层序地层学发展历史

第一讲层序地层学历史回顾1、层序地层学概念2、层序地层学发展史Emery（1999）——把沉积盆地细分为有成因联系的地层地层单元，这些地层单元以不整合面及其相应的整合面为界。层序地层学为沉积相对比和制图提供了一个等时性地层框架。层序地层学发展历史回顾——层序地层学概念通常认为地震地层学、生物地层学、年代地层学和沉积学等地质学科对层序地层学方法的发展具有直接的意义，但岩石地层学对层序地层学不起作用实际上，岩石地层学是穿时的不具有时间意义的相似岩石地层的对比，但当包含的目的层段的层序地层界面被确定的情况下，进行岩石地层对比是有意义的。层序地层学发展历史回顾——层序地层学概念层序地层学是从二十世纪七十年代从地震地层学发展而来的一门较新的学科。层序地层学的提出根植于几个世纪的论战中，这些论战包括旋回沉积作用的成因——是全球海平面升降还是构造运动控制海平面变化等。关于该问题，近期Dott（1992）编辑了一本书——《全球海平面变化：一个重要地质概念的兴衰》（GSAMem.180）——这些早期争论的大多数作了总结。另外具有里程碑意义的重要文献包括：1、AAPG特刊第26期《Seismicstratigraphy——Applicationstohydrocarbonexploration》2、SEPM特刊第42期《Sealevelchanges：Anintergratedapproach》层序地层学发展历史回顾——层序地层学发展史1、Burnet（1681）地球神圣理论（？）2、DeMaillet（1748）的Telliamed理论——假设燃烧太阳的灰烬加积在一个已经死亡的太阳的表面而形成的地球。然后地球表面水圈的体积随时间减小，这样就看到了今天的地貌。将地球上的海平面变化解释成为“一个宇宙波动旋回中的单程下降翼”——即所谓水成理论。层序地层学发展历史回顾——层序地层学发展史十八世纪以前的代表性观点由海蚀作用产生的沉积单元的发育和连续海平面下降期的沉积作用图解开始对岩石单元进行详细地层分析，并将不整合面判定为主要的地层边界。如Hutton（1788）首先重视不整合面区分隆升、侵蚀和沉积旋回的意义2、十八世纪层序地层学发展历史回顾——层序地层学发展史1、地层学家Sedgwick和Murchison（1938）用不整合面来建立地质时期的物理边界。2、WilliamBuckland（1823）提出洪积论（Diluvialism）概念。将紧挨大洪水之前的地质产物成为前洪积物，洪水之后的产物称为后洪积物或冲积物。3、Lyell（1835）观察到斯勘的纳维亚海岸线海滩的上升，从海岸露头上数个世纪的标志中确认了海平面下降的依据，从而得出陆地正在被缓慢而差异抬升的结论。十九世纪层序地层学发展历史回顾——层序地层学发展史4、Agassiz（1840）发展了他的冰川理论。5、Maclaren（1842）在评论Agassiz的冰川理论时认识到冰帽溶化控制全球海平面变化的可能性。6、Croll（1864）发表轨道强制的冰河作用，并开始接受Agassiz和Maclaren的观点。层序地层学发展历史回顾——层序地层学发展史到十九世纪晚期，冰川理论已经能够解释全球海平面变化和均衡隆升。但仍有几种解释占据主导地位。如：ESuess——1906年首创术语“Eustasy”（海平面升降），并把当时沉积单元上超和退覆组合归因于全球海平面变化。Suess支持这样一种机理，即海底沉降导致海平面下降，而海洋沉积作用引起的海水位移导致海平面上升。他拒绝承认斯勘的纳维亚差异陆地抬升的证据。但二十世纪早期多数地质学家仍然支持Lyellie的观点，认为沿海岸任一点的海平面变化的主控因素是陆地运动。二十世纪早期层序地层学发展历史回顾——层序地层学发展史该时期，许多美国地质学家开始发展关于不整合面发育的全球控制因素的概念。其中最有名的是Chamberlin，他于1898和1909发表了他的《全球海平面变化对地壳地层的控制因素》后来几十年，Ulrich和Schnchert发展了Chamberlin的思想，他们运用早期岩相古地理概念和相理论，再造以全球不整合面为界的地层单元的古环境。同时期，“全球海平面变化”学派最重要的创始人——Grabau提出脉动说来推测海进海退旋回是由来自于地球内部的热流变化引起的。“地球脉动冲击理论”发表于Grabau（1940）出版的《地质年代的韵律》一书中，他认为，地球脉动冲击具有三千万年的周期。层序地层学发展历史回顾——层序地层学发展史在Grabau研究工作之前，欧洲地质学家Stille（1924）已经开始发展全球性的构造运动引起全球性不整合面的观点，他认为正是全球构造运动导致了全球海平面变化，类似于现代的低级次全球海平面旋回。1935年，Wanless和Shepard通过对伊利诺斯州和堪萨斯州宾夕法尼亚系含媒地层中米级旋回的观察和进一步研究更新世冰川－海平面变化后提出，更新世旋回地层的发育受控于冈瓦纳大陆冰川的聚集和消融。这项研究成果重新肯定了Croll在几十年前的研究成果，即冰川－海平面对沉积发育的控制作用。但是，Gilluly（1949）在地质会议上主张的造山运动是连续而非幕式过程的观点，使低级次旋回概念受到冷落。石炭系的韵律地层被重新解释成为自旋回的产物，归因于三角洲朵叶的迁移和沉积体系内部的重新组合。层序地层学发展历史回顾——层序地层学发展史1949年，Sloss、Krumbein、Dapples在同一次会议上概括出了层序的概念，在这次会议上，Gilluly提出造山运动是连续的思想。Sloss、Krumbein、Dapples把层序定义为以主要的不整合面为边界的“一套地层的组合”。1963年Sloss出版了横跨北美克拉通可以对比的主要层序，这些“超层序”分别用印第安部落定名，并出现在后来Haq（1987）的对比图中。Sloss的思想得到了他在西北大学研究生的进一步发展，其中一位是PeterVail。二十世纪晚期层序地层学发展历史回顾——层序地层学发展史层序地层学的一个重要突破是在六十年代和七十年代，当时数字记录和处理多次覆盖地震资料的技术发展，使得可以使用穿越盆地的大规模二维地震图象。AAPG特刊26是那时为止层序地层学最重要的文献，它汇集了Vail等人从六十年代到七十年代早期的工作——开始是Cartter公司，后来是Exxon公司。这段时间标志着一个转折，即企业从学术界接过了发展层序地层学的主导权，关于地震地层学的论文不断发表，思想逐渐延伸到钻井和露头资料的结合，在这一研究中，全球海平面变化被强调为层序发育的控制机理。1985年发表了AAPG第39期特刊，其中Hubbard等人提出一种受大地构造运动变化驱动的大地构造机理，用于将盆地充填划分为“巨层序”。虽然当时对许多人而言，地震地层学与全球海平面变化是同义的，但大地构造与全球海平面变化的争论又重燃战火。1987年，Haq等人发表了全球海平面变化曲线，但由于没有支撑依据，是否应用了构造上升和沉降的局部校正并不清楚，图表提供的不整合面时代及其正确性也受到挑战。地震地层学层序地层学发展历史回顾——层序地层学发展史SEPM第42期特刊－《海平面变化－一种综合研究方法》于1988年出版，该书介绍了许多新概念，如可容空间和准层序，这本书很重要，因为它把层序地层学从企业解释人员那里拓展到了整个地学界。从八十年代－九十年代的十几年里，发表了许多层序地层学论文，有些是不加鉴别的应用了这种方法和技术，有些则过于吹毛求疵，有些是对以Haq曲线（1987）为基础进行盆地间对比的有效性提出质疑，有些则是对论文集中提出的层序地层学模式的某些方面的正确性提出疑问。如Galloway（1989）提出了沉积地层的成因地层单元发育的另一种模式，以最大海泛面而不是以不整合面为界来划分。Pitman（1978）年认为层序的成因和上超方式能够用大陆边缘沉降速度变化来解释。Cloetingh（1988）、Kooi和Cloetingh（1991）提出相对海平面变化和数百万年时段的层序形成，能用板内应力而不是全球海平面变化来阐明。层序地层学高潮层序地层学发展历史回顾——层序地层学发展史层序地层学的最新发展是亚地震的高分辨率层序地层学和沉积充填物的计算机模拟。VanWagoner等人（1990）率先出版了一本彩图专著，是利用露头、测井和岩心资料进行的高分辨率层序地层学研究。这项令人振奋的成果是在出露极好的海相和大陆边缘地层中进行的，如英国纽克群海岸的侏罗系和美国西内海道的白垩系。高分辨率层序地层学结合了米级旋回地层的研究工作，特别是层状台地碳酸盐岩及其硅质碎屑岩和碳酸盐岩的混合地层。轨道力作用的米兰科维其理论被层序地层学用来解释高频亚层序级别的旋回，计算机模拟软件包用于分析和反演盆地从几米到整个盆地规模的充填层序。盆地模拟的软件包有皇家荷兰壳牌公司开发的程序、Aigner等人（1990）开发的程序以及南Carolina州大学开发的SEDPAK程序。小