Секвенциальная стратиграфия — это раздел геологии , в частности раздел стратиграфии , который пытается различить и понять историческую геологию во времени, подразделяя и связывая осадочные отложения в ограниченные несогласием единицы в различных масштабах. Суть метода заключается в картировании слоев на основе идентификации поверхностей, которые, как предполагается, представляют временные линии (например, субаэральные несогласия , поверхности максимального затопления), тем самым помещая стратиграфию в хроностратиграфическую структуру, позволяющую понять эволюцию поверхности Земли в определенном регионе во времени. Секвенциальная стратиграфия — это полезная альтернатива чисто литостратиграфическому подходу, который делает акцент исключительно на композиционном сходстве литологии горных пород, а не на значимости времени. Несогласия особенно важны для понимания геологической истории, поскольку они представляют собой эрозионные поверхности, где есть явный пробел в записи. Наоборот, внутри последовательности геологическая запись должна быть относительно непрерывной и полной записью, которая генетически связана. [1] [2] [3] [4]
Стратиграфы объясняют границы последовательностей и стратиграфические единицы в первую очередь с точки зрения изменений относительного уровня моря (комбинация глобальных изменений эвстатического уровня моря и регионального оседания, вызванного тектоническим оседанием , термическим оседанием и оседанием, вызванным нагрузкой, поскольку вес накопленных осадков и воды вызывает изостатическое оседание по мере заполнения осадочного бассейна). Чистые изменения, возникающие в результате этих вертикальных сил, увеличивают или уменьшают пространство для накопления осадков в осадочном бассейне . Вторичным влиянием является скорость поступления осадков в бассейн, которая определяет скорость заполнения этого пространства. [5]
Происхождение секвенс-стратиграфии можно проследить до работы Л. Л. Слосса по межрегиональным несогласиям Североамериканского кратона. Слосс выделил шесть последовательностей, охватывающих весь кратон и представляющих сотни миллионов лет истории Земли. [6] [7] [8] В конце 1960-х годов у Слосса было несколько студентов, в частности Питер Вейл, Роберт Митчем и Джон Сэнгри, которые защитили диссертации, изучая пенсильванские осадочные породы Североамериканского кратона, и осознали, что глобальные изменения уровня моря могли быть причиной многочисленных широко распространенных несогласий в этих породах. В течение своей последующей карьеры в качестве научных сотрудников в исследовательском подразделении Exxon Вейл, Митчем и другие стали пионерами в практике сейсмической стратиграфии , стратиграфической интерпретации профилей сейсмического отражения для понимания слоистости и упаковки осадочных пород в недрах с использованием акустической визуализации. [9] [10] Появление сейсмической стратиграфии позволило идентифицировать последовательности, представляющие более короткие периоды времени, длительностью от десятков тысяч до нескольких миллионов лет; и сравнивать историю стратиграфии последовательности по всему миру. Это, в свою очередь, привело к тому, что стратиграфия последовательности стала систематизированной и стала пониматься как имеющая широкое применение для стратиграфического изучения выходов горных пород на поверхности Земли. В 1980-х годах это ознаменовало революцию в стратиграфии, основанную на определении региональных физических поверхностей, которые разделяют осадочные породы на пакеты, представляющие дискретные и последовательные периоды времени и предсказуемые закономерности истории осадконакопления. [11] [12] [4] [3]
Границы последовательностей считаются наиболее значимыми поверхностями. [13] Границы последовательностей определяются как несогласия или их коррелятивные соответствия. Границы последовательностей формируются из-за падения уровня моря. Например, многоэтажные речные песчаниковые пакеты часто заполняют врезанные долины, образованные падением уровня моря, связанным с границами последовательностей. Врезанные долины границ последовательностей коррелируют латерально с междуречьями, палеосолями, образованными на краях врезанных долин. Заполнение долин генетически не связано с нижележащими осадочными системами, как считалось в предыдущих интерпретациях. Существует четыре критерия, отличающих врезанные долинные заполнения от других типов многоэтажных песчаниковых отложений: широко распространенная корреляция с региональной, высокорельефной эрозионной поверхностью , которая более распространена, чем эрозионные основания отдельных каналов в долине; фациальные ассоциации отражают смещение фаций в сторону бассейна по сравнению с нижележащими единицами; Эрозионное основание долины удаляет предшествующие системные тракты и морские полосы, создавая временной разрыв, удаленные единицы будут сохранены под междуречьями; увеличение заполнения русла и мелкозернистых единиц вверх или изменения в характере речных систем, отражающие увеличение пространства для размещения. Песчаниковые тела, связанные с врезанными долинами, могут быть хорошими резервуарами углеводородов . Были проблемы в корреляции и распределении этих тел. Принципы стратиграфии последовательности и идентификация значимых поверхностей решили некоторые проблемы.
Меньшее значение придается границам парасеквенций, однако, есть предположение, что поверхности затопления, представляющие границы парасеквенций, могут быть более обширными в латеральном направлении, оставляя больше доказательств, чем границы последовательностей, поскольку прибрежная равнина имеет меньший градиент, чем внутренний континентальный шельф . [14] Границы парасеквенций могут различаться по различиям в физических и химических свойствах по всей поверхности, таким как: соленость пластовой воды, свойства углеводородов, пористость, скорости сжатия и минералогия. Границы парасеквенций могут не образовывать барьер для накопления углеводородов, но могут препятствовать вертикальной коммуникации резервуаров. После начала добычи парасеквенции действуют как отдельные дренажные единицы с поверхностями затопления, которые перекрыты сланцами или карбонатно-цементированными горизонтами, образуя барьер для вертикальной коммуникации резервуаров. Принципы стратиграфии последовательностей оптимизировали производственный потенциал после того, как была определена архитектура масштаба резервуара и определены отдельные дренажные единицы.
Концепция системных трактов развилась для связи современных осадочных систем. Системные тракты формируют подразделение в последовательности. Различные виды системных трактов назначаются на основе модели укладки слоев, положения в последовательности, а также на кривой уровня моря и типах ограничивающих поверхностей. [15]
Парасеквенция — это относительно согласная, генетически связанная последовательность слоев и наборов слоев, ограниченных морскими поверхностями затопления и их коррелятивными поверхностями. Поверхности затопления, ограничивающие парасеквенция, не имеют того же масштаба, что и региональная трансгрессивная поверхность, связанная с границей последовательности.
Парапоследовательности разделяются на следующие типы наложения:
Каждая модель укладки даст различную информацию о поведении пространства размещения, основным контролем которого является относительный уровень. Так, быстро проградационная модель будет указывать на падение уровня моря, быстро ретроградационная — на быстрое трансгрессивное повышение уровня моря, а аградационная — на плавное повышение уровня моря.
Изменения уровня моря в течение геологического времени . График справа иллюстрирует две недавние интерпретации изменений уровня моря в течение фанерозоя . Современная эпоха изображена слева, обозначена N как неоген . Синие пики около нулевой даты представляют изменения уровня моря, связанные с самым последним ледниковым периодом , который достиг своего максимума примерно за 20 000 лет до настоящего времени (BP). Во время этого оледенения уровень мирового моря 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 моря находился на этом «низком уровне», бывшие отложения морского дна подвергались субаэральному выветриванию ( эрозии под воздействием дождя, мороза, рек и т. д.), и новая береговая линия устанавливалась на новом уровне, иногда на мили в сторону бассейна от прежней береговой линии, если морское дно было неглубоким.
Сегодня уровень моря находится на относительно «высоком уровне» в пределах четвертичных ледниковых циклов из-за быстрого оледенения в конце плейстоцена и начале голоцена . Древняя береговая линия последнего ледникового периода сейчас находится под водой примерно на глубине 390 футов (120 метров). Хотя среди ученых-геологов ведутся споры о том, переживаем ли мы в настоящее время «высокий уровень», общепризнанно, что эвстатический уровень моря повышается.
В далеком прошлом уровень моря был значительно выше, чем сегодня. В меловой период ( обозначен буквой K на графике) уровень моря был настолько высок, что морской путь простирался через центр Северной Америки от Техаса до Северного Ледовитого океана .
Эти чередующиеся высокие и низкие уровни моря повторяются в нескольких временных масштабах. Наименьший из этих циклов составляет приблизительно 20 000 лет и соответствует скорости прецессии оси вращения Земли (см. циклы Миланковича ) и обычно называются циклами «5-го порядка». Следующий более крупный цикл («4-го порядка») составляет приблизительно 40 000 лет и приблизительно соответствует скорости, с которой изменяется наклон Земли к Солнцу (снова объяснено Миланковичем). Следующий более крупный цикл («3-го порядка») составляет приблизительно 110 000 лет и соответствует скорости, с которой орбита Земли колеблется от эллиптической до круговой. Распознаются циклы более низкого порядка, которые, по-видимому, являются результатом тектонических событий плит, таких как открытие новых океанических бассейнов путем разделения континентальных масс.
Сотни подобных ледниковых циклов произошли на протяжении всей истории Земли . Ученые-геологи, изучающие положение прибрежных отложений осадков с течением времени («стратиграфы последовательностей»), отметили десятки подобных смещений береговых линий в сторону бассейна, связанных с более поздним восстановлением. Самые крупные из этих осадочных циклов в некоторых случаях можно с большой уверенностью сопоставить по всему миру.
Три фактора, контролирующие стратиграфическую архитектуру и развитие осадочного цикла:
Эвстатический уровень моря — это уровень моря относительно фиксированной точки, центра Земли. Относительный уровень моря измеряется относительно базового уровня, выше которого может происходить эрозия, а ниже которого может происходить осаждение. Как эвстатические изменения уровня моря, так и скорости оседания имеют тенденцию быть более длительными циклами. Считается, что поставка осадка в значительной степени контролируется местными климатическими условиями и может быстро меняться. Эти изменения в местной поставке осадка влияют на локальный и относительный уровень моря, что вызывает локальные осадочные циклы .
Меньшие и локализованные осадочные циклы не связаны с мировыми (эвстатическими) изменениями уровня моря, а больше с поставкой осадка в соседние бассейны , куда эти осадки поставляются. Например, когда сдвиг в сторону бассейна (океана) с выдвижением береговых линий происходил в районе Бук-Клиффс в Юте, береговые линии отступали или трансгрессировали на север в Вайоминге . Эти осадочные циклы являются репрезентативными для объема поставки осадка в бассейн. При трансгрессии поступает меньше осадка, чем скорость увеличения глубины воды, и, таким образом, береговая линия смещается в сторону суши. При регрессии , если глубина воды уменьшается, береговая линия смещается в сторону моря (в сторону бассейна), а предыдущая береговая линия размывается. Регрессия береговой линии также происходит, если поступает больше осадка, чем береговая линия может размыть, в результате чего береговая линия смещается в сторону моря. Последнее называется проградацией. Цикл слоев, отложенных во время повторяющихся трансгрессий и регрессий, создает последовательность осадконакопления.
Секвенс-стратиграфия является важным инструментом в применении геологии к разведке нефти и газа, как часть области нефтяной геологии . Большая часть развития этой научной дисциплины произошла в рамках или финансировалась энергетическими корпорациями и их геологическими исследовательскими лабораториями. [3] [4]
Границы последовательностей имеют экономическое значение, поскольку эти изменения уровня моря вызывают большие латеральные сдвиги в моделях осадконакопления осадков морского дна . Эти латеральные сдвиги в осадконакоплении создают чередующиеся слои пород с хорошим качеством коллектора (пористые и проницаемые пески) и аргиллиты более низкого качества (способные обеспечить «герметизацию» коллектора, чтобы предотвратить утечку любых накопленных углеводородов, которые могли мигрировать в песчаники). Разведчики углеводородов ищут места в мире, где пористые и проницаемые пески перекрыты породами с низкой проницаемостью, и где условия подходят для образования углеводородов и миграции в эти «ловушки».