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第三章--层序地层分析(1)

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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层序地层分析基本内容:包括①层序地层分析的基本原理:层序地层学的发展简史,层序地层学基本概念,层序地层分析方法。②层序地层单元的基本构成:小层序 (或准层序 )基本构成特征,小层序 (或准层序 )组类型及其特征,体系域类型及特征 。教学思路 : ①层序地层分析的基本原理:层序地层学的发展简史,层序地层学基本概念(层序,体系域,小层序 (或准层序 )和小层序 (或准层序 )组,可容纳空间和基准面,密集段),层序地层分析方法。②层序地层单元的基本构成:小层序 (或准层序 )基本构成特征,小层序 (或准层序 )组类型及其特征(小层序 (或准层序 )组类型,小层序 (或准层序 )组基本特征),体系域类型及特征(低位体系域特征,海侵体系域特征,高位体系域特征,陆架边缘体系域特征) 。教学重点与难点:重点: ①层序地层学基本概念(层序,体系域,小层序 (或准层序 )和小层序 (或准层序 )组,可容纳空间和基准面,密集段),层序地层分析方法。②层序地层单元的基本构成,体系域类型及特征(低位体系域特征,海侵体系域特征,高位体系域特征,陆架边缘体系域特征)。难点: 低位体系域特征,海侵体系域特征,高位体系域特征,陆架边缘体系域特征。第三章 层序地层分析第一节 层序地层分析的基本原理 层序地层学是一门新兴的边缘交叉学科。它主要是近二十年由于地层学、沉积学、大地构造学和地球物理学的相互渗透而迅速发展起来的一门新的地学分支系统。由于层序地层分析思路的先进性和资源预测的有效性,因而具有很强的生命力,并引起地质学不同领域的许多学者的广泛重视。一、层序地层学的发展简史 层序地层学的主要研究对象和研究的基本地层单位就是层序。层序实际上是个老概念,早在 1948年 过近五十年的发展,层序地层学逐渐形成较完整的理论和方法体系。追根溯源,层序地层学的发展经历了三个阶段。1.层序地层学发展的早期阶段自 1948年 963)将北美克拉通盆地晚前寒武至全新世的沉积以区域不整合面为界划分为六个地层包 (他称这些地层包为“层序”。由于每个层序的时间跨度较长,在其后的相当长时间并未得到广泛的使用。 2.层序地层学发展成为一门独立学科 ——地震地层学阶段 当 .瓦 R. n. J. B. . 977)主编的 《 地震地层学在勘探中的应用 》 一书中发表了有关地震地层学的概念时,层序地层学进入了另一个主要发展阶段。其突出特色在于提出了海平面升降概念和由此引起的、在地震资料可见到的、以不整合为界的地层型式. 977)加深并扩展了层序概念,他将 层序定义为‘由一相对整合的、成因上相关的地层序列组成的一个地层单元,该单元顶底界为不整合或可与不整合对比的整合面”。这一阶段成就在于 ①进一步限定了层序的时限, 963)的要短得多,前面所述的 6个克拉通层序明显地被进一步细分,即 ②提出了海平面升降变化是控制层序演化的主要驱动机理(1977)。但是,由于地震地层学主要是利用地震资料进行盆地分析,测井曲线、岩心和露头资料并未用于层序分析,因而影响研究的精度。3.层序地层学蓬勃发展阶段八十年代,层序地层学进入一个蓬勃发展的时期。以 《 海平面变化 —— 综合研究方法 》专题论文的出版为标志,层序地层学是由. 批地质学家们以地震地层学为基础发展起来的,并与沉积学 (钻井和露头区沉积学 )和生物地层学紧密结合的一门新兴学科.其突出特色表现为下列几方面: ① 将地震、钻井和露头资料综合研究 ,避免了单一方法的局限性和片面性,使层序划分和层序内部特征的描述更为精细、准确。 ②建立不同级别等时地层格架 ,为地层分布模式研究提供更为系统和科学的方法体系。 ③进一步完善层序的成因机制 , ④提高了地质学家的预测能力,包括理论预测和实际预测两个方面。 从理论预测上讲,通过海平面相对变化的研究,预测某些应有的体系域的展布方向、范围、可能的岩相及其分布,从而对盆地发展史作出科学的预见。从实际上讲,可以通过体系域和岩相的分布规律,预测能源资源及其它沉积矿产的有利分布带。二、层序地层学基本概念层序地层学是根据地震、钻孔和露头资料对地层型式做出综合解释,其中心思想在于建立沉积盆地的等时地层格架。 1.层序层序是一套相对整一的、成因上有联系的地层,其顶和底以不整合和可以与之对比的整合为界 。层序是层序地层分析中的基本单位,它是由一套体系域组成。 2.体系域 体系域是同一时期内具成因联系的沉积体系组合(1977)。在层序地层分析中,体系域作为层序构成单元,每个体系域都解释为与全球海水面变化曲线的某一特定间段。比如在大陆边缘盆地中,低位体系域的盆底扇代表快速全球海平面下降期产物;低位体系域的斜坡扇代表全球海水面下降晚期或全球海平面上升早期的产物;海侵体系域代表全球海平面快速上升时期的产物:高位体系域代表全球海平面上升晚期,全球海平面停滞和全球海平面下降早期的产物 (图4— 1)。 3.小层序 (或准层序 )和小层序 (或准层序 )组 小层序 (或准层序 )是由相对整合、成因上相关的层或层组所组成的序列,它们以海(湖 )泛面和与之可以对比的面为界。 相当于四级或五级沉积旋回。小层序 (或准层序 )组则是由成因上相关的若干小层序 (或准层序 )所组成的序列,其垂向上构成一个特征的叠加型式。4.可容纳空间和基准面 可容纳空间 (指可供沉积物堆积的空间 (1988)。即在沉积盆地存在一个基准面,在基准面之上将出现侵蚀作用。在大陆边缘基准面受海平面的制约,并大体上相当于海平面,实际上,可容纳空间是海平面升降变化和构造沉降二者的函数。 沉积基准面 (一个假想的动态平衡面,高于此面堆积的沉积物不稳定、不能保存下来,低于此面则发生沉积作用,沉积物有可能被埋藏而保存下来 (1962)。 陆相断陷盆地的基准面主要有湖面和河流沉积平衡面。 湖面是某一时期湖泊水体表面的平均位置,它是湖相沉积体系的沉积基准面。河流沉积平衡面(水流搬运能力与物源供给沉积总量达到一种平衡状态,形成顺水流方向坡度逐渐减小的地形。 其纵切面上各点联线,在理论上是一条上凹的抛物线,在河口附近平坦,向物源方向逐渐变陡 (1974)。河流沉积平衡面是河流沉积体系的基准面,沉积物堆积到河流沉积平衡面后,流入和流出的沉积物体积相当,不发生明显的侵蚀作用或沉积作用。沉积基准面是一种动态平衡面,其位置受多种因素影响,某一时期有一个相对固定的位置,一旦外界条件 (如构造沉降、沉积环境、沉积物类型等 )变化,基准面位置也随之变化。5.密集段密集段是指在极缓慢速度下沉积的地层段。密集段可能以丰富的、多种多样的浮游和底栖微生物组合、自生矿物 (如海绿石,磷灰石和菱铁矿 )、有机物质为特征。三、层序地层分析方法 根据层序地层学标准所确定的年代地层单元,在古地理的重建、地质发展史分析、沉积盆地资源评价和全球地层对比中具有重要意义。传统的地层分析方法在解释古地理和地史上存在不同的缺点。物理岩石地层学方法利用的岩石物性界面可能是穿时的,年代地层学方法使用非物性界面的边界,尽管标志层对比可能有年代地层意义,但对标志层的选择具有任意性,一个盆地可能不同于另一盆地,或一个研究者与另一个研究者不同。层序地层学是一综合性方法,它综合露头、测井和地震 资料,提供一个概念模式作为对比工具来分析沉积作用和侵蚀作用随基准面的变化的反应,利用基准面的变化鉴别和解释不同类型物理界面及地层段的成因特征。 层序 (以不整合面为界的一个单元,这一概念首先由 层序”可视为年代地层单元,因此,一个层序代表了两个不整合面时间范围内沉积岩石。 1977)证实,地震纵波沿地质时间线产生反射,依此产生了利用不连续面作为划分沉积岩的地震地层学解释方法。通过这些研究,绘出了一套中生代和新生代全球不连续面旋回图。随着认识的不断深入,发现这些不连续面由海平面相对变化控制,而海平面相对变化可在测井、露头及地震剖面上加以认识。这样逐步形成了“层序地层学”概念。 层序地层学是一套新的,适用于全球范围的地层学体系,是对沉积岩进行细分、对比和作图的一个准确方法。 层序地层学认为地层单元的形成起因于可容纳空间的变化,它们以地震剖面和地质横剖面上的地层不连续面为界,只要沉积物足够厚,这些界面可以在地震资料、露头和测井剖面上识别出,且可据生物地层确定其年代。 能否应用好层序地层学分析方法,取决于对各种不同级别的地层单元的认识,这些地层单元包括小层序 (或准层序 )、小层序 (或准层序 )组和层序,它们均以年代地层学上有重要意义的侵蚀面、无沉积面或可与之对比的界面为边界。 1988)将层序地层单元的等级系统划分为七个等级,即层序、小层序 (或准层序 )组、小层序 (或准层序 )、层组、层、纹层组、纹层。 其中层组、层、纹层组、纹层的厚度较小,分布范围极为有限,很难能在全盆范围对比,所以使用者较少。鉴于沉积盆地分析的特点,李思田等 (1992)建议 7个等级的分类方案, 即盆地充填序列、构造层序 (巨层序 )、层序、沉积体系域 (或小层序 (或准层序 )组 ),沉积体系单元 (或小层序 (或准层序 ))、成因相、成因相内部的构成单元。 图 4二节 层序地层单元的基本构成 沉积盆地内各级别地层单元组成一个等级系统。层序地层学的核心就是识别这些不同级别地层单元和确定它们在垂向上和横向上的变化规律。本节重点介绍小层序 (或准层序 )、小层序 (或准层序 )组和体系域。 一、小层序 (或准层序 )基本构成特征 小层序 (或准层序 )(许多译文中被译为“准层序”或“副层序”,在汉语中“准”或“副”相对于正而言,但实际上 个层序可以含有十几个至几十个 以,李思田教授等主张译为“小层序 (或准层序 )”(李思田等, 1992)。小层序 (或准层序 )的含义与 当。(一 )小层序 (或准层序 )基本特征 小层序 (或准层序 )是以海泛面或与之相关的面为界的、成因上相关的层或层组所组成的一个相对整合的地层序列 (1985)。小层序 (或准层序 )显示一个水深向上变浅的序列,即相当于983)的从海侵到海退的小旋回。 大部分碎屑岩中的小层序 (或准层序 )是前积的,即年轻的砂岩层组的前端逐渐向水盆沉积。这种沉积型式产生水深向上变浅的岩相组合。部分硅质碎屑和大部分碳酸盐岩的小层序 (或准层序 )是加积的但也是向上变浅的。 从粒序来看,可划分向上变粗和向上变细的小层序 (或准层序 )。在典型向上变粗的小层序 (或准层序 )中 (图 4自下而上层组增厚、砂岩变粗、砂泥岩比增加。如碎屑滨岸或三角洲小层序 (或准层序 )。在向上变细的小层序 (或准层序 )中 (图 4自下而上层组变薄,砂岩变成更细岩性 (通常在顶部变成泥岩和煤层 )和砂岩/泥岩比值减小。如河流小层序 (或准层序 )、潮坪小层序 (或准层序 )。向上变粗和向上变细的小层序 (或准层序 )内的垂直岩相组合均反映水深逐渐减小。从小层序 (或准层序 )的成因机理来看,小层序 (或准层序 )可以划分为幕式小层序 (或准层序 )和同期性小层序 (或准层序 )。 幕式小层序 (或准层序 )产生于沉积过程本身或局部构造作用。前者最好的例证是由分流河道改道导致三角洲朵体的迁移,这种小层序 (或准层序 )分布范围较局限,其侧向延伸范围与三角洲朵体本身的延伸范围相等。后者最好的例证是由于沿活动断层的沉降运动所引起的海平面迅速相对上升,即局部海平面上升,这种小层序 (或准层序 )侧向延伸范围与断层活动影响范围有关。周期性小层序 (或准层序 )则受控于区域性海平面变化,可能起因于米兰科维奇轨道周期引起的古气候周期性变化,此种变动引起冰川融化和海水体积的变化,从而导致海平面的升降。这种机制控制了分布面积广泛的周期性小层序 (或准层序 )的形成。如华南和华北晚古生代海陆交替相地层中的周期性小层序 (或准层序 )可以追索近百公里。 (二 )小层序 (或准层序 )边界特征 小层序 (或准层序 )边界是海泛面及可与它对比的面。它是一个从局部至盆地范围的平坦面,且在大面积范围内只显示微小的地形起伏。海泛面可清楚地划分出界面以上深水环境下沉积的岩石和该面以下的浅水环境下沉积的岩石。海泛面的特点是较小的海底侵蚀作用和无沉积作用。说明具有一个较小的间断面。海底侵蚀的程度同海泛面的变化有关。侵蚀范围从数英寸至数十英尺,而数英尺是最常见的。 在岩心和露头中,已观察到与层序边界不重合的海泛面上,有少量的海侵滞留物沉积,我们这里所使用的海侵滞留物 (义为厚度通常小于 0. 6米的较粗的沉积物,由贝壳、贝壳碎屑、破裂泥岩碎屑、钙裂泥岩碎屑、钙质团块、硅质碎屑砾岩或卵石组成。这种物质是海侵期间由于临滨的侵蚀作用,从下伏地层中带上来的,并且在海侵面顶部聚积成一不连续层。在岩心和露头所见大量海泛面,其标志是具有上面所列的沉积物颗粒随意排列的一个明显界面。然而,当海侵滞留物确实出现在海泛面上时,该滞留物通常是明显地从下伏地层中派生出来,例如砾质砂岩顶部的薄层硅质砾石。更为常见的是在与层序边界重合的海泛面上发现这种滞留物沉积。在这种情形中,滞留物与下伏沉积物没有这样一种明显的亲缘关系。这些滞留物有如下四种类型。 第一种类型的滞留物由不连续、不规则形状的钙质团块组成。 滞留物停留于海泛面上,该面与位于深切谷底部或河谷间地区的层序边界重合。这种滞留物是在层序边界暴露于地表时期从土壤层内部形成的钙质壳或分散的钙质团块中衍生出来的。后续的海侵作用搬走了较容易侵蚀的土壤而在海侵面上留下作为滞留物的团块。这些团块通常是表明古土壤层存在的标志。 第二类滞留物是小层序 (或准层序 )遭受强烈的掘穴以及波浪或水流改造作用产生的。 滞留物厚度在海泛面以下达 1. 5米,经筛选作用向下伏地层内部渐渐消失。小层序 (或准层序 )中不存在能划分被改造沉积物与未改造沉积物的界面。这种改造作用被认为是在海侵之后和大量细粒沉积物前积于海泛面之前,由于风暴以及正常两栖动物群的集群现象形成的。在一些地方,生物扰动和海底暴露会导致稳固地基 (形成。这种滞留物通常形成于与层序边界重合的海泛面上。 第三类滞留物是在海平面上升之后有机质或无机质的碳酸盐岩堆积于海泛面之上。 有机碳酸盐多以贝壳层出现,产生达 1. 8米厚的广阔的板状体,覆盖于海侵面上 (989)。尽管这些贝壳层受风暴的筛选和改造作用,但是它们代表了陆架原有的组合,贝壳层并不是从下伏小层序 (或准层序 )中侵蚀而来的。沿着马里兰州的 些类型的贝壳层被认为覆盖在与层序边界重合的海泛面上 (1989)。无机碳酸盐以鲕状岩或豆状出现,在海泛面上可形成砂滩和砂坝,特别是远离深切河谷的海泛面与层序边界重合的地方。此时外陆架在低水位之后已被浅水覆盖。波浪搅动足以形成鲕状或豆状岩石,而硅质碎屑流入量甚微。最终,当海平面不断上升并置碳酸盐岩颗粒于波浪搅动基面以下时,浅滩停止发育,并可能遭受局部改造,而风暴作用影响浅滩在整个陆架的分布。第四类可能是最普通的滞留物,是在一个下切河谷底部的层序边界上的河道滞留物。 这种滞留物是在海平面下降期间堆积的。这种河道滞留物是由不同颗粒类型组成,但是最普遍的是由圆的燧石、石英或石英质卵石组成。厚度范围从只有一个卵石厚的薄透镜体至数米厚的滞留层。二、小层序 (或准层序 )组类型及其特征 小层序 (或准层序 )组是成因上联系的、彼此呈相同叠加型式的小层序 (或准层序 )所组成的序列,小层序 (或准层序 )组的边界为大的海泛面和可与它对比的界面。 (一 )小层序 (或准层序 )组类型 小层序 (或准层序 )组内的叠加型式有前积、退积和加积三种(1985),这取决于沉积速率与可容纳空间增长速率的比值。图 4同类型小层序 (或准层序 )组内部地层叠覆方式及其测井响应特征前积小层序 (或准层序 )组 (,逐渐变年轻的小层序 (或准层序 )逐层向盆地方向沉积并可延伸较远,即反映了沉积体系不断向盆地方向进积的过程,其沉积速率比可容纳空间增长速率大。 退积小层序 (或准层序 )(,逐渐变年轻的小层序 (或准层序 ),以阶梯状后退方式逐层向陆方向沉积和延伸,其沉积速率比可容纳空间增长速率小。尽管在退积小层序 (或准层序 )组中,每个小层序 (或准层序 )是向前加积的,但该小层序 (或准层序 )组在“海侵型式”中是向上加深的。我们从定义出发使用“退积’这个术语是为了表示海岸线向后 (向陆方向 )后退。 加积小层序 (或准层序 )组 (,逐渐变年轻的小层序 (或准层序 ),层层向上沉积而没有大的侧向移动,即反映了沉积体系不断地垂向加积的过程,其可容纳空间增长速率接近或等于沉积速率。(二 )小层序 (或准层序 )组基本特征 小层序 (或准层序 )组垂向叠加型式既可以通过垂向沉积相和岩性变化所表示,向的变化所表示。也可通过小层序 (或准层序 )侧垂向上,任何小层序 (或准层序 )组叠加型式中的单个小层序 (或准层序 )都是进积式,这些小层序 (或准层序 )在垂向上组合规律指示总体海 (水 )进或海 (水 )退的趋势,即构成所谓退积小层序 (或准层序 )组和前积小层序 (或准层序 )组。一方面可依据垂向上每个小层序 (或准层序 )中砂岩泥岩比、砂岩层数或砂岩层厚度的变化等特征来判断(图 4另一方面可依据垂向上每个小层序 (或准层序 )中成因相或成因亚相变化来判断,如江西丰城矿区龙潭组狮子山段的障壁坝 — 泻湖体系的沉积代表前积小层序 (或准层序 )组 (见图 4下部小层序(或准层序 )只发育较深水的中下临滨沉积,而上部小层序 (或准层序 )还发育有较浅水的上临滨及泻湖潮坪沉积,总体指示海退的趋势。小层序 (或准层序 )组在侧向上的变化主要依据每个小层序 (或准层序 )向陆地方向和向盆地方向沉积相带的分布判断。对比图 4或准层序 )内海岸平原、砂岩和泥岩以及陆架泥岩的分布位置,不难发现总体海侵 (退积式 )或海退 (进积式 )的规律性。三、体系域类型及特征 沉积层序由多个体系域组成,体系域是一套成因相关的同期沉积体系。每个体系域以一物理界面为界,该物理界面为沉积相转换面。精典的层序地层学模式源于大陆边缘盆地 (1988),大陆边缘盆地可划分为四种体系域类型:低位 (海侵(高位 (陆架边缘体系域。(一 )低位体系域特征低位体系域的沉积物组成在三种边缘背景下差异明显 :第一种是具坡折的陆架边缘,第二种是同生断层,第三种是无明显坡折的缓坡。1.具坡折的陆架边缘背景具坡折的陆架边缘背景的低水位体系域可由四部分组成 :盆底扇复合体、斜坡扇复合体、低水位前积复合体、下切河谷充填。盆底扇复合体 (图 4要是席状砂丘,是深水环境下呈朵叶状或席状沉积而成的块状砂。斜坡扇复合体 (图 4水道/漫滩复合体 (包括水道两侧的朵叶体,伴生悬浮沉积及混杂滑塌沉积 )组成。 典型的水道/漫滩复合体一般由五部分组成:(5)最上部的残留相,为薄层浊积岩向上变为半深海页岩; (4)水道充填沉积,由经改造的块状砂体组成,夹有很薄的泥岩纹理和多层向上变细砂岩、粉砂岩或泥岩,水道具有底部侵蚀,也可能有内部侵蚀面;(3)薄层纹层状浊流漫滩沉积上部,形成堤岸,成为水道边界; (2)夹浊积砂、与水道伴生的朵叶体向上变厚的部分,通常为 3— 5米; (1)底部细粒浊积泥岩裙。在水道与漫滩朵叶体之间的 饥饿层 内,动物群丰度最大。悬浮和混杂滑塌沉积一般在斜坡扇内,斜坡扇复合体近端可由水道极为发育的块状砂、砾岩的碎屑流或滑塌沉积组成,远端部分由细粒纹层状浊积砂组成。动物群丰度最大的饥饿层一般在斜坡扇复合体之底、盆底扇复合体之上。低水位前积复合体 (图 4要是水体向上变浅的低水位三角洲或滨岸沉积物,往盆地方向推进、向陆超覆。它们的地层型式特征是加积 — 前积。在沉积速率高的地区,叠瓦状的浊积体可能与低水位前积复合体前端呈指状交错。这些叠瓦状浊积体与低水位前积复合体斜层前端可相连或分开。当斜层前端在盆底时,它们相连,斜层延伸至很深水时,它们相互分开。此时斜层前端往往在陆坡上尖灭,叠瓦状浊积体沉积在陆坡底部,由一过渡带与前积斜层分开。底部有浊积砂和顶部有半深海泥是叠瓦状浊积体的特征,可以形成一系列很厚的盆地充填沉积,并超覆到陆坡上,这些充填沉积通常与小型的构造活动盆地有关。大规模滑动体的滑塌沉积是低水位晚期前积复合体或海侵早期体系域的特征。下切河谷充填 主要为辫状河沉积,填充在原切割成的河道内。下切河谷充填可与低水位前积复合体同期形成,也可形成于海侵体系域沉积时期,在海侵体系域沉积时形成的下切河谷充填一般为河口湾沉积。2.铲形正断层背景 具有铲形正断层或活动的盐丘和泥丘构造的沉积背景,一般具有发育很好的低位、海侵和高位体系域(图 4— 7)。主要差异是上超和推进非常模糊,通常难以确定。以浊积为主的斜坡扇和盆底扇复合体一般形成于深水背景,经区域研究表明,这些扇体最初发育有向陆延伸的上超面,但这些上超面往往受断层活动影响而变得不明显,由于浅水沉积物是由沉降作用沿着铲形断层带进盆地而不是由前积作用带到深水处,推进显得不明显。因此其体系域明显不同于具坡折的陆架边缘背景体系域的特征。3.无明显坡折的缓坡背景无明显坡折的缓坡背景低位体系域由三部分组成: 下前积复合体,上前积复合体和下切河谷充填 (图 4下前积复合体特征 是地层型式呈前积,底部下超,顶部有侵蚀切割,一般是下临滨或滨外沉积物,粒度较其上覆上前积复合体小,下前积复合体形成于海平面相对下降阶段 (与深水背景盆底扇同期形成 )。上前积复合体 底部为侵蚀面,局部切割下前积复合体,形成下切河谷,当发生这种情况,河谷通常充填着较粗的河流或河口潮汐砂。上前积复合体形成于海平面相对下降 (为下前积复合体形成时间 )之后至海平面相对缓慢上升阶段。下切河谷充填 如果形成于低水位阶段,充填河流沉积;如果形成于海侵阶段,则充填河口湾砂体。(二 )海侵体系域特征海侵体系域 (图 4一套退积小层序 (或准层序 )组,往陆方向加厚,在底部超覆处变薄,一般情况下,由于沉积物供应不足,小层序(或准层序 )组上部海相地层逐渐变薄,海侵体系域向盆地方向和向上变薄,在其顶部和内陆架向海一侧形成饥饿层。海相和非海相沉积物之间的边界通常是 — 套退覆的冲刷面 (海进侵蚀面 )。通常发育良好的海滩砂和风暴砂。海相和非海相沉积物一般有沼泽和湖相沉积,超覆在下伏层序界面或下切河谷充填物上。海侵和高水位体系域具有厚度大、分布广的煤层和广泛分布的湖相沉积,在沉积物供应速率低时,与海侵体系域同期形成的沉积物会充填下切河谷,通常是河口湾或海岸平原的产物。在深水背景下,冲刷面上向盆地一侧的海相页岩往往富含有机质和含自生矿物黄铁矿、海绿石和自生白云石。海绿石和白云石出现在砂层里,磷灰石结核和菱铁矿沿着小层序(或准层序 )泛滥面以及最大泛滥面上的饥饿层分布。海侵和高位体系域以最大泛滥面为界。最大泛滥面一般在沉积速率极低的饥饿层内,或在饥饿层之顶面。饥饿层通常与化石种类最富集带一致,但深水地区如果饥饿层呈缺氢状态 (黑色纹层状页岩 ),由于生物缺乏和溶解作用的破坏,古生物分析中见不到化石。这样可能会造成生物地层的不连续。这种不连续往往出现在磷灰石、海绿石、菱铁矿、黄铁矿和白云石、以及大气微粒 (如火山灰 )等自生矿物富集段。饥饿层内经常出现未经破坏的原生海绿石。 (三 )高位体系域特征高位体系域 (图 4— 8)由三部分组成:高水位早期前积复合体、高水位晚期前积复合体、高水位晚期陆上复合体。早期前积复合体呈 期前积复合体为斜交前积地层型式。晚期陆上复合体以在海平面相对静止时期形成的河流沉积为特征。高水位晚期前积复合体 一般由三角洲、三角洲间或海滩、风暴沉积物组成。由于高水位晚期海平面相对上升速率减慢,海岸和三角洲平原沉积物分布广泛,呈薄层。河流沉积的陆上复合体一般沉积较粗部分,这样高水位三角洲就比同一地区的低水位三角洲细。高水位晚期陆上复合体 在海平面以上沉积,使河流沉积体系随着高水位体系域向海推进而保持最佳的平衡梯度。曲流河沉积往往相互合并、向上颗粒变细,分布变广。地形变化大的地区,可以发育冲积扇。(四 )陆架边缘体系域特征陆架边缘体系域 (图 4— 10)为一楔状体 ,覆盖在 Ⅱ 类层序界面上,在下伏前积拐点向陆一侧的陆架上沉积而成,该体系域以加积和前积为特征,其底界为整合的层序界面,而顶界是陆架边缘顶面,在其尖灭处向陆一侧存在不整合,这是陆架边缘顶面与不整合面合二为一的地方。陆架边缘体系域陆上部分一般为向海增厚的陆相楔状体,而海相部分与低水位前积复合体相似。课后小结: ①层序地层分析的基本原理:层序地层学的发展简史,层序地层学基本概念(层序,体系域,小层序 (或准层序 )和小层序 (或准层序 )组,可容纳空间和基准面,密集段),层序地层分析方法。②层序地层单元的基本构成:小层序 (或准层序 )基本构成特征,小层序 (或准层序 )组类型及其特征(小层序 (或准层序 )组类型,小层序 (或准层序 )组基本特征),体系域类型及特征(低位体系域特征,海侵体系域特征,高位体系域特征,陆架边缘体系域特征)。思考练习题( 讨论题,练习题 ) :①基本概念:层序,体系域,小层序 (或准层序 )和小层序 (或准层序 )组,可容纳空间和基准面,密集段 ?② 低位体系域特征,海侵体系域特征,高位体系域特征,陆架边缘体系域特征?层序基本型式及其边界特征 基本内容:包括:①层序基本型式及其边界特征:大陆边缘盆地层序型式及边界特征,陆相盆地层序型式及边界特征(拉张 (或张扭 )型层序及体系域构成,压扭 (或挤压 )型层序及体系域构成,走滑 沉降型层序及体系域构成)。 ②层序形成机理:构造作用和海平面是控制层序形成和演化的关键因素,构造作用:大陆泛滥旋回,大海侵/海退旋回,层序旋回。教学思路 : ①大陆边缘盆地层序型式及边界特征( Ⅱ 类层序地层型式,大陆边缘盆地层序边界特征),陆相盆地层序型式及边界特征(拉张 (或张扭 )型层序及体系域构成,压扭 (或挤压 )型层序及体系域构成,走滑 沉降型层序及体系域构成)。②层序形成机理:构造作用和海平面是控制层序形成和演化的关键因素,大陆泛滥旋回,大海侵/海退旋回,层序旋回。教学重点与难点:重点: 陆相盆地层序型式(拉张 (或张扭 )型层序及体系域构成,压扭 (或挤压 )型层序及体系域构成,走滑 难点: 压扭 (或挤压 )型层序及体系域构成,走滑 三节 层序基本型式及其边界特征目前有关层序型式的研究观点较多,本书仅重点介绍两类盆地的层序基本型式, 即大陆边缘盆地和陆相盆地 ,其中陆相盆地的层序型式尚处于探索阶段,本书提出的方案可供参考。一、大陆边缘盆地层序型式及边界特征 大陆边缘盆地层序型式 主要依据沉积岸线坡折处的海平面下降速率与盆地沉降速率的变化, 当沉积岸线坡折处的海平面相对下降速率大于盆地沉降速率时,引起海平面相对下降,这时形成 当沉积岸线坡折处的海平面下降速率略小于或等于盆地沉积速率时,形成 Ⅱ 类层序。(一 )要受盆地几何形态的影响,在具有陆架坡折的盆地所沉积的 类层序之低位体系域,在形态上有所不同。 1.具陆架坡折盆地 一个理想的 侵和高位体系域中小层序 (或准层序 )组 (图 4分布情况。接受这类层序沉积的盆地有以下特点 :  1)易于确定的陆架、陆坡和盆底地形。 2)陆架倾角小于 0. 5° ,陆坡倾角 3° ~6° ,海底峡谷侧壁倾角为 10° 。 3)比较明显的陆架坡折将低角度的陆架沉积物与更陡的陆坡沉积物分开。 4)由浅水到深水的过渡比较突变。 5)当海平面下降到沉积岸线坡折以下,如果形成海底峡谷 6)可能沉积海底扇和斜坡扇。除沉积于具有陆架坡折的盆地外,还须具备以下条件: 1)足够大的河流体系切割峡谷并搬运沉积物进入盆地。 2)有足够的可容纳空间使小层序 (或准层序 )组保存下来。则可能发生切割作用。 3)海平面的相对下降要有一定的速度和规模,使得低位体系域能沉积于陆架坡折或陆架坡折以外。沿盆地边缘沉积物供给的变化以及相对海平面升降速率之变化,可导致不同小层序 (或准层序 )组在陆架的不同位置同时沉积,因此,在同一层序中,体系域之间边界的形成时间在不同位置上也会有所变化。一个理想层序的各体系域之基本地层单元见图 4层序的确定是根据地层组成和边界类型 ,而不是根据岩层的厚度和形成时间。这样层序可能有数米厚,并只能在测井或岩心及露头中识别出来。也可能在数十或百米厚 ,在地震测线上能轻易分辨出来。低位体系域由盆底扇、斜坡扇和低水位楔状体组成。 典型的 盆底扇 以砂为主,由鲍马序列组成。尽管盆底扇多出现在远离峡谷口或峡谷不明显处,但也可沉积于峡谷口。 斜坡扇 由浊流水道和漫滩沉积物组成; 低位楔状体 由一个或多个前积的小层序(或准层序 )组组成,该小层序 (或准层序 )组组成一个楔状体,它只出现于陆架坡折向海一侧并且上超于前一层序的斜坡上。楔状体的近源部分由陆架或陆坡上部的深切谷充填及其相关的低水位岸线沉积组成,楔状体之末端部分由一个厚的、以泥为主的楔状体单元组成,它下超在斜坡扇上。深切谷 是海平面相对下降期,河道向盆地方向延伸并侵蚀下伏地层的河流体系。在陆架上,深切谷以层序边界为底界,以首次大的泛滥面(又称为海侵面)为顶界。图 4积环境垂向上的这一不规则组合称为“岩相向盆地迁移”,它形成于海平面相对下降时期。当层序边界之上的浅海 间没有形成于过渡环境的岩石薄层,则出现这一岩相向盆地方向迁移现象。岩相向盆地迁移是由于中间过渡相被削蚀,或由于环境快速迁移而无沉积的结果。海侵体系域 以海侵面为底界,以下超面或最大泛滥面为顶界。海侵体系域中,小层序 (或准层序 )的阶状后退形成一个退积的小层序 (或准层序 )组。随着越来越新的小层序 (或准层序 )不断向陆一侧阶梯状后退,海侵体系域向上也逐渐变深。从海侵到高位体系域沉积早期恰好是密集层沉积期。密集层是由薄的半深海 — 深海沉积物组成的岩相。这些沉积物是在小层序 (或准层序 )呈阶梯状后退、使陆架地区缺乏陆源沉积物的条件下沉积的。在这种缺乏陆源沉积的层段中,发现大量的和种属最多的动物群。虽然密集层段较薄,但其沉积作用是连续的,它经历一个漫长的时间 ,以非常低的速率堆积。在岸线发生最大的区域性海侵时期密集层分布最广 (988)。密集层的这些特征对地层分析有两方面的重要意义。密集层 :第一,如果没有用于确定生物地层年龄的露头、岩心或岩屑样品,则可能忽略密集层。而如果忽略了密集层,在生物地层记录中就会明显出现一个大的时间间断,促使古生物学家推论出一个大的不整合,而该处实际上是连续沉积。第二,密集层比其上、下的岩石通常会有更丰富的、多种属的深水动物群。大部分河流、港湾以及低位体系域的浅海砂岩很少或没有发现动物群。如果我们对同一口井中连续几个密集层的动物群进行取样 (实际上动物群样品来自好几个层序内 ),且未能根据测井或地震资料对同一层段进行沉积环境解释,则对取样层段来说,有可能把它解释为连续的深水环境,而这种解释忽略了密集层段之间有重要的层序边界的存在。高位体系域 以下超面为底界,以下一个层序的边界为顶界。 早期高位体系域 通常由一组加积小层序 (或准层序 )组组成, 晚期高位体系域 则由一组或数组前积小层序 (或准层序 )组组成。理想的高位体系域见图 4— 8。在许多硅质碎屑层序中,高位体系域明显被上覆层序边界所切割,如果能保存下来,该体系域也较薄且以页岩为主。 2. 无陆架坡折的缓坡盆地 与图 4 4类层序是沉积于具平缓斜坡边界的盆地内,平缓斜坡边缘上的沉积特征如下: (1)均一的、小于 1° 的低角度倾斜,大多数倾角小于 0. 5; (2)叠瓦 — 反“ S”形斜交 (1977); (3)较缓倾斜与较陡倾斜间无梯度突变之坡折: (4)从浅水到深水无突变带; (5)海平面相对下降时,切割作用发生在低水位岸线以上,而不发生在岸线以下地区 ; (6)相对海平面下降时,沉积低水位三角洲和其它海岸砂岩 (平缓斜坡边缘上一般不沉积盆底扇和斜坡扇 )。 美国和加拿大西部的内前陆盆地白垩纪地层中就包含这种类型层序, 970)展示了清晰的倾角小于 0. 5° 的反“ S”— 叠瓦状斜交之地层型式,它们位于怀俄明州的 虽然图 4两图中的低位体系域有所不同。由于平缓斜坡
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本文标题:第三章--层序地层分析(1)
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