地层学原理---第五章地层层序地层结构地层

第五章地层层序地层结构地层格架,一、地层层序概念的来源：Sloss(1963)最早提出，并把显生宙划分为6个层序，均以地壳重大的不整合面为界。Vail(1977)等提出层序地层学，层序概念的范围缩小了，而且对层序有了明确的定义，把沉积层序的研究提高到新的高度。近年来，高分辨层序地层对比的出现，引起了研究低或小级别沉积层序的热潮。,2.地层层序级别划分方案,当前对层序级别划分争论较大，有4级（Allen，1990)、5级（Miall，1990、Goldhammer，1995、Mitchum和Wagoner，1981、Haq，1988）、6级（Vail,1977）、7级（Brett,1990）和8级（包括纹层）1）一级层序：megasequene（大层序，超层序）相当于Sloss层序，平均时限60120Ma，Wang和Shi（1996）对我国三大克拉通台地（华北、扬子、塔里木）中的一级层序做了详细的结论。认为它是克拉通热流旋回形成，为重大的不整合面。,2）二级层序：mesosequence（中层序）该层序代表地球一个中等周期的变化，这种变化是由太阳学穿越银道面周期发生的，其时限，据Innanen（1978）计算为67Ma，即太阳系两次穿越银道面的间隔时间为33.5Ma，Stothers(1985)提出了（313）Ma和（333）Ma两个值；Wangandshi(1996)认为最短时间段为3536Ma，史晓颖把35Ma称为地质历史上一个重要的自然临界周期。二级层序不仅表现在全球海平面变化、生物群绝灭、构造强动幕、岩浆活动、古气侯、古地磁侧转等，而且还表现在古地理的演化上。,3）三级层序：SequenceorOrthosequence（层序）,是层序地层学的基本单元，它可以反映在海平面变化曲线上，是开展全球性对比的基本单位。Vail等对三级层序的定义为：以不整合和它们相关整合面为界的成因相关的地层，每个层序是由一组沉积体系域组成，或由低位（水）体系域、海侵体系域，高位（水）体系域构成，或由陆架边缘楔形体系域、海侵体系域和高位体系域构成。时限划分混乱：一般认为110Ma，Vail等为0.5-3Ma，Mithchum和VanWagoner为1Ma，Wang为25Ma。贾振远认为三级层序属于低频旋回，非米兰科维奇旋回，可将其下时限定为2Ma。,4）四、五、六级层序划分和命名混乱，亚层序、准层序组、准层序、“韵律层”，时限更加复杂，从0.1Ma1.5Ma等，差别更大。某些研究者认为三级层序以下均属米兰科维奇地球运动周期，存在岁差旋回、倾斜旋回、偏心率旋回。据米兰科维奇理论，可划分为准层序组（ParasequenceSet），时限为0.41.5Ma，相当于期偏心率旋回，准层序为0.1Ma，相当于短偏心率旋回，韵律层或层偶（对）为0.020.04Ma，相当于岁差旋回。如Haq在划分白垩系的二级层序时，为了满足相对频率为10Ma，适用了一些次级界面做为二级层序界面。,3.地层层序级别划分方法,1）Vail等以海平面主变化的相对振幅为基础的划分系统Vail等(1977)根据海平面相对频率（即时间区间）的差别，提出全球海平面变化具有不同级次的特点，并以相对频率为基础划分层序级别的特点，1991年进行修正，将沉积层序划分为6个级别，并给出了相应的时间区间问题：不同作者采用划分层序级别的相对频率（即时间长短）很不一致；适用界面根据时间长短，而不是不整合面的规模、影响范围来确定；对定年提出了很高的要求，但困难重重。,2）Embry(1995)提出的基准面变化的相对振幅为基础的划分系统，并定义了5个级别的层序边界特征1级层序边界能够在盆地范围内清晰地识别，具广泛分布的不整合面，且其下地层常有构造变形（断裂、倾斜、褶皱）。其重要特征就是它与盆地及其邻区的构造环境有重大改变相关，常发生沉积系统的重大改变和海侵事件。2级层序边界与1级层序处界有相对的特征，不同的是它与构造环境的重大改变无关，下伏地层较微变形。3级层序界面可分布于全盆地，但不整合面仅分布于盆地边缘。4级层序界面分布局限，仅在盆地的部分地层可以对比；相当于中等规模的海侵面。5级层序界面相当于较次要的海侵面，仅可在局部范围可以对比。,评述,根据基准面变化的相对振幅来划分沉积层序级别，能够减少主观性、易于在实践中应用。主要依据：层序边界范围，不整合面分布的范围，层序界面下伏地层的构造变形程度与上覆地层的海侵范围，沉积系统与构造背景的改变程度。,二、地层结构（stratigraphicstructure）,（一）概念的提出1.“组图”加强岩石地层的研究，提出基本层序（魏家庸等，1991）或基本岩石地层单元基本层序组岩石地层结构。2.岩石地层结构是指岩石地层单位内岩层的垂向叠覆和组合型式。3.作用：刻画岩石地层单位的整体特征；显示岩石地层单位内岩层的变化；不同单位具有的结构样式；可作为识别和延展一个岩石地层单位标准。,（二）岩石地层结构的构成单元,（1）岩层（bed）；（2）岩层组（bedsets）；（3）基本层序（essentialsequence）；（4）基本层序组（essentialsequenceset相当于Parasequence),（三）岩石地层结构样式,吴瑞棠等（1994）提出6种地层结构模型，分别为：单元结构、夹层结构、互层结构、多元结构、旋回结构、趋向结构。2.李勇等（1994）提出3种岩石地层结构：进积型、加积型和退积型，陆相地层均决于冲积体系进积、加积、退积的演化过程。3.魏家庸等（1991）提出韵律结构（Rhythmictexture）、旋回结构（Cyclictextare）、均一结构（Homogeneoustexture）、加积结构（Aggradationaltextune）、退积结构（Retrogradationaltexture）和进积结构（Progradationaltexture）,（四）岩石地层结构对比,岩石地层对比的实质就是在区域上比较，寻找相似的或一致的岩石地层结构，延伸具有相似或一致的岩石地层结构。有三种可能性：其一：等特征对比；其二：等特征等相和等时对比；其三：等特征、等相、不等时对比。同一地层单位在不同地区可能具有不同的地层结构类型。,（五）岩石地层结构的研究方法,基本层序调查内容：单层成分；鉴别特殊成分和成因的夹层（生物层、粘土层、含矿层、风化壳等）；单层厚度、形态、岩石结构、沉积构造、遗迹化石、古生态、古流向等；基本层序内单层间的叠覆特征和接触关系，是否具旋回性和趋向性；基本层序的纵横向变化；与理想的相模式进行对比，对形成环境和沉积作用进行分析。,基本层序调查方法：在实测主干剖面是研究基本层序的主要方法，辅之以主干地质路线和辅助地质路线的调查。应注意的问题：相模式与基本层序的区别：相模式是根据研究古代岩石、现代沉积物和现代沉积环境及作用的观测与实验所获的大量资料，对特定沉积环境和沉积作用或其产物普遍特征的概括和简化的表达形式，常见的类型有直观的环境模式和理想化的作用产物模式（自旋回性的垂向相模式）。因此，相模式一般性的、代表环境和作用本质的理想化标准，基本层序是具体的，包含偶然性、地方性特色的描述实体。旋回与韵律（CycleandRhythm）韵律主要指一两种过程或岩石按一定间隔和顺序，稳定而频繁的重现（层对BedCouplet)注意：级别问题,三、地层格架（stratigraphicframework）,地层格架是在研究地层序列的结构和排列特征在时间和空间上的变化而提出的描述性格架，目前已成为盆地分析、沉积地层及层控矿产分布规律预测的基础。目前在两个层次上使用地层格架这一术语。1.区域地层格架区域沉积地层研究中使用的概念：区域性岩石地层单位的时空有序排列形式称为地层格架，包含岩石地层格架和年代地层格架，其中岩石地层格架为基础，它是客观存在的，可根据岩石地层序列结构和空间排列特征查觉的描述性格架，而年代地层格架是解释性格架，需利用生物地层和年代地层方法定年，确定岩石地层单位的时限和间断，展示岩石地层格架的几何关系。区域地层格架调查的目的是了解基本不整合界线单位的垂向叠覆及其内部地层的侧向堆积规律，这是理清区域岩石地层关系、生物带顺序、发现重复间断、进行地层对比和在沉积岩区部署各项地质找矿工作的基础。其调查的要点：,盆地类型,Figure4.20Structureoftectonicplatesataconvergentmargin.Alongthelineofsubduction,anoceanictrenchisformed,andsedimentdepositedinthetrench,aswellassedimentfromthesinkingplate,iscompressedanddeformedtocreateam巐angeofshatteredandcrushedrockshapedasafore-arcridge.Thesinkingoceaniccrusteventuallyreachesthetemperaturewheremeltingcommencesandformsandesiticmagma,whichthenrisestoformanarcofvolcanoesontheoverridingplate.Onthesideoftheislandarcawayfromthetrench,tensionalforcesleadtothedevelopmentofaback-arcbasin.,（1）区域性不整合面的识别和追索，在研究角度不整合的基础上，强调非角度不整合（假整合（嵌合）与似整合（平合）的识别），共标志为：不整合面上、下岩层的接触标志（下超、上超）；古风化壳标志；岩性岩相标志（突变、底砾岩等）；假整合（嵌合）面的剥蚀标志；地层缺失和古生物带的缺失。（2）饥饿段的识别与追索：饥饿段又称凝缩段，来自于Exxon的层序地层学，是指相对较薄，沉积速率极低的一段地层，一般认为它是相对海平面最高时期的沉积。识别标志有：岩性标志、强烈生物扰动和钻孔的毫米厘米级纹层薄层泥灰岩（或页岩）灰泥韵律，浮游生物化石凝聚的瘤状泥质灰岩层，富有机质或深色的粘土岩，斑脱岩层磷、锰、菱铁矿等结核或自生海绿石相对富集的较深水沉积层，多元素（特别是钼族和放射性元素）的地球化学异常层；物理标志有：海底间断（硬底）的频繁出现，高水位沉积层向饥饿段的下超等。（3）基本层序和基本层序组在垂向和横向上变化研究。,2.盆地充填地层格架,随着盆地露头、钻井、重力、航磁资料的积累，特别是地震反射剖面为研究大尺度盆山关系提供了重要途径，已能展现时间地层关系和确定盆地几何形态和充填物的内部几何形态，为大尺度研究盆地充填地层格架奠定了基础。盆地充填地层格架是沉积盆地最基本的和最重要的特征，由沉积盆地的外部和内部几何形态以及充填盆地的地层堆积性质等要素组成。盆地的外部形态可由盆地充填体的空间形态所反映，包括平面几何形态和剖面几何形态；盆地的内部几何形态由盆地内部单个地层单元和单元序列的充填体的空间几何形态所反映。因此，根据盆地充填地层格架可以确定盆地的几何形态和构造样式，进而确定盆地性质和盆地形成机制及动力学。研究表明，不同性质和类型的盆地具有不同的盆地充填地层格架，既使同一种性质的盆地由于具体构造背景不同亦可形成不同的盆地充填地层格架，如对称性前陆盆地与不对称性前陆盆地的地层格架不同，反映的盆山关系也不相同。就与造山带相关的前陆盆地和走滑挤压盆地而言，前陆盆地充填地层格架以阿尔卑斯山和比利牛斯山南北两侧前陆盆地以及喜马拉雅山南侧前陆盆地为典型代表，走滑挤压盆地充填地层格架以北美Ridge盆地为典型代表。因此，盆地充填地层格架将为深入研究构造作用和沉积作用之间的总体关系提供了重要途径。Conybeare,1979,LithostratigraphicAnalysisofSedimentaryBasin李思田等，1964，论聚煤盆地的基本参数和流程,3.研究地层格架的意义能确定盆地的几何形态及其演化有利于确定不同类型的充填序列有利于确定总体环境及其演化有利于研究古构造、古构造旋回建立盆地演化的年代地层图，确定盆地各阶段的演化时间建立区域海平面相对变化，用于区域和全球地层对比,4.概念使用时的分岐,（1）Conybeare的概念（1979）包括盆地外部几何形态、内部几何形态（即内部地层单元的几何形态和堆积性质）（2）李思田（1983）的概念：建议使用这一术语时仅限于内部几何形态，即组成盆地的各个地层单元或层序的形态以及相互关系，与之类似的概念有“层序结构”“层的式样”(beddingstyle)，“沉积结构格式”（depositionalarchitecture）(GallowayandHobday,1983)，“地层结构格式”（stratigraphicarchitecture）(Miall,1984)等，但使用范围不限于盆地级别，更可能更小甚至局部范围内。,四、地层模型（Stratigraphicmodel/pattern),概念：在15万区调中形成的概念，是指地层实体的组成、结构、时空存在状况的简化表达