层序地层学概念和原理1.ppt
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1、层序地层学概念和原理,1、盆地构造动力学、几何学2、相对海平面、构造运动和全球海平面3、沉积物供给4、层序和体系域,层序地层学概念和原理,沉积地层和地层模式是构造运动、全球海平面变化和气候相互作用的产物。构造运动和全球海平面变化控制了沉积物沉积的有效空间(可容空间)的大小;构造运动、全球海平面变化和气候的相互作用还控制了沉积物供给量以及可容空间被充填的规模;自旋回沉积作用控制了可容空间被充填时具体的沉积相结构。,目的是介绍控制可容空间产生、充填和消亡的原理,然后介绍怎样用这些原理把岩石记录分成层序和体系域。,层序地层学概念和原理盆地动力学、几何学,大地构造作用是表征可容空间产生和消亡的根本控制
2、因素,没有构造沉降就没有沉积盆地。构造沉降的产生有二种机制:1、岩石圈的伸展作用2、挠曲负载作用,一、盆地形成过程,层序地层学概念和原理盆地动力学、几何学,伸展盆地可形成于不同的板块构造环境中,但最常见于增生板块边缘。构造沉降的阶段性表现:1、初始阶段由于对岩石圈伸展的均衡调整而很快沉降;2、接着是由于软流圈的冷却而逐渐减弱(60100Ma),1、裂谷盆地,可以把充填层序分为裂谷前、裂谷后和裂谷同期阶段这些阶段的层序已被Hubbard(1988)命名为巨层序。在一个简单的裂谷同期巨层序模式中,沉积物发育于裂谷的受断裂控制的沉积中心,可见到反向牵引并生长为活动断层,横跨伸展断层的不同沉降速率对沉
3、积相的分布产生强烈控制作用。裂谷后的巨层序中,任何与裂谷有关的残余地貌特征,都逐渐被淹没在充填下沉盆地并上超在盆地边缘的沉积物之上,形成典型的“牛头”状几何形态(Mckenzie,1978)。,层序地层学概念和原理盆地动力学、几何学,前陆盆地是在对冲断带之下的岩石圈载荷的响应而发育的。当冲断席被侵位时岩石圈对载荷响应而发生弯曲,在靠近负载增加的地方产生凹陷。这种盆地的充填沉积具有特征的楔形形态,向推覆体前缘增厚,并形成一个前陆盆地巨层序,盆地的宽度与下伏岩石圈的刚性有关,深度则与载荷的大小有关。形成一个与生长造山带相邻的前陆盆地,1、具有巨大的早期快速增加的沉积物供应速率2、冲断作用的停止和造
4、山带的持续侵蚀导致载荷最终减小,并且许多前陆盆地被抬升。,2、前陆盆地,层序地层学概念和原理盆地动力学、几何学,走滑盆地总的来说沉降和抬升速率均非常快,但走滑盆地没有一种特定的沉降模式,3、走滑盆地,层序地层学概念和原理盆地动力学、几何学,构造沉降曲线上可叠加许多高频控制因素,如全球海平面变化、断裂作用和刺穿作用。在快速地盆地沉降期间,由更高频地海平面下降所产生地层序边界是不清楚的,在缓慢构造沉降期间或抬升期间,层序边界会被增强。,沉积物供给超过了构造沉降,盆地被充填至基准面,多余沉积物经路过作用向北输送到海里。沉降曲线显示从晚白垩世到早第三世有缓慢沉降,与弧后盆地环境的热沉降有关。二个特别增
5、大的沉降速率发生在中晚更新世和中新世中期,对应于安第斯山脉的二个造山期。,哥伦比亚州Lianos盆地构造沉降曲线,南维京地堑是许多裂谷盆地地典型,沉积作用总是跟不上实际构造沉降,导致了白垩纪时水深增加并且出现沉积物饥饿。在第三纪,由于苏格兰高地和临近北海盆地抬升,供给沉积物增加,部分地区被充填至基准面,盆地残余部分随后继续充填,形成现今地浅海。在该盆地内,区分裂谷同期和裂谷后期层序很困难,因为长期地沉积饥饿导致了地层的过渡。,南维京地堑构造沉降曲线,层序地层学概念和原理盆地动力学、几何学,层序地层学的许多概念和原理均是基于对前积盆地边缘体系地震剖面的观察而得来的,这些前积体系常具有一致的沉积几
6、何体。,二、盆地边缘的概念,层序地层学概念和原理盆地动力学、几何学,滨线(shoeline)可位于顶积层的任何一点,它可能与退覆坡折有关,也可能出现在退覆坡折向陆方向几百公里。顶积层(topset)顶积层这一术语用来描述盆地边缘剖面的近源部分,它具有低坡度特征(0.1),斜积层一般具有陆坡较深水沉积体系特征,其坡度可从地震剖面上获得。底积层(bottomset)用来描述盆地边缘剖面中斜积层的底部地层,其特征是低角度并包含深水沉积体系。,层序地层学概念和原理盆地动力学、几何学,退覆坡折(offlap)(Vail等,1991)指陆坡上位于顶积层和斜积层之间的主要坡折。沉积滨线坡折(depositi
7、onal shreoline break)(Van Wagorne等,1988)指在一个沉积剖面上陆坡的主坡折与滨线重合。在相对海平面下降时,沉积体系中退覆坡折的重要性是非常明显的。当相对海平面下降暴露出坡折时,河流通常下切以重新均夷降低的盆地基准面,其结果是河流在河口处下切嵌入。,层序地层学概念和原理盆地动力学、几何学,陆棚边缘坡折(shelf-break margins)为发育良好沉积斜积层的地区,海平面下降期的河流切割,可能造成沉积物负载集中在斜积层斜坡的不连续部位。沉积体的断裂作用有能力形成大规模的浊流和海底扇沉积,陆棚坡折边缘在相对海平面缓慢上升时是典型的被动大陆边缘,这时三角洲体系
8、能够很容易的前积到陆棚边缘上。,缓坡边缘(ramp margins)以相对较浅的水体深度为特征,风暴和水流能够作用的沉积区较大,沉积坡度通常小于1。缓坡边缘的退覆坡折大体位于滨线附近,在该处河流坡度剖面变成稍微陡些的陆棚或三角洲前缘坡度剖面。因此缓坡上的沉积体系对相对海平面变化的响应不同于陆棚坡折边缘,特别是低位体系域中的深水浊流沉积可能缺失,沉积体系没有明显陆坡过路作用和盆地沉积作用而转变成盆地方向的沉积体系。在硅质缓坡上发现的任何浊流沉积可能都是三角洲前缘浊积体,而不是外来的海底扇。现代三角洲体系都形成于缓坡边缘。多数情况下是陆棚三角洲发育在一个先前陆棚坡折边缘被淹没的顶积层上。,裂谷边缘
9、(rift margins)表征盆地正经历活跃的拉张作用。拉张断层对古地貌和沉积物供给速率有强烈影响。裂谷内的沉积可容空间的分布主要受构造控制。虽然每个独立的断快具有自己的可容空间模式,但沉降速率通常从裂谷边缘向裂谷中心增加。裂谷边缘的一个重要特征是具有很大的地形起伏和沉积物相对缺乏,因为沉积物主要路过边缘直接进入裂谷中心,盆地边缘体系可向外前积到深水区,具有很长的斜积层斜坡和相对较小的顶积层。顶积层捕获粗粒物质的可能性很小,他们大部分都路过顶积层而被输送到盆地中。,前陆盆地边缘(foreland-bansin margins)取决于沉积物是从前陆盆地轴线输送还是从冲断带直接输送。后者由于构造
10、沉降速率向冲断带增大,近源区的可容空间可能比盆地中心相对要大,从而导致很厚的顶积层加积作用而几乎没有地震规模的斜积层发育。,生长断层边缘(growth-fault margins)其特征是具有重力作用驱动的同沉积拉张断层。在生长断层上盘沉积速率很高,产生一个拉张的沉积序列。断层的上盘和下盘沉积相不同,在下降一侧发育很厚的深水碎屑体系。,层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,为了理解层序发育的控制因素,首先必须定义:1、全球海平面变化2、相对海平面变化3、水深,一、海平面的定义,层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,全球海平面变化(global eustasy)是
11、度量海面到一固定基准点(通常是地球中心)之间的高差,全球海平面由于洋盆体积(如洋中脊体积)或海水体积(如冰川旋回引起)变化而变化。,相对海平面变化(relative sea-level)是度量海面到一个局部活动基准面(如沉积柱的底面或表面)的高差(Posamentier,1988),层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,水深是任何已知地理位置上的一个点上按时测量的海面到海底的高差。,层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,二、可容空间,全球海平面变化和构造沉降速率一起控制沉积物堆积的可利用空间的大小。可容空间受基准面的控制,沉积物要沉积就必须在基准面之下存在可以使
12、用的空间。基准面的变化取决于沉积环境1、在冲积环境中基准面受均衡河流剖面的控制,该剖面逐渐递变到远端的海平面或湖平面;2、在三角洲和滨岸体系中基准面等效于海平面;3、在浅海环境中虽然浪基面以“均衡陆棚剖面(graded shelf profile)”的形式形成一个暂时的沉积基准面,但海平面最终是它的基准面。,可容空间被定义为在某一时刻、任意一点上可用来堆积沉积物的有效空间(Jervey,1988),层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,基准面概念(Cross,1994),沉积物供给充填被生成的可容空间并控制了水深:可容空间全球海平面变化构造沉降沉积压实沉积物供给充填有效的可容空
13、间,当沉积物供给速率在某一点超过可容空间产生的速率时,水深将减小。水深全球海平面变化构造沉降沉积压实被沉积的沉积物厚度,层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,从时间1到时间2,由于构造沉降而导致相对海平面上升、可容空间增加,但该点沉积物堆积速率大于相对海平面上升速率,因此从时间1到时间2水深减小。在沉积记录中表现为海退相序,全球海平面升降构造沉降可容空间水深关系图沉积物充填所产生空间的速率控制了水深,也决定了能否观察到相带的前积和退积,可容空间增加,全球海平面升降构造沉降可容空间水深关系图沉积物充填所产生空间的速率控制了水深,也决定了能否观察到相带的前积和退积,从时间1到时间2
14、,由于构造沉降而导致相对海平面上升、可容空间增加,但该点沉积物堆积速率小于相对海平面上升速率,因此从时间1到时间2水深增大。在沉积记录中表现为海侵的垂向相序,可容空间增加,可容空间减小 全球海平面下降,可容空间消亡可能存在二种机理:1、构造抬升(和局部盐或泥拱张);2、全球海平面下降,可容空间减小 构造抬升,可容空间消亡可能存在二种机理:1、构造抬升(和局部盐或泥拱张);2、全球海平面下降,三、可容空间随时间的变化,考察不同速率构造沉降情况下与同样的正弦波全球海平面变化曲线结合产生可容空间的变化(相对海平面的上升和下降),直线的斜率表示沉降速率,不同斜率代表不断增加沉降速率的盆地位置或沉降速率
15、随时间的变化相对海平面相当于可容空间,因为曲线开始处水深为零,沉降速率增加,层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,出现缓慢沉降时,最大可容空间发育在接近最大全球海平面处,当海平面下降到它的起始位置时,可容空间降低到只由构造作用产生的最小值随着沉降速率的增加,最大可容空间产生的时间逐渐后移,在盆地中沉降速率高的位置,即使可能出现全球海平面下降,可容空间也不会减小。,四、旋回级别和全球对比,一个沉积层序代表了一个完整的旋回,其顶底边界均为侵蚀不整合面。层序有一个最大发育时段,用相关 的整合面到分界的不整合面来度量。因此层序的发育时段可由控制可容空间产生和消亡的事件,即构造沉降和/或
16、全球海平面变化来确定。构造升降旋回和海平面升降旋回有不同的时间周期,因此可以把层序按时段级别来划分。通常分为一级、二级、三级、四级等,这样一个盆地充填体就可以被划分成为一个层序谱系,每级层序代表了特定级别的构造或海平面升降旋回。,层序地层学概念和原理相对海平面、构造运动和全球海平面,长期相对海平面变化,地层旋回谱系(据Duval等,1992),地层旋回谱系(据Duval等,1992),短期相对海平面变化,大陆开合旋回(continental encoroachment cycle)大于50Ma,按Haq(1987)显生宙有二个,一级大陆开合旋回受构造引起的海平面变化的控制,也就是受与板块构造旋
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- 地层学 概念 原理
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