中被識別出來。但是在河流沉積剖面中，沒有海相或邊緣海相不出現(xiàn);在斜坡或盆地剖面中，因沉積在海平面以下很深地帶，故不受水深增加影響，對上述環(huán)境所形成的準層序很難鑒定。本文所說的準層序是指那些在各種環(huán)境下所形成的能夠識別的準層序。二、定義

I.準層序(Parasequence)準層序為以海泛面或與之相應的界面為邊界的一組有內在聯(lián)系、相對整合的巖層或巖層組序列，在層序中有特定的位置。準層序可以以層序邊界為頂界面或底界面。2.海泛面(Floodingsurface)

該界面將新老地層分開，橫穿該界面水深明顯地增加。這一加深通常伴隨有較小的水下侵蝕或無沉積(但不會出現(xiàn)由河流回春或相帶向盆地內移動而造成的陸上侵蝕)，并有一個較小的間斷標志。海泛面在海岸平原與大陸架上都有一個相應的界面。三、特征

準層序特征在表3-1中已列出。絕大多數(shù)硅質碎屑巖準層序是進積型的，即較新沉積的砂巖向前、向盆地方向連續(xù)進積。這一沉積模式形成一個向上變淺的相帶分布，即新巖組逐漸地沉積到淺水水域。大部分硅質碎屑巖與碳酸鹽巖的準層序屬這種向上變淺的序列。向上變粗與向上變細的地層序列的測井曲線與地層特征如圖3-2所示。在典型的向上變粗序列中(圖3-2A到3-20，巖層組變厚、砂巖顆粒變粗、砂泥巖比例向上增加。而在向上變細的準層序中(圖3-2D)，巖層組變薄、砂巖顆粒變細(通常達到泥和煤的粒級)、砂泥巖比例向上減小。向上變粗與向上變細準層序中的垂向相帶關系揭示了水深逐漸變淺的歷程。水深逐漸減向上變粗與向上變細準層序中的垂向相帶關系揭示了水深逐漸變淺的歷程。水深逐漸減小的跡象，如前濱巖層組明顯地位于下臨濱巖層組之上，在準層序內還沒有觀測到。同樣，指示水深逐漸增加的垂直相帶關系也沒有在準層序內觀測到。即使“向上變深”準層序確實存在的話，它們在巖石記錄中也可能是罕見的。大多數(shù)“向上變深”的相帶組合可能是由退積準層序組向后疊加產生的。在有些環(huán)境中，硅質碎屑沉積致密或水體太深、巖性變化不明顯，因此形成的準層序難以辨認。在這些剖面中，地層出現(xiàn)水體向上逐漸加深的現(xiàn)象，只有小心地觀察才能揭露標志準層序邊界的海泛面的微弱證據。準層序中巖層組沉積的物源是在海岸線附近的河口區(qū)。準層序從盆地邊緣向盆地中心充填，海岸線向盆地內部移動是通過準層序進積來完成的。沉積在中至外陸架上的準層序，除在海平面相對下降時期外，通常不在內陸架沉積。但也不排除個別例外，如南非的現(xiàn)代濱岸，強大的洋流橫掃三角洲前緣的沉積物，進而在整個陸架上形成沙浪并沉積。如果地史時期存在相似的地質背景，那么就會形成與此類似的沉積。四、準層序邊界準層序邊界是海泛面與與之相應的界面。它無論是從地區(qū)性還是到盆地范圍內都是平坦的界面，表現(xiàn)為在大區(qū)域內僅有較小的地形起伏。通過海泛面可明確地區(qū)分開其上覆的深水巖石(如陸棚泥巖)和其下伏的淺水巖石(如濱海相砂巖)。這個海泛面伴隨有短暫的沉積間斷，具有較弱的海底侵蝕或者無沉積，與海泛面有關的海底侵蝕程度在Im范圍內(但更可能的范圍是從幾厘米到幾十厘米)發(fā)生變化是正常的。人們在具海泛面的巖心或露頭上發(fā)現(xiàn)少量海進滯留沉積，它們的分布與層序邊界不一致。海進滯留沉積在這里定義為一種厚度通常小于0.6m、較粗粒物質的層狀沉積，由生物介殼、介殼碎片、粘土撕裂屑、鈣質結核和硅質碎屑礫石或卵石組成，它們來源于下伏巖層，是由于海進期間海岸帶巖石受侵蝕所成。而且這種物質集中在海進面頂部形成不連續(xù)的地層，通常分布在內至外陸棚上。在巖心或露頭中觀察海泛面可以用這種沉積顆粒(如以上列出的)為標志進行邊界識別，然而當海侵滯留沉積出現(xiàn)在海泛面上時，則該沉積明顯地來源于下伏巖層，如卵石質砂巖頂部的薄層硅質碎屑礫石。更常見的情況是滯留沉積出現(xiàn)在與層序邊界一致的海泛面上，在這種情況下，滯留沉積與下伏沉積沒有明顯的同源性。下文將簡述四種類型的滯留沉積，其中只有第一類是海侵滯留沉積。第一類滯留沉積由分布不連續(xù)、形狀不規(guī)則、直徑達2.5cm的鈣質結核組成，位于海泛面上，與位于深切谷底部或河間地帶的層序邊界一致。它來源于層序界面暴露地表期間在土壤層中形成的鈣結礫或鈣質結核，后來的海侵搬運走了相對容易剝蝕的土壤，使結核作為滯留沉積物集中形成于海侵面上。這些結核通常作為土壤層存在的唯一標志，除非在海侵陸棚的低凹地帶保存有零散的殘余土壤層。第二類滯留沉積是由強烈的生物擾動、波浪或水流對準層序的改造作用直到海泛面以下1.5m形成的，它篩去了較小的顆粒并使較粗的顆粒集中。這種改造作用逐漸向下進人下伏巖層，所以剩余準層序與被改造的沉積物之間沒有任何能區(qū)分它們的界面。這種改造作用可解釋為因風暴或海進之后，海侵面上形成相當數(shù)量的小顆粒沉積之前，由正常的兩棲動物群活動所致。在某些地方，生物擾動作用和海底出露可以形成堅硬的地面。一般來說，_這種滯留沉積形成于海泛面之上，與層序邊界一致。第三類滯留沉積通常發(fā)現(xiàn)于海泛面之上，它在海平面上升之后，一定數(shù)量的較細顆粒的硅質碎屑沉積物前積于陸棚之前出現(xiàn);并伴隨有機或無機碳酸鹽巖在海泛面上聚集。有機碳酸鹽巖以介殼層的形式形成于海泛面上，為厚度可達1.8m、廣泛分布的板狀巖層，雖然這些介殼層被風暴篩選或重新改造，但這些生物遺體說明了它們是陸架上固有的而不是來源于下伏巖層。在沿著美國馬里蘭州一個懸崖分布的中新世地層中，這些類型的介殼層位于海泛面之上并與層序邊界一致，無機碳酸鹽巖以鱺狀灰?guī)r或豆狀灰?guī)r的形式在海泛面上形成灘或

壩，特別是這些地方無機碳酸鹽巖層與遠離深切谷的邊界一致。在一次緩慢的海平面上升期間，當靠外的部分陸棚隨海平面處在低水位期被較淺的海水覆蓋時，這些顆粒類型聚積起來，波浪攪動作用足以使之形成鱺?；?guī)r或豆狀灰?guī)r。最后，當連續(xù)海平面上升使得碳酸鹽巖顆粒位于波基面以下時，淺灘停止發(fā)育并且可能因風暴就地改造而分布于陸棚上。第四類滯留沉積很可能是最常見的類型，它是一種位于深切谷底部層序邊界之上的河道滯留沉積，是在海平面下降期間形成的。主河道滯留沉積由各種類型的顆粒組成，最常見的有滾圓的隧石、石英或石英巖，其厚度范圍從僅一個卵石厚的薄透鏡體到上米厚的巖層。因此這種滯留沉積形成于海平面下降期間，這將在“層序邊界特點”部分討論“深切谷”時進行闡述。海泛面在海岸平原和陸棚上都有一個相應的界面存在。在海岸平原上的相應界面不是以烈的陸上侵蝕、河道回春、海岸超覆下移或下覆巖層的上超為標志，而可能以由于河流作用造成的局部侵蝕或暴露大氣中的原地證據來鑒別，如正常情況下在海岸平原沉積中發(fā)現(xiàn)的土壤層或含植物根層等。陸棚上的相應界面是一個整合面，沒有明顯的沉積間斷顯示，它可通過薄層的遠洋或半遠洋沉積來鑒別。這些沉積物包括薄層的碳酸鹽巖、富含有機質的泥巖、海綠石和火山灰等，反映了陸源沉積物的缺乏。海岸平原中或陸棚上的相關界面通常只能根據海泛面上傾或下傾對比來鑒別。在平靜的深水環(huán)境里，如大陸坡或海盆底，準層序邊界也不能識別出來。準層序邊界的特征表明它們是由于水深的突然增加而形成的。水體加深的速度足夠地快，從而阻止了沉積的發(fā)生。圖3-3簡單地說明了準層序邊界的形成過程。在兩種特殊情況下，如圖3-4所示，準層序以層序邊界為上界或下界。第一種情況(圖3-4中的上圖)層序邊界截切下伏海進體系域中的準層序并侵蝕到下臨濱砂巖(A井)和海相泥巖(B井)中。隨后低水位岸線準層序沉積在層序邊界的頂部，原因是:①較新的準層序上界以海泛面為邊界，下界以層序邊界為界;②較老的準層序上邊界以侵蝕性層序邊界為界，下邊界用海泛面確定。從該例中正確的與錯誤的準層序解釋相比可知，準層序邊界解釋必須以層序邊界的確認為基礎，如果層序邊界不能識別，就會導致層序解釋的錯誤。在第二種情況下(如圖3-4中的下圖)，2井中的層序邊界表現(xiàn)為陸上暴露面，它與海泛面一致。這兩個面的并置使得一個準層序的上、下邊界分別由層序邊界和海泛面定出。2井中最新的準層序頂部存在三個一致的界面:①準層序邊界最初由海泛面定出，海泛面很可能形成于高水位末期;②層序邊界表現(xiàn)為陸上暴露面;③最后的海泛面形成于海平面上升時期，結束于低水位期。位于區(qū)域層序邊界框架中的準層序邊界是進行測井和巖心局部性時間和巖相對比的最好界面，也是編制古地理圖的重要界面。原因是:①準層序邊界易于識別并能分開新老地層;②這些邊界迅速形成，也許數(shù)百年至數(shù)千年就能形成，這個近似的時間標志對于年代地層學很有用;③層序邊界在成因上與巖相組合有關，因而它能為層序內測井橫剖面的巖相解釋和對比提供一個基本格架;④當準層序邊界延伸范圍很廣時，能夠在盆地內進行局部井間地層對比。但是當鉆井密度過小時則很難用于區(qū)域性對比。由于這個原因以與準層序分布對沉積物供應十分敏感，準層序邊界在作區(qū)域性年代和巖相對比時通常不是好的界面。五、準層序的側向巖相組合

側向巖性關系能夠預測所觀察巖心中的巖石類型，由于準層序中每個巖層組的相帶變化類型是相似的，因而巖層組之間沒有明顯的年代地層間斷。一個準層序是由一組有內在聯(lián)系的巖層或巖層組序列組成的。在海灘準層序中的一個巖層中(圖3-5所示)，可從由向海輕微傾斜的、水平的和平行的前濱紋層變化到向著盆地傾向急驟變陡的、具槽狀交錯層理的上臨濱前積紋層。在準層序中這些前濱和上臨濱巖石構成了潛在的油氣儲層。具交錯層理的巖層向海方向逐層漸次變成下臨濱具波狀層理的巖層。最后，沉積在下臨濱的相同巖層組向海方向追索可看到厚度只有幾厘米的砂巖巖層組，由于受潛穴生物的強烈擾動而使得這里的邊界線不清楚。在向陸方向，準層序中的前濱與上臨濱巖層組或者突然相變?yōu)闆_溢扇，換句話說也就是相變成海岸平原泥巖和薄層砂巖，或者被潮汐口削蝕。由于進積作用，組成準層序的整個垂直地層序列在一個準層序中很難在任何點都是完整的。準層序向陸方向超覆并尖滅在層序邊界上，或尖滅于向上傾斜的海岸或沖積平原的局部河道侵蝕面上;或與層序邊界一起尖滅在廣闊的河道切口上。由于逐漸變薄，頁巖圈閉以與伴隨地層變薄而下超到較老的準層序、準層序組或層序邊界之上，從而準層序向著盆地方向失去了它們的一致性。準層序邊界根據測井曲線可在橫向上追蹤幾十公里。六、沉積機理分析

在三角洲、海灘或潮坪環(huán)境中，當沉積速率大于岸線可容空間增加的速率時，就會形成淺海相準層序。這種增加的可容空間就是新增空間，可解釋為海平面升降與地殼升降共同作用的結果。當岸線沉積物供給速率小于新增空間的形成速率時，則形成準層序邊界。在這些條件下，海岸線通常迅速后退，并只有很少的海相沉積保存在地層記錄中。海泛面是新增空間形成速率大于沉積物供應速率的唯一標志。準層序邊界的形成有三種機理。第一種經證實的機理是隨分流河道沉積之后，在三角洲朵體內由于底積泥巖的壓實作用使水深相對快速增加而形成的，朵體的水侵產生一個截然的、水平的、有輕微侵蝕的界面，其上通常只有很少或沒有保留海侵滯留層。這種準層序邊界在面積上與三角洲朵體本身范圍相當。Frazier等(1967)提出，在美國路易斯安那州東南部的圣伯納德全新世三個最新的三角洲的分布范圍在777到7,770km2之間，而朵體的持續(xù)時間為800-1,400年。由于每個三角洲朵體的分界面分布范圍廣泛且形成迅速，從而為地下較大范圍內年代地層和巖石地層分析提供了地區(qū)性時間分界線。第二種準層序邊界是由于沿斷裂構造活動帶發(fā)生的沉降而使海平面相對迅速上升而形成的。例如，1964年美國阿拉斯加地震與1960年智利地震，產生的最大海岸沉降幅度分別達2-3m.Plafker等(1970)還記錄了沿智利海岸線由地震產生的長達963km、寬112km的沉降帶。沿著低洼的海岸線，這樣的沉陷會快速淹沒大面積的海岸沉積，因而產生準層序邊界。海岸鹽拱附近或生長斷層附近在幾千年內沉降速率的短期增加也能造成局部海平面相對上升，從而足以淹沒海岸沉積、產生準層序邊界。準層序邊界形成的第三種機理是海平面升降機理，這將在后面“層序”一節(jié)中的“沉積機理分析”中加以討論。第四節(jié)準層序組一、定義

準層序組(Parasequenceset)由一組成因相關且具特征疊加方式的準層序構成，其頂?shù)滓源蟮暮７好媾c與之相應的面為界。其特征總結見表3一2.二、準層序組邊界

與準層序邊界一樣，準層序組邊界也是海泛面與與之相應的界面。準層序組邊界①把典型的準層序疊加方式分開，②可與層序邊界一致，③可以是體系域的下超界面或邊界。三、準層序組類型根據沉積速率與新增空間速率之比可將準層序組中準層序的疊加方式分為進積式、退積式或加積式三種類型。圖3-6系統(tǒng)地表明了這些疊加方式與其測井特征。在一個進積式準層序組中，總是向盆地方向沉積一系列連續(xù)的、新的準層序;即沉積速率大于新增空間速率。在退積式準層序組中，向陸地方向發(fā)育一系列連續(xù)的、新的準層序;即，沉積速率小于新增空間速率。盡管退積式準層序組中的每個準層序都向陸地加積，但這種準層序組以“海侵模式”的方式向上加深。我們應用“退積”這個術語，其含義是海岸線或濱線的后退運動(向陸方向)，是進積的反義詞。在加積式準層序組中，一系列新的準層序一個個疊加，而沒有明顯的橫向移動;總之，新增空間速率大約等于沉積速率。四、準層序組中相的垂向關系

準層序組可以從一口井的測井曲線中識別出來。在一個進積式準層序組中(見圖版3-1)，一系列新的準層序包含著沉積在淺海至海岸平原中的砂巖沉積，和下伏準層序沉積相比孔隙度大、砂巖比例高。井中最新的準層序可能全部由沉積在海岸平原環(huán)境中的巖石組成。另外，在這種準層序組中，新的準層序一般比老的準層序厚度大。在退積式準層序組(見圖版3一1)中，一系列較新的準層序比下伏準層序含有更多沉積在深水海相環(huán)境中的頁巖或泥巖。例如下臨濱、三角洲前緣或陸架環(huán)境等準層序組中的最新的準層序全部由陸架上沉積的巖石構成。另外這種準層序組中較新的準層序一般比較老的準層序薄。五、對比的概念利用準層序和準層序組對比通?？色@得與用傳統(tǒng)的巖性地層學對比方法大為不同的結果。傳統(tǒng)的巖性地層對比是根據層、砂巖或泥巖層的“頂”為標志進行的。為了圖示說明這兩種對比方法的某些差別，這里將穿越一個進積式準層序組和一個退積式準層序組的示意橫剖面與典型的巖性地層對比剖面進行了對比(圖3-7一圖3-8)}圖3-7的進積式準層序組橫剖面是以準層序組邊界為標志而建立起來的。每個較新準層序的淺海和濱岸平原巖石均向上和向盆地方向逐次發(fā)育，海灘砂巖是有利的儲集巖。由于許多砂體在泥巖中上、下是孤立的，因而保證了較差的垂向連通性并有可能隔開油一水界面。由于濱岸砂巖的合并，在海相巖石向上傾尖滅而變?yōu)闉I岸平原巖石的尖滅區(qū)附近有些儲集巖仍有可能具有較好的垂向連通性。圖3-7中的巖性地層剖面是以淺海砂巖的頂(面)作為標志層而建立起來的，因為這種邊界:①通常是煤沉積的場所，從而提供了一個良好的測井曲線標志;②在SP和伽馬測井曲線上具明顯的界線;③在各種測井曲線中，如沉積相測井、孔隙度測井曲線中均有類似的電阻率影響，因而各種塊狀淺海砂巖中的流體也是類似的。按常規(guī)做法，如果這種基準面一旦選定，并且通過連接砂巖頂進行巖相對比，那么儲層的連通性就會被夸大，不同的砂巖成因也就被混同起來，其結果是可能的淺海砂巖儲層就會被解釋成向上傾方向相變或海相頁巖和泥巖。圖3-8中的退積式準層序組橫剖面是以準層序組邊界為標志層而建立起來的。這種邊界向盆地追索進人具有特征電阻率測井標志層的頁巖中。每個準層序進積，而每套淺海砂巖向上傾方向相變?yōu)闉I海平原沉積。淺海砂巖儲層上、下孤立于海相泥巖中，通常具有獨立的油一水界面。圖3-8中的巖性地層橫剖面是以每口井中最新的主要淺海砂巖頂作為標志層而建立起來的。這種分界是明顯的巖性中斷。由于其通常以電阻率突變?yōu)闃酥?，因而在所有的井中此界面的測井曲線形態(tài)相似且易于識別。應用這種界面進行測并曲線對比，可能會解釋出一套連續(xù)分布、厚度較薄的淺海相砂巖。這樣，儲層的連通性被夸大了，而且可能的儲集砂巖被錯誤地連成了具有統(tǒng)一油一水界面的同一砂體。開發(fā)資料表明，在這種儲層中至少有兩個油一水界面時，此時地質學家經常加開一條斷層，以解釋開發(fā)資料和地層解釋之間的矛盾。就在該套巖層之上的頁巖中通常保存有底棲動物群。運用初次出現(xiàn)的底棲有孔蟲作為對比手段得出了與應用砂巖頂所獲得的對比一樣的結果，因為這些動物的發(fā)育受沉積相的控制。這是層序地層對比法與巖石地層或生物地層對比法差異性的極好例子。第五節(jié)層序一、定義

I，層序(Sequence)層序定義為一套成因上相關的、相對整合的連續(xù)地層序列，其上下以不整合或與不整合相對應的整合面為界。準層序和準層序組是層序的構成單元。’層序的特征見表3一1。2.不整合(Unconformity)

不整合為將較新和較老地層分開的面，沿此面有地表剝蝕的證據，在某些地區(qū)，還有相應的海底侵蝕或地表暴露的證據，并具有明顯的沉積間斷。這個定義限定了這類不整合只能應用于陸地表面與其相應的海底侵蝕面。本節(jié)所用的不整合定義不包括局部的同生剝蝕作用和與地質作用伴生的沉積作用，如點砂壩的發(fā)育或風成砂丘的移動。3.整合(Conformity)整合為分開較新和較老地層的面，沿此面沒有任何侵蝕或無沉積的證據;并且沿此面亦有任何明顯沉積間斷的表現(xiàn)。但它可包括這樣的一些面:在這此面上，僅有很緩慢的沉積作用，或很低的沉積物聚集速率，非常薄的沉積物卻代表很長的地質時期。層序根據客觀標準(包括邊界面類型、準層序組的分布，以與其在層序內的位置)可進一步分成體系域(systemstract)。體系域可用幾何形態(tài)與沉積相的組合來表征。體系域的定義為同期沉積體系的組合;沉積體系為巖相的三維組合。下文定義了四個體系域:低水位(lowstandsystemstract，簡稱低位域，LST)、陸架邊緣體系域(shelf一marginsystemstract,又叫陸棚邊緣體系域，SMST)、海侵體系域(transgressivesystemstract，又叫海進體系域，海侵(進)域，TST)與高水位體系域(highstandsystemstract，簡稱高位域，HST)。低水位和高水位是描述性的術語，指在層序內的位置;當指體系域時，這些術語不表示時間間隔、或在海平面變化周期相對旋回上的位置。在巖石記錄中識別出了I類和且類兩種類型的層序，它們的定義和識別是根據:①層序邊界之間組成體系域的地層組合，②邊界不整合的類型。工類層序是由低水位體系域、海侵體系域和高水位體系域所組成，其下伏邊界為工類不整合與其對應的整合。11類層序由陸架邊緣體系域、海侵體系域和高水位體系域所組成，其下伏邊界為n類不整合與其對應的整合。工類層序的形成是在沉積岸線坡折處，當海平面下降的速率超過沉降速率，并在那里產生了相對海平面下降的時期形成的。沉積岸線坡折是陸棚上這樣的一個位置:該位置的向陸一側(方向)，沉積表面處于或接近基準面，通常是海平面;而該位置的向海一側(方向)，沉積表面在海平面以下。這個位置大體上與三角洲河口砂壩的向海一端或與濱岸環(huán)境的上臨濱一致。Vail等(1981)把沉積岸線坡折稱作“陸架邊緣”。層序內體系域的分布部分地取決于沉積岸線坡折和陸架坡折之間的關系。我們把陸架坡折(shelfbreak)定義為海洋盆地內這樣的一種自然地理區(qū):該區(qū)海底坡度(角)從大陸架(陸架坡折的向陸一側，坡度小于1:1,000)到大陸坡(陸架坡折向海的一側，坡度大于I:40)有明顯變化。在現(xiàn)今的高海水位期間，陸架坡折的水深變化為37m至183m。在許多海盆中，在相對海平面下降時期，沉積岸線坡折離陸架坡折向陸側的距離為160kn〕或更遠一點。在另外一些海盆中，如果高水位體系域已進積到陸架坡折區(qū)，那么，在海平面相對下降時期，沉積岸線坡折可能位于陸架坡折處。fl類層序邊界是在當時的沉積岸線坡折處，當海平面下降速率略小于或等于盆地沉降速

率時形成的。這意味著對第n類層序邊界來說，在沉積岸線坡折處沒有相對的海平面下降。二、I類層序的地層模式

盆地的幾何形態(tài)從根本上影響著工類層序的地層格架。沉積于具有陸架坡折盆地的工類層序和沉積于具有斜坡邊緣盆地的工類層序相比，具有不同的低水位沉積組合(形態(tài))?，F(xiàn)將沉積于具陸架坡折盆地和沉積于具斜坡邊緣盆地的工類層序與其組成體系域比較于后。I.具陸架坡折邊緣的盆地

一個理想的I類層序的低水位、海侵和高水位體系域內的準層序和準層序組的分布格局如圖3-9所示。這種類型的層序是沉積于這樣的一種盆地:1)具有界線分明的陸架、陸坡與盆底地形;

2)陸架坡度小于0.5'，陸坡坡度3’一6'、沿海底峽谷壁坡度10*;3)具有相對突變的陸架坡折，把低角度的陸棚沉積物與坡度陡得多的陸坡沉積分開;4)從淺水區(qū)到更深的水區(qū)有相對突變的過渡帶;

5)具傾斜的斜坡地貌形;

6)如果海底峽谷一旦形成，則在沉積岸線坡折以下具有與海平面下降相應的下切侵蝕作用;)具可能的盆底扇和斜坡扇的沉積作用。除此之外，下述的附加條件也必須存在:

1足夠大的河流體系以切成峽谷并把沉積物供給盆地;2)足夠的可容空間，以保存準層序組;

3)海平面下降的速率和幅度足以能在或略微超過陸架坡折處沉積低水位體系域。下面要討論的組成準層序組皆是那些在各種體系域中最常遇到的準層序組。沿盆地邊緣沉積物供給速率的變化與相對海平面的變化都能導致不同的準層序組在陸棚上不同地區(qū)的同時沉積。因此在同一層序內，在陸棚上從一地區(qū)到另一地區(qū)，體系域的邊界可以隨時間而變化。一個理想層序內體系域的基本地層組成(圖3-9)將在下文討論。盡管該圖中容進了海底扇，但這并不意味著表達了這種層序的精確厚度。如前所述，層序的定義是根據組成地層與邊界面的類型，而不是根據厚度或形成的時間。例如一個以不整合為界的地層單元，如其組成體系域不具內部不整合(按本書定義)，就是一個層序。這個層序可以是數(shù)米厚，僅能在測井曲線上或巖心與露頭上方可識別;也可厚達上百米，在地震剖面上即能識別。(1)低水位體系域(見圖版3-2、圖版3-3、圖版3-6)

低水位體系域由盆底扇、斜坡扇與低水位楔狀體所組成。一般地講，盆底扇主要是砂質，由鮑馬序列的Tab,Tac和被削蝕的Ta所組成的地層。其似乎類似于Mutti(1985)的第I和第H類型的扇。盆底扇可能沉積在峽谷口處，也能夠遠離峽谷出口而廣泛發(fā)育。盆底扇在陸坡或陸架上毫無同期的巖石。斜坡扇由具天然堤的濁流溝道和漫溢沉積物所組成，上伏于盆底扇之上，并被上覆的低水位楔狀體所下超。斜坡扇好像與Mum的第Ul類型的扇相類似。低水位楔狀體由一個或多個組成楔狀體的進積準層序組所組成，其遠源部分由厚而又多為頁巖成分的楔狀沉積單元構成，該單元下超在斜坡扇上。準層序在盆底扇和斜坡盆地沉積環(huán)境中是難以識別的，因為在這些環(huán)境中，沒有任何來識別水體向上變淺的標志。這些環(huán)境中的扇葉體以向上變薄和變細的巖層組為特征，或以向上變厚和變粗的巖層組為特征，可能代表準層序。深切谷(Incisedvalley)是溝切的河流體系，其通過下切作用使其河道向盆地延伸并切人下伏地層，以與海平面的相對下降相呼應。在陸棚上，深切谷以層序邊界為下界，以首次主要海泛面為上界。圖3-9左邊的測井曲線說明了深切谷中常見充填沉積物的測井曲線型式，據測井曲線形態(tài)解釋為辮狀河道，它與陸棚泥巖呈突變接觸。這種沉積環(huán)境的異常垂向伴生組合叫做沉積相向盆地的遷移(basinwardshiftinfacies)，它是因海平面下降而形成的。沉積相向盆地遷移是在這樣的情況下發(fā)生的:沉積在層序邊界之上的淺海至非海相地層直接位于更深水沉積地層(如層序邊界之下的中一外陸棚泥巖和薄層砂巖)之上，二者之間無中間過渡環(huán)境沉積。沉積相向盆地遷移既可以是過渡相被剝蝕的結果，也可以是由于環(huán)境的快速遷移而缺乏沉積作用的結果。相向盆地遷移因分流河道不同而異，這將在“層序邊界特征”部分中予以討論。區(qū)域地層分析表明，硅質碎屑巖層序中的儲層主要發(fā)育在低水位體系域內(2)海侵體系域(見圖版3-4)海侵體系域下界為海侵面，上界為下超面或最大海泛面。海侵體系域內的準層序逐次后退，以退積式準層序組發(fā)育為特征。在這種體系域中，隨著依次堆積的較新的準層序向陸的逐步推移，其水體向上逐漸變深。與海侵體系域中最新準層序的上界相一致的下超面同上覆高水位體系域的斜積可能合并，而且厚度非常薄。正是在海侵至早期的高水位體系域發(fā)育期間，這種密集層段才沉積下來。密集段(Condensedsection,凝縮層，緩慢沉積段)是由薄層的半遠洋或遠洋沉積物所組成的相，這類沉積物是在準層序逐漸向陸推而陸棚區(qū)又缺少陸源沉積物時期沉積的?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，在這種缺少陸源物質的層段內動物群的分異度和豐度在整個層序內部都是最大的。盡管密集段一般很薄，沉積物聚集速率很低，且經歷了很長時間，但其沉積作用卻是連續(xù)的。在最大區(qū)域性海侵時期，密集段分布最廣。這些特征對地層分析有兩個重要的應用價值。第一，如果對用來確定生物地層年代的露頭、巖心或巖屑樣品不加選擇，那么該層段就會被遺漏掉。如果沒有發(fā)現(xiàn)它，那么，在生物地層記錄中就可以出現(xiàn)一個明顯的時間間斷，因而也就會使地質學家在沉積作用實際連續(xù)的地區(qū)假想出一個大的不整合。第二，密集段一般比其上、下巖石所含的深水動物要豐富，種屬也更多。在海侵或低水位體系域的多數(shù)河流、河口灣或淺海砂巖中，很少或根本找不到動物群。如果一口井穿過了幾個層序，但我們僅依靠采集了密集段中的動物群樣品而不注意根據同一層段的測井或地震資料進行沉積環(huán)境解釋，那么就有可能對采樣段作出連續(xù)深水沉積環(huán)境的解釋。從而遺漏了幾個重要的層序邊界，而沿著這種邊界，河流或淺海的相的優(yōu)質儲集砂巖可能被搬運到了盆地的更深處。此外，這種砂巖還可能被錯誤地解釋為沉積在深水之中了。(3)高水位體系域(見圖版3-5)

高水位體系域的下界為下超面，上界為下一個層序的邊界。早期的高水位體系域通常由一個加積式準層序組所組成，晚期的高水位體系域則由一個或多個進積式準層序組構成。理想的高水位體系域如圖3-9所示。在許多硅質碎屑巖層序中，高水位體系域明顯被上覆層序邊界所削蝕，其厚度較薄且富頁巖。2.具抖坡邊緣的盆地斜坡邊緣上的沉積作用有以下特征:I)均一，具小于1。的低角度斜坡，最常見的斜坡小于0.5o;2)疊瓦狀至S形的傾斜形態(tài);

3)在緩坡和陡坡之間不存在突變的坡折;4)從淺水區(qū)至更深水區(qū)，水體的深度沒有突變;5)海平面相對下降可使下切作用至低水位濱岸沉積，但不會再向下進行;6)具有低水位三角洲與別的濱岸砂巖的沉積作用(盆底扇與斜坡扇不大可能沉積在斜坡邊緣上)。美國西部與加拿大內陸前陸盆地中的白Y紀地層具有這種類型的層序。Asquith(1970)曾說明過幾個輪廓明顯的S形到疊瓦狀傾斜形態(tài)的例子;這些傾斜地層的現(xiàn)今坡度為0.5'或更小一點，分布于懷俄明州的華沙基、大霍恩與波德河盆地。盡管工類層序中具陸架坡折邊緣和斜坡邊緣盆地中的海侵體系域和高水位體系域類似，但二者中的低水位體系域卻不同。厚而富含頁巖的低水位楔狀體、斜坡扇和盆底扇是不大可能形成于這種低水位體系域中的，因為斜坡上的沉積坡度較低且均一。然而斜坡邊緣盆地的低水位體系域卻一般都由寬窄不一的深切谷所組成，其通常被潮控三角洲沉積物與同期上傾方向的河流相地層所充填。在其海侵體系域或高水位體系域內經常發(fā)現(xiàn)有低角度的傾斜地形。在這種類型的盆地中，三角洲前緣濁積巖較常見，但可能被誤認為是海底扇。工類層序沉積作用有兩個端元。在第一個端元中，海平面的相對下降足以把低水位海岸線推移到沉積岸線坡折之外而到達陸架坡折，從而可能形成峽谷和海底扇。在第二個端元中要么海平面相對下降把低水位濱線移到了沉積濱線坡折以外，沒有到達陸架坡折，要么因斜坡邊緣盆地中根本沒有陸架坡折存在，結果使得低水位體系域由較薄的楔狀體組成，而根本沒有峽谷和海底扇的形成。三、n類層序中地層模式u類層序中的準層序組與體系域的分布如圖3-10所示。n類層序中最低的體系域是陸架邊緣體系域。ff類層序可沉積在陸棚的任意地方，并且由一個或多個輕微進積或加積的準層序組構成。這些準層序組由具上傾濱岸平原沉積物的淺海準層序組成。陸架邊緣體系域的底界是且類層序邊界，其頂界是陸棚上第一個明顯的海泛面。且類和I類層序的海侵體系域和高水位體系域是類似的。沉積在斜坡邊緣上的n類(圖3-10)和工類層序(圖3-9)總體上類似，兩者都缺少扇和峽谷，并且兩者初始的體系域(ff類層序的陸架邊緣體系域與工類層序的低水位體系域)均是在陸棚上沉積的。然而沉積在斜坡邊緣上的11類層序與I類層序不同，其在沉積岸線坡折處沒有任何相對的海平面下降。因而n類層序也就沒有下切谷，并且也缺少明顯的侵蝕削蝕，因這種侵蝕削蝕乃起因于河流的回春與沉積相向盆地的遷移。.四、層序邊界特征層序邊界是不整合與其對應的整合，是橫向上連續(xù)廣泛分布的面，至少覆蓋整個盆地，并且好象同時發(fā)育在世界范圍內的許多盆地中。層序邊界把邊界之下的所有地層和邊界之上的所有地層分隔開來，并且也具有年代地層學的意義。測井曲線橫剖面的層序邊界對比為相分析提供了高分辮率的年代地層學框架。如果有足夠的井控資料可以利用，那么，這種框架在年代地層劃分中將不止等同于其它的手段或許優(yōu)于其它手段;并且如果有必要的話這種框架還可以從測井數(shù)據庫中開發(fā)出來。下面將分兩部分來討論層序邊界:識別標志和深切谷。I.識別標志

用測井曲線、巖心或露頭資料識別層序邊界不整合面的標志，對工類層序邊界來說包括相向盆地的遷移;對工或u類層序邊界來說也包括準層序疊積型式的垂向變化。做為后一種識別標志的示例，現(xiàn)研究一下三個準層序組的情況:從老至新的垂向疊加順序為退積式準層序組、進積(或加積)式準層序組、退積式準層序組。在這種情況下，進積(或加積)準層序組的頂或底通常有一個層序邊界。在測井曲線或露頭剖面上，且類層序邊界不整合的識別標志包括上覆地層的上超、濱岸上超的向下遷移、具輕微剝蝕的地表暴露、層序上傾方向與濱岸平原部分內沉積岸線坡折的向陸遷移，但在這里對比不太精確。由于這個原因，在測井曲線或露頭剖面上這些標志難以識別。但用上述準層序的疊積形式，u類層序邊界最易識別。根據研究，硅質碎屑巖中ff類層序邊界在大多數(shù)盆地中似乎不多見。在測井曲線或露頭剖面上，I類層序邊界不整合部分的識別標志包括下述幾個方面:1地表侵蝕剝蝕，具有橫向上相應的地表暴露面，以土壤或根土層為標志;以與橫向上相應的海底侵蝕，特別是在深水斜坡環(huán)境中必然存在。2)上覆地層或上超在深切谷邊緣上或者上超在濱岸上，但地層上超必然存在。3)濱岸上超的向下遷移;然而這通常在測井橫剖面上不能顯示出來，因為許多濱岸超發(fā)育在層序的上傾河流部分，而這里進行精確的測井對比是困難的;因此，必須應用沉積相向盆地的遷移。4)侵蝕削蝕和相向盆地的遷移一起才標志著一個層序邊界，而一個局部分布的河道不代表層序邊界。I類層序邊界的不整合部分向?？勺啡腙懪锘蜿懫律系恼厦嬷?該整合面一般發(fā)育在或接近海相準層序的底。根據上述所列標志，并把其用于世界上許多盆地的地層分析之中表明，在硅質碎屑地層中以工類層序邊界為主。并非所有上述識別標志在一個盆地中都處處發(fā)育。一個工類層序邊界具有不同的物理特征，這取決于在何處對它進行觀察，還取決于沿盆地邊緣沉積物供給速率和海平面變化速率之間的變化關系。在陸坡上，在陸架坡折的向海一側，或在較深水環(huán)境中，工類層序邊界最明顯的表現(xiàn)是剝蝕和上超。這些識別標志的分布是受海底峽谷、陸坡滑塌巖的分布與等深流的侵蝕作用所控制的，而他們又是低水位條件、盆底扇和斜坡扇的沉積作用所造成的。在陸棚上，工類層序邊界最明顯的表現(xiàn)是剝蝕、相向盆地的遷移和地表暴露。I類層序這些特征的分布主要是受深切谷的分布與深切谷中地層巖類的控制。2.深切谷

深切谷的寬度可從不到幾公里到數(shù)十公里，深度可從十幾米變化到上百米。深切谷的形成和充填分為兩個階段。第一個階段由侵蝕作用、沉積物穿越侵蝕谷以與在低水位岸線處的沉積作用組成，對應于海平面的相對下降。第二個階段由谷內的沉積作用所組成，對應于海平面的相對上升，一般是在低水位晚期或海侵體系域發(fā)育時期。因為深切谷形成是在這樣兩個不同的階段形成的，所以其充填物可由沉積于各種環(huán)境的不同巖石類型所構成。深切谷上游區(qū)域內的沉積環(huán)境與所共生的巖石類型包括河口灣環(huán)境和辮狀河砂巖、河流砂巖，且具有明顯潮汐作用改造的證據，或濱岸平原砂巖、泥巖或煤。這些沉積物位于層序邊界之上，一般直接覆蓋在層序邊界之上或外陸棚泥巖與薄層砂巖之上,而過渡段巖石或被侵蝕掉或未沉積下來。正如上文所述，這種沉積相的異常垂向組合標志著相向盆地的遷移。如果在低水位末期，粗粒沉積物的沉積速率低于相對海平面上升的速率，那么深切谷也可被海相泥巖所充填。深切谷下游區(qū)域內的沉積環(huán)境與共生巖石類型包括低水位三角洲與潮坪砂巖和泥巖、濱岸與河口灣砂巖。這些淺海相地層若是在濱岸或三角洲環(huán)境的情況下，則多形成一個或多個進積式準層序組。如果由河口灣環(huán)境的潮汐砂壩和潮汐淺灘所組成的潮控三角洲形成于深切谷的下游地區(qū)，那么只有到海侵體系域沉積以后才會在陸棚上產生富砂的低水位濱岸相的沉積作用。這些潮控地層向陸逐漸相變?yōu)榇至５霓p狀河沉積物。鄰近深切谷該侵蝕面過渡為地表暴露面，以土壤或根土層為標志。硅質碎屑巖工類層序邊界的物理響應是變化的，這取決于深切谷的規(guī)模、分布與充填方式等，而這些因素則受深切谷在海平面下降時盆地內部河流大小、沉積物供給速度以與分布等因素的控制。I類層序邊界響應的變化和這些變化與深切谷之間的關系以與古水系均表示在圖3-11上，在這張圖上表現(xiàn)了三種類型的深切谷:①較窄的、砂巖充填的深切谷，②較寬的、砂巖充填的深切谷，③頁巖充填的深切谷。每一種深切谷代表一種不同的原始水系并具有一不同的層序邊界響應。例如，一個盆地分布著中等流量較寬的河流，并且海平面上升速度中等，那么這個盆地的工類層序邊界具有如下特征:①頂部有局部削蝕;②位于較窄的砂巖充填的深切谷之下。河間帶粘土或底部地層如果不被后來海平面上升剝蝕掉的話就會廣泛分布。如果這種層序邊界與深切谷中充填沉積相交，我們就有可能在測井、巖心或在露頭上把它識別出來。層序邊界在數(shù)據庫中其它井中的位置必須通過與鉆穿深切谷的井進行大量對比之后才能確定。在一個盆地或一個盆地中的一部分如果分布著數(shù)量眾多、排列密集的河流或者有一條具有很大流量的大河，并且海平面以低至中等速度上升，那么該盆地的工類層序邊界具有這樣的特征:①河流一河口灣席狀砂巖之下為區(qū)域性削蝕;②向盆地內部發(fā)生大規(guī)模相變。由于區(qū)域性削蝕作用，河間區(qū)只能被小范圍地保存下來，因此河間粘土層不發(fā)育。這種層序邊界在多數(shù)測井、巖心和露頭資料中識別出來。在一個盆地或一個盆地的一部分如果分布著底負載很少甚至根本無底負載的河流，同時相海平面又快速上升，那么這個盆地的工類層序邊界就具有這樣的特征:①有削蝕;②廣泛分布土壤或根土層或地表暴露相應的證據，但無相向盆地的移動。這種層序邊界能夠在測井資料中識別出來，但在巖心中卻難以辨認。然而通過測井電阻率特征和地震測線的對比，很容易確定深切谷和層序的邊界。如果在一個盆地中或一個盆地的某一部分沒有河流分布，且未遭到后期海平面上升的破壞，那么工類層序邊界就會保存下廣泛出露地表的證據。薄層海進鈣質結核滯留沉積分布在海泛層序邊界之上，這是海平面上升之前土壤層存在的唯一證據。在這種情況下層序邊界上見不到侵蝕痕跡和向盆地內部的相變，在沒有巖心的測井資料中這種層序邊界是鑒別不出來的，但是通過與典型地區(qū)對比也可以確定出這類層序邊界。在圖3-11中，大陸架或斜坡之上I類層序邊界具有不同的特點:SBI一位于砂巖充填的深切谷之下，SB2一位于頁巖充填的深切谷以外之下，SB3一在陸架或斜坡低水位濱線向海一側為整合。標志著準層序邊界的海泛面用FS表示;深切谷以外河間區(qū)陸上暴露為標志的層序邊界與海泛面重合時，用FS/SB表示。在陸架或斜坡之上的硅質碎屑巖地層工類層序邊界的沉積環(huán)境、地層尖滅型式和鑒別特征等均總結在了圖3-11右下表中。除圖3-11表中列出的各種鑒別特征之外，還可用各種滯留沉積來指示工類層序邊界。這些滯流沉積包括:①沉積在海泛面之上的鈣質結核海進滯留沉積與層序邊界重合或在深切谷內部覆于邊界之上。鈣質結核是層序邊界暴露地表時被臨濱侵蝕作用從土壤中剝蝕出來的。②沉積在海泛面之上的生物或非生物碳酸鹽與層序邊界一致。③沉積在深切谷內部層序邊界之上的底部河道滯留沉積。在“準層序邊界”一節(jié)中討論了前二類滯留沉積。第三種類型的滯流沉積是在海平面下降河流侵蝕大陸架形成探切谷時形成的。在下蝕作用期間，整個谷地充滿了較細的陸架沉積物。從陸架地層剝蝕下來的較粗的物質作為滯留沉積，可達上米厚，保存在谷地內部層序邊界之上。這種從陸架地層中剝蝕下來的滯流沉積通常包含各種類型的顆粒，如潮間帶和開闊海生物貝殼、鱉魚牙齒、海綠石、磷灰?guī)r卵石、頁巖撕裂碎屑以與各種動物骨骼等。這種滯留沉積是指示出露地表的標志。底部河道滯留沉積也可以是近源剝蝕的產物，常由隧石、石英、磨圓度好的石英和石英巖礫石，砂巖以與頁巖撕裂碎屑組成。石英和石英巖礫石厚度從通常只有一個礫石，厚到0.3-0.6m不等。薄礫石層可以沉積在深切谷軸線上，也可以沉積在深切谷邊緣，甚至河間地帶。深切谷軸線內底部河道滯留沉積常由近源侵蝕和陸架侵蝕的混合物組成。如果深切谷侵蝕到內陸架準層序，并且谷地中充填著海相泥巖或河口灣相或低水位臨濱地層，這種滯流沉積可解釋為海進滯留沉積，而沒有明顯的海平面下降的證據。如果深切谷侵蝕到中或外陸架泥巖中且谷地中充填具交錯層理的河口灣砂巖，這種底部河道滯流沉積是伏于陸架砂脊之下的海進滯流沉積。在圖3-11中，深切谷之間的層序邊界(FS/SB)是覆于淺海準層序之上的土壤或根土層。這種準層序可以形成于前期層序的高水位體系域，或形成于低水位體系域的早期階段。后者常保存在巖石記錄中，其形成方式如下:在海平面相對下降的早期，河流橫穿暴露地表的大陸架逐漸向海侵蝕，從下伏高水位地層中侵蝕下來的沉積物沉積在深切谷向海方向的谷口地帶，從而形成薄的三角洲和淺灘準層序。當海平面繼續(xù)下降，深切谷在陸架上侵蝕更遠時，①在陸架更遠地區(qū)深切谷谷口形成新的灘地和三角洲準層序，②深切谷前方早期形成的準層序被剝蝕殆盡，深切谷鄰近與兩邊的早期準層序作為“濱岸”部分地或全部地保存下來，③“濱岸”準層序與陸上層序邊界重疊。這些“濱岸”準層序代表陸架或斜坡層之上早期低水位體系域沉積。在具大陸斜坡的盆地中，當海平面下降到架陸邊緣之前，這些準層序比海底扇形成的早。盡管這些準層序形成于海平面下降的早期階段，但是它們之上卻廣泛地發(fā)育著區(qū)域性不整合，其標志為暴露剝蝕和削蝕，在圖3-11中如SB1,SB2,SB3以與FS/SB所示。盡管海平面下降的起始時間未能記錄下來，但這個不整合面就是層序邊界，因為:①它能把其上下兩套巖層分開;②盡管邊界上各點代表的時間間隔不同，但當海平面下降結束不整合完全形成時，界面上各點處于同一時刻;③它的范圍易于確定;④該界面控制陸架區(qū)低水位體系域上覆地層的分布;⑤該界面形成速度快，可能在不封I萬年的時間內就能形成。層序邊界之下的所謂“濱岸”低水位準層序具有下列地層特征:(1)這些準層序是典型的三角洲和海灘準層序，但通常由底界清楚的下臨濱相砂巖組成。(2)由于海平面下降，沒有重要的上傾方向的近岸平原，也沒有來自上傾方向上的沉積物供給。(3)雖然這些準層序的底部不能解釋為向盆地方向的相變，但是它們直接覆于開闊海地層之上,并且界限很明顯。(4)這些準層序整合地覆于層序邊界之上并且向上逐漸變淺。(5)這些準層序不整合地伏于部分層序邊界之下，這種界線可用微弱削蝕或出露地表等所形成的各種標志來確定。(6)因為陸架上物源供給減少，所以這些準層序一般較薄，典型厚度不超過十幾米。陸架上古深切谷的分布受大地構造特征控制，如基底斷裂、逆沖斷層、生長斷層等。鹽流動引起的構造凹陷也控制深切谷的分布。在許多情況下，沉積在受構造活動或鹽的流動形成的低地中的沉積物被沖蝕深切形成的峽谷則被認為是真正的古深切谷。在另外一些情況下，特別是當區(qū)域地質構造或鹽未被削蝕，則古谷地底部也很少或根本沒有削蝕現(xiàn)象。當不存在削蝕時，在古谷地底部的層序邊界仍然表現(xiàn)為相向盆地方向移動，但這種谷地已不是嚴格意義上的深切谷了。五、沉積機理和層序頻率解釋根據對墨西哥灣第三紀地層所作的觀察結果，圖版3-2到圖版3-6以立體形式表示了理想化層序的變化。這些立體圖再現(xiàn)了一個具有深切谷和高水位體系域侵蝕截切的層序在12萬年間連續(xù)演變的過程。在圖中，深切谷河流沉積物常為粗粒，河床彎度小，說明物源供應慢;海侵和高水位早期河流沉積物常為細粒，河道彎度大并有漫灘沉積，說明物源供應快。這兩種不同的河流結構模式可以作為解釋非海相層序的標準。每個立體圖的左下角均用海平面升降曲線表示體系域與海平面升降之間的關系，盡管這種海平面升降曲線有較高的頻率，但作為圖解法解釋了Jervey(1988)海平面升降旋回，仍不失其重要意義。準層序與其邊界與海平面上升與下降有關。Vail等(1977)根據旋回的時間間隔把海平面旋回作了如下分類:三級旋回定義持續(xù)時間為1-5Ma，四級旋回時間間隔為數(shù)十萬年;據些我們認為五級旋回時間間隔為數(shù)萬年。海平面旋回、盆地沉降和層序與準層序沉積作用之間的關系如圖3-12所示，在這張圖中，一個三級海平面升降旋回(約100萬年)、一個四級旋回(約12萬年)、一個四級旋回(約12萬年)和一個五級海平面升降旋回(近萬年)組成一個復合海平面升降曲線。然后在復合海平面升降曲線上加上15cm/1,000a的沉降速度，就能反映海平面的變化歷史。圖3-12線性的沉降曲線上反映為上升趨勢，而不是下降趨勢，即沉降的凈效應使海平面上升。四級旋回有兩類:旋回“A'，和旋回“B"，分別代表海平面曲線的相對變化(圖3-12)。四級旋回“A'’代表從海平面下降到海平面下降。如果假定有足夠的沉積物供給，這種四級旋回就能形成一個以陸上不整合面為邊界的層序。五級旋回疊置在四級旋回之上形成以海泛面為界的準層序。四級旋回“A'，形成的地層露頭和測井剖面示意圖如圖3-12所示。相對海平面曲線上暗色區(qū)域表示因深切谷侵蝕作用保存可能性較低的地層的地質時代和地理位置，深切谷附近大部分高水位沉積物被截切。四級旋回“B'，代表從海平面快速上升(海進)到海平面快速上升。如果假設盆地中沒有差異沉降，這種四級旋回將形成以海泛面為界的準層序。四級旋回“B'，形成地層的露頭和測井剖面示意圖如圖3-12。然而，如果沉積速率向陸方向速度降低，以致在這片向上傾斜的區(qū)域內海平面下降速度大于沉降速度，就會使海岸上超向下傾方向移動，旋回“B'’可以形成于且類層序中。在圖3-12一例中，視海平面升降速度和盆地沉降速度之間的關系，四級旋回可形成層序或準層序，五級旋回形成準層序或無沉積作用。如果沉降速度增加到大于15cm/l,000a,三級旋回將形成一個層序，叫做三級層序;四級層序將形成準層序，并作為三級層序的組成部分。如果沉降速度減慢到小于15cm/1,000a，四級旋回只能形成由五級準層序組合而成的四級層序。在這種情況下，四級層序疊加成三級層序單元，暫且叫作三級復合層序，是由四級層序組組成。根據經驗，至少從晚石炭世開始在沉積中心形成的眾多硅質碎屑巖層序說明上述情況具有普遍性。在美國中部和西部賓夕法尼亞紀地層、美國西部白Ii紀地層以與墨西哥灣北部第三紀地層層系中曾觀察到過四級層序。值得重申的是，本文的層序和準層序是根據其物理特征命名的，而不是根據與沉積作用有關的海平面變化率命名的。盡管準層序和四級層序在一定情況下很可能位于同一時間間隔由海平面旋回產生的，但它們未必是同一地層單位。海平面升降在層序沉積過程中起重要作用。如墨西哥灣沿岸地區(qū)第三系層序中，中新統(tǒng)層序是比較典型的。前面已經提到，這種層序的邊界是區(qū)域性侵蝕邊界，侵蝕深度為30-60m，其分布范圍至少數(shù)千平方公里。層序邊界之上為河流相至河口灣相砂巖，邊界之下為中至外陸架泥巖。邊界上、下地層接觸截然，其間缺失過渡性淺海沉積。一般這些層序產生的頻率為0.10-0.20Ma。根據橫剖面上相組合關系可知以侵蝕截切和縱向上組合為特征的層序邊界是在海岸線向盆地方向遷移數(shù)十公里的前提下形成的。這些中新統(tǒng)層序邊界的地層特征是由海平面相對下降產生的。下降原因有二種，即區(qū)域構造抬升和海平面升降。在研究層序邊界時也?？紤]快速三角洲進積作用和分流河道的侵蝕作用，雖然它們并不引起岸線向海的遷移和海平面的下降。墨西哥沿岸盆地北部的第三紀構造類型以伸展盆傾正斷層和局部鹽丘為特征。構造背景為沒有板塊動力作用的被動大陸邊緣。在該地區(qū)第三系中沒有發(fā)現(xiàn)能夠引起區(qū)域性上升的熱事件或擠壓大地構造事件。根據對美國路易斯安那州中部九個區(qū)域測井橫剖面圖和23張古地理圖的分析，沉積在深切谷中的低水位體系域河流至河口灣相砂巖的寬度可達數(shù)十公里，深切谷切人并為外至中陸架泥巖和薄層遠源海相砂巖所包圍。通過測井曲線形態(tài)解釋和區(qū)域對比知道，無論在深切谷塊狀砂體兩側還是在其下部都缺失三角洲前緣和河口砂巖。進一步講，沿著走向，深切谷內部的河成或河口灣砂巖未相變成濱岸沉積，例如，現(xiàn)代密西西比河分流河道可以侵蝕到甚至切穿原三角洲沉積，在橫向上被三角洲前緣砂巖和河口砂壩砂巖包圍，這種橫向組合關系是分流河道在水下三角洲平臺上向海進積形成的。而且三角洲的進積速度很快。在7,000a間密西西比河在河口形成了16個三角洲，說明其進積速度是相當驚人的。然而保存下來的三角洲和三角洲朵葉體表明分流河道沉積被河口砂壩和三角洲前緣所包圍。如果不承認區(qū)域性上升、分流河道侵蝕作用和三角洲進積作用是控制層序邊界形成的可行機制，那么海平面升降則是地層形態(tài)的控制機制。更新世海平面下降所產生的界面與相組合同在墨西哥灣沿岸中新統(tǒng)所見界面和相組合是一樣的。碳同位素曲線也為中新世