近海沉积作用对全球变化的响应-第一讲.ppt

近海沉积作用对全球变化的响应现代近海沉积学研究的理论 方法与实践 之一 杨子赓 2004年12月 为海洋大学研究生讲课提纲 第一讲 现代近海沉积学研究的理论与方法问题 提纲1引论2层序地层学的理论与方法2 1层序地层学的理论基础2 2沉积相模式对海平面变化的响应2 3层序地层学的基本方法问题 近代沉积学与地层学发展的新动向 20世纪80年代层序地层学的出现适应了地球系统科学的发展与对全球变化的响应的要求 其发展进程对沉积学与地层学的变革产生了深刻的影响 层序地层学是20世纪70年代末至80年代提出来的 是在地震地层学理论基础上并紧密结合沉积学 生物地层学和地质年代方法 发展起来的一门新兴学科 层序地层学研究在近代地学领域中是具有里程碑意义的重大进展 是追踪对比全球沉积记录和全球古地理再造的重要研究途径 续前页 续前页 20世纪80年代初以P R Vail为首的埃克森 Exxon 研究组发表了一系列论文 对层序地层学的概念作了精辟的分析 1988年SEPM特刊由Wilgus C K 主编的 海平面变化 一种解释方法 Wilgu C K etaledis Sea LevelChanges AnIntergradedapproach SEPM SpecialPubl No 42 集中刊登了这方面的论文 代表了层序地层学的诞生 它是一门从应用地质学发展成为理论地质学的典范 2 1层序地层学的理论基础 层序地层学的理论基础 地质学家普遍见到的旋回性沉积作用基本上或完全受全球海平面升降变化的控制 层序地层学是研究在不同海平面升降旋回阶段中的成因上互有联系的沉积地层的层序 Haq等 1988 盆地充填乃是构造下沉 相对海平面变化与沉积物供应的函数 层序地层学的基本观点Sangree Vail 地层单元的几何形态和岩性受四大参数的控制 1 构造沉降速度控制了沉积盆地的沉积空间 2 海平面升降速度控制了沉积地层及其岩相模式 3 沉积物供给速度控制了沉积物对盆地的充填和古水深 这三个参数控制了沉积盆地的几何形态 2 3称为沉积物的可容空间系数 即沉积物充填到受海平面控制高度为止的盆地可容纳多少沉积物 4 气候控制了沉积物类型 什么是 层序 层序地层的基本单元是 层序 Sequence 而不是 层 Bed 或岩石地层单元中的 组 Formation 它是一个相对整合的成因上有联系的地层序列 地层序列的顶底以不整合面或其相关的整合面为界 Vail P R 1977 不整合与层序界面图 层序界面是确认年代格架和建立等时层序对比的关键界面 层序界面 SB 是指层序与层序之间的不整合面及相关的整合面 是由于海平面下降形成的 它可通过不整合沿倾斜方向的变化追踪到相关的整合面并获得沉积层序的年代 层序界面与不整合面 形成层序边界不整合的主导因素是全球海平面下降 但边界不整合的类型却是海平面下降和盆地构造沉降二者相互制约的函数 其结果形成两种不同的层序边界类型 海平面下降速率大于盆地沉降速率形成类型 层序边界不整合 海平面下降速率小于盆地沉降速率形成类型 层序边界不整合 层序边界类型 按Vail P R A 类型1界面及相关沉积相B 类型2界面及相关沉积相 体系域 Systemtract 沉积体系是岩相的三维组合 而体系域是有内在联系的同时的沉积体系的组合 Brown Fisher 1977 体系域是根据层序界面类型及其在层序中的位置客观地确定的 每一个体系域都与海平面升降曲线中一个特定的曲线段相关 每个层序类型中都划分了三种体系域 类型 层序中分为低位体系域 海进体系域和高位体系域 类型 层序中分为陆架边缘体系域 海进体系域和高位体系域 体系域示意图 准层序与准层序组 准层序 parasequence 与准层序组 parasequencesets 是层序的基础结构单元 准层序是成因相关的层或层组的相对整合序列 当海平面周期升降旋回出现升降速率的突然变化 变慢或变快 时 它所形成的沉积单元称为准层序旋回 准层序 Vail Mitchum Thompson 1977 准层序组则是与成因相关的但叠置方式不同的准层序系列 准层序叠覆类型 进积准层序表现为沉积层的超覆退积准层序表现为沉积层的退覆加积准层序表现为沉积层的整合 年代地层单元与层序地层单元对比据Haq等 1988 作为年代地层 阶 的界线与层序界面并不一致 而是略高于或略低于层序界面 这是常以海进面作为阶的界线之故 同一个层序内有两个重要的海进面 即低位体系域和海进体系域之间的海进面 第一次海泛面 和海进体系域与高位体系域之间的海进面 最大海泛面 前者高于层序底界面 后者低于层序顶界面 全新世 3 9 3 8 上 皮亚森兹阶 3 7 上 托尔通阶 TB3 3 1 2 6 1 5 中 新 统 下 阿启坦阶 1 4 1 3 1 2 上 下特阶 TEJASB TB TB1 1 1 4 5 渐 新 统 下 1 65 3 5 5 2 6 3 10 2 15 2 16 2 20 0 25 2 30 36 晚 显 生 宇 TEJAS T TEJASA 4 4 0 8 I 1 6 I 2 4 I 3 0 I 3 8 I 4 2 5 5 I 6 3 I 8 2 10 5 I 12 5 I 13 8 I 15 5 I 16 5 I 17 5 21 I 22 25 5 I 26 5 I 28 4 I 30 I 33 36 I 鲁培尔阶 标准年代地层学 层序年代地层学 一 级 二 级 统 阶 巨旋回组 巨旋回 超旋回 三级 旋回 层序界面年代 百万年 3 10 全新世 更新世 渐新世以来年代地层单元与层序地层单元对比表 据Haq等 1988 TA4 梅辛阶 超旋回组 冰川性海平面变化旋回与第四纪层序 全球海平面升降旋回除了全球大陆海泛旋回之外则是由气候旋回引起的水容积变化形成周期性的海平面升降旋回 在地层学上则表现为沉积层序旋回和沉积体系域旋回 形成层序组合 层序 体系域及大多数准层序 其时间尺度为10 103ka 并可进一步划分为若干旋回等级 边缘海第四纪沉积层是研究这种尺度旋回的最佳选区 V28 238岩心的氧同位素变化曲线示全球冰川性海平面变化旋回及第四纪层序划分 2 2沉积相模式对海平面变化的响应 低水位过程 低位体系域 低位体系域 lowstandsystemtract LST 形成于陆架坡折以下 大陆坡边缘 具有以下沉积体系和沉积相 盆底扇 斜坡扇 浊积扇 谷成堤 低位三角洲 三角洲平原 三角洲前缘 低位进积 三角洲 楔状体 海底峡谷及深切谷充填 大陆坡滑塌块体 低位体系域 盆底扇 斜坡扇 低位进积楔状体及低位三角洲 示相对海平面变化与低位体系域的盆底扇 斜坡扇 叠瓦状盆底浊积扇 低位进积楔状体 低位三角洲 峡谷充填沉积及滑塌块体等沉积体系的空间关系 陆架海侵过程 海侵体系域 1 是层序地层的中间体系域 是海平面上升向最大值增加阶段的产物 随着海平面快速上升 盆地可容空间增加率大大超过了沉积速率 海水沿斜坡面上超并淹没陆架 沉积物沉积在经海进侵蚀改造了的老的陆架表面上 以一个或多个阶状后退和退积准层序组为特征 海进体系域底界在陆架坡折线以外是低位体系域或陆架边缘体系域顶部的海进面 TS 在陆架坡折线向陆方向海进体系域的准层序上超在层序界面 海进侵蚀面 上 海进体系域的顶面是下超面 下超面也是海泛面 上覆高位体系域 海侵体系域 2 海侵体系域 transgrassivesystemtract TST 形成于陆架坡折以上部分 其上 下界限分别是最大海泛面 MFS 和海侵面 TS 它包括以下沉积体系及沉积相 海进侵蚀面 transgrassivesurface TS 及海侵边界层 marinetransgrassivebandybed 下部滨岸沉积 陆架砂 潮流沙脊体系 陆架泥 最大海泛面 maximumfloodingsurfer MFS 与漩涡泥 海侵边界层 1 覆盖在末次冰期陆相层或侵蚀面上的薄层粗碎屑沉积物 是海侵体系域的最底部层位 包括滞留沉积 海侵初期的海侵砂和侵蚀面上遭受海洋动力改造的沉积物混合体 它与海侵面相伴生 随着陆架海侵从外陆架向内陆架延伸 为一时侵层 在剖面上是极薄的下垫夹层 当陆架大面积区域缺乏后期沉积物覆盖时 它暴露于海底遭受侵蚀成为现代海底沉积物的源区 第2物源区 其岩性主要是砂 粉砂 粘土 也有部分是砂或粉砂 含近岸浅水的生物壳体及生物壳体碎片 海侵边界层 2 最大海泛面与凝缩层 该面标志着从退积准层序组向进积准层序组的改变 是整个层序中的最大海泛面 maximunfloodingsuface MFS 在最大海泛面附近 向盆地方向则以凝缩层 或称饥饿层 凝缩剖面condensedsection CS 的发育为特征 凝缩层是很薄的海相地层单位 以极低的沉积速率为特征 底界界面是最大海泛面 发育了沉积小间断和丰富的生物潜穴 下伏较浅水沉积物 紧接其上是较深水沉积物 凝缩层虽薄但连续性较好 富含生物化石和海洋自生矿物 有机质丰富 是识别最大海泛面的重要标志 向滨岸方向则与滨岸带不整合混淆一起 海退过程 高位体系域 高位体系域 Highstandsystemtract HST 位于层序的最上部 形成于海平面变化旋回的上升拐点至下降拐点之间 其底部界线是凝缩层的顶面 在此面上形成下超面 下超在海进体系域之上 体系域的顶界就是上部层序界面不整合 海退作用使沉积物由原来的滨岸海进积沉积转变为滨岸海退沉积 形成进积准层序叠置类型 包括以下沉积相 进积三角洲前缘 滨岸带体系潮坪 障壁 海湾 沿海平原 河流相沉积 陆架区第四纪沉积对海进 海退进程的响应 每一个海进 海退旋回都形成两个方向相反的沉积楔状体 海进形成向陆的楔状体 海退形成向海的楔状体 海进半旋回形成退积准层序 并造成沉积相带的向陆迁移 海退半旋回则形成进积准层序 并造成沉积相带的向海迁移 由于海平面波动性的升降 可形成若干超覆或退覆接触准层序或准层序组 第四纪海进旋回的沉积相模式响应 2 3层序地层学的基本方法 地震地层学方法 地震地层学方法在于识别并划分各种地震界面 在一个层序中最重要的界面是 下海进侵蚀面 Sq1 上海进侵蚀面 Sq2 最大海泛面 mfs 两项是确定层序界面的主要依据 项是确定体系域界限的根据 地震地层学方法在还于辅助识别各种沉积相 理想化地震地层层序的接触关系 地震相单元内部结构 钻探岩心及柱状岩心 钻探岩心及柱状岩心是综合地质研究的载体 地质学 岩石地层学 环境及气候地层学 生物地层学等的研究和地质测年乃是层序地层研究的最重要手段 ODP为此做出了卓有成效