层序地层学笔记主讲操应长教授Word文档下载推荐.docx
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b.预测性
层序地层格架、模式建立——沉积体系、砂体在纵向上演变过程和平面分布规律——分析、预测生储盖层条件和组合特点，提高有利勘探目标预测准确性
c.综合性
多种资料、多个学科的综合
1.4层序地层学面临的问题
概念和术语的统一问题
陆相层序地层学的成因问题
层序地层学单元的级序划分
深水层序地层学研究
陆地沉积的层序地层研究:
closs、vail
2.层序地层学的基本概念
2.1海（湖）平面与可容空间
绝对海（湖）平面/全球海平面：
指海（湖）面相对于一个固定基准面如地心的高度，与盆地内局部因素无关，其升降变化多受盆地位置、水深、盆内沉积物量等因素控制。
相对湖（海）平面：
沉积盆地的基底距离湖（海）面的高度，反映湖（海）盆基底的局部沉降或上升，其升降变化受控于湖（海）平面和湖（海）盆基底的位置。
湖（海）水深度：
指沉积湖（海）盆内沉积物表面距湖（海）面的高度，其大小受控于相对湖（海）平面的位置与已形成的沉积物厚度。
平均海平面——t，海平面升降变化
2.2基准面
一个假象的、动态的平衡面。
基准面定义两大学派：
a基准面近似于海平面
在海洋中，由于受波浪和潮流作用，比海平面略低
在陆地上，相当于进积/侵蚀的平衡面
河流均衡剖面与基准面在滨线重合。
b基准面是对侵蚀和沉积之间平衡界面的归纳
陆地上：
河流相的基准面=河流均衡剖面
海洋中：
海平面
河流的均衡剖面：
河流体系中，如果给定源区高度及其在盆地的入口，河流体系总是趋向于达到一个纵向上的动态平衡。
当河流能够搬运其沉积负载而不发生河道加积和侵蚀时，这个动态平衡就达到了。
不再平衡状态的河流将通过侵蚀和加积达到这一平衡状态。
基准面定义：
是一个理想的动态平衡面，用于描述沉积作用的上限和侵蚀作用的下限。
高于基准面，即使有沉积作用也是局部暂时的，沉积物质点不稳定，不能长期保存下来而成为地质记录。
低于基准面：
发生沉积作用，沉积物有可能被埋藏而保存下来。
基准面可以位于地表之上，也可以位于地表之下，并非是一个理想的V字形界面，而是与地质作用和地质环境相关的变化的。
2.3可容空间
定义：
与基准面相关联是指（基准面之下）“可供沉积物堆积的潜在空间”。
分类：
按时间：
老空间（早期未被充填而遗留的空间）和新增可容空间（沉积过程中形成的空间）
按位置：
I类空间（沉积基准面与湖（海）平面之间）；
II类空间（湖（海）平面与湖（海）盆底面之间）
I类空间：
水上可容空间，其中以湖（海）盆最低溢出点的平面为界，位于该界面之上与沉积基准面之间为IA类，位于该界面与湖（海）平面之间为IB
II类空间：
水下可容空间，与水深有关，II类可容空间沉积物可稳定沉积。
2.4海平面与可容空间的关系
全球海平面和相对海平面、水深和可容空间在地质历史时期的变化不一定是统一的：
位置上、时间上。
若不考虑波浪、洋流等：
河流基准面=河流均衡剖面
海洋基准面=海平面
可容空间=海平面-沉积物底面=沉积物厚度+水深
2.5沉积盆地和沉积作用
盆地：
四周高（山地或高原）、中部低（平原或丘陵）的盆状地形。
沉积盆地：
是指沉积岩和沉积物分别的地区。
2.5.1盆地边缘类型：
根据盆地边缘地形坡度、沉积物沉积方式、古水深、构造类型可分为：
1）陆棚坡折边缘：
（1）沉积水体较深
（2）具有明显的地形坡折
（3）发育前积斜坡
（4）海平面下降期，下切谷、海底扇
2）缓坡边缘
（1）沉积水体较浅，风暴和沿岸流占主导作用
（2）沉积界面角度常<
1°
（3）低位沉积时缺少深水浊流沉积
（4）硅质碎屑岩缓坡边缘盆地，浊积物常为三角洲前缘滑塌，而非独立的海底扇。
3）裂谷边缘
（1）拉伸性断层明显影响了古地貌和沉积物的输送速率
（2）沉积物可容空间的展布主要受控于构造活动
（3）盆地边缘到中央，沉积速率加大
（4）盆地边缘的转换带控制了沉积物输入的位置（转换带往往是物源通道）
4）前陆边缘
沉积物供给方式（冲断带、轴向供源）控制沉积作用
5）生长断层边缘
同沉积伸展断层为特征，沉积作用受断层的活动性以及地形差异性的控制。
2.5.2沃尔索相律
只有在横向上成因相近且紧密相连而发育的相才能在垂相上依次出现而没有间断。
（层序地层遵循相律）
相序：
在一个连续的地层剖面中出现的沉积相的排列。
沉积相：
沉积环境及在该环境中形成的沉积岩（物）的综合。
同一物源、同一水动力系统控制，成因有联系的沉积体或沉积相在空间上有规律的组合。
沉积作用：
内因作用：
如河道的决口，发生在自身沉积体系之内。
异源控制作用：
基本因素：
气候、构造、海平面升降
相关因素：
沉积环境能量、沉积物供给、可容空间等。
2.5.3沉积作用的基本方式
可容空间、水深、绝对海平面、相对海平面等的定量关系。
ΔSub+ΔE-ΔSed=ΔD
ΔA=ΔD+ΔSed=ΔSub+ΔE=ΔRE
ΔA:
可容空间；
ΔD：
水深变化；
ΔSed：
某一点在某一时刻内的沉积厚度变化；
ΔSub：
基底沉降变化，上升为正，下降为负；
ΔE：
沉积时期绝对海平面的垂向变化，变大为正，变小为负；
ΔRE：
沉积时期相对海平面的垂向变化。
ΔD>
0，反应某一时期，沉积湖盆水体加深，相对海平面上升，海侵，岸线向岸迁移。
可容空间是海平面升降变化和构造沉降二者的函数，而沉积物厚度和水深仅是其表现形式。
2.6滨线轨迹与海侵、海退的定义
滨线：
海岸水面线、海岸线。
海侵：
滨线向陆迁移，与之相应发生沉积相带的向陆迁移和邻近滨线区域水体的加深。
沉积作用方程式：
ΔVs/Δt<
ΔVa/Δt
ΔVs/Δt：
沉积物输入量；
ΔVa/Δt：
可容空间的变化率
海退：
滨线向海迁移，与之相应发生沉积相带向海的迁移和邻近滨线区域水体的变浅。
ΔVs/Δt>
ΔVa/Δt.
海退类型：
正常海退：
基于沉积物供给引起的海退。
强制海退：
基于基准线下降引起的海退。
如果沉积物注入量（ΔVs）超过了可容空间的增长量（ΔVa），沉积物的沉积不仅占据了新增可容空间，也占据了部分老空间。
正常海退顶积层相对较发育，前积层坡降度相对平缓，往往形成加积或弱进积的垂向上的层序地层单元。
在海平面下降期，可容空间总是呈减小趋势，即使没有沉积物注入，这种关系也会导致海退，沉积物注入加速了海退，顶积层不发育。
区别：
a前积体分布位置
强制海退沉积单元由沉积物过水区把刚沉积下来的前积单元与下伏沉积单元分开，使其孤立分布于下伏前积单元外侧。
正常前积单元则相反，这里没有出现过水区。
b前积沉积层上界面的坡度
强制海退前积单元由多个小的阶梯状递降序列组成，具有向海倾斜的特征，形成一个向海倾斜的斜坡。
正常海退前积单元顶面或者与下伏单元平行，或者具有一个较缓的坡度。
3.层序地层学概念和原理
3.1层序地层学学派：
石油公司Vail学派；
T-R旋回Johnson学派；
成因层序地层Galloway学派；
高分辨层序地层Cross学派。
（第一个和第四个用的较多）
1、石油公司Vail学派：
以地层不整合和与之对应的整合面为边界。
不同级别的层序，其不整合和整合面的规模也不同。
2、成因层序地层Galloway学派：
采用最大洪泛面为层序边界
3、T-R旋回Johnson学派：
以地层不整合面或者海进冲刷不整合面为边界的海进海退旋回（T-R旋回）（上超点的起始点作为层序的开始）
4、高分辨层序地层Cross学派：
以基准面的旋回为理论依据的（对应整合地层单元的对应效果较好，在河流相中得到较好的应用，河流相存在大量的不整合）
3.2地层界面
记录了沉积事件随时间的变化，由基准面变化和沉积作用的相互影响而形成。
识别的原则：
地层接触关系（整合或者不整合）
与界面接触相的属性（是否连续）
界面上下地层所记录的沉积趋势（海进、海退）
界面或与界面接触的相标志（岩石学、遗迹化石等）特征
与特定界面相关的地层终止特征
3.3地层终止
是地层与其终止的界面之间的几何关系。
地层终止类型
削截：
地层终止于上伏侵蚀面，揭示了侵蚀地形或角度不整合的发育。
顶超：
地层向上终止于低角度面，主要是无沉积（沉积物过而不留）作用的结果，其次可能是由于侵蚀作用形成。
（这是正常海退的表示，与三角洲顶积层不完全一样，但有相似之处）
上超：
低角度层终止于倾斜的地层界面之上，代表沉积单元在其边界的横向终止。
（正常海退）
海相上超：
海侵期发育于大陆坡
滨岸上超：
海侵滨岸发育的浅水地层上超于海侵冲刷面。
河流上超：
河流相沉积于陆相不整合之上。
下超：
又称底超，倾斜地层终止于低角度面之上，代表了沉积单元沉积边界的底部。
多见于浅海、深海、湖泊等环境的前积体底部，代表了海（湖）斜坡沉积向深部沉积的变化或者无沉积作用。
退覆：
在整合地层层序中，沉积单元的上倾尖灭向滨外推进，新地层总是将其覆盖的老地层暴露一部分。
代表基准面下降，是强制海退的标志。
地层终止关系特殊沉积趋势
推断同沉积滨线的迁移类型
重现滨线附近基准面演化史
地层终止
滨线迁移
基准面
削截，河流体系
强制海退
下降
削截，海相体系
强制海退，海侵
下降、上升
顶超
海退
静止
视顶超
正常海退、强制海退
上升、下降
退覆
上超，河流体系
正常海退，海侵
上升
上超，滨岸体系
海侵
上超，海相体系
下超
正常海退，强制海退
上升，下降
4.层序地层单元及其界面
层序—体系域—准层序组—准层序
a）层序界面
层序：
为一套成因上相关的、相对整合的连续地层序列，其上下以不整合面或者与之对应的整合面为界。
组成：
层序界面：
不整合面或与之对应的整合面
地层单元：
其内部相对整一，形成于同一海平面升降旋回中，是由成因上有联系的多种沉积相或者沉积体系在纵向上和横向上的有序组合。
一）不整合、沉积间断与层序边界
1、不整合
是指岩石地层之间接触上的构造关系，沉积上缺少连续性，并与间断、风化特别是侵蚀阶段相对应。
沉积间断：
沉积地层中保留下来的时间记录存在可识别的不连续，即存在一段缺失的地质历史。
从成因上来说，不整合面分为与侵蚀有关的和与侵蚀无关的两种。
1）侵蚀作用类型：
陆上暴露侵蚀和水下侵蚀
陆上：
由于构造抬升或海平面下降
水下：
重力流侵蚀
2）与侵蚀作用无关类型：
加深饥饿不整合：
超覆不整合：
海侵，年轻地层上超
不整合的结构—空间结构：
水进沉积体
不整合面
风化粘土层
半风化岩层
不整合的空间结构：
后期地质作用（风化、剥蚀）对前期沉积岩不同程度的改造以及后期湖（海）平面上升形成的上覆岩石使得不整合具有典型的空间层次结构，从上之下依次为：
水进沉积体、不整合面、风化粘土层和半风化岩层。
水进沉积体：
位于水面之上，按照岩性分：
砂岩或者底砾岩、泥岩、砾岩；
按照等时性分：
上超穿时型和整合等时型。
砾岩可以作为输导层和储层；
泥岩可以作封堵层或盖层。
风化粘土层：
位于不整合面之下，是在物理风化的基础上，生物化学风化作用改造下形成的细粒残积物，缺乏沉积构造，是识别不整合的重要标志。
（往往是比较致密的，可以作为封堵层；
受岩性、气候、构造、地形的控制，这些也是风化粘土层厚度的影响因素）
半风化岩层：
位于风化粘土层之下的岩石。
发育大量的构造裂缝、卸载裂缝、风化裂缝以及溶解此生孔隙。
其中的砂岩、灰岩可以作为输导层和储层。
2、不整合时间结构特征
1）间断时间结构
不整合本质上是一种时间间断面，任一个经历了由沉积—剥蚀—风化暴露或水下无沉积间断—沉积的形成过程的不整合面（侵蚀、间断面）所代表的缺失时间可分为三个时间结构单元：
剥蚀掉的沉积物沉积所需要的时间（ts），将部分沉积物剥蚀掉所需要的时间（te）和无沉积间断的时间（tw）。
不整合面不同位置地层缺失存在差异，所以不整合面不是一个等时界面，而是代表了时间间断楔状体的穿时面。
不整合面与层序边界：
与侵蚀作用有关的：
与侵蚀作用无关的：
加深饥饿不整合和超覆不整合
2、不整合与层序边界类型
根据陆相侵蚀的范围、相带向海迁移量的大小及其成因，将作为层序边界的不整合分为三类：
1）I型不整合
2）II型不整合
3）III型不整合
当沉降速率远小于全球海平面下降速率时，大陆架暴露于水面，此时形成的不整合为I型不整合。
全球海平面下降幅度接近于基底沉降幅度，相对海平面保持相对稳定，岸线可能向海迁移，大陆架仍淹没于水下，暴露的范围小，暴露产物不明显，此时形成的不整合为II型不整合。
全球海平面虽下降，但下降幅度小于基底沉降幅度，相对海平面可能处于上升阶段，岸线可能向岸的方向推移，甚至出现海侵，形成超覆不整合，即III型不整合。
1）I型不整合
形成于海平面快速下降期和构造迅速沉降期。
海岸线可能移至陆架边缘，伴随着陆架下切谷和深海峡谷的深切作用，陆表遭受广泛的侵蚀作用。
沉积相迅速向盆地方向迁移。
（沉积学中所有带“扇”的沉积体，基本上都与重力流有关；
河流沉积中所有的“道”都是具有地冲刷的正粒序）
I型不整合面（层序界面）的识别标志：
（1）广泛出露地表的陆上侵蚀不整合面
A、不整合面分布广泛，可分布于整个陆棚地区，甚至整个盆地
B、不整合面之上可发育底砾岩、风化壳、根土层等
C、不整合面波状起伏，上下地层产状可存在明显的不同
（2）层序界面上下地层颜色、岩性和沉积相在垂向上存在不连续或者错位。
（3）伴随海平面的下降，由河流回春作用形成的深切谷是层序界面的典型标志。
2）II型不整合
发育于相对海平面缓慢下降时期，导致相域逐渐向海迁移，伴随少量的陆上暴露和侵蚀作用。
2）III型不整合
又称淹没不整合，形成于海平面上升时期海水快速加深过程中，最大特征是凝缩段直接覆盖于层序界面之上。
层序界面的主要识别标志
1）地震反射特征
削顶或者冲刷充填—不整合
地层沉积上超—不整合
底超或顶超—不整合
2）测井曲线
层序界面—测井曲线基值发生明显变化的转折点。
层序界面—河流下切—箱状砂体的底部。
层序界面—能谱测井—铀、钍等放射性元素富集
3）岩性标志
古风化面：
根土层、古风化壳、古土壤
河流滞留沉积的底部
岩相突变
沉积旋回
事件沉积：
风暴事件、洪水事件、火山事件等。
4）古生物标志
生物数量、生物种群、植物根迹、遗迹化石等
5）地球化学
微量元素等
层序类型
根据沉积滨线坡折处海平面下降速率与盆地沉降速率之间的关系，及层序边界不整合类型：
I型层序—I型不整合面（低位域、海侵域、高位域）
II型层序—II型不整合面（陆棚边缘体系域、海侵域、高位域）
III型层序—III型不整合面（海侵域、高位域）
二、体系域及其界面
是指具有成因联系的、沉积相三维空间组合。
同一物源、同一水动力系统控制，成因上有联系的沉积体或者沉积相的空间组合。
体系域：
定义为同期沉积体系的组合。
体系域的划分：
每个体系域都根据边界处的地层几何形态、在层内的位置及内部准层序叠加方式客观地加以定义。
每一个体系域与全球海平面变化曲线的某一特定时间段相半生。
沉积趋势：
海侵海退旋回：
低位正常海退、高位正常海退、强制海退、海侵
（海侵、海退与岸线的变化。
海平面的变化与基准面的变化不一定同步，要考虑沉积作用。
）
体系域单元：
低位正常海退—低位体系域
高位正常海退—高位体系域
强制海退—下降体系域
海侵—海侵体系域
体系域界面：
最大洪泛面、强制海退底界面、海侵浪蚀面、相对应整合面、陆上不整合面
一）高位体系域及其界面
高位体系域：
形成于基准面上升的晚期阶段。
当上升速率小于沉积速率的时候，就产生滨线的正常海退。
界面：
底界面：
最大洪泛面
顶界面：
强制海退底界面—始降面
（基准面缓慢上升，上升速率小于沉积速率，海退。
地质作用的平衡点）
（最大洪泛面—滨线所达的最远的位置时）
洪海（湖）泛面：
是一个新老地层的分界面。
穿过此界面水深存在一个明显增大的证据。
这种水深的突然增加，常伴随着小规模的水下侵蚀作用和无沉积作用。
（洪泛面，是一种地质事件所留下的记录，是一个地表一个时间段的面）
最大洪泛面：
又称最大海侵面，是一个层序中最大海（湖）侵时所形成的界面，一般对应最远滨岸上超点。
标志着滨线海侵的结束，分隔下伏退积地层和上覆前积地层。
高位域沉积体系：
相似于海侵域，但河流作用明显，河道砂发育，潮汐影响小，泻湖和煤系地层不太发育。
二）下降体系域及其界面
下降体系域：
包括在滨线强制海退期间所有堆积在沉积盆地中的地层，相当于早期的低位扇沉积期。
下降体系域的界面：
强制海退底面
复合作用面，即陆上不整合面和与之对应的整合面。
（相当于早期提出的低位扇沉积时期。
具有明显的楔状沉积体，在深海盆地形成盆底扇。
强制海退底面：
强制海退时期海洋环境下所有沉积的底面，对应于滨线处基准面下降开始时的古海面—始降面。
是将下伏高位正常海退地层与上覆强制海退地层分开的界面。
（顶积层不发育，削截）（基准面由上升到下降的分界面）（岸线后退速率的转折点）
始降面：
（1）界面一下沉积地层地震相以平行、亚平行为主，连续性好，以上常是斜交、具有前积反射结构。
（2）湖平面快速下降且未进入稳定期前，湖盆以“广盆、广水”为特征，气候潮湿，常欠补偿。
上面浅盆小水，三角洲发育，以滨浅湖沉积为主。
（3）加积变为退积，水体由相对稳定变为快速下降。
下降体系域特征：
伴随快速进积和具有超覆叠加模式的浅海沉积，下超陆坡的陆架边缘三角洲、盆地水下扇。
超覆叠加可能被后期陆上或者海侵所侵蚀而表现的不明显。
三）低位体系域及其界面
低位体系域：
限于在上升早期阶段的正常海退堆积的所有沉积物。
低位体系域界面：
陆上不整合面及与之对应的整合面。
最大海退面。
（沉积物供给速率大于基准面上升速率）
以正常海退沉积为特征，沉积物沉积速率大于基准面上升速率。
河流河道充填、海岸、三角洲、海底扇等体系。
河流河道充填：
海岸加积作用引发河流体系下游部分坡度降低，河流能量降低，沉积物粒度变细，形成低可容空间下的河流的充填沉积。
河流的加积和上升，低位体逐渐向陆地扩展（顺河道向源充填，下切谷大规模发育，充填是在海侵时期）
浊积扇：
低位期，河流到浅海环境中，陆架的加积减少了沉积物向深盆的供给，此时以低密度浊流为特征，不同于强制海退时期的高密度浊流。
四）海侵体系域及其界面
海侵体系域：
形成于滨线处于沉积速率小于基准面上升速率的沉积时期。
海侵体系域界面：
最大洪泛面。
最大海退面；
标志着滨线海退至海侵的变化，分隔了其下前积地层和其上的退积地层，代表了海侵作用的开始。
初始海泛面：
海平面大规模上升的初始海泛面，一般对应于第一个滨线上超点。
初始海泛面特征：
1）界面以上为典型的退积式准层序，界面以下为加积式—弱进积式准层序，反映湖平面由相对稳定到上升的变化过程。
2）界面上下沉积环境差异：
界面以上多半为半深湖—深湖环境，界面以下多为滨浅湖或者暴露环境。
3）在盆地边缘，首泛面有时与层序界面重合。
海侵体系域特征：
1）沉积作用缓慢，低砂泥比，一个或者多个退积准层序
2）沉积体系：
陆架沉积、三角洲沉积、海岸平原沉积及障壁岛、泻湖、潮汐沉积。
3）顶部沉积以沉积慢、分布广、富含有机质、沉积物细为特征。
（顶面以CS段—生油岩密集段—凝缩段为特征。
五）海退体系域
海退体系域：
包括滨线海退过程中沉积的所有地层，不能识别出高位、下降和地位体系域。
（高位的正常海退HST、下降的强制海退FSST和地位的正常海退LST）
三、准层序、准层序组及其界面
准层序是层序地层学分析中最基本的沉积单元。
是一个以海泛面或者与之对应的面为边界的、成因上有联系的层或层组构成的相对整合序列。
准层序边界：
海泛面或与之对应的（整合）面。
准层序特征：
1）将新老地层分开
2）跨过次面存在水深突然增加的证据
3）界面存在着小规模的沉积间断—海泛滞留沉积。
4）界面可以与层序界面、体系域界面一致，也可以不一致。
准层序界面的识别标志
1）准层序界面的识别标志—陆棚地区：
以海泛面滞留沉积为特征，较薄（小于1米），多由侵蚀早期沉积物组成，多呈不连续。
2）准层序界面的识别标志—湖泊浅水区：
（1）沉积构造：
界面一下的砂岩、泥岩中的植物根发育，多直立或倾斜分布，现今多硫磺化、赤铁矿化。
（暴露，植物生长，形成直立根迹，有一定的延伸方向）
生物潜穴特征：
界面上下有差异，之上多水平、倾斜，之下多直立、倾斜。
（2）泥岩颜色：
界面上下的延伸呈突变接触，之上为灰色、灰绿色，之下为红色或碳质页岩。
（3）岩性：
界面之上多为浅湖相的泥岩、泥质粉砂岩、生物灰岩等，界面之下多为碳质页岩、滨湖相砂岩、红色泥岩等。
（碳质页岩染手，油页岩不染手）
（4）生物化石：
界面之上的生物化石较完整，局部地区形成生物灰岩；
界面之下这样以植物根、化石碎屑为主，多为异地堆积。
（5）沉积微相：
界面上下的沉积微相不连续，不符合沃尔索相律。
（6）测井响应：
感应曲线为局部低导、高阻，声波曲线为局部低值。
（7）地球化学特征：
界面之上的硼含量要明显低于界面之下的，反映水体突然上升，使水体盐度降低。
层序地层学研究实例：
湖泊深水区—以东营凹陷牛38井为例
（1）利用钙质组分
在牛38井沙三段沉积期，局部发育相对纯的泥岩层和灰质（或者钙
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