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Scorpio&Aries
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清晨一叶浮舟

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1 层序地层学的产生与发展层序作为一种以不整合面为边界的地层单位早在1948年由Sloss在“Sedimentary Facies in Geological History"的专题讨论会上就提了出来。Wheeler对保存在地层层序中的时间关系进行了研究。Sloss和Wheeler在20世纪40和50年代提出了以区域性不整合为界的沉积幕概念。Siclen在1958年提出了一个大陆边缘相对于海平面变化和沉积物供应变化的地层响应图。Kansas地质勘察学会召集的一个关于旋回沉积的重要讨论会,这一会议是这一研究领域的重要里程碑。1963年Sloss在北美克拉通晚前寒武纪至全新世地层之间,以区域不整合为界划分出六大地层单位,称这些地层为“层序”。Sloss的观点在20世纪50年代、60年代以及70年代前仅为极少数人所接受。在20世纪60年代和70年代早—中期,一些学者开展了全球地层对比、全球性海平面变化和在海平面波动条件下形成的地层单元的几何形态研究。1958年Wheeler引入了年代地层图;1963年Hallam首次讨论了全球海平面变化可能是对大洋扩张中心体积变化的响应的思想;1964年Curray首先认识到海平面和沉积物供应之间的关系;1974年Frazier把密西西比三角洲序列划分为退积、加积和前积相,并讨论了自旋回和全球冰川、海面变化对沉积的控制作用。直到20世纪70年代高质量的地震反射资料的出现以及解释技术的发展,真正意义的“层序”概念才被广泛的重视。在20世纪60~70年代的10多年的时间里,Vail和他的同事们研究地震反射资料,形成地震地层学。Vail和他领导的小组推出了著名的全球旋回图以及随后的几个经修改的版本。Vail等将“层序”概念定义为“一套相对整合的、成因上有联系的地层序列。其顶和底以不整合或与这些不整合可以对比的整合为界。”其次,提出了海平面升降作用作为层序演化机理的主导因素,为层序地层学的产生奠定了基础。应用地震地层学理论和盆地范围内的地震资料,虽然初步解决了层序形成问题,但是对层序内部地层的彼此关系并未完全解决。随着研究工作的深入,Vail等人使用了更多的露头、测井资料,进一步完善了原有的理论和概念。1987年Vail及Wagoner在AAPG上发表的论文中首次明确使用了“层序地层学”这一新概念。在层序概念的基础上将每个层序内部,依照海平面的下降、上升,划分为三个体系域。同时把每个体系域内部进一步划分出次一级的单位——准层序;并提出了被动大陆边缘典型层序的沉积和地层分布模式以及一系列有关的新的概念和术语。从而确立了层序内部地层的分布规律及成因联系,为地层划分提出了一个重要的手段和依据。1988年,C·K·威尔格斯等主编的SEPM第42号特刊,标志着一门新的学科——层序地层学诞生了。之后有关层序地层学的论文数量大增,进入了层序地层学的发展阶段。20世纪90年代,层序地层学发展迅速,相继出现了许多分支,如成岩层序地层学、构造层序地层学、高分辨率层序地层学、陆相层序地层学、碳酸盐岩层序地层学等等。这些分支的出现,不断丰富和发展了层序地层学理论和应用领域。目前,层序地层学的发展方兴未艾。2 含油气系统的产生与发展“含油气系统”概念的形成与石油地质学发展和勘探技术的进步密切相关。随着油气勘探技术不断进步,石油地质学理论不断完善和发展,应运而生的出现了“含油气系统”概念。“含油气系统”概念最初是由Dow于1972年在丹佛举办的 AAPG年会上提出的。当时主要是为预测威利斯顿盆地三种主要类型石油分布而研究“石油-源岩对比”。该研究虽然只涉及油源对比,但提出了“系统”一词。随后主要经历了“含油气系统”(Perrodon,1984)、“生油盆地”(Demaison,1984)、“油气机器”(由 Meissner 1984 提出)、“独立含油气系统”(Ulmishek,1986)、“含油气系统”(Magoon,1988)等几个发展阶段。俄国石油地质学者近50年来在油气藏形成分布研究中有В·R·阿弗那塞夫、И·О布罗德、A·A·巴基洛夫、A·Э·康得洛维契、H·A·耶廖明柯等,先后从哲学、系统学、逻辑学和自然科学方面论述了“系统”概念。1996年H·A·耶廖明柯(俄)在出版的《油气地质》一书中,把研究自然界中“系统”概念追溯到十八世纪达尔文的论述,即掌握研究自然直观系统的方法才能取得自然科学知识。俄国学者的论述并没有与石油勘探中的应用有效地联系起来。中国石油地质学家从不同角度提出了一些类似含油气系统的术语和概念,如20世纪50~60年代提出的生储盖及其组合(静态因素)、运移聚集及圈闭的形成(动态因素)。20世纪60~70年代胡见义1963年提出的“有利生油区控制油气藏分布”;胡朝元1963年、1982年提出成油系统和源控论;朱夏1986年提出各项地质因素之间“有着紧密的联系,不能孤立对待,必须在油气系统整体的区划单元中予以考虑”;胡见义等1987年提出“陆相盆地生油中心控制油气富集系统”;油气富集由二级构造带控制(如松辽盆地)和复式油气聚集区带控制(渤海湾、苏北盆地等),即同一个成熟生油岩系,相同的区域盖层封盖,不同类型储层和圈闭,有机的、近似的运移聚集过程的油气聚集单元(提出和完善这一概念的有翟光明、李德生、胡见义等,1978~1991)。这些提法均强调各项必要因素的匹配关系。不同沉积盆地的油气分布规律更是大量出现在各种文献上。研究油气在不同级别地质单元的分布特征,都属于这一单元内油气藏形成地质要素及其相互关系的综合研究。在这个领域中国石油地质学界的研究是相当活跃的,这是与油气勘探及其进展密不可分的。1988~1989年美国联邦地质局(USGS)出版了《美国的含油气系统》与《含油气系统——研究现状与方法》,1991年AAPG76届年会Magoon和Dow主持了“含油气系统——从源岩到圈闭”的专题讨论会。经过20年含油气系统终从源岩走到了圈闭。1994年Magoon和Dow主编出版了《含油气系统——从烃源岩到圈闭》一书。该书的出版可以说是含油气系统研究过程中的一个里程碑。它标志着含油气系统研究已日趋成熟。该书在综合和精炼前人有关含油气系统概念的基础上认为含油气系统是一个天然的系统,它包括一套呈扁豆状的有效源岩和所有已形成的油气藏,并包括油气藏形成时不可少的一切地质要素和作用。近年来,含油气系统作为一种新的研究思路,正在不断地受到重视,成为西方油气地质研究工作中的一个热点。我国近年来也掀起了含油气系统的研究热潮,中国石油股份有限公司还专门设立了“九五”含油气系统科技攻关项目。1996年11月,中国石油学会组织的“中国含油气系统及其在油气勘探中的应用”学术研讨会,会议针对中国的陆相沉积盆地的特点全面讨论了含油气系统的概念内涵、应用范围、研究内容和描述方法,尤其在含油气系统的分类、划分、研究内容和描述方法上有很多创新,初步形成了适合中国陆相沉积盆地的含油气系统概念和方法。
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Chris大王

1 层序成因动力学概念起源层序成因动力学(Sequence genetic dynamics)思想最先由Krapez等(1996,1997)首次提出。在《Sstratigraphic concepts applied to the identification of depositional basins and global tectonic cycles》(层序地层概念在沉积盆地和全球构造旋回识别中的应用)(Australian Journal of Earth Sciences,1996,43(3),1997,44(1))连载论著中,Krapez等(1996,1997)提出了有关层序成因动力学的几个重要的理念和概念:一是层序界面成因级别划分的思想和依据;二是层序地层与构造旋回之间的成因关系;三是层序地层与沉积盆地之间的内在联系。这三方面思想构成了Krapez等(1997)的层序成因动力学的基石。几乎与此同时,国内首席科学家王鸿祯等(1998)在期刊“现代地质”中,发表了论文《沉积层序及海平面旋回的分类级别》,提出了层序的级别划分及其成因和意义;许效松等(1997a,1997b)在其论著《上扬子西缘二叠—三叠纪层序地层与盆山转换耦合》和《中国西部大型盆地分析及地球动力学》中,从界面成因及其与沉积盆地的关系,提出了层序界面的成因划分方案。李思田等(1997)强调了层序界面在沉积盆地动力学研究中的意义。所有这些成果,为层序成因动力学概念的形成和发展奠定了重要基础,并基本确立了层序成因动力学初始的理论体系。此后,随着研究的不断深入,有关层序成因动力学方面的论著不断涌现。代表论著主要有:覃建雄等(2000)、陈洪德等(2000)、Friedman等(2000)、Smith(2001)、Bedir(2001)、覃建雄等(2001)、覃建雄等(2003)。上述相关成果的发表,从某种程度上讲,推动了层序成因动力学理论的发展。2 层序成因动力学发展1 层序地层学发展简史作为地质学前沿的层序地层学,经历了约50年的发展历程,至今已成为地质学界的热门课题之一。层序地层学的演进大致可分为如下3个阶段。(1)概念萌芽阶段(1949~1976年)可追溯到20世纪40年代末,当时Sloss等(1949)提出了层序作为一种以不整合面为边界的地层单元,并在地层分析中首先使用了地层层序的概念,认为“层序是比群和超群更高一级的岩石地层单位”,而没有现代层序地层学的寓意。此后,Sloss等(1952,1963)首次将地层层序概念应用于北美克拉通盆地的分析中,并识别出6个以区域不整合分隔的大型海进-海退型沉积层序——超层序,这些超层序随北美克拉通边缘的造山活动交替出现。此后,Sloss及其工作组一直沿用地层层序作为其实际工作的实用地层单位,从而大大丰富了地层层序的内容。然而,Sloss等提出的地层层序的观点在20世纪70年代晚期以前,仅为少数人所接受。(2)概念模型发展阶段(1977~1987年)亦即从地震地层学向层序地层学的转化阶段。该阶段以PRVail、RMMitchan及SThompason等(1977)的地层地质学理论在AAPG第26届专题报告——《地震地层学:在油气勘探中的应用》的出版为标志。该书提出了海平面升降的概念,以及由地震反射数据记录的以不整合面为边界的地层型式。RMMitchan等(1978)阐明并拓展了层序的概念,把它定义为“有内在联系的相对整合的地层层序组成的地层单位,其顶、底界面为不整合面或与之对应的整合面”,并对层序地层学的基本概念、定义和关键性术语首次作了明确、系统的说明。从此,层序地层学概念应运而生。20世纪80年代是层序地层学迅猛发展的时期,这主要得益于当时层序概念广泛应用于露头及井下资料。以Vail等为首的Exxon研究集体,在层序地层学理论的指导下,进行了大量实际工作,发表了许多研究成果(Vail,1981,1984,1987,1988;Elderfield,1982,1984;Miall,1984,1987;Meyer et ,1984;Aigner,1984,1986;Breett,1985,1988;Mullins et ,1985,1987;Neumann,1985,1988;Fekete et ,1985,1988;James,1986,1988;Serro,1986,1987;Van Wagnner et ,1986,1988;Posamenter et ,1986,1987,1989,1990;Read,1987,1988),从而为层序地层学的发展奠定了重要基础。PRVail等(1984)的层序地层学理论源于Sloss等(1962,1963)的地层层序思想,但它与Sloss等的克拉通地层层序相比具有质的飞跃,主要表现在两个方面。首先,PR Vail等(1984)的沉积层序所包括的时限更短,它们把Sloss等(1963)的超层序进行了重要的级次划分,进而提出了三级层序的概念。其次,提出了海平面升降作为层序演化机理的主导因素,介绍了在地震剖面上识别层序的方法,以及层序发育与全球海平面升降变化的关系。(3)综合发展阶段(1988~现今)20世纪80年代末,层序地层学理论发生了划时代的变化,这离不开两次重要的国际性学术会议,一是1988年在法国迪涅召开的全球沉积地质会议,首次将“层序地层学和全球海平面变化”纳入“全球沉积地质计划”(GSGP);二是1991年在加拿大Banff召开的NUNA会议,正式明确提出层序地层学研究的目的、任务、体系和程序,并作了相应的组织、部署和规划。标志性论著主要有:1988年美国经济古生物学家和矿物学家协会第42号特别文集出版的《海平面变化:一个综合的应用方法》(Wilgius et ,1988)、JCWagoner(1988)主编的《层序地层学》特刊、PR Vail和JBSangree(1989)主编的《层序地层学工作手册》和《层序地层学基础》、Wilgius等(1990)编著的《层序地层学原理:海平面变化综合分析》、JBSangree等(1991)的《应用层序地层学》、Ensele等(1991)的《地层旋回和事件》、Macdonald(1991)主编的《活动大陆边缘的沉积作用、构造运动和全球海平面变化》、PWeimer(1992)的《层序地层学研究方法及应用》、Exxon公司(1992)的《测井、岩心和露头资料的硅质碎屑岩层序地层学》等,他们以全球海平面变化为主导因素,系统、全面地阐述了层序地层学的基本原理、关键术语、定义、解释程序和工作步骤。同时,利用层序地层、磁性地层、年代地层、生物地层和同位素地层等大量资料,编制了中生代以来的年代地层和海平面旋回曲线图,厘定了不整合面、海平面变化的概念,并强调地震、测井和露头的综合研究,是识别海平面变化的重要手段。这些著作的问世,激发了那些不大相信层序地层学可作为全球沉积对比手段的科学工作者对此作出新的诠释,并掀起了层序地层学的研究热潮。与初期的层序地层学概念相比,以全球海平面变化作为理论基础的层序地层学理论具有两个大进步:一是深入、详尽的使用了地震、测井、岩心和地面露头等资料;二是它所总结的沉积模式具有三维时空的立体概念。从此,层序地层学已从理论上有争议的模型演化成为一种在实践上可采纳的方法。从此,宣告了层序地层学进入了综合化的发展阶段。进入90年代,层序地层学理论研究和实践焦点已从海相盆地转移到陆相盆地,并成为层序地层学目前发展的一个重要方面。1991年,在加拿大Banff举行的NUNA会议上,专门成立了陆相层序地层学工作组(DALeckie和HWPosamentier任组长),KWShanley等(1993)撰文总结了该工作组的研究成果,提出了高分辨率层序地层学的概念,认为层序地层学原理和概念能应用到陆相地层中。1994年,TACross在西北欧层序地层学会议上作了《High resolution stratigraphic correlation from the perspective of base-level cycles and sediment accommodation》的报告后,高分辨率层序地层学才真正具有自身的理论内涵。尤其是DGQuirk(1996)的《High Resolution Sequence Stratigraphy:Innovations and Applications》和TACross等(1998)的《Sequence stratigraphy Concepts and Applications》等著作的问世,不仅拓展了层序地层学的研究范围,而且丰富完善了层序地层学的理论体系,使层序地层学向高精度化、定量化迈出了重要一步。我国对层序地层学研究始于80年代中后期,徐怀大(1986,1987,1989)、魏家庸(1989)、李思田(1987,1989,1991)、王鸿祯(1988,1991)、刘宝珺(1989,1991,1993)、曾允孚等(1990,1993)、许效松等(1995,1996,1997)、邓宏文(1995)等,在石油、区调、煤田和盆地分析方面,都引用这一理论并作了许多开拓性的工作。尤其是在1992年底,国家科委正式批准了以我国首席科学家王鸿祯教授为首的、以层序地层及海平面变化为主要研究内容的国家基础性重大研究课题,将中国层序地层学研究引向了深入。此后,有关层序地层学论文、专著和教材如雨后春笋般不断涌现。主要代表是王鸿祯等(2001)的专著《中国层序地层学研究》,从此掀开了中国层序地层学研究和发展的新篇章。2 层序地层学研究新进展上述表明,层序地层学具有如下特点:①充分详尽地利用了传统地层的新老资料,为地震地层学、测井地层学、生物地层学、露头地层学找到了发展方向;②消除了地层学中长期存在的年代地层学与岩石地层学及生物地层学单位的3种命名的混乱现象;③首次提出了全球统一的成因地层的划分方案;④强调了成因地层的三维构型,提高了地质学家的预测能力;⑤建立了新的地层分布模式。正是这些优点使得层序地层学具有强大的生命力,并得以飞速发展。层序地层学的研究现状及进展主要表现在:1)新概念、新理论的提出和发展。90年代以来,层序地层学理论取得了飞速发展,主要表现在:层序生物地层学(Brakenridge et ,1992)、成岩层序地层学(Gingsburgee et ,1992)、高频层序地层学(Posamentier et ,1992)、应用层序地层学(Miall et ,1995)、模拟层序地层学(Chris Paola et ,1992)、定量层序地层学(Watney et ,1992)、勘查层序地层学(Miall et ,1992)、陆相层序地层学(Shanley,1989)、高分辨率层序地层学(Posamentier,1992)、层序充填动力学(Krapez et ,1996)和层序成因动力学(Krapez et ,1997)等理论的提出和发展。2)研究背景和年代范围的不断扩大。随着层序地层学研究的不断深入,层序地层研究的地质背景逐渐扩大、年代范围不断拓展。在地质背景方面,层序地层学不仅成功地应用于被动边缘、活动边缘、裂谷体系、前陆盆地、海湾、火山岛弧、海沟、前渊、洋盆和各种造山盆地,以及河流、湖泊、沼泽、冰川等各种成因盆地背景中,而且还引入到克拉通潮缘、台内、台地边缘、斜坡、盆地、生物礁等不同相区、相带、亚相甚至微相环境中。在地层年代方面,层序地层学研究早已超越了早期的中新生代地层范畴,并被应用于现代沉积环境的解释和对比(Doyder,1995)、元古代盆地的分析和研究(Meger et ,1996)中,这无疑对层序地层学研究注入了新的活力。3)研究方法的不断丰富和改进。早期的层序地层学研究方法主要集中在传统的地震地层学、钻井地层学以及露头地层学3个方面。由于研究对象的复杂化、研究范围的不断拓展,一些新的研究方法和手段正被引入到层序地层学研究中。归纳起来主要有:①多重地层学和综合地层学方法(Moutanri等,1990);②生态学及埋藏学方法(Moutanri et ,1991);③高分辨率事件地层学方法(Kauffman,1991);④测井资料系统分析法(Bound et ,1994);⑤高分辨率地球化学方法(Sangree et ,1994);⑥高精度年龄测定方法,如TIMS铀体系年龄法、K-Ar年龄法等。这些方法的引入进一步充实和完善了层序地层学的理论体系。4)在油气勘探中应用的不断精细化和定量化。早期层序地层学应用于进行油气勘探,具有盆地规模和宏观的特点。随着陆相层序地层学和高分辨率层序地层学概念的提出,层序地层学在油气勘探中的应用从盆地级别精细到了储层规模,将层和体系域进一步划分为更次一级的可用以详细填图、精细对比和沉积环境解释的成因单元,从而提高了盆地生储盖预测和对比的精度,使油气勘探的精细化和定量化成为可能。5)理论研究向层序成因动力学方向不断深化。传统上,层序地层学研究的创新主要从“分级式”、“地区式”两方面获得,“分级式”研究主要强调层序层位的不同和层序等级的划分,“地区式”研究主要强调地区的不同和盆地性质的差异,所有这些研究可以归属于“描述性”研究。随着研究的不断深入,层序地层学研究转向了“成因背景性”研究,一个明显的趋势是通过层序地层本身的研究,探讨层序地层与沉积盆地、层序地层与板块构造的内在联系,即层序地层的成因背景和动态过程的研究,亦即层序成因动力学(Krapez et ,1997)的研究。从此意义上讲,强调盆地与层序成因关系的层序地层学研究更为科学而实用。因此,在将层序地层作为沉积盆地分析手段和方法进行研究时,有必要从沉积盆地动力学和层序充填动力学角度出发,综合分析层序的性质、成因及发育的控制因素,系统研究层序与盆地及构造之间的内在联系。事实上,也只有与沉积盆地成因及构造属性结合起来的层序地层学,亦即层序成因动力学研究才更客观和科学,才更具生命力和发展潜力。3 层序地层学的重要发展方向之一——层序成因动力学的提出和发展前述表明,层序地层学研究今后可能的发展方向包括层序生物地层学、成岩层序地层学、高频层序地层学、应用层序地层学、模拟层序地层学、定量层序地层学、勘查层序地层学、高分辨率层序地层学和层序成因动力学等。其中,层序成因动力学是层序地层学发展的最重要方向之一。层序成因动力学(Sequence genetic dynamics)系由Krapez等(1997)首次提出。在澳大利亚著名期刊Australian Journal of Earth Sciences中,Krapez等(1997)发表了连载论文《Sequence-strati-graphic concepts applied to the identification of depositional basins and global tectonic cycles》 (Australian Journal of Earth Sciences,1997,44(1))和《Sequence-stratigraphic concepts applied to the identification of basin filling rhythms in Precambrian successions》(Australian Journal of Earth Sciences,1996,43(3)),论著中Krapez等(1997)提出了有关层序成因动力学的几个重要的思想和概念:一是层序界面成因级别划分的思想和依据;二是层序地层与构造旋回之间的成因关系;三是层序地层与沉积盆地之间的内在联系。这3个方面构成了Krapez等(1997)的层序成因动力学的基石。几乎与此同时,国内首席科学家王鸿祯等(1997)在期刊“现代地质”中,发表了论文《层序地层级别类型及意义》,提出了层序的级别划分及其成因和意义;许效松等在其论著《上扬子二叠—三叠纪层序地层与盆山转换耦合》(1997a)和《中国西部大型盆地分析及地球动力学》(1997b)中,从界面成因及其与沉积盆地的关系,提出了层序界面的成因划分方案。李思田等(1997)强调了层序界面在沉积盆地动力学研究中的意义,所有取得的这些成果,从某种程度上讲,基本确立了层序成因动力学初始的理论体系。此后,随着研究的不断深入,有关层序成因地层学方面的论著不断涌现。代表论著主要有:覃建雄等(2000)《右江盆地层序充填序列与古特提斯海再造》;陈洪德等(2000)的《右江盆地层序充填动力学研究》(沉积学报,18(2));Qin Jianxiong等(2000)的《Sequence framework and its genetic model of the Youjiang Retroarc Basin,South China》(Scientic Geologica Sinica,9(4));覃建雄等(2001)的《层序地层作为沉积盆地识别标志的研究》(古地理学报,3(2));覃建雄等(2001)的《西昌盆地层序充填序列与沉积动力学初探》(古地理学报,3(4));覃建雄等(2001)的《西昌盆地层序界面成因研究及意义》(地球学报,22(4));Gerald MFriedman等(2000)的《Comments about the relationships between new idea and geologic terms in sequence stratigraphy with suggested modifications》(AAPG,84(9);Ehrenberg等(2001)的《Depositional and sequence stratigraphic model for specific strata from the Barenes Sea》(AAPG,85(12));Hodgetts(2001)的《Sequence stratigraphic response to shore-line perpendicular growth faulting in shallow marine》(AAPG,85(3));Gerald T Smith(2001)的《Tectonic and eustatic singals in the sequence stratigraphy of the Upper Devonian,New York》(AAPG,85(2);Mourad Bedir(2001)的《Tectonics,sequence deposit distribution and hydrocarbon potential》(AAPG,85(5)等。从以上论著中,不同学者对层序成因动力学的看法和观点不同,有的强调层序规模与构造活动强度及级次的关系,有的强调层序级别与盆地域、盆地或盆地沉积幕之间的对偶关系,有的强调地质事件对界面性质和级别的控制,有的强调层序级别与不同级别构造旋回的耦合关系。层序成因动力学作为沉积盆地动力学研究的重要内容之一,其研究内容可以总结为:板块运动引发构造活动,构造活动导致沉积盆地,盆地充填产生沉积层序。因而通过层序地层研究,可以揭示沉积盆地,反映构造活动,进而揭示板块属性。研究的关键是通过层序地层诸要素(层序的几何形态、规模级别、内部构型、成因格架、充填序列,以及界面的物理标识、剖面特征、成因属性、级别类型等)的研究,探讨层序地层与沉积盆地之间的内在联系,进而反映板块构造属性,最终揭示地球演化的节律性。3 层序成因动力学研究意义作为层序成因动力学(Sequence genetic dynamics)的重要组成部分,“层序地层作为沉积盆地识别标志研究”并非传统的层序地层学研究,而是传统层序地层学研究的深入和发展,它将层序地层研究从传统的“分级式”、“地区式”的描述性研究引向“机理式、成因式”研究,亦即研究层序的动态背景和成因动力学。作为层序地层学高速发展的产物,层序成因动力学强调幔-壳耦合引发板块运动,板块运动导致构造活动,构造活动造成沉积盆地,盆地充填产生沉积层序。因此,层序作为盆地充填产物,它是盆地产生、发展及演化的信息库,是板块运动和构造活动的示踪剂。可见,通过层序的解译可了解盆地类型、成因及性质,并揭示构造背景及板块属性,进而为沉积盆地动力学研究提供动态方法。因此,在将层序地层作为沉积盆地动力学分析方法和手段来进行研究时,有必要从成因动力学和充填动力学角度出发,综合分析层序的性质、成因及发育的控制因素,系统研究层序与盆地及构造之间的内在联系。因而,若说沉积盆地动力学是大陆动力学的基础,则层序-盆地-构造关系研究就是沉积盆地动力学首要解决的问题。显然,“层序地层作为沉积盆地识别标志研究”,不仅丰富了层序地层学理论并为层序地层学发展开辟了广阔前景,而且为沉积盆地动力学和地球动力学的研究提供了新思路和新方法。传统上,层序地层学研究的创新主要从“分级式”、“地区式”两方面获得,“分级式”研究主要强调层序层位的不同和层序等级的划分,“地区式”研究主要强调地区的不同和盆地性质的差异,所有这些研究可以归属于“描述性”研究。随着研究的不断深入,层序地层学研究转向了“成因背景性”研究,一个明显的趋势是通过层序地层本身的研究,探讨层序地层与沉积盆地、层序地层与板块构造的内在联系,即层序地层的成因背景和动态过程的研究,亦即层序成因动力学(Krapez etal,1996,1997)的研究。从此意义上讲,强调沉积盆地与层序成因关系的层序成因动力学研究更为科学和实用。因此,在将层序地层作为沉积盆地分析手段和方法进行研究时,有必要从沉积盆地动力学和层序充填动力学(陈洪德等,2000)角度出发,综合分析层序的性质、成因及发育的控制因素,系统研究层序与沉积盆地及板块构造之间的内在联系。事实上,也只有与沉积盆地成因及构造属性有机结合起来的层序地层学,亦即层序成因动力学,研究才更客观和科学,才更具生命力和发展潜力。

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1 层序成因动力学概念起源层序成因动力学(Sequence genetic dynamics)思想最先由Krapez等(1996,1997)首次提出。在《Sstratigraphic concepts applied to the identification of depositional basins and global tectonic cycles》(层序地层概念在沉积盆地和全球构造旋回识别中的应用)(Australian Journal of Earth Sciences,1996,43(3),1997,44(1))连载论著中,Krapez等(1996,1997)提出了有关层序成因动力学的几个重要的理念和概念:一是层序界面成因级别划分的思想和依据;二是层序地层与构造旋回之间的成因关系;三是层序地层与沉积盆地之间的内在联系。这三方面思想构成了Krapez等(1997)的层序成因动力学的基石。几乎与此同时,国内首席科学家王鸿祯等(1998)在期刊“现代地质”中,发表了论文《沉积层序及海平面旋回的分类级别》,提出了层序的级别划分及其成因和意义;许效松等(1997a,1997b)在其论著《上扬子西缘二叠—三叠纪层序地层与盆山转换耦合》和《中国西部大型盆地分析及地球动力学》中,从界面成因及其与沉积盆地的关系,提出了层序界面的成因划分方案。李思田等(1997)强调了层序界面在沉积盆地动力学研究中的意义。所有这些成果,为层序成因动力学概念的形成和发展奠定了重要基础,并基本确立了层序成因动力学初始的理论体系。此后,随着研究的不断深入,有关层序成因动力学方面的论著不断涌现。代表论著主要有:覃建雄等(2000)、陈洪德等(2000)、Friedman等(2000)、Smith(2001)、Bedir(2001)、覃建雄等(2001)、覃建雄等(2003)。上述相关成果的发表,从某种程度上讲,推动了层序成因动力学理论的发展。2 层序成因动力学发展1 层序地层学发展简史作为地质学前沿的层序地层学,经历了约50年的发展历程,至今已成为地质学界的热门课题之一。层序地层学的演进大致可分为如下3个阶段。(1)概念萌芽阶段(1949~1976年)可追溯到20世纪40年代末,当时Sloss等(1949)提出了层序作为一种以不整合面为边界的地层单元,并在地层分析中首先使用了地层层序的概念,认为“层序是比群和超群更高一级的岩石地层单位”,而没有现代层序地层学的寓意。此后,Sloss等(1952,1963)首次将地层层序概念应用于北美克拉通盆地的分析中,并识别出6个以区域不整合分隔的大型海进-海退型沉积层序——超层序,这些超层序随北美克拉通边缘的造山活动交替出现。此后,Sloss及其工作组一直沿用地层层序作为其实际工作的实用地层单位,从而大大丰富了地层层序的内容。然而,Sloss等提出的地层层序的观点在20世纪70年代晚期以前,仅为少数人所接受。(2)概念模型发展阶段(1977~1987年)亦即从地震地层学向层序地层学的转化阶段。该阶段以PRVail、RMMitchan及SThompason等(1977)的地层地质学理论在AAPG第26届专题报告——《地震地层学:在油气勘探中的应用》的出版为标志。该书提出了海平面升降的概念,以及由地震反射数据记录的以不整合面为边界的地层型式。RMMitchan等(1978)阐明并拓展了层序的概念,把它定义为“有内在联系的相对整合的地层层序组成的地层单位,其顶、底界面为不整合面或与之对应的整合面”,并对层序地层学的基本概念、定义和关键性术语首次作了明确、系统的说明。从此,层序地层学概念应运而生。20世纪80年代是层序地层学迅猛发展的时期,这主要得益于当时层序概念广泛应用于露头及井下资料。以Vail等为首的Exxon研究集体,在层序地层学理论的指导下,进行了大量实际工作,发表了许多研究成果(Vail,1981,1984,1987,1988;Elderfield,1982,1984;Miall,1984,1987;Meyer et ,1984;Aigner,1984,1986;Breett,1985,1988;Mullins et ,1985,1987;Neumann,1985,1988;Fekete et ,1985,1988;James,1986,1988;Serro,1986,1987;Van Wagnner et ,1986,1988;Posamenter et ,1986,1987,1989,1990;Read,1987,1988),从而为层序地层学的发展奠定了重要基础。PRVail等(1984)的层序地层学理论源于Sloss等(1962,1963)的地层层序思想,但它与Sloss等的克拉通地层层序相比具有质的飞跃,主要表现在两个方面。首先,PR Vail等(1984)的沉积层序所包括的时限更短,它们把Sloss等(1963)的超层序进行了重要的级次划分,进而提出了三级层序的概念。其次,提出了海平面升降作为层序演化机理的主导因素,介绍了在地震剖面上识别层序的方法,以及层序发育与全球海平面升降变化的关系。(3)综合发展阶段(1988~现今)20世纪80年代末,层序地层学理论发生了划时代的变化,这离不开两次重要的国际性学术会议,一是1988年在法国迪涅召开的全球沉积地质会议,首次将“层序地层学和全球海平面变化”纳入“全球沉积地质计划”(GSGP);二是1991年在加拿大Banff召开的NUNA会议,正式明确提出层序地层学研究的目的、任务、体系和程序,并作了相应的组织、部署和规划。标志性论著主要有:1988年美国经济古生物学家和矿物学家协会第42号特别文集出版的《海平面变化:一个综合的应用方法》(Wilgius et ,1988)、JCWagoner(1988)主编的《层序地层学》特刊、PR Vail和JBSangree(1989)主编的《层序地层学工作手册》和《层序地层学基础》、Wilgius等(1990)编著的《层序地层学原理:海平面变化综合分析》、JBSangree等(1991)的《应用层序地层学》、Ensele等(1991)的《地层旋回和事件》、Macdonald(1991)主编的《活动大陆边缘的沉积作用、构造运动和全球海平面变化》、PWeimer(1992)的《层序地层学研究方法及应用》、Exxon公司(1992)的《测井、岩心和露头资料的硅质碎屑岩层序地层学》等,他们以全球海平面变化为主导因素,系统、全面地阐述了层序地层学的基本原理、关键术语、定义、解释程序和工作步骤。同时,利用层序地层、磁性地层、年代地层、生物地层和同位素地层等大量资料,编制了中生代以来的年代地层和海平面旋回曲线图,厘定了不整合面、海平面变化的概念,并强调地震、测井和露头的综合研究,是识别海平面变化的重要手段。这些著作的问世,激发了那些不大相信层序地层学可作为全球沉积对比手段的科学工作者对此作出新的诠释,并掀起了层序地层学的研究热潮。与初期的层序地层学概念相比,以全球海平面变化作为理论基础的层序地层学理论具有两个大进步:一是深入、详尽的使用了地震、测井、岩心和地面露头等资料;二是它所总结的沉积模式具有三维时空的立体概念。从此,层序地层学已从理论上有争议的模型演化成为一种在实践上可采纳的方法。从此,宣告了层序地层学进入了综合化的发展阶段。进入90年代,层序地层学理论研究和实践焦点已从海相盆地转移到陆相盆地,并成为层序地层学目前发展的一个重要方面。1991年,在加拿大Banff举行的NUNA会议上,专门成立了陆相层序地层学工作组(DALeckie和HWPosamentier任组长),KWShanley等(1993)撰文总结了该工作组的研究成果,提出了高分辨率层序地层学的概念,认为层序地层学原理和概念能应用到陆相地层中。1994年,TACross在西北欧层序地层学会议上作了《High resolution stratigraphic correlation from the perspective of base-level cycles and sediment accommodation》的报告后,高分辨率层序地层学才真正具有自身的理论内涵。尤其是DGQuirk(1996)的《High Resolution Sequence Stratigraphy:Innovations and Applications》和TACross等(1998)的《Sequence stratigraphy Concepts and Applications》等著作的问世,不仅拓展了层序地层学的研究范围,而且丰富完善了层序地层学的理论体系,使层序地层学向高精度化、定量化迈出了重要一步。我国对层序地层学研究始于80年代中后期,徐怀大(1986,1987,1989)、魏家庸(1989)、李思田(1987,1989,1991)、王鸿祯(1988,1991)、刘宝珺(1989,1991,1993)、曾允孚等(1990,1993)、许效松等(1995,1996,1997)、邓宏文(1995)等,在石油、区调、煤田和盆地分析方面,都引用这一理论并作了许多开拓性的工作。尤其是在1992年底,国家科委正式批准了以我国首席科学家王鸿祯教授为首的、以层序地层及海平面变化为主要研究内容的国家基础性重大研究课题,将中国层序地层学研究引向了深入。此后,有关层序地层学论文、专著和教材如雨后春笋般不断涌现。主要代表是王鸿祯等(2001)的专著《中国层序地层学研究》,从此掀开了中国层序地层学研究和发展的新篇章。2 层序地层学研究新进展上述表明,层序地层学具有如下特点:①充分详尽地利用了传统地层的新老资料,为地震地层学、测井地层学、生物地层学、露头地层学找到了发展方向;②消除了地层学中长期存在的年代地层学与岩石地层学及生物地层学单位的3种命名的混乱现象;③首次提出了全球统一的成因地层的划分方案;④强调了成因地层的三维构型,提高了地质学家的预测能力;⑤建立了新的地层分布模式。正是这些优点使得层序地层学具有强大的生命力,并得以飞速发展。层序地层学的研究现状及进展主要表现在:1)新概念、新理论的提出和发展。90年代以来,层序地层学理论取得了飞速发展,主要表现在:层序生物地层学(Brakenridge et ,1992)、成岩层序地层学(Gingsburgee et ,1992)、高频层序地层学(Posamentier et ,1992)、应用层序地层学(Miall et ,1995)、模拟层序地层学(Chris Paola et ,1992)、定量层序地层学(Watney et ,1992)、勘查层序地层学(Miall et ,1992)、陆相层序地层学(Shanley,1989)、高分辨率层序地层学(Posamentier,1992)、层序充填动力学(Krapez et ,1996)和层序成因动力学(Krapez et ,1997)等理论的提出和发展。2)研究背景和年代范围的不断扩大。随着层序地层学研究的不断深入,层序地层研究的地质背景逐渐扩大、年代范围不断拓展。在地质背景方面,层序地层学不仅成功地应用于被动边缘、活动边缘、裂谷体系、前陆盆地、海湾、火山岛弧、海沟、前渊、洋盆和各种造山盆地,以及河流、湖泊、沼泽、冰川等各种成因盆地背景中,而且还引入到克拉通潮缘、台内、台地边缘、斜坡、盆地、生物礁等不同相区、相带、亚相甚至微相环境中。在地层年代方面,层序地层学研究早已超越了早期的中新生代地层范畴,并被应用于现代沉积环境的解释和对比(Doyder,1995)、元古代盆地的分析和研究(Meger et ,1996)中,这无疑对层序地层学研究注入了新的活力。3)研究方法的不断丰富和改进。早期的层序地层学研究方法主要集中在传统的地震地层学、钻井地层学以及露头地层学3个方面。由于研究对象的复杂化、研究范围的不断拓展,一些新的研究方法和手段正被引入到层序地层学研究中。归纳起来主要有:①多重地层学和综合地层学方法(Moutanri等,1990);②生态学及埋藏学方法(Moutanri et ,1991);③高分辨率事件地层学方法(Kauffman,1991);④测井资料系统分析法(Bound et ,1994);⑤高分辨率地球化学方法(Sangree et ,1994);⑥高精度年龄测定方法,如TIMS铀体系年龄法、K-Ar年龄法等。这些方法的引入进一步充实和完善了层序地层学的理论体系。4)在油气勘探中应用的不断精细化和定量化。早期层序地层学应用于进行油气勘探,具有盆地规模和宏观的特点。随着陆相层序地层学和高分辨率层序地层学概念的提出,层序地层学在油气勘探中的应用从盆地级别精细到了储层规模,将层和体系域进一步划分为更次一级的可用以详细填图、精细对比和沉积环境解释的成因单元,从而提高了盆地生储盖预测和对比的精度,使油气勘探的精细化和定量化成为可能。5)理论研究向层序成因动力学方向不断深化。传统上,层序地层学研究的创新主要从“分级式”、“地区式”两方面获得,“分级式”研究主要强调层序层位的不同和层序等级的划分,“地区式”研究主要强调地区的不同和盆地性质的差异,所有这些研究可以归属于“描述性”研究。随着研究的不断深入,层序地层学研究转向了“成因背景性”研究,一个明显的趋势是通过层序地层本身的研究,探讨层序地层与沉积盆地、层序地层与板块构造的内在联系,即层序地层的成因背景和动态过程的研究,亦即层序成因动力学(Krapez et ,1997)的研究。从此意义上讲,强调盆地与层序成因关系的层序地层学研究更为科学而实用。因此,在将层序地层作为沉积盆地分析手段和方法进行研究时,有必要从沉积盆地动力学和层序充填动力学角度出发,综合分析层序的性质、成因及发育的控制因素,系统研究层序与盆地及构造之间的内在联系。事实上,也只有与沉积盆地成因及构造属性结合起来的层序地层学,亦即层序成因动力学研究才更客观和科学,才更具生命力和发展潜力。3 层序地层学的重要发展方向之一——层序成因动力学的提出和发展前述表明,层序地层学研究今后可能的发展方向包括层序生物地层学、成岩层序地层学、高频层序地层学、应用层序地层学、模拟层序地层学、定量层序地层学、勘查层序地层学、高分辨率层序地层学和层序成因动力学等。其中,层序成因动力学是层序地层学发展的最重要方向之一。层序成因动力学(Sequence genetic dynamics)系由Krapez等(1997)首次提出。在澳大利亚著名期刊Australian Journal of Earth Sciences中,Krapez等(1997)发表了连载论文《Sequence-strati-graphic concepts applied to the identification of depositional basins and global tectonic cycles》 (Australian Journal of Earth Sciences,1997,44(1))和《Sequence-stratigraphic concepts applied to the identification of basin filling rhythms in Precambrian successions》(Australian Journal of Earth Sciences,1996,43(3)),论著中Krapez等(1997)提出了有关层序成因动力学的几个重要的思想和概念:一是层序界面成因级别划分的思想和依据;二是层序地层与构造旋回之间的成因关系;三是层序地层与沉积盆地之间的内在联系。这3个方面构成了Krapez等(1997)的层序成因动力学的基石。几乎与此同时,国内首席科学家王鸿祯等(1997)在期刊“现代地质”中,发表了论文《层序地层级别类型及意义》,提出了层序的级别划分及其成因和意义;许效松等在其论著《上扬子二叠—三叠纪层序地层与盆山转换耦合》(1997a)和《中国西部大型盆地分析及地球动力学》(1997b)中,从界面成因及其与沉积盆地的关系,提出了层序界面的成因划分方案。李思田等(1997)强调了层序界面在沉积盆地动力学研究中的意义,所有取得的这些成果,从某种程度上讲,基本确立了层序成因动力学初始的理论体系。此后,随着研究的不断深入,有关层序成因地层学方面的论著不断涌现。代表论著主要有:覃建雄等(2000)《右江盆地层序充填序列与古特提斯海再造》;陈洪德等(2000)的《右江盆地层序充填动力学研究》(沉积学报,18(2));Qin Jianxiong等(2000)的《Sequence framework and its genetic model of the Youjiang Retroarc Basin,South China》(Scientic Geologica Sinica,9(4));覃建雄等(2001)的《层序地层作为沉积盆地识别标志的研究》(古地理学报,3(2));覃建雄等(2001)的《西昌盆地层序充填序列与沉积动力学初探》(古地理学报,3(4));覃建雄等(2001)的《西昌盆地层序界面成因研究及意义》(地球学报,22(4));Gerald MFriedman等(2000)的《Comments about the relationships between new idea and geologic terms in sequence stratigraphy with suggested modifications》(AAPG,84(9);Ehrenberg等(2001)的《Depositional and sequence stratigraphic model for specific strata from the Barenes Sea》(AAPG,85(12));Hodgetts(2001)的《Sequence stratigraphic response to shore-line perpendicular growth faulting in shallow marine》(AAPG,85(3));Gerald T Smith(2001)的《Tectonic and eustatic singals in the sequence stratigraphy of the Upper Devonian,New York》(AAPG,85(2);Mourad Bedir(2001)的《Tectonics,sequence deposit distribution and hydrocarbon potential》(AAPG,85(5)等。从以上论著中,不同学者对层序成因动力学的看法和观点不同,有的强调层序规模与构造活动强度及级次的关系,有的强调层序级别与盆地域、盆地或盆地沉积幕之间的对偶关系,有的强调地质事件对界面性质和级别的控制,有的强调层序级别与不同级别构造旋回的耦合关系。层序成因动力学作为沉积盆地动力学研究的重要内容之一,其研究内容可以总结为:板块运动引发构造活动,构造活动导致沉积盆地,盆地充填产生沉积层序。因而通过层序地层研究,可以揭示沉积盆地,反映构造活动,进而揭示板块属性。研究的关键是通过层序地层诸要素(层序的几何形态、规模级别、内部构型、成因格架、充填序列,以及界面的物理标识、剖面特征、成因属性、级别类型等)的研究,探讨层序地层与沉积盆地之间的内在联系,进而反映板块构造属性,最终揭示地球演化的节律性。3 层序成因动力学研究意义作为层序成因动力学(Sequence genetic dynamics)的重要组成部分,“层序地层作为沉积盆地识别标志研究”并非传统的层序地层学研究,而是传统层序地层学研究的深入和发展,它将层序地层研究从传统的“分级式”、“地区式”的描述性研究引向“机理式、成因式”研究,亦即研究层序的动态背景和成因动力学。作为层序地层学高速发展的产物,层序成因动力学强调幔-壳耦合引发板块运动,板块运动导致构造活动,构造活动造成沉积盆地,盆地充填产生沉积层序。因此,层序作为盆地充填产物,它是盆地产生、发展及演化的信息库,是板块运动和构造活动的示踪剂。可见,通过层序的解译可了解盆地类型、成因及性质,并揭示构造背景及板块属性,进而为沉积盆地动力学研究提供动态方法。因此,在将层序地层作为沉积盆地动力学分析方法和手段来进行研究时,有必要从成因动力学和充填动力学角度出发,综合分析层序的性质、成因及发育的控制因素,系统研究层序与盆地及构造之间的内在联系。因而,若说沉积盆地动力学是大陆动力学的基础,则层序-盆地-构造关系研究就是沉积盆地动力学首要解决的问题。显然,“层序地层作为沉积盆地识别标志研究”,不仅丰富了层序地层学理论并为层序地层学发展开辟了广阔前景,而且为沉积盆地动力学和地球动力学的研究提供了新思路和新方法。传统上,层序地层学研究的创新主要从“分级式”、“地区式”两方面获得,“分级式”研究主要强调层序层位的不同和层序等级的划分,“地区式”研究主要强调地区的不同和盆地性质的差异,所有这些研究可以归属于“描述性”研究。随着研究的不断深入,层序地层学研究转向了“成因背景性”研究,一个明显的趋势是通过层序地层本身的研究,探讨层序地层与沉积盆地、层序地层与板块构造的内在联系,即层序地层的成因背景和动态过程的研究,亦即层序成因动力学(Krapez etal,1996,1997)的研究。从此意义上讲,强调沉积盆地与层序成因关系的层序成因动力学研究更为科学和实用。因此,在将层序地层作为沉积盆地分析手段和方法进行研究时,有必要从沉积盆地动力学和层序充填动力学(陈洪德等,2000)角度出发,综合分析层序的性质、成因及发育的控制因素,系统研究层序与沉积盆地及板块构造之间的内在联系。事实上,也只有与沉积盆地成因及构造属性有机结合起来的层序地层学,亦即层序成因动力学,研究才更客观和科学,才更具生命力和发展潜力。

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