层序地层作为沉积盆地识别标志的研究

发布网友 发布时间：2022-04-24 06:29

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热心网友 时间：2022-06-16 21:21

幔－壳耦合形成盆地，盆地充填导致层序，层序作为盆地充填产物，它是盆地生成、发展及演化的信息库。可见，通过层序的解译可了解盆地类型、成因及性质，进而揭示构造背景及板块属性。因而若说盆地动力学是地球动力学的基础，则层序－盆地关系研究就是盆地动力学首先要解决的问题。在这方面，Krapez（1996,1997）讨论了层序级别与盆地的关系，许效松等（1996,1997a,1997b）侧重阐述了界面成因类型与盆山转换的关系。本书在前人研究成果基础上，以右江复合盆地为重点，结合西南地区不同成因盆地层序特征，从层序界面与盆山转换、层序级别与盆地规模、层序格架与盆地类型、层序充填与盆地演化4个方面，探讨如何通过层序地层的研究，恢复盆地类型、成因及性质。

右江盆地作为特提斯构造域和滨太平洋构造域复合作用的产物（陈洪德等，1990），具有特殊的沉积构造性质和复杂的演化过程。志留纪末，加里东运动使扬子地台和华南地槽拼接构成统一的华南板块。泥盆纪，华南板块南缘处于张性应力场中，右江盆地正是在此背景下形成的（曾允孚等，1996），它经历了陆缘前陆盆地（D—P₁）、弧后盆地（曾允孚等，1996）（P₂—T₁）和周缘前陆盆地（T₂—T₃）3个演化阶段（曾允孚等，1993；陈洪德等，2000），构成一个完整的构造旋回。右江盆地层序发育齐全，但因华力西、印支多期构造活动的破坏，盆地原形和层序格架保存不全，通常难以恢复其演化史。本书在前期地层、沉积、盆地分析、层序地层研究成果基础上（吴诒等，1997；覃建雄等，2000），以层序－盆地－地球系统理论为指导，对作为沉积盆地重要识别标志的层序地层关键要素——层序界面、层序级别、层序成因格架、层序充填史等，及其与沉积盆地之间的关系进行了系统研究。

7.3.1　层序界面与盆山转换

7.3.1.1　界面级别划分与盆山转换机制

根据界面组构特征、延伸范围、侵蚀程度及间断期限，在右江地区共识别出5个级别的层序界面，即超级、Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ－Ⅴ级界面（图7.1）。超级界面包括泥盆系底界面和三叠系顶界面，前者作为广西运动产物，使加里东旋回和华力西旋回在盆地性质、构造属性、动力机制等方面，存在质的差异；后者作为印支运动产物，分割了印支旋回和燕山旋回两个协调褶皱联合体。两者均以全球角度不整合为特征，分布范围广，侵蚀量大，间断时间长，反映了沉积盆地域之间或盆山之间构造属性和动力学属性的转换过程。

Ⅰ级界面主要是中－上二叠统之间的东吴运动界面，明显标志是华南广泛分布的微角度—平行不整合及相关的区域残积层，它反映了华力西期（D—P₂）边缘裂谷和印支期（P₃—T₁）弧后裂谷两种不同性质盆地之间构造应力的转换事件。

Ⅱ级界面即以区域构造隆升作用为主造成的层序不整合面，具体包括泥盆系—石炭系、石炭系—二叠系和二叠系—三叠系界面，它们分别是柳江运动、黔桂运动和苏皖运动的产物，均以假整合面、沉积间断面、事件界面为主要识别标志，反映右江盆地演化过程中不同构造阶段之间的转换机制。其次是中－上三叠统界面，作为印支运动次幕产物，以上覆、下伏地层之间侵蚀间断面为特征，它代表右江盆地消亡界面。

Ⅲ级界面特指由海平面下降为主控因素造成的不整合面，识别标志主要包括：喀斯特面、溶蚀面、暴露面、淡水成岩段、溶蚀孔洞缝带、白云岩化、溶蚀角砾岩、古土壤等。Ⅲ级界面代表盆地充填幕的间断面或不连续面，反映盆地沉积演化的间歇或暂停。

图7.1　右江盆地层序、界面成因格架及级别与盆地的关系

Ⅳ－Ⅴ级界面系由三—五级周期海平面缓慢低幅下降及沉积物供给速率变化造成的水下间断不整合面或相当的连续面，即隐蔽不连续面。右江盆地中Ⅱ型界面均属此类，在露头上以软底、固底、硬底为特征，具体表现为岩相转换面、生物转换面、结构转换面。它代表盆地充填韵律转换面或相当连续面，揭示盆地充填期间容纳空间和沉积机制的转变。

7.3.1.2　界面成因类型与盆山转换背景

依据界面标识特征、构造活动、沉积作用和海平面变化，在右江盆地共识别出5种成因类型界面。

造山侵蚀不整合面主要由全球或区域造山作用为主控因素造成的层序界面，右江盆地包括志留系—泥盆系、中－上二叠统、中－上三叠统界面，相当于前述超级、Ⅰ级和Ⅱ级界面，综合标志包括：①区域性角度不整合；②低水位楔形体－冲积扇－扇三角洲－山前磨拉石建造；③区域性风化残积层。该成因界面代表老盆地的消亡和新盆地的生成或被动*边缘盆地转化为前陆盆地的标志，揭示全球构造旋回或沉积盆地域之间的转换事件。

隆升侵蚀不整合面系以构造隆升作用为主造成的不整合面，相当于Ⅱ级界面，区内主要有泥盆系—石炭系间的柳江运动面、石炭系—二叠系间的黔桂运动面、二叠系—三叠系间的苏皖运动面，以区域性假整合面、沉积间断面或事件界面为主要识别标志，其上可构建新的盆地，但盆地性质、沉积格局和层序展布无重大变化。该界面反映次级盆地或盆地构造阶段之间的转换机制。

陆上暴露不整合面与前述的Ⅲ级界面相当，显示明显的暴露标志，形成于长周期海平面的主体下降旋回，由于沉积物裸露地表或处于大气渗滤带，沉积界面处发生早期大气淡水或混合水成岩事件所致。因而该成因界面反映了海平面升降旋回的根本性转折，代表*边缘热沉降阶段盆地性质稳定—活动期的转换过程。

海侵上超不整合面形成于长周期海平面主体上升旋回，表现为海侵上超面，具体包括软底、固底或硬底，之上为具向上变深序列的退积沉积体。在右江盆地主要形成于具碎屑岩的边缘裂谷阶段热沉降阶段，如

、P_1-2、P₃-T₁。显然，该成因界面的形成与盆地扩张或新盆地出现相一致，反映了*边缘的扩张和洋陆的调整或转换事件。

水下间断不整合面作为一种特殊的层序界面（Sloss et al.,1995），形成于水下环境，与海底成岩作用密切相关，克拉通台地或孤台表现为波状起伏面，其上被多个海侵面覆盖，与海侵上超不整合面相似；陆缘深水域或台盆由多个海侵面构成复合界面。在右江盆地主要分布于台盆背景及海平面主体上升期的孤台背景，以水下沉积间断面和海底成岩标志叠加为特色，常与海侵上超不整合面共生或组成界面组，反映盆地扩张阶段产物。

7.3.2　层序级别与盆地规模

根据界面成因类型、分布级别以及层序充填规模和时限长短，右江盆地充填层序可划分为超级、Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ－Ⅴ级等不同成因层序级别（图7.1），不同级别的层序具有不同的成因机制，揭示不同盆地的成因组合，反映盆地不同规模、性质及充填过程，代表盆地演化的不同时期，揭示了地球演化的节律性。

7.3.2.1　超级层序与沉积盆地域

超级层序相当于巨旋回组，时限300～500Ma（Krapez,1997），它代表不同类型盆地的成因组合，即沉积盆地域（sedimentary basin tracts）。如右江复合盆地（即右江盆地域），相当于一个典型的超级层序（MS），作为华力西—印支全球构造旋回的地层记录，它由具成因联系的陆内拗陷盆地（D₁—

）、边缘裂谷盆地（

—P₂）、弧后裂谷盆地（P₃—T₁）和周缘前陆盆地（T₂—T₃）构成（图7.1），顶、底均为超级界面，它揭示古特提斯洋、华南板块、印度板块之间的相互过程，根本动因是岩石圈与核幔旋回之间的耦合效应。

7.3.2.2　Ⅰ级层序与沉积盆地

与巨旋回一致，时限100～300Ma（Krapez,1997），对应于Sloss层序（Sloss et al.,1995），相当于某一沉积盆地的地层记录。如右江复合盆地充填序列即由4个I级层序（亦即FS₁、FS₂、FS₃、FS₄）构成，它们被T₁、T₇、T₂₀、T₂₅和T₃₀等超级、Ⅰ级或Ⅱ级界面所分割（图7.1）。其中，FS₁为陆内拗陷盆地，FS₂为边缘裂谷盆地，FS₃为弧后裂谷盆地，FS₄为周缘前陆盆地，它们是旋回性地幔对流、核事件和岩石圈构造之间相互作用的产物。

7.3.2.3　Ⅱ级层序与盆地构造沉积幕

即超旋回，时限10～100Ma（Krapez,1997），相当于次级盆地或盆地演化过程中的构造沉积幕。在右江盆地共识别出7个Ⅱ级层序，亦即SS₁～SS₇，它们被超级、Ⅰ级或Ⅱ级界面T₁、T₇、T₁₁、T₁₄、T₁₇、T₂₀、T₂₅和T₃₀所分割，分别相当于构造沉积幕Ⅰ－Ⅵ（图7.1）。作为数套层序组的成因组合，它们揭示了右江盆地演化进程中不同的构造阶段，可能是洋脊扩张脉动及洋盆膨胀及收缩产物。

7.3.2.4　Ⅲ级层序与盆地充填幕

即旋回或正层序（orthosequense）（王鸿祯等，1997），时限0.5～5Ma（Vail et al.,1977）、1～2Ma（Sloss等，1988）或1～10Ma（Mial et al.,1989）不等。右江盆地共识别出48个Ⅲ级层序（S₁～S₄₈），顶、底分别被各种类型、不同级别的界面所限定（图7.1），相当于右江盆地的48次充填幕（Krapez,1997），反映了右江盆地演化过程中基本充填块体的时空展布及变化。其动因可能是板内应力、盆地构造运动和洋脊扩张脉冲的耦合效应。

7.3.2.5　Ⅳ－Ⅴ级层序与盆地充填韵律

Ⅳ－Ⅴ级层序相当于亚旋回，对应于盆地充填韵律，在右江盆地广泛发育，尤其是D₃、C₂和T₁，各识别出55个、68个和120个Ⅳ－Ⅴ级层序，时限0.2～0.5Ma不等，包括LM（limestone marl cycle）（Einsele et al.,1982;Einsele,1985;MaGhee,1985）、PAC（punctuated aggradational cycle）（Seiacher,1984）和CC（cycle with cycle）（Goodwin et al.,1985;Goldhammer,1990）3种成因类型，其动因是短周期地球轨道韵律所致。

7.3.3　层序成因格架与盆地成因类型

如前所述，右江复合盆地系陆内裂陷、边缘裂谷、克拉通、弧后裂谷及前陆盆地的时空叠加产物（图7.1），不同成因沉积盆地，其充填序列、层序格架及内部构型各异，主要表现在界面性质、成因、类型以及层序结构、形态、组成、分布、完整性、对称性、发育特征及控制因素等（图7.2）。因而通过层序成因格架及内部构型，可反映沉积盆地类型及成因。

7.3.3.1　克拉通盆地与克拉通型层序格架

由于克拉通盆地水体相对浅、构造稳定、基底平缓、碳酸盐自旋回作用明显，层序发育主要受海平面变化、碳酸盐生产率的控制，因而造成克拉通型层序成因格架具有如下识别标志：①层序主要由碳酸盐岩构成；②层序构型主要由TST和HST构成，且TST_厚度＜HST_厚度；③层序界面以暴露成因组合为特征，标志明显、分布稳定；④层序（剖面）结构不连续，通常缺失LST；⑤很少见到理论上的凝缩层。

7.3.3.2　陆缘裂谷盆地与边缘裂谷型层序格架

被动陆缘裂谷盆地具有典型的台、盆相间格局，其中孤台层序格架、发育特点及控制因素与克拉通盆地的相似，台盆层序发育则受构造沉降、海平面变化、台缘重力流及半远洋因素的综合影响，因而呈现边缘裂谷型层序格架标志：①层序主要由硅质岩、灰泥岩、硅质灰岩和钙屑重力流构成；②层序构型HST、LST厚，TST较薄，略具对称性；③普遍见到真正的凝缩层；④层序发育完整、连续性佳；⑤层序界面以水下间断不整合面组合为特征。

图7.2　不同成因沉积盆地层序成因格架

7.3.3.3　弧后裂谷盆地与弧后裂谷型层序格架

与被动陆缘裂谷盆地相比，弧后裂谷盆地具有如下环境特点：①盆包台格局；②同沉积断裂活动加剧、火山作用明显；③四周出现岛弧或古陆。由于上述因素的影响，造成弧后裂谷型层序格架具有如下识别标志：①层序主要由火山碎屑浊积岩、钙屑重力流、硅质泥岩构成；②层序界面以水下间断不连续面为主；③层序构型特征与陆缘裂谷型层序格架相似，但TST明显富集火山碎屑浊积岩和硅质岩；④常见深水凝缩层；⑤层序发育完整。

7.3.3.4　陆缘走滑盆地与走滑型层序格架

由于陆缘走滑盆地与大洋相通，水体深，层序发育主要受全球海平面变化、远洋因素及同沉积断裂的控制，因而相应的走滑型层序格架具有如下识别标志：①层序由放射虫硅质岩和深水页岩构成；②层序连续、完整；③界面标识特征不明显，表现为海侵上超和水下间断不整合面叠置；④层序构型方面，HST、TST、LST厚度薄，对称性好；⑤凝缩层为放射虫硅质岩和海绵骨针硅质岩纹层。

7.3.3.5　前陆盆地与前陆型层序格架

层序发育主要受构造运动强度及相关物源、构造古地理、基底沉降幅度及古气候的综合控制，其次间接受海平面的影响。相应的前陆型层序格架具有如下主要特点：①层序界面特征明显，表现为典型的造山侵蚀不整合面组合；②层序主要由陆源粗碎屑构成；③层序厚度巨大，LST为盆底扇沉积，TST为巨厚海底扇和扇三角洲沉积，HST为扇三角洲平原和冲积扇平原沉积；④层序内部构型复杂，时空变化大；⑤缺乏深水凝缩层。

7.3.3.6　陆内裂陷盆地与裂陷型层序格架

作为板内拉张作用产物，陆内裂陷盆地表现为对称或非对称断陷，边界通常为高角度正断层，因而从边缘向盆地*，沉积速率大于海平面升降速率，物源具双向特点，加之构造条件的影响，两侧沉积物供给可以是均衡的或非均衡的，这些因素造成了板内裂陷盆地特有的裂陷型层序格架特征：①层序由碳酸盐岩、碎屑岩和硅质泥岩构成；②层序发育良好，结构完整，在碳酸盐岩台地边缘，发育台缘礁滩和滑塌层，HST_厚度＞TST_厚度，层序界面清晰，以Ⅰ型界面为主。而在碎屑边缘，LST以三角洲前缘为主，界面特征不明显，亦可出现由欠补偿硅质泥岩和补偿碎屑岩或碳酸盐岩组成的二元结构；③层序几何形态具有对称和不对称的双透镜体，并随盆地边缘而发生迁移。

7.3.4　层序充填序列与盆地演化过程

从右江盆地层序充填序列与盆地演化关系（图7.1）可看出，右江盆地层序充填序列包括1个超级层序、4个Ⅰ级层序、7个Ⅱ级层序和48个Ⅲ级层序。其中，超级层序代表沉积盆地域，Ⅰ级层序代表沉积盆地，Ⅱ级层序反映次级盆地或盆地构造沉积幕，Ⅲ级层序揭示沉积盆地充填幕，Ⅳ－Ⅴ级层序对应盆地充填韵律。现以Ⅱ级层序为单位论述右江复合盆地充填过程及盆地演化史的关系（图7.3）。

Ⅱ级层序SS₁由10个Ⅲ级层序（S₁～S₁₀）构成，相当于下泥盆统—中泥盆统应堂阶。底为加里东盆山转换面，由碎屑岩、碳酸盐岩及其过渡相构成，形态受前泥盆纪构造古地理严格控制，呈阶梯状向北超覆尖灭，总体向上变深，属于填平补齐性质，基本上奠定了右江盆地海域轮廓和分布。可见，SS₁发育主要受盆地构造活动、相关物源以及海平面变化的联合控制，代表加里东造山运动后华南陆内裂陷海沉积产物。

Ⅱ级层序SS₂发育于中泥盆世东岗岭期—晚泥盆世，由7个Ⅲ级层序（S₁₁～S₁₇）构成，盆包台格局明显，台盆硅质岩系分布广但厚度薄，孤台碳酸盐岩厚度大，但分布小，两者具反向沉积序列，以海侵上超和水下间断不整合面为主，海域范围迅速扩大，为右江复合盆地最快海侵时期，揭示层序发育主要受同生断裂和基底构造的控制，代表华南陆块南缘强烈拉张产物。Ⅱ级层序SS₃对应于下石炭统，底为柳江构造运动面，包括5个Ⅲ级层序（S₁₈～S₂₂），以陆上暴露成因界面组合为主，总体具向上由深变浅序列，即由岩关期—大塘期的盆包台格局转变为德坞期的台包盆格局。该期层序发育主要受构造沉降和海平面变化的联合控制，代表先期强烈拉张活动之后海盆早期充填产物。

Ⅱ级层序SS₄与上石炭统相当，由5个Ⅲ级层序（S₂₃～S₂₇）构成，底以陆上暴露不整合面为特征，具典型的向上变浅序列，即由滑石板期—达拉期的台包盆格局演变为马平期的广阔碳酸盐台地，系右江边缘裂谷盆地强烈拉张活动（

—D₃）之后，海盆晚期充填产物。

早中二叠世为SS₅发育时期，底为黔桂构造运动面，包括7个Ⅲ级层序（S₂₈～S₃₄），以陆上暴露不整合面和海侵上超不整合面为主，为右江盆地最大海泛时期，层序空间组合表现为栖霞期的浅盆包雏台格局到茅口期的台盆相间格局，表明层序发育早期主要受海平面变化和碳酸盐自旋回的影响，晚期主要受海平面和构造沉降的控制，揭示右江边缘裂谷盆地演化扩张—晚期充填产物。

图7.3　右江盆地层序充填格架

Ⅱ级层序SS₆底为东吴构造运动面，凹凸不平，包括8个Ⅲ级层序（S₃₅～S₄₂），总体向盆地四周爬升，变薄尖灭，发育水下间断不整合面组合，主要由火山碎屑浊积岩、硅质泥岩组合（深水台盆）包绕碳酸盐岩组合（孤台）构成，具有向上孤台收缩尖灭、台盆深扩超覆趋势，表明SS₆发育受同生断裂、海底火山作用和海平面变化的综合控制，代表右江弧后裂谷盆地初始裂陷—强烈拉张产物。

Ⅱ级层序SS₇发育于中晚三叠世，顶、底分别为印支运动主次界面，即盆－盆、盆－山转换界面，由6个Ⅲ级层序（S₄₃～S₄₈）构成，发育造山侵蚀不整合面组合，Ⅱ级TST由S₄₃～S₄₈泥岩、泥灰岩和远源浊积岩构成，Ⅱ级HST由S₄₃～S₄₈巨厚陆缘碎屑浊积岩组成，盆地范围明显缩小，顶部变形削蚀，揭示该期层序发育主要受构造活动及相关物源的影响，代表右江复合盆地演化末期造山挤压、前陆挠曲产物。

综上所述，右江复合盆地是由不同性质及级别的等时界面所分割的不同级别的成因地层单元所构成的复合建造块体，其空间形态、内部结构及构造轮廓受盆地古地理、构造活动、沉积机理及海平面变化等的综合控制。右江复合盆地层序充填过程包括陆内裂陷（FS₁）、陆缘裂陷（FS₂）、弧后裂陷（FS₃）和前陆盆地（FS₄）4个充填阶段，经历了加里东运动→陆内裂陷海→独山运动→陆缘裂陷海→东吴运动→弧后裂谷海→印支运动→残余海－前陆盆地4次盆－盆、盆－山转换事件。