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1、层序地层学及其在油气勘探中的第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础一一、层层序序地地层层学学的的基基本本论论点点 层序地层学层序地层学是根据地震、钻井和露头资料是根据地震、钻井和露头资料进行地层分布型式、沉积环境和岩相综合解释进行地层分布型式、沉积环境和岩相综合解释的一门科学。层序地层学的解释过程推出一个的一门科学。层序地层学的解释过程推出一个旋回式的、在成因上有联系的年代地层格架旋回式的、在成因上有联系的年代地层格架(chronostratigraphic framework)。这些地层。这些地层以具有陆上侵蚀的明显沉积间
2、断构成的不整合以具有陆上侵蚀的明显沉积间断构成的不整合面及与之相当的整合面为界。在这个年代地层面及与之相当的整合面为界。在这个年代地层格架中，通过解释查清沉积环境及与之相伴的格架中，通过解释查清沉积环境及与之相伴的岩相分布。这些岩相单元可以限定在以层面为岩相分布。这些岩相单元可以限定在以层面为界的等时间段内，也可以是在高角度跨越层面界的等时间段内，也可以是在高角度跨越层面的穿时间段内的穿时间段内(PRVail等等1987)。型层序层序地层学模式型层序层序地层学模式 不同部位构成层序的体系域明显不同部位构成层序的体系域明显不同不同:A-TST、HSTB-LST、TST、HSTC-LST、TST、
3、HSTD-LST、TST、HST层序界面不都是反旋回与正旋回层序界面不都是反旋回与正旋回的分界面的分界面A-反反/正旋回分界面正旋回分界面B-块状砂岩与泥岩分界块状砂岩与泥岩分界C-反旋回与泥岩分界反旋回与泥岩分界D-泥岩内部泥岩内部钻、测井资料钻、测井资料层序界面特征有差异层序界面特征有差异A-暴露标志暴露标志B-侵蚀面和下切谷侵蚀面和下切谷C-连续沉积层连续沉积层 D-远源泥质沉积物远源泥质沉积物 内部，或低位内部，或低位期盆底扇粗粒沉积物的底界面期盆底扇粗粒沉积物的底界面 水进域底界面特征有差异水进域底界面特征有差异A-层序底界面层序底界面 B-正旋回或泥质沉积层的底面正旋回或泥质沉积层
4、的底面 C-较厚层泥质层的底面较厚层泥质层的底面 D-厚层泥质层的底面厚层泥质层的底面 坡折带背景下的层序地层格架坡折带背景下的层序地层格架 全球海平面变化全球海平面变化构造沉降构造沉降相对海平面变化相对海平面变化时间时间高高 程程全球海平面变化全球海平面变化构造沉降构造沉降高水位体系域高水位体系域海平面下降，侵蚀海平面下降，侵蚀低水位体系域低水位体系域海海(湖湖)进体系域进体系域高水位体系域高水位体系域坡折带坡折带100FTSPRES准层序准层序I I 型层序界面型层序界面下切河谷充填下切河谷充填海海(湖湖)岸平原砂岩和泥岩岸平原砂岩和泥岩浅海浅海(湖湖)砂岩砂岩陆架和陆坡泥岩及薄砂岩陆架和
5、陆坡泥岩及薄砂岩盆底扇和有堤河道砂岩盆底扇和有堤河道砂岩密集段沉积密集段沉积有陆架坡折的I型层序结构及形成过程型层序结构及形成过程高水位体系域高水位体系域加积、前积加积、前积低水位体系域低水位体系域盆底扇、斜坡扇盆底扇、斜坡扇海海(湖湖)进体系域进体系域退积退积低水位体系域低水位体系域低水位楔，前积低水位楔，前积SPRES100FT一一、层层序序地地层层学学的的基基本本论论点点第第一一章章 层层序序地地层层学学的的理理论论基基础础第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础一一、层层序序地地层层学学的的基基本本论论点点 其中其中构造沉降和全球海平面升降构造沉降和全球海平面升降共同作用
6、引起海共同作用引起海(湖湖)平面的相对变化，海平面或湖平面相对变化产生了可供平面的相对变化，海平面或湖平面相对变化产生了可供潜在的沉积物堆积的可容纳空间潜在的沉积物堆积的可容纳空间(Accommodation)，构造，构造沉降和气候因素控制了沉积物的类型和输入量，其结果是沉降和气候因素控制了沉积物的类型和输入量，其结果是沉积物供应速率的变化。上述因素共同作用最终导致沉积沉积物供应速率的变化。上述因素共同作用最终导致沉积盆地可容纳空间的变化，也就产生了层序。由此可以看出，盆地可容纳空间的变化，也就产生了层序。由此可以看出，构造沉降速度、全球海平面升降速度、沉积物供应速率和构造沉降速度、全球海平面
7、升降速度、沉积物供应速率和气候这四大因素控制了沉积盆地沉积地层单元的几何形态、气候这四大因素控制了沉积盆地沉积地层单元的几何形态、沉积作用和岩相分布。这些因素相互影响、相互作用，最沉积作用和岩相分布。这些因素相互影响、相互作用，最终必将导致某一地区海平面相对于该地区陆架边缘的相对终必将导致某一地区海平面相对于该地区陆架边缘的相对变化及沉积体系域的发生、发展和变化。当海平面上升速变化及沉积体系域的发生、发展和变化。当海平面上升速率大于构造沉降速率而引起海水穿过陆架时，形成海进体率大于构造沉降速率而引起海水穿过陆架时，形成海进体系域；系域；第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础一一
8、、层层序序地地层层学学的的基基本本论论点点 随着海平面升高，随着海平面升高，相对上升速率减慢。相对上升速率减慢。在沉积物供给速率维在沉积物供给速率维持原速率时，单位时持原速率时，单位时间内产生的可容纳空间内产生的可容纳空间减小，则由浅海相间减小，则由浅海相和非海相沉积物组成和非海相沉积物组成的岸线向盆地方向推的岸线向盆地方向推进，从而形成高水位进，从而形成高水位期海退体系域沉积；期海退体系域沉积；若海平面急剧下降并若海平面急剧下降并且下降速率大于构造且下降速率大于构造沉降速率，海水退到沉降速率，海水退到陆架边缘之下的沉积陆架边缘之下的沉积为低水位体系域的产为低水位体系域的产物。物。第一章第一章
9、 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础一一、层层序序地地层层学学的的基基本本论论点点 层序层序是层序地层学研究的基本单位，层序是顶底以不是层序地层学研究的基本单位，层序是顶底以不整合面及其相当的整合面为界，相对整一成因上有联系整合面及其相当的整合面为界，相对整一成因上有联系的地层。层序由其底界面不整合面性质及内部体系域的的地层。层序由其底界面不整合面性质及内部体系域的组成不同而分为组成不同而分为I型层序和型层序和型层序型层序。当不整合面侵蚀范。当不整合面侵蚀范围延续到陆架边缘以下时称为围延续到陆架边缘以下时称为I型不整合面，否则为型不整合面，否则为型型不整合面。不整合面。I型层序其底界面为
10、型层序其底界面为I型不整合面及其相当的型不整合面及其相当的整合面，体系域由低水位体系域、海进体系域和高水位整合面，体系域由低水位体系域、海进体系域和高水位体系域组成；体系域组成；型层序其底界面为型层序其底界面为型不整合面及其相型不整合面及其相当的整合面，体系域由陆架边缘体系域、海进体系域和当的整合面，体系域由陆架边缘体系域、海进体系域和高水位体系域组成。高水位体系域组成。在层序内，体系域之间的分界面是非常重要的，低水在层序内，体系域之间的分界面是非常重要的，低水位体系域和海进体系域之间的分界面称为位体系域和海进体系域之间的分界面称为首次海泛面首次海泛面。海进体系域和高水位体系域之间的分界面称为
11、海进体系域和高水位体系域之间的分界面称为最大海泛最大海泛面面。在此面附近形成分布面积广，对油气勘探非常重要。在此面附近形成分布面积广，对油气勘探非常重要的密集段。有关概念的详细定义将在第二章中介绍。的密集段。有关概念的详细定义将在第二章中介绍。第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础二二、相相对对海海平平面面变变化化及及其其对对沉沉积积地地层层分分布布型型式式的的影影响响 为了简化问题的研究，我们假设下列条件：为了简化问题的研究，我们假设下列条件：在剖面上任一简单的位置上的海底沉降速度维持恒在剖面上任一简单的位置上的海底沉降速度维持恒定。定。海底沉降基本上是岩石圈冷却和沉积物负载
12、的一个函数。各式海底沉降基本上是岩石圈冷却和沉积物负载的一个函数。各式各样沉积盆地地质历史分析说明，全球海平面变化比沉降作用变化各样沉积盆地地质历史分析说明，全球海平面变化比沉降作用变化发生的频率要大。因此，在一有限的时间段内，恒定沉降速度的假发生的频率要大。因此，在一有限的时间段内，恒定沉降速度的假定，是可以接受的。定，是可以接受的。总沉降量在朝盆地方向增加。总沉降量在朝盆地方向增加。这是大多数发散型盆地边这是大多数发散型盆地边缘的特征。缘的特征。沉积物是沿着以陆架、陆坡和盆地为特征的发散型沉积物是沿着以陆架、陆坡和盆地为特征的发散型大陆边缘发生的，沉积物供应保持恒定。大陆边缘发生的，沉积物
13、供应保持恒定。实际上，不同的沉实际上，不同的沉积物供应速度主要影响着沉积物朝海方向的延伸程度。积物供应速度主要影响着沉积物朝海方向的延伸程度。全球性海平面变化的趋势是曲线型的，接近于正弦全球性海平面变化的趋势是曲线型的，接近于正弦波波。虽然实际的全球性海平面变化趋势显然不是正弦波形，但无论虽然实际的全球性海平面变化趋势显然不是正弦波形，但无论如何，这种全球性海平面变化曲线，是可以用一系列正弦曲线加以如何，这种全球性海平面变化曲线，是可以用一系列正弦曲线加以分解的。分解的。第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础二二、相相对对海海平平面面变变化化及及其其对对沉沉积积地地层层分分布布
14、型型式式的的影影响响 全球海平面全球海平面(eustacy或或global sea-level)仅指海平面相仅指海平面相对于一固定基准面的位置，例对于一固定基准面的位置，例如地心，因此它和局部因素是如地心，因此它和局部因素是无关的。而无关的。而相对海平面相对海平面是指海是指海平面相对于一个处于或者靠近平面相对于一个处于或者靠近海底的一个面海底的一个面(例如基岩例如基岩)的位的位置置(图图1-4)，它是由全球海平面，它是由全球海平面和局部沉降和局部沉降(或上升或上升)这两个因这两个因素决定的。海平面的相对上升素决定的。海平面的相对上升或下降决定了是否有可供沉积或下降决定了是否有可供沉积物充填的新
15、空间正在形成。海物充填的新空间正在形成。海平面相对上升增加空间，而海平面相对上升增加空间，而海平面相对下降则减少空间。因平面相对下降则减少空间。因此，即使在全球性海平面停滞此，即使在全球性海平面停滞或者全球性海面缓慢下降期，或者全球性海面缓慢下降期，由于局部沉降作用，相对海平由于局部沉降作用，相对海平面也可能继续上升并增加新的面也可能继续上升并增加新的空间。空间。第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础二二、相相对对海海平平面面变变化化及及其其对对沉沉积积地地层层分分布布型型式式的的影影响响2全球海平面变化全球海平面变化曲线拐点的意义曲线拐点的意义 全球性海平面变化是以全球性海平
16、面变化是以拐点隔开的一种曲线函数。拐点隔开的一种曲线函数。这些拐点是海平面变化曲线这些拐点是海平面变化曲线上绝对斜率或者变化速率最上绝对斜率或者变化速率最大的地方。图大的地方。图1-5表示一个有表示一个有两个拐点的假想海平面变化两个拐点的假想海平面变化曲线，下降翼上的拐点用曲线，下降翼上的拐点用F表表示，上升翼上的拐点用示，上升翼上的拐点用R表表示。示。二二、相相对对海海平平面面变变化化及及其其对对沉沉积积地地层层分分布布型型式式的的影影响响第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础 图图1-6为盆地边为盆地边缘某一点处由全球海缘某一点处由全球海平面变化和沉降作用平面变化和沉降作用
17、导致相对海平面变化导致相对海平面变化的示意图。相对海平的示意图。相对海平面升降的幅度是由全面升降的幅度是由全球海平面升降幅度减球海平面升降幅度减去构造沉降的升降幅去构造沉降的升降幅度，为了研究问题方度，为了研究问题方便，我们来研究单位便，我们来研究单位时间内海平面的变化时间内海平面的变化幅度和构造沉降幅度，幅度和构造沉降幅度，即全球海平面的变化即全球海平面的变化速度和构造沉降速度。速度和构造沉降速度。二者相减得到的单位二者相减得到的单位时间内相对海平面变时间内相对海平面变化的幅度，即相对海化的幅度，即相对海平面变化速度。平面变化速度。二二、相相对对海海平平面面变变化化及及其其对对沉沉积积地地层
18、层分分布布型型式式的的影影响响第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础 在图在图1-6中，中，由于大多数的时由于大多数的时间内沉降速度超间内沉降速度超过全球海平面变过全球海平面变化速度，所以大化速度，所以大多数时间段以海多数时间段以海平平面的相对上升面的相对上升为特征，因此，为特征，因此，整个大多数时间整个大多数时间间段都在增加新间段都在增加新的可容纳空间。的可容纳空间。第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础二二、相相对对海海平平面面变变化化及及其其对对沉沉积积地地层层分分布布型型式式的的影影响响 陆架陆架(盆地盆地)边缘的沉积作用涉及到充填海面与朝海边缘的沉积作
19、用涉及到充填海面与朝海的方向下倾的海底之间的楔形空间。在朝陆地方向，随的方向下倾的海底之间的楔形空间。在朝陆地方向，随着海底与基准面之间的空间被充填，地层分布模式通常着海底与基准面之间的空间被充填，地层分布模式通常表现为上超和加积，而朝盆地方向前积作用的极限，则表现为上超和加积，而朝盆地方向前积作用的极限，则是沉积物供应和盆地边缘几何形态的函数。因此盆地边是沉积物供应和盆地边缘几何形态的函数。因此盆地边缘的沉积地层的分布型式很大程度取决于可容纳空间的缘的沉积地层的分布型式很大程度取决于可容纳空间的多少和新增加可容纳空间的速度及沉积物如何摆布于这多少和新增加可容纳空间的速度及沉积物如何摆布于这些
20、空间中。如果沉积物的供应足以持续加积直至沉积基些空间中。如果沉积物的供应足以持续加积直至沉积基准面。那么，随着新陆架空间增加速度的变慢，加积的准面。那么，随着新陆架空间增加速度的变慢，加积的速度也将逐渐降低。加积速度降低的结果是与缓慢上升速度也将逐渐降低。加积速度降低的结果是与缓慢上升的沉积基准面保持同步所需要的沉积物将逐渐减少，越的沉积基准面保持同步所需要的沉积物将逐渐减少，越来越多的沉积物将会用作前积作用。来越多的沉积物将会用作前积作用。二二、相相对对海海平平面面变变化化及及其其对对沉沉积积地地层层分分布布型型式式的的影影响响第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础 在图在图
21、1-6中，由中，由全球海平面升降曲线全球海平面升降曲线和构造沉降曲线得出和构造沉降曲线得出的是可容纳空间变化的是可容纳空间变化速度。在速度。在F拐点处，拐点处，新可容纳空间增加的新可容纳空间增加的速度达到极小值；在速度达到极小值；在R拐点处，新可容纳拐点处，新可容纳空间增加的速度达到空间增加的速度达到极大值。在拐点极大值。在拐点F处处很少或没有新空间增很少或没有新空间增加，所以这里可容纳加，所以这里可容纳的新沉积物相对极少的新沉积物相对极少（假定沉积物都堆积（假定沉积物都堆积到沉积基准面以下到沉积基准面以下)，拐点，拐点F处的加积作处的加积作用将相对最低，其前用将相对最低，其前积作用将相对最大
22、。积作用将相对最大。第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础二二、相相对对海海平平面面变变化化及及其其对对沉沉积积地地层层分分布布型型式式的的影影响响 在拐点在拐点R处则发生处则发生相反的情况。最薄的顶相反的情况。最薄的顶积层出现在拐点积层出现在拐点F处处(图图1-7)，相反，最厚的顶，相反，最厚的顶积层积层(每单位时间每单位时间)出出现在拐点现在拐点R处。处。因此，在沉因此，在沉积物供应速积物供应速度恒定条件度恒定条件下，下，加积和加积和前积作用的前积作用的速度是反比速度是反比关系关系。在拐。在拐点点F之前，之前，海退速度逐海退速度逐渐增加，而渐增加，而在拐点在拐点F之之后海退
23、速度后海退速度逐渐降低。逐渐降低。第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础二、相对海平面变化及其对沉积地层分布型式的影响二、相对海平面变化及其对沉积地层分布型式的影响 在拐点在拐点R处，由于容纳空间增加速度最快，加积速率最高，而处，由于容纳空间增加速度最快，加积速率最高，而前积速率最小，沉积物朝海前积速率最小，沉积物朝海(盆地盆地)方向延伸最小方向延伸最小(图图l-8)，通常导致，通常导致海进和非补偿海进和非补偿(饥饿饥饿)沉积，形成密集段。沉积，形成密集段。第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础二二、相相对对海海平平面面变变化化及及其其对对沉沉积积地地层层分分布
24、布型型式式的的影影响响 3可容纳空间与层序的关系可容纳空间与层序的关系 前面讨论的是盆地边缘某一点处相对海平面变前面讨论的是盆地边缘某一点处相对海平面变化对地层分布的影响，接下来我们研究在被动大陆化对地层分布的影响，接下来我们研究在被动大陆边缘上，从陆架到盆地，沉降作用逐渐增加，造成边缘上，从陆架到盆地，沉降作用逐渐增加，造成朝盆地方向新空间的增加速度的增加情况下，相对朝盆地方向新空间的增加速度的增加情况下，相对海平面变化海平面变化对对地层分布的影响。图地层分布的影响。图1-9为内陆架、为内陆架、中陆架和陆架边缘处的可容纳空间变化速度曲线。中陆架和陆架边缘处的可容纳空间变化速度曲线。在这三个位
25、置上，海平面变化是相同的，所不同的在这三个位置上，海平面变化是相同的，所不同的是构造沉降速率由内陆架到中陆架直至陆架边缘逐是构造沉降速率由内陆架到中陆架直至陆架边缘逐渐变大。所以这三条曲线的周期极值点出现的时间渐变大。所以这三条曲线的周期极值点出现的时间都是相同的，所不同的是可容纳空间变化速度的幅都是相同的，所不同的是可容纳空间变化速度的幅度不同。度不同。第第一一章章 层层序序地地层层学学的的理理论论基基础础二二、相相对对海海平平面面变变化化及及其其对对沉沉积积地地层层分分布布型型式式的的影影响响第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础二二、相相对对海海平平面面变变化化及及其其对
26、对沉沉积积地地层层分分布布型型式式的的影影响响 下面我们借助平衡点来研究层序的形成过下面我们借助平衡点来研究层序的形成过程。程。平衡点平衡点的定义是沿剖面全球海平面变化的定义是沿剖面全球海平面变化速度等于沉降速度的点。这个点的朝海速度等于沉降速度的点。这个点的朝海(盆盆地地)方向沉降速度大于全球海平面下降速度，方向沉降速度大于全球海平面下降速度，导致新空间的增加，而朝陆地方向发生相反导致新空间的增加，而朝陆地方向发生相反情况。换言之，平衡点定义了两个带：情况。换言之，平衡点定义了两个带：一个一个是相对海平面上升带，它是在平衡点的朝海是相对海平面上升带，它是在平衡点的朝海方向；另一个是相对海平面
27、下降带，方向；另一个是相对海平面下降带，它位于它位于平衡点的朝陆地方向。图平衡点的朝陆地方向。图l-10表示由于全球表示由于全球海平面下降速度的增加引起平衡点朝海（盆海平面下降速度的增加引起平衡点朝海（盆地）的方向迁移的情况。地）的方向迁移的情况。第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础二二、相相对对海海平平面面变变化化及及其其对对沉沉积积地地层层分分布布型型式式的的影影响响 平衡点在此刻平衡点在此刻(T4)达到朝海达到朝海(盆盆地地)方向的最大位方向的最大位置，此时是置，此时是相对海相对海平面的最低点平面的最低点，也，也就是就是可容纳空间的可容纳空间的极小值点极小值点。此后随。
28、此后随着全球诲平面下降着全球诲平面下降速率的降低，平衡速率的降低，平衡点向陆地方向移动。点向陆地方向移动。当下降速率为零时，当下降速率为零时，平衡点回到构造枢平衡点回到构造枢纽点上。随着海平纽点上。随着海平面上升，平衡点越面上升，平衡点越过构造枢纽点向陆过构造枢纽点向陆地方向一侧移动。地方向一侧移动。第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础二二、相相对对海海平平面面变变化化及及其其对对沉沉积积地地层层分分布布型型式式的的影影响响 当海平面上升速率达到最大当海平面上升速率达到最大(拐点拐点R)时时(图图1-11)，平衡点移至向陆，平衡点移至向陆最远处，此后随着全球海平面上升速率的下
29、降，平衡点向相反最远处，此后随着全球海平面上升速率的下降，平衡点向相反(盆地盆地)方向移动，直到上升速率为零时，平衡点又移至构造枢纽点上。由此可方向移动，直到上升速率为零时，平衡点又移至构造枢纽点上。由此可以看出平衡点向海以看出平衡点向海(盆地盆地)方向移动的最远处与相对海平面变化速度曲方向移动的最远处与相对海平面变化速度曲线的极小值相对应，即可容纳空间的极小值；平衡点向陆地方向移动的线的极小值相对应，即可容纳空间的极小值；平衡点向陆地方向移动的最远处与相对海平面变化速度曲线的极大值相对应，即可容纳空间的极最远处与相对海平面变化速度曲线的极大值相对应，即可容纳空间的极大值。至于平衡点沿剖面移动
30、距离的大小大值。至于平衡点沿剖面移动距离的大小(图图1-11)，既与海平面最大变，既与海平面最大变化速率有关，又与地形坡度有关，海平面变化速率高，地形坡度小，平化速率有关，又与地形坡度有关，海平面变化速率高，地形坡度小，平衡点移动距离就大，反之就小。衡点移动距离就大，反之就小。第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础二二、相相对对海海平平面面变变化化及及其其对对沉沉积积地地层层分分布布型型式式的的影影响响 当平衡点由向海方向的最远点向向陆方向的最远点移动时加积作当平衡点由向海方向的最远点向向陆方向的最远点移动时加积作用逐渐增强，沉积范围逐渐增大，沉积物的过路冲蚀或侵蚀范围逐渐用逐
31、渐增强，沉积范围逐渐增大，沉积物的过路冲蚀或侵蚀范围逐渐变小。当平衡点到达向陆方向的最远点时，加积作用最强，沉积范围变小。当平衡点到达向陆方向的最远点时，加积作用最强，沉积范围也达到最大，沉积物的过路冲蚀或侵蚀范围达到最小；而当平衡点从也达到最大，沉积物的过路冲蚀或侵蚀范围达到最小；而当平衡点从向陆方向的最远点向向海方向的最远点移动时，则发生相反的情况，向陆方向的最远点向向海方向的最远点移动时，则发生相反的情况，加积作用逐渐变弱，前积作用逐渐增强，沉积范围逐渐变小，沉积物加积作用逐渐变弱，前积作用逐渐增强，沉积范围逐渐变小，沉积物的过路冲蚀或侵蚀范围逐渐增大的过路冲蚀或侵蚀范围逐渐增大。第一章
32、第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础二二、相相对对海海平平面面变变化化及及其其对对沉沉积积地地层层分分布布型型式式的的影影响响当平衡点到达向海方向的最远点时，加积作用最弱，前积作用最当平衡点到达向海方向的最远点时，加积作用最弱，前积作用最强，沉积范围最小，沉积物的过路冲蚀或侵蚀范围最大。这样的强，沉积范围最小，沉积物的过路冲蚀或侵蚀范围最大。这样的一个相对海平面变化周期沉积的地层我们称为层序一个相对海平面变化周期沉积的地层我们称为层序(图图1-12)，其，其顶底称为层序界面，由此可见层序界面的时间与可容纳空间的极顶底称为层序界面，由此可见层序界面的时间与可容纳空间的极小点对应的时间
33、相对应。层序是由可容纳空间变化周期产生的小点对应的时间相对应。层序是由可容纳空间变化周期产生的。全球海平面变化全球海平面变化构造沉降构造沉降相对海平面变化相对海平面变化时间时间高高 程程全球海平面变化全球海平面变化构造沉降构造沉降高水位体系域高水位体系域海平面下降，侵蚀海平面下降，侵蚀低水位体系域低水位体系域海海(湖湖)进体系域进体系域高水位体系域高水位体系域坡折带坡折带100FTSPRES准层序准层序I I 型层序界面型层序界面下切河谷充填下切河谷充填海海(湖湖)岸平原砂岩和泥岩岸平原砂岩和泥岩浅海浅海(湖湖)砂岩砂岩陆架和陆坡泥岩及薄砂岩陆架和陆坡泥岩及薄砂岩盆底扇和有堤河道砂岩盆底扇和有
34、堤河道砂岩密集段沉积密集段沉积有陆架坡折的I型层序结构及形成过程型层序结构及形成过程高水位体系域高水位体系域加积、前积加积、前积低水位体系域低水位体系域盆底扇、斜坡扇盆底扇、斜坡扇海海(湖湖)进体系域进体系域退积退积低水位体系域低水位体系域低水位楔，前积低水位楔，前积SPRES100FT第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础三三、构构造造运运动动与与地地层层层层序序 地层产自沉积盆地，盆地的发生、发展及消亡地层产自沉积盆地，盆地的发生、发展及消亡无不与构造运动相联系。构造格局控制了盆地的性无不与构造运动相联系。构造格局控制了盆地的性质、形状、大小及沉积作用。沉积盆地经历过整体质
35、、形状、大小及沉积作用。沉积盆地经历过整体抬升或沉降及构造控制的沉降。反映在地层记录中抬升或沉降及构造控制的沉降。反映在地层记录中的构造运动痕迹不胜枚举。每一个沉积盆地的发育的构造运动痕迹不胜枚举。每一个沉积盆地的发育史史都是构造运动在该区留下的痕迹。因此构造运动都是构造运动在该区留下的痕迹。因此构造运动与层序的演化关系密切。与层序的演化关系密切。第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础三三、构构造造运运动动与与地地层层层层序序 1构造沉降与可容纳空间构造沉降与可容纳空间 构造运动对可容纳空间的增加与减少影响最明显，图构造运动对可容纳空间的增加与减少影响最明显，图l-13说明了在
36、同一个盆地中不同的构造条件下的三个点上可容说明了在同一个盆地中不同的构造条件下的三个点上可容纳空间的发育状况，其中构造沉降用直线表示，直线的斜率纳空间的发育状况，其中构造沉降用直线表示，直线的斜率等于构造沉降的速率。在所有的三种情况下，海平面变化由等于构造沉降的速率。在所有的三种情况下，海平面变化由相同的光滑曲线表示。在这三者的每一种情况下，可容纳空相同的光滑曲线表示。在这三者的每一种情况下，可容纳空间随着时间变化的曲线可以通过构造沉降曲线和海平面升降间随着时间变化的曲线可以通过构造沉降曲线和海平面升降曲线的简单相加得到。可容纳空间的变化等效于相对海平面曲线的简单相加得到。可容纳空间的变化等效
37、于相对海平面的变化。的变化。第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础三三、构构造造运运动动与与地地层层层层序序由图由图1-13可以看出，在构造沉降速率缓慢的条件下，海平面最高点附近的可可以看出，在构造沉降速率缓慢的条件下，海平面最高点附近的可容纳空间最大，当海平面下落到起始位置，可容纳空间仅仅表现为构造沉容纳空间最大，当海平面下落到起始位置，可容纳空间仅仅表现为构造沉降的幅度。随着构造沉降速率的增加，最大可容纳空间出现的时间渐次滞降的幅度。随着构造沉降速率的增加，最大可容纳空间出现的时间渐次滞后。值得注意的是，在盆地构造沉降速率快速的部位，即使海平面还在下后。值得注意的是，在盆地
38、构造沉降速率快速的部位，即使海平面还在下降，可容纳空间也不会降低。在同一个盆地全球海平面变化是一致的或近降，可容纳空间也不会降低。在同一个盆地全球海平面变化是一致的或近似一致的，因此构造沉降速率越大可容纳空间增长的可能性越大。似一致的，因此构造沉降速率越大可容纳空间增长的可能性越大。第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础三三、构构造造运运动动与与地地层层层层序序 2构造运动与层序演化的关系构造运动与层序演化的关系 构造运动和气候因素控制了充填到可容纳空间里的构造运动和气候因素控制了充填到可容纳空间里的沉积物类型和输入量。业已证明，构造运动对沉积盆地沉积物类型和输入量。业已证明，
39、构造运动对沉积盆地的形成演化、沉积作用及层序的形成有一定的控制作用。的形成演化、沉积作用及层序的形成有一定的控制作用。反映在地层标记上的构造运动，可以分为三个级别的事反映在地层标记上的构造运动，可以分为三个级别的事件层次件层次(表表1-2)。级次级次 一级一级 二级二级 三级三级 标识标识 沉积盆地沉积盆地 主要的海侵、主要的海侵、海退旋回海退旋回 褶皱、断裂、岩浆褶皱、断裂、岩浆活动及底辟作用活动及底辟作用 空间分布空间分布 区域性区域性 区域性区域性 局部局部 表现形式表现形式 反复式反复式 非周期非周期 幕式事件幕式事件 起因起因 地壳拉张热地壳拉张热冷却翘曲负冷却翘曲负载载 构造沉降速
40、率化；构造沉降速率化；沉积补给速率变化沉积补给速率变化 局部和区域局部和区域性的应性的应力力释放释放 第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础三三、构构造造运运动动与与地地层层层层序序 第一级构造运动事件第一级构造运动事件由软由软流流圈内的热动力作用产生。它促圈内的热动力作用产生。它促使板块运动发生、地壳及上地幔发生形变、与热上升及冷却作用使板块运动发生、地壳及上地幔发生形变、与热上升及冷却作用相联系的地壳碎裂拉伸和转换张扭作用及地壳的收缩和压扭作用相联系的地壳碎裂拉伸和转换张扭作用及地壳的收缩和压扭作用导致区域性沉积盆地的发育或消亡的长期因素，或者说沉积盆地导致区域性沉积盆地的
41、发育或消亡的长期因素，或者说沉积盆地的发育或消亡是上地幔的热上升及冷却的结果。巨大层序的重复的发育或消亡是上地幔的热上升及冷却的结果。巨大层序的重复性旋回即以这种构造成因为主。性旋回即以这种构造成因为主。第二级构造运动事件第二级构造运动事件是由板块构造格局的变化或局部热动是由板块构造格局的变化或局部热动力作用引起的这种级别的事件导致盆地演化期间构造沉降速率和力作用引起的这种级别的事件导致盆地演化期间构造沉降速率和沉积物供给速率发生变化，主要的海进沉积物供给速率发生变化，主要的海进海退旋回是其直接产物。海退旋回是其直接产物。第三级构造运动事件第三级构造运动事件表现为褶皱、断裂、底辟作用及岩浆表现
42、为褶皱、断裂、底辟作用及岩浆活动。它们在同沉积期能够引起滑塌和诱发大规模的浊流，并形活动。它们在同沉积期能够引起滑塌和诱发大规模的浊流，并形成巨厚的浊积岩；岩浆活动可以产生斑脱岩、喷出岩、火成岩脉、成巨厚的浊积岩；岩浆活动可以产生斑脱岩、喷出岩、火成岩脉、岩床和岩墙；在沉积期后的地层中使地层倾斜或错断。岩床和岩墙；在沉积期后的地层中使地层倾斜或错断。第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础三三、构构造造运运动动与与地地层层层层序序 构造运动构造运动(特别是褶皱、断裂和底辟作用特别是褶皱、断裂和底辟作用)能够能够增强或减弱海平面相对变化幅度，导致作为层序界面增强或减弱海平面相对变化
43、幅度，导致作为层序界面的不整合面的识别程度的难易。对构造活动的地区，的不整合面的识别程度的难易。对构造活动的地区，在构造稳定及上升期，或者由于构造沉降与抬起的时在构造稳定及上升期，或者由于构造沉降与抬起的时间跨度增大，导致不整合面时间跨度增大，增加了层间跨度增大，导致不整合面时间跨度增大，增加了层序界面识别的程度。相反，在盆地快速的构造沉降期，序界面识别的程度。相反，在盆地快速的构造沉降期，沉积层序的厚度显著增加，不整合面的时间跨度变小，沉积层序的厚度显著增加，不整合面的时间跨度变小，减弱了层序界面的识别程度。因此，构造活动的强弱减弱了层序界面的识别程度。因此，构造活动的强弱能够影响层序界面的
44、识别的程度和层序的沉积厚度，能够影响层序界面的识别的程度和层序的沉积厚度，但它并不影响层序的形成时间。但它并不影响层序的形成时间。第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础四四、沉沉积积作作用用与与地地层层层层序序 层序的形成是由沉积物在可容纳空间堆积、固结、层序的形成是由沉积物在可容纳空间堆积、固结、压实成岩来完成的，因此，沉积物供给速率对层序压实成岩来完成的，因此，沉积物供给速率对层序形成、地层分布起着很重要的作用。形成、地层分布起着很重要的作用。首先，我们来讨论盆地中具有完全相同的可容首先，我们来讨论盆地中具有完全相同的可容纳空间曲线的三个特殊点处纳空间曲线的三个特殊点处(图
45、图l-14)的岩相、可容的岩相、可容纳空间和沉积物堆积速率的关系。这些情况可以代纳空间和沉积物堆积速率的关系。这些情况可以代表沿走向距沉积物点源不同距离处的三个部位。表沿走向距沉积物点源不同距离处的三个部位。第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础四四、沉沉积积作作用用与与地地层层层层序序 在低沉积物注在低沉积物注入速率的条件下我入速率的条件下我们发现，可容纳空们发现，可容纳空间总是超过沉积物间总是超过沉积物的堆积，因此，发的堆积，因此，发育相当大的水体深育相当大的水体深度，偏泥的海相地度，偏泥的海相地层沉积于距海岸线层沉积于距海岸线有一段距离的部位，有一段距离的部位，海岸线位于
46、图示沉海岸线位于图示沉积区外向边缘区的积区外向边缘区的地方。由于这些海地方。由于这些海相沉积堆积于基准相沉积堆积于基准面（海平面面（海平面)之下，之下，所以堆积速率受供所以堆积速率受供应速率的控制，而应速率的控制，而不能反映可容纳空不能反映可容纳空间发育速率的变化。间发育速率的变化。可容纳空间可容纳空间第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础四四、沉沉积积作作用用与与地地层层层层序序 在中等沉积物注在中等沉积物注入速率的条件下，沉入速率的条件下，沉积物可以由海底加积积物可以由海底加积到海平面。在起始点到海平面。在起始点上，可容纳空间的增上，可容纳空间的增长速率超过了沉积物长速率超
47、过了沉积物堆积到海平面的沉积堆积到海平面的沉积作用速率，海岸线向作用速率，海岸线向陆迁移，水体深度增陆迁移，水体深度增加，并在陆架上沉积加，并在陆架上沉积了泥页岩。随着海平了泥页岩。随着海平面上升速率降低，可面上升速率降低，可容纳空间增长速率随容纳空间增长速率随之减小，发生滨线的之减小，发生滨线的海退，形成偏泥的前海退，形成偏泥的前三角洲沉积，随着海三角洲沉积，随着海相的快速沉积，海退相的快速沉积，海退持续发生，直到海底持续发生，直到海底沉积物加积至海平面沉积物加积至海平面及海岸线，及海岸线，可容纳空间可容纳空间第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础四四、沉沉积积作作用用与与地
48、地层层层层序序在图在图1-14所示的部位所示的部位再次出现。此后，沉再次出现。此后，沉积物供给超过可容纳积物供给超过可容纳空间，沉积物表面保空间，沉积物表面保持在海平面处，并且持在海平面处，并且砂质海岸或三角洲平砂质海岸或三角洲平原沉积物堆积下来。原沉积物堆积下来。没有能够容纳的过剩没有能够容纳的过剩沉积物过路冲蚀到盆沉积物过路冲蚀到盆地方向较深水处。当地方向较深水处。当可容纳空间的增长速可容纳空间的增长速率趋近于零时，早期率趋近于零时，早期沉积物可能遭受侵蚀沉积物可能遭受侵蚀作用。若其增长速率作用。若其增长速率出现负值而且堆积作出现负值而且堆积作用停止时，出现侵蚀用停止时，出现侵蚀作用，形成
49、沉积层序作用，形成沉积层序的边界。在这种背景的边界。在这种背景下，可容纳空间的增下，可容纳空间的增长速率控制了堆积作长速率控制了堆积作用速率。用速率。可容纳空间可容纳空间第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础四四、沉沉积积作作用用与与地地层层层层序序 在盆地快速沉积物在盆地快速沉积物注入的部位，沉积物供注入的部位，沉积物供给量总是超过了可容纳给量总是超过了可容纳空间。在可容纳空间增空间。在可容纳空间增长期，偏砂的滨岸平原长期，偏砂的滨岸平原相或三角洲平原相形成相或三角洲平原相形成于海平面或近海平面位于海平面或近海平面位置。在这种情况下，堆置。在这种情况下，堆积作用速率是可容纳空
50、积作用速率是可容纳空间的函数。过剩的沉积间的函数。过剩的沉积物向盆地区过路冲蚀，物向盆地区过路冲蚀，在可容纳空间减少期，在可容纳空间减少期，有利于早先沉积的滨岸有利于早先沉积的滨岸平原相的侵蚀及伴有陆平原相的侵蚀及伴有陆上侵蚀面的发育。上侵蚀面的发育。以上讨论说明了可以上讨论说明了可容纳空间的发育与陆上容纳空间的发育与陆上侵蚀的时间之间的关系侵蚀的时间之间的关系这样形成的侵蚀面是非这样形成的侵蚀面是非常重要的层序界面。常重要的层序界面。可容纳空间可容纳空间五五、海海平平面面升升降降周周期期分分析析第一章第一章 层序地层学的理论基础层序地层学的理论基础 任何长期从事地质工作的人都有这样的经历，他