层序地层学研究现状及进展_模式多样化

第３０卷　第６期２０　１　１年　１１月 地质科技情报Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｖｏｌ．３０　Ｎｏ．６Ｎｏｖ．　２０１１收稿日期：２０１１－０１－２０ 编辑：杨　勇基金项目：国家自然科学基金项目（４０４７２０６５）作者简介：吴和源（１９８６—　），男，现正攻读矿物学、岩石学、矿床学专业硕士学位，主要从事沉积学专业方面的研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｔｏｍ１９８６７２＠１２６．ｃｏｍ层序地层学研究现状及进展：模式多样化吴和源（中国地质大学地球科学与资源学院，北京１０００８３）摘　要：１９７７年至１９８８年，层序地层学从诞生逐渐走向成熟，并且形成了一套完整的概念体系和工作方法，这段特殊时期被称为层序地层学的Ｅｘｘｏｎ时代。

之后，将最大海泛面作为层序界面的Ｒ－Ｔ层序模式则代表了后Ｅｘｘｏｎ时代模式多样化的开始。

随后，对Ｅｘｘｏｎ层序地层学概念体系不协调的认识则代表了由模式多样化所表征的后Ｅｘｘｏｎ时代，与此几乎同时出现的Ｔ－Ｒ层序及淹没不整合型层序等模式意味着层序地层学“百家争鸣”的新景象。

阐释各种层序地层学模式出现的原因，追索这些模式对解决问题的针对性以及存在的问题，将有助于深入理解“在地层框架内划分和对比沉积岩”的层序地层学，并且为分析复杂的地层记录提供更多的思考途径。

关键词：层序地层学；后Ｅｘｘｏｎ时代；进展；争论中图分类号：Ｐ５３９．２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－７８４９（２０１１）０６－００６０－０６ １９７７年《地震地层学》［１］的出版将层序地层学带入了地层学实践的主流，形成一套相对完善的层序地层学概念方法体系［２－４］，重新定义“层序”为“沉积层序”（由不整合面及其可以对比的整合面所限定的地层单位）［５］，成为层序地层学的基本单元，层序地层学进入了“Ｅｘｘｏｎ时代”［６］。

另一个里程碑式的出版物———《Ｓｅａ　ｌｅｖｅｌ　ｃｈａｎｇｅ：Ａｎ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ａｐ－ｐｒｏａｃｈ》［７］，进一步展示了层序地层学更加广泛的研究成果：①修正了暴露不整合面与最大海泛面的错误对比；②将层序形成机制解释为海平面变化；③完整论述了Ⅰ型和Ⅱ型层序地层模式，大胆假设体系域边界位置。

意味着层序地层学概念方法体系进入了一个更加成熟的阶段，同时标志着层序地层学“Ｅｘｘｏｎ时代”的结束。

１９８８年至今称为层序地层学的“后Ｅｘｘｏｎ时代”［６］，期间层序地层学概念体系日新月异，新概念、新模式层出不穷，但一切都源于对Ｅｘｘｏｎ层序模式概念体系不协调的认识。

Ｅｘｘｏｎ层序模式将沉积层序细分为４个类型的体系域［８］，两种类型的层序模式［９］：Ⅰ型层序界面被定义在海平面下降的拐点，Ⅱ型层序界面在海平面变化的最低点。

然而，在运用以时间为纵坐标建立的海平面变化曲线时，又不自觉地将层序界面置于海平面变化的最低点［１１］，且形成了两种类型的高位体系域（ＨＳＴ）（图１），造就了Ｅｘｘｏｎ层序模式概念体系的不协调，也为后Ｅｘｘｏｎ时代层序地层学模式的多样化提供了重要素材。

图１　Ⅰ型和Ⅱ型层序体系域及时间位置对比Ｆｉｇ．１　Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｔｒａｃｔｓ　ｏｆ　ｔｙｐｅⅠａｎｄ　ｔｙｐｅⅡｓｅｑｕｅｎｃｅ，ａｎｄｔｈｅ　ｔｉｍｉｎｇ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓ根据相对海平面变化曲线定义Ⅰ型、Ⅱ型层序边界，并指定各种体系域边界位置［１０］。

ＨＳＴ．高位体系域；ＳＭＳＴ．陆架边缘体系域；ＴＳＴ．海侵体系域；ＬＳＴ．低位体系域；ＬＳＦ．低位扇；ＬＳＷ．低位楔。

面对后Ｅｘｘｏｎ时代多样化层序模式，受北美地层命名委员会（ＮＡＣＳＮ）的委托，Ｃａｔｕｎｅａｎｕ等［１２］对层序地层学标准化展开讨论，认为层序地层学应该朝着标准化的方向发展，但是他们并没有给出一个　第６期吴和源：层序地层学研究现状及进展：模式多样化标准化模式，并且认为“对现今层序地层学标准化为时过早”。

体系域的多样性、术语的复杂性、层序界面的多选性，为标准化增加了难度，因此，结合新认识，对各种层序模式进一步阐述，可能会为层序地层学标准化提供一些有利线索。

１　Ｒ－Ｔ层序模式：后Ｅｘｘｏｎ时代层序地层学模式多样化的开始 Ｇａｌｌｏｗａｙ［１３］基于墨西哥湾古近纪的综合性研究，提出由最大海泛面（“下超面”）为边界定义一种非常规的层序地层学规范，即Ｒ－Ｔ层序模式，拉开了成为层序地层学后Ｅｘｘｏｎ时代变化的开始。

Ｒ－Ｔ层序模式以一个综合的地层学界面为边界，记录了在海侵和随后的最大海泛期间陆架和陆坡上形成的相对饥饿的碎屑沉积。

该模式包含了三大要素：退覆部分、上超或海侵部分及反映最大海泛的边界界面（间断面［１４］），即ＨＳＴ＋ＬＳＴ＋ＴＳＴ（图２）。

在理想的Ｒ－Ｔ模式中，缺失海侵沉积，海侵记录可能仅涵盖一个经波浪改造后的海岸带不整合盖层沉积，因此，以最大海泛面作为层序边界的成因地层层序也符合“不整合面及其可以对比整合面所限定的沉积层序”的概念。

图２　后Ｅｘｘｏｎ时代主要层序模式体系域类型及边界对比Ｆｉｇ．２　Ｓｙｓｔｅｍ　ｔｒａｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｐｏｓｔ－Ｅｘｘｏｎ　ｔｉｍｅｓ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ　ｍｏｄｅｌｓ，ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｂｏｕｎｄａｒｙ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓＡ．可容纳空间；ＨＮＲ．高位正常海退；ＬＮＲ．低位正常海退；ＴＳ．海侵；ＦＲ．强迫型海退；ＬＰＷＳＴ．低位进积楔体系域；ＦＲＷＳＴ．强迫型海退楔体系域；ＦＳＳＴ．下降阶段体系域；ＲＳＴ．海退体系域；ＬＬＳＴ．晚期低位体系域；ＥＬＳＴ．早期低位体系域；①可对比整合面［１５］；②海侵面或最大海退面；③最大海泛面；④强迫型海退底面。

与反映盆地充填普遍海平面变化控制的Ｅｘｘｏｎ模式相比，Ｒ－Ｔ层序模式更加灵活地容纳了３个可变因素，即物源区、相对海平面变化及构造在层序形成中的重要作用。

其主要优点在于其单一的、容易识别的层序边界［１６］，然而却受到两方面的制约。

首先，Ｒ－Ｔ层序模式包括层序内的陆上不整合面，与“层序由成因上有联系的地层组成”这个普遍被接受的概念相冲突。

因此，Ｒ－Ｔ层序模式中陆上不整合面的存在承认这样的可能性：成因上不相关的地层可以一起归为相同“成因”组合。

其次，最大海泛面的形成时间取决于基准面变化和沉积的相互作用，因此这些面可能是穿时的［１７］。

２　Ｅｘｘｏｎ层序模式概念体系不协调的认识：后Ｅｘｘｏｎ时代的重大变化 层序地层学的后Ｅｘｘｏｎ时代存在各种层序模式及概念体系。

深究其最初的起因，都是对Ｅｘｘｏｎ层序模式概念体系不协调的认识，不一样的思考角度，造就多样化的层序模式，也成为后Ｅｘｘｏｎ时代的重要变化。

Ｐｏｓａｍｅｎｔｉｅｒ等［１８］针对Ｅｘｘｏｎ层序模式概念体系的不协调，建议使用基准面下降开始时的时间面作为Ｃ．Ｃ．（可对比整合面［１９］），将Ｅｘｘｏｎ层序模式Ⅰ型层序界面置于海平面下降的开始，即海平面变化的最高点，提出取消Ⅰ型和Ⅱ型层序之分，形成Ｅｘｘｏｎ沉积层序模式的三分定义：ＬＳＴ＋ＴＳＴ＋ＨＳＴ（图２）。

但如果考虑Ｈａｑ等［１１］所推出的中新生代全球海平面变化曲线、Ｅｍｅｒｙ等［２０］的三叠纪全球海平面变化曲线及Ｈａｌｌａｍ［２１］的侏罗纪全球海平面变化曲线时，Ｐｏｓａｍｅｎｔｉｅｒ等对Ｅｘｘｏｎ层序模式的修订反而将层序界面置于海平面变化的最高点［２２］。

概念体系的不协调不仅未能得到解决，反而变得更加明显。

但值得肯定的是该修改模式将海平面下降期的陆架沉积与同期的深水沉积在年代地层１６地质科技情报２０１１年　学上得到统一。

后Ｅｘｘｏｎ时代，层序地层学工作者提升了两个方面认识：第一，对层序内部地层的叠加形式所代表的独特沉积的成因类型（即“海侵”、“正常海退”、“强迫型海退”）取得了更加系统的认识；第二，区分出了沉积物供应速率大于沉积物容纳空间的增长速率产生的海退———“正常海退”，将其区别于由基准面下降或海平面下降产生的强迫型海退过程［１５，１７，２２］。

在此基础之上，涌现出大量新体系域概念。

Ｈｕｎｔ等［１５］在强调Ｅｘｘｏｎ层序模式概念体系存在不协调的同时，为了避免Ｅｘｘｏｎ科学家［２３］在时间上将海平面下降期的陆架沉积与同期的深水沉积分开，提出了第４种体系域类型———强迫型海退楔体系域（ＦＲＷＳＴ）。

定义ＦＲＷＳＴ为强迫型海退期基准面达到最低点之前的沉积。

ＦＲＷＳＴ上界为陆上不整合面或可对比整合面，下界为分隔老地层和进积高位体系域的“强迫型海退底面（ＢＳＦＲ）”（对应Ｐｏｓａ－ｍｅｎｔｉｅｒ等［１８］１９９２年的层序界面）。

他们提出将ＦＲＷＳＴ上界面作为层序界面，即将层序界面置于海平面变化的最低点，使任何海平面在最低点沉积的沉积物都置于层序边界之上，成为ＬＳＴ的一部分，从而形成体系域的四分方案，即除对应基准面上升期ＴＳＴ和ＨＳＴ外，还包括相对海平面下降期的ＦＲＷＳＴ和低水位期的低位进积楔体系域（ＬＰＷ－ＳＴ），其中ＦＲＷＳＴ和ＬＰＷＳＴ是Ｅｘｘｏｎ模式中ＬＳＴ的进一步细分［２４－２５］（图２）。

１９９５年Ｈｕｎｔ等［２６］提出用“强迫型海退体系域”（ＦＲＳＴ）替代ＦＲＷＳＴ［２７］，２０００年Ｐｌｉｎｔ等［２２］提出“下降阶段体系域（ＦＳＳＴ）”的概念，并用其取代ＦＲＳＴ，从而将体系域四分方案定格为：ＬＳＴ＋ＴＳＴ＋ＨＳＴ＋ＦＳＳＴ。

对比层序地层学中其他的模式，该四分方案很好地对应了完整基准面旋回中沉积趋势的变化（图２），新体系域类型的提出为解决Ｅｘｘ－ｏｎ层序模式概念体系的不协调提供了强有力的基础，虽然Ｈｕｎｔ和Ｔｕｃｋｅｒ的模式忽略了对高位正常海退和低位正常海退［２８］的定义及区别，但却去除了对早期模式中相对海平面低位期和下降期的无休止争论，层序地层学标准化出现了新的亮点。

两种方案，不同的体系域组合模式，都很好地诠释了后Ｅｘｘｏｎ时代多样化层序模式的原因，即不同的层序边界位置。

Ｅｘｘｏｎ概念体系不协调的认识使层序地层学向前迈进了一大步，Ｔ－Ｒ层序模式及一些新概念相继涌现。

３　Ｔ－Ｒ再现：对海侵－海退过程的系统总结 １９８５年，Ｊｏｈｎｓｏｎ等［２９］在研究欧美泥盆纪海平面变化时提出了“Ｔ－Ｒ旋回”的概念，且定义“Ｔ－Ｒ旋回”为一次加深事件开始与下一次加深事件开始之间沉积下来的岩层。

Ｒｏｓｓ等［３０］利用“Ｔ－Ｒ旋回”将世界各个稳定克拉通陆架区的石炭纪—二叠纪浅海沉积层序划分出约６０个海侵—海退过程，同时Ｅｍ－ｂｒｙ［３１］应用“Ｔ－Ｒ旋回”对加拿大极地地区Ｓｖｅｒｄｒｕｐ盆地进行了大量研究。

从Ｅｘｘｏｎ时代的相对海平面变化到后Ｅｘｘｏｎ时代的基准面变化，“Ｔ－Ｒ”隐匿了近１０ａ的漫长时期，直到“Ｔ－Ｒ层序”的出现。

Ｔ－Ｒ层序，即“海侵—海退层序”［３２－３３］，不同于早期的“Ｔ－Ｒ旋回”，完成了从岩相序列到层序模式的转换，是沉积层序和Ｒ－Ｔ层序的简化，提供了一种把地层组合成层序的方法。