Стратиграфия последовательностей — это раздел геологии , в частности раздел стратиграфии , который пытается различить и понять историческую геологию во времени путем подразделения и связывания осадочных отложений в подразделения, ограниченные несогласием , в различных масштабах. Суть метода заключается в картировании пластов на основе идентификации поверхностей, которые, как предполагается, представляют временные линии (например, субаэральные несогласия , поверхности максимального затопления), тем самым помещая стратиграфию в хроностратиграфические рамки, позволяющие понять эволюцию поверхности Земли в конкретном регионе. сквозь время. Стратиграфия последовательностей является полезной альтернативой чисто литостратиграфическому подходу, который делает упор исключительно на композиционное сходство литологии горных пород, а не на временную значимость. Несогласия особенно важны для понимания геологической истории, поскольку они представляют собой эрозионные поверхности, где в летописях имеется явный пробел. И наоборот, внутри последовательности геологическая запись должна быть относительно непрерывной и полной, генетически связанной. [1] [2] [3] [4]
Стратиграфы объясняют границы последовательностей и стратиграфические единицы в первую очередь с точки зрения изменений относительного уровня моря (сочетание глобальных изменений эвстатического уровня моря и регионального опускания, вызванного тектоническим опусканием , термическим опусканием и опусканием, вызванным нагрузкой, поскольку вес накопленных отложений и воды вызывают изостатическое опускание по мере заполнения осадочного бассейна). Чистые изменения, возникающие в результате этих вертикальных сил, увеличивают или уменьшают пространство для накопления отложений в осадочном бассейне . Вторичным влиянием является скорость поступления наносов в бассейн, которая определяет скорость заполнения этого пространства. [5]
Истоки секвенционной стратиграфии можно отнести к работам Л. Л. Слосса о межрегиональных несогласиях Северо-Американского кратона. Слосс выделил шесть последовательностей шириной в кратон, представляющих сотни миллионов лет истории Земли. [6] [7] [8] В конце 1960-х годов у Слосса было несколько студентов, в частности Питер Вейл, Роберт Митчум и Джон Сангри, которые защитили диссертации, изучая пенсильванские осадочные породы Северо-Американского кратона, и осознали, что глобальные изменения в море Уровень мог быть ответственным за многочисленные широко распространенные несогласия в этих породах. Во время своей последующей карьеры в качестве ученых-исследователей в исследовательском подразделении Exxon Вейл, Митчам и другие впервые применили практику сейсмической стратиграфии , стратиграфической интерпретации профилей сейсмических отражений для понимания слоев и упаковки осадочных пород в недрах с использованием акустических изображений. [9] [10] Появление сейсмической стратиграфии позволило идентифицировать последовательности, представляющие более короткий период времени в диапазоне от десятков тысяч до нескольких миллионов лет; и сравнить последовательность стратиграфической истории по всему миру. Это, в свою очередь, привело к тому, что стратиграфия последовательностей стала систематизированной и стала пониматься как имеющая широкое применение и для стратиграфического изучения обнажений горных пород на земной поверхности. В 1980-х годах это положило начало революции в стратиграфии, основанной на разграничении региональных физических поверхностей, которые разделяют осадочные породы на пакеты, представляющие дискретные и последовательные периоды времени и предсказуемые закономерности истории отложения отложений. [11] [12] [4] [3]
Границы последовательностей считаются наиболее важными поверхностями. [13] Границы последовательностей определяются как несогласия или соответствующие им соответствия. Границы секвенций образуются в результате падения уровня моря. Например, многоэтажные пакеты речных песчаников часто заполняют врезанные долины, образовавшиеся в результате падения уровня моря, связанного с границами последовательностей. Врезанные долины границ секвенций по латерали коррелируют с междуречьями, по краям врезанных долин сформировались палеопочвы . Заполнения долины не связаны генетически с нижележащими системами осадконакопления, как предполагалось в предыдущих интерпретациях. Существует четыре критерия, отличающие врезанные долинные отложения от других типов многоэтажных отложений песчаника: широко распространенная корреляция с региональной высокорельефной эрозионной поверхностью , которая более распространена, чем эрозионные основания отдельных каналов внутри долины; фациальные ассоциации отражают сдвиг фаций в сторону бассейна по сравнению с нижележащими подразделениями; эрозионное основание долины стирает предшествующие системы массивов и морских полос, образуя временной разрыв, удаленные подразделения сохранятся под междуречьями; увеличение заполнения русла и мелкозернистости вверх или изменения в характере речных систем, отражающие увеличение вмещающего пространства. Тела песчаника, связанные с врезанными долинами, могут быть хорошими резервуарами углеводородов . Были проблемы с соотношением и распределением этих органов. Принципы последовательной стратиграфии и выявление значительных поверхностей решили некоторые проблемы.
Меньшее значение придается границам парасеквенций, однако есть предположение, что поверхности затопления, представляющие границы парасеквенсов , могут быть более обширными в латеральном направлении, оставляя больше свидетельств, чем границы секвенций, поскольку прибрежная равнина имеет меньший уклон, чем внутренний континентальный шельф . [14] Границы парапоследовательностей можно отличить по различиям в физических и химических свойствах по всей поверхности, таких как; соленость пластовой воды, свойства углеводородов, пористость, скорости сжатия и минералогия. Границы парасеквенций могут не образовывать барьер для накопления углеводородов, но могут препятствовать вертикальному сообщению коллектора. После начала добычи парасеквенции действуют как отдельные дренажные единицы, поверхности затопления которых перекрываются глинистыми или карбонатно-сцементированными горизонтами, образуя барьер для вертикальных коммуникаций коллектора. Стратиграфические принципы последовательности оптимизировали потенциал добычи после того, как определена архитектура резервуара и определены отдельные дренажные единицы.
Концепция системных трактов возникла, чтобы связать одновременные системы осадконакопления. Системные тракты образуют подразделения в последовательности. Различные виды трактов систем выделяются на основе характера укладки пластов, положения в последовательности, на кривой уровня моря и типа ограничивающих поверхностей. [15]
Парасеквенс — относительно конформная, генетически связанная последовательность слоев и комплексов слоев, ограниченная морскими поверхностями затопления и коррелятивными им поверхностями. Поверхности затопления, ограничивающие парасеквенции, не имеют того же масштаба, что региональная трансгрессивная поверхность, связанная с границей секвенции.
Парапоследовательности разделены на шаблоны укладки:
Каждый шаблон штабелирования даст различную информацию о поведении жилого пространства, основным элементом которого является относительный уровень. Таким образом, быстрая проградационная модель будет указывать на падение уровня моря, быстрая ретроградационная модель будет свидетельствовать о быстром переходе уровня моря, а агградационная модель будет указывать на плавный подъем уровня моря.
Уровень моря меняется в течение геологического времени . График справа иллюстрирует две недавние интерпретации изменений уровня моря в фанерозое . Современная эпоха изображена слева и обозначена буквой N, обозначающей неоген . Синие пики вблизи нулевой даты представляют собой изменения уровня моря, связанные с самым последним ледниковым периодом , который достиг своей максимальной протяженности примерно за 20 000 лет до настоящего времени (BP). Во время этого оледенения уровень моря в мире был примерно на 320 футов (98 метров ) ниже, чем сегодня, из-за большого количества морской воды , которая испарилась и отложилась в виде снега и льда в ледниках Северного полушария . Когда уровень мирового океана находился на этом «низком уровне», бывшие отложения морского дна подвергались субаэральному выветриванию ( эрозии под воздействием дождя, мороза, рек и т. д.), и на новом уровне образовывалась новая береговая линия, иногда на многие мили в сторону бассейна от бывшая береговая линия, если морское дно было неглубоко наклоненным.
Сегодня уровень моря находится на относительно «высоком уровне» в рамках четвертичных ледниковых циклов из-за быстрого исчезновения ледников в конце плейстоцена и начале голоцена . Древняя береговая линия последнего ледникового периода сейчас находится под водой примерно на 390 футов (120 метров). Хотя среди ученых-землеведов ведутся споры о том, переживаем ли мы в настоящее время «высокую стоянку», общепринято считать, что эвстатический уровень моря повышается.
В далеком прошлом уровень моря был значительно выше, чем сегодня. В меловой период (обозначенный на графике буквой К) уровень моря был настолько высоким, что через центр Северной Америки от Техаса до Северного Ледовитого океана простирался морской путь .
Эти чередующиеся насаждения на высоком и низком уровне моря повторяются в нескольких временных масштабах. Наименьший из этих циклов составляет примерно 20 000 лет и соответствует скорости прецессии оси вращения Земли (см. Циклы Миланковича ) и обычно называют циклами «5-го порядка». Следующий больший цикл («4-й порядок») длится около 40 000 лет и примерно соответствует скорости изменения наклона Земли к Солнцу ( снова объяснено Миланковичем). Следующий больший цикл («третий порядок») длится около 110 000 лет и соответствует скорости, с которой орбита Земли меняется от эллиптической к круговой. Признаны циклы более низкого порядка, которые, по-видимому, являются результатом тектонических событий плит, таких как открытие новых океанских бассейнов в результате разделения континентальных масс.
Сотни подобных ледниковых циклов происходили на протяжении всей истории Земли . Ученые-землеведы, изучающие положение прибрежных отложений отложений во времени («стратиграфы последовательностей»), отметили десятки подобных смещений береговой линии в сторону бассейна, связанных с более поздним восстановлением. Самый крупный из этих осадочных циклов в некоторых случаях можно с большой уверенностью коррелировать по всему миру.
Три фактора контроля над стратиграфической архитектурой и развитием осадочного цикла:
Эвстатический уровень моря — это уровень моря относительно фиксированной точки, центра Земли. Относительный уровень моря измеряется относительно базового уровня, выше которого может произойти эрозия, а ниже которого может произойти отложение. Как эвстатические изменения уровня моря, так и скорость опускания имеют тенденцию иметь более длительные циклы. Считается, что поступление отложений контролируется местными климатическими условиями и может быстро меняться. Эти изменения в поставках местных отложений влияют на местный и относительный уровень моря, что вызывает местные осадочные циклы .
Меньшие и локализованные осадочные циклы связаны не с глобальными (эвстатическими) изменениями уровня моря, а скорее с поступлением отложений в соседние бассейны , куда эти отложения поступают. Например, когда сдвиг в сторону бассейна (океана) с расширением береговой линии происходил в районе Бук-Клиффс в штате Юта, береговая линия в Вайоминге отступала или наступала на север . Эти осадочные циклы отражают количество осадков, поступающих в бассейн. При трансгрессии поступает меньше наносов, чем скорость увеличения глубины воды, и, таким образом, береговая линия мигрирует к суше. В регрессии , если глубина воды уменьшается, береговая линия перемещается в сторону моря (бассейна), а предыдущая береговая линия подвергается эрозии. Регрессия береговой линии также происходит, если поступает больше наносов, чем может разрушить береговая линия, в результате чего береговая линия мигрирует в сторону моря. Последнее называется проградацией. Цикл слоев, отложившихся во время повторяющихся трансгрессий и регрессий, создает последовательность отложений.
Стратиграфия последовательностей является важным инструментом в применении геологии к разведке нефти и газа как части области нефтегазовой геологии . Большая часть развития этой научной дисциплины произошла внутри энергетических корпораций и их геологических исследовательских лабораторий или финансировалась ими. [3] [4]
Границы последовательностей имеют экономическое значение, поскольку эти изменения уровня моря вызывают большие латеральные сдвиги в характере отложения донных отложений . Эти латеральные сдвиги отложений создают чередующиеся слои пород хорошего коллекторского качества (пористые и проницаемые пески) и аргиллитов более низкого качества (способных обеспечить «уплотнение» резервуара для предотвращения утечки любых накопленных углеводородов, которые могли мигрировать в песчаники). Разведчики углеводородов ищут места в мире, где пористые и проницаемые пески перекрываются породами с низкой проницаемостью и где условия благоприятны для образования и миграции углеводородов в эти «ловушки».