层序界面-驱动层序地层模式多样化

岳 亮，张成见

(1.中国地质大学地球科学与资源学院，北京 100083;2.山东省煤田地质局第二勘探队，山东 济宁272400)

层序界面-驱动层序地层模式多样化

岳 亮1，张成见2

(1.中国地质大学地球科学与资源学院，北京 100083;2.山东省煤田地质局第二勘探队，山东 济宁272400)

研究层序地层学的重点在于层序划分，而层序划分的前提是识别和对比岩石记录中代表沉积趋势变化的地层界面。地层界面作为基准面与沉积速率相互作用产生不同沉积成因类型(强迫型海退、低水位和高水位正常海退以及海进)的响应，一部分可以提升至具有层序地层学意义的层序界面。目前，不同学者对层序界面的理解及使用存在着明显的差异和混乱，其导致的模式多样化也造成了解决实际问题时的混乱。

地层界面;层序界面;层序地层模式;多样化

0 引言

从1988年L L Sloss的一篇《Forty Years of Sequence Stratigraphy》至今，中外地质学家始终没有停止探索的脚步，努力完善着层序地层学的理论体系。O Catuneanu等(2009)指出了层序地层学概念术语的混乱甚至相互冲突，要求客观评判各学派的层序地层模式，以推出一个标准化方案和工作流程。

1949年，L L Sloss首先在地层学范畴内将“层序”定义为以不整合为界的群或者超群的岩石地层单元，并特别强调了陆上不整合面作为层序界面的重要性。随着地震地层学的出现与发展，层序这个术语又被定义为“由不整合面及其可对比的整合面所限定，有成因联系且相对整合的地层单元”(R M Mitchum et al，1977)。地质学家们对层序概念认识的不断深入，极大地推动了层序地层学的发展，现在的各层序模式也都遵循着R M Mitchum等定义的地震层序概念。识别出的多种层序界面反映在层序模式的变化中，从仅由不整合面的层序划分到多种界面可作为层序边界，不同的认识和实践产生了不同的层序地层模式(L L Sloss，1963;H W Posamentier et al，1988、1999;W E Galloway，1989;A F Embry et al，1992。)

1 地层界面到层序界面

早期沉积学家更多注重沉积的过程响应，而非把握格架(W C Ross，1991)。现代层序地层学更加关注相关“事件”及其形成的沉积格架，这些事件，如海平面升降、构造运动、沉积物供给速率等，响应为不同的沉积物种类和地层叠置类型。层序地层学自身具有地层学和沉积学的双重属性，从过去的野外露头和岩芯观察，到现在常用的测井和地震数据分析，代表重要地质事件的地层界面一直受到地质学家的特别关注。地层界面的形成与沉积环境密切相关，它代表了特定的成因环境，记录着各种沉积事件随时间的变化。识别各地层界面的参照有(表1)：整合或者不整合接触，上、下沉积体系的接触面，接触面上、下的沉积趋势，与接触面伴生的底层控制遗迹化石相类型与接触面有关的地层尖灭(O Catunenu，2006)。

表1中这些接触关系包括7种层序地层界面(海侵浪蚀面和海侵潮蚀面合为海侵沟蚀面)和3种趋势内相接触面。趋势内相接触面是可以在体系域内部追踪的其他层面，只在建立层序地层格架后的层序地层剖面中加以识别(A F Embry et al，2001、2002)。趋势内相接触面反映了体系域内的岩性不连续，可能在露头、岩芯或测井数据中有较强的表现，一般更适用于岩石地层或异型地层分析。然而，趋势内相接触面并不是真正的层序界面，不能作为层序或体系域的边界。

表1 主要的地层界面

地层界面是可以或者部分可以成为包含层序地层学意义的层序界面。通过分析各种基本观测数据，正确识别与滨线轨迹相结合形成的地层界面，从而解释出的层序界面和成因单元，是独立于层序地层模式外的核心理论。相对于体系域命名或者依靠模式选出的层序地层边界，层序界面体现了其作为先决条件的不可或缺。

2 层序界面与模式的多解性

2.1 层序界面

层序地层格架包括由可容空间和沉积作用相互影响产生且以层序界面为边界的成因单元。层序界面是分析露头、测井曲线和地震数据得出的地层叠覆型式和沉积相关系而识别出的一种地层界面。一个完整的基准面变化旋回记录了4个重要事件(图1)：强迫型海退开始、强迫型海退结束、海退结束、海进结束(O Catuneanu et al，2009)。基准面旋回中的这4个事件，控制了所有层序界面和体系域的形成时间，并暗示了二者之间的同步性。目前已识别的且对层序地层学有重要意义的7种界面中，4个界面发生在基准面上升阶段，3个界面发生在基准面下降阶段(表1、图1)。

2.1.1 基准面下降阶段 (1)陆上不整合面(SU)(L L Sloss，1949)。普遍认为，陆上不整合是岩层记录中最重要的地层间断，因此常被选为层序界面的非海相部分。总上覆非海相沉积的陆上不整合面是受到各种陆上作用后，形成的剥蚀面或无沉积面。向海方向，陆上不整合面延伸到滨线下降结束的位置，代表其最大延伸，而其滨线终止位置常是构建古地理图的重要理论依据。

图1 依据基准面与沉积作用之间关系定义的海侵、正常海退和强迫型海退

(2)可对比整合面(CC)。可对比整合面1(H W Posamentier et al，1988、1999) 和可对比整合面 2(D Hunt et al，1992)(图 1、图 2、图 3)，H W Posamentier等(1988)最早提出了可对比整合面的概念。可对比整合面2的形成时间是滨线处基准面下降结束的时间点，即海平面变化的最低点，此时形成的海相界面(强迫型海退沉积的顶界面)与陆上不整合面相对比(D Hunt et al，1992)。与之不同，H W Posamentier等(1988)将可对比整合面1定义为基准面下降开始的时间点，即强迫型海退沉积的底界面。目前，可对比整合面这个定义还具有很大的争议，主要关于其时限和物理属性问题。因可对比整合面难于在大多数的露头、岩芯和测井上识辨，即便地震数据也仅是最大限度地指出其可能的发育位置，达到与陆上不整合面对比的目的。

(3)强迫型海退底面(BSFR)(D Hunt et al，1992)。该名词的引入用来定义强迫海退期海洋环境中的所有底面，并对应了 H W Posamentier等(1988)提出的可对比整合面。在大多数出露较好的剖面或岩芯之中，强迫型海退底面缺乏可被识别的客观标准，所以它仅是一个被广泛接受的理论面。

(4)海退侵蚀面(RSME)(A Plint，1988)，又称海退沟蚀面，形成于强迫海退期。它是一个明显的冲刷界面，把下伏的向上变浅的正粒序滨外海相地层与上覆的也向上变浅的正粒序临滨海相地层分开。该界面大都位于海退沉积序列的内部，代表沉积趋势从沉积到非沉积的变化。

2.1.2 基准面上升阶段 (1)最大海退面(MRS)(W Helland-Hansen et al，1996)(图 1、图2)，也称为海侵面(H W Posamentier et al，1988)、低水位顶面(P Vail et al，1991)、初始海侵面(A F Embry，1995)和最大进积面(A F Emery et al，1997)。最大海退面标志着滨线迁移海退到海进的变化，作为一个沉积转换面却引来了认识及概念的不同。

(2)最大海泛面(MFS)(D E Frazier，1974;H W Posamentier et al，1988;J C Van Wagoner et al，1988;W E Galloway，1989)(图1、图2)。最大海泛面也被称为最大海侵面(W Helland-Hansen et al，1996)或最终海侵面(D Nummedal et al，1993)，在地震剖面中进行识别与应用时，称之为下超面。它标志着滨线海侵的结束，海相向陆的最大延伸。

图2 实例中识别的部分层序界面

(3)海侵沟蚀面(TRS)(W E Galloway，2001)，曾称为沟蚀面(Swift，1975)、海侵面(J C Van Wagoner et al，1988)和滨面沟蚀面(A F Embry，2002)。该界面可分为浪蚀面和潮蚀面，是基准面上升时滨线向陆迁移经潮汐或波浪冲刷切割形成的面。

前文已经描述和讨论了7种不同的层序界面，而决定用其中的哪些界面来定义及划分不同类型层序地层单元是最为关键的。无论实例研究还是理论推导，各自选择层序界面的不同，必然会产生多种层序模式。

2.2 模式的多解性

层序地层学方法最直观的应用地区是滨线附近(特别是海岸到浅海环境)，不过不是每种沉积环境都会形成所有的层序界面。形成界面的类型和数量不同，随着选用视角的变化，层序地层模式也会变化(图3)。

图3 现有层序地层模式

L L Sloss(1962、1963)利用区域不整合面所限定的“层序”定义，划分了几乎横穿北美的6个层序，分别以当地的古部落命名。而这种具有构造旋回含义的层序只适用不整合的地层体，大于群或超群(W C Krumbein et al，1951)，限制其仅仅对区域范围内的地层适用。几乎同时期，Wheeler出版了一系列论文(H E Wheeler，1958、1959、1964)，实例论证了由不整合面限定的层序，不过该不整合面向盆地方向消失，存在着不合理性和相应的局限性。在盆地边缘可定义一系列不整合面所限定的层序，但这些不整合面朝盆地方向的迁移距离不同并相继消失，各消失处以后的层序划分又将重新识别出一系列新的只由不整合面定义的层序。由此，L L Sloss和H E Wheeler所定义的层序不可以广泛运用和深化发展。

Exxon的研究者们为了把层序边界延伸到盆地中心，重新定义层序为“以不整合面及其可对比的整合面所限定”的单位，将层序地层学应用于整个沉积盆地。最为显著的是他们在地震剖面中解释了盆地侧翼的不整合面和盆地中心的下超面(最大海泛面)，这两种不同类型层序界面促成了层序地层学早期的三分体系域模式—类型Ⅰ层序(LST+TST+HST)和类型Ⅱ层序(SMST+TST+HST)，建立了早期的沉积层序模式。

排除模式理论驱动的层序模式划分，W E Galloway(1989)根据美国墨西哥湾的工作经验，提出了一个由最大海泛面所限定的层序划分模式，称为成因层序地层学，也可为R-T层序地层学。与之不同的是，A F Embry等(1992、1993)提出了第三类地层单元，以陆上不整合面和海相中最大海退面的复合层序界面划分方法，称之为海侵-海退层序(T-R层序)地层学。

随着层序地层学的广泛运用，良好的解决方法加快了层序地层学的发展，却也使各种问题纷至沓来。基于海陆相应用差异，层序地层学开始由经典三分模式向现行四分模式转变，使得层序地层学更趋复杂化(李绍虎，2010)。沉积层序发生了变化，D Hunt等(1992)发现Exxon沉积层序类型Ⅰ界面中的基本错误，提议增加强迫型海退楔体系域(FRST)，即下降阶段体系域(FSST)(D Nummedal et al，1993;A Plint et al，2000)，建立了层序地层学的四分体系域模式，以修正传统Exxon层序概念体系的不协调(梅冥相等，2000;梅冥相，2010;吴因业等，2010)。而1999年H W Posamentier等也认识到类型Ⅰ界面在理论上是不可能的，不过采取了新的解决方法，他们使用基准面下降的开始时间面作为可对比整合面(图3)，将低位体系域分成早、晚两部分，建立了不同于前者的四分体系域模式。

相对于以碎屑岩为主地层的广泛应用，层序地层学依旧适用于以碳酸盐岩为主的地层，并且有新的认识。在碳酸盐沉积体系中，相对海平面快速上升造成碳酸盐岩台地的淹没，形成了碳酸盐岩上覆细粒远洋相的岩层叠置类型，他们之间的接触面被定义为淹没不整合面(W Schlager，1989、1998)，也定义为类型3层序界面，一种混合碳酸盐-硅质碎屑岩序列中的特殊界面(梅冥相，1996、2010;王鸿祯等，1998;W Schlager，1999)。

3 结语

在现有的一系列模式中，层序地层界面可以看作层序边界、体系域边界乃至体系域内的界面。能够得到广泛认同的层序界面，不仅要代表沉积趋势变化的界面，还要是合理客观、可观测、经验性识别的界面，既发育在硅质碎屑岩地层又存在于碳酸盐岩地层。

层序地层学作为一个具体的地层学分支，经过半个多世纪的发展，已成为沉积地质学研究的主流方法，得到了广泛的使用。目前，层序模式的混乱可能会负面影响层序地层学今后发展，进而为了更好地理解和应用，一些地质学家们开始建议标准化其模式。可是，也许会如2009年W Helland-Hansen指出的，现在进行层序地层学的标准化和格架化可能会限制发展，毕竟作为地层学分支的它还是一门年轻的学科，应加以促进，而目前冻结的基础概念在未来很可能会发生变化。

李绍虎.2010.对国外层序地层学研究进展的几点思考及LH-T层序地层学［J］.沉积学报，28(4)：735-744.

梅冥相.1996.淹没不整合型碳酸盐三级旋回层序——兼论碳酸盐台地的凝缩作用［J］.岩相古地理，16(6)：24-33.

梅冥相，杨欣德.2000.强迫型海退及强迫型海退楔体系域：对传统Exxon层序地层学模式的修正［J］.地质科技情报，19(2)：17-21.

梅冥相.2010.从正常海退与强迫型海退的辨别进行层序界面对比：层序地层学进展之一［J］.古地理学报，12(5)：549-564.

王鸿祯，史晓颖.1998.沉积层序及海平面旋回的分类级别：旋回周期的成因讨论［J］.现代地质，12(1)：1-16.

吴因业，张天舒，张志杰，等.2010.沉积体系域类型、特征及石油地质学意义［J］.古地理学报，12(1)：69-81.

CATUNEANU O.2002.Sequence stratigraphy of clastic systems：concepts，merits，and pitfalls［J］.Journal of African Earth Sciences，35(1)：1-43.

CATUNEANU O.2006.Principles of Sequence Stratigraphy［M］.Amsterdam：Elsevier.

CATUNEANU O，WILLIS A J，MIALL A D.1998.Temporal significance of sequence boundaries［J］.Sedimentary Geology，121(3/4)：157-178.

CATUNEANU O，ABREU V，BHATTACHARYA J P，et al.2009.Towards the standardization of sequence stratigraphy［J］.Earth-Science Reviews，92(1/2)：1-33.

EMBRY A F.1993.Transgressive-regressive(T-R)sequence analysis of the Jurassic succession of the Sverdrup Basin，Canadian Arctic Archipelago［J］.Canadian Journal of Earth Sciences，30(2)：301-320.

EMBRY A F.1995.Sequence boundaries and sequence hierarchies：problems and proposals［C］//STEEL R J，FELT F L，JOHANNESSEN E P，et al.Sequence stratigraphy on the northwest European margin.NPF Special Publication，5：1-11.

EMBRY A F.2001.The six surfaces of sequence stratigraphy［C］//AAPG Hedberg Research Conference on Sequence Stratigraphic and Allostratigraphic Principle and Concepts.Dallas，Program and Abstract Volume：26-27.

EMBRY A F.2002.Transgressive-Regressive(T-R)Sequence Stratigraphy［C］//ARMENTROUT J，ROSEN N.Sequence stratigraphic models for exploration and production：Gulf Coast SEPM Conference Proceedings.Houston，151-172.

EMBRY A F，JOHANNESSEN E P.1992.T-R sequence stratigraphy，facies analysis andreservoir distribution in the uppermost Triassic-Lower Jurassic succession，western Sverdrup Basin，Arctic Canada［C］//VORREN T，BERGSAGER E，DAHL-STAMNES O A，et al.AGPP：NPF SP2，121-146.

EMBRY A F，CATUNEANU O.2001.Practial Sequence Stratigraphy：Concepts and Applications［J］.Canadian Society of Petroleum Geologists，short course notes，167.

EMBRY A F，CATUNENAU O.2002.Practial Sequence Stratigraphy：Concepts and Applications［J］.Canadian Society of Petroleum Geologists，short course notes，1-147.

EMBRY D，MYERS K.1997.Sequence Stratigraphy［M］.London：Blackwell.

FRAZIER D E.1974.Depositional episodes：their relationship to the Quaternary stratigraphic framework in the northwestern portion of the Gulf Basin［M］.Bureau of Economic Geology，University of Texas，Geological Circular，74-1：28.GALLOWAY W E.1989.Genetic stratigraphic sequences in basin analysis，I.Architecture and genesis of flooding-surface bounded depositional units［J］.AAPG Bulletin，73：125-142.

GALLOWAY W E.2001.The many faces of submarine erosion：theory meets reality in selection of sequence boundaries［C］//AAPG Hedberg Research Conference on“Sequence Stratigraphic and Allostratigraphic Principles and Concepts”.Dallas，Program and Abstracts Volume：28-29.

HELLAND-HANSEN W，MARTINSEN O J.1996.Shoreline trajectories and sequences：description of variable depositional-dip scenarios［J］.Journal of Sedimentary Research，66(4)：670-688.

HELLAND-HANSEN W.2009.Towards the standardization of sequence stratigraphy-Discussion［J］.Earth-Science Reviews，94(1/4)：95-97.

HUNT D，TUCKER M.1992.Stranded parasequences and the forced regressive wedge systems tract：deposition during base level fall［J］.Sedimentary Geology，81(1/2)：1-9.

KRUMBEIN W C，SLOSS L L.1951.Stratigraphy and sedimentation［M］.San Francisco：W H Freeman and Co.

MITCHUM R M，VAIL P R.1977.Seismic stratigraphy and global changes of sea-level，part 7：stratigraphic interpretation of seismic reflection patterns in depositional sequences［C］//PAYTON C E.Seismic Stratigraphy-Applications to Hydrocarbon Exploration.Memoir，AAPG，26：1-144.

ROSS W C.1991.Cyclic stratigraphy，sequence stratigraphy，and stratigraphic modeling from 1964 to 1989：twenty-five years of progress［M］//FRANSEEN E K，WATNEY W L，C G ST C KENDALL.Sedimentary Modeling：Computer Simulations and Methods for Improved Parameter Definition，233：3-8.

NUMMEDAL D，RILEY G，TEMPLET P.1993.High resolution sequence architecture：a chronostratigraphic model based on equilibrium profile studies［C］//POSAMENTIER H，SUMMERHAYES C，HAQ B，et al.Sequence stratigraphy and facies association.International Association of Sedimentologists，18：55-68.

PLINT A.1988.Sharp-based shoreface sequences and offshore bars in the Cardium Formation of Alberta：their relationship to relative changes in sea level［C］//WILGUS C，HASTINGS B S，KENDALL C G，et al.Sea level changes：an integrated approach，42：357-370.

PLINT A，NUMMEDAL D.2000.The falling stage systems tract：recognition and importance in sequence stratigraphic analysis［C］//HUNT D，GAWTHORPE R.Sedimentary responses to forced regressions.Geological Society of London，172：1-17.

POSAMENTIER H W，JERVEY M T，VAIL P R.1988.Eustatic controls on clastic deposition I-conceptual framework［C］//WILGUS C K，HASTINGS B S，KENDALL C G ST C，et al.Sea Level Changes-An Integrated Approach.Special Publication，SEPM，42：110-124.

POSAMENTIER H W，VAIL P R.1988.Eustatic controls on clastic deposition II-sequence and systems tract models［C］//WILGUS C K，HASTINGS B S，KENDALL C G，et al.Sea level changes：an integrated approach.Special Publication，SEPM，42：125-154.

POSAMENTIER H W，ALLEN G P.1999.Siliciclastic sequence stratigraphy：conceptsand applications［M］.Tulsa：SEPM.

SCHLAGER W.1989.Drowning unconformities on carbonate platforms［C］//CREVELLO P D，WILSON J L，SARG J F，et al.Controls on Carbonate Platform and Basin Development.Special Publication，SEPM，44：15-25.

SCHLAGER W.1998.Exposure，drowning and sequence boundaries on carbonate platforms［C］//CAMOIN G，DAVIES P.Reefs and carbonate platforms in the Pacific and Indian oceans.International Association of Sedimentologists，25：3-21.

SLOSS L L.1962.Stratigraphic models in exploration［J］.AAPG Bulletin，46：1050-1057.

SLOSS L L.1963.Sequences in the cratonic interior of North America［J］.GSA Bulletin，74：93-114.

SLOSS L L.1988.Forty years of sequence stratigraphy［J］.GSA Bulletin，100(11)：1661-1665.

SLOSS L L，KRUMBEIN W C，DAPPLES E C.1949.Integrated facies analysis［C］//LONGWELL C R.Sedimentary Facies in Geologic History.Memoir，GSA，39：91-124.

VAIL P，FELIPE AUDEMARD，SCOTT A BOWMAN，et al.1991.The stratigraphic signatures of tectonics，eustasy and sedimentologyan overview［C］//EINSELE G.Cycles and events in stratigraphy，New York：Springer-Verlag，617-659.

VAN WAGONER J C，POSAMENTIER H W，MITCHUM R M，et al.1988.An overview of the fundamentals of sequence stratigraphy and key definitions［C］//WILGUS C K，HASTINGS B S，KENDALL C G，et al.Sea level changes：an integrated approach.Special Publication，SEPM，42：39-46.

WHEELER H E，MURRAY H H.1957.Baselevel control patterns in cyclothemic sedimentation［J］.AAPG Bulletin，41：1985-2011.

WHEELER H E.1958.Time stratigraphy［J］.AAPG Bulletin，42：1047-1063.

WHEELER H E.1959.Unconformity bounded units in stratigraphy［J］.AAPG Bulletin，43：1975-1977.

WHEELER H E.1964.Baselevel，lithosphere surface，and time-stratigraphy［J］.GSA Bulletin，75(7)：599-610.

Sequence surfaces-driving diversification of sequence stratigraphic model

YUE Liang1，ZHANG Cheng-jian2

(1.School of Earth Sciences and Resources，China University of Geosciences，Beijing 100083，China;2.No.2 Exploration Party，Shandong Bureau of Coal Geology，Jining 272400，Shandong)

The key research on sequence stratigraphy focused on sequence division，while sequence division should be based on the premise that the recognition and correlation of stratigraphic surfaces which represented changes in depositional trends in the rock record.Stratigraphic surface was the respond to the interplay of changes in rates of sedimentation and base level，as boundaries among different genetic types of deposit(forced regression，low stand and high stand normal regression，transgression)，some of them could be the sequence surface of sequence stratigraphic significance.At present，many had their own understandings on sequence stratigraphy boundary and applied it in various ways.Therefore，a systematic organization on sequence stratigraphy was urgent.

Stratigraphic surface;Sequence surface;Sequence stratigraphic model;Diversification

P539.2

A

1674-3636(2011)03-0258-07

10.3969/j.issn.1674-3636.2011.03.258

2011-04-25;

2011-05-11;编辑：陆李萍

岳亮(1986—)，男，硕士研究生，从事沉积学与层序地层学方面的研究，E-mail：qzyueliang@163.com