當(dāng)代沉積學(xué)研究的重大進(jìn)展

當(dāng)代沉積學(xué)研究的重大進(jìn)展

沉積學(xué)發(fā)展趨勢(shì)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，現(xiàn)代沉積學(xué)在多個(gè)方面取得了巨大的進(jìn)步。這些重大進(jìn)展主要表現(xiàn)在大地構(gòu)造沉積學(xué)、層序地層學(xué)、事件沉積學(xué)、儲(chǔ)層沉積學(xué)、資源沉積學(xué)、全球變化沉積學(xué)與環(huán)境沉積學(xué)等方面,在此基礎(chǔ)上,展望了未來沉積學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)。在看到沉積學(xué)取得進(jìn)展的同時(shí),也應(yīng)該看到國(guó)內(nèi)沉積學(xué)發(fā)展過程中存在的不足。1現(xiàn)代沉積研究取得了很大進(jìn)步1.1大陸動(dòng)力學(xué)研究沉積盆地的形成是內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用的綜合結(jié)果,在這些地質(zhì)營(yíng)力中,最基本的是重力、熱力與應(yīng)力。由于盆地形成不但受控于周圍構(gòu)造環(huán)境與巖石圈深部構(gòu)造背景,而且也受控于周圍邊界條件與巖石圈性質(zhì)等的變化,因此成盆作用體現(xiàn)了盆地環(huán)境的時(shí)空演化。沉積盆地動(dòng)力學(xué)分析已取得許多新的進(jìn)展,主要表現(xiàn)在深部作用、熱動(dòng)力、動(dòng)力學(xué)模擬、盆山耦合、層序充填動(dòng)力學(xué)、流體成礦動(dòng)力學(xué)、成藏動(dòng)力學(xué)及成煤動(dòng)力學(xué)等方面。探討大陸動(dòng)力學(xué)過程和巖石圈演化的時(shí)空細(xì)節(jié),特別是對(duì)Rodinia超大陸的研究成為大陸動(dòng)力學(xué)方面的前沿。國(guó)際地學(xué)界有關(guān)沉積盆地研究動(dòng)向,已由傳統(tǒng)的構(gòu)造沉積分析,逐步轉(zhuǎn)向地球動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)研究。大地構(gòu)造沉積學(xué)是大地構(gòu)造學(xué)與沉積學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。作為沉積盆地分析的一個(gè)重要方面,它以大陸動(dòng)力學(xué)和沉積學(xué)的基本理論為基礎(chǔ),從宏觀和整體的角度,對(duì)沉積盆地的大地構(gòu)造背景、形成條件、成因及其機(jī)制和演化歷史,以及沉積作用過程進(jìn)行研究,從而恢復(fù)其古動(dòng)力學(xué)條件和古構(gòu)造環(huán)境。它以各種大地構(gòu)造背景的沉積巖為主要研究對(duì)象,研究?jī)?nèi)容主要包括:盆地所處的大地構(gòu)造背景及其對(duì)盆地形成、演化的控制作用,不同大地構(gòu)造背景下沉積盆地古地理、沉積環(huán)境和相、沉積過程、地層格架、層序及海平面變化;編制體現(xiàn)大陸變形和地體運(yùn)動(dòng)的不同級(jí)別的活動(dòng)論巖相古地理圖;重建基于板塊理論的沉積巖石學(xué)方法和標(biāo)準(zhǔn)等。1.2盆地充填動(dòng)力學(xué)層序地層學(xué)是從20世紀(jì)80年代以來在地震地層學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興邊緣學(xué)科。層序地層學(xué)及精確定年技術(shù)(高分辨古生物學(xué)和同位素定年技術(shù))不僅提出了建立等時(shí)地層格架、確定盆地中沉積體系三維配置的理論與方法,而且大大推動(dòng)了沉積充填動(dòng)力學(xué)的研究。層序地層學(xué)、事件地層學(xué)和構(gòu)造-地層學(xué)等相關(guān)分支學(xué)科的密切結(jié)合,將使得盆地充填的動(dòng)力學(xué)過程研究產(chǎn)生飛躍,并將有效地用于能源和礦產(chǎn)資源勘探。層序地層學(xué)的重要突破在于建立了盆地、區(qū)域乃至全球的等時(shí)地層格架,并將沉積相和沉積體系的研究放在統(tǒng)一的等時(shí)地層格架中進(jìn)行,因而能有效地揭示沉積體系的三維配置關(guān)系。層序地層學(xué)自20世紀(jì)80年代興起以來得到了迅猛發(fā)展,通過在全球范圍內(nèi)的層序地層對(duì)比,層序沉積模式、礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)以及油氣勘探等方面取得顯著進(jìn)展,同時(shí),其自身理論學(xué)科也得到了進(jìn)一步完善和發(fā)展,形成了生物層序地層學(xué)、高分辨率層序地層學(xué)、高頻層序地層學(xué)、層序充填動(dòng)力學(xué)及應(yīng)用層序地層學(xué)等一些新的發(fā)展方向。1.3混合式健康事件事件沉積學(xué)是從“災(zāi)變論”復(fù)活、發(fā)展而形成的邊緣學(xué)科。風(fēng)暴、不整合、季紋泥沉積、洪泛面以及大洋缺氧等事件,是一系列區(qū)域性甚至洲際性事件。而磁極倒轉(zhuǎn)、氣候突變、構(gòu)造巨變、星球撞擊(隕擊)凝灰/火山灰沉降、海平面上升、冰川作用、生物絕滅等事件具全球性。事件沉積學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展不但對(duì)地球演化、生命的起源研究帶來巨大沖擊和突破,而且對(duì)預(yù)測(cè)全球的環(huán)境變遷和氣候變化等具有重要借鑒意義。1.4儲(chǔ)層演化與儲(chǔ)層精細(xì)地層研究的重要意義儲(chǔ)層沉積學(xué)是沉積學(xué)與儲(chǔ)層物理學(xué)、儲(chǔ)層地球化學(xué)等相互交叉的綜合產(chǎn)物。它以沉積學(xué)理論為基礎(chǔ),對(duì)儲(chǔ)層古地理、沉積相、成巖作用、孔隙演化及其與儲(chǔ)層發(fā)育、演化及其分布之間的關(guān)系進(jìn)行研究,進(jìn)而為有利儲(chǔ)層的勘探和預(yù)測(cè)提供科學(xué)依據(jù)的邊緣分支學(xué)科。在當(dāng)前能源日趨緊張的情況下,儲(chǔ)層沉積學(xué)引起業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注并迅速發(fā)展。儲(chǔ)層沉積學(xué)研究帶動(dòng)一系列前沿學(xué)科的發(fā)展,如成巖儲(chǔ)層沉積學(xué)、巖溶儲(chǔ)層沉積學(xué)、有機(jī)成因儲(chǔ)層沉積學(xué)、儲(chǔ)層包裹體沉積學(xué)、儲(chǔ)層模擬和儲(chǔ)層描述等。儲(chǔ)層非均質(zhì)性是長(zhǎng)期困擾流體礦產(chǎn)勘探開發(fā)的難題之一,也是當(dāng)代儲(chǔ)層沉積學(xué)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。1.5自然及工程學(xué)科面對(duì)生態(tài)、環(huán)境、災(zāi)害、全球變化等重大問題,結(jié)合環(huán)境科學(xué)、沉積學(xué)的理論和技術(shù),環(huán)境沉積學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。全球變化沉積學(xué)與環(huán)境沉積學(xué)已經(jīng)成為地球科學(xué)研究的前沿,它以現(xiàn)代沉積學(xué)理論為基礎(chǔ),結(jié)合氣候?qū)W、第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)、環(huán)境沉積學(xué)、災(zāi)害沉積學(xué)、資源沉積學(xué)、生態(tài)學(xué)、生物學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)以及物理化學(xué)等自然及工程學(xué)科,運(yùn)用各種沉積記錄、孢粉、硅藻、浮游生物、珊瑚、樹輪、古土壤、粘土礦物、自生礦物、古地磁、地球化學(xué)、人類活動(dòng)等信息,采用多指標(biāo)定量恢復(fù)物源、古植被、古生態(tài)、水面波動(dòng)變化、古鹽度、古溫度及環(huán)境演變等。全球變化沉積學(xué)與環(huán)境沉積學(xué)研究主要集中在現(xiàn)代湖泊沉積與氣候變化、黃土-土壤沉積與氣候變化、生物礁與古氣候變化、沙漠沉積與古氣候變化等幾個(gè)方面。環(huán)境沉積學(xué)是環(huán)境科學(xué)與沉積學(xué)相互滲透而發(fā)展起來的一門新興學(xué)科,以沉積學(xué)原理為基礎(chǔ),結(jié)合沉積學(xué)和環(huán)境科學(xué)的研究技術(shù),研究各種沉積循環(huán)、環(huán)境變化過程中的環(huán)境問題和環(huán)境科學(xué)中的沉積問題,以預(yù)防和減輕自然災(zāi)害、協(xié)助解決和控制環(huán)境污染,科學(xué)有效地實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和緩解,控制全球環(huán)境惡化,實(shí)現(xiàn)人與自然協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。目前主要有原生環(huán)境沉積學(xué)、污染物環(huán)境沉積學(xué)、生態(tài)環(huán)境沉積學(xué)和全球變化環(huán)境沉積學(xué)等4個(gè)研究方向。其內(nèi)容包括水資源問題、地質(zhì)災(zāi)害研究、城市工程研究和礦業(yè)開發(fā)環(huán)境問題等。1.6成巖環(huán)境沉積學(xué)研究面對(duì)全球資源的惡性損耗和社會(huì)對(duì)自然資源需求的與日俱增,資源和發(fā)展問題成為全球研究熱點(diǎn)。按研究?jī)?nèi)容、范圍及重點(diǎn),資源沉積學(xué)進(jìn)一步分為傳統(tǒng)資源沉積學(xué)和現(xiàn)代資源沉積學(xué)。傳統(tǒng)資源沉積學(xué)是指對(duì)各種地質(zhì)礦產(chǎn)、能源礦產(chǎn)及地下水資源等的礦源層(或烴源巖)、含礦巖系和含水層等進(jìn)行沉積學(xué)研究,并了解成礦地質(zhì)背景、成礦條件、成礦過程及其與古地理、沉積相和成巖作用之間的關(guān)系,進(jìn)而對(duì)礦產(chǎn)的時(shí)空分布規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)的一個(gè)沉積學(xué)分支?，F(xiàn)代資源沉積學(xué)的研究重點(diǎn)主要包括資源與環(huán)境生態(tài)之間的關(guān)系,研究?jī)?nèi)容涉及資源、環(huán)境、生態(tài)、社會(huì)以及它們之間的相互關(guān)系?？梢?現(xiàn)代資源沉積學(xué)比傳統(tǒng)資源沉積學(xué)更為社會(huì)化、環(huán)境化和實(shí)用化,并更具使命性和現(xiàn)實(shí)性。資源沉積學(xué)作為資源科學(xué)與沉積學(xué)的交叉滲透學(xué)科,已發(fā)展到現(xiàn)代資源沉積學(xué),其重點(diǎn)是研究資源與環(huán)境、生態(tài)、社會(huì)及其相互間的關(guān)系,目的是為資源經(jīng)濟(jì)、資源管理及區(qū)域資源勘探開發(fā)提供背景資料和科學(xué)依據(jù)。2從學(xué)科交叉滲透的角度,看當(dāng)前沉積學(xué)研究的4個(gè)發(fā)展方向?yàn)榇蟮貥?gòu)造沉積地質(zhì)學(xué)、資源/能源沉積地質(zhì)學(xué)、環(huán)境沉積地質(zhì)學(xué)和區(qū)域地質(zhì)調(diào)查沉積地質(zhì)學(xué)。當(dāng)代沉積學(xué)研究應(yīng)向多學(xué)科交叉滲透、多種高新技術(shù)的引用和多領(lǐng)域應(yīng)用的方向發(fā)展。今后的沉積學(xué)仍將沿此方向發(fā)展,重點(diǎn)應(yīng)考慮大陸動(dòng)力沉積學(xué),特別是造山帶的大地構(gòu)造背景下古地理、沉積相、沉積過程、地層格架、層序與充填系列、流體作用與盆山系統(tǒng)形成演化的耦合關(guān)系。沉積學(xué)未來的發(fā)展總體表現(xiàn)出由宏觀向微觀、由定性向定量、由理論向應(yīng)用、由靜態(tài)向動(dòng)態(tài)、由單學(xué)科向多學(xué)科、由手工向智能、由地區(qū)向全球發(fā)展的總體趨勢(shì)。由于學(xué)科交叉滲透形成了新的學(xué)科分支及研究熱點(diǎn),能在更深層次上進(jìn)行起點(diǎn)高、難度大、科學(xué)意義明顯的研究;已成為與當(dāng)代人類活動(dòng)的3大基本問題——人口、資源、環(huán)境密切相關(guān)的研究問題。未來沉積學(xué)的發(fā)展,必須以與人類的生存、發(fā)展所依托的環(huán)境、氣候、資源服務(wù)為發(fā)展方向,才會(huì)有更加旺盛的生命力和美好的未來,才會(huì)對(duì)21世紀(jì)人類生活質(zhì)量的提高做出貢獻(xiàn)。中國(guó)沉積學(xué)經(jīng)歷了20世紀(jì)50年代的奠基階段,50年代末和60年代初的總結(jié)提高階段,70年代科學(xué)的沉積學(xué)發(fā)展階段和80年代之后的國(guó)際化階段。中國(guó)的沉積學(xué)已經(jīng)取得了舉世矚目的偉大成就,但沉積學(xué)界所面臨的任務(wù)和沒有解決的問題依然很多。在當(dāng)今這個(gè)信息爆炸的時(shí)代,如何才能獲取、篩選并有效利用信息,不斷完善和更新沉積學(xué)理論及科學(xué)工作方法,如何將高新技術(shù)應(yīng)用于當(dāng)代沉積學(xué),并有效促進(jìn)該學(xué)科發(fā)展?如何實(shí)現(xiàn)多學(xué)科的交叉、滲透,開拓新的研究領(lǐng)域、產(chǎn)生新的學(xué)科分支?科教興國(guó)與可持續(xù)發(fā)展已被確定為我國(guó)發(fā)展的兩大戰(zhàn)略,沉積學(xué)如何才能在執(zhí)行這兩大戰(zhàn)略過程中發(fā)展、完善?中國(guó)的沉積學(xué)如何才能做到真正意義上創(chuàng)新,重點(diǎn)是理論體系、技術(shù)和方法的創(chuàng)新,而非名詞的創(chuàng)新?21世紀(jì)的競(jìng)爭(zhēng)是對(duì)人才的競(jìng)爭(zhēng),如何培養(yǎng)出具自主創(chuàng)新能力的專業(yè)技術(shù)人才,中國(guó)沉積學(xué)家應(yīng)該如何努力,才能使中國(guó)當(dāng)代沉積學(xué)在國(guó)際上占據(jù)領(lǐng)先地位?上述問題僅為作者在此拋磚引玉,目的在于啟發(fā)國(guó)內(nèi)沉積學(xué)家們的廣泛關(guān)注和思索。而欲使中國(guó)沉積學(xué)發(fā)展宏圖得以實(shí)現(xiàn),還應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的內(nèi)容。3在研究積累科學(xué)時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)3.1地質(zhì)和地質(zhì)的研究當(dāng)今時(shí)代是信息的時(shí)代,每時(shí)每刻都有大量的科學(xué)信息出現(xiàn),科學(xué)正以幾何速度增長(zhǎng)。由于空間探測(cè)、天體地質(zhì)、大地測(cè)量及深部地質(zhì)等研究不斷進(jìn)步,分析測(cè)試手段不斷提高,獲得大量前所未有的信息,這就需要根據(jù)新的信息不斷修正已有的概念和認(rèn)識(shí),才能使得已建立的理論不斷完善。只有緊緊把握國(guó)內(nèi)外沉積學(xué)的研究現(xiàn)狀,了解當(dāng)前沉積學(xué)研究存在的主要問題、前緣問題,才能站在更高的科學(xué)高度,看待當(dāng)代沉積學(xué)的問題、進(jìn)展,才能把握沉積學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)、展望未來。3.2露頭、鉆井巖心、露頭和地層地質(zhì)研究方法和手段提高的同時(shí),基礎(chǔ)的理論方法、基礎(chǔ)工作不容忽視。沉積相分析不能簡(jiǎn)單地套用現(xiàn)有的沉積模式,需要結(jié)合盆地構(gòu)造、沉積背景、相標(biāo)志等信息進(jìn)行綜合分析。雖然地震沉積學(xué)、測(cè)井沉積學(xué)都取得了一定的進(jìn)展,但野外露頭、鉆井巖心仍是最直接的研究對(duì)象,巖石類型、巖相組合、沉積構(gòu)造、古生物化石、地球化學(xué)、剖面結(jié)構(gòu)和砂體形態(tài)等仍是最可靠的相標(biāo)志。在儲(chǔ)層沉積學(xué)研究中,顯微鏡下的巖相學(xué)研究仍是基礎(chǔ)、直觀的方法。露頭觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)?zāi)M和高新技術(shù)的應(yīng)用都是沉積學(xué)研究的重要方法,應(yīng)注意聯(lián)合使用。如此方使沉積學(xué)研究更客觀、可信,方能指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。例如,在川東北大氣田的發(fā)現(xiàn)過程中,正是成都地質(zhì)礦產(chǎn)研究所的地質(zhì)學(xué)家通過扎實(shí)的野外調(diào)研,否定了原來所謂“海槽”的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí),提出“礁灘相”這一新觀點(diǎn),才使該大氣田的勘探取得突破性進(jìn)展。3.3地震資料識(shí)別層序界面沉積學(xué)研究不能只看現(xiàn)象,或簡(jiǎn)單運(yùn)用現(xiàn)有模式來解釋,而應(yīng)該深入研究其成因、注重其動(dòng)力學(xué)分析。對(duì)沉積構(gòu)造的成因解釋和沉積相的分析,應(yīng)從水動(dòng)力學(xué)角度入手;對(duì)層序界面的識(shí)別和層序的劃分也應(yīng)從巖性標(biāo)志入手,不能僅根據(jù)地震剖面、測(cè)井曲線或巖性組合來進(jìn)行。層序地層學(xué)研究應(yīng)以巖相研究和層序界面的識(shí)別為基礎(chǔ),對(duì)相變規(guī)律和層序界面進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,著重分析其形成的環(huán)境和動(dòng)力學(xué)背景。孫樞院士也曾重點(diǎn)強(qiáng)調(diào):中國(guó)對(duì)過程和理論的研究偏弱,尤其應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)物理/水力學(xué)過程的研究,這對(duì)建立相模式是極重要的。3.4與其他學(xué)科相結(jié)合研究注意學(xué)科的滲透與交叉研究,沉積學(xué)的發(fā)展是沉積學(xué)與泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)、物理化學(xué)、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)等學(xué)科滲透交叉的結(jié)果。要十分注意各學(xué)科的動(dòng)態(tài)和新成就,從中汲取有益的東西,不斷充實(shí)和完善沉積學(xué)的理論和方法,注意培養(yǎng)與其他學(xué)科的結(jié)合點(diǎn),開拓新的研究領(lǐng)域及生長(zhǎng)點(diǎn),建立新的學(xué)科分支。沉積學(xué)研究應(yīng)與構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)、地球物理學(xué)、古生物學(xué)與地層學(xué)、層序地層學(xué)等學(xué)科相結(jié)合。沉積學(xué)研究還應(yīng)同水力學(xué)、地理學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科之間進(jìn)行多學(xué)科、跨學(xué)科的交叉。進(jìn)行盆地演化分析,包括對(duì)盆地構(gòu)造演化史、古氣候變化、沉積演化史、埋藏史、熱史等方面的綜合研究。例如,對(duì)于陸相沉積盆地而言,構(gòu)造對(duì)沉積的影響最為顯著,構(gòu)造中心與沉積中心往往是不一致的,因此構(gòu)造對(duì)巖相的展布起重要的作用,沉積學(xué)分析必須建立在構(gòu)造研究的基礎(chǔ)上。3.5陸相盆地層序地層理論模式的提出沉積學(xué)研究要實(shí)事求是,注意基礎(chǔ)資料的真實(shí)性和適用性。沉積相研究應(yīng)在上述基礎(chǔ)研究之上,確定相類型、尋找相變規(guī)律并深入剖析其成因和動(dòng)力學(xué)背景,然后結(jié)合研究區(qū)域的實(shí)際情況,提出適合本區(qū)的沉積相模式。對(duì)于陸相沉積盆地的層序地層學(xué)研究,也應(yīng)結(jié)合其地質(zhì)背景,提出真正適合陸相沉積盆地