地學理論新方法作業(yè)

沉積學分析的新理論與方法沉積學作為地質學中的一門分支學科，在過去三十年，特別是近十幾年來已取得了長足的進展，并且在科研和生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越大的作用。這是因為沉積學研究不僅涉及像地球巖石圈演化這樣的基本理論問題，而且也關系到如石油、天然氣、煤、鈾等能源資源和鐵、猛、磷、鋁、鉛、鋅、銅等礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用，海港建設、河道疏浚、水庫防淤及環(huán)境保護等一系列實際問題的解決。盆地分析是利用多種方法和手段對盆地進行整體解剖，找出各要素間的內在聯(lián)系規(guī)律，建立盆地三維空間隨時間演化的模式進行定量動力學模擬，對各類能源資源進行預測和勘探。下面僅就沉積學與盆地分析的新理論與方法進行總結和綜述：沉積物的搬運機制沉積物的搬運機制是沉積學的基礎理論研究，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的深刻變化。50年代以前，沉積學家認識了水流對沉積物的牽引流搬運及其性質，提出了一整套符合牛頓力學的流態(tài)理論，成功地解釋了沉積物（巖）中的許多沉積構造和粒度分布特征，為沉積環(huán)境和相的解釋奠定了基礎。但是由此而得出的機械分異理論卻長期束縛著人們的思想，使得許多現(xiàn)象得不到解釋。30年代開始，50年代獲得大發(fā)展的濁流理論是沉積學發(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，其支撐機理是流體的擾動作用（或湍流）。沉積物在濁流中呈遞變懸浮搬運。濁流具有很大的搬運能力，可以將粗碎屑沉積物如砂乃至細礫遠距離地搬運到深?；蛏詈^(qū)沉積下來。這樣，它不但解決了地質學界過去關于地槽區(qū)廣泛分布的巨厚的深海復理石沉積、現(xiàn)代深海和深沏中粗碎屑沉積的長期爭論問題，而且也為在深海或深湖盆地中尋找新型油氣資源開辟了途徑。關于搬運機制的近期進展是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，它是碎屑沉積物特別是粗粒碎屑物搬運到深水（?；蚝﹨^(qū)的主要作用。依據(jù)沉積物顆粒的支撐機理、流動方式和堆積的沉積物類型可以將沉積物重力流分為四種基本類型，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，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Middleten等（1973）的沉積物重力流和分類加以補充和修改，使之更加完善，成為一個包括巖崩、滑動、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）在內的完整的塊體重力搬運理論。它使廣泛分布的各種礫巖、砂礫巖、礫質砂巖、泥礫巖的形成機理得到了合理的解釋，并且沖擊著某些地質歷史時期中廣泛發(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。碳酸鹽巖近年來碳酸鹽巖研究的新進展主要表現(xiàn)在兩個方面。一是研究區(qū)域從臺地走向斜坡和深水。據(jù)統(tǒng)計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)過改造在深水中再沉積的，這突破了過去認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）搬運和沉積的碎屑碳酸鹽巖，而且有風暴浪搬運和沉積的碎屑碳酸鹽巖，如英國下石炭系灰?guī)r，中國北方的震旦系灰?guī)r等。也有呈沉積物重力流搬運到斜坡和深水區(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的油氣和金屬礦產(chǎn)資源的領域從臺地擴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)受到沉積學家的重視。在經(jīng)過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始進入一個成熟和平穩(wěn)時期。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層理及其相關的風暴沉積和風暴巖的識別（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是（1）進一步劃分亞相和微相，繼續(xù)努力在古代沉積中識別幾種難以鑒別的沉積環(huán)境和相，找出它們的有效識別標志，如風成環(huán)境和風成沉積，泥質濁積巖、泥質河流沉積、泥質平流巖、潮控和浪控三角洲沉積等； （2）直接根據(jù)地球物理測井和地震地層學的資料鑒別古沉積環(huán)境和相，這是一個有發(fā)展前途的研究領域。因為它們可以在露頭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)分它們的巖石學和地球化學證據(jù)等。沉積幕概念和沉積體系分析法的創(chuàng)立與應用這一概念和方法由美國海灣地區(qū)的石油地質學家在70年代末創(chuàng)立，并用于分析巨厚的含油層系。Miall教授1984年對此作了比較系統(tǒng)的闡述。沉積幕用于研究沉積作用的時間演化。兩個沉積間斷面間地層充填的發(fā)育叫做一個沉積事件，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。若干相關沉積事件的序列叫做一個沉積幕。沉積幕將一個沉積盆地的演化劃分為幾個不同性質的演化階段。沉積體系分析方法是盆地分析的一種方法，方法的基礎是瓦爾特相律和沉積模式概念在大型沉積區(qū)乃至整個盆地中的應用和引伸。分析方法的本質是成因地層學，分析重點是依據(jù)對沉積環(huán)境和同沉積構造作用的認識來解釋大型沉積體的相互關系，所用到的沉積學技術主要是相分析和盆地制圖。沉積體系是沉積環(huán)境和沉積作用過程方面有成因聯(lián)系的各個沉積相或巖相在三維空間上的組合體或集合體。我們則簡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）。一個盆地中同一時期的各沉積體系彼此相聯(lián)系構成沉積體系域。一個盆地沉積演化的不同階段（幕）有其相應的、特征的沉積體系（域），不同沉積體系域構成盆地沉積模式。所以，沉積幕概念和沉積體系分析方法是從盆地沉積發(fā)展的時間和空間關系去認識和研究一個盆地。利用沉積體系的豐富知識可使沉積學家在很少探井資料的新區(qū)對各沉積環(huán)境和沉積相的分布作出預測，推斷含礦層、儲集體的組成、幾個形態(tài)、分布特征等。同時還可利用沉積幕及沉積體系（域）與構造活動的密切關系研究盆地的演化歷史和大地構造背景?？傊?，沉積幕概念的提出和沉積體系分析方法的創(chuàng)立是近年來沉積學研究的一個重大進展，并有待于進一步發(fā)展完善。成巖作用成巖作用研究具有重要的理論和實際意義，因此一直受到沉積學家的重視。碎屑巖次生孔隙的發(fā)現(xiàn)和研究是70年代后期以來成巖作用研究最重要的進展。次生孔隙通常發(fā)育在地下深處。目前認為碎屑巖中至少1/3的孔隙是在埋藏過程中形成的次生孔隙。Sehmidt等（1977）認為其形成機理一與有機質的演化有密切關系。埋藏作用使有機質轉化，在成熱過程中，由于去涯基作用產(chǎn)生大量有機酸和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，并且具有同時性，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)，擴大了找油領域，并推動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)生與有機質轉化有關的次生孔隙，它們在油氣成熟的同時形成。這為碳酸鹽巖盆地的深部油氣勘探開拓了前景。在白云化作用方面圍繞白云巖成因問題展開了一系列研究。先后提出了毛細管蒸發(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說的一重要發(fā)展。80年代，Hardie（1982）又提出埋藏（熱水）白云化學說，它成功地解決了前述各種學說所不能解決的白云化的動力學問題。此外，在頁巖成巖作用方面的一大進展是發(fā)現(xiàn)增壓頁巖一孔隙水壓力異常高的頁巖能在沉積很厚的邊緣盆地中造成相當大的斷層。在這里不像通常那樣由構造變形導致成巖作用，而是成巖作用過程產(chǎn)生大型構造型跡。一些新技術、新方法如電一子探針、穩(wěn)定同位素技術的應用將會進一步揭示成巖作用的微觀變化和成巖條件的變化。6?海岸、潮坪沉積近年來在海岸、潮坪沉積這一重要領域取得的重大進展首先是與荷蘭地質學家的卓越工作密切相關的。他們利用海岸工程實施中所挖出的巨大深坑（海底以下10-20米左右）對亞近代潮下沉積進行了大范圍的、直接的觀察。運用比較沉積學方法，根據(jù)現(xiàn)代和古代潮坪沉積研究，提出了識別潮下沉積的一系列可靠標志，如雙粘土層、束狀體和橫向束狀體序列等。另一個可能的進展是對障壁島后潮坪沉積作用和沉積特征的研究。在Reineck所劃分的四類潮坪中，只有海灣型的研究得最好，而過去關于潮坪沉積的理論和模式也是依據(jù)對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.風暴沉積與風暴巖70年代初由GKeHing70年代初由GKeHing和P.R.Mullin提出的風暴沉積和風暴巖引起了國際沉積學界的普遍關注，近年來在現(xiàn)實主義災變論的影響下，許多著名的沉積學家如GEinsele,A.Se訂achen,T.Aigner,H.E.Reineek,R.K.Bamfaeh等紛紛把自己的研究重點轉向現(xiàn)代和古代陸架環(huán)境中的風暴活動及其沉積作用，開辟了沉積學研究的新

領域。通過這些研究使人們認識到風暴活動是現(xiàn)代和古代陸架淺海環(huán)境中沉積作用的重要因素，代表瞬時的等時事件。對風暴流和風暴沉積的研究，不僅對了解風暴沉積作用的機制，恢復古氣候和進行盆地分析有重要意義，而且也為現(xiàn)實主義災變論的哲學思想提供了有力的證據(jù)。當然由于風暴作用對沉積環(huán)境和沉積物的影響相當復雜，有許多問題還有待于進一步研究,如風暴沉積作用的機制,不同環(huán)境條件下風暴沉積物的特征,地史中風暴活動的頻率及分布等。此外，日前的研究還主要集中于碎屑陸架上,至于風暴沉積作用對碳酸鹽巖陸架的影響如何呢?在災變論的哲學思想提供了有力的證據(jù)。當然由于風暴作用對沉積環(huán)境和沉積物的影響相當復雜，有許多問題還有待于進一步研究,如風暴沉積作用的機制,不同環(huán)境條件下風暴沉積物的特征,地史中風暴活動的頻率及分布等。此外，日前的研究還主要集中于碎屑陸架上,至于風暴沉積作用對碳酸鹽巖陸架的影響如何呢?在這方面，工作尚少。&對細粒沉積物的研究這一直是個薄弱環(huán)節(jié),有許多問題需要去解決。由于泥質沉積物中的細微沉這一直是個薄弱環(huán)節(jié),有許多問題需要去解決。由于泥質沉積物中的細微沉積構造難于保存和識別，它們的沉積環(huán)境、沉積作用和沉積模式、環(huán)境和相標志乃至沉積產(chǎn)物的特征都令沉積學家們感到困惑。在野外工作時，在砂巖剖面地段沉積學家被各種各樣的層理類型和表面構造所吸引，停下來作較長時間的觀察和描述。一進入泥巖地段則不是由于表面風化使沉積構造難于觀察，就是由于“單調”而沒有興趣多作觀察便匆匆離去。泥質沉積無論在古代和現(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。近年來對細粒沉積物的研究已有所進展，如發(fā)現(xiàn)深海中大部分泥質沉積可能是濁流成因的（低密度），泥質河流也是重要的河流環(huán)境（Reading,1955）,泥質平流巖在大陸斜坡有廣泛分布（stow等，1979）。問題愈多、困難愈大的地方，恰恰是富有創(chuàng)造力的科學家施展才干和有所作為的新天地，所以當代研究砂質碎屑沉積物和沉積作用的大權威Allen教授正在把自己的研究重點轉