非海相层序地层学应用基础

　层序地层学基础~

层序地层学是80年代后期在国外产生的一门新学科、一种新方法和新技术，它主要以海平面变化为基础，同时考虑构造升降、气候变化和沉积物输入等参数来研究沉积盆地不同级序沉积地层单元的划分、对比及其时空展布以及盆地演化历史、沉积模式、生储盖组合及地层圈闭等问题。层序地层学通过综合分析地震、岩心、测井、古生物和地化资料实现了对地层的等时性对比，提高了对生储盖层以及地层圈闭的预测能力。
层序地层学理论是在研究海相地层的基础上发展起来的。这套理论能否有效地应用于陆相地层，近几年国内外诸多学者在这方面已开展了深入研究。1991年在加拿大Banff召开的NUNA讨论会上专门组成一个工作组来探讨层序地层学概念在陆相地层中的应用，认为层序地层学的原理及概念能有效地应用于陆相地层。但陆相地层相对来说要更加重视气候和构造运动在层序发育过程中的作用。沉积学家和地层学家在陆相层序地层学的应用中所面临的一个重要挑战是采用一种机能更完整的方法来了解所有异旋回控制在陆相沉积中的作用。目前世界范围内的地质学家已开始了大规模的非海相层序地层学研究：如对冲积地层的层序地层学研究（Shanley,1992;Macabe,1993）；对风成地层层序地层学研究（Havholm和Kocurek,1991）。Johnson等（1987）、Dunkelman等（1988）、Scholz等（1990）都对东非裂谷体系及姜在兴等（1996）对济阳坳陷的湖泊作了深入研究，认为层序地层学理论也适合于在湖相地层中应用。因为湖面的变化对湖相沉积作用产生基本控制，其方式与相对海平面变化对浅海地层的控制极为相似，而且地震资料中所观测到的湖相地层的层序地层单元尽管比相应的海相单元薄，但在形态上与许多被动陆缘盆地的观测结果极为相似（Jol和Smith,1991）。层序地层学作为一套新理论、一种新技术，有可能在湖相领域发挥出更大的作用。
陆相湖盆与海相盆地相比具有如下特点：①陆相断陷湖盆层序的形成与演化主要受控于区域性构造事件或幕式构造旋回，复杂的构造格局和多幕式构造作用导致层序样式的多样性和层序构成的复杂性（解习农等，1995）；②湖面变化不受全球海平面变化的影响，除近海湖盆偶有“海泛”作用外，还没有资料证明湖平面变化与全球海平面变化有任何关系（薛良清，1990），相反，湖平面变化具周期性和幕式变化两种，周期性变化同气候和季节的周期变化有关，而幕式变化由构造运动所致（解习农，1995）；③湖盆具有多物源、近物源、多沉积沉降中心、相带窄、相变快、水域面积小、变化大等特点；④湖盆规模小、内部构造分异大、沉积及沉降速率差异大，增加了地层层序的复杂性和多样性；⑤湖盆无潮汐作用，水化学条件差别也较大。
没有一种勘探技术能够没有缺陷地确定一个潜在的储集层，但是层序地层学可能向前迈进了一步。通过了解海（湖）平面的变化可以解释砂、页岩及碳酸盐岩的局部组合，从而帮助我们寻找常规解释所遗漏的远景圈闭。体系域是具有可预测的地层层序及可预测的形态和成分的沉积组合，每个体系域都表现出其特征性的测井曲线响应、地震信号及古生物遗迹，仔细地观察体系域，其几何形态和岩性以及在各种资料上的不同表现可以预测其含油气远景带——储集层、生油层和盖层。
层序地层学分析技术已成为90年代勘探人员使用的一种新技术，随着越来越多的人掌握了这项技术，它将成为约束生油层、储集层、盖层，尤其是储集层的形态、范围及连续性的一种开发工具。但在具体应用时应注意，层序地层学既是一套方法，也是一套理论，是多学科、多手段的综合科学，应用时应把握先宏观后微观的原则，首先从区域上、整体上来把握，利用各种资料综合分析，划分出层序边界和最大湖泛面，然后再对每个层序进行细微研究，划分出体系域，在此基础上编制出层序地层框架图、地层等厚图、岩相古地理图、沉积（沉降）中心分布图、砂体展布图，并对有利圈闭及油气聚集带进行预测。
层序地层学与其它地层学相比具有如下优点：沉积解释比其它地层学更符合地质实际，对储集层、生油层和盖层的时空展布有更强的预测性，在勘探方面它有助于在成熟盆地和新盆地中发现新油层，通过建立年代地层框架可预测储集层、生油层和盖层的展布，在开发方面，它能够提高储集层、生油层和盖层的预测精度。
层序地层学自从90年代初进入中国以来，引起中国地质界学者的极大关注。目前我国东部大部分油田的勘探开发都已进入了中后期高含水阶段，在稳定东部、发展西部的总体战略中，控水稳油、增储上产、提高开发效率及采收率、节约勘探成本成为当务之急，而层序地层学在国外已得到广泛应用并且具有对生、储、盖层及有利圈闭进行高精度的预测精确性，因此层序地层学的出现为我们重新认识老油田、发现新油田带来了希望。

非海相沉积盆地一般经历了裂陷、深化（坳陷和断坳）及消亡三个大的发展历程，各阶段发育的层序地层特征不尽相同。本文主要以松辽盆地为背景，讨论非海相层序的沉积模式。
一、断陷期层序地层模式
断陷期火山活动强，断裂作用活跃，基准面升降迅速，主要发育冲积扇、河流、火山岩、及三角洲、扇三角洲体系。其中以LST最为发育，并在层序边界及首次洪泛面附近出现火山岩或侵入岩。TST以“漫出”地堑或半地堑式盆地为特征，HST不发育甚至缺失。在断陷作用晚期，TST的沉积体向外超覆，HST开始发育（图5-1），LST仍局限在地堑式凹地内。断阶式半地堑盆地LST有逐阶搬运的特征，TST末期才形成统一沉积局面。

图5-1　断陷作用晚期的沉积型式，谷内为LST，“上岸”沉积即TST,T2之上为水道

二、坳陷期层序地层模式
坳陷期是盆地发育的主要阶段，绝大多数含油气层与该期有关。该期层序中的三个体系域齐全，甚至出现Ⅱ型层序，是本文讨论的主体。松辽盆地发育陆源碎屑沉积和碳酸盐岩，三角洲体系广泛出现，文中分别予以描述。
1.低水位期体系域
松辽盆地属于大型近海内陆盆地，即使在低水位期，水域也相当广阔，甚至比渤海湾盆地的箕状凹陷某些水进高潮期范围还大，因而体系域内各种沉积体系均可能发育。
在低水位期，基准面下降速度大于构造沉降速度，基准面下降到退覆坡折之下，可容纳空间迅速减小，新增容纳空间呈负向增长。在退覆坡折之上的山前部位，甚至在前高水位期的浅水、半深水地带，均可能发育冲积扇体系。对于三角洲体系而言，仅在河口发育河口砂坝；平原地带河流沉积多见，相当一部分河流下切侵蚀、形成“深切谷”，沉积物呈过路作用，只有一部分发生充填，形成水上水下河道沉积及相伴生的天然堤沉积。河流之间发育沼泽及三角洲平原沉积。在湖域地带，河口砂坝侧翼及邻近部位出现砂滩沉积。灾变性洪水在滨浅湖部位形成洪积岩，在深湖区形成浊积岩，有时在浊积岩底部发育碎屑流沉积。
对于内源沉积，碳酸盐岩极不发育，仅在少数情况下或在前深湖区出现鲕粒灰岩，坡折带部位（滨线附近）有藻纹层和零散的或混杂成层的介屑堆积。介形虫灰岩极少见，古环境使残存的介形虫幼仔立即死亡，成虫也在拼力挣扎，随后消亡。
上述浊流沉积相当于盆底扇；滑塌碎屑流沉积、洪水事件沉积等相当于斜坡扇，三角洲体系为低水位缓坡楔状体，下切河道沉积为下切谷的早期充填物（图5-2）。
低水位期以沉积物过路作用及充填作用为主，注入盆地的水流（以下称注水）速度很低，末期局部地区（滨、浅湖地带）出露水面，因而层序界面及首次洪泛面附近均有暴露标志。由于低水位末期可容纳空间最小、基准面相对最低，故ffs某些暴露标志比层序边界处更明显，二者需要综合资料来区分。

图5-2　坳陷作用阶段低水位期沉积模式

2.水进体系域
当气候转暖、湿润，灾变性洪水、风暴及海水进侵，使基准面上升速度超过沉积物供给速度或者由于构造沉降速度增快，使新增容纳空间持续增大，基准面上升并向外扩涨，形成水进期的沉积（图5-3、5-4）。水进期有两种沉积背景：一是基准面缓慢上升，滨浅湖砂滩砂坝体系发育，与三角洲体系相联系的沉积物是受波浪作用改造了的三角洲前缘席状砂。下切谷发生充填，下部为洪积岩，上部为砂滩沉积。二是基准面迅速上升，由浅水向深水环境（纵向上由下至上）依次出现洪积岩、风暴岩和浊积岩，下切谷之上或堤岸也见浊积岩。这种现象与浊积岩的成因有关，湖泊浊积岩属于洪水型，少见滑塌型，因而于水进期发育。由于海泛的影响，水进砂底部多见含海绿石。水进期的碳酸盐沉积相对发育，水进初期的生物屑灰岩中也含海绿石，并见蓝绿藻、沟鞭藻类生物，在TST上部偶见有孔虫。TST发育碳酸盐岩，是与海水的进侵及受海洋气候的影响有关。海水涌入湖盆，使基准面迅速升高，气候温暖潮湿，水质清澈并提高了含盐度，陆源碎屑注入受到遏制为碳酸盐岩的沉积提供了适应的环境条件。

图5-3　坳陷作用阶段水进期硅质碎屑岩的沉积模式

在古地理位置上，碳酸盐岩在坡折带附近发育鲕粒滩、核形石滩及生物碎屑灰岩，形成一个小碳酸盐台地，起到一个“障壁”的作用。由障壁向深水盆地方向发育介形虫灰岩、柱状叠层石和介屑风暴岩，深水地带具有钙质浊积岩。风暴浪基面附近见小型叠锥状叠层石，岩心中这种叠层石很小，单层仅1cm左右，大部分已白云岩化，风化面上见叠锥构造，围岩为暗色泥岩，常出现于密集段附近的上、下层位。由障壁向陆出现生物屑灰岩、穹状叠层石、含介屑砾屑风暴岩。障壁后方形成一个“局限台地”环境，范围较为广阔，陆源碎屑和碳酸盐岩混积或交替出现。近陆部位碎屑沉积发育，也见介屑滩和鲕粒灰岩。
在水进高潮期，新增容纳空间增至最大，补偿速率非常低，主要发育暗色泥页岩、油页岩和泥灰岩，微体和超微生物相对繁盛。根据稳定同位素分析（图4-30）、古生物、自生矿物（莓状黄铁矿、白云石等）和地球化学指标，此时盆地处于缺氧还原环境。
3.高水位体系域
高水位期，基准面上升或构造沉降的速度变缓或保持静止不动，而沉积物供应速率维持原态甚至逐渐增加，使新增容纳空间增长速率降低，可容纳空间变小，发生了一系列的水退式沉积（图5-5）。

图5-4　坳陷作用阶段水进期的碳酸盐沉积模式


图5-5　坳陷作用阶段高水位期的沉积模式

在高水位早期，水体深度仍然很大，因而洪水入湖能够形成密度差而构成浊流沉积，纵向上赋存于密集段上方。HST典型的沉积体系是三角洲和扇三角洲体系。由于碎屑沉积物向湖推进很快，所以三角洲体系的指状砂坝发育。在三角洲坡角部位可以由滑塌或液化引起浊流作用形成浊积岩。浅水环境构成水下水道沉积，例如T2反射波上方近源部位的沉积就是（图5-5）。在高水位晚期，可容纳空间变小，河流沉积广泛发育。
高水位期的碳酸盐沉积仍然存在，但是纵向序列变化与TST相反，晚期几乎全部被碎屑岩取代，只有在坡折带部位基准面突然下降又突然上升时才可能出现碳酸盐岩的“连续”沉积。
三、湖泊消亡之后的层序地层模式
湖泊消亡之后，原“盆地”位于相邻盆地坡折带之上，因而发育的河流、冲积、洪积、坡积及沼泽等沉积主要形成于高水位期（参图5-6）。

图5-6　湖泊消亡之后高水位期的沉积模式

图例

非海相层序地层学：以松辽盆地为例

SB－层序边界
CS－密集段
LST－低水位体系域
TST－水进体系域
HST－高水位体系域
四、断陷盆地层序地层模式
1.箕状凹陷缓坡背景
取材于渤海湾盆地.LST发育洪积岩、碎屑流沉积、滑塌、远源三角洲等体系；TST发育砂滩砂坝、碳酸盐浅滩，深湖区有可能出现湖底扇，近岸带有网状河流沉积等；HST发育各种类型的三角洲，近源部位有冲积扇，前缘趾部有可能出现滑塌型浊积岩（图5-7、5-8和5-9）。

图5-7　箕状凹陷缓坡理想模式


图5-8　箕状凹陷陡坡断陷期理想模式


图5-9　断阶式背景沉积模式

2.箕状凹陷陡坡背景
取材于渤海湾盆地。典型层序的三个体系域分别由冲积扇、近岸浊积扇和扇三角洲体系组成。岸上部分，TST由河流溢岸、泛滥平原沉积组成，HST由河流、冲积体系组成（图5-8）。
3.断阶式背景
取材于辽河盆地重力流沉积占主导地位的陡坡带，是图5-8模式的另一种型式。LST在近岸阶地发育成裙状分布的冲积扇；近湖洼地碎屑流沉积广泛出现，砾石大小相对均匀，夹颗粒流性质的砂质沉积，物源来自邻近暴露带或逐阶搬运。TST未形成统一沉积的背景，密集段在近源部位不发育。TST由滨浅湖体系或浊积岩组成。密集段顶部及近源部位见泥流成因的含泥砾泥岩。HST各阶地统一接受沉积，碎屑流沉积发育，纵向上砾径由混杂渐变为比较均一，近岸带或缓坡区出现扇三角洲体系（图5-9）。这种地层分布型式，在渤海湾盆地其它地区及松辽盆地断陷期都曾出现。
五、模式对比
将本文模式与Vail模式比较，发现两者之间既有共同之处，又有一定差异（表5-1）。主要表现在：
（1）Vail的模式是针对海相被动大陆边缘盆地提出的；本文的模式以非海相沉积盆地为背景，分别探索了不同古地理位置的层序地层分布型式；
（2）Vail的模式中含两种类型的层序，即I型和Ⅱ型层序；内陆盆地I型层序发育，大型湖泊盆地坳陷期偶见Ⅱ型层序。
（3）湖盆形成初期，LST发育；深化期，三个体系域发育齐全，但是其内涵与海相模式不尽相同；湖泊消亡后仅发育高水位期河流、冲积体系；
（4）断陷盆地缓坡带的沉积系列和序列与Vail的模式相似，而陡坡带与被动大陆边缓模式截然不同；
（5）Vail模式中低水位盆底扇体系往往是重力流（含浊流）形成的海底扇类，但是非海相沉积盆地中相当于低水位盆底扇类沉积是冲积扇体系和洪水事件沉积，尤以箕状凹陷断陷初期和陡坡带明显；松辽盆地范围广阔，低水位期也见形成浊流沉积；
（6）湖泊受气侯因素影响大，浊流沉积往往与灾变性洪水和风暴流相关联，因而在水进期发育浊积扇、湖底扇体系，这与被动大陆边缘模式截然不同；
（7）近海内陆盆地受海水周期性侵袭，有意义的密集段往往形成于海泛最大、时间最长的时期，因而含海相超微化石、有孔虫等，这种密集段生油潜力最大；
（8）两者之间有某些共同特点，如一个完整的层序均由LST、TST、HST组成，高水位体系域均由河流、三角洲、滨岸等体系组成，水进体系域砂滩、砂坝等体系发育，密集段分隔了水进和高水位体系域，Ⅱ型层序低水位期由边缘楔状体构成。这些特点在断陷盆地缓坡带比较显著。

表5-1　层序地层学模式对比

层序地层学原理，起源于海相被动大陆边缘沉积地层的研究，原始资料大多数取材于地下，目前研究范围已经逐渐扩展，引申到露头地层和非海相沉积盆地中。层序地层学的主要创始人P.R.Vail（1991）指出，根据他个人的经验，只要能在海相环境中应用的理论，在湖相环境中同样适应；层序地层学如何在非海相沉积盆地中应用，取决于中国的学者。

一、问题的提出

作者自1988年以来致力于东部非海相沉积盆地层序地层的工作。通过学习、理解、应用、思索、总结，认为层序地层学的基本原理在非海相沉积盆地中仍然适应。尽管或多或少遇到了阻力，但是这门学科毕竟应用到东部盆地中，各油田及科研单位也日益予以重视。矛盾来自各个方面，问题集中在：①层序地层学在非海相沉积盆地中的应用依据；⑦如何开展工作；③非海相沉积盆地的“陆架坡折”是什么；④体系域及沉积体系的内涵与外延；⑤解决生产问题的可信性与可行性等等。除此而外，实际工作中还遇到对层序地层学原理的质疑、生产布署和行政管理诸方面的问题，这些已超出本文的论述范围。

二、层序地层学在非海相沉积盆地中应用的依据

1.非海相沉积地层具有韵律性、旋回性、重复性或周期性

有经验的地质工作者都曾注意到，无论是露头剖面还是岩心剖面（图版Ⅰ—7），均会出现地层由厚到薄、粒径由粗到细或者地层由薄到厚、粒径由细到粗这样的规律性变化。这种规律性表现为旋回性、韵律性、重复性或周期性。例如英国西南的宾夕法尼亚系早威斯特伐利亚期，发育了一个由海盆分离出来的布德湖，其地层Bude组由厚约1300m的砂泥互层组成，沉积旋回可分辨至米级甚至分米级，一个完整的旋回由黑灰色泥岩

浅灰色粉砂质泥岩

厚层混合砂岩组成。松辽盆地北部泉头组—嫩江组地层具有十几米（最薄仅几米）的浅色粗粒沉积

黑色细粒沉积夹碳酸盐岩

浅色粗粒沉积的旋回。在渤海湾盆地中，普遍可以见到下红粗、中黑细、上粗杂的重复性旋回。任何具有旋回性或周期性的沉积地层，无论为海相成因或非海相成因，都能够应用层序地层学的基本概念进行解释研究（徐怀大，1992）。

层序地层学在理论上的核心就是海平面（或基准面）的相对变化或由之引起可容纳空间增长速率的变化控制了地层的分布型式。虽然相对海平面变化是多种因素综合影响的结果，但是这些影响因素最终以相对海平面（基准面）的变化表现出来。沉积地层的规律性变化，就是相对海平面（基准面）变化的物质记录。因而，层序地层学的主要任务之一就是在等时格架内研究沉积地层的分布型式。非海相沉积地层同样具有规律性变化，表明基准面曾发生过相对应的升降变化，能够根据地震、钻井和露头资料综合解释地层的分布型式。

2.沉积地层中存在不整合

在东部盆地中，上第三系与下第三系之间、第三系与白垩系之间、白垩系与下伏地层之间都存在明显的巨大不整合或发生地层缺失现象。在非海相沉积盆地中，基准面的相对变化更快、周期更短，因而除了那些巨大不整合外，还具有许多次一级的不整合。相对基准面快速下降是形成不整合的主要原因。湖泊相对水域较小，一旦基准面迅速下降，盆地绝大部分出露地表甚至干枯，因而不整合的范围相对较大。次一级的不整合（例如三级层序界面）不易识别的原因在于，基准面变化周期短致使形成不整合的时间跨度较海相者小；更重要的原因是即使在盆地暴露期间，物源因素也很活跃，在盆地缓坡、长轴方向甚至各个部位，都可能存在沉积物的堆积作用，例如三角洲、沼泽、河流的沉积作用。后者的沉积物与湖泊沉积物、下伏高水位体系域的河流沉积物有时难以区分；扇三角洲、三角洲沉积体系亦有穿时现象。

3.能够查清层序地层的空间分布型式

非海相沉积盆地中的沉积地层具有旋回性，能够识别出不整合，因此能够建立以不整合及横向上可以与之对比的整合面为界的、成因上有联系的、旋回性或周期性地层的年代地层格架。在年代地层格架内，能够解释沉积环境和相关岩相的分布规律，建立层序地层格架。

4.与外海有联系

东部近海内陆盆地受太平洋气候的影响很大，并且各盆地不同程度地遭受到海水的侵袭或与海洋有过某种联系。在沉积地层中先后发现了古生物学、矿物学和地球化学等方面的海相标志。例如有孔虫（图版Ⅰ—2）、海绵骨针、苔藓虫、棘皮、钙藻和超微化石（图版Ⅰ—4至图版Ⅰ－7）等古生物；海绿石（图版Ⅰ—3）等自生矿物；硼含量、锶/钡、硼/镓比值接近咸水或半咸水标准的地球化学指标。

东部盆地在中、新生代与外海有联系，为全球性对比、揭示基准面相对变化的规律性提供了基础。在非海相沉积地层中研究层序地层学，首先选择具有海泛的沉积盆地为对象，在掌握其基本变化规律的基础上，推广到纯陆相沉积盆地中。

层序地层学的基本理论能够适用于非海相沉积地层，关键不在于基准面升降曲线与Haq的海平面变化曲线是否全然合拍，也不在于争论究竟那种因素起主要控制作用，而在于沉积地层是否具有旋回性、周期性，在于地层分布型式是否受四大因素的控制（徐怀大，1993）。

5.发生过多旋回的构造运动

东部盆地在中、新生代经历过复杂的构造运动，多数地质学家把它们与前人定义的各种周期性的构造运动幕相联系。早在10多年前，黄汲清先生就把阿尔卑斯旋回，包括三叠纪（T）、侏罗纪（J）、白垩纪（K）、第三纪（E、N）和第四纪（Q），分为印支、燕山和喜马拉雅三个亚旋回。印支旋回又分为三个构造运动幕（T₂;T₂末—T₃早期；T₃末—J初期）；燕山旋回包括三个亚旋回，即早燕山（J₁-J₂早期）、中燕山（J₂晚期—K₁早期）和晚燕山（K₁晚期—K₂早期）亚旋回；喜马拉雅旋回含早（K₂晚期—中新世中期）、晚（主要指中新世晚期—早更新世）两期。无疑这些构造旋回与构造运动相联系。早燕山亚旋回顶界的构造运动，地质记录为龙爪沟群及其相当地层与下伏地层之间的不整合。中燕山亚旋回的地质记录表现为早白垩世地层超覆在中、晚侏罗世火成岩地层之上。松辽盆地四方台组之下的不整合是晚燕山运动形成的构造面。早喜马拉雅亚旋回具有两次重要的构造运动，第一次（中始新世末）以华北沙河街组与孔店组、苏北戴南组与阜宁组之间的不整合为代表；第二次（渐新世末至中新世中期）以华北馆陶组与东营组、苏北盐城组与三垛组、松辽盆地大安组底界的不整合为其标志。晚喜马拉雅亚旋回以上、下第三系之间及第三系与第四系之间的不整合为其地质记录。石油地质学家还把这些构造运动幕与成盆期或盆地发育阶段相联系（表3-1）。

6.基准面发生过周期性的升降变化

东部盆地在中、新生代沉积基准面发生过规律性变化。徐怀大教授自80年代以来，先后对苏北、渤海湾、辽东、江汉、冀中、松辽等盆地的沉积基准面变化作了系统的研究，胡炳煊（江汉）、崔志诚（东台）等也作过类似的研究。由已有的成果分析，东部盆地的基准面出现过多期变化。尽管这些变化在各盆地表现强度不一、时间上略有差异，但是存在某种周期性或准同期性。

7.气候发生过周期性变化

从事微体、超微和孢粉工作的专家都已发现，非海相沉积地层中存在着气候周期性变化的证据。这些周期性变化具有某种内在联系，并且与海相气候变化有所不同。

表3-1　中国中、新生代构造运动幕划分对比表（据关士聪等，1986）

宋之琛等（1985）研究了东海陆架盆地龙井构造带新生代的孢粉。该区早第三纪的孢粉组合为栎粉属－网面三沟粉－三瓣粉属（Quercoidites-Retitricolpites-TrilobapDllis），属于较干燥的亚热带气候；中新世时，早期含松科－菱粉属孢粉组合（Pinaceae-Sporotrapoidites），中期有芸香粉属－三沟粉属－扁三沟粉属组合（Rutaceoipollis-Tricolpollenites-Tricolpites），晚期为粗肋孢属－枫香粉属组合（Magnastriatites-Liquidambarpollenites），反映在气候上属中亚热带－南亚热带型，早凉、中热、晚稍凉；上新世的孢粉组合为蓼粉属－禾本属（Persicarioipollis-Graminidites，包括Polypodiaceaesporites和Retimultiporopollenites两个亚组合），气候属略带干旱的北亚带型，气候比中新世变凉一些；第四纪的孢粉组合早期为刺甲藻属－多刺藻属（Spiniferites-Multispinula），属于海相产物，晚期为水龙骨单缝孢属－杉科－菊科组合（Polypodiaceaesporites-Taxodiaceae-Compositae），属北亚热带型。总之，由孢粉反映的古气候是冷热交替的过程。

周昆叔等（1982）对中国晚更新世以来的古气候、古地理利用孢粉资料进行了研究，徐家声（1982）对黄海更新世以来的孢粉组合及其反映的古地理与古气候有过探讨，李文漪（1982）对渭河、沧州地区的孢粉组合作过分析，王强等（1986）根据有孔虫、介形虫及孢粉资料建立了近15万年来渤海西、南岸的海侵—气候序列，余洪流等对东北中、新生代古气候变化涉及过。这些研究均显示了古气候发生过冷与暖、干与湿的交替变化。东部盆地中新生代的气候变化见表3-2（郝诒纯，1981）、表4-16和图4-15（高瑞琪等，1991）。

8.沉积物供应速率具有重要的作用

非海相沉积盆地的物源及沉积物供应速率对陆相地层有着特殊重要的作用。沉积物供应速率愈大，盆地充填愈迅速，砂层沉积厚，水体深度愈来愈小。持续的快速充填，将导致盆地消亡；沉积物供应速度缓慢，盆地处于欠补偿状态，能够形成良好的生油层。换言之，沉积盆地的形成发展过程，始终存在着可供沉积物充填的可容纳空间的多寡与沉积物注入量之间的矛盾。沉积盆地由发生、发展到衰亡，实质上就是可容纳空间与沉积物补给之间矛盾的不断转化过程。

表3-2　黄骅坳陷早第三纪古植物、古气候综合表（据郝诒纯等，1981）

综上所述，无论是东部盆地还是西部盆地，非海相沉积地层与海相地层一样，存在非常明显的韵律性、旋回性和周期性。物质是运动的，地球内部热能的聚集与释放、自身转动速度的变化、与外部星体之间引力的变化，都会引起构造运动。无论用那种观点来解释，复杂的周期性构造运动是客观存在的统一的。构造运动形成正断层上盘下降、下盘上升或直接使底板下沉，为可容纳空间的增长创造了条件。气候的冷与暖、干与湿的交替变更，引起了湖泊水体深度的变化。沉积物供给速率的变化导致可容纳空间增长速率的变化。多种因素共同作用，必然引起基准面发生周期性变化，从而在基准面相对最低时形成不整合，在一个变化周期内基准面由下降到上升再下降，必然沉积相应的沉积体系并组成具有内在联系的空间分布型式。由此可见，形成非海相沉积层序及其内部地层单元的几何形态与岩性仍然受构造沉降、基准面变化、沉积物供应速率和气候因素的控制，这也充分证明了层序地层学的基本原理在非海相沉积盆地中仍然适应。

上述结论并不等于在非海相沉积盆地中照搬“经典”的海相层序地层学理论，相反是辩证地应用、发展，乃至总结出一套适用于非海相沉积特征的层序地层学基本理论。科学理论来源于生产实践和科学实验，又回到实践中检验、应用、发展和完善。科学的核心是探索客体的存在现象、性质、揭示其运动、变化和发展的规律性，不断发现问题解决问题。回避矛盾只能引起倒退。

非海相沉积盆地不同于单物源的海相盆地，沉积地层的分布型式除了受上述四大因素的控制外，还受到多物源方向、局部构造运动、盆地演化阶段、古地理位置、海水进侵和海洋气候、突发性和灾变性事件等因素的影响。

三、非海相层序地层学的方法论

自然科学的一般研究方法，例如观察、实验、科学抽象、逻辑推理和数学模拟等，以及特殊研究方法，例如同位素年龄的测定、大型模拟实验等，均适应于层序地层学。然而，一门独立的科学有其自身的特点，必须建立一套相应的研究方法及制定相联系的一套技术路线。

层序地层学是一门具有创造性思维的科学。在非海相沉积盆地中研究层序地层学，需要经历一个艰难的过程，也是一项具有开创性和探索性的工作，我们既要承认这门学科的科学性，也要看到其理论出处的局限性。作者认为，在非海相沉积盆地中开展层序地层学工作，首先要学习、理解、吃透这门学科的核心理论，然后根据非海相沉积盆地自身的特点（例如构造背景、盆地演化、古地理位置及各种影响因素）建立一套理论体系，这就需相应的理论依据及相应的研究方法。

1.非海相沉积盆地的“陆架坡折”

地震地层学及层序地层学在理论上的经典是周期性的相对海平面变化产生一系列成因上有联系的旋回式地层层序。在海平面变化周期的每一个阶段，产生不同的但成因上相关的地层分布型式。为了衡量海平面的变化速率、空间位置，也是为了确定层序类型、区分层序内的不同体系域，Vail等（1987）提出了以陆架坡折（shelf break）或陆架边缘（shelf margin）作为衡量标准.Van Wagoner等（1987,1988）主要研究浅海沉积物，提出了沉积滨线坡折（depositional shoreline break）的对等概念。后来，为了避免将前期高水位期的陆架坡折与地理位置上的陆架～陆坡坡折混淆，Vail等（1991）提出以“Offlap break”取代原来提出的沉积滨线坡折或陆架坡折。“Offlap break”有人译为退覆坡折，它实质是先前高水位体系域三角洲体系下超体顶部带的坡折。这些概念在本质上是等效的。

在非海相沉积盆地中不存在一个明显的“陆架坡折”，本文拟定以风暴浪基面作为“陆架坡折”理论上的参照物。依据如下：

（1）当海平面下降速率超过陆架坡折处的构造沉降速率时，可容纳空间大幅度减小，坡折以上的大部分陆架地区暴露、冲刷而产生I型层序边界；在坡折之下发育了低水位的浊流沉积砂体。由沉积学原理可知，陆架坡折位于浅海与半深海和深海的分界线上，湖泊环境的风暴浪基面在某种意义上具有近似等同的效应。浊流沉积赋存于陆架坡折之下的区域内，实质即风暴浪基面之下的深水环境，当基准面（湖平面）下降到原风暴浪基面之下，水域很小、可容纳空间减低，大部分地区暴露，能够形成I型层序边界。一言以蔽之即低水位体系域发育于风暴浪基面之下的半深海、深海环境。因而，可以将风暴浪基面作为“陆架坡折”理论上的参照物。

（2）由于湖泊盆地覆盖面积小，缺乏明显的地理分带，不可能发育源远流长规模巨大的“海底”峡谷，沉积物的过路作用相对不甚明显。即使在低水位期，星罗棋布的沉积物也可以发育在盆地的任一角落，亦即低水位体系域并不完全分布在“陆架坡折”之下。这样，即使能够找到“陆架坡折”，也不能完全表明体系域的形成及赋存规律。应用风暴浪基面作为参考点，更能说明基准面不同演化阶段的沉积物的分布型式。

（3）通过对松辽、冀中及辽河盆地的岩心观察，证明湖泊盆地确实存在风暴岩（图版Ⅰ－1，图版Ⅱ－1至图版Ⅱ－3），这说明风暴浪基面是客观存在的。

（4）在缺乏岩心的地区，利用地震剖面上的首次洪泛面的上超终止点或前高水位期三角洲体系顶部的下超坡折作为判断体系域性质的参照物。这是一种实用方法，也是对上述论点的补充。

确立了衡量标准，就能够分析基准面的相对变化及可容纳空间的增减速率，并由此研究沉积物在时间上和空间上的赋存规律。

2.总体分析方法

所谓科学研究方法，实际上包括“战略”和“战术”两个方面，即总体分析和具体分析方法。在层序地层学研究方面，“战略”分析包括选区或盆地属性的分析、盆地发育史分析、构造运动史、盆地沉降史分析等等。盆地属性分析除了盆地的成因性质外，例如弧后盆地、前陆盆地、内陆盆地、断陷盆地、裂谷盆地、坳陷盆地等等，更重要的是盆地是否曾与外海有联系。与外海有联系的盆地在基准面升降、全球变化、控制沉积物分布形态的因素等方面与海相盆地有千丝万缕的关系。尽管这类盆地有其自身独特的特征，但是相对容易开展层序地层学工作，因为与海相盆地具有某种共性和全球变化的规律性。对于完全封闭的内陆盆地，进行层序地层学研究困难更大，可能存在某些全球变化的规律性，也可能自成体系。非海相沉积层序的分布形态与盆地演化阶段息息相关。盆地的地热史、充填史、沉降史及构造史都对地层分布型式有一定影响。例如构造活动强烈的盆地，不仅其地温梯度高、埋藏及沉降强度受到影响，而且局部构造运动可以增强或压缩基准面升降变化的信息。总体上的战略分析，是具体分析的前提。只有总体上把握，才能在具体分析中心中有数。

3.具体技术路线

无论是海相沉积还是湖泊沉积，研究层序地层的第一手资料是地震、钻井和露头资料。层序地层学脱胎于地震地层学，二者均需要划分地震层序、进行地震相分析、研究体系域、利用反射结构或反射参数做有关图件、研究层速度与岩性的关系、做地震模型分析等。

层序地层学工作步骤是，先从测井资料入手，识别准层序、准层序组、密集段（condensed section）和生物地层断代；接着在地震剖面上寻找反射终止点、识别不整合面（削截、顶超等），结合测井信息和古生物资料划分超层序、层序，作合成地震记录，将地震和测井结果联系起来，建立地层格架；露头、岩心观察是对地震、测井分析结果的检验和完善；将地震相转化为沉积相；镜下鉴定、电镜扫描、能谱扫描及电子探针分析等，总结微观特征，将微观分析与宏观分析结合起来；作特殊处理分析；最后总结体系域特征，建立层序地层学地质模式，探讨与油气赋存的关系。工作步骤用框图表示如图3-1所示。

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