地學(xué)理論新方法作業(yè)

沉積學(xué)分析的新理論與方法沉積學(xué)作為地質(zhì)學(xué)中的一門(mén)分支學(xué)科，在過(guò)去三十年，特別是近十幾年來(lái)已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，并且在科研和生產(chǎn)中發(fā)揮著越來(lái)越大的作用。這是因?yàn)槌练e學(xué)研究不僅涉及像地球巖石圈演化這樣的基本理論問(wèn)題，而且也關(guān)系到如石油、天然氣、煤、鈾等能源資源和鐵、猛、磷、鋁、鉛、鋅、銅等礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)和利用，海港建設(shè)、河道疏浚、水庫(kù)防淤及環(huán)境保護(hù)等一系列實(shí)際問(wèn)題的解決。盆地分析是利用多種方法和手段對(duì)盆地進(jìn)行整體解剖，找出各要素間的內(nèi)在聯(lián)系規(guī)律，建立盆地三維空間隨時(shí)間演化的模式進(jìn)行定量動(dòng)力學(xué)模擬，對(duì)各類(lèi)能源資源進(jìn)行預(yù)測(cè)和勘探。下面僅就沉積學(xué)與盆地分析的新理論與方法進(jìn)行總結(jié)和綜述：沉積物的搬運(yùn)機(jī)制沉積物的搬運(yùn)機(jī)制是沉積學(xué)的基礎(chǔ)理論研究，它經(jīng)歷了牽引流一濁流一沉積物重力流和塊體重力搬運(yùn)的深刻變化。50年代以前，沉積學(xué)家認(rèn)識(shí)了水流對(duì)沉積物的牽引流搬運(yùn)及其性質(zhì)，提出了一整套符合牛頓力學(xué)的流態(tài)理論，成功地解釋了沉積物（巖）中的許多沉積構(gòu)造和粒度分布特征，為沉積環(huán)境和相的解釋奠定了基礎(chǔ)。但是由此而得出的機(jī)械分異理論卻長(zhǎng)期束縛著人們的思想，使得許多現(xiàn)象得不到解釋。30年代開(kāi)始，50年代獲得大發(fā)展的濁流理論是沉積學(xué)發(fā)展中的一大革命。濁流是由沉積物和水棍合組成的一種密度流，其支撐機(jī)理是流體的擾動(dòng)作用（或湍流）。沉積物在濁流中呈遞變懸浮搬運(yùn)。濁流具有很大的搬運(yùn)能力，可以將粗碎屑沉積物如砂乃至細(xì)礫遠(yuǎn)距離地搬運(yùn)到深?；蛏詈^(qū)沉積下來(lái)。這樣，它不但解決了地質(zhì)學(xué)界過(guò)去關(guān)于地槽區(qū)廣泛分布的巨厚的深海復(fù)理石沉積、現(xiàn)代深海和深沏中粗碎屑沉積的長(zhǎng)期爭(zhēng)論問(wèn)題，而且也為在深海或深湖盆地中尋找新型油氣資源開(kāi)辟了途徑。關(guān)于搬運(yùn)機(jī)制的近期進(jìn)展是GV.Middleton和A.Hampton（1973）提出的沉積物重力流和塊體重力流搬運(yùn)理論。沉積物重力流是指沉積物或沉積物一液體混合物在重力作用下順斜坡形成的流動(dòng)，它是碎屑沉積物特別是粗粒碎屑物搬運(yùn)到深水（海或湖）區(qū)的主要作用。依據(jù)沉積物顆粒的支撐機(jī)理、流動(dòng)方式和堆積的沉積物類(lèi)型可以將沉積物重力流分為四種基本類(lèi)型，即碎屑流 （廣義的泥石流）、顆粒流、液化沉積物流和濁流。由此可見(jiàn)，前述的濁流只是沉積物重力流的一種，而且濁流又有低密度濁流和高密度濁流之分。D.E.Weser（1975總結(jié)了發(fā)生沉積物重力流所必須的環(huán)境條件， Kruit等（1975）和Lowe（1982）又對(duì)Middleten等（1973）的沉積物重力流和分類(lèi)加以補(bǔ)充和修改，使之更加完善，成為一個(gè)包括巖崩、滑動(dòng)、滑塌、沉積物重力流（碎屑流、顆粒流、液化沉積物流、低密度蝕流和高密度濁流）在內(nèi)的完整的塊體重力搬運(yùn)理論。它使廣泛分布的各種礫巖、砂礫巖、礫質(zhì)砂巖、泥礫巖的形成機(jī)理得到了合理的解釋?zhuān)⑶覜_擊著某些地質(zhì)歷史時(shí)期中廣泛發(fā)育且早有定論的冰瑣礫巖成因，似乎正在醞釀著一次新的大變革。碳酸鹽巖近年來(lái)碳酸鹽巖研究的新進(jìn)展主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。一是研究區(qū)域從臺(tái)地走向斜坡和深水。據(jù)統(tǒng)計(jì)67腸的碳酸鹽巖為斜坡和深水沉積物，或是淺水沉積物經(jīng)過(guò)改造在深水中再沉積的，這突破了過(guò)去認(rèn)為碳酸鹽巖主要是淺水沉積的傳統(tǒng)觀念。二是碎屑巖搬運(yùn)和沉積作用的理論與研究方法被用于碳酸鹽沉積。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多碎屑成因的碳酸鹽沉積，其中不僅有正常牽引流 （水流、波浪、潮汐等）搬運(yùn)和沉積的碎屑碳酸鹽巖，而且有風(fēng)暴浪搬運(yùn)和沉積的碎屑碳酸鹽巖，如英國(guó)下石炭系灰?guī)r，中國(guó)北方的震旦系灰?guī)r等。也有呈沉積物重力流搬運(yùn)到斜坡和深水區(qū)沉積的粗碎屑碳酸鹽巖（碳酸鹽的滑塌堆積、碎屑流、顆粒流和濁流沉積）o這使碳酸鹽沉積的研究和尋找與其有關(guān)的油氣和金屬礦產(chǎn)資源的領(lǐng)域從臺(tái)地?cái)U(kuò)大到斜坡和深水地區(qū)。沉積環(huán)境和相鑒別古代沉積環(huán)境和相繼續(xù)受到沉積學(xué)家的重視。在經(jīng)過(guò)50年代到70年代的急速發(fā)展之后，沉積環(huán)境和相的研究似乎已開(kāi)始進(jìn)入一個(gè)成熟和平穩(wěn)時(shí)期。但到70年代后期和80年代又有新的突破。如陸架沉積中丘狀交錯(cuò)層理及其相關(guān)的風(fēng)暴沉積和風(fēng)暴巖的識(shí)別（G.Vening和P?R?Mullin,1971;T.Aigner,1973等），古代和現(xiàn)代平流沉積（巖）的發(fā)現(xiàn)（Unrug,1977,1980；Stow等1951）,斜坡和深水碳酸鹽巖的發(fā)現(xiàn)（H.E.Cook等，1977）等?今后可能的研究趨勢(shì)是（1）進(jìn)一步劃分亞相和微相，繼續(xù)努力在古代沉積中識(shí)別幾種難以鑒別的沉積環(huán)境和相，找出它們的有效識(shí)別標(biāo)志，如風(fēng)成環(huán)境和風(fēng)成沉積，泥質(zhì)濁積巖、泥質(zhì)河流沉積、泥質(zhì)平流巖、潮控和浪控三角洲沉積等； （2）直接根據(jù)地球物理測(cè)井和地震地層學(xué)的資料鑒別古沉積環(huán)境和相，這是一個(gè)有發(fā)展前途的研究領(lǐng)域。因?yàn)樗鼈兛梢栽诼额^和巖心很少的油氣田或鉆井很少的新探區(qū)很快地推斷地下沉積層的環(huán)境和相及其在盆地中的分布； （3）更多地利用古地磁方法確定古緯度，推斷沉積環(huán)境的古氣候；（4）解決蒸發(fā)巖的成因問(wèn)題，確定它們是淺水成因還是深水成因，尋找區(qū)分它們的巖石學(xué)和地球化學(xué)證據(jù)等。沉積幕概念和沉積體系分析法的創(chuàng)立與應(yīng)用這一概念和方法由美國(guó)海灣地區(qū)的石油地質(zhì)學(xué)家在70年代末創(chuàng)立，并用于分析巨厚的含油層系。Miall教授1984年對(duì)此作了比較系統(tǒng)的闡述。沉積幕用于研究沉積作用的時(shí)間演化。兩個(gè)沉積間斷面間地層充填的發(fā)育叫做一個(gè)沉積事件，這些事件可以是區(qū)域性的，也可以是局部的，所以沉積間斷面可以是不整合的，也可以是整合的，可以是區(qū)域分布的，也可以是局部分布的。若干相關(guān)沉積事件的序列叫做一個(gè)沉積幕。沉積幕將一個(gè)沉積盆地的演化劃分為幾個(gè)不同性質(zhì)的演化階段。沉積體系分析方法是盆地分析的一種方法，方法的基礎(chǔ)是瓦爾特相律和沉積模式概念在大型沉積區(qū)乃至整個(gè)盆地中的應(yīng)用和引伸。分析方法的本質(zhì)是成因地層學(xué)，分析重點(diǎn)是依據(jù)對(duì)沉積環(huán)境和同沉積構(gòu)造作用的認(rèn)識(shí)來(lái)解釋大型沉積體的相互關(guān)系，所用到的沉積學(xué)技術(shù)主要是相分析和盆地制圖。沉積體系是沉積環(huán)境和沉積作用過(guò)程方面有成因聯(lián)系的各個(gè)沉積相或巖相在三維空間上的組合體或集合體。我們則簡(jiǎn)單地定義為有成因聯(lián)系的相組合。因此它是與地貌單位有關(guān)的地層體，并可以其命名，如河流沉積體系、三角洲沉積體系等。沉積體系的基本組成單位是沉積相（或巖相）。一個(gè)盆地中同一時(shí)期的各沉積體系彼此相聯(lián)系構(gòu)成沉積體系域。一個(gè)盆地沉積演化的不同階段（幕）有其相應(yīng)的、特征的沉積體系（域），不同沉積體系域構(gòu)成盆地沉積模式。所以，沉積幕概念和沉積體系分析方法是從盆地沉積發(fā)展的時(shí)間和空間關(guān)系去認(rèn)識(shí)和研究一個(gè)盆地。利用沉積體系的豐富知識(shí)可使沉積學(xué)家在很少探井資料的新區(qū)對(duì)各沉積環(huán)境和沉積相的分布作出預(yù)測(cè)，推斷含礦層、儲(chǔ)集體的組成、幾個(gè)形態(tài)、分布特征等。同時(shí)還可利用沉積幕及沉積體系（域）與構(gòu)造活動(dòng)的密切關(guān)系研究盆地的演化歷史和大地構(gòu)造背景?？傊?，沉積幕概念的提出和沉積體系分析方法的創(chuàng)立是近年來(lái)沉積學(xué)研究的一個(gè)重大進(jìn)展，并有待于進(jìn)一步發(fā)展完善。成巖作用成巖作用研究具有重要的理論和實(shí)際意義，因此一直受到沉積學(xué)家的重視。碎屑巖次生孔隙的發(fā)現(xiàn)和研究是70年代后期以來(lái)成巖作用研究最重要的進(jìn)展。次生孔隙通常發(fā)育在地下深處。目前認(rèn)為碎屑巖中至少1/3的孔隙是在埋藏過(guò)程中形成的次生孔隙。Sehmidt等（1977）認(rèn)為其形成機(jī)理一與有機(jī)質(zhì)的演化有密切關(guān)系。埋藏作用使有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化，在成熱過(guò)程中，由于去涯基作用產(chǎn)生大量有機(jī)酸和C02形成酸性水溶解巖石中硅鋁酸鹽或碳酸鹽等可溶組分，形成次生孔隙。因

此，其形成與油氣生成和演化密切相關(guān)，并且具有同時(shí)性，以致具備捕集油氣的最佳條件。這一發(fā)現(xiàn)提供了向深處勘探的理論依據(jù)，擴(kuò)大了找油領(lǐng)域，并推動(dòng)了碳酸鹽巖的深埋成巖作用研究。研究表明，與碎屑巖一樣，在深埋條件下碳酸鹽巖也可以產(chǎn)生與有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化有關(guān)的次生孔隙，它們?cè)谟蜌獬墒斓耐瑫r(shí)形成。這為碳酸鹽巖盆地的深部油氣勘探開(kāi)拓了前景。在白云化作用方面圍繞白云巖成因問(wèn)題展開(kāi)了一系列研究。先后提出了毛細(xì)管蒸發(fā)泵白云化作用（Friedman等，1967；Hsu等，1971）、回流滲透白云化作用（Deffeyes等，1965）、調(diào)整白云化作用（Goedell等，1969）和大氣水（淡水）與海水混合的白云化作用（Eadiozamnni,1973）o70年代后期又有淡水白云化作用（Folk等，1975）。從咸水白云石到淡水白云石的形成是白云化作用學(xué)說(shuō)的一重要發(fā)展。80年代，Hardie（1982）又提出埋藏（熱水）白云化學(xué)說(shuō)，它成功地解決了前述各種學(xué)說(shuō)所不能解決的白云化的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。此外，在頁(yè)巖成巖作用方面的一大進(jìn)展是發(fā)現(xiàn)增壓頁(yè)巖一孔隙水壓力異常高的頁(yè)巖能在沉積很厚的邊緣盆地中造成相當(dāng)大的斷層。在這里不像通常那樣由構(gòu)造變形導(dǎo)致成巖作用，而是成巖作用過(guò)程產(chǎn)生大型構(gòu)造型跡。一些新技術(shù)、新方法如電一子探針、穩(wěn)定同位素技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)進(jìn)一步揭示成巖作用的微觀變化和成巖條件的變化。6?海岸、潮坪沉積近年來(lái)在海岸、潮坪沉積這一重要領(lǐng)域取得的重大進(jìn)展首先是與荷蘭地質(zhì)學(xué)家的卓越工作密切相關(guān)的。他們利用海岸工程實(shí)施中所挖出的巨大深坑（海底以下10-20米左右）對(duì)亞近代潮下沉積進(jìn)行了大范圍的、直接的觀察。運(yùn)用比較沉積學(xué)方法，根據(jù)現(xiàn)代和古代潮坪沉積研究，提出了識(shí)別潮下沉積的一系列可靠標(biāo)志，如雙粘土層、束狀體和橫向束狀體序列等。另一個(gè)可能的進(jìn)展是對(duì)障壁島后潮坪沉積作用和沉積特征的研究。在Reineck所劃分的四類(lèi)潮坪中，只有海灣型的研究得最好，而過(guò)去關(guān)于潮坪沉積的理論和模式也是依據(jù)對(duì)海灣型潮坪研究得出的。研究表明北海障壁島后潮坪系統(tǒng)在水動(dòng)力條件、沉積物分布和生物分布及沉積模式等方面都與典模式有所區(qū)別.7.風(fēng)暴沉積與風(fēng)暴巖70年代初由GKeHing70年代初由GKeHing和P.R.Mullin提出的風(fēng)暴沉積和風(fēng)暴巖引起了國(guó)際沉積學(xué)界的普遍關(guān)注，近年來(lái)在現(xiàn)實(shí)主義災(zāi)變論的影響下，許多著名的沉積學(xué)家如GEinsele,A.Se訂achen,T.Aigner,H.E.Reineek,R.K.Bamfaeh等紛紛把自己的研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向現(xiàn)代和古代陸架環(huán)境中的風(fēng)暴活動(dòng)及其沉積作用，開(kāi)辟了沉積學(xué)研究的新

領(lǐng)域。通過(guò)這些研究使人們認(rèn)識(shí)到風(fēng)暴活動(dòng)是現(xiàn)代和古代陸架淺海環(huán)境中沉積作用的重要因素，代表瞬時(shí)的等時(shí)事件。對(duì)風(fēng)暴流和風(fēng)暴沉積的研究，不僅對(duì)了解風(fēng)暴沉積作用的機(jī)制，恢復(fù)古氣候和進(jìn)行盆地分析有重要意義，而且也為現(xiàn)實(shí)主義災(zāi)變論的哲學(xué)思想提供了有力的證據(jù)。當(dāng)然由于風(fēng)暴作用對(duì)沉積環(huán)境和沉積物的影響相當(dāng)復(fù)雜，有許多問(wèn)題還有待于進(jìn)一步研究,如風(fēng)暴沉積作用的機(jī)制,不同環(huán)境條件下風(fēng)暴沉積物的特征,地史中風(fēng)暴活動(dòng)的頻率及分布等。此外，日前的研究還主要集中于碎屑陸架上,至于風(fēng)暴沉積作用對(duì)碳酸鹽巖陸架的影響如何呢?在災(zāi)變論的哲學(xué)思想提供了有力的證據(jù)。當(dāng)然由于風(fēng)暴作用對(duì)沉積環(huán)境和沉積物的影響相當(dāng)復(fù)雜，有許多問(wèn)題還有待于進(jìn)一步研究,如風(fēng)暴沉積作用的機(jī)制,不同環(huán)境條件下風(fēng)暴沉積物的特征,地史中風(fēng)暴活動(dòng)的頻率及分布等。此外，日前的研究還主要集中于碎屑陸架上,至于風(fēng)暴沉積作用對(duì)碳酸鹽巖陸架的影響如何呢?在這方面，工作尚少。&對(duì)細(xì)粒沉積物的研究這一直是個(gè)薄弱環(huán)節(jié),有許多問(wèn)題需要去解決。由于泥質(zhì)沉積物中的細(xì)微沉這一直是個(gè)薄弱環(huán)節(jié),有許多問(wèn)題需要去解決。由于泥質(zhì)沉積物中的細(xì)微沉積構(gòu)造難于保存和識(shí)別，它們的沉積環(huán)境、沉積作用和沉積模式、環(huán)境和相標(biāo)志乃至沉積產(chǎn)物的特征都令沉積學(xué)家們感到困惑。在野外工作時(shí)，在砂巖剖面地段沉積學(xué)家被各種各樣的層理類(lèi)型和表面構(gòu)造所吸引，停下來(lái)作較長(zhǎng)時(shí)間的觀察和描述。一進(jìn)入泥巖地段則不是由于表面風(fēng)化使沉積構(gòu)造難于觀察，就是由于“單調(diào)”而沒(méi)有興趣多作觀察便匆匆離去。泥質(zhì)沉積無(wú)論在古代和現(xiàn)代沉積中都有廣泛分布，可占碎屑沉積總量的50%或更多，而且是重要生油母巖。近年來(lái)對(duì)細(xì)粒沉積物的研究已有所進(jìn)展，如發(fā)現(xiàn)深海中大部分泥質(zhì)沉積可能是濁流成因的（低密度），泥質(zhì)河流也是重要的河流環(huán)境（Reading,1955）,泥質(zhì)平流巖在大陸斜坡有廣泛分布（stow等，1979）。問(wèn)題愈多、困難愈大的地方，恰恰是富有創(chuàng)造力的科學(xué)家施展才干和有所作為的新天地，所以當(dāng)代研究砂質(zhì)碎屑沉積物和沉積作用的大權(quán)威Allen教授正在把自己的研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)