第八章地层旋回性沉积记录及岩石教学讲义.ppt

第八章 地层旋回性沉积记录及岩石地层的相分析 第一节 异成因海平面变化旋回层序的特征第二节第二节 异成因旋回层序的界面及其内异成因旋回层序的界面及其内部相序构成形式部相序构成形式第三节第三节 从地层的旋回性沉积记录对岩从地层的旋回性沉积记录对岩石地层系统进行合理厘定的两个实例石地层系统进行合理厘定的两个实例 岩石地层学作为地层学的一个分支，在建立区域地层系统方面起着关键和基础的作用，它同生物地层学、年代地层学一起构成了地层学的三大基础多种地层划分和对比的方法是在传统的统一地层学基础上的一次飞跃，20世纪70年代所制定的地层规范充分地体现了这一思想，这也是地层学家认识自然，更尊重自然事实的重要表现但是，迄今为止，由于地层记录的复杂性和不完整性，没有哪一种方法十全十美，地层的划分和对比还是当代地质学的一个难题以“岩石的本质上的统一”来定义的岩石地层单位，在许多情况下常常带有人为性，众多的研究成果表明组成地层的岩石体在纵向上及横向上均存在频繁的变化，这也就给确定岩石地层单位带来困难和混乱，特别是将组再分为段时尤为突出再者，岩石地层单位，如根据70年代的地层规范来定义，往往避开地层记录中的各种不同规模的间断面。

同一个岩石体，存在多种名称，岩石地层单位的界线往往随不同的学者，随研究者的重点不同而变，也就是说，虽然岩石地层单位的界线是天然界线，但是由于地层学与沉积学脱钩，造成确定这一天然界线的标准不统一；再加上不同研究者对岩石体的形成发育规律的认识程度不一致，更加剧了这方面的混乱层序地层学的贡献主要表现在以下几点：层序地层学的研究成果表明，控制地层堆积作用的主因是海平面变化，它是造成沉积物容纳空间增长速度发生变化的主因，而海平面变化的驱动机制又是一个极为复杂的机制，既包括区域的和全球的因素，还包括天文因素；地层堆积作用过程是一个非渐变沉积过程，在两个较大规模的不整合面所框定的序列中，存在一个从退积作用经加积作用到进积作用的准层序叠加形式；伴随着海平面上升，沉积物容纳空间的增长速率在变大，因而在层序内存在两个重要的界面海侵面及最大海泛面，与最大海泛面相共生的凝缩段具有近等时性地层学意义；层序地层学充分表明，不应该忽视地层记录中的间断面，而应该把间断面及其所反映的沉积特征作为划分和对比地层的标志，注意研究间断面所反映的沉积规律层序地层学的贡献主要表现在以下几点：层序地层学的研究成果表明，控制地层堆积作用的主因是海平面变化，它是造成沉积物容纳空间增长速度发生变化的主因，而海平面变化的驱动机制又是一个极为复杂的机制，既包括区域的和全球的因素，还包括天文因素；地层堆积作用过程是一个非渐变沉积过程，在两个较大规模的不整合面所框定的序列中，存在一个从退积作用经加积作用到进积作用的准层序叠加形式；伴随着海平面上升，沉积物容纳空间的增长速率在变大，因而在层序内存在两个重要的界面海侵面及最大海泛面，与最大海泛面相共生的凝缩段具有近等时性地层学意义；层序地层学充分表明，不应该忽视地层记录中的间断面，而应该把间断面及其所反映的沉积特征作为划分和对比地层的标志，注意研究间断面所反映的沉积规律。

作为一门新分支学科，层序地层学也存在自己的适用范畴及局限性，这主要表现在：在地震剖面解释中，层序地层学根据层序界面、最大海泛面及海侵面在地震剖面的显示，识别出层序类型及其内部的体系域划分；在地震剖面中，难以识别出米级旋回层序及其有序叠加形式，层序内部的岩相及相序特征难以分辨；在露头研究中，能直观地观察和识别出岩相类型、相序组构，但对层序的空间变化，只能根据若干个剖面点进行综合分析如果露头研究只是分析到“层序”及其体系域划分，那研究程度又未免过粗，机械地进行层序界面类型的识别和体系域划分就是犯“层序病”的主要表现；层序地层学所依据的沉积学模式只是适用于被动大陆边缘，对于广泛的克拉通盆地层序地层学的方法太粗略太简单化，特别是碳酸盐地层更加明显；对于只存在零星露头点的老地层来说，层序地层学显得束手无策，更进一步讲如果只是识别到层序，有时一个组只归属到一个层序中，对地层划分和对比层序地层学的作用并不大；层序地层学对地层中不同级别的以“成因相关的相序”为特征的旋回层序及其有序叠加形式重视不够，只分辨出进积型、加积型、退积型准层序及准层序组，过于简单化；因为层序地层学对地层记录的沉积学规律研究不够，在露头研究中划分和识别层序时缺乏一个共同标准，从现有的研究资料看层序在露头上的识别人为性很大，层序与相序、层序界面与相变面的关系等常常是模糊不清的。

在我国，岩石地层单位的定义和识别可以分为以下几个阶段：第一阶段，自19世纪末至1949年，老一辈学者如丁文江、李四光、孙云铸、高振西、尹赞勋等，主要根据岩石体的宏观岩性来划分和命名岩石地层单位，由于历史的限制，当时所确定的岩石地层单位很少包含沉积学内容，但以宏观岩性来划分和命名为我国的地层学奠定了坚实的基础 第二阶段，自1949年至1976年，或到1979年，这一段时间由于大规模的地质勘探工作的展开，在全国范围内进行l：20万区域地质调查工作，并在50年代制定了地层规范由于受到前苏联的影响，这一阶段的地层学研究以“统一地层学”为特征，阶与组相统一，以生物带代表的年代地层来确定岩石地层单位及其界线，如张夏阶等于张夏组这一阶段，生物地层学的研究程度大大提高，受统一地层学的影响，岩石地层学的研究处于停滞阶段，造成沉积学家与地层学家相互脱节的现象同时，由于政治上的原因，在70年代以赫德伯格为首的地质学家已经制订出新的地层规范，并提出多重地层单元的概念时，我国许多学者还坚持己见，认为“多重划分等于不划分”，并运用所谓的辩证法思想“生物的、岩石的变化是统一的，并统一到时间上来”去批判多重地层单位，造成了许多地层单位概念不清、同一地层体存在多种叫法的混乱情况。

第三阶段，从1979年至t990年，我国新一代地层规范的制订并使用，接受了“多重地层单元”的概念，并在1：20万及新开展的l：5万区域地质填图中推广这一方法，修正了以前的错误认识但由于对沉积学规律重视不够，犯了传统的岩石地层学本身的“岩性岩相的统一”来定义岩石地层单位的错误，有时出现同一地层体在各自不同的图幅中出现不同的名称的奇怪现象，对以前的混乱未得到全面的纠正第四阶段，自1990年至今，为全面认识阶段，在这一阶段1：5万区域地质填图的全面展开对以前岩石地层单位混乱的现象进行全面清理工作，并且在地质填图中引入了层序地层学等方面的研究，使地层学进入了一个新阶段但是，从现在进行的工作来看，还存在以下几方面的问题：第一，在地层清理工作中，对沉积学研究还不够重视；第Z-对70年代国际地层规范中“岩石地层单位”的定义存在的错误认识不足；第三，机械地套用层序地层学，“层序病”还普遍流行；第四，在强调岩石地层的同时，忽视了生物地层学的更进一步研究；第五，地层学家与沉积学家各自为政的现象还继续存在；第六，出现了一些错误的认识，如用“层序地层”填图之类的认识，忽视了层序地层学本身的局限性 第一节 异成因海平面变化旋回层序的特征一、空间上相序的有序性二、时间上环境变化的同步性一、空间上相序的有序性 一个旋回层序，不管它是何种级别，首先应该是一个“有成因相关的相序”，其成因相关的确切含义是该相序是一个海平面升降旋回过程的产物，是伴随着海平面上升产生的“环境加深效应”及海平面下降产生的“环境变浅效应”过程的产物。

有序，即是有规律可循，主要包括以下几个方面：第一，在一个剖面点上，由一个有成因相关的相序构成的旋回层序本身能反映出其相应级别的海平面升降过程，相序的反复性即代表地层记录的旋回性 第二，旋回层序存在级别，不同级别旋回层序之间存在一个有规律的叠加形式图752所示的复合海平面变化旋回层序，叠加在四级海平面变化旋回的上升阶段发育的米级旋回层序则以LM型为主，在下降阶段则以发育鲕粒灰岩的中缓坡型及浅缓坡型为主；叠加在三级海平面上升阶段的四级海平面变化旋回其加深效应比变浅效应明显，因此第一、第二个四级旋回层序向上变浅达不到浅缓坡而只能达到中缓坡 第三，在不同地点，由于古地理背景不同，不同地点旋回层序的相序组构存在差异，但它们的空间变化有规律可循从理论上讲，即使是米级旋回层序，随着古地理背景的不I司，其类型将发生变化，但存在一个有规律的环境变化谱系(图81)图81所代表的碳酸盐米级旋回层序的环境变化谱系，特征是从深到浅由LM型经潮下型变到环潮坪型，这表明米级旋回层序本身，至少也可以作为一个相标志来使用米级旋回层序的环境变化谱系表明，只有在米级旋回层序的时空层次上，沃塞尔相律(等时相是等位相的统一)才适用；在更大的时空层次上，地层的堆积作用序列会出现加积、进积、退积序列三种情况，沃塞尔相律就不适用了。

图8-1 典型的碳酸盐米级旋回层序环境变化谱系图我们把图8-1建立一个相模式(图8-2)，可得出垂向上“远洋相黑色钙质泥岩半远相薄层泥晶灰岩颗粒灰岩颗粒泥晶灰岩白云岩”的演化序列，且在横向上也存在相应的变化序列，但在更大的时问范围上看情况就变得复杂(图8-3)，而出现进积、加积、退积三种堆积序列图8-2 由图8-1综合推断出的沉积模式图8-3 米级旋回层序的三种叠置序列沉积模式 二、时间上环境变化的同步性时间上变化的同步性是指：在不同的古地理背景下，同一级别的旋回层序内部相序组构不同，但这些特征各异的相序所反映的海平面升降变化规程在时问上是同步的时间上变化的同步性并不是指异成因旋回层序是严格等时的，而是代表其时间变化过程的一致性，不严格等时的原因是由于旋回层序界面代表的沉积间断时间在空间上的不致 图8-1所示的米级旋回层序环境变化谱系，表明了在同一次高频率海平面变化旋回过程中，由于不同的古地理背景中所产生的沉积环境的古水深不一，从而产生不同的岩相序列形成不同类型的米级旋回层序但是，高频率海平面变化产生的环境加深及环境变浅效应对一定古地理背景的水探变化影响幅度不太大，持续时间也较短，在较深或较浅的古地理背景中尤为显著，不发育米级旋回层序(“失去节拍”)，图8-l所示的米级旋回层序环境变化谱系常常只能推断出，难以从实际的地层记录中直接观察到。

长周期三级、四级旋回层序所反映的时间变化同步性要明显得多，这也为在露头上确定“三级层序”及“四级亚层序”提供了方便如图7-52所示的北京西山张夏组的复合海平面变化旋回层序，所代表的三个四级层序叠加成的一个三级旋回层序，在华北地台北部均能追索(图84)，尽管在不同地点其内部岩性及岩相组成存在不一致性，也就是说它们所反映的长周期海平面变化过程是同步的 图8-4 华北地台北缘寒武系张夏组四级旋回层序及其空间对比从时间变化的同步性方面讲，根据相序确定的旋回层序在地层学上具有等时性年代地层学意义，但并不是说这些旋回层序的形成时限是严格等时的，只是它们的形成过程是等时的，它们也可能是斜交时间界面的，原因是其界面代表的间断时间在各地的不一致一个旋回层序的形成时限是指在其界面处于过渡连续的地方所代表的时限如果配合详尽的生物地层学资料，便可以更好地确定其年代地层格架，更好地研究地层体的时空变化规律，这一点是传统的岩石地层学无法比拟的第二节 异成因旋回层序的界面及其内部相序构成形式旋回层序的界面首先是一个“相变面”，但是从图82、8-3中可知，地层记录中广泛分布着各种各样的相变面：第一种是由于古地理背景不同，在沉积环境的时间动态变化过程中，由于岩相体随古水深变化产生的横向迁移，即产生岩石体的进积和退积作用所产生的相变面，如图82、83中各种岩相体之间的接触面，这种相变面常常斜交时间面；第二种是地层的堆积作用过程中，岩石体的垂向叠加所产生的相变面，例如米级旋回层序内部各岩石单元之间的接触面，也就是各岩石体的顶底界面，这种相变面可能与时间重叠，也可能斜交时间面；第三种是与沉积间断或非沉积作用有关的相变面，只有这种相变面才可能成为旋回层序的界面。

旋回层序界面与一般的相变面的本质区别包括以下几个方面： (1)旋回层序界面除了具有一般相变面的特征外，常常与。