A. 海平面變化綜合分析
在地質歷史中,海平面發生了不同級別不同周期的變化,其岩石記錄為重復性和旋迴性。反映海平面變化的集中方法通常表現為海平面升降曲線。在這種曲線上,具有很多可供參考的信息,例如盆地演化、最大海進期與生油密集段或生油期、岩相、地層的疊加型式及幾何形態、儲油層預測等等。可見,編制海平面升降曲線和分析海平面變化是很重要的。
一、海平面變化曲線的編制方法
海平面變化曲線有多種編制方法,例如,地震剖面上超點轉移法、Fischer圖解-Milan-covitch變化周期法、可容納空間分析法。
1.地震剖面上超點轉移法
這種方法是在地震剖面上根據濱岸上或上超點向陸或向海方向轉移幅度,來計算海平面的相對上升或相對下降的大小。沿著層序邊界,濱岸上超點向陸的不斷遷移反映了海平面持續相對上升的過程,濱岸上超點向海不斷遷移反映了海平面持續相對下降的歷程。另外,前積作用代表海平面相對下降,與濱岸上超點向海遷移相聯系。頂超表示海平面靜止不動,有兩種表現型式,一是在最大海泛期的「停滯」。削截反射標志代表了快速的海平面相對下降。在這種方法中需要進行壓實校正、差異沉降校正等,同時對於地層的缺失與削截還應進行一定恢復。
2.Fischer圖解法
Fischer圖解是Fischerz1964年在研究奧地利三疊紀環潮坪相Dashstein灰岩時首次提出的(據徐懷大,1995)。Fischer圖解假定米級旋迴具有平均周期,而上述研究區的碳酸鹽岩米級旋迴的累積厚度經過線性校正後作縱坐標,時間作為橫坐標。Fischer用構造沉降脈動(而不是用海平面的變化)來解釋米級旋迴反映的沉積環境的周期性變化,當時並沒有被人們所重視。1987年Goldhammer等在研究義大利北部中三疊世碳酸鹽台地的Milanco-vitchy旋迴和高頻海平面變化時,重新啟用Fischer圖解來解釋海平面變化的級次。後來,Fischer圖解的應用越來越廣泛。Fischer圖解適用於地層連續、高頻旋迴明顯且假定各旋迴周期恆定的條件下,在本區早奧陶世可以應用。
3.可容納空間分析法
可容納空間是指可供潛在沉積物堆積的空間,它包括剩餘空間和新增空間。可容納空間分析實際上在上超點法及Fischer圖解法中均有涉及。可容納空間變化規律對應於地層特徵,往往可容納空間大時形成的沉積厚度小,但小旋迴和韻律層多,相反可容納空間小時形成的沉積厚度大但小旋迴和韻律層少,這種規律具有一般性但也有特殊性。
可容納空間通常與古水深有聯系。在估算古水深時,重要位置是陸架坡折附近,其中有幾個重要的界面需要注意,浪基面—約30m,風暴浪基面—200m左右,碳酸鹽補償面(CCD)一大於1000m。除了沉積學方法,還可以用生物地層學的方法估算海平面的古水深。在一個海平面變化周期中,計算最大海泛時間是最重要的,可容納空間實質上等於上述時間的古水深減去構造沉降值(構造下沉取負值、上升取正值)。根據這種變化規律可以比較精確地計算海平面的上升或下降幅度。這種方法精確的計算也需要構造沉降和壓實校正。如果簡單地利用古水深恢復可容納空間,則應該加上沉積物厚度。在高頻周期中沉積厚度很小時可以忽略不計。
在確定可容納空間變化趨勢之後,以時間為縱坐標,以海平面升降變化幅度為橫坐標,可以作出海平面變化曲線。值得一提的是相對水深曲線與全球海平面變化曲線相比,有時具有一定的差異。例如在相對水深持續下降或保持一定深度而沉積速率較高時,全球海平面變化曲線呈現上升趨勢。
二、鄂爾多斯盆地海平面變化曲線綜合研究
1.時代確定及海平面曲線製作步驟
(1)引用Sarg等(1994)及Vail等(1992)的資料,按其提供的時代標於圖中。
(2)在地層整合的部位,I型層序選用比高水位體系域新的點作為拐點,通常相當於盆底扇中部的時代。Ⅱ型層序邊界處就是拐點。最大海泛下超面定於上升拐點處。在低水位體系域頂部確定首次海泛面。
(3)將上述各點連接起來,初步繪出海平面變化曲線。在缺少低水位體系域的地方,尚需人工彌補。
(4)利用估算的最大海泛面、最大下降和各體系域的確定升降幅度,一般選用靠近陸架坡折附近作為參考。同時也應該進行壓實和構造沉降校正。
(5)將各點及升降幅度結合起來,繪制完整的海平面升降曲線。
2.鄂爾多斯盆地寒武—奧陶紀海平面變化曲線及對比
依據上述方法繪制出鄂爾多斯盆地寒武紀和奧陶紀海平面變化曲線(圖4-3和圖4-4)。
(1)寒武紀海平面升降在全區具有比較一致的變化,繪制的海平面變化曲線分別參考了阿不切亥溝、蘇必溝和王和剖面。其共同的特徵是最大海侵期位於張夏期,另外在毛庄組層序1和2、徐庄組層序4、長山組層序9密集段沉積時均有明顯的海平面上升,表現為密集段由顏色偏深的泥頁岩組成,其也在層序對比中起到了重要作用。
經與全球海平面升降曲線(後者據Sarg等,1994)比較,發現兩者長周期變化非常相近,短周期中毛庄期、徐庄期、張夏期及長山期中的最大海泛時間與全球變化吻合程度相當高,不同點在於徐庄期和鳳山期三級周期頻率高,而張夏期和崮山期三級周期頻率低。造成這種情況的原因一是局部因素的影響,例如沉積速率、構造沉降速率的變化、氣候變化及局部構造運動的影響;二是缺乏可靠的絕對年齡值,三是有某種人為因素。
圖4-3鄂爾多斯盆地寒武紀海平面變化曲線及對比
圖4-4鄂爾多斯盆地奧陶紀海平面變化曲線及對比
值得一提的是,鳳山期的3個短周期中海平面呈不斷下降的趨勢,而長周期中海平面呈逐漸上升的趨勢,原因在於區內當時水體淺而可容納空間小,形成的可容納空間很快被充填,但新可容納空間又不斷增長,故才有水體淺又連續不斷沉積的局面,這樣海底不斷增高、海水不斷上升,從而導致絕對海平面持續上升。
(2)奧陶紀海平面升降曲線及其對比:早奧陶世時,鄂爾多斯盆地構造沉降、沉積環境相對比較穩定,加之碳酸鹽岩生長率高,故高頻層序發育,在東西部具可對比性。中奧陶世時,東緣為蒸發岩-碳酸鹽台地,與華北海連通;西緣沒入賀蘭山坳拉槽,因而兩地層序對比性比較差。鑒於西緣工作深入,且較長時期地處「陸架坡折」附近,反映海平面變化的旋迴性強,故選用桌子山拉什仲剖面作為編制海平面升降曲線的依據。
圖4-4是區內奧陶紀海平面升降曲線,與Exxon公司(1992)的全球海平面變化曲線(及Sarg等1994年的全球海平面變化曲線)對比,顯示「可容納空間包絡」在早奧陶世不盡合拍,並且區內的三級周期頻率高;中奧陶世二級旋迴變化趨勢相近,特別是與Arco公司曲線吻合良好,層序或層序組周期也基本吻合。
B. 海平面變動是怎樣的
海水面的升降變動稱為海平面變動。它是海水量、水圈運動、地殼運動和地球形態變化的綜合反映,地球演化的一個重要方面。海水時刻在運動,海平面也不斷在變動。這種變動有短期的,如日變動、季節性變動、年變動和偶發性變動等,主要與波浪、潮汐、大氣壓、海水溫度、鹽度、風暴、海嘯等因素有關,其升降幅度小,且常是局部的(見平均海平面);也有長期的,即地質歷史期間的海平面變動,其變動幅度大,是大區域性的,甚至是全球性的。海洋地質學主要是研究長期的海平面變動。長期海平面變動引起的最直接後果是海侵或海退。它導致海岸線移動,海陸變遷,對大陸架和海岸地貌、淺海與近岸沉積和礦產的基本特徵產生很大影響,使海岸工程、港灣建築遭受侵襲。