9．2　海相碎屑巖層序地層學(xué)

層序地層學(xué)理論最初起源于被動大陸邊緣和克拉通盆地的研究，尤其是碎屑巖陸架沉積的研究。一個層序由上下層序界面限定，內(nèi)部由不同的沉積體系域構(gòu)成，而體系域則由不同的副層序以不同的疊置方式組成。

9.2.1　層序界面與層序類型

層序界面是以不整合面以及與之側(cè)向?qū)?yīng)的整合面為標(biāo)志的。不整合面是由海平面下降造成的剝蝕面，是具有明顯時間間斷的面，它形成于海平面下降速度最大和相對海平面最低時。

依據(jù)海平面與陸架邊緣的相對位置關(guān)系可以將不整合面分為兩類(圖9－3)。Ⅰ類不整合面是指相對海平面低于陸架邊緣時形成的不整合面。其特點是在陸架上出現(xiàn)陸上不整合和侵蝕面，在陸坡外側(cè)出現(xiàn)海底剝蝕面，它們與向盆地方向移動的、局部向陸架邊緣外側(cè)移動的海岸進積(下超)密切有關(guān)，常伴有陸架上的回春河流及河谷侵蝕和海底峽谷的侵蝕作用，在不整合面的上下常伴有沉積相帶的大幅度遷移。Ⅱ類不整合面是指相對海平面高于陸架邊緣時形成的不整合面。其特點是在陸架上部出露不整合，而在陸架外側(cè)過渡為整合面。它雖然也與向盆地方向移動的海岸進積沉積有關(guān)，但它僅限于陸架范圍內(nèi)。

圖9－3　不整合面類型與海平面升降關(guān)系示意圖
(據(jù)Vail，1987)
①外陸架重新露出水面;②河谷切蝕作用;③海底峽谷切蝕作用;④低海平面沉積棱柱體，陸架邊緣沉積段;⑤海平面快速下降，大于陸架邊緣沉降速度;⑥陸架邊緣沉積棱柱體;⑦內(nèi)陸架重新露出水面;⑧外陸架上的海底面;⑨海平面緩慢下降，小于陸架邊緣沉降速度

層序類型依據(jù)層序底部的不整合面(底部界面)類型來劃定。若底部界面為I類不整合，便形成I類層序類型(圖9－4)，自下而上由3個體系域構(gòu)成，即低水位體系域、海侵體系域和高水位體系域;若底部界面為Ⅱ類不整合，則形成Ⅱ類層序類型(圖9－5)，自下而上由陸架邊緣體系域、海侵體系域和高水位體系域構(gòu)成。I類層序和Ⅱ類層序的頂面可以是I類不整合，也可以是Ⅱ類不整合。

圖9－4?、裥蛯有虻牡貙有褪?br>(據(jù)Wagoner et al．，1988)
①老層序的高水位體系域;②沉積岸線坡折;③低水位體系域海底扇;④低水位體系域斜坡扇;⑤陸架坡折;⑥低水位體系域的低水位楔，進積型副層序組;⑦海侵體系域，退積型副層序組;⑧高水位體系域，加積－進積型副層序組;⑨峽谷及其沖填。1．下切河谷內(nèi)的河流相砂巖;2．濱海平原砂巖和泥巖;3．淺海砂巖;4．陸架和陸坡泥巖夾薄層砂巖;5．深海扇和具天然堤的峽谷砂巖;6．凝縮段沉積;7．Ⅰ型層序邊界;8．副層序

圖9－5　Ⅱ型層序的地層型式
(據(jù)Wagoner et al．，1988)
①老層序的高水位體系域;②沉積岸線坡折;③陸架坡折;④陸架邊緣體系域，進積－加積型副層序組;⑤海侵體系域，退積型副層序組;⑥高水位體系域，加積－進積型副層序組。1．濱海平原砂巖，泥巖;2．淺海砂巖;3．陸架、陸坡泥巖;4．凝縮段沉積;5．Ⅱ型層序界面;6．副層序

9.2.2　副層序及副層序組的疊置方式

副層序是由一系列成因上有聯(lián)系的巖相在旋回沉積作用下規(guī)律組合而成的連續(xù)整一的沉積序列，它由海泛面或者可與之對比的地層界面所限定(Wagoner et al．，1985)。副層序組是由成因相關(guān)的一套副層序構(gòu)成的、具有特征疊置方式的一組地層序列。副層序組的邊界多以較大的海泛面或可與之對比的界面為界，界面的特點是能夠區(qū)分具有不同特征的副層序疊加型式。其界面也可與層序界面、下超面相一致。在副層序組內(nèi)，副層序有3種疊加型式:進積型、退積型和加積型(圖9－6)。它們與該沉積區(qū)域沉積物的堆積速率(V)和容納空間(A)之比有關(guān)。當(dāng)V/A＞1時，為進積型的副層序組;當(dāng)V/A＜1時，為退積型副層序組;當(dāng)V/A=1時，為加積型副層序組。在一個層序內(nèi)可以預(yù)測疊加型式的類型。副層序和副層序組是體系域和層序的基本構(gòu)成部分，也是進行對比、作圖和沉積環(huán)境解釋的基本單元。一般來說，低水位體系域由進積型的副層序組構(gòu)成，海侵體系域由退積型副層序組構(gòu)成，高水位體系域由加積－進積型的副層序組構(gòu)成，陸架邊緣體系域由進積－加積型的副層序組構(gòu)成。

圖9－6　副層序的3種疊加型式
(據(jù)Wagoner et al．，1988)
1．濱海平原砂巖和泥巖;2．淺海砂巖;3．陸架泥巖。Ⅰ．進積型副層序組;Ⅱ．退積型副層序組;Ⅲ．加積型副層序組。V．沉積速率;A．沉積容納空間增長速度。①～④代表單個副層序

9.2.3　沉積體系域和層序構(gòu)成

體系域是指海水進退的一定時期內(nèi)所形成的同期沉積體系的組合，它是層序的組成部分。一個體系域一般由一個副層序組以不同的疊置型式構(gòu)成。每一個體系域都與特定的海平面升降曲線段有關(guān)，是海平面升降、構(gòu)造沉降和沉積物供應(yīng)三者相互作用的函數(shù)(表9－1)。體系域模式主要是指不同體系域各自的沉積背景條件及其沉積作用和沉積類型。從層序地層的兩種型式可以看出，Ⅰ型層序下部為低水位體系域，Ⅱ型層序下部為陸架邊緣體系域，兩類層序的中部均為海侵體系域，上部均為高水位體系域。

9．2．3．1　低水位體系域

低水位體系域是海平面處于相對低水位期所形成的同期沉積體系的組合。低水位期海平面下降幅度比較大，且海平面下降到低于陸架邊緣(即陸架坡折)的位置。如果在具有陸架坡折的盆地中發(fā)生沉積，一般可分出3個獨立的沉積單元;盆底扇(basin floor fan)、斜坡扇(slope fan)和低水位進積楔狀體(lowstand prograding wedge)。

盆底扇:海平面下降速度大于陸架邊緣的沉降速度，岸線位置降低到老的沉積陸架坡折以下，這時陸架上河流的侵蝕和下切作用顯著，沉積物在斜坡下部或盆底堆積而形成扇形體。物源主要來自海岸平原或斜坡侵蝕水道所攜帶的碎屑物質(zhì)。主要沉積類型有滑塌濁積巖相、水道相和席狀舌體相(圖9－7)。盆底扇的底面是I類層序界面，頂面為一下超面。

圖9－7　低水位體系域的盆底扇沉積特征
(據(jù)Vail＆Posamantier，1988)
①河流剖面部位的一、二階段;②溯源侵蝕;③前高水位體系域結(jié)束時的沉積剖面;④形成濁積巖的滑塌沉積物;⑤相對海平面位置(a，b)

斜坡扇:海平面由快速下降轉(zhuǎn)變?yōu)榫徛陆?，或者在快速下降后又開始緩慢上升。這一時期，向陸側(cè)依然是河流侵蝕為特征，陸架坡折帶形成早期低水位三角洲沉積。在斜坡底部或中部發(fā)生堆積形成扇形體——斜坡扇(圖9－8)。典型斜坡扇呈開闊裙?fàn)?，具有較薄的漫灘濁積砂，夾深海(水)或半深海(水)頁巖。分散的海底水道砂一般為層狀粗顆粒砂，砂巖向上變細(xì)。斜坡扇的頂部或中部是低水位進積楔狀體的下超面。斜坡扇與盆底扇或部分早期低水位楔(低水位三角洲)可能為同期沉積。

圖9－8　低水位體系域的斜坡扇沉積特征
(據(jù)Vail＆Posamantier，1988)
①河流剖面位置二、三階段;②峽谷充填沉積物或滑塌塊體;③遠(yuǎn)漫灘泥巖;④早期低水位三角洲;⑤水道砂;⑥漫灘濁積砂;⑦盆底薄層濁積砂;⑧相對海平面位置(c，d)

低水位進積楔狀體:亦稱低水位楔，是海平面開始緩慢上升或岸線位置沿斜坡面上移，在陸架尚未淹沒之時形成低水位楔沉積。海岸平原地帶以下切河谷的充填為特征，并發(fā)育有低水位期的三角洲相和滑塌濁積巖相(圖9－9)。向海盆方向，下超到斜坡扇或者盆底扇之上，向陸側(cè)上超到層序的邊界上。

圖9－9　低水位體系域的低水位進積楔狀體沉積特征
(據(jù)Vail＆Posamantier，1988)
①河流剖面部位二、三階段;②網(wǎng)狀河;③土壤;④疊瓦狀盆底濁積巖;⑤低水位進積楔;⑥三角洲前緣;⑦三角洲平原;⑧相對海平面位置(e，f)

低水位進積楔狀體和盆底扇不是同期沉積的，它是由進積型的副層序組構(gòu)成，其頂與低水位體系域的頂面重合。該面是初始海侵面，也是低水位體系域頂界面的一個重要標(biāo)志。

以上是具明顯陸架坡折的陸架邊緣地帶的低水位體系域沉積特征。如果在一個緩坡型的陸架邊緣盆地中發(fā)生沉積，那么低水位體系域則是由相對薄的低水位楔組成。這種楔狀體分為兩部分:第一部分(早期)，是在海平面下降期間發(fā)育的，以河流下切和沉積物越過沿岸平原為特征，發(fā)育有向盆地方向進積的、向上變淺的低水位三角洲，在向陸地方向的沉積岸線坡折處之前尖滅。在此期間海平面逐漸相對快速地向盆地方向下降，直到相對穩(wěn)定為止;第二部分(晚期)，發(fā)生于海平面相對緩慢上升期間，以下切河谷的充填和海岸線持續(xù)向陸側(cè)推進為特征。其結(jié)果是在低水位楔狀體中形成上傾的下切溝谷充填沉積和下傾的一個至若干個進積型副層序組。其頂面是海侵面，底面是層序的下部邊界面。

由上述可知，在第I類層序中，一個完整的低水位體系域包括盆底扇、斜坡扇和低水位楔。或者說，低水位體系域是由3個副層序組構(gòu)成的。每個副層序組分別與盆底扇、斜坡扇和低水位楔相對應(yīng)。

9．2．3．2　海侵體系域

低水位期之后，海平面開始迅速上升及盆地沉降，使海岸線的位置向陸地推移。這段海侵期間形成的沉積稱為海侵體系域(圖9－10)。海侵體系域的沉積發(fā)育在經(jīng)海侵侵蝕和改造了的先前的古老陸架表面，新的沉積物推移至海侵岸線附近，形成一系列階梯狀后退的退積型副層序。海侵體系域底部主要以富有機質(zhì)的暗色泥巖為主，在老的陸架上可發(fā)育經(jīng)海侵改造過的滯留沉積，在岸線附近則發(fā)育海岸帶砂巖，河口灣或潟湖沉積。

圖9－10　海侵體系域沉積特征
(據(jù)Vail＆Posamantier，1988)
①深切谷充填(海侵體系域期);②近海陸架沉積;③沖溝侵蝕面;④沼澤或風(fēng)成沉積;⑤海岸帶砂和/或河口灣、潟湖沉積;⑥湖泊

海侵體系域是Ⅰ類或Ⅱ類層序中間的一個體系域，其底是低水位體系域或者陸架邊緣體系域頂部的界面。海侵體系域的副層序沿此面向陸地方向上超，向盆地方向變?yōu)檎坏捻斆?，從而與上覆的高水位體系域分開，這一界面標(biāo)志著從進積型副層序組開始轉(zhuǎn)變?yōu)榧臃e型和退積型副層序組。海侵體系域的頂面是最大海侵面，其最顯著的標(biāo)志是凝縮段的廣泛發(fā)育，反映了海平面上升速度的加快。

9．2．3．3　高水位體系域

海平面相對上升到最高時，速度減緩，并開始保持相對靜止或海退狀態(tài)，這時陸源提供的沉積物開始越過陸架進積，形成高水位體系域。高水位體系域是第Ⅰ類或第Ⅱ類層序最上部的一個體系域(圖9－11)，一般廣泛分布于陸架上，由一個或多個加積副層序組與進積副層序組構(gòu)成。在高水位體系域內(nèi)，副層序向陸方向上超至層序邊界上，向盆地方向則下超至海侵體系域的頂部。其頂面為Ⅰ型或Ⅱ型層序界面，底面為一下超面。巖相類型主要為河流、沖積平原和三角洲相，向盆地方向為近海粉砂巖和泥質(zhì)沉積。

圖9－11　第Ⅰ類層序的高水位體系域沉積特征
(據(jù)Vail＆Posamantier，1988簡化)
TST．海侵體系域;LST．低水位體系域;HST．高水位體系域

9．2．3．4　陸架邊緣體系域

在海平面下降速度小于陸架邊緣沉降速度的情況下，岸線只向外陸架遷移，這時便形成與第Ⅱ類層序邊界相聯(lián)系的低水位期陸架邊緣體系域。它由一個或多個弱進積型的副層序組構(gòu)成。這些副層序朝陸地方向上超在層序的邊界上，向盆地方向也下超在層序的邊界上。其頂面是海侵面，底面是Ⅱ類層序界面。該體系域常常發(fā)育有三角洲復(fù)合體(圖9－12)。

圖9－12　陸架邊緣體系域沉積特征
(據(jù)Vail＆Posamantier，1988簡化)
SMST．陸架邊緣體系域;HST．高水位體系域

海平面的升降變化是引起盆地內(nèi)沉積體對盆地邊緣發(fā)生旋回性位移的主要原因，高海平面期，沉積體朝陸地方向位移，陸架上形成高水位期沉積，即海侵體系域和高水位體系域;低海平面期，沉積體朝盆地方向遷移，在陸架邊緣形成低水位期沉積，即低水位體系域，或者陸架邊緣體系域。