[科普中国]-煤系层序地层分析

煤系层序地层分析指的是用层序地层学的理论和方法分析研究含煤岩系，解决等时地层格架内煤系、煤层对比和相对海平面变化对煤系沉积相和煤层形成、分布的控制关系。它是煤盆地分析的新途径。1

煤系研究煤和含煤岩系沉积学研究经历了旋回层、三角洲模式及现在的层序地层学等研究阶段。层序地层学作为一种新的盆地分析方法，受到广大地质学家尤其是油气地质学家的重视，并已发展成油气勘查及科学研究的一种强大的、具预测功能的相分析方法和手段。这一新的沉积学研究方法已渗透到含煤岩系研究中，并促使含煤岩系沉积学以崭新面貌迅猛地向前发展。在国内，沉积环境、岩相古地理及海平面变化与聚煤作用的关系早就为人们所注意(谢家荣，1949；王竹泉，1964；韩德馨等，1980；张韬，1995)，中国学者在含煤岩系层序地层学研究虽只有短短的二十余年时间，但是已经取得令人瞩目的研究成果(李思田，1992，1993；李增学，1994；陈世悦等，1994；程爱国等，2001；邵龙义等，2008)。我国学者针对近海型煤系层序地层分析的方法原理进行了大量实例研究，对聚煤模式有了进一步的认识，例如提出幕式聚煤作用(邵龙义等，1989，1992；郝黎明等，2000；Yang，etal，2006)、盆控型泥炭沼泽体系(山西煤田地质局，1992)、海侵过程成煤(李宝芳等，1999)、海侵事件成煤(李增学等，1996，2001)以及海相层滞后时段聚煤(Shao，et al，2003；邵龙义等，2008)等理论。对陆相含煤盆地层序地层学亦进行了尝试性研究(吴因业，1996；杨明慧等，1998；鲁静等，2006 2009)。2

研究方法层序地层学早期的一些概念由美国P. R. Vail和R. M. Mitchum等从地震地层学研究中提出(1977)。近几年，由J. C. Van Wagoner系统化，将地震地层学与沉积学结合起来，已发展成为沉积学研究的前沿领域，广泛用于油气盆地和煤盆地分析，弥补了生物地层和年代地层划分精度的不足，改变了传统的岩性地层对比模式，建立了等时地层格架内按沉积体系和体系域的高分辨对比方案，为区域地层对比提供了新方法，并提高了地层学和沉积学以及煤地质学的研究水平。

层序地层学是研究一套年代地层格架内重复出现并有成因联系的岩层间相互关系的一门学科。它根据地震剖面、钻井岩心、地球物理测井曲线和地表露头资料及有关沉积环境和沉积相的理论，对地层叠置型式作出综合解释。其基本观点是认为地层单元的几何形态和岩性，受盆地构造沉降、海平面波动、沉积物供给和气候四大因素所控制。构造沉降赋予了沉积物的沉积空间;海平面波动决定了地层和相的叠置型式;沉积物供给量和速率决定了沉积物的充填情况和古水深;气候条件则决定了沉积物类型。前三种因素控制了沉积体的几何形态; 构造沉降幅度和海平面变化速率综合起来，为沉积物可容纳空间系数。3

基本概念包括层序、准层序、准层序组、沉积体系、体系域等。

层序层序地层学研究的基本地层单元，指由不整合面及与之相对应的整合面所限定的一套有成因联系的地层。层序界面之上，往往是由盆地覆水加深而形成的沉积相。其特征是横向连续、分布广泛、往往覆盖整个盆地，甚至在许多盆地内具有等时性。它分隔了层序界面上覆与下伏的地层。层序内基本上是连续沉积的，仅有一些小的间断面，可包括若干个沉积体系和体系域。层序形成的时域为数十至数百万年。在地表露头、钻井岩心和测井曲线上可分辨的层序厚度，可精确到数米至数十米;但在地震剖面上可分辨的层序厚度往往为数百米。

准层序由海泛面或与之相对应的面所限定的、有成因联系的一组相对整合的层或层系。海泛面是海水加深时在沉积物表面留下的界面，常伴有微弱的海底侵蚀作用及无沉积期，可能指示一种较小的沉积间断。准层序内又可区分出层组、层、纹层组和纹层。

准层序组由大的海泛面或与之相对应的界面所限定的一套连续的、有成因联系的准层序组成。准层序有清晰的进积型或退积型、加积型叠置样式(图1)。准层序组中准层序的叠置样式，取决于沉积速率与沉积物可容纳空间增长速率之比值。准层序组的界面可以与层序界面一致。

沉积体系一套有成因联系的沉积相的三维空间组合。

体系域同时期形成的一系列相互接连过渡的沉积体系。主要有低位体系域、海侵体系域、高位体系域和陆架边缘体系域等。

层序地层学的对比概念按层序界面进行高分辨年代地层对比。大至层序、小至纹层都是沉积岩系的基本构成单位，它们组成了不同级别的地层单元。除纹层外，每个地层单元都是由明显的年代地层界面所限定的、有成因联系的地层剖面。每一个界面都是一个物理界面，将界面上、下的地层隔开。这些界面可根据测井曲线、钻孔岩心和地表露头进行对比，从而为相分析提供了一个高分辨的年代地层格架。层序界面上、下的岩层之间不存在成因联系。

为了准确解释年代地层格架内岩层的横向变化，必须对沉积剖面进行相分析，在各个层序内辨认出沉积体系和体系域。

与传统地层学编制的岩相图相比，层序地层研究的地层格架的时间间隔更短。至于层序演化的机理，更强调海平面相对变化的控制作用。

进行区域性的以至整个盆地范围内的地层划分和对比，应用生物化石组合划分的生物地层单元和应用绝对年龄测定划分的年代地层单元，其年代间隔往往较长，难以满足层序地层对比的精度要求。应用标志层区分的岩石地层单元，在大范围内又往往是穿时的。只有根据体系域和关键性界面划分的层序地层单元，才能得出在较短的等时地层格架内较合理的地层对比方案。在一个层序内，划分体系域的界面为最大海泛面;划分准层序的界面为海泛面; 其它用于进行横向等时地层对比的关键性层面还有陆上暴露面、小型沉积间断面、水下风暴浪蚀面、海侵冲刷面以及火山喷发和地震等事件地层界面等等。

在进积作用和退积作用的不同情况下，准层序组内按层序地层学原理所作的等时地层对比方案，与传统的按岩性特征所作的地层对比模式有原则性区别(图2、图3)，前者强调了沉积物向盆地进积和海岸后退的退积情况下相变的概念，是沉积学和地层学对比概念的革新。

层序的类型根据层序边界之间沉积体系域内地层的三维空间配置关系和不整合面的类型，可将层序划分为Ⅰ、Ⅱ两种类型。

Ⅰ型层序形成于大陆架上沉积滨线坡折处海平面下降速率超过盆地沉积速率，产生海平面相对下降的情况下。沉积滨线坡折位于大陆架地形发生坡折的地方，其向陆一侧沉积面位于基准面(通常即海平面)附近;向海一侧沉积面则低于海平面(J.C.Van Wag-oner，1988)。这一位置大致与三角洲的河口坝向海进积的终点或海滩环境的上临滨位置相符合。

Ⅰ型层序内可区分出低位、海侵和高位三个体系域。层序内体系域的分布，在一定程度上取决于沉积滨线坡折和大陆架坡折之间的关系。大陆架坡折是指盆地内大陆架与大陆坡之间的转折处，其向陆一侧大陆架的坡度小于1/1000，约小于0.5°; 向海一侧大陆坡的坡度小于1/40，约3°～6°。许多盆地当海平面相对下降时，沉积滨线坡折在从大陆架坡折向陆一侧160km左右的位置上。另一些盆地高位体系域已经进积到大陆架坡折处，当海平面下降时，沉积滨线坡折可达到大陆架坡折处。

Ⅱ型层序形成于沉积滨线坡折处海平面下降速率略小于或等于盆地沉降速率，即沉积滨线坡折处无明显的海平面相对下降的情况。

煤系应用含煤岩系、煤层在层序中的分布，受海平面相对升降变化的控制。通过对含煤岩系沉积相、沉积体系和海平面变化的研究，可得出在较短的等时的年代地层格架内岩煤层对比的合理方案。相对海平面上升过程中，地下水潜水面缓慢上升，有利于形成厚煤层，且陆源碎屑物输入量少，易形成低灰分、以凝胶化物质为主的光亮型、半亮型煤;反之，相对海平面下降过程中，沼泽覆水程度逐渐减少，陆源碎屑输入量多，不利于泥炭层的持续堆积。此外，不同体系域内，煤层、煤质分布规律也有差异。煤层对沉积条件变化反映灵敏度大，研究煤层、煤质的区域变化规律及煤层与顶、底板之间的关系，又能进一步帮助搞清海平面相对变化和区域性甚至全球海水进退规律，有利于研究解决大地构造问题。

本词条内容贡献者为:

李兵 - 副教授 - 西南大学