異整合面
——古環(huán)境劇變的地層記錄

高遠，Alan R.Carroll，王成善

1.生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室，中國地質(zhì)大學（北京）地球科學與資源學院，北京 100083

2.威斯康星大學麥迪遜分校地球科學系，麥迪遜，威斯康星州 53706，美國

0 引言

沉積學與地層學的經(jīng)典理論往往要求古環(huán)境保持穩(wěn)定或者緩慢而連續(xù)的變化。百年前提出的“瓦爾特相律”為分析沉積相和沉積環(huán)境、探討地層時空關(guān)系奠定了理論基礎(chǔ)[1-4]。瓦爾特相律的涵義是“只有橫向上相互毗鄰的相和相區(qū)，才能在縱向上原生疊覆在一起”，“相”具有沉積環(huán)境和沉積物雙重意義，相律應用的前提是沉積環(huán)境緩慢連續(xù)變化。瓦爾特相律的拓展和延伸構(gòu)成了層序地層學的理論基礎(chǔ)，并在油氣地質(zhì)學和諸多沉積巖相關(guān)研究領(lǐng)域取得了廣泛應用[5-6]。

然而在沉積學和地層學研究中，越來越多的發(fā)現(xiàn)一些不遵循瓦爾特相律的地質(zhì)現(xiàn)象，例如在整合的地層中出現(xiàn)突然的、不連續(xù)的相變，導致這些“非瓦爾特相律”相變的重要原因是古環(huán)境快速的、顯著的變化。這些相變界面往往也是巖石地層學、年代地層學、層序地層學、地震地層學中明顯的地質(zhì)界面，代表了古環(huán)境劇變事件，但是在經(jīng)典的沉積學和地層學理論中缺少一個合適的術(shù)語描述此類界面。為此，美國威斯康星大學麥迪遜分校沉積學家Alan R.Carroll 教授于2017 年提出了“異整合面（xenoconformity）”的概念，來描述古環(huán)境劇變事件導致沉積體系發(fā)生根本性變化而產(chǎn)生的相變界面[7]。值得關(guān)注的是，近兩年來我國學者提出全球非常規(guī)油氣資源沉積富集與重大地質(zhì)環(huán)境突變密切相關(guān)[8-9]，與異整合面相關(guān)的古環(huán)境劇變事件往往直接影響有機質(zhì)的埋藏和富集，是非常規(guī)油氣沉積學研究的重要內(nèi)容之一，對尋找非常規(guī)油氣資源具有重要指導意義。因此，在之前研究的基礎(chǔ)上，本文對異整合面的定義和基本原理做進一步討論，舉例說明不同沉積環(huán)境下典型的異整合面，尤其重點闡述異整合面在含油氣盆地中的特征和意義，希望能為解決沉積學、地層學和油氣地質(zhì)學研究中的某些問題有所幫助。因筆者學識所限，文章疏漏之處尚望同行專家斧正。

圖1 異整合面的概念模型及與其他地質(zhì)界面的關(guān)系圖中橫軸X-Y代表空間距離，縱軸數(shù)字1-7代表時代由老到新，灰度變化代表沉積相遷移。對瓦爾特相律、層序界面、整合面、不整合面、異整合面的討論參見正文。修改自文獻[7]Fig.1 Schematic models for xenoconformity and other related stratigraphic surfaces

1 異整合面的涵義

異整合面是盆地尺度到全球尺度根本性的、突然的、持續(xù)性的沉積相變產(chǎn)生的地層界面[7]（圖1c）。“根本性（fundamental）”指異整合面上下沉積體系發(fā)生徹底改變；“突然（abrupt）”指相變發(fā)生迅速，表現(xiàn)在地層記錄上是一個界面或者很薄的一層；“持續(xù)性（persistent）”指相變突然發(fā)生后在較長時間內(nèi)環(huán)境保持穩(wěn)定，而不是沉積相周期性變化。在地層記錄中，異整合面具有巖性突變、沉積相或相組合突變、生物滅絕、地球物理界面（如地震反射界面）、地球化學信號突變（如穩(wěn)定同位素偏移）等不同特征[7]?？焖俚摹@著的、不可逆的古環(huán)境劇變事件是導致異整合面發(fā)育的根本原因，這決定了此類界面的發(fā)育不遵循瓦爾特相律，而是記錄了沉積體系的突然轉(zhuǎn)變[7]。

異整合面與整合面（conformity）、不整合面（unconformity）涵義不同卻有關(guān)聯(lián)。整合面是連續(xù)沉積、沒有明顯沉積間斷的地層界面，通常是在穩(wěn)定的或者緩慢連續(xù)變化的沉積環(huán)境下形成的[10]（圖1a）。然而，快速的、顯著的沉積環(huán)境變化可能導致連續(xù)沉積的地層中出現(xiàn)明顯相變，這一類具記錄明顯相變的整合面即是異整合面（圖1c）。不整合面是具有顯著沉積間斷的地層界面，常被認為不遵循瓦爾特相律[10]（圖1b，c）。但是，導致不整合面發(fā)育的因素包括構(gòu)造運動（如地殼抬升和地表風化剝蝕）、氣候環(huán)境變化（如冰川作用導致海平面下降、干旱氣候?qū)е潞矫嫦陆担┑榷喾N。如果沉積間斷僅僅由構(gòu)造剝蝕導致、間斷期間環(huán)境緩慢變化，理論上并不違背瓦爾特相律，就連瓦爾特本人也認為地層剝蝕（erosion）僅僅是另一種表現(xiàn)形式的相[2,11]（圖1b）。本文認為，由于地質(zhì)學家往往對沉積盆地中不整合面的特征和成因有較好的認識，識別和研究整合地層中的異整合面、分析其形成的古環(huán)境背景在未來沉積學和地層學研究中可能具有更重要的意義。

層序地層學中的“層序界面”是與異整合面涵義較接近的地層學術(shù)語。層序地層學的理論基礎(chǔ)是地層層序疊加樣式受控于沉積物供給和可容納空間變化，本質(zhì)上依附于瓦爾特相律[5-6]。層序界面是劃分層序的不整合面及其相關(guān)的整合面，通常是一些海（湖）泛面或者暴露侵蝕面[5-6]（圖1b）。異整合面與層序界面的概念相對比，一方面兩者有不同之處，前者可以完全是一個整合面，只要沉積相突變是由快速的、顯著的古環(huán)境劇變所導致，后者通常至少含有部分不整合面，而且可以由緩慢的沉積相變所形成的；另一方面，由古環(huán)境劇變導致的、不遵循瓦爾特相律的層序界面即是異整合面，這時兩個概念的涵義又是一致的[7]（圖1c）。

另一個與異整合面涵義相關(guān)的概念是“事件沉積”或“事件地層”。事件沉積是罕見的地質(zhì)事件保留下來的沉積記錄[12]。事件地層是利用等時的、空間分布廣的、可在地層中留下記錄的地質(zhì)事件來劃分對比地層的方法[13]。事件沉積、事件地層和異整合面的相似之處是它們都關(guān)注古環(huán)境劇變這類地質(zhì)事件的沉積記錄，但是前兩者還關(guān)注火山爆發(fā)、地震等地質(zhì)事件的直接記錄（如火山灰），即使事件沒有產(chǎn)生明顯的環(huán)境效應。此外，有些地質(zhì)事件可以造成古環(huán)境短暫變化，但是不會根本性改變沉積體系，例如濁流事件、風暴事件等，由此而產(chǎn)生的地層界面也不屬于異整合面。

2 陸相地層中的異整合面

陸地環(huán)境具有類型多樣、變化頻繁、波動顯著等特點，因此理論上陸相地層中容易發(fā)育異整合面。湖泊沉積對環(huán)境變化的響應非常敏感，而且時間上相對連續(xù)、空間分布較為局限，因此異整合面更可能在湖泊盆地中保存下來[7]。本節(jié)以北美古近系綠河組、松遼盆地白堊系和準噶爾盆地二疊系中的異整合面為例，探討古環(huán)境劇變在陸相湖泊盆地中的記錄及其與油氣資源分布的潛在聯(lián)系。

2.1 北美古近系綠河組異整合面

北美科迪勒拉造山帶東側(cè)的褶皺逆沖帶中分布著一系列小型陸相湖泊盆地，這些盆地在白堊紀晚期到古近紀早期接受沉積[14-15]。其中綠河組（Green River Formation）是一套始新世早中期的湖泊沉積，主要分布在美國懷俄明州、科羅拉多州、猶他州等地，沉積厚度可達兩千米[15-16]。綠河組保存了完整的地質(zhì)歷史時期湖泊體系演化信息，記錄了古近紀早期陸地極熱氣候，同時蘊藏了豐富的油頁巖、煤、鹽類沉積等資源和礦產(chǎn)，因此長期以來是陸相沉積學和地層學研究的熱點[7,15-17]。

根據(jù)巖性、地層疊加樣式、沉積構(gòu)造、古生物類群和有機質(zhì)含量等資料，綠河組的沉積特征可以歸納為三種沉積相組合（facies associations）：河流湖泊相組合（fluvial-lacustrine）主要特征是含有淡水生物化石和煤層的進積層序，波動深湖相組合（fluctuating-profundal）主要特征是進積和加積層序、耐高鹽度的生物化石和富含I型有機質(zhì)的暗色泥巖，蒸發(fā)相組合（evaporative）主要特征是加積層序、含有蒸發(fā)鹽礦物、泥巖有機質(zhì)類型多樣[16-18]。不同沉積相組合之間通常以明顯的層面或者幾厘米到幾十厘米的過渡層相分隔，并且這些層面或薄過渡層在盆地內(nèi)是穩(wěn)定連續(xù)的[19-21]。綠河組Wilkins Peak段（WPM）和上覆Laney 段LaClede 層（LLB）之間的界面就是一個典型代表（圖2）。WPM沉積特征為蒸發(fā)相的富鈉碳酸鹽層，缺少湖相生物化石，有機質(zhì)富集程度低，基于費舍爾含油率分析（Fischer assay）每噸巖石產(chǎn)油率峰值在1～2 加侖[21-22]（圖2）。反之，上覆LLB 不含蒸發(fā)鹽礦物，卻含有大量的魚和水生節(jié)肢動物化石，其空間分布范圍比WPM 更廣，有機質(zhì)富集程度高，費舍爾分析顯示每噸巖石產(chǎn)油率峰值達到8～9 加侖[21-22]（圖2）。

圖2 北美古近紀綠河組WPM-LLB 異整合面圖中巖性地層據(jù)綠河組WM-1巖芯；鍶同位素數(shù)據(jù)中，豎虛線代表WPM頂部10米和LLB底部10 m的平均值，灰色框代表±1標準偏差；費舍爾含油率分析柱狀圖不包括小于0.5加侖/噸的數(shù)據(jù)；粒度代號c-黏土，s-粉砂，vf-極細砂，f-細砂，m-中砂，c-粗砂。修改自文獻[7]。Fig.2 Xenoconformity at WPM-LLB boundary in the Paleogene Greenriver Formation

綠河組WPM-LLB界面是一個沉積相突變面，也是一個整合面，年代學證據(jù)支持界面上下沒有顯著的沉積間斷[15,23]。這個界面在多個鉆井和露頭剖面均可追索，與幾層火山灰大致平行，顯示其在盆地范圍內(nèi)連續(xù)穩(wěn)定分布[23]。同時，跨過界面發(fā)生了顯著的鍶同位素偏移，87Sr/86Sr 平均值從WPM 頂部的0.712 48變?yōu)長LB底部的0.713 93，如此大的變化幾乎等于整個顯生宙海水鍶同位素的變化量，但是在綠河組卻出現(xiàn)在小于50 cm的薄層中（圖2）。

綠河組WPM-LLB界面是一個典型的異整合面。異整合面上下地層連續(xù)發(fā)育卻指示了截然不同的沉積環(huán)境，這無法用瓦爾特相律解釋。異整合面之下WPM 富含蒸發(fā)巖、不含魚化石說明湖泊處于超咸化環(huán)境，有機質(zhì)含量低是因為湖平面低且波動頻繁導致生產(chǎn)力和保存條件較差。相反，異整合面之上LLB突然出現(xiàn)湖相生物化石、湖泊面積突然增大表明湖平面升高、湖水鹽度降低[21]。綠河組WPM-LLB 異整合面產(chǎn)生的原因是盆地東部的一條河流改道并注入湖泊帶來大量淡水，同時氣候變濕潤降雨量增加，從而改變了湖盆流域的水文平衡，最終導致沉積環(huán)境劇變[7,20]。盆地東部前寒武紀巖石的風化帶來大量高放射性鍶的沉積物引起鍶同位素快速升高，而湖泊沉積環(huán)境劇變決定了有機質(zhì)富集程度由低變高[20-21]。

2.2 松遼盆地白堊系異整合面

松遼盆地是位于我國東北地區(qū)的大型陸相含油氣盆地，其主要沉積時期是白堊紀，保存了厚度可達萬米的陸相地層[24-25]。近年來開展的“松遼盆地國際大陸科學鉆探工程”將在全球首次獲取整個白堊系連續(xù)完整的巖芯記錄[24-27]。開展松遼盆地白堊系的沉積學、地層學和古環(huán)境研究具有重要意義，一是探索白堊紀溫室氣候時期陸地氣候環(huán)境變化的規(guī)律及其對生物演化的影響，為人類社會應對全球變暖提供科學借鑒；二是探討陸相盆地大規(guī)模有機碳埋藏的過程和規(guī)律，為支撐大慶油田未來發(fā)展提供科學依據(jù)[26]。

松遼盆地上白堊統(tǒng)發(fā)育兩套湖相暗色泥巖——青山口組和嫩江組一二段，也是盆地最重要的兩套烴源巖[24]。這兩套暗色泥巖上下是河流相或三角洲相沉積，可見截然的相變界面。以松科1井南孔巖芯為例，姚家組主要發(fā)育灰棕色、灰綠色粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和泥巖，為濱淺湖和三角洲相沉積，典型的古土壤結(jié)構(gòu)構(gòu)造表明沉積物常處于暴露環(huán)境[28]（圖3）。姚家組頂部巖性快速過渡到嫩江組一段底部的深灰色、灰黑色泥巖和油頁巖，后者指示半深湖—深湖的沉積環(huán)境[29]。伴隨著沉積相變，古生物和地球化學記錄還捕捉到介形類豐度的增加、TOC增加、碳同位素負偏和鍶同位素正偏等信號[30-32]（圖3）。

姚家組和嫩江組一段的界面是一個異整合面?；谌璧氐某练e相研究表明，嫩江組一段開始湖泊面積快速擴張至20×104km2，湖水幾乎覆蓋了整個盆地，這與姚家組大型三角洲發(fā)育的環(huán)境截然不同[24-25]?？焖俸挚赡苁菤夂颦h(huán)境事件與構(gòu)造沉降共同作用的結(jié)果，松科1井的孢粉指標證明跨過姚家組—嫩江組一段異整合面氣候快速變濕變冷[33]。鍶同位素的正偏指示了物源自西向東的轉(zhuǎn)變，有孔蟲化石和海相生物標志物指示了嫩江組一段的快速海水入侵事件，河流注入和海水入侵可能進一步加劇了湖泊擴張[30-31,34]（圖3）。沉積體系的突然轉(zhuǎn)變促進了生物群的繁盛和生產(chǎn)力的提高，湖泊分層導致了湖底高鹽度缺氧環(huán)境，最終導致大量有機質(zhì)的保存[32]。

圖3 松遼盆地上白堊統(tǒng)姚家組—嫩江組界面異整合面（據(jù)文獻[31-34]修改）Fig.3 Xenoconformity at the boundary of Yaojia Formation and Nenjiang Formation in the Cretaceous Songliao Basin(modified from references [31-34])

2.3 準噶爾盆地二疊系異整合面

準噶爾盆地是位于我國西北地區(qū)的大型多期含油氣疊合盆地，沉積了自古生代至新生代的地層[35-36]。二疊紀是盆地演化的一個重要階段，期間盆地經(jīng)歷了構(gòu)造體系轉(zhuǎn)變、沉積環(huán)境由海向陸轉(zhuǎn)變、古氣候顯著波動和大規(guī)模有機碳埋藏等一系列地質(zhì)過程[37-38]。同時，二疊系也發(fā)育了準噶爾盆地最重要的烴源巖，有代表性的烴源巖層位包括下二疊統(tǒng)風城組和中二疊統(tǒng)蘆草溝組等[38-39]。

下二疊統(tǒng)風城組主要發(fā)育在準噶爾盆地西北緣瑪湖凹陷等地，厚度達到800～1 800 m，是一套細粒泥頁巖、碳酸鹽巖和堿性蒸發(fā)巖主的沉積[36,40]。天然堿、蘇打石等堿性礦物的大量出現(xiàn)證明堿湖的沉積環(huán)境，富含藻類的紋層發(fā)育支持古氣候具有顯著的季節(jié)節(jié)律[36,40]。根據(jù)巖性特征風城組可以分為三段，以風南7 井為例，風城組一段主要發(fā)育泥頁巖、粉砂巖、白云質(zhì)泥頁巖或粉砂巖，少量堿性蒸發(fā)巖以夾層出現(xiàn)；二段主要發(fā)育白云質(zhì)泥頁巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥質(zhì)白云巖，含大量的堿性蒸發(fā)巖薄層；三段主要發(fā)育泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥頁巖、泥質(zhì)粉砂巖[36,41]（圖4）。其中風城組二段和三段界線處發(fā)生了沉積相突變，最重要的巖性標志是堿性蒸發(fā)巖含量顯著降低，表現(xiàn)在測井曲線上是井徑測井值突然降低和電阻率測井、密度測井、補償中子測井值突然升高（圖4）。

圖4 準噶爾盆地二疊系風城組二段—三段界面異整合面（以風南7 井為例，據(jù)文獻[40-41]修改）Fig.4 Xenoconformity at boundary of Unit 2 and Unit 3 of Fengcheng Formation in the Permian Junggar Basin(FN7 core as an example, modified from references [40-41])

本文認為風城組二段和三段界面很可能是一個異整合面，代表了沉積環(huán)境的突然變化。對于風城組堿性蒸發(fā)巖的形成環(huán)境和機制仍有爭議，有代表性的觀點包括火山作用或干旱氣候?qū)е碌暮凑舭l(fā)濃縮、火山作用導致的湖底熱液環(huán)境以及富含硫酸鹽還原菌的湖泊環(huán)境等[40,42-43]?？邕^風城組二段、三段界面的異整合面蒸發(fā)鹽礦物的顯著降低，指示了湖泊水體鹽度的快速下降，潛在的環(huán)境因素包括氣候顯著變濕潤、河流淡水注入等，但是需要今后更多的沉積學和古氣候?qū)W研究加以證實。

3 海相地層中的異整合面

全球尺度的氣候環(huán)境劇變才能導致海相異整合面的發(fā)育，其特征包括全球主要洋盆沉積環(huán)境的等時變化、海相碳同位素偏移、生物滅絕等[7]。本節(jié)以古近紀古新世—始新世界線異整合面、白堊紀—古近紀界線異整合面、奧陶紀—志留紀界線異整合面、成冰紀—埃迪卡拉紀界線異整合面為例，探討全球尺度古環(huán)境劇變在海相地層中的記錄。

3.1 古近紀古新世—始新世界線異整合面

古近紀古新世—始新世之交發(fā)生了一次全球性的氣候突然變暖事件，地質(zhì)學家稱之為“古新世—始新世極熱事件”（PETM，Paleocene-Eocene Thermal Maximum）[44-45]。這次事件導致全球碳循環(huán)的重大擾動，海洋和陸地溫度在2 萬年內(nèi)快速升高了5 ℃～8 ℃，大洋環(huán)流模式、陸地降水和風化作用改變，以及海洋與陸地生物群生活范圍和演化進程的重大改變[44-46]。在海相地層中，PETM 事件的地層標志包括碳酸鹽含量的突然降低和黏土含量的突然升高、碳同位素的顯著負偏、底棲有孔蟲的滅絕等[45-46]。

海相地層中古新統(tǒng)—始新統(tǒng)界面是一個典型的異整合面。沉積環(huán)境變化在兩萬年內(nèi)發(fā)生，并在隨后的二十萬年中保持穩(wěn)定[45,47]。由于巨量的輕碳在兩萬年內(nèi)快速注入地球表層系統(tǒng)，不同介質(zhì)中的碳同位素均發(fā)生顯著負偏[44-45]。大氣和海水中的二氧化碳濃度快速升高，海洋發(fā)生酸化作用使得碳酸鹽補償面快速上升，因此在地層中出現(xiàn)碳酸鹽含量突然降低和黏土含量突然升高的現(xiàn)象[46]。PETM 事件期間海洋沉積環(huán)境的劇烈變化及其在地層中的記錄是古氣候劇變的結(jié)果，其地層記錄卻無法用瓦爾特相律來解釋。

3.2 白堊紀—古近紀界線異整合面

圖5 海相地層中白堊紀—古近紀界線異整合面（北大西洋ODP207 記錄，據(jù)文獻[49]修改）Fig.5 Xenoconformity at Cretaceous-Paleogene boundary in marine strata (record from ODP 207 in North Atlantic,modified from reference [41])

白堊紀—古近紀界線發(fā)生了地質(zhì)歷史上距今最近的一次生物大絕滅事件，這次事件直接導致了包括恐龍在內(nèi)的多個生物門類滅亡、現(xiàn)生生物類群的出現(xiàn)以及整個地球生態(tài)系統(tǒng)的重建（圖5）[48-49]。發(fā)生在距今六千六百萬年之前的小行星撞擊被認為是導致這次生物大滅絕的重要原因，盡管也有觀點認為德干大火成巖省的噴發(fā)對生物滅絕產(chǎn)生了顯著影響[48-51]。在海相地層中，白堊紀—古近紀界線的典型標志包括銥元素含量異常升高、碳酸鹽含量突然降低、碳酸鹽碳同位素顯著負偏以及多門類海洋生物滅絕[48]。

海相地層中白堊系—古近系界面也是一個異整合面。這個界面代表的環(huán)境突變發(fā)生在小于一千年的時間尺度上，并在隨后的幾百萬年之內(nèi)變化緩慢[50-51]。銥元素元素含量異常升高普遍被認為是小行星撞擊后宇宙塵埃在地層中的記錄，由于撞擊導致巨量的碳排入大氣和海洋，引起海水酸化和酸鹽含量突然降低；撞擊同時導致多門類海洋生物滅絕和海洋生態(tài)系統(tǒng)劇變，并以碳同位素偏移的形式記錄在海相地層中（圖5）[48]。

3.3 奧陶紀—志留紀界線異整合面

奧陶紀—志留紀轉(zhuǎn)折期是全球重大地質(zhì)轉(zhuǎn)折期之一，它是羅迪尼亞超大陸裂解晚期與潘基亞超大陸聚合早期的過渡階段，全球海平面發(fā)生劇烈變化[52-53]（圖6）。晚奧陶世末期，岡瓦納大陸南部發(fā)育一定規(guī)模冰川作用，伴隨著全球溫度的顯著波動[54]。冰期消融過程中全球溫度升高，海洋深部富硫化水體的上涌導致廣泛的硫化缺氧事件，范圍可達陸棚的相對淺水地區(qū)[55]。一系列快速氣候環(huán)境變化事件和海洋硫化缺氧事件最終導致了顯生宙第一次生物大滅絕事件——奧陶紀末生物大滅絕[56]。

海相地層中奧陶系—志留系界面可以認為是一個異整合面。奧陶紀末期冰川融化、氣候變暖導致海平面上升和硫化水體上涌，全球性海侵使得硫化缺氧水體廣泛分布于大陸邊緣，從而在全球范圍內(nèi)（北美、歐洲、中國等）沉積了一套富有機質(zhì)黑色頁巖，是全球古生代最重要的烴源巖層系之一[8,57]。我國南方五峰組—龍馬溪組頁巖層系記錄到了這一異整合面，界面之上的龍馬溪組底部有機質(zhì)含量陡然升高，成為重要的頁巖氣甜點段（圖6）[8]。

圖6 海相地層中奧陶紀—志留紀界線異整合面及其在華南揚子地區(qū)的記錄（據(jù)文獻[8]修改）Fig.6 Xenoconformity at Ordovician-Silurian boundary in marine strata and its record in Yangtze area, South China(modified from reference [8])

3.4 成冰紀—埃迪卡拉紀界線異整合面

新元古代時期地球上發(fā)生了幾次顯著的冰期事件，由于冰川沉積物在熱帶地區(qū)發(fā)育，地質(zhì)學家提出“雪球地球（Snowball Earth）”假說來形容當時的冰室氣候狀態(tài)[58-60]。成冰紀晚期的Marinoan 冰期即是這樣的一次“雪球地球”事件，典型的冰川沉積物如無層理的混雜冰磧巖、冰川墜石沉積等在不同緯度均有發(fā)現(xiàn)[57-59]。覆蓋在冰川沉積物之上的是一套近乎全球分布的、厚度幾十厘米到幾米、側(cè)向連續(xù)的灰?guī)r或白云巖沉積，被稱為“蓋帽碳酸鹽巖（cap carbonate）”[60-61]。蓋帽碳酸鹽巖的底界近乎等時，而且由于其巖性變化太過明顯，被國際地層委員會用來作為埃迪卡拉紀的底界[62]。

海相地層中的成冰系—埃迪卡拉系界面是一個異整合面。異整合面之下的冰磧巖是寒冷氣候下冰川沉積的產(chǎn)物，而覆蓋在其上的蓋帽碳酸鹽巖指示溫暖的淺海環(huán)境，這種突然的相變無法用瓦爾特相律來解釋。反之，地質(zhì)學家認為是一次全球性的快速變暖事件導致了沉積環(huán)境的顯著變化，并在隨后的百萬年時間內(nèi)保持穩(wěn)定[60-61]。導致埃迪卡拉紀初期快速氣候變化的原因仍有爭議，主要的觀點包括海底天然氣水合物的泄露、雪球地球期間風化作用停滯引起大氣二氧化碳堆積超過臨界濃度等，對這一事件的深入研究為認識地球系統(tǒng)在極端狀態(tài)下的演化規(guī)律提供了一個不能用現(xiàn)代過程類比的全新視角[60-61,63]。

4 異整合面的研究意義

快速氣候變化是當前人類面臨的重大科學和社會問題。過去百年氣候變化的幅度和速度已經(jīng)超出了第四紀氣候變化的范圍，而相似的乃至更強烈的氣候變化只有在“深時”出現(xiàn)過[64-65]。一方面，這向以現(xiàn)實主義原理為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)地質(zhì)學提出了挑戰(zhàn)，如果深時氣候環(huán)境劇變在過去幾百年從未出現(xiàn)過，地質(zhì)學家如何“將今論古”；另一方面，這也為深入理解現(xiàn)代和未來氣候環(huán)境變化提供了機遇，即通過研究深時氣候環(huán)境劇變“鑒往知來”，為預測未來氣候變化提供科學依據(jù)。異整合面的概念正是在這樣一個大背景下提出的。傳統(tǒng)的沉積學和地層學研究通常立足于沉積環(huán)境穩(wěn)定或漸變，而異整合面強調(diào)古環(huán)境突然的、顯著的變化對沉積體系和地層記錄的影響，因此這一概念的提出旨在號召地質(zhì)學家關(guān)注地質(zhì)歷史時期的古環(huán)境劇變事件[7]。

識別和研究異整合面既有理論研究意義又有生產(chǎn)實踐意義。在沉積學和地層學的基礎(chǔ)研究中，異整合面的概念有望與整合面、不整合面的概念一樣在不同的時空尺度、不同的環(huán)境類型中得到應用[7]。尤其是在陸相沉積盆地中，沉積體系演化的空間局限性使其更容易響應頻繁而劇烈的陸地環(huán)境變化，從而發(fā)育異整合面。海相不整合面則需要更多的從全球尺度來識別，識別特征包括全球等時的沉積相變化、地球化學指標變化和生物滅絕等。在古環(huán)境研究中，異整合面的出現(xiàn)指示了復雜地球系統(tǒng)演化過程中的“臨界點（tipping point）”，其本身就是跨越臨界點沉積體系對環(huán)境劇變的響應，因此準確識別異整合面是認識古環(huán)境劇變的重要前提[7]。

識別和研究異整合面對于油氣資源勘探也具有重要指導意義。油氣資源保存的前提是有機質(zhì)的埋藏和富集，后者又受到古環(huán)境劇變事件的直接影響[16,18]。特別是全球非常規(guī)油氣資源沉積富集，與重大地質(zhì)環(huán)境突變密切相關(guān)，是全球性或區(qū)域性多種地質(zhì)事件沉積耦合的結(jié)果[8-9,66]。以古環(huán)境劇變事件為標志的異整合面是具有“根本性的、突然的、持續(xù)性的”沉積相變，可在盆地至全球尺度上發(fā)育連續(xù)或準連續(xù)分布的非常規(guī)油氣甜點區(qū)（段），即油氣富集區(qū)（段）[8]。本文列舉的海相盆地中，奧陶紀—志留紀之交的異整合面對頁巖氣甜點區(qū)（段）具有重要控制作用；而在陸相盆地研究實例中，跨過異整合面有機質(zhì)的豐度均產(chǎn)生明顯變化，正是由于古環(huán)境劇變事件引起的生產(chǎn)力和保存條件變化所致。我國廣泛發(fā)育陸相含油氣盆地，進一步識別和研究這些陸相盆地中的異整合面有助于深化前期的勘探認識[66]。

異整合面作為一個新生的概念，其涵義仍在發(fā)展演化中，其中有些內(nèi)容也還值得進一步討論[7]。例如，異整合面強調(diào)突然的、持續(xù)性的沉積相變，那么多快可稱之為“突然”？而相變之后保持穩(wěn)定多久可稱為“持續(xù)性”？即便如此，異整合面的提出為研究古環(huán)境劇變及其地層記錄提供了一個新思路，最終時間將會檢驗它能否融入沉積學和地層學的大家庭。

5 結(jié)論

本文系統(tǒng)介紹了異整合面的概念和原理，并舉例說明陸相和海相地層中的典型異整合面。根本性的、突然的、持續(xù)性的沉積相變是異整合面的特征，而快速的、顯著的、不可逆的古環(huán)境劇變事件是導致異整合面發(fā)育的原因，這決定了此類界面的發(fā)育不遵循瓦爾特相律。在陸相沉積盆地中，北美古近系綠河組、松遼盆地白堊系、準噶爾盆地二疊系中代表性的異整合面指示了盆地尺度的古環(huán)境劇變。在海相地層中，古近紀古新世—始新世界線、白堊紀—古近紀界線、奧陶紀—志留紀界線、成冰紀—埃迪卡拉紀界線發(fā)育的異整合面標志著全球尺度的氣候環(huán)境劇變。此外，與異整合面相關(guān)的古環(huán)境劇變事件能夠在盆地至全球尺度上影響著有機質(zhì)沉積富集，是非常規(guī)油氣沉積學研究的重要內(nèi)容之一，對尋找非常規(guī)油氣資源具有重要指導意義。因此，在未來的沉積學、地層學、古環(huán)境分析和油氣資源勘探實踐中，識別和研究異整合面有望兼具理論意義和應用價值。

致謝 感謝中國石油勘探開發(fā)研究院邱振和兩位審稿人對論文提出的寶貴意見。