层序地层学基本原理.ppt

第二章第二章 VailVail层序地层学基本原理层序地层学基本原理第一节第一节 理论基础和概念体系理论基础和概念体系1第一节第一节 理论基础和概念体系理论基础和概念体系一、层序地层学定义和理论基础一、层序地层学定义和理论基础1.层序地层学定义层序地层学定义层序地层学层序地层学是研究以不整合面或与之是研究以不整合面或与之相对应的整合面为边界的年代地层格架相对应的整合面为边界的年代地层格架中具有成因联系的，旋回岩性序列中具有成因联系的，旋回岩性序列间相互关系的地层学分支学科间相互关系的地层学分支学科。2第一节第一节 理论基础和概念体系理论基础和概念体系一、层序地层学定义和理论基础一、层序地层学定义和理论基础层序地层学的诞生和发展受益于地震地层序地层学的诞生和发展受益于地震地层学、生物地层学、年代地层学和沉积层学、生物地层学、年代地层学和沉积学的发展。学的发展。岩性地层学无益于层序地层学的发展岩性地层学无益于层序地层学的发展3第一节第一节 理论基础和概念体系理论基础和概念体系一、层序地层学定义和理论基础一、层序地层学定义和理论基础2.2.层序地层学理论基础层序地层学理论基础1 1）海平面升降变化具有全球周期性）海平面升降变化具有全球周期性 全球周期性海平面变化是形成以不整全球周期性海平面变化是形成以不整合为边界的沉积层序的根本原因，是建合为边界的沉积层序的根本原因，是建立全球地层对比的重要手段立全球地层对比的重要手段45第一节第一节 理论基础和概念体系理论基础和概念体系一、层序地层学定义和理论基础一、层序地层学定义和理论基础2.层序地层学理论基础层序地层学理论基础2 2）四个基本变量控制了地层）四个基本变量控制了地层 单元几何形态和岩性单元几何形态和岩性 海平面升降、气候、沉积物供给海平面升降、气候、沉积物供给和构造沉降及其综合作用和构造沉降及其综合作用6四个基本变量控制层序地层构型四个基本变量控制层序地层构型不同变量具有不同的控制作用。全球海平面变化是控制地层叠置样式的基本因素7第一节第一节 理论基础和概念体系理论基础和概念体系二、层序地层学基本概念二、层序地层学基本概念1 1、层序及层序类型、层序及层序类型 1 1）层序）层序层序（层序（Sequence)Sequence)是一套相对整一的、成因是一套相对整一的、成因上联系的、顶底以不整合面或与之相对应的上联系的、顶底以不整合面或与之相对应的整合面为界的地层单元（整合面为界的地层单元（MitchumMitchum，1977)1977)。8层序的概念层序的概念9二、层序地层学基本概念二、层序地层学基本概念层序本身不包括规模甚至时间的含义；层序本身不包括规模甚至时间的含义；层序内所有岩层都是沉积在以层序边界层序内所有岩层都是沉积在以层序边界 所限定的地质时间间隔内；所限定的地质时间间隔内；层序边界及内部地层的地质年代可以用生物层序边界及内部地层的地质年代可以用生物 地层和其它年代地层学的方法来确定。地层和其它年代地层学的方法来确定。层序是层序地层学研究的基本单元。层序是层序地层学研究的基本单元。一个沉积层序可以包含若干个不同一个沉积层序可以包含若干个不同类型体系域以及准层序组和准层序。类型体系域以及准层序组和准层序。10第一节第一节 理论基础和概念体系理论基础和概念体系二、层序地层学基本概念二、层序地层学基本概念2）沉积滨线坡折和陆棚坡折）沉积滨线坡折和陆棚坡折沉积滨线坡折（沉积滨线坡折（depositional shoreline break)是指陆架剖面上的一个位置，是沉积作用活动是指陆架剖面上的一个位置，是沉积作用活动造成的地形坡折（三角洲，临滨沉积）造成的地形坡折（三角洲，临滨沉积）沉积坡折沉积坡折11沉积滨线坡折沉积滨线坡折陆棚坡折陆棚坡折12第一节第一节 理论基础和概念体系理论基础和概念体系二、层序地层学基本概念二、层序地层学基本概念2）沉积滨线坡折和陆棚坡折）沉积滨线坡折和陆棚坡折 陆棚坡折（陆棚坡折（shelf breakshelf break）：）：大陆架与大陆斜坡坡度与水深大陆架与大陆斜坡坡度与水深有较明显变化的过渡地带有较明显变化的过渡地带13沉积滨线坡折沉积滨线坡折陆棚坡折陆棚坡折14第一节 理论基础和概念体系二、层序地层学基本概念二、层序地层学基本概念3）层序类型：）层序类型：I型和型和II型层序型层序 I I型层序底部以型层序底部以I I型层序界面为底界，型层序界面为底界，顶部以顶部以I I型或型或II II型层序边界为顶界。型层序边界为顶界。II II型层序底部以型层序底部以II II型层序界面为底界，型层序界面为底界，顶部以顶部以I I型或型或II II型层序边界为顶界型层序边界为顶界。15第一节 理论基础和概念体系二、层序地层学基本概念二、层序地层学基本概念4）I型和型和II型层序边界型层序边界型层序边界型层序边界是一个区域性的不整是一个区域性的不整合界面，是在沉积滨线坡折带处全合界面，是在沉积滨线坡折带处全球海平面下降速度大于盆地沉降速球海平面下降速度大于盆地沉降速度时产生的度时产生的 （海平面相对下降）。（海平面相对下降）。1617二、层序地层学基本概念二、层序地层学基本概念4）I型和型和II型层序边界型层序边界 II II型层序界面型层序界面是在沉积滨线坡折带处是在沉积滨线坡折带处由于全球海平面下降速度小于（等于）由于全球海平面下降速度小于（等于）盆地沉降速度时形成的，在这个位置盆地沉降速度时形成的，在这个位置上未发生海平面的相对下降上未发生海平面的相对下降（相对静止或上升）。（相对静止或上升）。1819二、层序地层学基本概念二、层序地层学基本概念层序类型层序类型体系域类型体系域类型体系域中沉积体体系域中沉积体I I型层序型层序高位体系域高位体系域S S形、斜交前积和加积型沉积复合形、斜交前积和加积型沉积复合体体海侵体系域海侵体系域缓慢沉积复合体缓慢沉积复合体低位体系域低位体系域盆底扇、斜坡扇和前积楔状复合体盆底扇、斜坡扇和前积楔状复合体IIII型层序型层序高位体系域高位体系域S S形、斜交前积和加积型沉积复合形、斜交前积和加积型沉积复合体体海侵体系域海侵体系域缓慢沉积复合体缓慢沉积复合体陆棚边缘体系域陆棚边缘体系域前积和加积沉积复合体前积和加积沉积复合体5）层序地层构成 I I型、型、IIII型层序型层序20型层序型层序21型层序型层序22第一节 理论基础和概念体系二、层序地层学基本概念二、层序地层学基本概念2 2、整合和不整合、整合和不整合 1 1）整合）整合 整合面是一个将新老地层分开的界面，整合面是一个将新老地层分开的界面，沿此界面没有陆上和海底侵蚀作用的证据，沿此界面没有陆上和海底侵蚀作用的证据，也不指示存在重大沉积间断。也不指示存在重大沉积间断。整合可包括沉积作用缓慢、在很长地整合可包括沉积作用缓慢、在很长地质时间内仅沉积很薄沉积物的界面。质时间内仅沉积很薄沉积物的界面。23二、层序地层学基本概念二、层序地层学基本概念2 2、整合和不整合、整合和不整合 2 2）不整合）不整合 不整合是一个将新老地层分开的界面，不整合是一个将新老地层分开的界面，沿着这个界面有证据表明存在指示沿着这个界面有证据表明存在指示重大重大沉积间断的陆上侵蚀削截沉积间断的陆上侵蚀削截（或与之相对（或与之相对应的海底侵蚀）或陆上暴露现象。应的海底侵蚀）或陆上暴露现象。2425二、层序地层学基本概念二、层序地层学基本概念2 2）初次海泛面）初次海泛面 初次海泛面初次海泛面(First flooding surface(First flooding surface）是是型层序型层序内部初次跨越陆架坡折的内部初次跨越陆架坡折的海泛面，即响应于海泛面，即响应于首次越过陆棚坡折带首次越过陆棚坡折带的第一个滨岸上超对应的界面。的第一个滨岸上超对应的界面。263 3）最大海泛面）最大海泛面最大海泛面（最大海泛面（Maximum flooding surfaceMaximum flooding surface）是一个层序中是一个层序中最大海侵时最大海侵时形成的界面，是海侵形成的界面，是海侵体系域的顶界面并被上覆的高位体系域下超，体系域的顶界面并被上覆的高位体系域下超，最大海泛面常对应于最大海泛面常对应于最远滨岸上超点最远滨岸上超点所对应的所对应的反射同相轴。反射同相轴。274 4、体系域、体系域 1 1）体系域）体系域体系域（体系域（systems tract)systems tract)是指一系列同期是指一系列同期 沉积体系的集合体（沉积体系的集合体（FisherFisher，19771977）。）。沉积体系是指具有成因联系的、相的三维沉积体系是指具有成因联系的、相的三维 空间组合（空间组合（FisherFisher，19671967）。）。体系域是一个三维沉积单元，其边界可是体系域是一个三维沉积单元，其边界可是 层序的边界面、最大海泛面、首次海泛面层序的边界面、最大海泛面、首次海泛面28RelativeSea-LevelSystemsTracts不同类型的体系域不同类型的体系域Sedimentation in response to relative sea-level changeLSTTSTHSTCSHST292 2）低位体系域）低位体系域低位体系域（低位体系域（Lowstand systems tractLowstand systems tract，简称简称LSTLST）是指）是指型层序中位置最低、沉积型层序中位置最低、沉积 最老的体系域；最老的体系域；是在相对海平面下降到最低点并且开始缓是在相对海平面下降到最低点并且开始缓 慢上升时期形成的，顶界为首次海泛面；慢上升时期形成的，顶界为首次海泛面；在具有陆棚坡折和深水盆地的沉积背景中，在具有陆棚坡折和深水盆地的沉积背景中，低位体系域由低位体系域由盆地扇、斜坡扇和低位前积盆地扇、斜坡扇和低位前积 楔状体以及河流下切谷楔状体以及河流下切谷充填物组成的充填物组成的 。LST TSTHSTCSHST3031二、层序地层学基本概念二、层序地层学基本概念3 3）海侵体系域）海侵体系域 海侵体系域（海侵体系域（Transgressive systems tractTransgressive systems tract，简称简称TSTTST）是）是型和型和型层序中部的体系域，型层序中部的体系域，是在海平面迅速上升与构造沉降共同产生的是在海平面迅速上升与构造沉降共同产生的 海平面相对上升时期形成的。海平面相对上升时期形成的。顶、底界面为最大海泛面和首次海泛面。顶、底界面为最大海泛面和首次海泛面。以沉积作用缓慢的、低砂泥比值的、以沉积作用缓慢的、低砂泥比值的、一个或一个或 多个退积型准层序组为特征。多个退积型准层序组为特征。LST TSTHSTCSHST3233二、层序地层学基本概念二、层序地层学基本概念4 4）高位体系域）高位体系域高位体系域（高位体系域（Highstand systems tractHighstand systems tract，简称简称HST)HST)是是型和型和型层序上部的体系域型层序上部的体系域是在海平面由相对上升转变为相对下降时期是在海平面由相对上升转变为相对下降时期 形成的，沉积物供给速率常大于可容空间形成的，沉积物供给速率常大于可容空间 增加的速率。增加的速率。底界为最大海泛面，顶界为层序界面。底界为最大海泛面，顶界为层序界面。三角洲沉积是典型沉积类型。三角洲沉积是典型沉积类型。LST TSTHSTCSHST3435二、层序地层学基本概念二、层序地层学基本概念5）陆架边缘体系域）陆架边缘体系域陆架边缘体系域（陆架边缘体系域（Shelf margin systems Shelf margin systems tract tract，简称，简称SMSTSMST）是与）是与型层序边界伴型层序边界伴 生的下部体系域（海平面相对上升或静止）；生的下部体系域（海平面相对上升或静止）；以一个或多个微弱前积到加积准层序组为特征。以一个或多个微弱前积到加积准层序组为特征。3637二、层序地层学基本概念二、层序地层学基本概念5 5、准层序和准层序组、准层序和准层序组1 1）准层序）准层序准层序（准层序（ParasequenceParasequence）是一个以是一个以海泛面海泛面或与之相应或与之相应的面为界、由成因上有联系的面为界、由成因上有联系的层或层组构成的相对整合的层或层组构成的相对整合序列。序列。滨外陆棚滨外陆棚滨外陆棚滨外陆棚滨外陆棚滨外陆棚临滨临滨临滨临滨前滨前滨12340临滨临滨38二、层序地层学基本概念二、层序地层学基本概念 2 2）准层序组）准层序组(Parasequence sets(Parasequence sets）指由成因相关的指由成因相关的一套准层序一套准层序构成的、构成的、具具特征堆砌样式特征堆砌样式的一种地层序列；的一种地层序列；边界为一个边界为一个重要的海泛面重要的海泛面和与之可对和与之可对 比的面，比的面，准层序组可划分为进积、加积和退积准层序组可划分为进积、加积和退积 准层序组三种类型。准层序组三种类型。3940二、层序地层学基本概念二、层序地层学基本概念6 6、可容空间、可容空间1 1）可容空间）可容空间可容空间（可容空间（AccommodationAccommodation）指可供沉积物潜在堆积的空间指可供沉积物潜在堆积的空间 （JerreyJerrey，19881988）。）。可容空间受控于沉积基准面的变化，可容空间受控于沉积基准面的变化，或是海平面升降和构造沉降的函数或是海平面升降和构造沉降的函数 41SUBSIDENCEEPISODEUPLIFTEPISODE“TECTONIC CYCLE”Superposition of Eustacy and Subsidence可容空间海平面构造沉降426 6、可容空间、可容空间（与海平面变化关系）（与海平面变化关系）可容空间是海平面升降和构造沉降可容空间是海平面升降和构造沉降的函数；受控于沉积基准面的变化。的函数；受控于沉积基准面的变化。慢中快43二、层序地层学基本概念二、层序地层学基本概念7 7、凝缩层、凝缩层（Condensed sectionCondensed section）指沉积速率很慢（指沉积速率很慢（1-10mm/1000a1-10mm/1000a）、）、厚度很薄、富含有机质、缺乏陆厚度很薄、富含有机质、缺乏陆 源物质的半深海和深海沉积物；源物质的半深海和深海沉积物；是在海平面相对上升到最大、海侵是在海平面相对上升到最大、海侵 最大时期在陆棚、陆坡和盆地平原最大时期在陆棚、陆坡和盆地平原 地区沉积形成的。地区沉积形成的。4445第二节第二节 全球海平面变化全球海平面变化一、全球海平面变化曲线特征一、全球海平面变化曲线特征1 1、全球海平面变化和相对海平面变化概念、全球海平面变化和相对海平面变化概念1 1）全球海平面变化以及尺度）全球海平面变化以及尺度 全球海平面（全球海平面（Global eustasy or GlobalGlobal eustasy or Global sea-level sea-level）是指海平面相对于一个固定的）是指海平面相对于一个固定的基准点（如地心）的位置。基准点（如地心）的位置。它与局部影响因素无关。它与局部影响因素无关。46全球海平面和相对海平面全球海平面和相对海平面47第二节第二节 全球海平面变化全球海平面变化全球海平面变化原因：全球海平面变化原因：1 1）洋盆体积洋盆体积的变化、的变化、2 2）全球）全球海洋水体体积海洋水体体积的变化的变化3 3）响应于平均海平面的）响应于平均海平面的全球全球 重力场重力场等势面的变化。等势面的变化。48 洋盆体积洋盆体积的变化主要有以下的变化主要有以下5 5个原因：个原因：大洋中脊体积的变化和大洋中脊扩大洋中脊体积的变化和大洋中脊扩 张速率的变化；张速率的变化；大洋碰撞降低了大陆面积、增加了大洋碰撞降低了大陆面积、增加了 海洋面积；海洋面积；洋底热诱导隆升降低了洋盆体积、洋底热诱导隆升降低了洋盆体积、引起海平面上升；引起海平面上升；沉积物注入率和生长率的突然增加；沉积物注入率和生长率的突然增加；大洋岩石圈的冷却和密度变化。大洋岩石圈的冷却和密度变化。492 2）相对海平面变化、尺度、成因）相对海平面变化、尺度、成因相对海平面（相对海平面（Relative sea-levelRelative sea-level）是指海平面与局部基准面如基底之是指海平面与局部基准面如基底之 间的测量值。间的测量值。尺度可以变化很大。尺度可以变化很大。一个地区相对海平面的变化是全球一个地区相对海平面的变化是全球 海平面变化与盆地沉降速率的函数。海平面变化与盆地沉降速率的函数。相对海平面变化与沉积物堆积无关，相对海平面变化与沉积物堆积无关，不能与水深混淆不能与水深混淆 。50全球海平面和相对海平面全球海平面和相对海平面51第二节第二节 全球海平面变化全球海平面变化沉积水深是指海平面到沉积表面的距离沉积水深是指海平面到沉积表面的距离52第二节第二节 全球海平面变化全球海平面变化2 2、全球海平面相对变化特征、全球海平面相对变化特征1 1）周期性）周期性一级周期一级周期2 2个（亿年级），个（亿年级），二级周期二级周期1414个（千万年级），个（千万年级），三级周期三级周期247247个（百万年级）。个（百万年级）。2 2）不对称性）不对称性快速上升稳定快速下降快速上升稳定快速下降53一级周期一级周期2 2个个2.2亿年54二级周期二级周期1414个个2.2亿年55第二节第二节 全球海平面变化全球海平面变化二、全球海平面相对变化周期与层序级别二、全球海平面相对变化周期与层序级别1 1、全球海平面相对变化周期、全球海平面相对变化周期全球海平面相对变化周期指在一个全球海平面相对变化周期指在一个 时间段落内发生了全球海平面的相对时间段落内发生了全球海平面的相对 上升和相对下降。上升和相对下降。一个典型的海平面相对升降变化周期一个典型的海平面相对升降变化周期 包括海平面的逐渐相对上升、静止期包括海平面的逐渐相对上升、静止期 和迅速的海平面相对下降。和迅速的海平面相对下降。56LSTTSTHSTCSHSTRelativeSea-Level相对海平面变化相对海平面变化5758第二节第二节 全球海平面变化全球海平面变化二、全球海平面相对变化周期与层序级别二、全球海平面相对变化周期与层序级别周期级别周期级别持续时间，持续时间，MaMa周期成因和厚度周期成因和厚度一级一级100100泛大陆的形成和解体泛大陆的形成和解体二级二级10-10010-100全球板块运动和大洋中脊体全球板块运动和大洋中脊体积变化积变化三级三级1-101-10全球性大陆冰盖生长和消亡、全球性大陆冰盖生长和消亡、洋中脊变迁、构造挤压作用洋中脊变迁、构造挤压作用和板内应力调整和板内应力调整四级四级0.1-10.1-1或或0.2-0.2-0.50.5大陆冰盖生长和消亡，天文大陆冰盖生长和消亡，天文驱动力驱动力五级五级0.01-0.10.01-0.1或或0.01-0.20.01-0.2米兰科维奇冰川全球海平面米兰科维奇冰川全球海平面变化旋回和天文驱动力变化旋回和天文驱动力50-50059据Catuneanu，2009高级序/低频低级序/高频60第二节第二节 全球海平面变化全球海平面变化二、全球海平面相对变化周期与层序级别二、全球海平面相对变化周期与层序级别2 2、海平面变化周期与层序级别关系、海平面变化周期与层序级别关系 一个沉积层序是在一个海平面变化一个沉积层序是在一个海平面变化 周期内形成的；周期内形成的；不同级别的海平面相对变化周期不同级别的海平面相对变化周期 对应于相应级别的沉积层序。对应于相应级别的沉积层序。61LSTTSTHSTCSHSTRelativeSea-LevelSystemsTracts层序边界层序边界层序边界层序边界62第二节第二节 全球海平面变化全球海平面变化二、全球海平面相对变化周期与层序级别二、全球海平面相对变化周期与层序级别不同的海平面变化周期形成相应的沉积层序2 2个一级层序，个一级层序，1414个二级层序，个二级层序，247247个三级层序个三级层序63第二节第二节 全球海平面变化全球海平面变化二、全球海平面相对变化周期与层序级别二、全球海平面相对变化周期与层序级别不同的沉积层序的地层对比2 2个一级层序，个一级层序，1414个二级层序，个二级层序，247247个三级层序，多个个三级层序，多个4 4、5 5级层序级层序64四级、五级层序等时对比的困难四级、五级层序等时对比的困难沉积速率高沉积速率高沉积速率低沉积速率低65