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シーケンス層序学は、堆積物をさまざまなスケールで不整合面によって区切られた単位に細分化して連結することにより、時間を通して歴史的な地質を識別し理解しようとする層序学の一形態です。この方法の本質は、時間軸を表すと考えられる面（例えば、地表不整合面、最大洪水面）の識別に基づいて地層をマッピングすることであり、それによって層序学を年代層序学の枠組みに位置づけ、特定の地域における地球表面の時間的変化を理解することを可能にします。シーケンス層序学は、時間的意義よりも岩石単位の岩相の組成類似性のみを重視する純粋な岩相層序学アプローチに代わる有用な方法です。不整合面は、記録に明確な空白がある侵食面を表すため、地質史を理解する上で特に重要です。逆に、シーケンス内では、地質記録は遺伝的に関連した比較的連続的で完全な記録であるはずです。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]
層序学者は、シーケンス境界と層序単位を主に相対海水準の変化（堆積盆地が埋まるにつれて堆積物と水の重量によって地殻変動による沈降、熱沈降、荷重による沈降によって引き起こされる地域的な沈降と、地球規模の海水準変動の組み合わせ）の観点から説明する。これらの垂直方向の力によって生じる正味の変化は、堆積盆地における堆積物の蓄積空間を増減させる。二次的な影響は、盆地への堆積物供給速度であり、これがその空間が埋まる速度を決定する。[ 5 ]
シーケンス層序学の起源は、北米クラトンの地域間不整合に関するLL Slossの研究に遡ることができます。Slossは、数億年の地球の歴史を表す6つのクラトン全体にわたるシーケンスを認識しました。[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]
1960年代後半、スロスにはピーター・ベイル、ロバート・ミッチャム、ジョン・サングリーなど数名の学生がおり、彼らは北米大陸地塊のペンシルバニア紀堆積岩を研究する論文を完成させ、これらの岩石に見られる広範囲にわたる不整合は、地球規模の海面変動が原因である可能性があることを認識した。エクソンの研究部門で研究科学者としてその後キャリアを積んだベイル、ミッチャムらは、音響イメージングを用いて地下の堆積岩の層状構造や配置を理解するために地震反射プロファイルの層序学的解釈を行う地震層序学の実践を開拓した。[ 9 ] [ 10 ]
地震層序学の登場により、数万年から数百万年という比較的短い期間を表す地層を特定し、世界各地の地層の歴史を比較することが可能になった。その結果、地層序学は体系化され、地表の岩石露頭の地層学的研究にも広く応用されるようになった。
1980年代には、堆積岩を離散的かつ連続的な期間と予測可能な堆積履歴のパターンを表すパッケージに分割する地域的な物理的表面の境界設定に基づく層序学の革命がもたらされた。[ 11 ] [ 12 ] [ 4 ] [ 3 ]
シーケンス境界は最も重要な面とみなされます。[ 13 ]シーケンス境界は不整合またはそれに対応する整合として定義されます。シーケンス境界は海面低下によって形成されます。たとえば、多層の河川砂岩層は、シーケンス境界に関連する海面低下によって形成された侵食谷を埋めることがよくあります。シーケンス境界の侵食谷は、侵食谷の縁に形成された古土壌である分水界と横方向に相関しています。谷の埋積物は、以前の解釈で考えられていたように、下位の堆積システムと遺伝的に関連していません。侵食谷の埋積物を他のタイプの多層砂岩堆積物と区別する4つの基準があります。谷内の個々のチャネルの侵食基底よりも広範囲にわたる、地域的な高起伏の侵食面との広範な相関。下位のユニットと比較した場合、相の盆地側へのシフトを反映した相関連。谷の侵食基底は先行するシステムトラクトと海成帯を除去し、時間ギャップを生じさせる。除去されたユニットは分水界の下に保存される。上方に向かってチャネル充填物と細粒ユニットが増加するか、または収容スペースの増加を反映した河川システムの性質の変化が生じる。侵食谷に関連する砂岩体は、優れた炭化水素貯留層となる可能性がある。これらの体の相関と分布には問題があった。シーケンス層序の原理と重要な面の識別により、いくつかの問題が解決された。
パラシーケンス境界の重要性は低いものの、沿岸平野は内陸大陸棚よりも勾配が緩いため、パラシーケンス境界を表す洪水面は横方向に広く、シーケンス境界よりも多くの証拠を残す可能性があるという指摘がある。[ 14 ] パラシーケンス境界は、地層水の塩分濃度、炭化水素の特性、空隙率、圧縮速度、鉱物組成など、表面全体にわたる物理的および化学的特性の違いによって区別される可能性がある。パラシーケンス境界は炭化水素の蓄積に対する障壁にはならないが、垂直方向の貯留層連通を阻害する可能性がある。生産が始まると、パラシーケンスは、頁岩または炭酸塩セメント層に覆われた洪水面とともに、独立した排水ユニットとして機能し、垂直方向の貯留層連通に対する障壁を形成する。シーケンス層序の原理は、貯留層規模の構造が特定され、独立した排水ユニットが特定されると、生産ポテンシャルを最適化する。
システムトラクトの概念は、同時期の堆積システムを関連付けるために発展しました。システムトラクトは、シーケンス内の細分化を形成します。さまざまな種類のシステムトラクトは、層の積み重なりパターン、シーケンス内の位置、海面曲線、および境界面の種類に基づいて割り当てられます。[ 15 ]
パラシーケンスとは、海進面とその相関面によって区切られた、比較的整合的で遺伝的に関連した地層および層群の連続体である。パラシーケンスを区切る海進面は、シーケンス境界に関連する地域的な海進面と同じ規模ではない。
パラシーケンスは、積み重ねパターンに分けられます。
堆積パターンごとに、堆積空間の挙動に関する異なる情報が得られます。堆積空間の挙動を左右する主要な要因は、相対的な海面レベルです。したがって、急速な前進パターンは海面低下を、急速な後退パターンは海面の急速な上昇を、そして堆積パターンは緩やかな海面上昇をそれぞれ示します。
地質時代における海面変動。右側のグラフは、顕生代における海面変動に関する最近の2つの解釈を示しています。左側には現代が示されており、新第三紀を表すNとラベルが付けられています。日付ゼロ付近の青いスパイクは、約2万年前（BP）に最大規模に達した最新の氷河期に関連する海面変動を表しています。この氷河期の間、大量の海水が蒸発して北半球の氷河に雪や氷として堆積したため、世界の海面は現在よりも約320フィート（98メートル）低くなりました。世界の海面がこの「低水準」にあったとき、以前の海底堆積物は地表風化（雨、霜、河川などによる浸食）を受け、新しい海岸線が新しい水準で形成されました。海底が浅い傾斜の場合は、以前の海岸線から数マイル内側に形成されることもありました。
現在、海面は第四紀の氷河期サイクルの中で比較的「高い水準」にあります。これは、更新世末期から完新世初期にかけて氷河が急速に後退したためです。最後の氷河期の古代の海岸線は、現在約120メートル（390フィート）の水面下にあります。地球科学者の間では、現在が「高い水準」であるかどうかについて議論がありますが、海水準が上昇していることは一般的に認められています。
遠い昔、海面は現在よりもかなり高かった。白亜紀（グラフではKと表記）には、海面が非常に高かったため、北アメリカ大陸の中央部を横断してテキサスから北極海まで続く海路が存在した。
これらの海面の高低の周期は、いくつかの時間スケールで繰り返されます。これらの周期のうち最小のものは、約20,000年で、地球の自転軸の歳差運動の速度に対応し（ミランコビッチサイクルを参照）、一般に「5次」サイクルと呼ばれます。次に大きいサイクル（「4次」）は約40,000年で、地球の太陽に対する傾斜角の変化率とほぼ一致します（これもミランコビッチサイクルで説明されます）。さらに大きいサイクル（「3次」）は約110,000年で、地球の軌道が楕円軌道から円形軌道へと変化する速度に対応します。さらに小さいサイクルも認識されており、大陸塊の分裂による新たな海洋盆地の形成など、プレートテクトニクス現象に起因するものと考えられています。
地球の歴史を通じて、数百回もの同様の氷河期サイクルが発生してきた。沿岸堆積物の位置を時系列的に研究する地球科学者（「シーケンス層序学者」）は、その後の回復に伴う、数十回に及ぶ同様の海岸線の盆地側への移動を記録している。これらの堆積サイクルのうち最大規模のものは、場合によっては世界中で高い確度で相関関係が認められる。
地層構造と堆積サイクル発達を制御する3つの要因は以下のとおりです。
海水準とは、地球の中心という固定点を基準とした海面のことです。相対海水準は、侵食が起こり、堆積が起こり得る基準面を基準として測定されます。海水準の変化と沈下速度は、いずれも周期が長い傾向があります。堆積物の供給量は、主に局地的な気候条件によって制御され、急速に変化すると考えられています。こうした局地的な堆積物供給量の変動は、局地的な海水準と相対海水準に影響を与え、局地的な堆積サイクルを引き起こします。
小規模で局所的な堆積サイクルは、世界的な（海水準変動）海面変動とは関係なく、むしろ堆積物が供給される隣接する盆地への堆積物の供給量と関連しています。例えば、ユタ州ブッククリフ地域で海岸線の前進を伴う盆地側（海洋側）への移動が起こっていたとき、ワイオミング州では海岸線が後退または北向きに進入していました。これらの堆積サイクルは、盆地への堆積物の供給量を表しています。進入では、水深の増加率よりも堆積物の供給量が少ないため、海岸線は陸側に移動します。退縮では、水深が減少している場合、海岸線は海側（盆地側）に移動し、以前の海岸線は侵食されます。海岸線の侵食量よりも堆積物の供給量が多い場合にも海岸線の退縮が起こり、海岸線は海側に移動します。後者は前進堆積と呼ばれる。繰り返される海進と海退の過程で堆積する地層のサイクルによって、堆積シーケンスが形成される。
シーケンス層序学は、石油やガスの探査における石油地質学の重要なツールである。[ 3 ] [ 4 ]
シーケンス境界は、海面変動によって海底堆積物の堆積パターンが大きく横方向に変化するため、経済的に重要な意味を持ちます。こうした横方向の堆積パターンの変化によって、良質な貯留岩（多孔質で透水性の高い砂岩）と、貯留層の「シール」として機能し、砂岩層に浸透した炭化水素の漏出を防ぐ泥岩が交互に重なる層が形成されます。炭化水素探査者は、多孔質で透水性の高い砂岩層が透水性の低い岩石層に覆われ、炭化水素が生成されてこれらの「トラップ」に浸透するのに適した条件が整っている場所を世界中で探しています。