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地层学读书报告
《地层学原理与方法》读书报告
层序地层学及其发展方向
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一、层序地层学发展历程
1.1 层序地层学起源阶段(1948~1976)
层序的基本概念在18世纪晚期即已提出,第一次明确提出层序一词,并用于北美大陆古生代地层划分的是Sloss(1948)。
至20世纪70年代,随着计算机技术发展,以PeterR.Vail为首的Exxon石油公司的地质学家们将地质理论、地震勘探技术与现代计算机技术紧密结合,创立了地震地层学,使得地层学的发展跃上了一个新的台阶。
1.2 经典层序地层学的形成与发展(1977~1987)
Vail和Exxon石油公司的学者们进行了一系列的研究,主要表现在以下几个方面:
①层序的定义有所修改;②将Sloss的层序进行了修改,缩小了层序的时间跨度,原来的Sloss的层序成为修改后的超层序;③提出了层序演化机理的主导因素—海平面升降。
1.3 层序地层学综合发展阶段(1988~至今)
1988年,正式出版了由Wilgus主编的《海平面变化综合分析》,标志层序地层学的综合发展阶段。
1991年,由D.1.Macdonald主编的《活动边缘的沉积作用、构造运动和全球海平面变化》一书,进一步把层序地层研究扩展到活动大陆边缘。
层序地层的理论日趋完善,应用范围不断扩大,出版了一系列层序地层理论及应用的著作,成为地层学及沉积学及能源盆地地质学领域的热点。
二、层序地层学的基本原理
2.1层序地层学的基本概念
层序地层学:
研究等时年代地层格架内岩石关系的学科。
在这个格架中岩石具有旋回性,并由成因上有联系的低层单位组成。
2.2层序地层学的理论基础
层序地层学属于成因地层学的范畴,强调海平面的升降变化具有全球性,并且以海平面升降产生的不整合面和年代关系为基础建立沉积层序,从而揭示全球海平面周期性变化的规律。
层序地层学注重研究以不整合面及与之相关的整合面为界的旋回地层的关系。
一个沉积层序是由沉积在一个相对海平面升降旋回之间的各种沉积物组合而成的,一个层序中地层单元的几何形态和岩性受构造沉降、全球海平面升降、沉积物供给速率和气候变化等四个基本因素的控制。
其中构造沉降控制可供沉积物沉积的可容空间,全球海平面变化控制地层和岩相的分布型式,沉积物供给速率控制了沉积物的充填过程和盆地古水深的变化,气候控制了沉积物类型以及沉积物的供给量。
实际上,一个沉积层序和地层叠置样式常受构造沉降、全球海平面升降、沉积物供给速率和气候4个基本因素的综合影响。
一般来说,构造沉降速率、海平面升降速率和沉积物供给速率3个参数控制了沉积盆地的几何形态,沉降速率和海平面升降变化综合控制了沉积物可容空间的变化。
Vail(1987)曾认为,全球海平面升降变化是控制地层叠置样式的最基本因素。
一个沉积层序顶底边界的形成直接受全球性海平面变化所形成的不整合控制。
若能够排除构造运动以及其它局部因素的影响,而将这些具有全球周期性的沉积层序准确定年,就能够提供一种特别适合于沉积相和古地理重建的年代地层格架,同时还能够获得对全球海平面升降周期性变化规律的认识。
2.3层序地层学的基本架构
沉积空间:
可容纳空间(Accommodationspace)—基准面(BaseLevel)—沉积滨线坡折带(DepositionalShelfBreak)
可容纳空间:
可供潜在沉积物堆积的空间。
可容纳空间限制了在各个地理部位中堆积的沉积物体积,它也取决于填充的速率即地表搬运过程的效率。
通常总可容纳空间向海盆方向逐渐增加,而有效可容纳空间(总可容纳空间减去未利用空间)的变化则较复杂。
由于可容纳空间向盆地方向增加,而潜在的可利用空间又逐步被充填,因而有效容纳空间向盆地方向减小。
有效可容纳空间在地质历史中随地质年代而在不断的变化,并且这种变化主要由构造升降运动、沉积填充后的残余地貌形态、海平面相对升降变化、沉积压实作用、沉积充填物负荷的岩石圈补偿和热流作用等因素所控制。
基准面:
分隔开沉积带和剥蚀带的物理面,基准面也曾叫作平衡面(equilibriumprofile),它是由无数个平衡点组成的面,在这个面上,沉积作用等于剥蚀作用,也就是说,在该面上既无沉积作用,也无剥蚀作用。
基准面分隔开下伏的沉积带和上覆的剥蚀带。
早期,人们将基准面与海平面等同起来,把它看作是一个水平面。
如果认为基准面是海平面或海平面附近的水平面,那么该基准面将会分隔开下伏的沉积带(水下)和上覆的剥蚀带(陆上)。
但实际上在地面较高处也有沉积作用,那就需要另一个水平的基准面来分隔开这个比较高的剥蚀带和沉积带。
沉积滨线坡折带:
是位于陆架上的一个沉积部位,在它的朝陆地方向的海底,位于或接近于沉积基准面;它的朝海方向的海底,低于沉积基准面。
沉积单元:
层序(sequence)>体系域(systemstract)>沉积体系(depositionalsystem)>准层序组(parasequenceset)>准层序(parasequence)>(condencedsection)
层序:
一套相对整一的、成因上有联系的、其顶和底面以不整合面或者与这些不整合面可以对比的整合界面为界的地层。
层序是在海平面升降周期曲线上相邻的两个下降速度转折点之间沉积的,它由一套体系域组成。
每一个层序都代表了一个以非海相剥蚀为界的沉积旋回,他们沉积在一个重大的基准面升降旋回中,在多数盆地中,基准面是由水面控制的,因此也可以说,层序是由水面的相对升降旋回形成的。
依据层序单元底部界面(不整合)的类型,层序可以分为Ⅰ型层序和Ⅱ型层序,其中,Ⅰ型层序在国内外出现的较多,Ⅱ型层序出现较少。
A、Ⅰ型层序界面(Ⅰ型不整合)是海面相对下降速度超过在退覆坡折带处盆地沉降的速度、在该处产生海面相对下降时形成的。
Ⅰ型层序边界以与河流的复壮作用、岩相的向盆地方向转移、海岸上超的向下转移以及上覆地层的上超伴生的陆上暴露及同时发生的陆上侵蚀作用为特征。
表现为:
边界上下会出现非海相地层或很浅的海相岩层(如层序边界之上的辫状河道或河口湾砂岩)直接盖在层序界面以下的较深水海相岩层之上,而没有穿插任何在中间沉积环境中沉积的岩石。
B、Ⅱ型层序界面(Ⅱ型不整合)比较隐蔽,并且不以河流复壮作用为特征,而是以海岸上超的朝盆地方向转移和伴随着地貌景观的逐渐剥露和切蚀的缓慢的、广泛的陆上侵蚀作用为特征。
Ⅱ型层序边界是全球海面下降速度小于沉积滨线坡折带处盆地沉降速度时形成的,因此、在这个位置上没有发生海平面相对下降。
体系域:
一串同时期的沉积体系,每个体系域都根据边界处的地层几何形态、在层内部所处的位置以及内部准层序叠置方式客观的加以定义,每个体系域都解释为与全球海面变化曲线的某一特定间距(例如:
全球性海面低水位—低水位楔;全球性海面上升—海进;全球性海面迅速下降—低水位扇等等)相伴生,虽然它不是在这种伴生关系基础上定义的。
在任何一个海平面的变化周期中(层序),都可发育三种主要的体系域类型。
Ⅰ型层序中根据沉积物展布范围是局限于陆棚边缘坡折以下还是陆棚坡折以上划分为如下三种体系域:
高水位体系域(HST):
以逐渐增加的前积准层序叠置方式为特征,并被解释为全球性高水位时期沉积的。
海侵体系域(TST):
由一系列后退或退积式准层序组成的。
低水位体系域(LST):
以相对海平面下降速度超过退覆坡折带处的沉降速度和随后的相对海平面缓慢上升为特点的阶段沉积的。
其中,低位体系域又分为两部分:
低位扇:
受沉积物经由陆架通过活跃的下切谷时的峡谷——海底扇沉积作用控制的。
包括盆底扇(以沉积于下陆坡和盆地底部的海底扇为特征)和斜坡扇(以陆坡中部或底部的浊积和碎屑流沉积为特征)两个沉积单元。
低位进积楔:
一个在水面相对上升加速时期沉积的顶积——坡积层体系。
由前积到加积准层序组组成。
I型不整合
Ⅱ型层序中可以划分为:
高水位体系域(HST):
以逐渐增加的前积准层序叠置方式为特征,并被解释为全球性高水位时期沉积的。
海侵体系域(TST):
由一系列后退或退积式准层序组成的。
陆棚边缘体系域(SMST):
一种以递减型前积、继之以加积的准层序叠置模式为特征的海退式地层单元。
II型不整合
体系域的命名使十分复杂的岩相特征与命名简单化,因而将地层划分为体系域是十分有必要的,因为体系域不仅是一个等时地层单元,它还包含了一系列的、具某种地貌和沉积特征的沉积体系,所以它代表了基本的编图单元。
沉积体系:
一串现在仍积极作用的(现在的)或者推测的(古代的)沉积作用和沉积环境(三角洲、河流、障壁岛等)从成因上联系到一起的岩相组合。
准层序组:
一系列成因相关的、具有特定叠加模式的准层序。
大多数情况下以主要洪泛面和与之相对应的界面为界。
主要有三种类型:
进积型(沉积物的供应速率大于可容纳空间的增加速率)、退积型(沉积物的供应速率小于可容纳空间的增加速率)、加积型(沉积物的供应速率等于可容纳空间的增加速率)。
准层序:
一个相对整一的地层序列,它由成因相关的岩层或岩层组组成,并以洪泛面和与之相对应的界面为界。
单元界面:
不整合(Unconformity)—水进面/最大洪泛面(Transgressive/MaxFloodingSurface)—洪泛面(FloodingSurface)
不整合:
一个分割新老地层的间断面,沿此面有明显的水上暴露侵蚀特征(或相应的水下剥蚀)。
主要有以下几种形式:
削截(Tr)、上超(On)、顶超(Tp)、下超(Dn)等。
水进面(最大洪泛面):
海岸线朝陆地方向最大迁移面,也是最大沉积间断面。
洪泛面:
把较新与较老地层分隔开得界面,跨过这个界面有水深突然增加的证据,这种加深与小的水下侵蚀和无沉积作用想伴生。
三、层序地层学存在的问题
(1)过度强调了全球海平面变化对沉积地层影响。
层序地层中认为全球海平面变化是控制层序发育的主控因素,也就是全球海平面对层序的发育起了绝对的影响,这在被动大陆边缘能够得到应用,但是在陆相盆地的研究中,忽略了构造、气候、沉积物供给等多因素综合影响,则会造成很大的错误,同时依据海岸上超来解释全球海平面变化则忽略了不同沉积盆地构造背景的影响,这样制作的海平面变化曲线具有一定的局限性。
(2)将层序地层学的方法应用于陆相含油气盆地仍然存在着一定的难度。
由于海、陆相沉积层序之间有很多不同,尤其是各大控制因素在层序形成过程中的作用更具有争议性,因而许多学者认为,虽然层序地层学已成功地应用于海相盆地,但对于湖泊沉积盆地,尤其是对以冲积沉积体系为主的陆相盆地或海陆过渡型沉积盆地而言,层序地层学的概念、理论和模式受到严峻挑战。
4、层序地层学的发展方向
经典层序地层学在陆相沉积盆地中应用受阻,许多问题长期争鸣未决,加上低频层序难以满足当前油气田勘探开发的需要,这就需要我们不断探索并逐步完善陆相地层的层序模式,进而形成陆相沉积层序地层学的理论体系,此即于是这该学科重大突破已经来临。
以Cross为核心的科罗拉多矿业学院成因地层研究组,抓住了这个机遇,提出了高分辨率地层学概念和研究思路,为陆相地层的研究开阔了思路,扩展了层序地层学在非海相地层中的研究领域,具有广阔的应用前景。
高分辨率层序地层学以二维露头、岩心、测井和高分辨率地震剖面为基础,运用精细层序划分和对比技术将钻井一维信息变为二维地层关系预测的基础,建立区域性油田乃至油藏级储层的成因地层对比
格架,对储层、盖层及生油层分布进行评价和预测。
高分辨率地层学的主要特色,就是提高对地质时限的划分,也即小于1Ma地质时限的划分,与传统生物地层方法相比,其精度可提高数十倍,其研究对象主要是旋回层和事件层。
高分辨率地层学应用广泛,不但能够极大提高划分和对比的精度,而且能够满足当代地层学、盆地深入研究的需要。
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