層序界面-驅(qū)動層序地層模式多樣化

岳 亮，張成見

(1.中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083;2.山東省煤田地質(zhì)局第二勘探隊，山東 濟寧272400)

層序界面-驅(qū)動層序地層模式多樣化

岳 亮1，張成見2

(1.中國地質(zhì)大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083;2.山東省煤田地質(zhì)局第二勘探隊，山東 濟寧272400)

研究層序地層學(xué)的重點在于層序劃分，而層序劃分的前提是識別和對比巖石記錄中代表沉積趨勢變化的地層界面。地層界面作為基準面與沉積速率相互作用產(chǎn)生不同沉積成因類型(強迫型海退、低水位和高水位正常海退以及海進)的響應(yīng)，一部分可以提升至具有層序地層學(xué)意義的層序界面。目前，不同學(xué)者對層序界面的理解及使用存在著明顯的差異和混亂，其導(dǎo)致的模式多樣化也造成了解決實際問題時的混亂。

地層界面;層序界面;層序地層模式;多樣化

0 引言

從1988年L L Sloss的一篇《Forty Years of Sequence Stratigraphy》至今，中外地質(zhì)學(xué)家始終沒有停止探索的腳步，努力完善著層序地層學(xué)的理論體系。O Catuneanu等(2009)指出了層序地層學(xué)概念術(shù)語的混亂甚至相互沖突，要求客觀評判各學(xué)派的層序地層模式，以推出一個標準化方案和工作流程。

1949年，L L Sloss首先在地層學(xué)范疇內(nèi)將“層序”定義為以不整合為界的群或者超群的巖石地層單元，并特別強調(diào)了陸上不整合面作為層序界面的重要性。隨著地震地層學(xué)的出現(xiàn)與發(fā)展，層序這個術(shù)語又被定義為“由不整合面及其可對比的整合面所限定，有成因聯(lián)系且相對整合的地層單元”(R M Mitchum et al，1977)。地質(zhì)學(xué)家們對層序概念認識的不斷深入，極大地推動了層序地層學(xué)的發(fā)展，現(xiàn)在的各層序模式也都遵循著R M Mitchum等定義的地震層序概念。識別出的多種層序界面反映在層序模式的變化中，從僅由不整合面的層序劃分到多種界面可作為層序邊界，不同的認識和實踐產(chǎn)生了不同的層序地層模式(L L Sloss，1963;H W Posamentier et al，1988、1999;W E Galloway，1989;A F Embry et al，1992。)

1 地層界面到層序界面

早期沉積學(xué)家更多注重沉積的過程響應(yīng)，而非把握格架(W C Ross，1991)。現(xiàn)代層序地層學(xué)更加關(guān)注相關(guān)“事件”及其形成的沉積格架，這些事件，如海平面升降、構(gòu)造運動、沉積物供給速率等，響應(yīng)為不同的沉積物種類和地層疊置類型。層序地層學(xué)自身具有地層學(xué)和沉積學(xué)的雙重屬性，從過去的野外露頭和巖芯觀察，到現(xiàn)在常用的測井和地震數(shù)據(jù)分析，代表重要地質(zhì)事件的地層界面一直受到地質(zhì)學(xué)家的特別關(guān)注。地層界面的形成與沉積環(huán)境密切相關(guān)，它代表了特定的成因環(huán)境，記錄著各種沉積事件隨時間的變化。識別各地層界面的參照有(表1)：整合或者不整合接觸，上、下沉積體系的接觸面，接觸面上、下的沉積趨勢，與接觸面伴生的底層控制遺跡化石相類型與接觸面有關(guān)的地層尖滅(O Catunenu，2006)。

表1中這些接觸關(guān)系包括7種層序地層界面(海侵浪蝕面和海侵潮蝕面合為海侵溝蝕面)和3種趨勢內(nèi)相接觸面。趨勢內(nèi)相接觸面是可以在體系域內(nèi)部追蹤的其他層面，只在建立層序地層格架后的層序地層剖面中加以識別(A F Embry et al，2001、2002)。趨勢內(nèi)相接觸面反映了體系域內(nèi)的巖性不連續(xù)，可能在露頭、巖芯或測井數(shù)據(jù)中有較強的表現(xiàn)，一般更適用于巖石地層或異型地層分析。然而，趨勢內(nèi)相接觸面并不是真正的層序界面，不能作為層序或體系域的邊界。

表1 主要的地層界面

地層界面是可以或者部分可以成為包含層序地層學(xué)意義的層序界面。通過分析各種基本觀測數(shù)據(jù)，正確識別與濱線軌跡相結(jié)合形成的地層界面，從而解釋出的層序界面和成因單元，是獨立于層序地層模式外的核心理論。相對于體系域命名或者依靠模式選出的層序地層邊界，層序界面體現(xiàn)了其作為先決條件的不可或缺。

2 層序界面與模式的多解性

2.1 層序界面

層序地層格架包括由可容空間和沉積作用相互影響產(chǎn)生且以層序界面為邊界的成因單元。層序界面是分析露頭、測井曲線和地震數(shù)據(jù)得出的地層疊覆型式和沉積相關(guān)系而識別出的一種地層界面。一個完整的基準面變化旋回記錄了4個重要事件(圖1)：強迫型海退開始、強迫型海退結(jié)束、海退結(jié)束、海進結(jié)束(O Catuneanu et al，2009)。基準面旋回中的這4個事件，控制了所有層序界面和體系域的形成時間，并暗示了二者之間的同步性。目前已識別的且對層序地層學(xué)有重要意義的7種界面中，4個界面發(fā)生在基準面上升階段，3個界面發(fā)生在基準面下降階段(表1、圖1)。

2.1.1 基準面下降階段 (1)陸上不整合面(SU)(L L Sloss，1949)。普遍認為，陸上不整合是巖層記錄中最重要的地層間斷，因此常被選為層序界面的非海相部分?？偵细卜呛Ｏ喑练e的陸上不整合面是受到各種陸上作用后，形成的剝蝕面或無沉積面。向海方向，陸上不整合面延伸到濱線下降結(jié)束的位置，代表其最大延伸，而其濱線終止位置常是構(gòu)建古地理圖的重要理論依據(jù)。

圖1 依據(jù)基準面與沉積作用之間關(guān)系定義的海侵、正常海退和強迫型海退

(2)可對比整合面(CC)。可對比整合面1(H W Posamentier et al，1988、1999) 和可對比整合面 2(D Hunt et al，1992)(圖 1、圖 2、圖 3)，H W Posamentier等(1988)最早提出了可對比整合面的概念?？蓪Ρ日厦?的形成時間是濱線處基準面下降結(jié)束的時間點，即海平面變化的最低點，此時形成的海相界面(強迫型海退沉積的頂界面)與陸上不整合面相對比(D Hunt et al，1992)。與之不同，H W Posamentier等(1988)將可對比整合面1定義為基準面下降開始的時間點，即強迫型海退沉積的底界面。目前，可對比整合面這個定義還具有很大的爭議，主要關(guān)于其時限和物理屬性問題。因可對比整合面難于在大多數(shù)的露頭、巖芯和測井上識辨，即便地震數(shù)據(jù)也僅是最大限度地指出其可能的發(fā)育位置，達到與陸上不整合面對比的目的。

(3)強迫型海退底面(BSFR)(D Hunt et al，1992)。該名詞的引入用來定義強迫海退期海洋環(huán)境中的所有底面，并對應(yīng)了 H W Posamentier等(1988)提出的可對比整合面。在大多數(shù)出露較好的剖面或巖芯之中，強迫型海退底面缺乏可被識別的客觀標準，所以它僅是一個被廣泛接受的理論面。

(4)海退侵蝕面(RSME)(A Plint，1988)，又稱海退溝蝕面，形成于強迫海退期。它是一個明顯的沖刷界面，把下伏的向上變淺的正粒序濱外海相地層與上覆的也向上變淺的正粒序臨濱海相地層分開。該界面大都位于海退沉積序列的內(nèi)部，代表沉積趨勢從沉積到非沉積的變化。

2.1.2 基準面上升階段 (1)最大海退面(MRS)(W Helland-Hansen et al，1996)(圖 1、圖2)，也稱為海侵面(H W Posamentier et al，1988)、低水位頂面(P Vail et al，1991)、初始海侵面(A F Embry，1995)和最大進積面(A F Emery et al，1997)。最大海退面標志著濱線遷移海退到海進的變化，作為一個沉積轉(zhuǎn)換面卻引來了認識及概念的不同。

(2)最大海泛面(MFS)(D E Frazier，1974;H W Posamentier et al，1988;J C Van Wagoner et al，1988;W E Galloway，1989)(圖1、圖2)。最大海泛面也被稱為最大海侵面(W Helland-Hansen et al，1996)或最終海侵面(D Nummedal et al，1993)，在地震剖面中進行識別與應(yīng)用時，稱之為下超面。它標志著濱線海侵的結(jié)束，海相向陸的最大延伸。

圖2 實例中識別的部分層序界面

(3)海侵溝蝕面(TRS)(W E Galloway，2001)，曾稱為溝蝕面(Swift，1975)、海侵面(J C Van Wagoner et al，1988)和濱面溝蝕面(A F Embry，2002)。該界面可分為浪蝕面和潮蝕面，是基準面上升時濱線向陸遷移經(jīng)潮汐或波浪沖刷切割形成的面。

前文已經(jīng)描述和討論了7種不同的層序界面，而決定用其中的哪些界面來定義及劃分不同類型層序地層單元是最為關(guān)鍵的。無論實例研究還是理論推導(dǎo)，各自選擇層序界面的不同，必然會產(chǎn)生多種層序模式。

2.2 模式的多解性

層序地層學(xué)方法最直觀的應(yīng)用地區(qū)是濱線附近(特別是海岸到淺海環(huán)境)，不過不是每種沉積環(huán)境都會形成所有的層序界面。形成界面的類型和數(shù)量不同，隨著選用視角的變化，層序地層模式也會變化(圖3)。

圖3 現(xiàn)有層序地層模式

L L Sloss(1962、1963)利用區(qū)域不整合面所限定的“層序”定義，劃分了幾乎橫穿北美的6個層序，分別以當?shù)氐墓挪柯涿?。而這種具有構(gòu)造旋回含義的層序只適用不整合的地層體，大于群或超群(W C Krumbein et al，1951)，限制其僅僅對區(qū)域范圍內(nèi)的地層適用。幾乎同時期，Wheeler出版了一系列論文(H E Wheeler，1958、1959、1964)，實例論證了由不整合面限定的層序，不過該不整合面向盆地方向消失，存在著不合理性和相應(yīng)的局限性。在盆地邊緣可定義一系列不整合面所限定的層序，但這些不整合面朝盆地方向的遷移距離不同并相繼消失，各消失處以后的層序劃分又將重新識別出一系列新的只由不整合面定義的層序。由此，L L Sloss和H E Wheeler所定義的層序不可以廣泛運用和深化發(fā)展。

Exxon的研究者們?yōu)榱税褜有蜻吔缪由斓脚璧刂行?，重新定義層序為“以不整合面及其可對比的整合面所限定”的單位，將層序地層學(xué)應(yīng)用于整個沉積盆地。最為顯著的是他們在地震剖面中解釋了盆地側(cè)翼的不整合面和盆地中心的下超面(最大海泛面)，這兩種不同類型層序界面促成了層序地層學(xué)早期的三分體系域模式—類型Ⅰ層序(LST+TST+HST)和類型Ⅱ?qū)有?SMST+TST+HST)，建立了早期的沉積層序模式。

排除模式理論驅(qū)動的層序模式劃分，W E Galloway(1989)根據(jù)美國墨西哥灣的工作經(jīng)驗，提出了一個由最大海泛面所限定的層序劃分模式，稱為成因?qū)有虻貙訉W(xué)，也可為R-T層序地層學(xué)。與之不同的是，A F Embry等(1992、1993)提出了第三類地層單元，以陸上不整合面和海相中最大海退面的復(fù)合層序界面劃分方法，稱之為海侵-海退層序(T-R層序)地層學(xué)。

隨著層序地層學(xué)的廣泛運用，良好的解決方法加快了層序地層學(xué)的發(fā)展，卻也使各種問題紛至沓來?；诤ｊ懴鄳?yīng)用差異，層序地層學(xué)開始由經(jīng)典三分模式向現(xiàn)行四分模式轉(zhuǎn)變，使得層序地層學(xué)更趨復(fù)雜化(李紹虎，2010)。沉積層序發(fā)生了變化，D Hunt等(1992)發(fā)現(xiàn)Exxon沉積層序類型Ⅰ界面中的基本錯誤，提議增加強迫型海退楔體系域(FRST)，即下降階段體系域(FSST)(D Nummedal et al，1993;A Plint et al，2000)，建立了層序地層學(xué)的四分體系域模式，以修正傳統(tǒng)Exxon層序概念體系的不協(xié)調(diào)(梅冥相等，2000;梅冥相，2010;吳因業(yè)等，2010)。而1999年H W Posamentier等也認識到類型Ⅰ界面在理論上是不可能的，不過采取了新的解決方法，他們使用基準面下降的開始時間面作為可對比整合面(圖3)，將低位體系域分成早、晚兩部分，建立了不同于前者的四分體系域模式。

相對于以碎屑巖為主地層的廣泛應(yīng)用，層序地層學(xué)依舊適用于以碳酸鹽巖為主的地層，并且有新的認識。在碳酸鹽沉積體系中，相對海平面快速上升造成碳酸鹽巖臺地的淹沒，形成了碳酸鹽巖上覆細粒遠洋相的巖層疊置類型，他們之間的接觸面被定義為淹沒不整合面(W Schlager，1989、1998)，也定義為類型3層序界面，一種混合碳酸鹽-硅質(zhì)碎屑巖序列中的特殊界面(梅冥相，1996、2010;王鴻禎等，1998;W Schlager，1999)。

3 結(jié)語

在現(xiàn)有的一系列模式中，層序地層界面可以看作層序邊界、體系域邊界乃至體系域內(nèi)的界面。能夠得到廣泛認同的層序界面，不僅要代表沉積趨勢變化的界面，還要是合理客觀、可觀測、經(jīng)驗性識別的界面，既發(fā)育在硅質(zhì)碎屑巖地層又存在于碳酸鹽巖地層。

層序地層學(xué)作為一個具體的地層學(xué)分支，經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，已成為沉積地質(zhì)學(xué)研究的主流方法，得到了廣泛的使用。目前，層序模式的混亂可能會負面影響層序地層學(xué)今后發(fā)展，進而為了更好地理解和應(yīng)用，一些地質(zhì)學(xué)家們開始建議標準化其模式。可是，也許會如2009年W Helland-Hansen指出的，現(xiàn)在進行層序地層學(xué)的標準化和格架化可能會限制發(fā)展，畢竟作為地層學(xué)分支的它還是一門年輕的學(xué)科，應(yīng)加以促進，而目前凍結(jié)的基礎(chǔ)概念在未來很可能會發(fā)生變化。

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Sequence surfaces-driving diversification of sequence stratigraphic model

YUE Liang1，ZHANG Cheng-jian2

(1.School of Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences，Beijing 100083，China;2.No.2 Exploration Party，Shandong Bureau of Coal Geology，Jining 272400，Shandong)

The key research on sequence stratigraphy focused on sequence division，while sequence division should be based on the premise that the recognition and correlation of stratigraphic surfaces which represented changes in depositional trends in the rock record.Stratigraphic surface was the respond to the interplay of changes in rates of sedimentation and base level，as boundaries among different genetic types of deposit(forced regression，low stand and high stand normal regression，transgression)，some of them could be the sequence surface of sequence stratigraphic significance.At present，many had their own understandings on sequence stratigraphy boundary and applied it in various ways.Therefore，a systematic organization on sequence stratigraphy was urgent.

Stratigraphic surface;Sequence surface;Sequence stratigraphic model;Diversification

P539.2

A

1674-3636(2011)03-0258-07

10.3969/j.issn.1674-3636.2011.03.258

2011-04-25;

2011-05-11;編輯：陸李萍

岳亮(1986—)，男，碩士研究生，從事沉積學(xué)與層序地層學(xué)方面的研究，E-mail：qzyueliang@163.com