《地学理论新方法作业》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地学理论新方法作业（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、沉积学分析的新理论与方法沉积学作为地质学中的一门分支学科，在过去三十年，特别是近十几年来已取得了长足的进展，并且在科研和生产中发挥着越来越大的作用。这是因为沉积学研究不仅涉及像地球岩石圈演化这样的基本理论问题，而且也关系到如石油、天然气、煤、铀等能源资源和铁、锰、磷、铝、铅、锌、铜等矿产资源的开发和利用，海港建设、河道疏浚、水库防淤及环境保护等一系列实际问题的解决。盆地分析是利用多种方法和手段对盆地进行整体解剖，找出各要素间的内在联系规律，建立盆地三维空间随时间演化的模式进行定量动力学模拟，对各类能源资源进行预测和勘探。下面仅就沉积学与盆地分析的新理论与方法进行总结和综述：1.沉积物的搬运机制
2、沉积物的搬运机制是沉积学的基础理论研究，它经历了牵引流浊流沉积物重力流和块体重力搬运的深刻变化。50 年代以前，沉积学家认识了水流对沉积物的牵引流搬运及其性质，提出了一整套符合牛顿力学的流态理论，成功地解释了沉积物( 岩) 中的许多沉积构造和粒度分布特征，为沉积环境和相的解释奠定了基础。但是由此而得出的机械分异理论却长期束缚着人们的思想，使得许多现象得不到解释。30 年代开始，50 年代获得大发展的浊流理论是沉积学发展中的一大革命。浊流是由沉积物和水棍合组成的一种密度流，其支撑机理是流体的扰动作用(或湍流)。沉积物在浊流中呈递变悬浮搬运。浊流具有很大的搬运能力，可以将粗碎屑沉积物如砂乃至细砾远
3、距离地搬运到深海或深湖区沉积下来。这样，它不但解决了地质学界过去关于地槽区广泛分布的巨厚的深海复理石沉积、现代深海和深沏中粗碎屑沉积的长期争论问题，而且也为在深海或深湖盆地中寻找新型油气资源开辟了途径。关于搬运机制的近期进展是 G.V.Middleton 和 M.A.Hampton(1973)提出的沉积物重力流和块体重力流搬运理论。沉积物重力流是指沉积物或沉积物一液体混合物在重力作用下顺斜坡形成的流动，它是碎屑沉积物特别是粗粒碎屑物搬运到深水( 海或湖 )区的主要作用。依据沉积物颗粒的支撑机理、流动方式和堆积的沉积物类型可以将沉积物重力流分为四种基本类型，即碎屑流(广义的泥石流)、颗粒流、液化
4、沉积物流和浊流。由此可见，前述的浊流只是沉积物重力流的一种，而且浊流又有低密度浊流和高密度浊流之分。D.E.Weser(1975)总结了发生沉积物重力流所必须的环境条件，Kruit 等(1975)和 Lowe(1982)又对Middleten 等 (1973)的沉积物重力流和分类加以补充和修改，使之更加完善，成为一个包括岩崩、滑动、滑塌、沉积物重力流(碎屑流、颗粒流、液化沉积物流、低密度蚀流和高密度浊流)在内的完整的块体重力搬运理论。它使广泛分布的各种砾岩、砂砾岩、砾质砂岩、泥砾岩的形成机理得到了合理的解释，并且冲击着某些地质历史时期中广泛发育且早有定论的冰琐砾岩成因，似乎正在酝酿着一次新的大
5、变革。2.碳酸盐岩近年来碳酸盐岩研究的新进展主要表现在两个方面。一是研究区域从台地走向斜坡和深水。据统计 67 肠的碳酸盐岩为斜坡和深水沉积物，或是浅水沉积物经过改造在深水中再沉积的，这突破了过去认为碳酸盐岩主要是浅水沉积的传统观念。二是碎屑岩搬运和沉积作用的理论与研究方法被用于碳酸盐沉积。已经发现了许多碎屑成因的碳酸盐沉积，其中不仅有正常牵引流(水流、波浪、潮汐等) 搬运和沉积的碎屑碳酸盐岩，而且有风暴浪搬运和沉积的碎屑碳酸盐岩，如英国下石炭系灰岩，中国北方的震旦系灰岩等。也有呈沉积物重力流搬运到斜坡和深水区沉积的粗碎屑碳酸盐岩(碳酸盐的滑塌堆积、碎屑流、颗粒流和浊流沉积) 。这使碳酸盐沉积
6、的研究和寻找与其有关的油气和金属矿产资源的领域从台地扩大到斜坡和深水地区。3.沉积环境和相鉴别古代沉积环境和相继续受到沉积学家的重视。在经过 50 年代到 70 年代的急速发展之后，沉积环境和相的研究似乎已开始进入一个成熟和平稳时期。但到 70 年代后期和 80 年代又有新的突破。如陆架沉积中丘状交错层理及其相关的风暴沉积和风暴岩的识别(G.Vening 和 P.R.Mullin，1971；T.Aigner，1973等)，古代和现代平流沉积(岩)的发现(Unrug ，1977，1980；Stow 等 1951)，斜坡和深水碳酸盐岩的发现(H.E.Cook 等，1977)等.今后可能的研究趋势是
7、(1)进一步划分亚相和微相，继续努力在古代沉积中识别几种难以鉴别的沉积环境和相，找出它们的有效识别标志，如风成环境和风成沉积，泥质浊积岩、泥质河流沉积、泥质平流岩、潮控和浪控三角洲沉积等；(2)直接根据地球物理测井和地震地层学的资料鉴别古沉积环境和相，这是一个有发展前途的研究领域。因为它们可以在露头和岩心很少的油气田或钻井很少的新探区很快地推断地下沉积层的环境和相及其在盆地中的分布；(3)更多地利用古地磁方法确定古纬度，推断沉积环境的古气候；(4)解决蒸发岩的成因问题，确定它们是浅水成因还是深水成因，寻找区分它们的岩石学和地球化学证据等。4.沉积幕概念和沉积体系分析法的创立与应用这一概念和方法
8、由美国海湾地区的石油地质学家在 70 年代末创立，并用于分析巨厚的含油层系。Miall 教授 1984 年对此作了比较系统的阐述。沉积幕用于研究沉积作用的时间演化。两个沉积间断面间地层充填的发育叫做一个沉积事件，这些事件可以是区域性的，也可以是局部的，所以沉积间断面可以是不整合的，也可以是整合的，可以是区域分布的，也可以是局部分布的。若干相关沉积事件的序列叫做一个沉积幕。沉积幕将一个沉积盆地的演化划分为几个不同性质的演化阶段。沉积体系分析方法是盆地分析的一种方法，方法的基础是瓦尔特相律和沉积模式概念在大型沉积区乃至整个盆地中的应用和引伸。分析方法的本质是成因地层学，分析重点是依据对沉积环境和同
9、沉积构造作用的认识来解释大型沉积体的相互关系，所用到的沉积学技术主要是相分析和盆地制图。沉积体系是沉积环境和沉积作用过程方面有成因联系的各个沉积相或岩相在三维空间上的组合体或集合体。我们则简单地定义为有成因联系的相组合。因此它是与地貌单位有关的地层体，并可以其命名，如河流沉积体系、三角洲沉积体系等。沉积体系的基本组成单位是沉积相(或岩相)。一个盆地中同一时期的各沉积体系彼此相联系构成沉积体系域。一个盆地沉积演化的不同阶段(幕)有其相应的、特征的沉积体系(域) ，不同沉积体系域构成盆地沉积模式。所以，沉积幕概念和沉积体系分析方法是从盆地沉积发展的时间和空间关系去认识和研究一个盆地。利用沉积体系的
10、丰富知识可使沉积学家在很少探井资料的新区对各沉积环境和沉积相的分布作出预测，推断含矿层、储集体的组成、几个形态、分布特征等。同时还可利用沉积幕及沉积体系(域)与构造活动的密切关系研究盆地的演化历史和大地构造背景。总之，沉积幕概念的提出和沉积体系分析方法的创立是近年来沉积学研究的一个重大进展，并有待于进一步发展完善。5.成岩作用成岩作用研究具有重要的理论和实际意义，因此一直受到沉积学家的重视。碎屑岩次生孔隙的发现和研究是 70 年代后期以来成岩作用研究最重要的进展。次生孔隙通常发育在地下深处。目前认为碎屑岩中至少 1/3 的孔隙是在埋藏过程中形成的次生孔隙。Sehmidt 等(1977)认为其形
11、成机理 与有机质的演化有密切关系。埋藏作用使有机质转化，在成热过程中，由于去涯基作用产生大量有机酸和 CO2 形成酸性水溶解岩石中硅铝酸盐或碳酸盐等可溶组分，形成次生孔隙。因此，其形成与油气生成和演化密切相关，并且具有同时性，以致具备捕集油气的最佳条件。这一发现提供了向深处勘探的理论依据，扩大了找油领域，并推动了碳酸盐岩的深埋成岩作用研究。研究表明，与碎屑岩一样，在深埋条件下碳酸盐岩也可以产生与有机质转化有关的次生孔隙，它们在油气成熟的同时形成。这为碳酸盐岩盆地的深部油气勘探开拓了前景。在白云化作用方面围绕白云岩成因问题展开了一系列研究。先后提出了毛细管蒸发泵白云化作用(Friedman 等，
12、1967；Hsu 等，1971) 、回流渗透白云化作用(Deffeyes 等，1965)、调整白云化作用(Goedell 等，1969)和大气水(淡水)与海水混合的白云化作用(Eadiozamnni，1973)。70 年代后期又有淡水白云化作用 (Folk 等，1975)。从咸水白云石到淡水白云石的形成是白云化作用学说的一重要发展。80 年代，Hardie(1982)又提出埋藏(热水)白云化学说，它成功地解决了前述各种学说所不能解决的白云化的动力学问题。此外，在页岩成岩作用方面的一大进展是发现增压页岩一孔隙水压力异常高的页岩能在沉积很厚的边缘盆地中造成相当大的断层。在这里不像通常那样由构造变形
13、导致成岩作用，而是成岩作用过程产生大型构造型迹。一些新技术、新方法如电一子探针、稳定同位素技术的应用将会进一步揭示成岩作用的微观变化和成岩条件的变化。6.海岸、潮坪沉积近年来在海岸、潮坪沉积这一重要领域取得的重大进展首先是与荷兰地质学家的卓越工作密切相关的。他们利用海岸工程实施中所挖出的巨大深坑(海底以下 10 20 米左右)对亚近代潮下沉积进行了大范围的、直接的观察。运用比较沉积学方法，根据现代和古代潮坪沉积研究，提出了识别潮下沉积的一系列可靠标志，如双粘土层、束状体和横向束状体序列等。另一个可能的进展是对障壁岛后潮坪沉积作用和沉积特征的研究。在 Reineck 所划分的四类潮坪中，只有海湾
14、型的研究得最好，而过去关于潮坪沉积的理论和模式也是依据对海湾型潮坪研究得出的。研究表明北海障壁岛后潮坪系统在水动力条件、沉积物分布和生物分布及沉积模式等方面都与典模式有所区别.7.风暴沉积与风暴岩70 年代初由 G.KeHing 和 P.R.Mullin 提出的风暴沉积和风暴岩引起了国际沉积学界的普遍关注，近年来在现实主义灾变论的影响下，许多著名的沉积学家如 G.Einsele，A.Seilachen，T.Aigner ，H.E.Reineek，R.K.Bamfaeh 等纷纷把自己的研究重点转向现代和古代陆架环境中的风暴活动及其沉积作用，开辟了沉积学研究的新领域。通过这些研究使人们认识到风暴活
15、动是现代和古代陆架浅海环境中沉积作用的重要因素，代表瞬时的等时事件。对风暴流和风暴沉积的研究，不仅对了解风暴沉积作用的机制，恢复古气候和进行盆地分析有重要意义，而且也为现实主义灾变论的哲学思想提供了有力的证据。当然由于风暴作用对沉积环境和沉积物的影响相当复杂，有许多问题还有待于进一步研究，如风暴沉积作用的机制，不同环境条件下风暴沉积物的特征，地史中风暴活动的频率及分布等。此外，日前的研究还主要集中于碎屑陆架上，至于风暴沉积作用对碳酸盐岩陆架的影响如何呢?在这方面，工作尚少。8.对细粒沉积物的研究这一直是个薄弱环节，有许多问题需要去解决。由于泥质沉积物中的细微沉积构造难于保存和识别，它们的沉积环
16、境、沉积作用和沉积模式、环境和相标志乃至沉积产物的特征都令沉积学家们感到困惑。在野外工作时，在砂岩剖面地段沉积学家被各种各样的层理类型和表面构造所吸引，停下来作较长时间的观察和描述。一进入泥岩地段则不是由于表面风化使沉积构造难于观察，就是由于“单调”而没有兴趣多作观察便匆匆离去。泥质沉积无论在古代和现代沉积中都有广泛分布，可占碎屑沉积总量的 50 %或更多，而且是重要生油母岩。近年来对细粒沉积物的研究已有所进展，如发现深海中大部分泥质沉积可能是浊流成因的(低密度) ，泥质河流也是重要的河流环境(Reading，1955)，泥质平流岩在大陆斜坡有广泛分布(stow 等，1979)。问题愈多、困难愈大的地方，恰恰是富有创造力的科学家施展才干和有所作为的新天地，所以当代研究砂质碎屑沉积物和沉积作用的大权威 Allen 教授正在把自己的研究重点转向泥质沉积物，X 光照相术可能是研究泥质沉积物的强有力的手段。与此相对应的是粗碎屑的砾岩、砂砾岩也研究得很差、构成了碎屑岩研究中的两个薄弱环节。虽然我国沉积学的研究起步较晚，大规模的研究工作可以说从 7
