层序地层学（汉语拼音：cenɡxu dicenɡxue；英语：sequence stratigraphy），年代地层的框架内，将沉积岩层的相互关系与全球海平面升降及地壳沉降联系起来进行研究的一门地层学分支学科。它主要以“层序”作为基本单元。

1948年美国L.L.斯洛斯将不整合面划分的地层单元称为层序。20世纪70年代，地震反射法已成为油气勘探中重要而普遍应用的手段。美国P.,R.韦尔等在海相含油气盆地的地质剖面中，发现存在着大量的沉积间断面，这些界面可以根据地震反射资料加以识别，因此可以用间断面及与之相当的整合面划分地层单元。依据地震反射特征划分层序并识别地震相的方法，称地震地层学。20世纪80年代，在地震地层学基础上结合钻井及地面露头研究形成的一套完整的概念和方法体系形成层序地层学，并在油气勘探应用中获得成功。此种研究方法后又被生物地层学家用于地层学研究和地质填图。

层序地层学的发展一直与全球海平面变化研究紧密结合。美国B.U.哈克和韦尔等在被动大陆边缘盆地层序地层研究中，根据地震反射的上超现象，结合微体古生物资料编制了海平面变化曲线，发现每个基本层序都代表了一个海平面的旋回，层序界面的不整合是由于海平面下降、陆架沉积暴露并被侵蚀形成，整个层序地层序列是海平面周期性变化的反映。此后的研究发现层序的形成受控于构造、海平面变化、物源补给和古气候等综合因素影响。

根据许多地区的成果对层序地层单元已经有了明确的级别划分，并在统计分析的基础上给出了各级单元的大致时限。

巨层序持续时间最长的层序地层单元，受控于全球板块运动的周期性。最典型和公认的即古大陆会聚和离散的周期。联合古陆会聚成整体的时间在250百万年前左右，重新裂解和开始离散则在160百万年前左右，即大西洋开始形成的时期。其持续时间之长，跨越了不同的地质时代。王鸿祯根据地球历史记录建议其时限为(60～120)百万年。

超层序和超层序组超层序在地层序列中也是持续时间长的层序地层单元。韦尔建议其时限为(9～10)百万年。超层序的形成受控于构造演化的周期性，又称之为“构造层序”。超层序的界面常常是较为明显的区域性不整合间断面。

超层序组是成因上相关的几个超层序的组合。由于巨层序与超层序的时间间隔相差悬殊，其间常存在着可识别的中间性单元。韦尔等用时限为(27～40)百万年左右的超层序组作为这种介于巨层序与超层序之间的单元。20世纪90年代，中外许多学者发现超层序组具有大范围的可对比性，并与某种天文周期相吻合，因此也应作为一种高级别的层序地层单元，并给以专名。

层序时限在(1～3)百万年左右的层序地层单元。又称三级层序。其界面是不整合面和与其相应的整合面。此种不整合常常是低角度的侵蚀不整合。在与海相相关的地层中，层序的内部由低位体系域(LST)、海侵体系域(TST)和高位体系域(HST)三种体系域组成，其间无不整合面。三级层序是层序地层研究中最基本的单元，其层序内部的体系域构成也是确定三级层序的重要标志，正常情况下三级层序内部含有上述三个体系域。

四级层序具有三级层序的基本特征，但时限很短，100万年地层记录中可划分出多个四级层序，因此属于高频层序的范畴。

五级层序地层单元由海平面或其对应面限定的有成因联系的层的组合。韦尔等人以副层序作为层序地层序列中的五级单元，其时限为(0.03～0.08)百万年，副层序命名和译名均有较多争议。

层序地层序列是一种旋回式交替，旋回地层在地质学史研究上已有很长的历史。层序地层与旋回地层最大的区别是对古间断面和其他关键性物理界面的重视，并以其作为划分层序地层单元的界限。这在三级及其以上级别的层序划分中很有效。层序地层学方法在有地震反射波资料的情况下可快速建立等时地层格架，并在此基础上研究各种相和沉积体系的分布和编制高精度的以体系域为单元的沉积体系分布图，在油气储集体预测上也有很大的实用价值。层序地层的研究，增强了全球不同地区、不同时代地层间的可比性，但层序界面年龄的确定还必须与古生物学、同位素地层学研究紧密结合。