1、米级旋回单元厚度比值法在旋回层序研究中的应用 马飞宙 石显耀 邵龙义 陈宣华 中国地质科学院 中国地质调查局 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院 摘 要： 通过对米级旋回成因的讨论, 提出了用米级旋回单元厚度比值法进行旋回层序识别和层序划分的方案。在对北京西山张夏组米级旋回详细识别的基础上, 采用米级旋回单元厚度法进行了层序划分, 划分结果与露头层序地层学的划分结果基本一致。米级旋回单元厚度比值法操作简单, 使用方便, 结果比较准确, 有利于提高三级旋回层序识别及划分的精度, 是一种行之有效的层序划分方法。关键词： 层序地层; 米级旋回; 单岩性米级旋回; 厚度比值; 旋回层序; 张夏
2、组; 寒武系; 西山; 北京; 作者简介：马飞宙, 博士研究生, 地质矿产高级工程师, 从事矿产资源调查与评价方面的研究工作;e-mail:收稿日期：2017-08-04基金：中石化华北地台烃源岩分布及两大裂谷系盆地研究项目APPLICATION OF METER-SCALE CYCLIC UNIT THICKNESS RATIOS IN CYCLOSTRATIGRAPHIC RESEARCHMA Fei-zhou SHI Xian-yao SHAO Long-yi CHEN Xuan-hua Chinese Academy of Geological Sciences; China Geol
3、ogical Survey; College of Geoscience and Surveying Engineering, CUMTB; Abstract： In this paper we discuss the origin of meter-scale cycles and explore the application of meterscale cyclic unit thickness ratios in cyclostratigraphic and sequende stratigraphic subduvision.A detailed cyclostratigraphic
4、 analysis of the Cambrian Changhsia Formation in Xishan of Beijing, using meter-scale cycle unit thickness ratios as a cyclostratigraphic tool, shows that the cyclostratigraphic division is consistent with outcrop sequence stratigraphy.Meter-scale cyclic unit thickness ratios are early to measure an
5、d can give accurate results.The method is effective in the analysis of third-order cyclostratigraphic units and sequence stratigraphic studies.Keyword： sequence stratigraphy; meter-scale cycle; single lithological meter-scale cycle; thickness ratio; cyclic sequence; Changhsia Fm.; Cambrian; Xishan;
6、Beijing; Received： 2017-08-04米级旋回层序源自 Anderson 和 Goodwin (1990) 所称的“米级旋回”, 指地层记录中在露头上能直接识别的、十几厘米至几米厚的地层堆积作用单元, 这种地层序列产生的基本地层单元是至少可以在盆地范围内追索的 15 m 厚的向上变浅旋回, 是异成因机制控制下的自旋回过程的产物 (FischerSchwarzacher, 1993;Mei Ming-xiang, 2000;Strasser, 2006;SpenceRead 等 (1985) 在研究北美寒武纪和奥陶纪碳酸盐台地时提出并综合出了 6 种潮坪碳酸盐旋回;Maset
7、ti 等 (1991) 报道了深水非对称型碳酸盐岩米级旋回的研究情况;Osleger 和 Read (1991) 报道对潮下型碳酸盐岩米级旋回的研究结果;Einsele 和 Seilacher (1982) 与 Ricken 对远洋及半远洋泥灰岩-灰岩对偶层 (即 L-M) 米级旋回的总结性的研究, 为产生较为合理的米级旋回分类体系提供了良好的基础。根据前人研究成果, 米级旋回按成因类型分为 L-M 型、环潮坪型、潮下型、深水非对称型及单岩性米级旋回 ( (梅冥相, 2000;杨俊才、马飞宙, 2014) 。L-M 型米级旋回层序, 主要发育于深水背景下, 由远洋相钙质泥岩 (Marl) 及半
8、远洋相灰岩 (Limestone) 构成, 取每个单词首字母而简称 L-M 型, 米级旋回层序的界面为瞬时淹没间断面。环潮坪型米级旋回层序, 主要发育于碳酸盐岩台地内部、潮汐作用为主要沉积营力的浅水环境中, 以向上变浅、岩层向上变薄、颗粒向上变细为特征, 层序顶部常发育白云岩、喀斯特角砾、古土壤等淡水成岩作用的产物, 层序分界面多为瞬时暴露间断面。潮下型米级旋回层序, 主要发育于正常潮下浅水环境中, 以向上变浅、颗粒向上变粗、岩层向上变厚为特征, 米级旋回层序的界面为瞬时淹没间断面。深水非对称型米级旋回层序, 主要发育于镶嵌陆架型台地边缘斜坡背景中, 相序组构与 L-M 型相似, 以在旋回层序
9、顶部常发育“低水位角砾岩”而与 L-M 型相区别。单岩性米级旋回, 指的是由一种岩性在垂向上叠置形成的旋回。由于海平面变化幅度的原因, 在高频海平面变化期, 若海平面上升或下降幅度略小, 就可能形成单岩性米级旋回。在生物礁、颗粒滩及潮坪等环境产生的进积或加积序列中更加常见。单岩性米级旋回成因上是前面 4 种旋回相互之间的过渡类型 (杨俊才、马飞宙, 2014) 。2 米级旋回单元厚度比值法的含义、计算与作图方法米级旋回单元厚度比值法是在详细识别、划分出米级旋回的基础上, 对米级旋回单元进行厚度分析, 用每个米级旋回的下部单元厚度除以上部单元厚度, 得到厚度比值, 进而以旋回编号为横坐标、单元厚
10、度比值为纵坐标, 利用 excel绘制出厚度比变化趋势图, 进而进行层序划分。因为米级旋回的下部单元相对于上部单元形成环境较深, 故下部单元与上部单元比值越大, 代表深水沉积物越厚, 水深越深;下部单元与上部单元比值越小, 代表浅水沉积物越厚, 水深越浅。据此可以进行旋回层序的识别和层序划分。对于有 3 个单元结构的米级旋回, 根据中间单元岩性、形成环境, 确定其与上、下单元岩性、形成环境的相似程度, 将其归入到相似程度大的单元中, 如果相似程度均较大, 为不影响比值, 在计算中应将中部单元剔除。对于单岩性米级旋回, 仅有下部单元或上部单元, 下部单元与上部单元比值为无穷大或零。使用米级旋回单
11、元厚度比值法应注意的问题:1) 单岩性米级旋回识别单岩性米级旋回是由一种岩性在垂向上叠置而成, 因此应注意单岩性米级旋回的识别, 切不可将单岩性米级旋回误认为是某一米级旋回的一部分, 否则可能会影响最终结果, 影响层序划分及研究的精度。2) 旋回厚度量取在进行旋回识别、划分、厚度测量的过程中, 不需考虑旋回级别、单元规模的问题。对每个米级旋回均进行识别, 对每个单元均进行厚度量取, 从几厘米到几十厘米乃至几米、十几米的旋回单元, 都进行测量。3 米级旋回单元厚度比值法应用以北京西山张夏组为例在碳酸盐沉积层序中, 米级旋回层序的类型、岩相以及厚度常呈现出垂向上有规律的变化, 其垂直叠加型式被认为
12、是由长周期三级相对海平面变化所引起的沉积物容纳空间变化所控制的。这种叠加型式是在露头上识别层序的基础 (梅冥相, 马永生, 2001) , 通过研究米级旋回层序的垂直叠加型式, 可以在米级旋回层序和长周期旋回层序间建立起成因联系, 识别和划分长周期旋回层序及其内部单元 (沉积体系域) (Goldhammer et al., 1991;Osleger梅冥相, 1995) 。北京西山丁家滩张夏组米级旋回特别发育, 总共识别出 81 个米级旋回 (表 1) 。根据米级旋回层序的垂直叠加型式, 采用露头层序地层学方法对识别出的米级旋回进行旋回划分, 共划分出 1 个三级旋回层序、5 个四级旋回和 19
13、 个五级旋回 (图 1) , 五级旋回层序基本是由 45 个米级旋回组成。张夏组三级层序最大海泛面在第 8 个五级旋回底部, 四、五级旋回及最大海泛面划分结果与前人资料基本一致 (罗光文等, 1998) 。现采用米级旋回单元厚度比值法对张夏组地层进行分析。张夏组米级旋回中, 第 14 旋回缺失下部单元, 下部单元厚度为 0, 单元厚度比为 0;第 69 旋回缺失上部单元, 上部单元厚度为 0, 单元厚度比为无穷大, 为作图方便, 对其进行了赋值, 令其为 60 (需保证对无穷大的赋值要明显大于所有其他比值数据) 。第 19、25、32、75 旋回为三单元米级旋回, 其中第 19 旋回, 下、中
14、、上三个单元岩性分别为泥灰岩、竹叶状灰岩和鲕粒灰岩, 中、上单元岩性相似程度大;第 25 旋回, 下、中、上三个单元岩性分别为泥岩、粒屑灰岩和鲕粒灰岩, 中、上单元岩性相似程度大;第 32 旋回, 下、中、上三个单元岩性分别为粉砂岩、鲕粒灰岩和竹叶状灰岩, 中、上单元岩性相似程度大;第 75 旋回, 下、中、上三个单元岩性分别为粉砂质泥岩、泥质粉砂岩和粒屑灰岩, 下、中单元岩性相似程度大, 因此计算时对相似程度大的单元进行了合并。通过 excel 进行成图, 得到了北京西山张夏组单元厚度比值图 (图 2) 。由层序地层学理论知, 海泛易形成深水沉积 (米级旋回的下部单元) , 浅水沉积 (米级
15、旋回的上部单元) 很薄乃至缺失, 下部单元与上部单元厚度之比特别大乃至无穷大。因此, 从张夏组趋势图 (图 2) 可以看出, 张夏组的厚度比明显的分为两段:第 150 旋回厚度比值较小, 有很大一段小于 1 接近于 0, 为鲕粒滩型米级旋回;第 5181 旋回厚度比值较大, 下部单元明显厚于上部单元, 为较深水沉积环境, 且从第 81 旋回到第 50 旋回总体呈现出比值变大的趋势, 说明水体深度持续变深, 51 旋回附近为最大海泛面。最大海泛面位置与张夏组层序划分中的最大海泛面相一致 (图 1) 。表 1 北京西山张夏组米级旋回厚度比值统计表 Tab.1 Meter-scale cyclic
16、thickness ratio statistics of the Changhsia Formation in Xishan of Beijing 下载原表 图 1 北京西山张夏组层序划分图 Fig.1 Sequence division picture of the Changhsia Formation in Xishan of Beijing 下载原图图 2 北京西山张夏组单元厚度比值图 Fig.2 Unit thickness ratio diagram of the Changhsia Formation in Xishan of Beijing 下载原图4 结语在使用米级旋回单元
17、厚度比值法对米级旋回进行分析的过程中, 不需要考虑旋回级别的问题, 受旋回数量的影响不大, 经过在北京西山张夏组地层的使用, 并与露头层序地层学方法对比, 是一种行之有效的层序划分方法。米级旋回单元厚度比值法提供了一个由米级旋回层序的有序叠加形式所决定的三级海平面变化幅度的定量方法, 通过进行米级旋回识别并进行垂向上叠置关系的详细分析和研究, 进而划分层序。操作简单, 使用方便, 结果比较准确。参考文献罗光文, 梅冥相, 苏德辰.1998.露头碳酸盐岩旋回层序的识别与划分.石油勘探与开发, 25 (2) :13-16. 梅冥相, 马永生.2001.华北北部晚寒武世层序地层及海平面变化研究-兼论
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