第一章绪论

应用沉积学主讲：杜振川研究生课程课程的位置地质学的主干专业课，必修考试课程知识背景普通地质学（地质学基础）：外力地质作用；矿物学：矿物学及其成因；岩石学：沉积岩石学及其成因；构造地质学：地质产物的被改造作用；古生物学：生物与环境，生物与地质时代（演化）；地史学：地层学和历史大地构造学基础，沉积古地理学基础。第一章绪论沉积学和古地理学是地质科学中具有较强综合性和理论性的分支学科，它包括沉积学和沉积古地理学两个分支学科。沉积学和沉积古地理学关系最为密切的是沉积岩石学。其次是现代沉积学、现代地理学。本课程实际上就是“古沉积学、古地理学”第一节几个主要的概念第一章绪论沉积岩石学(SedimentaryPetrology)：是研究沉积岩的物质成分、结构构造、分类及其形成作用、沉积环境的一门科学。第一节几个主要的概念它至少包含两方面的含义：1）既研究物性，又研究成因：除了研究沉积岩的特点外，还进行模拟实验，探讨沉积作用的机理，分析沉积环境，研究其时空演化、分布规律以及与大地构造之间的关系。2）既研究古代岩石，又研究现代沉积物。第一章绪论沉积学(Sedimentology)1978年弗里德曼(C．M．Friedman)对“沉积学”做了较为完整的定义，即“研究沉积物、沉积过程、沉积岩和沉积环境的学科”。目前多数学者认为：沉积学是研究沉积物的来源、沉积条件、沉积环境、沉积作用及沉积物转变为沉积岩的一系列复杂的成岩作用变化。第一节几个主要的概念第一章绪论第一节几个主要的概念沉积学是在沉积岩石学基础上发展起来的，沉积学最早由特罗布里奇（1925）提出。沃德尔(1932)针对“沉积岩石学”经常被认为是对沉积岩的薄片研究，而提出“沉积学”是研究沉积物的学科（包含古代的沉积岩和现代的沉积物）。更具体来说，它研究沉积物的来源、沉积条件(沉积环境、沉积相）、沉积作用及沉积物转变为沉积岩的一系列复杂的成岩作用变化。“沉积岩石学”学虽然也包括对现代沉积物特征和成因的研究，但更多侧重于岩石组分的研究；虽然对宏观岩石学同样予以重视，但更多立足于显微和电子显微下的室内研究。因此，“沉积岩石学”和“沉积学”的研究内容是相互渗透和不可分割的，同时又存在不同的研究分工。所以，也可以用广义的沉积学包含沉积岩石学。第一章绪论第一节几个主要的概念沉积环境(sedimentaryenvironment或depositionalenvironment)是一个发生沉积作用的、具有独特的物理、化学和生物特征的地貌单元。1)物理条件：温度、压力、引力、重力、风、波浪、潮汐、水流、海流、风暴流等、冰川、沉积物流和它们的作用强度、方向、变化梯度和降雨量、降雪量等；2)化学条件：沉积介质（水、风、冰）化学成分、pH值、Eh值、溶解度、化学平衡程度、生物化学作用等；3)生物条件：生物的种属类型、生物物理、生物化学作用等。第一章绪论第一节几个主要的概念沉积环境(sedimentaryenvironment或depositionalenvironment)环境是地理学中的概念，地理学把地球表面划分为不同的地理学单元，如山脉、河流、潮汐、沙漠、海洋等，这些就是自然地理环境（地貌单元）。沉积学是研究沉积物质沉积时的自然地理环境，称之为“沉积环境”第一章绪论第一节几个主要的概念沉积环境(sedimentaryenvironment或depositionalenvironment)第一章绪论第一节几个主要的概念沉积相(sedimentaryfacies，简称相，facies)最早赋予“相”沉积学含义的是格列斯利(A.Gressly，1838)，他发现瑞士西北部侏罗纪地层在岩性和古生物面貌方面存在极大的差异。他将这些不同的岩石特征和生物特征称之为不同的相。后来，关于“相”的术语使用出现了不同的理解，例如：①指地层的岩石类型，如“海绿石砂岩相”、“灰岩相”等；②指岩石的成因作用类型，如“浊积岩相”、“生物礁相”等；③作为沉积环境的同义语，如“河流相”、“滨海相”等第一章绪论第一节几个主要的概念沉积相(sedimentaryfacies，简称相，facies)后来，关于“相”的术语使用出现了不同的理解，例如：④岩层生成时的古地理环境及其物质表现的总和（沉积环境+沉积相），如“河流砂岩相”，“浅海碳酸盐相”⑤与构造环境相联系（大地构造相），如“磨拉石相”、“复理石相”第一章绪论第一节几个主要的概念沉积相(sedimentaryfacies，简称相，facies)当前国内外多数人都把“沉积相”看作是自然环境（沉积环境）的产物（物质表现），即将“沉积相”理解为一个“沉积环境”中所有的原生沉积特征的总和，包括岩石、古生物和岩石地球化学等特征。沉积相：能够反映沉积环境条件的岩石特征和生物特征的总和。这种记录主要表现为岩石组分、几何形态、结构、构造、生物化石等方面的差异，即具有该环境的沉积特征。第一章绪论第一节几个主要的概念沉积相(sedimentaryfacies，简称相，facies)在实际工作中，根据研究目的和研究程度的不同，常使用“岩相”和“生物相”等次级术语来描述沉积特征。“岩相”是能够反映沉积环境的岩石特征，如交错层理砂岩相等。“生物相”是指能够反映沉积环境的生物特征，如笔石页岩相等。可以简单地理解为：“岩相”+“生物相”=“沉积相”。广义的“岩相”等于“沉积相”第一章绪论第一章绪论第一章绪论第一章绪论沉积体系（depositionalsystem）：Fisher(1967)认为：沉积体系就是指在成因上由现代或古代沉积过程和沉积环境联系在一起的岩相的三维组合。Galloway(1983)把沉积体系定义为：“沉积体系是指空间上关联相的三维单元”。我们将沉积体系理解为：一定地质历史时期具有成因联系的沉积相的三维组合。第一章绪论沉积体系（depositionalsystem）：我们将沉积体系理解为：一定地质历史时期具有成因联系的沉积相的三维组合。沉积体系的基本建设单元是相。它与相的主要区别在于研究的规模不同。沉积相研究可以是一维、二维剖面的相分析，而沉积体系则是三维空间的相分析。第一章绪论第二节沉积环境和沉积相的分类第一章绪论第二节沉积环境和沉积相的分类第一章绪论第三节、沉积相分析的意义、原则和方法沉积相分析：主要研究沉积构造和古水流形成的床沙几何形体，相组合及水动力条件，如河流等所进行的环境解释。沉积体系分析：主要研究盆地水流及单元之间的联系，沉积盆地的范围，沉积相发育模型、沉积构型及充填模式。第一章绪论第三节、沉积相分析的意义、原则和方法一、研究内容沉积相分析研究内容①研究沉积物的来源：确定其是陆源母岩风化的产物还是生物成因的产物，是化学沉积的产物还是属于火山来源物质，或是含有宇宙来源物质等；②探讨沉积岩的形成机理：包括风化作用、搬运作用、沉积作用以及沉积期后变化的机理，特别是要研究沉积岩及其中有用矿产的形成机理及富集规律；③进行沉积环境的分析：根据沉积岩的原生特点以及时空分布规律，恢复沉积岩形成时的古气候条件、古地理环境以及大地构造环境。第一章绪论第三节、沉积相分析的意义、原则和方法二、研究意义1、岩石圈中沉积岩中蕴藏着丰富的矿产资源。可燃性矿产(石油、天然气、煤和油页岩)、铝土矿、锰矿、盐矿以及钾盐矿等几乎都属于沉积矿产；大部分铁矿、磷矿亦都属于沉积或沉积变质类型矿产；放射性、有色金属(铜、铅、锌)、稀有和分散元素铍、镓、铟、镉、非金属(重晶石、萤石)等矿产中，沉积类型也占很大的比重；不少金、铂、钨、锡、金刚石等矿产也产出于沉积砂矿中。据估计，沉积和沉积变质型矿产可占世界资源总储量的80％。第一章绪论第三节、沉积相分析的意义、原则和方法二、研究意义2、沉积岩本身就是多种工业的主要原料或辅助原料如石灰岩和白云岩不仅可作为建筑材料，而且还是冶金工业中常用的熔剂，同时还是制造水泥和人造纤维的主要原料；纯净的粘土岩可作为耐火材料、陶瓷原料、钻井泥浆原料、吸收剂、填充剂和净化剂；石英砂岩可作为玻璃原料；沉积岩还是重要的地下蓄水层。第一章绪论第三节、沉积相分析的意义、原则和方法二、研究意义3、研究沉积相和沉积环境已成为寻找和勘探油气资源必不可缺少的重要手段之一随着能源勘探领域由中浅层向深层、由盆地边缘向盆地腹地的转移，沉积学正发挥着重大的作用。4、沉积学与人类生存和可持续发展也是密不可分的目前它在地质灾害预测研究和环境保护中正发挥着越来越大的作用，并产生了新的分支学科——环境沉积学第一章绪论第三节、沉积相分析的意义、原则和方法二、研究意义5、沉积学的研究同时具有重要的理论意义通过重塑沉积环境，了解地质时期的古地理面貌和盆地发展史，进而有利于研究沉积矿产形成的条件和分布规律。第一章绪论第三节、沉积相分析的意义、原则和方法三、沉积相分析的原则沉积相分析的原则“现实主义”(actualism)原则相共生原则(又称瓦尔特相律，Walther~Law)第一章绪论第三节、沉积相分析的意义、原则和方法三、沉积相分析的原则现实主义原则由地质学之父莱伊尔(C.Lyell)于1830年在《地质学原理》一书中作了详细论述。其基本涵义为：现在正在进行着的地质作用，也曾以基本相同的方式和强度在整个地质时期发生过，古代的地质事件可以用今天所观察到的现象和作用加以解释。1905年盖基(A.Geikie)又提出了“现在是打开过去的钥匙”(thepresentisthekeytothepast)这一著名的表述。我国常将这一原则称为“将今论古”，或“历史比较法”第一章绪论第三节、沉积相分析的意义、原则和方法三、沉积相分析的原则需要指出的是，应用现实主义原则时必须考虑到地质历史与生物演化规律一样，也是前进性发展的，各地质时期的地质作用方式和特点既有继承性，也有变化性，既有连续性又有阶段性。所以我们在应用现实主义原则时，决不能把今日的现象与古代简单地完全等同看待，而必须根据多方面的事实，以发展的观点，进行历史的分析，才能得出合乎逻辑的科学解释。第一章绪论第三节、沉积相分析的意义、原则和方法四、沉积相分析的方法沉积相分析的方法野外室内地下第一章绪论第三节、沉积相分析的意义、原则和方法四、沉积相分析的方法野外：对露头、钻井岩心等进行直接观察、描述、测量、取样、制图，具体内容包括岩性、颜色、沉积结构、构造、化石、地层关系及岩石的几何形态等。室内：室内分析是在实验室对野外所取得的标本、样品用各种仪器进行各种必要的分析和测试，对野外所测量的数据进行加工整理和分析研究，以充实补充野外观察的不足。第一章绪论第三节、沉积相分析的意义、原则和方法四、沉积相分析的方法地下：地下相分析是利用钻井过程所测得的地下各个地层的物性资料(简称测井曲线)，进行岩性判别和岩相分析。也包括利用地震测量资料，通过对各沉积体和沉积界面的反射特征研究，而进行沉积相的分析，即地震相分析。在这些相分析方法中，野外相分析是基础及对比的标准，室内相分析是野外相分析的补充，地下相分析应与地面相分析结合。第一章绪论第四节沉积相分析中的几个问题一、相关系——Walther“相律”单个相的解释意义是不一样的。例如，根土层和煤层表明，沉积于表面非常接近于水面或在水面之上—沼泽或泥碳沼泽环境。但是，究竟是在哪一种环境形成的，它可以形成于湿地、冲积扇、河流及天然堤或滨线附近等沼泽。第一章绪论第四节、沉积相分析中的几个问题一、相关系——Walther“相律”表达为：“同一相区的不同沉积物，同样地，不同相区的所有岩石，在空间上都是相互邻接的，但是，在地壳剖面中，我们可以看到它们是重叠在一起的，……。”德国学者瓦尔特(Walther,J.)（1960-1937）于(1993-1994)提出这个相共生原则第一章绪论第四节、沉积相分析中的几个问题一、相关系——Walther“相律”这个相律指出，在整合垂直层序中产出的相，是在横向相邻的环境中形成的，同时，垂直接触的相必然是地理上邻接环境的产物。瓦尔特相律——“只有在横向上相邻出现的相，才能在纵向序列中互相叠覆”在连续的剖面中，相的纵向相序与横向相带是一致的第一章绪论