岳亮

（江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院礦業(yè)與交通工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

吳和源，李紅英

（中國地質(zhì)大學(xué) （北京）地球科學(xué)與資源學(xué)院，北京 100083）

海平面變化導(dǎo)致的沉積環(huán)境和沉積物充填樣式的變化是沉積地質(zhì)學(xué)研究的一個熱門問題，對古海平面變化的研究可以促進人類對現(xiàn)代海平面變化的認知，無論對學(xué)術(shù)研究還是對生產(chǎn)生活都有極大的價值［1－4］。從地震地層學(xué)的產(chǎn)生到層序地層學(xué)的成熟，海平面變化都是控制層序形成的一個重要地質(zhì)因素，科學(xué)家們研究描述了層序內(nèi)部地層的疊加形式，系統(tǒng)認識了各種獨特的沉積成因類型［5－9］。層序地層學(xué)作為一個年輕的學(xué)科，卻是分析聚煤作用的一種有效方法，廣泛應(yīng)用于含煤地層的研究。

1 傳統(tǒng)的海侵－海退過程描述

海侵和海退是地質(zhì)學(xué)研究中的最基本的概念。海侵 （transgression），是在相對短的地史時期內(nèi)，因海面上升或陸地下降，造成海水對大陸區(qū)侵浸的地質(zhì)現(xiàn)象。海退 （regression）與海侵相反，是在相對短的地史時期內(nèi)，因海面下降或陸地上升，造成海水從大陸向海洋逐漸退縮的地質(zhì)現(xiàn)象。

最早的海侵－海退模式研究始于17世紀，當(dāng)時的 “水成說”把各種巖石解釋為海平面下降過程中不同階段的產(chǎn)物。之后Walther的相序連續(xù)性原理賦予了海侵－海退過程的地層學(xué)和沉積學(xué)意義，成為了一個廣為接受的模型［10］。隨著研究的深入，海侵－海退過程也可描述為一種退積－進積作用形成的地層序列。

2 重新解釋

Vail［11］發(fā)表研究全球海平面變化的文章后，對研究海平面變化的概念和方法上都有突破性的進展。海平面變化從層序地層學(xué)誕生之時開始，就是主要的研究內(nèi)容，并在各種層序地層模式的解釋中逐漸加強。海平面變化表征的海侵－海退作用及其形成的多種地層疊置方式，一直為學(xué)者們的研究熱點。

2.1 快速海侵和正常海侵

受“地中海干化模式”啟發(fā)，何起祥認為在地質(zhì)記錄中存在2種不同的海侵序列，分別是事件型海侵和漸進型海侵，并總結(jié)了事件型海侵沉積物的特點［12］。龔一鳴稱2種海侵為階躍海進和漸進海進，指出階躍海進地層的層序連續(xù)相序不連續(xù)和漸進海進地層的層序連續(xù)相序也連續(xù)［13］。為敘述方便，筆者使用快速海侵 （即事件型海侵或階躍海進）和正常海侵 （即漸進型海侵或漸進海進）2種稱呼。

相對于正常海侵 （見圖1（a））過程中海水對陸地方向緩慢侵浸，快速海侵是一種與地質(zhì)事件相關(guān)的海侵，具有幕式性和突發(fā)性的特點。對于形成快速海侵的地質(zhì)環(huán)境，何啟祥和龔一鳴［12－13］認為其多發(fā)生于古活動邊緣，受控于較大的地質(zhì)構(gòu)造作用，如島嶼環(huán)境的受限陸表海、半封閉盆地等，發(fā)育典型的快速海侵地層 （見圖1（b））［14］。以碳酸鹽巖為主的地層，在海平面上升速率超過碳酸鹽巖沉積速率時常常導(dǎo)致碳酸鹽臺地的淹沒，形成的碳酸鹽與上覆細粒遠洋相之間的接觸面被定義為 “淹沒不整合面”［15－16］，被稱為層序地層學(xué)的類型3層序界面［17－18］。表明了一個快速海侵過程，所產(chǎn)生凝縮段直接覆蓋在下伏的層序界面上，形成了特殊的淹沒不整合型層序 （凝縮段 （CS）＋高水位體系域 （HST））。根據(jù)前人的研究，筆者將海侵總結(jié)為2種海侵模式，分為正常海侵和快速海侵?？焖俸Ｇ执碇Ｆ矫娴氖录陨仙?，導(dǎo)致了沉積疊置方式的變化?？焖俸Ｇ衷谒樾紟r系和碳酸鹽巖系建造中都有著獨特的沉積特征。

圖1 2種海侵模式和3種海退模式

北京西山寒武系張夏組內(nèi)部的一個淹沒不整合面，代表了一次快速海侵事件。鈣質(zhì)泥巖直接覆蓋在泥質(zhì)泥晶灰?guī)r上。淹沒不整合型層序不只是發(fā)育碳酸鹽巖地層之中，同樣存在于碎屑巖地層中。這種類型的層序在華北寒武系中上部 （見圖2）、揚子地區(qū)的寒武系下部以及華南的三疊系下部均較為發(fā)育［18］，意味著快速海侵事件的廣泛存在，并不局限于特殊的構(gòu)造背景下。

2.2 高水位正常海退、低水位正常海退和強迫型海退

隨著地震技術(shù)精度的提高和層序地層學(xué)的廣泛應(yīng)用，Posamentier［20］根據(jù)加拿大 Alberta地區(qū)發(fā)育的獨特地層疊置，提出了強迫型海退概念?；谕坏貐^(qū)的研究，Plint［21］也證明了該概念的成立。通過對強迫型海退的關(guān)注和研究，Hunt和Tucker提出了強迫型海退楔體系域 （FRST）［9］，即下降階段體系域 （FSST）［22］。新體系域解決Exxon模式類型Ⅰ層序的概念體系不協(xié)調(diào)，將體系域四分方案定格為:LST（低位體系域）＋TST （上升階段體系域）＋HST （高位體系域）＋FSST （下降階段體系域）。

圖2 淹沒不整合面

正常海退通常是沉積物供給為主因，濱線沉積速率大于基準(zhǔn)面上升速率的發(fā)育過程，以加積作用為特點而進積作用為過程 （見圖1（c））；強迫型海退，是由基準(zhǔn)面下降所驅(qū)動，濱線地區(qū)均表現(xiàn)為海退過程，以階梯下降的進積作用為基本特點 （見圖1（d））。

隨著對地層堆積特點的深入認識，具有進積作用和加積作用相結(jié)合特點的正常海退又可以分為高水位正常海退和低水位正常海退 （見圖1（e）和 （f））［14］。2種正常海退都是由沉積物供給所驅(qū)動，不同之處為:高水位正常海退發(fā)生在基準(zhǔn)面上升減速階段，是加積作用向進積作用轉(zhuǎn)化；而低水位正常海退發(fā)生在基準(zhǔn)面上升加速階段，是進積作用向加積作用轉(zhuǎn)化。

2.3 一個完整的旋回

HNR－高水位正常海退、FR－強迫型海退、LNR－低水位正常海退和T－海侵是層序地層學(xué)中一個完整的基準(zhǔn)面變化旋回，包含著海侵－海退的4種事件 （見圖3）:由沉積物驅(qū)動的2種正常海退 （高水位和低水位）階段；海侵階段；由基準(zhǔn)面下降驅(qū)動的強迫型海退階段。研究這些成因類型的獨特沉積形態(tài)，較為清晰的解剖了一個層序的形成過程。

海侵開始表明了海水逐漸向陸侵浸的退積作用，至海侵結(jié)束轉(zhuǎn)化為進積作用之間的沉積地層解釋為海侵體系域。海侵體系域一般覆蓋于層序中最低、最古老的沉積地層，該沉積地層則定義為低位體系域。此時最大海平面之后的海退事件以高位正常海退為開端，發(fā)育上凸型的地層疊置，標(biāo)定為高水位體系域，直至強迫型海退的開始。強迫型海退是向盆地連續(xù)階梯下降的進積作用，形成下降階段體系域。之后則是低位正常海退的開始，發(fā)育上凹型的地層疊置，該層段則可劃入下一個低位體系域。

圖3 記錄4個事件的一個完整基準(zhǔn)面旋回

3 地質(zhì)學(xué)意義

1）在重新解釋的層序地層學(xué)中海侵－海退模式中，可以用4個地質(zhì)事件標(biāo)定所有的層序地層界面以及體系域的形成時間，進而導(dǎo)致了體系域劃分由三分法到四分法的轉(zhuǎn)變［23－24］。而對正常海退和強迫型海退的識別及其沉積響應(yīng)方式的區(qū)分，不同的認識產(chǎn)生了不同的層序地層模式，代表了層序地層學(xué)從1988年以來后Exxon時代的重要進展［19］。

2）廣泛存在的快速海侵意義重大，如晚古生代華北聚煤盆地的快速海侵成煤作用，具有多旋回性，揭示了煤聚積規(guī)律，豐富了煤地質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)理論［25－26］。對2種海侵過程的認識，有利于地質(zhì)現(xiàn)象研究的精細化，有助于沉積盆地的建模研究和大范圍的等時地層對比，并推動了定性描述到定量分析的轉(zhuǎn)變。

3）整個顯生宙主要的煤、石油堆積時期與全球海平面變化間的密切關(guān)系。沉積錳礦、鋁土礦及磷塊巖往往形成分布于海侵層序的下部［27－28］。而在油氣勘探領(lǐng)域，低位體系域常發(fā)育砂巖儲集體，高位體系域和海侵體系域則發(fā)育蓋層和圈閉。依據(jù)層序地層間的相關(guān)性可以描述儲蓋層的分布，進行盆地建模和確定烴類運移路徑［29－30］。

4 結(jié)論

1）快速海侵的普遍性及其典型的沉積特征，對區(qū)域性地層對比和沉積環(huán)境突變解釋有著很好的指導(dǎo)意義，在沉積地質(zhì)學(xué)的研究中不可忽視。但由于其事件性的特征，而無規(guī)律可循，較難劃入一個通用模型中。

2）正常海退和強迫型海退的辨別，改革了傳統(tǒng)的層序地層模式，由三分變?yōu)樗姆?，變得更加完善和科學(xué)。高水位正常海退和低水位正常海退的區(qū)分，細化了地層沉積疊置樣式的分類，強調(diào)了對沉積過程的討論。

3）對海平面變化和層序地層學(xué)的研究是相互推動的。海侵－海退過程的深入理解促使層序地層學(xué)朝成熟化、精細化方向發(fā)展，而層序地層學(xué)的產(chǎn)生到發(fā)展則增加了研究海平面變化的手段和角度。

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