沉积学在地质研究中的应用论文

由雪莲

( 中国科学院地质与地球物理研究所)

潘云唐

( 中国科学院研究生院)

一、世界沉积学回顾篇

沉积地质学最初只有地层学，从 1800 年左右开始起步，因用标准化石来作为划分标准的生物地层学在地层的划分中应用得非常成功，所以直到 20 世纪很长一段时间，地层古生物学都统治着沉积地质学的研究［1］。

但是，实际上沉积地质学在 19 世纪晚期其主要的进展就已出现。在 1893 ～1894 年，J. Walther 出版详细阐述岩相相关律以及比较岩石学的方法的 《现代成岩作用》 三卷巨著。英国的 H. C. Sarby 和 G. Darwin 以及美国的 G. K. Gilbert 等人在更早的时候，对流水和波浪对沉积物搬运进行了定量实验，甚至使用了不同密度和黏性的流体。

Middleton 认为，沉积地质学家们长期成功而有效地使用标准化石划分地层，所以忽视了对沉积地质学其他分支的研究。R. H. Dott. Jr 认为除了上述观点，还因为定性的和描述性的研究观点几乎主宰着沉积学界，即许多问题可以通过定性的生物地层学及地质图来解决，那人们就很少研究定量的东西。

其实在 18 世纪末到 19 世纪初，Von't Hoff 就对化学沉积作用做了比较先进的实验。但是直到几十年后，沉积学家们才开始重视物理、化学原理在沉积学中的应用。

沉积地质学的起源是来自于多方面的，像地层学源于对化石形态的研究; 沉积物成分和结构的研究源于岩石学; 沉积环境的研究源于地貌学和海洋学; 沉积过程的分析源于物理学 ( 即流体运动学) 和化学。

1900 年左右，沉积岩石学开始形成，随后就出现了粒度分析法，但是直到 20 世纪 20年代，沉积学才成为一门独立的学科。如 Middleton 在 1978 年所指出，正是由美国研究委员会资助 W. H. Twenhofel 主编的 《沉积作用论文集》，以及 1926 年成立的经济古生物学家与经济矿物学家协会，最清楚地标志着沉积地质学成为一个专门的学科。

1933 年，Wadell 提出了 “沉积学” ( Sedimentology) 这个概念， 《沉积岩石学杂志》创刊。但是沉积学研究专业化在欧洲却出现较晚，1946 年在欧洲成立了国际沉积学家协会 ( IAS) 。1962 年 《沉积学》创刊，同时，英国沉积学研究专业组成立。此后，沉积学的研究在世界各地迅速地发展壮大起来［1］。

二战后，沉积学的研究有一些重大进展: Shvetsov － Kirynin 提出的原生构造控制碎屑沉积物的理论，1949 年 Pettijohn 的 《沉积岩石学》出版; 1950 年 Shepard 和 Kuenen 编写的 《海洋地质学》两本经典教材出版; 1950 年 Kuenen － Migliorini 发表了浊流沉积的论文。1948 年 Sloss 提出了不整合界线层序的概念。70 年代层序地层学最终导致了地震地层学和 “Vail 曲线”的出现和水槽实验骤增。这些都标志着 Walther 预言的比较研究方法付诸实现。

20 世纪 60 年代即有地震地层学的产生和沉积过程研究的出现，颗粒的研究也重新活跃起来。古生态学的发展，特别是通过遗迹化石补充古环境的分析，使 60 年代沉积地质学的黄金时代随深海钻探计划和板块构造理论的出现而达到顶峰。

二、中国沉积学回顾篇

在中国，早期的研究主要是包括在岩石学的研究领域之中的沉积岩石学。三大类岩石中，与岩浆岩石学及变质岩石学相比，由于它本身的理论和方法不完善，不大受地质学家的重视。从事沉积岩石学工作的人也很少［2］。

20 世纪 50 年代以前，我国的沉积岩石学研究很薄弱，只有像关于砂金、膏盐、煤及耐火材料等的调查和描述，以及对于铁、铝、磷矿床的古地理分布规律等少数的沉积岩( 物) 和沉积矿床做过少量的研究工作。

那时基本上是对野外露头进行描述，规律性的探索主要依据地层学的原理，尤其是关于古地理的解释，基本上是地层古地理或古生物古地理学。

按照刘宝珺院士的划分，将中国的沉积学发展分为 4 个阶段［2］:

( 一) 20 世纪 50 年代的奠基阶段

50 年代，随着国民经济建设的需要，能源资源如石油、天然气、煤和固体矿产如铁、锰、铝、磷等矿产地质勘探事业的迅速发展，相关沉积学的研究也大量开展起来。

但并不是从 50 年代才开始起步，其实早在很早以前，谢家荣先生就发表了 《甘肃玉门石油报告》这一初步成果，是中国地质学家对该区最早的石油勘察活动，具有重大的历史意义。

在 50 年代初，地质部建立了 6 个直属队，其中 2 个是勘查煤和沉积铁矿的。另外在全国开展的普查工作中，也规范了有关沉积岩研究工作的要求。

古地理学的研究，除了以地层学为基础外，因为沉积岩石学和沉积学的进展，许多沉积岩石学的资料也作为编制古地理图的重要依据。像 1955 年就出版了刘鸿允先生编制的《中国古地理图》，是以沉积岩石学为重要依据的，并且又是主要以地层学为基础的第一部完整的古地理图集。

50 年代，我国全面学习苏联，沉积学和沉积岩石学领域中，学校的教材以及实际工作的参考书均取自苏联学者的著作［3 ～ 12］。但是像岩石组分等值线图［13］等也借鉴欧美的观点和方法。

( 二) 20 世纪 50 年代末和 60 年代初的总结提高阶段

自 50 年代末，为了能够从成因上更好地解释古环境，有关地质人员就开始了有关岩相及环境成因标志的沉积岩石学研究，对粒度、层理、矿物成分、古生物等的环境意义有了进一步的了解。

很多单位，特别是石油地质部门广泛开展了根据这些标志而进行的岩相古地理的研究工作。在此期间，岩相旋回分析方法在含煤岩系沉积条件分析和含煤地层对比方面已被广泛采用。淡水湖泊沉积和红层的岩相分析有一些较好的成果，海相沉积方面开始注意配合古生态进行研究［2］。固体矿产方面，叶连俊［14］关于中国磷块岩特点及形成条件的分析，都有很大的影响。

50 年代末至 60 年代中期，我国沉积岩石学发展较快，实际的工作，积累了大量的资料，有可能在一些方面进行规律性的总结并提高认识。

60 年代业治铮等人发表了 《震旦纪藻碳酸盐岩石的沉积作用》［15］。1962 年由戴东林主编的 《沉积岩石学》，由曾允孚、刘宝珺等成都地质学院主编的 《沉积相及古地理教程》［16］以及刘宝珺主编的 《沉积岩研究方法》公开出版。虽然就学科本身来说，逐渐有了比较成熟和行之有效的方法，而且沉积学方面的工作也得到很大重视，但在理论上，尚未建立起学科本身的有科学逻辑的和以一定实验数据和理论推理作为基础的完整的理论体系，仍然是以直觉的观察和感性的推理作为其认识论和地球观［2］。

( 三) 20 世纪 70 年代科学的沉积学发展阶段

60 年代，国外沉积学界有几项重大突破。沉积学家引入了泥沙运动力学的理论和方法，解释了沉积构造 ( 层理、波痕) 等的形成及水动力状态，并在红层冲积物的研究方面有了重要突破。加之在 50 年代初就出现了浊流理论，认识到了除牵引流以外的另一大类的沉积作用———非牛顿流体的沉积作用。60 年代对石油储层性质研究的需要，促进了沉积成岩作用的研究，引进了物理化学的原理和方法。50 年代末至 60 年代初有关石灰岩成因分类和碳酸盐岩机械沉积的观点得到公认。60 ～70 年代板块学说的崛起也对沉积学和岩相古地理学产生重大影响，沉积学家不得不认真考虑移动的大陆和板块对沉积作用的影响。所有这些科学成就意味着建立沉积学本身理论的条件已基本成熟，沉积动力学、成岩成矿的理论，碳酸盐岩沉积的理论以及重力流的理论都可成为沉积学的理论支柱［2］。

但是，由于受 “文化大革命”的冲击，我国刚开始与国际接轨的沉积学研究遭到中断，使我国沉积学的发展推迟了若干年。

从 1971 年起，沉积岩的研究逐渐恢复。油田的地质工作者与院校教师合作，对我国东部各含油盆地进行了系统深入的研究。这个时期我国学者做了大量有意义的工作，例如，1983 年叶德胜［17］等对我国西南晚古生代沉积 － 岩相古地理的工作; 冯增昭对于华北地区岩相古地理所做的工作［18］［19］，及其对碳酸盐岩沉积环境和岩相古地理的研究［20］;1984 年关士聪［21］等的 《中国海陆变迁海域沉积相与油气》; 吴崇筠对中国东部含油盆地的湖泊相和三角洲相的总结; 何镜宇、孟祥化等［22］关于渤海湾黄骅盆地沉积相及指相矿物的研究; 同济大学严钦尚、项立嵩等［23］［24］对长江口和现代海岸以及一些第三纪 ( 古、新近纪) 盆地做的大量工作; 曾允孚［25］关于我国西南古生代与中生代碳酸盐相、生物礁的研究; 刘宝珺关于云南红层冲积相及金属矿床的岩相控制的研究。叶连俊和孙枢［26］［27］涉及从震旦纪到现代的各种岩相以及一些重要沉积矿产的形成条件的问题的研究。60 年代沉积盐类矿床作为国家重点开展研究，云南地矿局找到我国第一个钾盐矿床，袁见齐最早提出成钾理论［28］［29］。

( 四) 20 世纪 80 年代之后的走向全球阶段

1979 年成立了中国矿物岩石地球化学学会沉积学 ( 分) 会，中国地质学会成立了沉积地质专业委员会，地质矿产部成立了全国性的岩相古地理研究与编图工作协作组。1982年我国首次组团参加了在加拿大召开的第 11 届国际沉积学大会，展示了我国的研究成果，会上叶连俊当选为国际沉积学家协会理事。此后，我国又有业治铮、孙枢、刘宝珺、李任伟先后在国际沉积学家协会、国际地科联沉积委员会、全球沉积地质委员会中任理事及委员等重要职务，说明我国的沉积学研究已与国际接轨，并参与了国际这一学术领域的重要发展与决策事项。《沉积学报》于 1982 年创刊，《岩相古地理》于 1981 年创刊，对于推动我国沉积学和岩相古地理学的发展起了积极的作用。80 年代以来，每 4 年一届的全国沉积学与岩相古地理学术会议团结了全国的沉积学工作者，每次会议均有三四百名代表与会，受到全国地质工作者的支持。我国还先后在北京和成都举办了国际沉积学会议的地区性国际会议，即国际沉积矿产学术会议及国际沉积学数据库讨论会，也有较好的影响［2］。

70 年代末以来，层序地层学、事件地质学等的出现，新灾变论的崛起，以及板块运动对沉积作用及古地理演化的深刻影响，给予沉积学和岩相古地理的研究以巨大推动作用。王鸿祯等 1985 年出版的 《中国古地理图集》［30］是我国新一代古地理研究的代表著作。1994 年刘宝珺、许效松［31］等编著的 《中国南方岩相古地理图集 ( 震旦纪—三叠纪) 》，1985 年出版的由刘宝珺、曾允孚主编的 《岩相古地理基础和工作方法》［32］，都是有影响的著作。

80 ～ 90 年代，我国的沉积学有了飞跃的发展，已建立了完善而系统的理论，而且无论在理论上和方法上都与国际接轨，众多的成果分布于沉积学的各个研究领域，研究成果多是当代学科的热点和前沿问题，而且成果与实际相结合，解决了资源的许多重大问题，研究成果体现出中国特色，高水平的专著、论文大量出现，研究队伍日益成熟。我国的沉积学以前所未有的高速度发展起来。

当今，地质科学的发展、石油天然气和矿产资源的勘查和开发，以及水资源的开发，均对沉积学提出了许多科学问题，像孙枢先生［33］提出在陆相沉积、碳酸盐沉积、近岸和浅海硅质碎屑沉积、深海沉积等方面还有很多有意义的工作要做; 在沉积盆地和层序地层学、古气候与沉积作用、前寒武纪沉积、人类生存环境的沉积学研究、区域沉积学和全球沉积学等都是有意义的方向，所有维持生命和人类活动的地球表层的环境问题研究也正在成为沉积学研究的重要组成部分。

这篇论文的完成首先要感谢我的导师———中国科学院地质与地球物理研究所的朱井泉研究员，要感谢在中国科学院研究生院为我们讲 “古生态学”和 “地质科学史”课程的潘云唐教授，以及我的同学们，是他们的鼓励、支持、指导和帮助，本文才得以完成。

参 考 文 献

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［4］ M C 什维佐夫著 . 北京地质学院岩石教研室译，张伯声审校，吴树仁复校 . 沉积岩石学 ( 下册) . 北京: 地质出版社，1955，1 ～250

［5］ A П 列兹尼柯夫著 . 王述训，张旭箴，刘燕君译 . 沉积岩石学讲稿 . 北京: 科学出版社，1959，1 ～257

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