1、现代地质学导论现代地质学导论韦重韬韦重韬 教授教授 博士生导师博士生导师中国矿业大学资源学院中国矿业大学资源学院现代地质学导论现代地层学简介 地质年代表 生物地层学 事件地层学 层序地层学 磁性地层学 同位素地层学 综合地层学 沉积相与沉积古地理 生物古地理 构造古地理现代地层学主现代地层学主要 研 究 领 域要 研 究 领 域1 世纪地质年代表展望;2 大地构造对地层层序的影响;3 南大西洋的演化;4 奥陶纪南美洲、劳伦古陆、阿瓦龙古陆和波罗的古陆之间古生物、地层和古地理的关系;5 古近纪事件及古近纪划分;6 二叠系国际标准划分:南乌拉尔山Cisuralian统、北美西南部Guadalu-p
2、ian统和华南Lopingian统;7 白垩系阶的界线;8 西冈瓦纳泥盆纪古地理与古气候;9 二叠纪与三叠纪转折期;10 白垩系与第三系界线。2000年8月在巴西里约热内卢召开的第31届国际地质大会上学术讨论的分组现代地质学导论现代地层学简介现代地质学导论现代地层学简介现代地质学导论现代地层学简介现代地质学导论现代地层学简介现代地质学导论现代地层学简介现代地质学导论现代地层学简介现代地质学导论现代地层学简介现代地质学导论现代地层学简介现代地质学导论现代地层学简介3.1 3.1 概念与发展概念与发展斯罗斯识别出发育在北美克拉通上的主要不整合界线层序，用印第安部落名称来命名。斯罗斯指出这些海进一海
3、退幕中的每一幕都随着克拉通东缘和西缘的造山活动阶段而交替出现。劳利斯罗斯识别出的北美显生宙克拉通层序及其与克拉通边缘带造山幕的关系(两条波浪线之间的竖线部分代表不整合。)现代地质学导论现代地层学简介地震地层学理论认为，地震反射界面代表的是等时的地层界面（以Vail的Exxon模式为代表），地震层序具有年代地层意义，因此，地震层序构造的地层格架是等时沉积单元的组合。另一个学派是Galloway的最大海泛面层序边界地震剖面图上层序的识别上：未加解释的剖面；下：经解释的地震剖面上的尖灭反射波，代表三个层序的界面3.1 3.1 概念与发展概念与发展现代地质学导论现代地层学简介 层序地层学是根据地震、钻
4、井和露头资料，结合伴生的沉积环节和岩相特征，对地层分布模式作出的综合解释。沉积层序指一个地层单元，它由一套整一的、连续的、成因上有联系的地层组合，其顶底以不整合面或与之可对比的整合面为界。层序地层学家们总结出一个不同级次的地层单元序列，在厚度上跨越许多数量级：毫米到千米：1 纹层(Lamina)5 准层序(Parasequence)2 纹层组(Lamina set)6 准层序组(Parasequence set)3 层(Bed)7 层序(Sequence)4 层组(Bed set)8 巨层序(Megasequence)3.1 3.1 概念与发展概念与发展现代地质学导论现代地层学简介层序的识别上
5、超：层序的底部逆原始倾斜面逐层终止。它表示在水域不断扩大的情况下逐层超覆的沉积现象。根据距离物源的远近，上超又可以分为近端上超和远端上超。靠近物源称为近端上超，远离物源称为远端上超。只有当盆地比较小而物源供应充分时，沉积物才可能越过凹陷中心而到达彼岸，形成远端上超。3.1.1 层序地层学的基本单元层序3.1 3.1 概念与发展概念与发展现代地质学导论现代地层学简介层序的识别下超：层序的底部顺原始倾斜面向下倾方向终止。下超表示一股携带沉积物的水流在一定方向的前积作用。上超与下超是地层与层序下部边界的关系，当地层受后期构造运动影响而改变原始地层产状时，上超与下超往往不易区分，可统称为“底超”。3.
6、1.1 层序地层学的基本单元层序3.1 3.1 概念与发展概念与发展现代地质学导论现代地层学简介层序的识别削蚀（削截、侵蚀）：层序的顶部反射终止，既可以是下伏倾斜地层的顶部界面与上覆水平地层间的反射终止，也可以是水平地层的顶部与上覆地层沉积初期侵蚀河床底面间的终止。它代表一种侵蚀作用，说明在下覆地层沉积之后，经过强烈的构造运动或强烈的切割侵蚀。3.1.1 层序地层学的基本单元层序3.1 3.1 概念与发展概念与发展现代地质学导论现代地层学简介层序的识别顶超：层序向其顶界面的超失，一系列低角度倾斜的地层依次终止于水平或更小倾角的顶界面。它通常以很小的角度，逐步收敛于上覆地层底面反射上。这种现象在
7、地质上代表一种时间不长的、与沉积作用差不多同时发生的过路冲蚀现象。顶超与削蚀的区别是它只出现在三角洲、扇三角洲沉积的顶积层发育地区。顶超和底超属地层与层序界面上的关系。3.1.1 层序地层学的基本单元层序3.1 3.1 概念与发展概念与发展现代地质学导论现代地层学简介不 整 合 面：把年轻地层与老地层分隔开来的一个侵蚀面或非沉积面，它代表一个有意义的时间间隔。不整合面及其类型3.1.1 层序地层学的基本单元层序3.1 3.1 概念与发展概念与发展现代地质学导论现代地层学简介a)理想的层序地质剖面图，表示一个不整合面横向上可变为整合面。b)理想的层序的年代地层剖面，层序的时间分布从一个地方到另一
8、个地方是可变的，但其变化范围在整合面所限制的范围之内。不整合面及其类型3.1.1 层序地层学的基本单元层序3.1 3.1 概念与发展概念与发展现代地质学导论现代地层学简介l型和2型不整合面及海平面升降的变化a)海平面高水位期的沉积 b-d)海平面快速下降导致海岸线退至陆架边缘楔状体之下，这时形成l型不整合 e-g)海平面慢速下降导致海岸线在陆架之上，这时形成2型不整合1型不整合以既有水上、又有水下侵蚀为特征，伴以海平面的快速下降；2型不整合(e-g)没有水下侵蚀，因为滨岸上超没有向陆架边缘的盆地方向移动，是由于海平面的慢速下降而产生。3.1.1 层序地层学的基本单元层序3.1 3.1 概念与发
9、展概念与发展不整合面及其类型现代地质学导论现代地层学简介l型和2型不整合面及海平面升降的变化a)海平面高水位期的沉积 b-d)海平面快速下降导致海岸线退至陆架边缘楔状体之下，这时形成l型不整合 e-g)海平面慢速下降以致海岸线在陆架之上，这时形成2型不整合1型不整合以既有水上、又有水下侵蚀为特征，伴以海平面的快速下降；2型不整合(e-g)没有水下侵蚀，因为滨岸上超没有向陆架边缘的盆地方向移动，是由于海平面的慢速下降而产生。3.1.1 层序地层学的基本单元层序3.1 3.1 概念与发展概念与发展不整合面及其类型现代地质学导论现代地层学简介下超面（DLS）出现在沉积层序之中。它也与海平面升降速率的
10、变化有关，在海平面上升速率减低时它们标志沉积物的进积作用(如海退)它们常与凝缩段(CS)(一个很薄的积沉层序，富含铁、磷，包括了很多的生物地层带或阶一级单元)共生。露头研究表明凝缩段形成于海平面上升速率比沉积速率大得多的时候；这就使沉积带向陆一侧移动，而向海方向沉积速率很低很低。不整合面及其类型3.1.1 层序地层学的层序地层学的基本单元基本单元层序层序不整合面及其类型3.1 3.1 概念与发展概念与发展现代地质学导论现代地层学简介上超面之上是滨海沉积或河流沉积，是海平面快速上升的结果不整合面及其类型3.1.1 层序地层学的基本单元层序3.1 3.1 概念与发展概念与发展现代地质学导论现代地层
11、学简介3.1.2 沉积体系域相联的沉积体系(如河流、三角洲、陆架等)中有一可预测的序列与海平面升降旋同的不同部分相对应。这些相联的沉积体系称为沉积体系域沉积体系域的种类：高水位体系域(Highsand systems tractsHST)低水位体系域(Lowstand systems tractsLST)海进体系域(Transgressive systems tractsTST)3.1 3.1 概念与发展概念与发展现代地质学导论现代地层学简介3.1.2 沉积体系域沉积体系域低水位体系域(LST)低水位体系域是在海平面缓慢下降，然后又开始缓慢上升阶段的沉积。在不同的盆地边缘发育不同的低水位体系域
12、。在有不连续的陆架边缘的盆地中，低水位体系域由不同时的上下两部分组成：下部为低水位扇或盆底扇；上部为低水位楔。盆底扇：是在低的斜坡和盆底沉积的以海底扇为特征的低水位体系域的一部分。扇的形成与峡谷侵蚀到斜坡和河谷下切至大陆架有关。硅质碎屑沉积物通过河谷和峡谷穿过斜坡和大陆架形成盆底扇。尽管盆底扇的出现远离峡谷口，或者峡谷口不明显，但是盆底扇可能形成于峡谷口。盆底扇的底面（与低水位体系域的底面一致）是型层序界面，扇顶则是下超面。3.1.2 沉积体系域3.1 3.1 概念与发展概念与发展现代地质学导论现代地层学简介3.1.2 沉积体系域沉积体系域低水位体系域(LST)斜坡扇：由浊积有堤水道和越岸沉积
13、物组成的扇状体，盖在盆底扇上且被上覆的低水位楔下超。低水位楔：由一个或多个进积小层序组组成的沉积楔。向海方向被陆架坡折限制，上超在先前形成的层序斜坡上。低位体系域形成于海平面快速上升之时，这时也导致相对海平面的快速上升。这时海泛淹没了大陆架，因此河流不再切入，很少的沉积物被搬运在陆架上，向海一侧的沉积带和凝缩段形成。当海平面上升速率再次缓慢下来时，将发育另一个高水位体系域。在下一次全球海平面变化旋回中体系域的序列可重复出现3.1.2 沉积体系域3.1 3.1 概念与发展概念与发展现代地质学导论现代地层学简介3.1.2 沉积体系域沉积体系域 海进位体系域(TST)海进体系域的下界面为海进面，下伏
14、体系域为LST等。海进体系域是海平面上升期间的沉积，因此它由一个至多个退积小层序组成。特点：1）在发育 l类层序界面的情况下，海进早期阶段的沉积局限于深切谷内，而且，LST沉积之后海平面仍在陆架之下，广大的陆架地区没有海进沉积。只有在海平面开始迅速上升之后，陆架才逐渐覆水并最终被淹没，沉积中心也逐渐向陆迁移，此时才有较为广泛的海进沉积。2）在发育2类层序界面的情况下，由于没有深切谷，而且陆架也未全部露出水面，因而海进一开始便有沉积的广阔空间，所以2 类层序中的海进体系域更为发育和广泛。3.1.2 沉积体系域3.1 3.1 概念与发展概念与发展现代地质学导论现代地层学简介高水位体系域(HST)相
15、对海平面上升速率逐渐变慢，沉积物的进积作用开始发生，出现海退，这标志着高水位体系域的开始。早期的体系域之后的进积作用可能导致一个下超面形成。这个体系域的顶部以河流相沉积为特征，这一体系域由下一个海平面下降产生的1型或2型不整合的尖灭而告终。3.1.2 沉积体系域3.1 3.1 概念与发展概念与发展现代地质学导论现代地层学简介高水位体系域(HST)高水位体系域是层序最上部的体系域，是海平面高位期的沉积。在海进体系域形成之后，海平面上升已非常缓慢，在其上升到最高水位这段时期内沉积的 HST，以加积小层序为特色，为早期 HST；此后，海平面开始缓慢下降，此阶段形成的 HST则以进积小层序为主，为晚期
16、 HST。HST内的小层序在向陆方向可上超在层序界面上，在向盆地方向则下超在海进体系域或低位体系域之上。3.1.2 沉积体系域3.1 3.1 概念与发展概念与发展现代地质学导论现代地层学简介3.1.2 沉积体系域3.1 3.1 概念与发展概念与发展海平面上升和下降期间发育的沉积地层模式层序的形成时间与全球海平面曲线相对应现代地质学导论现代地层学简介3.2 实例河北南部晚古生代煤系层序地层分析现代地质学导论现代地层学简介3.2 实例1)区域不整合面古构造运动形成的不整合面是一等时面。如中奥陶世石灰岩顶面作为一区域不整合面在全区普遍发育且易于识别对比，是很好的层序界面。2)磁极倒转面二叠纪和三叠纪
17、界线处的磁极倒转面。3)深切谷冲刷面区内一些大规模分布的砂岩可能代表低水位期的深切谷充填沉积，其底面也是一种侵蚀不整合面，可作为层序界面.如山西组底部的北岔沟砂岩、下石盒子组底部的骆驼脖子砂岩以及石千峰组底部平顶山砂岩等。其中石千峰组底部平顶山砂岩在南华北有证据表明是一区域性不整合面。这些砂岩底界面常为河道强烈下切作用形成的区域性冲刷面，其上下沉积环境、古生物组合、陆源碎屑成分及微量元素组成等一般都有明显变化。3.2.1 层序的识别现代地质学导论现代地层学简介3.2.1 层序的识别4)海侵方向的转换面研究区在太原组下部大青灰岩沉积之前，在同生构造控制下(北升南降)，南部地势变低，海侵方向由原来
18、的北东方向变为南东方向，这一界面已经通过区域古地理分析被识别出来，它代表着新的沉积事件的开始。5)煤层煤层的发育与海平面变化有密切关系，具等时意义。虽然泥炭堆积成煤可出现于海平面变化曲线的任何位置，但最厚的广泛展布的煤层则可能出现于最大海侵处或其附近。6)古土壤及根土岩煤层底板发育植物根的泥岩相当于现代潮湿气候下的淋余土(leached soil)和潜育土(clay)，是地表暴露的一个主要标志，代表一段时间的沉积间断，可作为准层序界面，其中与深切谷河道共生的古土壤层可作为层序界面。3.2 实例现代地质学导论现代地层学简介7)紫红色泥岩为干燥气候下出露的古土壤层，相当于现代的旱成土或变性土。本区
19、从下石盒子组顶部开始往上，紫红色泥岩比较发育，是河道间沉积的层序界面的较好标志，其中有些为层序界面有些则是准层序界面。8)海绵岩海绵岩的形成与海侵有关，本区上石盒子组第三段中所见的含海绵骨针硅质泥岩是较好的海侵标志层。通过钻孔两条实测剖面资料的分析，根据区域不整合面及局部角度不整合(风化壳)、根土岩的发育、缺失的生物带、海侵方向及沉积体系转换面、河流砂体的发育等辨认出7个层序界面：奥陶系灰岩顶部风化面、8号煤底板海侵方向转换面、山西组底部北岔沟砂岩底面、下石盒子组底部骆驼脖子砂岩底面、上石盒子组底部砂岩(桃花泥岩顶面)、石千峰组底部砂岩底面以及二叠系和三叠系界线处的磁极倒转面。这些层序界面将研
20、究区晚古生代地层划分为6个层序。3.2.1 层序的识别3.2 实例现代地质学导论现代地层学简介层序I包括本溪组及太原组8号煤底板以下，层序底界面为奥陶系灰岩顶部风化面，华北地台在经历了长时间的风化剥蚀后，进入整体沉降阶段，北部沉降幅度大,海水开始从北部侵入。南部处于海侵的末端，所以层序在河北省南部仅含3个准层序，在峰峰则只有明显的2个准层序稳定发育。海侵体系域由2个准层序组成，为泻湖相的粉砂岩、铝土质泥岩。高位体系域由1个准层序组成，发育泻湖潮坪相的泥岩、铝土质泥岩和砂岩、滨外碳酸盐陆棚相灰岩和薄煤层.下架灰岩代表了本层序的最大海泛面沉积。3.2.2 层序地 层格架3.2 实例现代地质学导论现
21、代地层学简介层序II包括太原组中上部，从8号煤底板到山西组底界。层序底界面为一海侵方向的转换面，海侵方向由北东变为南东。含5个准层序，岩性有煤层、灰岩、铝土质泥岩、粉砂岩和砂泥岩。其旋回结构为泥炭沼泽相向上演化为滨外碳酸盐陆棚相、障壁砂坝相及泻湖相，构成了若干个完整的次级海进-海退沉积序列，底部8号煤层及上覆大青灰岩代表当时的初始海泛带沉积,其底面为海侵面。考虑到大青灰岩和伏青灰岩在区内分布最广、最稳定，因此将伏青灰岩及下伏的煤层作为该层序中的最大海泛带沉积，煤层底面为最大海泛面，其下为海侵体系域沉积，其上为高位体系域沉积。3.2 实例3.2.2 层序地 层格架现代地质学导论现代地层学简介层序
22、III包括整个山西组，从底部北岔沟砂岩底界到下石盒子组底部骆驼脖子砂岩底界，本层序发育低位体系域、海侵体系域、高位体系域。北岔沟砂岩为河道下切充填可作为低位沉积，其上的一层薄煤层为初次海侵期沉积，该区2号煤层为该层序中最厚、分布最广的煤层,可作为最大海侵阶段的产物，其底面为最大海泛面，之上为高位体系域沉积。3.2.2 层序地 层格架3.2 实例现代地质学导论现代地层学简介层序IV包括下石盒子组，层序界面为下石盒子组底部的一套叠置的砂岩(相当于太原西山的骆驼脖子砂岩)的底面。这套叠置的砂岩相当于低位体系域，其上的大段细碎屑岩为海侵体系域沉积，上部的砂泥岩互层段属于高位体系域沉积。随着海水大面积向
23、南退缩，广大地区演变为上三角洲平原环境，分流河道与泛滥平原并存，峰峰一带处于南部，仍存在部分下三角洲平原相(分流间湾、泥炭沼泽)。层序内发育多个河流体系的完整旋回，在每一个旋回的顶部发育紫红色花斑状泥岩，代表了陆表的暴露阶段。顶部的桃花泥岩的顶面为该层序的顶界。3.2.2 层序地 层格架3.2 实例现代地质学导论现代地层学简介层序V发育于上石盒子组，底部为以河流沉积为主的深切谷充填沉积，中部为基准面抬升期的以相对较细粒的沉积为代表的海侵体系域沉积。上石盒子组沉积晚期，偶有海水从南侧涌入，发生短暂的海侵，并将正常的海相生物带入陆地，形成薄层含海绵骨针的硅质泥岩，代表本层序的最大海泛阶段沉积，海绵
24、骨针硅质岩底面为该层序中的最大海泛面，之上为高位体系域沉积。3.2.2 层序地 层格架3.2 实例现代地质学导论现代地层学简介层序V包括石千峰组,底部以叠置的厚层砂体为特征,代表低水位期的沉积,其上的厚层的泛滥盆地砂泥岩互层沉积代表基准面抬升期的沉积,属于水进体系域沉积.上部发育几层比较稳定的淡水灰岩或泥灰岩,为湖泊水面抬升到最高阶段的沉积,其底面代表该层序中的最大洪泛面,从淡水灰岩往上即是高位体系域的沉积。3.2.2 层序地 层格架3.2 实例现代地质学导论现代地层学简介1 地层学在地质年代表、生物地层学、事件地层学、层序地层学、磁性地层学、同位素地层学、综合地层学、沉积相与沉积古地理、生物古地理、构造古地理等方面继续拓展、完善2 层序地层学是上世纪地层学的重要进展3 层序地层学在理论上指导人们认识地层形成过程和盆地充填机制等过程，在实践中对煤田、油气等沉积矿产的勘探开发也具有很大的指导意义。
