尽管层序地层学作为—门系统的理论和独立的地学分支是在本世纪80年代后期才正式形成,然而,层序地层学最基础的概念——“层序”,早在18世纪后期就已初具雏形(L.L.Solss,1988)。当时,地质学家正在努力寻求一种能够把他们(在大不列颠和西欧)的观察结果按一定组织结构加以安排的地层分类系统,他们根据地层底部或顶部存在的不整合面或者顶底部都存在的不整合面以及根据古生物明显变化(代表生物灾变性灭绝和更替而没有剥蚀或沉积间断证据)进行地层分类,建立起经典的地层单元——系。这些年代地层学的大单位在此后较长一段时期内得到了广泛的承认。在巴黎盆地的早期研究工作中,第三系各阶的界线是利用被称之为地震地层标志的削蚀、上超、前积等现象确定的。
层序概念定形于本世纪40年代末至50年代初期,这主要归功于L.L.Sloss及其同伴在北美克拉通中心地区的地质研究工作。为了进行区域内或区域间重要地层单元的对比,需要选择合适的地层划分标志。通过不断努力探索,他们确定了根据岩性或地球物理测井标志、标志层和不整合而进行地层单元划分的方案,结果在实践中获得了成功。随后,L.L.Sloss(1950)将以不整合面为界的4个层序正式用于蒙塔纳地区(Montana Area)古生代区域地层研究工作中。在1951年出版的书名叫做《地层与沉积作用》(stratigraphy and sedimentation)的教材中(W.C.Krumbein和L.L.Sloss),首次对层序作了明确的定义,该书把层序定义为“一个大的构造旋回的岩石记录”,并强调层序边界为大规模不整合这一重要特征。对层序概念的推广作出了贡献。
尽管P.R.Vail等人在1987年就已指出了构造沉降、全球海平面升降、沉积物供应、气候对地层单元的几何形态、沉积作用和岩相展布的控制作用,但这种控制作用的机理是由M.T.Jervey通过数学模拟方法弄清楚的。随后,H.W.Posamentier和P.R.Vail等人(1988)对M.T.Jervey的方法作了改进,用于识别和描述沉积层序内部的各个体系域并阐述了它们与相对海平面变化的关系。使层序地层学理论得到进一步完善。因此,从某种意义上说,层序地层学诞生于1988年,它的基础是地震地层学理论和M.T.Jervey的计算机模拟。
层序地层学是在地震地层学的基础上发展起来的,它吸收了地震地层学的精髓并沿用了某些重要概念,同时又增加了新的内涵。与经典的地震地层学相比,层序地层学至少具有以下几个显著特点:
①提出了控制沉积层序形成的4个并列因素;
②引入了沉积体系域和沉积体系的概念,使研究对象更加具体,地层对比更加客观;
③更加强调多学科的综合研究和多种资料的综合分析、应用。
层序地层学理论起源于被动大陆边缘的地震地层学研究,它的适应范围有多大,是地学工作者(特别是油气勘探人员)普遍关注的问题。
从近年来国外发表的有关层序地层学研究论文可以看出,层序地层学应用范围已从早期的被动大陆边缘扩大到主动大陆边缘、裂谷体系、前陆盆地等环境中,研究地层从前寒武系古老地层到现代沉积物。相应地建立了一些新的层序地层学模式。同时,有关陆相盆地层序地层学研究实例的报道也越来越多。
由我国特定的地质条件所决定,中国中、新生代陆相含油气盆地的油气储量占总储量的90%左右(据关士聪,1985),因此,探索陆相盆地的油气地质规律、预测和发现新的油气资源,是我国石油地质工作者的重要任务。
与被动大陆边缘盆地(或海相盆地)相比,陆相盆地层序形成的控制因素主要有以下三点差别:
首先是陆相盆地除在少数水进期或高水位期与外海有过沟通外,几乎与海是隔绝的,湖平面升降变化主要与构造因素、气候(水文)条件有关,基本上不受全球性海平面升降变化的影响;
其次是陆相盆地沉积物供应不是单方向的,而具有多物源、多沉积中心的特点,沉积物供应量随气候变化而波动;
第三是受边界条件(层序边界)影响,陆相盆地层序内部体系域的叠置形式及体系域的岩相组成与海相盆地不同。
以上差别会影响层序地层学在陆相盆地中的应用吗?根据层序地层学的基本思想和国内学者的研究和实际验证情况,可以肯定地回答:不会。
层序地层学相对地震地层学最大的进步之一是把层序的主要控制因素由单一因素(全球海平面变化)变为4个并列因素,并将它们进一步归并、简化为可容纳空间和沉积物供应速率这两个可概括一切影响因素的因子。可容纳空间指盆地内由构造沉积和海(湖)平面变化共同作用所形成的可供沉积物充填的空间。层序地层学并不强调海平面变化对层序的控制作用比构造活动更重要,因此,将层序地层学理论用于陆相盆地实际工作中时,我们没有必要因为构造影响的存在而担心应用效果,只要记住一点就可以了:构造活动与湖平面升降变化产生可容纳空间。
对陆相盆地的多物源、多沉积中心,只要合理选择重点研究剖面(选择沿主要物源倾向方向上的地震剖面或测井对比剖面作为层序分析的骨干剖面),并不妨碍我们进行层序地层学研究。
而第三点正是我们工作努力的目标,不生搬硬套海相盆地层序地层模式,而要根据陆相盆地自身的特征(边界特征、体系域组成及岩相特征等),摸索建立合适的陆相盆地层序地层模式,这需要许多人通过长期努力才能达到。可以说,陆相盆地层序地层研究是中国地学工作者对层序地层学理论进一步完善、发展应作的重大贡献。