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自上世纪50年代Sloss(195提出层序地层学(SequenceStratigrapl的)概念以来,以为代表的众多中外学者进行了大量卓有成效的工作,发展和完善了层序地层学。其研究领域由当初的被动大陆边缘扩展到活动大陆边缘盆地、前陆盆地和陆相盆地;从研究全盆地的层序地层到研究盆地中某一相带的层序地层,研究时代也从起初的中新生代拓宽到了古生代。层序地层学相比于其它地层学(岩石地层学、生物地层学、磁性地层学、化学地层学、地震地层学、动力地层学)具有多方面的优点:①沉积解释比其它地层学更加符合客观地质实际;②对储集层、生油层、盖层的时空展展布具有更强的预测性;③在勘探方面更有助于在成熟盆地和新盆地发现新的油气层;④在开发方面能提高储集层、生油层和盖层的预测精度。
在层序地层学研究中,最关键的是层序的识别和划分。本文旨在参阅国内外的最新研究资料,综述海相地层和陆相地层层序界面的物质表现形式以及它们在地球物理资料上的表现形式,以期在以后的工作中具有一定的参考和指导价值。
古风化壳
古风化壳是地球历史时期地壳表层岩石经长期风化作用后所形成的分布于地壳表层的残积物,它的存在代表了地质历史时期地壳上升,海平面下降,原岩暴露于水面之上而遭受过风化剥蚀,所以古风化壳是典型的层序界面。
渣状层
渣状层又称渣状土,是由于全球海平面下降条件下导致前期沉积暴露,遭受风化剥蚀、淡水淋滤、溶解等地质作用所形成的异常疏松、似乎渣状的土壤。
如上扬子贵州贞丰三叠系剖面第3层序界面上的紫红色粉土岩。
河流回春作用面
河流回春作用是由于全球海平面快速下降,陆棚的一部分或全部暴露地表,河流推进至陆棚并下切陆棚,形成河流深切谷。如下扬子地区江苏江宁县坟头村志留系剖面,坟头组内的一个三级层序界面上发育1020cm的残积砾岩,砾石扁平,定向排列,与下伏地层成切割关系。
古喀斯特作用面
古喀斯特作用面是指地质历史时期发育的、并被后来沉积物所覆盖的(含有CO的地下水和地表水对可溶性碳酸盐岩的溶解、淋滤、侵蚀和沉积等)古岩溶作用所形成的作用面。此类型界面的形成过程即是层序界面的发育过程,即原始位于水体之下沉积的碳酸盐
岩在构造抬升或海平面下降条件下暴露地表、遭受风化、剥蚀,从而形成古喀斯特作用面。
斜坡重力流冲刷侵蚀面
此类界面在中国南方震旦系一三叠系沉积地层中的台地边缘斜坡剖面上广泛发育,主要表现为一套台地边缘垮塌沉积或斜坡侵蚀作用形成的不规则界面及其之上的低水位期的角砾状灰岩。这类界面是在海平面下降速率大于盆地沉降速率条件下所形成的典型层序界面。
盆地内浊流侵蚀作用面
此类界面主要表现为伴随着相对海平面的快速下降盆地内发育的浊流对前期沉积冲刷侵蚀形成不规则的界面,界面之上发育LST期浊积砂岩,此类砂岩
的底面梢模特别发育。如广西田林潞城、八渡三叠系剖面、湖南木阳易家冲三叠系剖面等。
火山事件作用面
是一套与火山事件作用有关的,可将层序划分开来的一套火山作用形成的产物。如中国南方海相上、中二叠统之间的界面即为一火山事件作用面,主要表现为中二叠世结束之后,随着东吴运动主幕的拉开,在广大的川滇地区需称了大面积分布的玄武岩堆积,也由于此次构造运动使得中二叠世的海域退缩到黔南以南的地区,而其它地区上升成陆,遭受风化剥蚀,并为铁、铝、硫等矿床的形成创造了条件。
上超面
上超面是指后期沉积层与前期沉积层之间为一上超接触关系,这是由于海平面下降后又上升这一转变过程的产物。所以上超面也为一层序界面。
岩性、岩相转换面
岩性、岩相转换面是在海平面下降速率小于沉降速率条件下形成的,其主要表现形式为陆上暴露而河流回春现象发生,台地上和台地边缘可能会经历短暂的暴露,斜坡侵蚀作用不明显,盆地内不发育低水位扇形体。
不整合面表明存在指示重大沉积间断的陆上侵蚀削截或陆上暴露现象。地层不整合在地震剖面上会表现为地震不整一现象,故利用地震剖面可以识别不整合。地震剖面上不整合的识别主要根据同相轴的反射终止方式来判别,典型的陆相地震不整合反射有削蚀(Truncation止超(Onlap及顶超(丁。?版?三种终止形式。
削蚀(削截、侵蚀)现象
因侵蚀作用引起的地层侧向终止,出现在层序顶界面,它既是构造运动发育的直接证据,也是最可靠的层序划分标志。它既是下伏倾斜地层的顶部与上覆水平层间的反射终止,
也可以是河床底面侵蚀造成的下伏水平地层反射终止。
在湖盆水域不断扩大的情况下,层序的底部在前期层序界面上逆沉积斜坡上逐层超覆。湖岸上超一般分布在湖盆边缘,反映湖平面的相对上升,是层序底界面的可靠标志。
顶超现象
指沿倾斜地层的无沉积顶面被新地层所超覆,在地质上是一种时间不长、由于沉积基准面太低而产生的沉积物过路现象,代表无沉积作用或水流冲刷作用的沉积间断,见于层序顶界面。
此外,对于海相层序中发育的下超(Downlap)现象,在湖盆中可能并不发育。陆相湖盆面积小、物源近,陆源碎屑供应丰富,通常情况下只要湖泊存在,任何地方都有沉积作用,只是厚薄、粗细的差别而已。下超面的形成由于远源泥岩的沉积速率相对于近源碎屑的沉积速率小,使边缘沉积厚而湖盆中心沉积薄,造成反射同相轴从边缘向中心逐渐向下“收敛”的情况,因此湖相地层中,下超面实际上是一种整合面。
沉积地质标志
古风化暴露面
分布广泛,主要包括古土壤和植物根土层。古暴露面上风化壳是很好的不整合界面标志。古风化壳以钙质风化壳最为常见,其次是铁质、铝质和硅质风化壳。
河床滞留沉积
河床滞留沉积是留在河床底部、集中堆积成不连续透镜体的砾石等粗粒碎屑物质,这些粗碎屑物质被河流由上游搬来或近侧向侵蚀海岸而形成,而细粒物质被选择性搬运走,河床滞留沉积的底部常具有明显的冲刷界面,是层序边界的标志。
沉积旋回性
包括正旋回沉积、反旋回沉积及复合旋回沉积,根据岩电特征划分出不同级别的旋回借以判别层序界面的位置。
风暴岩当湖泊处于广阔盆地时,湖面宽、水体浅,强大的风暴浪导致形成风暴岩沉积。层序界面上常发育砂质风暴岩,这是因为发生大规模的水进。
岩性、岩相标志
岩性、岩相在垂直系列上的缺失、突变及底砾岩的出现,都可能是层序边界。
凝缩段凝缩段通常与沉积层序期间最大水深相伴生,在湖盆中常形成
于湖平面达到最高、湖岸上超点达到向陆最远时期,即最大湖泛面形成时期。而最大湖泛面是层序内的重要分界面,该界面以下是湖进体系域,界面以上是高位体系域。在测、录
井资料上,该界面下为退积型准层序组,界面上为进积型准层序组。
松辽盆地凝缩段具有以下特征:①凝缩段由深灰色、灰黑色泥页岩、油页岩组成;②凝缩段内微体和超微体化石丰度高且分异度大;③在测井曲线上,生油凝缩段常以高自然伽马、低电阻率、平直自然电位为特征;④在地震反射剖面上,凝缩段响应于强振幅、高连续、分布广泛的地震反射,其上往往存在上覆层的系列下超点;⑤凝缩段有机碳含量高,自盆地中央向陆地方向有机碳含量有减少的趋势等。
最大洪泛面在地震剖面上有时表现为一个“下超面”。在此情况下,可以根据可容空间接近最大这一特征,在层序内寻找“上超点”接近盆地边缘最远处的“同相轴”,作为该层序的“最大洪泛面”。利用岩、电及分析化验资料,首先识别出凝缩段,并用合成地震记录标定到地震剖面上,从而也可在地震剖面上标定凝缩段的发育部位。
煤层(有争议)
有的学者认为,广泛分布的煤层可以作为层序边界的一种类型,因为泥碳堆积作用使煤保存下来只能发生在重要的碎屑沉积缺乏时和特定的构造和古气候条件下,可以将它与海相盆地充填中的凝缩剖面相类比。
古生物标志
生物(贝壳)碎屑层生活在浅水环境中的含壳类生物,死亡后壳体经湖浪作用搬运至岸线附近,后期经湖水的不断冲刷破碎,形成贝壳碎屑层,其中壳体破碎严重,难以辨认其属种,并且呈乱杂状堆积。因此它可以反映湖岸环境,当其上地层为反映水体逐渐或突然加深的沉积相类型时,这些碎屑层便可以近似代表层序或准层序组的顶,并可能代表层序的顶界。
植物根迹化石
根迹化石是岩心中最易识别的遗迹化石,其种类繁多,生态特点复杂,虽不能绝对地作为暴露标志,但大都为陆面或极浅水环境下的产物。在层序边界的识别过程中,可以根据上、下地层植物根迹化石纵向上的变化推断层序边界的位置。
遗迹化石
遗迹化石(除粪化石外)均为原地保存,它既是生物行为****性的反映,也是它们赖以生存底质的反映,而这两者直接受常驻环境因素的控制,因而与沉积环境关系十分密切。利用生物遗迹对环境的敏感性,可以反映在岩性剖面上表现出来的沉积间断面。
生物数量的变化
层序是某一控制因素作用下所形成的一套地层,其中所含生物数量从下而上应该是渐变的,从多到少或从少到多因沉积环境不同而定。但层序边界上下的地层,由于湖水深度、沉积环境等的很大差异,生物数量差别很大,发生突变。从而利用地层中相邻地层中生物数量的突变而考虑是否存在层序界面。
生物种属的变化
上、下地层中的化石所代表的时代相差较远,或古生物化石群突变,出现生物演化的不连续或生物种属的突变,都说明地层之间发生过沉积间断或长时间的侵蚀风化,是不整合(层序边界)存在的证据。
地球化学标志
不整合面以下的岩层中,由于风化暴露作用的结果,常常造成某些元素的特殊富集或贫乏,并引起同位素组成的变异,也可以形成某些盐类,这些均可作为识别层序边界的标志。
成岩作用标志
碎屑岩暴露地表时成岩作用较弱,且受后生成岩作用改造较强,故这类标志一般存在于碳酸盐岩类地层中。尽管如此,地表成岩环境下某些特殊产物(如高岭土层、褐铁矿)等仍作为识别层序界面的标志。
.岩性剖面上的识别标志
岩心、钻井,特别是三维露头剖面较测井、地震反射剖面具有更高的分辨率,因而是基准面旋回,特别是节短期基准面旋回(成因层序)的识别基础。
岩性剖面上旋回界面的识别标志有:
⑴地层剖面上的冲刷现象及其上覆的滞留沉积物,或代表基准面下降于地表之下的侵蚀冲刷面,或代表基准面上升时的水进冲刷面。后者与前者的区别是冲刷面幅度较小,且其上多见盆内屑。
⑵作为层序界面的滨岸上超的向下迁移,在钻井剖面中常表现为沉积相向盆地方向移动,如浅水沉积物直接覆于较深水沉积物之上,河流、浊流砂砾岩直接覆于深水泥岩之上,两类沉积之间往往缺乏过渡环境沉积。
⑶岩相类型或相组合在垂向剖面上的转换位置,如水体向上变浅的相序或相组合向水体变深的相序或相组合的转换处。
⑷砂、泥岩厚度旋回性变化,如层序界面之下,砂岩粒度向上变粗,砂泥比向上变大;层序界面之上则相反。这种旋回的变化特征常以叠加样式的改变表现出来。