层序界面类型及其意义

层序界面的成因类型及其特征~

结合济阳坳陷东营凹陷古近系层序地层学分析，对三级层序界面的成因类型进行探讨。济阳坳陷东营凹陷古近系沙四上—东营组沉积地层可划分出七个三级层序、两个二级层序。其中沙四上至沙二下为第一个二级层序，包括沙四上（S0）、沙三下（S1）、沙三中（S2）、沙三上—沙二下（S3）四个三级层序；沙二上至东营组为第二个二级层序，包括沙二上—沙一段（S4）、东营组下部（S5）、东营组中上部（S6）三个三级层序，且层序S1、S2、S5为二分层序，由湖进域（TST）和湖退域组成（RST）；层序S0和S4为三分层序，由低位域（LST）、湖侵域（TST）、高位域（HST）组成；层序S3、S6为四分层序，由低位域（LST）、湖侵域（TST）、高位域（HST）和下降域（FSST）（或湖退域）组成（图5-4）。
东营凹陷沙四上—沙二下和沙二上—东营组的两个二级层序沉积演化中，基本保持了持续的潮湿型气候，仅在二级层序发育初期和末期才出现干旱型气候，两个二级层序分别对应于古近系湖盆两次大规模裂陷扩张期，边界断裂所控制的构造沉降运动是裂陷扩张期的主要构造运动形式，且边界断裂的断陷活动具有幕式旋回性，这种幕式旋回性控制了三级层序及其界面的形成和演化。在两个二级层序演化的初期均受到海侵作用的影响，而在每个二级层序演化的末期，气候由潮湿向干旱型转化，且构造运动导致不同程度的抬升，在气候和构造运动综合作用下形成了二级层序界面。根据该地区层序地层学的研究和层序界面成因机制的动力学分析，古近系沉积时期的三级层序界面按形成机制可划分出两类：构造型和构造气候综合型（图5-3）。
（一）构造型层序界面
构造型（简称T型）层序界面的形成主要受构造运动控制，气候影响微弱或基本无影响，即气候为常量，但此构造运动一般为湖盆的断陷活动，强烈的断裂活动控制了盆地基底沉降，且断裂引起的沉降活动具有幕式性或间歇性特征，一个幕式旋回可分为构造活动期和宁静期。活动期的构造活动强度或基底构造沉降幅度并不是单一的加速、匀速或减速变化，往往在幕式构造运动旋回的初期表现为加速运动，晚期随着构造活动强度的减弱，基底构造沉降幅度也逐渐减小。层序界面往往是湖盆强烈断陷期的产物，但在界面形成过程中，沉积物供给量对界面的形成不起决定性控制作用，而影响了所形成的界面的特征，因此，根据界面形成过程中沉积物供给量的变化，将此类界面进一步分出三种亚类：TⅠ、TⅡ、TⅢ。
1.TⅠ型层序界面
TⅠ型层序界面（图5-5A）在形成过程中陆源碎屑物质供给较少，界面上下的砂体不发育。主要对应于东营凹陷沙三段与沙四段和沙一段与东营组的分界面，即S2、S6的底界面。此界面具有以下特点。

图5-4 东营凹陷古近系层序地层综合分析

（1）界面上下地层产状变化不大，沉积物性质差异小，界面特征不明显，如东营凹陷沙四段顶部（界面之下）为灰色、深灰色泥岩、页岩，夹碳酸盐岩，沙三下底部（界面之上）也为灰色泥岩、油页岩，两者岩性及形成环境差异小。但沙三下地层以假整合或不整合覆盖于沙四段地层之上，盆地边缘地区仍存在地层的削蚀、上超现象。
（2）界面上下的层序常较不完整。当构造升降运动速率快时，界面之下的下降体系域不发育，界面之上也缺失低位相对稳定期沉积，直接发育快速湖侵期沉积，且界面之上多发育特殊的二分型层序。

图5-5 东营凹陷层序界面的成因类型

2.TⅡ型层序界面
TⅡ型层序界面（图5-5B）在形成初期陆源碎屑供给较充足，而晚期供给不充足。主要对应于东营凹陷沙三中与沙三下的分界面，即S3的底界面。该界面多构成两个二分层序的转换界面，具有以下特点。
（1）界面所对应的不整合面规模小，仅分布于湖盆的边缘地区，在盆地中心位置多表现为整合接触。在盆地边缘地区界面特征明显，常具有相带的突变。
（2）界面之下砂体相对发育，界面之上油页岩发育，沉积厚度相对薄。
3.TⅢ型层序界面
TⅢ型层序界面（图5-5C）在整个形成期间陆源碎屑供给相对充足，界面上下砂体发育。主要对应于东营凹陷沙三中与沙三上、东营组下部与中上部的分界面，即S4、S7的底界面。该界面多为二分层序与四分层序的转换界面，具有以下特点。
（1）层序界面所对应的不整合面规模中等，分布于湖盆的边缘地区，在盆地中心位置表现为整合接触。但在层序界面之上可发育下切谷、低位扇等沉积。
（2）层序界面之下的砂体发育，强制湖退型三角洲沉积发育，但三角洲平原相带极不发育，岸线推进速度和幅度大于TⅡ型层序界面；界面之上砂体主要为下切谷充填砂体和低位扇砂体。
（二）构造气候综合型层序界面
构造气候综合型（简称TC型）层序界面（图5-5D）的形成是构造、气候、沉积物供给等多因素综合作用的产物。主要对应于东营凹陷沙四段上下间、沙二段上下间和上古近系间的分界面，即S1、S5的底界面和S7的顶界面，也分别是两个二级层序的顶底界面，是构造抬升运动和干旱气候条件综合作用的产物（图5-3H），主要特点如下。
（1）界面所对应的不整合面规模大，一般为区域性不整合面。界面特征明显，存在明显的沉积间断或地层缺失，地震剖面上可见地层削蚀、上超等现象。
（2）界面上下多发育四分层序，界面之下的下降域沉积发育，多形成于潮湿气候向干旱气候的转化时期和干旱气候条件下，砂体发育，但后期的侵蚀改造会导致下降域保存不完整；界面之上的低位域沉积一般也较发育，多形成于干旱气候条件下，以河流相沉积为特征。

通过前述层序界面的物质表现形式及层序界面特征研究表明，塔里木盆地志留纪沉积演化期，主要发育Ⅰ型和Ⅱ型两种类型的层序界面。其中最为典型的是：志留系与下伏地层之间的层序界面，为角度不整合接触，属于Ⅰ型层序界面，代表加里东中期强烈的构造运动，中、上奥陶统遭受不同程度的剥蚀。塔塔埃尔塔格组与柯坪塔格组之间、依木干他乌组与塔塔埃尔塔格组之间、克孜尔塔格组与依木干他乌组之间的层序界面，均为Ⅱ型层序界面，主要为平行不整合接触，只有局部具有微角度不整合，说明构造作用相对不强烈（表5-1）。
表5-1 塔里木盆地志留系层序界面类型及特征表


层序界面的研究主要涉及两个基本的内容：一是层序中不整合面的接触关系在盆地不同区域上的变化规律，二是多个层序不整合面的组合结构或叠合关系。塔里木盆地为典型叠合盆地，不同时期形成的不整合在中央隆起、大型拗陷边缘、盆地边缘等部位，具有明显的聚敛复合现象，从高角度不整合接触过渡为微角度、平行不整合或整合接触关系，反映了盆地不同构造部位构造活动强度不同。同时，层序不整合面的分布范围和分布位置也对后期油气运移和有利圈闭的形成起到建设性的作用，具有重要意义。

层序是一套相对整一的、成因上有联系的、以不整合和可以与之对比的整合面为界的地层（Mitchum，1977）。在层序地层学中，将不整合划分为Ⅰ型和Ⅱ型两类层序界面，与此相对应，层序划分为Ⅰ型和Ⅱ型层序。

1.Ⅰ型层序

以Ⅰ型层序界面为底界的层序为Ⅰ型层序，其顶部为Ⅰ型或Ⅱ型层序边界（图6-6）。Ⅰ型层序界面的形成被解释为：由于全球海平面下降速率超过沉积滨线坡折带处盆地沉降速率，因而在该处产生海平面的相对下降，以陆棚广泛暴露和发育与河流回春作用相关的同期地表下切作用为标志。与之相关联的特征为向盆地方向的相位移、海岸上超向下转移，以及上覆地层的上超（图6-7）。

2.Ⅱ型层序

Ⅱ型不整合界面的形成是由于全球海平面下降速度小于沉积滨线坡折带处盆地沉降速度，因此，在这个位置上没有发生海平面的相对下降。由于岩层中的分布较为隐蔽，通常以地表暴露、缓慢刻蚀、地形逐渐夷平和沉积滨线坡折向陆一侧海岸上超（向盆地迁移）、缺乏陆棚的广泛暴露和界面上的沉积相缺失为特征（图6-8）。与Ⅰ型层序界面对比，无河流回春和向盆地方向的相位移，以Ⅱ型层序界面为底界。

图6-5 层序中的其他各类界面发育位置

（据Sangree J B，P R Vail，1989）

图6-6 Ⅰ型层序界面

（据 Posamentier等，1988）

图6-7 海岸上超向下迁移说明海平面下降

（据 Vail等，1977）

1—非海相海岸沉积；2—滨海沉积；3—海相沉积

图6-8 Ⅱ型层序界面

（据 Posamentier等，1988）

3.界面的层序地层学意义

不同类型层序界面的形成与全球海平面下降的速度、沉积滨线坡折带的沉降速度大小有关，在上述两类层序界面中，其陆上暴露作用出现在沉积滨线坡折向陆一侧，而向海一侧，陆棚中的Ⅰ型界面为暴露不整合界面，而Ⅱ型界面则为相应的整合界面。

在识别以陆棚为背景的碎屑岩层序中的界面（Ⅰ型或Ⅱ型）时，可以界面之下为海退式海岸平原、河流或三角洲沉积，界面之上为海侵式海滩、障壁岛滨面砂或它们朝陆方向的沼泽，或与其相当的海湾沉积为标志。但对于单个露头，识别层序界面有时是困难的，取决于是否能把一般上覆海侵砂体与下伏高水位体系域的分选较差和沉积相明显多变的地层区分开。样品描述、岩性和生物地层资料都有助于选择最可能的层序界面。

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