成因地层层序模式

　成因地层层序的基本理论~

成因地层分析是Galloway等人提出的沉积盆地充填分析方法，其主要目的是研究盆地的成因地层格架和各级成因地层单位的内、外沉积构成。无论是沉积盆地还是组成盆地内涵的各种沉积体系，都具有多层次沉积构成的特点，也就是说，每个沉积盆地也都包含多种级别的成因地层单位。Selley（1982）建议用成因地层层序（genetic sequence of strata）和成因地层增量（genetic increment of strata）作为划分沉积体系的两级成因地层单位。通常情况下，一个沉积盆地最多可以划分出5～6个级别的成因地层单位（夏文臣等，1991），由小到大依次为成因单位、沉积组合、沉积相、生长层序、沉积总体和沉积幕。
成因地层层序一般用海侵为界的地层单元来确定和图解被称为“沉积体系”的三维空间成因岩性地层单元。因此，沉积体系分析是盆地分析的一个重要方面（Miall,1984;Galloway和Hobday,1983）。
确定盆地充填成因地层学有以下三个基本要素（Galloway,1989），并进行综合，且要强调沉积空间和分界面。
1.沉积体系及相
沉积体系是有成因联系的沉积相的三维组合。而这些相记录着盆地的主要地貌要素，它们在倾向上与相邻沉积体系过渡，形成各地理要素间的逻辑组合。沉积体系一般通过地层序列来反映其演化趋势。而沉积序列记录着具有地质意义的时间间隔，且以间断面（不整合面）与上、下相邻沉积体系分开。成因地层组合由若干相关沉积体系的沉积物组成。
Brown和Fisher（1977）、Fisher和McGowen（1967）都认为每一种沉积体系都是地层记录，是被古沉积过程和沉积环境联系在一起的相的三维组合，而同期的沉积体系可以联系起来构成一种沉积体系域（depositional systems tract）。随着构造背景的变化，盆地中的体系域也发生改变，即是说盆地演化中可能出现几种沉积体系域。Miall（1984,1990）进一步指出沉积体系分析法的基础是将Walther's定律和相模式的概念用于大规模的沉积区域，甚至整个盆地。研究方法即成因地层学方法，其注意的焦点是各种大型沉积体之间的相互关系。
沉积体系和体系域既有沉积学意义又有地层学意义，对它们的识别基于深入的沉积环境分析，同时也必须注意几何形态的研究（李思田，1987）。
2.间断面
间断面将不同的地层组分开，并记录着盆地沉积史中的主要间断事件。这些界面通过有无伴生的陆上侵蚀或海底侵蚀来记录无沉积作用或非常缓慢的沉积作用的主要时期。界面有多种成因，其本身也可以是迁移相带的组成部分。因此，间断面可能是相关等时沉积体系的组成部分，或者能将不同时期的成因地层单元隔开。
显然，不整合是间断界面，它削蚀下伏地层。不整合面有3种类型：（1）陆上侵蚀面，包括下切谷体系；（2）海侵期侵蚀形成的临滨冲刷面（Suift,1968）;（3）海底陆架和陆坡侵蚀面，它反映沉积物的非补偿作用和由水流或块体坡移产生的侵蚀（Fisher,1974;Christie-Blick等1989）。
密集段（condensed section）是沉积作用非常缓慢的产物。陆源碎屑盆地充填物中，海相密集段发育于盆地边缘广泛海进和海泛期的开阔陆架和陆坡上，并表现出古生物和成分特征的差异。薄而广布的、富含化石的深海－半深海泥岩层，一般反映沉积物非补偿性。化学沉积物，如薄层泥灰岩或灰岩层、海绿石、磷酸盐带、硅质页岩，代表极为缓慢的沉积作用。广布的海相放射虫泥岩也同样反映缓慢的沉积作用和有机质富集作用。在陆上环境中，广泛的古土壤和煤层，指示缓慢的碎屑堆积速率。
3.层理构型及与层面（或界面）的几何关系
对于进积、退积和加积沉积单元的几何形态，人们早已认识，对于简单的河（沟）道到大型沟谷或峡谷下切的各种侵蚀特征的规模可通过野外露头和地下岩性资料识别。运用地震资料对界面及界面限定的框架内的层理几何形态进行解释，已经提高了运用层理关系在解释沉积过程及历史时的理解能力（Mitchum,1977）。
对沉积盆地充填的详细研究，必须综合分析构成沉积体系的、呈三维分布的相、层理几何形态、界面及密集段等资料。成因地层层序的宗旨是强调沉积体系与地层间断面两者作为盆地充填组成单元都具有同等重要性，其主要目的是确定实用地层单元。这种实用地层单元包括记录沉积体系常见古地理组合的所有沉积物，而且由反映盆地古地理格架中主要组合关系的地层界面来限定。必须指出，所选定的界面是沉积体系组合变化的分界面。
Galloway等人（1983）通过对墨西哥湾盆地北部晚第四纪沉积层序三维地层的研究，概括出以下几条原则，这构成了成因层序地层学的基础。
（1）陆源碎屑沉积物是外来的，并主要由河流体系搬运到盆地边缘，因此，盆地古地理的变化必然涉及主要河流轴向变化。
（2）通过沉积（退覆）和非沉积（海侵）层段的反复交替，盆地被充填。在任一特定的时期，活跃的沉积作用总是集中发生于盆地整体下沉的一小块区域内，而在其他地区只有少量沉积物堆积。实际上，非沉积作用和侵蚀作用可能是主要的。因此，基本上是无沉积间隔（层）将沉积层分隔开。
（3）水下间断面所代表的时间间隔因地而异，这种间断面上处处将不同时代、不同沉积事件的沉积物分隔开。
（4）每个沉积脉动或事件，均由最大海泛期岸线的始末端向海盆间断并与其它沉积脉动分隔开。一个沉积脉动可形成一个有限定界面的成因地层单元，Frazier称其为“相序”。与之相似的地层单元，Wagoner称为小层序（parasequence）。
（5）在一个相序中，进积、加积及海侵相呈有规律的排列。
（6）在大多数沉积盆地中，存在着海侵－海退旋回的分级。多种事件将区域沉积幕分为不同阶段，Frazier将沉积幕和沉积复合体分别看作为盆地史、盆地充填的主要成因时间和岩石地层的细分。沉积幕以区域海泛事件为结束的标志，其物质地层单元记录了岸带海退建造，其上覆层为海侵相和海底不整合面或密集段薄层。需要指出的是，尽管Frazier没有使用“沉积层序”这个术语，但他提出的“沉积复合体”是一个层序地层单元。这种沉积复合体，以侵蚀面或无沉积面及相关的整合面为分界面，因而它提供了确定交互层序地层单元的基础，却不必像Exxon沉积层序那样依靠陆上广布的不整合面的存在及对它们的识别来确定之（Vail,1987;Wagoner,1987）。Galloway在Frazier模式的基础上，提出了交替型层序地层研究范例，并已被证明在分析进积碎屑盆地充填中是有用的。

从本溪组—山西组含煤岩系特征看，除了5＃煤层外，其他各煤层之上都出现了一层厚度不同的石灰岩，从这些煤层之上石灰岩厚度变化及横向分布特征看，似乎也可以推测，可能5＃煤层之上也有一层石灰岩，只不过在该区没有出现，在该区以西或西南地区就有可能出现。因此，总体上可以看出每一层煤层都形成于一次海侵的初期，为一个沉积幕中一个阶段的产物，煤层厚度的大小可能代表了这个阶段持续时间的长短。最大海侵事件所形成的煤层常常具有大区域或盆地范围的分布规模（如2＃煤层），而由次一级沉积事件中的海侵形成的煤层，仅有小区域的分布规模。前者相当于层序地层学和成因地层学中的最大淹没面沉积，后者则相当于一个正常的海泛面沉积。因此，大面积或盆地范围展布的厚煤层主要是幕式聚煤作用期的产物，多代表最大海泛面沉积，而较小范围展布的煤层则是次一级幕式聚煤作用期的产物，代表正常海泛面沉积（邵龙义，张鹏飞，1997）。
从三级海平面旋回看，研究区石炭系—二叠系含煤岩系形成于三级海平面上升然后又下降的过程中，最大海侵范围是在太原组底的大青灰岩发育时期，之后的多次海侵范围都较小，且每次海侵后都有一次时间较长的海退，并总趋势上海水呈退却的趋势。沉积环境演化总体为潟湖—滨外陆棚—障壁（潟湖）—下三角洲平原的过程，整个反映了滨海平原过渡环境靠海一侧（本溪组—太原组下段）沉积环境向滨海平原靠陆一侧（太原组上段—山西组）沉积环境的演变。从层序地层分析结果可以看出，在滨海平原过渡相靠陆一侧的含煤岩系中，分布广泛的厚煤层形成于最大海泛期；而在靠海一侧，即真正海陆交替的沉积序列中，一些大面积分布且较厚的煤层可能是最大海泛面沉积，也可能是一般的海泛面沉积，这时煤层常与其上覆盖的海相石灰岩及含动物化石泥岩层一起构成海泛期或最大海泛期沉积。如果仅仅考虑第四级层序，那么其中的煤层可作为海侵期沉积看待，其上的海相石灰岩及含动物化石泥岩层则代表四级旋回中最大海泛期的沉积。从各煤层厚度及其平面上的分布或连续性来看，滨海平原靠陆一侧形成的煤层（如2＃煤层）厚度大且横向连续性也比较好，而靠海一侧形成的煤层多数厚度都较薄，也有厚度较大的煤层（如9＃煤层），但其横向连续性与靠陆一侧形成的煤层相比要差。
若将形成煤层的滨岸平原视为坡度一定、且地形平缓的理想状态，则当在一个三级海平面升降旋回中，在海平面从最低点向最高点运动的阶段，有利于煤层发育的过渡环境将向陆地方向迁移；而在海平面从最高点向最低点运动的阶段，有利于煤层形成的过渡环境将向海的方向迁移（图3.23）。同时，在三级海平面变化的过程中还伴有四级海平面的升降运动，在每一个四级海平面旋回中，当海平面上升导致地下水位上升，形成泥炭沼泽。由于在这种理想状态下，煤层的横向延展性在不同时期是一样的，因此海平面变化的不同阶段形成的煤层主要在厚度上存在差异。而煤层厚度的大小主要取决于泥炭堆积速率与可容空间增加速率之间保持平衡的时间长短（邵龙义等，2003）。

图3.23 三级相对海平面变化过程中滨海平原过渡带迁移示意图Fig.3.23 Schematic diagram showing shifting of paralic transition zone during the third-order relative sea level change

在滨岸平原沉积环境中，一个完整的三级海平面变化旋回中，有利于煤层沉积的过渡环境随海平变化而发生迁移，由于在同一时间内，不同地理位置海平面变化速率存在差异，因而在一个三级海平面变化旋回过程中，不同地理位置出现有利于泥炭堆积的海平面变化速率的时间不同，即在一个三级海平面旋回过程中，靠陆一侧三角洲平原沉积环境中，厚煤层主要出现在最大海泛面位置，而靠海一侧障壁—潟湖沉积环境中，厚煤层主要出现在初始海泛面的位置，但就整个三级复合层序来说，层序中厚度最大、分布最广的煤层主要分布于最大海泛面附近的位置。环渤海湾西部地区石炭系—二叠系三级复合层序Ⅱ的厚煤层主要形成于三级初始海泛期间，而三级复合层序Ⅲ的厚煤层则主要形成于三级最大海泛期间。

一、沉积幕

沉积幕（Depositional Episode）是Frazier提出的一个重要概念，它是一个时间单位。沉积幕被定义为两个最大洪水事件（Maximum Flooding Event）之间的时间区间。在盆地达到最大水进期时，岸线迁移到最靠近陆地方向，盆地方向处于极缓慢沉积或无沉积状态，形成沉积间断面（hiatal surface）。在这种条件下，位于沉积间断面上的所有点都是等时的，沉积间断面就是一个等时面。因此，一个沉积幕就是一个从最大水进期到下一个最大水进期的相对水平面升降变化的周期（旋回）。

一个沉积幕期，盆地边缘沉积层的进积包括从深水斜坡和盆地平原到过渡相（三角洲、岸带、陆架及滨海平原）及陆相（河流或冲积扇）范围内的沉积物。有四种深度沉积区，包括斜坡、陆架边缘、陆架和海岸平原。由于盆地边缘进积作用，并相继经过基准点并越过了基准点。陆架边缘的进积，由分隔陆架台地牵引流沉积物与斜坡重力流沉积物的沉积斜坡转折点所限定，它是任何特定时期和地层层位中盆缘海退建造范围的最稳定标志（Winker,1982;Jackson和Galloway,1984）。相反，只要基准面或沉积物供给发生很小的变化，海滨带就会在沉积台地上发生数千米的迁移，因此，海滨带周期性进退及陆架边缘进积和沉陷的脉动，可记录一个理想的沉积幕。

二、成因地层层序模式

Galloway在沉积幕的基础上提出了成因地层层序的模式，他定义成因地层层序为沉积幕的沉积产物。成因地层层序有两个要素：一是盆地边缘的建造与盆地的充填过程；另一个就是盆地边缘的区域性水进过程，它主要受构造沉降和海平面上升的影响。在湖盆中，区域性的水进过程主要受构造沉降和气候因素的控制。沉积幕与成因地层层序模式的重要意义在于用最大洪水面分离开每一个有成因联系的地层单元，为盆地分析提供年代地层格架。

（一）沉积幕与沉积层序单元

图2-1表示了一个理想沉积幕所产生的成因地层层序的时间格架和相的地层学展布。该图的上部为时－空坐标系，用以说明主要沉积环境组合间的时空关系；下部为剖面图，用以说明成因地层层序的地层构型。一个沉积幕或地层层序由三类单元组成：退覆部分、上超或海侵部分和反映最大海泛的界面（相当于Frazier的间断面，1974）。

1.退覆部分

图2-1　单个沉积幕所产生的成因地层层序的理想地层构型（据Galloway,1987）

上图：以时间为纵坐标，沉积幕；下图：以深度为纵坐标，表示地层构型和相组合（层序）

退覆部分，相当于沉积层序的顶超部分。主要包括以下几个部分：（1）砂质河流相、三角洲平原相，以及反映海岸平原加积作用的海湾相和（或）泻湖相；（2）滨岸矿质进积沉积物，向陆方向覆盖于前期层序的海泛台地上，向海方向覆于前期退覆层序的大陆斜坡上；

（3）斜坡上的进积和斜坡下的加积的混合体。

“斜坡退覆”与“进积”这两个词使用时具同义性，但斜坡沉积物内部岩相构型受坡脚及相邻盆地底面沉积物重力活化和沉积物加积作用的控制（Mitchum,1985;Mutti,1985），因此，退覆斜坡体系一般包括呈明显倾斜层理几何形态的上斜坡进积相和斜坡根部与相邻盆地平原加积相层序，这两种沉积相层序交替出现，具复合上超及丘状层理形态。

2.上超部分

上超部分包括以下几个单元：

（1）海岸线后退期间或后退之后形成的海岸相和陆架相沉积，海岸相沉积可能经过改造；

（2）斜坡上部或大陆边缘的沉积物是在重力作用下重新沉积在斜角处形成的裙状物。

陆缘活动海退建造形成后的海侵期，是上斜坡和大陆边缘块体坡移退积作用最广泛的时期（Dietz,1963;Brown和Fisher,1980;Winker,1984）。因此，再沉积形成的特殊裙状沉积超覆于斜坡坡脚处。

图2-1表示了一个理想的成因地层层序，其中，在海侵期只有很少的沉积物形成，而且，海侵沉积物为不连续薄层，为覆盖于冲沟侵蚀面上经改造的岸带重新沉积物。如果在海侵过程中有大量的沉积物供应，导致厚层沉积物形成，那么，这些沉积物记录了沉积事件向陆逐渐后退的整个过程（图2-2A）。

“退积”一词对于描述长周期的（缓慢的）海岸线或陆架边缘的后退过程是很有用的。

3.成因地层层序界面

成因地层层序由两个地层界面所限定，这两个界面代表了海侵期及最大海泛期，陆架和陆坡地区沉积物的非补偿状态（即沉积物缺乏）。根据Frazier（1974）对“间断面”的定义，它是将一个层序的退积或海侵沉积与后续层序的进积沉积分开。间歇性沉积作用一般跨越海泛沉积台区发育。但是，陆源沉积速率非常低，其延续时间由薄而具特殊地层及成分的标志来记录，这种标志层包含着无法进行单独解释的多重假整合。海泛界面的地层型式包括不整合和密集段，它们形成下超地震层序边界（Asquith,1970;Mitchum,1977）。这些层位在测井上具有明显反映（标志），并一般是烃源岩层（Meger和Nederlof,1984）。

重要的是，Frazier模式也可预测成因地层层序向陆方向存在的陆上间断面（见图2-1）。滨线是沉积作用的集中区，当岸线向海迁移时，海岸平原可以成为一个均衡面，该均衡面起到沉积物分流带的作用。在较大盆地中，当沉积加载于地壳时，基准面的微小变化或者其周缘上升，均会引起无沉积作用、沟谷下切作用，或者发生对较老层序的盆地边缘带的低角度削蚀作用。这类侵蚀面即为Vail等（1984）的Ⅰ型层序界面。然而，这类界面作为区域性层序边界是建立在这样一个假设之上：即盆地边缘的地层结构只受全球海平面下降至陆架边缘或更低水平所决定。后来，Vail和Wagoner（1987）重新定义了Ⅰ类不整合边界，认为当海平面下降到岸线坡折处时即可形成。这个新定义强调了形成Ⅰ类层序边界时海平面不需要下降太多。同时，这个新定义减少了陆表侵蚀面的地理分布范围和作为地层边界的重要性，而增加了构造运动对地表侵蚀面形成的影响。

所有层序均是在盆地内沿走向具区域连续性的三维地层单元。理想情况下，每个层序都包括几个在走向和倾向上相关的沉积体系。图2-2B和C展示了沿穿过三角洲前缘和三角洲间湾剖面中典型相组合的时空关系。在海岸后退过程中，沉积物供应充足，逐渐的海进控制地层的上超。三角洲前缘和前三角洲相组成岸缘相单元，三角洲平原为盖层。当前积层延伸到下伏陆架边缘时，陆架边缘相、三角洲前缘和前三角洲相的厚度增加，因此，重力流搬运成为建造深入斜坡沉积的主要因素。斜坡包括前积形成的三角洲体系和具退覆（顶超）的水下扇、扇裙体系等混合建造。与此同时，陆内三角洲平原连续加积，最终形成宽广的加积裙。决口穿过冲积扇，使得三角洲朵叶体切开，在大型体系中经常达到相当大的规模。因此，在任何横切面上，海退建造被发育三角洲侵蚀相的亚区域（沉积走向几十到几百米）海侵所间断。退积则进一步限制三角洲前缘和前三角洲沉积的发育。三角洲将再次进积到新海泛台地的浅滩水域。更接近均衡的供给和改造作用，形成海控作用增强的三角洲前缘相的叠加层序（Galloway,1975）。侵蚀三角洲相依次被广布的前三角洲和陆架泥所覆盖。基准面相对上升，造成三角洲和冲积平原加积作用增强，也导致更多地保存了越岸相和洪泛盆地相（Galloway,1986）。在不稳定的陆架过缘，三角洲沉积不断发生滑塌，形成再沉积三角洲前缘、前三角洲及上斜坡沉积物，也产生上超斜坡堆积裙。大型水平峡谷可以深切穿过广阔的陆架（Galloway,1988）。

在三角洲之间地区（图2-2C），砂质或泥质滨海平原可进积到早期沉积幕形成的海泛陆架台地上。陆上海岸平原分布有很多小型支流而形成支流平原（Galloway,1981），并加积到海岸平原进积层之上。陆架边缘以泥质沉积为主，其沉积速率很慢。陆坡沉积物是由前期沉积物改造形成的前积和加积沉积物组成的。这里的陆架坡折比强烈进积的三角洲前缘区平缓，因此，在随后的退积过程中再改造作用可能不剧烈。随沉积中心转移，由沿岸流从相邻三角洲前缘供给沉积物，因此，三角洲间的海退建造为零星分布，进积事件被亚区域上稳定期或海侵作用所中断。如墨西哥湾西北部（Galloway等，1986）的这种浪控海岸的退积沉积物，海泛期以障壁湾和深湖沉积体系为主，基准面上升，使加积平原冲积体系和海湾－泻湖体系得以保存，厚层加积障壁沉积和薄层海侵障壁相也被保存下来。泥质陆架沉积层全部或部分地覆盖于宽广的、新生海泛沉积台地上。一些特殊的陆架体系沉积，包括富砂相，很可能是在海侵和洪泛期形成的（Swiftt和Rrice,1984）。由于陆架沉积是由海进沉积和退积建造经改造再沉积的，所以其分布状态反映前期沉积幕的古地理特征。这些沉积属于成因地层序中的一部分（单元）。

图2-2　不同地质背景中产生的成因地层层序的时－空格架示意图（据Galloway,1989）

A—典型沉积幕海退建造和退积复合发育时－空示意图；

B、C—沉积幕内三角洲前缘和三角洲间湾剖面中典型相组合时－空关系

（二）成因地层层序构成型式

成因地层层序是一个沉积序列，它记录了盆地边缘海退建造和以大范围分布的盆地边缘海泛为界的盆地充填事件。代表最大海泛期的沉积面或侵蚀面通常是两个较大的三维沉积体系的界面。典型薄层海侵沉积或界面记录着最大海泛期的密集段古生物层或沉积层的一般地层并列关系，这类沉积广泛用于许多盆地的区域地层对比中。层序内部沉积体系的相关组合可通砂岩分布格架来确定和描述。这种以海泛面为边界的、成因上相关的、由沉积体系组成的层序，与Vail等人（1984）所定义的层序有很大区别。Vail等定义的层序是以低水位期不整合为界，它的最大海泛面在层序中部，并将较老退积沉积体系与年轻的前积沉积体系联系起来（图2-3）。在成因地层层序中，海岸平原、河流相、三角洲、三角洲间海岸区、陆架和斜坡沉积体系的演化模式均可以识别和预测。

成因地层层序与沉积层序（层序地层学）.有很多相似点，它们共同起源于Frazier的沉积幕/沉积旋回分析，主要是在界面的选择和解释目标侧重点有重大分歧。

1.成因地层层序主要保持和强调Frazier（1974）的结论

“层序是在相对基准面或构造活动稳定时期沿盆地边缘沉积的一套沉积物的组合”。这个模式考虑了沉积幕产生的三个变量。

而Vail等人的沉积层序最先主要强调全球海平面变化这一因素，陆表不整合面、低水位、高水位都与全球性海平面所决定的沉积物供应和沉降有关。

2.层序划分界面有根本性差异

沉积层序模式强调以不整合面或对应的整合面为层序边界；Galloway强调以最大海泛面为成因层序边界（见图2-3），在海平面周期变化曲线上相差180度。可以说，成因层序内部包括了沉积层序的层序边界，沉积层序内部包括了成因层序的层序边界。

Galloway认为，Exxon沉积层序模式强调陆上不整合及其等效地层界面，这类界面在相对基准面降至进积陆架边缘以下地区时非常重要，但在基准面不低于台地边缘地区时，这类边界是模糊的，而且，其在Ⅱ型层序中的延伸范围也有限。相反，由海岸平原的海侵和海泛所产生的下超间断面是一个容易对比的界面，它将砂质海岸平原、滨岸带及海相陆坡沉积物边缘包络起来。

Galloway主要用钻井、测井资料进行沉积体系分析，其成因层序地层分析就是在已确定的沉积体系的三维相格架内进行并寻找层序界面。

3.沉积层序与成因地层层序这两种模式对陆架边缘侵蚀、退积的时间、过程和作用强调的重要程度不一致

Exxon模型中海平面快速下降到陆架边缘之下导致陆上深切谷下切、斜坡上部的剥蚀或沉积物路过以及低水位水下扇的沉积，海平面下降变缓慢或海平面的相对稳定导致深切谷充填。而成因地层层序模式认为，陆架边缘和斜坡上的侵蚀作用和退积是一个不断发生的过程，这个过程是受陆架边缘及斜坡上部的不稳定性所控制的，也受沉积物供应速率随时间和地点的变化、盆地的水文地质特征、海岸和陆架的几何形态，以及基准面变化的控制。海底峡谷的形成、充填，以及海底扇的沉积可以在一个沉积幕的任一时刻形成。最大海底峡谷的形成和上超楔的沉积经常是在快速进积的陆架边缘上发生了首次最大海侵之后形成的（Galloway,1988）。

图2-3　Exxon Ⅰ型层序（A）及Ⅱ型层序（B）边界与成因地层层序边界对比（据Galloway等，1989）

1—滨海相岸；2—成因地层层序边界及对应界面；3—沉积层序不整合边界及其对应界面；4—沉积作用面；5—连续的海岸沉积体系；6—成因地层层序；7—沉积层序

（三）成因地层层序边界的特征

成因地层层序主要依据钻井和测井信息进行分析，其中测井资料在确定成因层序和边界特征方面是相当重要的。这里重点介绍测井成因地层边界的特征。

确定一个成因地层层序，核心是识别成因地层层序的边界，也就是识别最大洪泛面及与其对比的地层界面。最大洪泛面在测井曲线上主要有以下特征（薛良清，1993）：

（1）高自然伽马，为富含轴、磷、海绿石的页岩；

（2）低自然电位，高电阻、高密度、高声速层，曲线呈尖峰状，为薄层钙质泥、页岩或灰岩的反映。图2-4为美国得克萨斯州东部Queen City层序的倾向剖面，层序上边界为比较理想的低自然电位、尖峰状高电阻特征，代表与最大洪水面有成因联系的密集段。

图2-4　美国得克萨斯州东部Queen City层序倾向剖面图（据薛良清，1993）

1—成因地层层序边界；2—不整合及其对比整合面；3—水进面；RST—退积体系域；LPC—低水位前积复合体；PST—前积体系域；A₁、A₂、A₃、A₄—钻井编号

（3）低自然电位、低电阻标志层，代表比较纯的海、湖相泥岩层。图2-5为得克萨斯州中部Yegua成因地层层序的典型测井曲线形态，反映成因地层层序边界的低自然电位、低电阻特征。

（4）向上变细的测井响应到向上变粗的测井响应的转折点，反映相对水平面上升达到最大水进期后转为下降趋势的转折段。

（5）测井曲线特征具有区域上的可对比性，如小层序（parasequence）边界也具有低自然电位、低电阻特征，但它只是局部水进过程的产物，而不是成因地层层序边界。

（四）成因地层层序中的体系域特点

Swift等人（1991）认为Exxon层序地层序学中的体系域是几何体系域而不是沉积体系域，因为Vail等人的模式主要强调几何学特征，而不是沉积相关系。沉积层序把这种几何体系域与全球海平面升降联系起来（Haq等，1988），然而在湖相盆地几何体系域与全球海平面升降没有直接的联系，而构造活动与沉积物供应为主要的控制因素。在成因地层层序中，体系域术语采用以下几类：前积型体系域（progradational systems tract）、退积型体系域（retrogradational systems tract）、低水位体系域（lowstand systems tract）。其中低水位的涵义中，既可能是全球海平面变化引起的，也可能是构造抬升等其他因素引起的。这样，成因地层层序的术语既可用于海相盆地，也可用于湖相盆地。

图2-5　美国得克萨斯州中部Yegua层序的典型测井曲线图（据薛良清，1993）

1—小层序边界；2—时间对比线；3—下切谷充填；RST—退积体系域；PST—前积体系域；B₁、B₂、B₃—钻井编号

1.前积型体系域

前积型体系域是以最大供水面及其对比的地层界面为底界，以不整合面及其对比整合面为顶界，以小层序组的前积型叠加为特征。在测井曲线上具有向上变粗的序列特征，这种向上变粗的趋势主要强调小层序组的垂向叠加特征，而不是仅限于小层序本身简单的向上变粗响应，因为退积型体系域中的小层序同样具有向上简单变粗的特征。但需指出，虽然前积型体系域具有向上变粗的总趋势，但不排除局部地区、局部层段表现为向上变细的测井响应，因为测井响应主要取决于沉积速率与相对水平面升降变化速率之间的平衡关系，当局部地区的沉积物源迁移和关闭时，就会导致向上变细的测井响应。

2.低水位体系域

低水位体系域是在相对水平面下降期形成的，表现为沉积相向盆地方向的大规模迁移。成因地层层序中的低水位体系域与Exxon层序地层学中的低水位体系域的涵义基本相似，但也有区别。低水位体系域以不整合面为底界，以水进面为顶界，由陆棚环境的下切沟谷充填、陆棚边缘坡折附近的低水位前积复合体、大陆斜坡扇和盆地平原扇（深海扇或深湖扇）组成。水进面为低水位前积复合体之上的第一个最有意义的洪水面，此时岸线大规模向陆方向迁移。

（1）下切沟谷充填

一般由两部分组成，一部分是通过侵蚀谷的侵蚀作用、过路沉积作用（sediment bypassing）和低水位岸线附近的沉积作用形成的产物，另一部分是由于相对水平面上升、侵蚀谷本身沉积充填的产物。因此，下切沟谷充填的产物比较复杂，一般为河口湾与辫状河道砂岩（海相盆地也有潮汐改造的证据）或滨岸平原砂岩、泥岩或煤层。下切沟谷充填沉积物一般直接覆盖在前三角洲和陆棚泥岩或薄层砂岩之上，垂直相序表明为明显的不连续，标志着沉积相向盆地方向的迁移。下切沟谷充填在测井曲线上表现为突变的侵蚀基底、块状的自然电位形态，与周围测井时间对比线有中断。与分流河道主要区别有：宽度大，下伏地层为海（湖）边缘末端相砂岩和海（湖）相泥岩，而不是三角洲前缘相和河口坝沉积物，沿着不整合面广泛分布而不仅限于单个三角洲朵叶体中。因此，利用测井剖面鉴别下切沟谷充填要比仅靠单井资料可靠的多。

（2）低水位沉积复合体

是相对水平面下降的产物，在陆棚边缘盆地中，一般形成于陆棚边缘附近。在斜坡型盆地中主要表现为三角洲沉积物大规模向盆地中心迁移。低水位沉积复合体在测井曲线上易于识别，因为其周围为海或湖相泥岩为包围，因此低水位沉积复合体砂岩在测井曲线上特别突出。

（3）大陆坡扇、盆地平原扇

既可以由相对水平面变化造成，也可以由陆棚边缘的滑塌作用及随机性浊流事件等形成。在测井曲线形态上与低水位前积复合体类似，但所处的围岩水体环境深度更大、更接近盆地中心。在斜坡型盆地中，因为缺乏足够的可供沉积物堆积的空间，所以很难形成大陡坡扇和盆地平原扇。

3.退积型体系域

退积型体系域是在相对水平面上升期形成的，表现为岸线阶段性向陆地方向迁移。这种迁移的垂向叠加结果，导致小层序向上变细特点。退积型体系域以水进面为底界，以最大洪水面为顶界。退积体系域在沉积速率低的地区仅为水进事件改造过的沉积薄层，退积层序特征不明显。

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