当代沉积学研究的重大进展

当代沉积学研究的重大进展

沉积学发展趋势经过几十年的发展，现代沉积学在多个方面取得了巨大的进步。这些重大进展主要表现在大地构造沉积学、层序地层学、事件沉积学、储层沉积学、资源沉积学、全球变化沉积学与环境沉积学等方面,在此基础上,展望了未来沉积学的发展趋势。在看到沉积学取得进展的同时,也应该看到国内沉积学发展过程中存在的不足。1现代沉积研究取得了很大进步1.1大陆动力学研究沉积盆地的形成是内外动力地质作用的综合结果,在这些地质营力中,最基本的是重力、热力与应力。由于盆地形成不但受控于周围构造环境与岩石圈深部构造背景,而且也受控于周围边界条件与岩石圈性质等的变化,因此成盆作用体现了盆地环境的时空演化。沉积盆地动力学分析已取得许多新的进展,主要表现在深部作用、热动力、动力学模拟、盆山耦合、层序充填动力学、流体成矿动力学、成藏动力学及成煤动力学等方面。探讨大陆动力学过程和岩石圈演化的时空细节,特别是对Rodinia超大陆的研究成为大陆动力学方面的前沿。国际地学界有关沉积盆地研究动向,已由传统的构造沉积分析,逐步转向地球动力学及热力学研究。大地构造沉积学是大地构造学与沉积学相结合的产物。作为沉积盆地分析的一个重要方面,它以大陆动力学和沉积学的基本理论为基础,从宏观和整体的角度,对沉积盆地的大地构造背景、形成条件、成因及其机制和演化历史,以及沉积作用过程进行研究,从而恢复其古动力学条件和古构造环境。它以各种大地构造背景的沉积岩为主要研究对象,研究内容主要包括:盆地所处的大地构造背景及其对盆地形成、演化的控制作用,不同大地构造背景下沉积盆地古地理、沉积环境和相、沉积过程、地层格架、层序及海平面变化;编制体现大陆变形和地体运动的不同级别的活动论岩相古地理图;重建基于板块理论的沉积岩石学方法和标准等。1.2盆地充填动力学层序地层学是从20世纪80年代以来在地震地层学基础上发展起来的一门新兴边缘学科。层序地层学及精确定年技术(高分辨古生物学和同位素定年技术)不仅提出了建立等时地层格架、确定盆地中沉积体系三维配置的理论与方法,而且大大推动了沉积充填动力学的研究。层序地层学、事件地层学和构造-地层学等相关分支学科的密切结合,将使得盆地充填的动力学过程研究产生飞跃,并将有效地用于能源和矿产资源勘探。层序地层学的重要突破在于建立了盆地、区域乃至全球的等时地层格架,并将沉积相和沉积体系的研究放在统一的等时地层格架中进行,因而能有效地揭示沉积体系的三维配置关系。层序地层学自20世纪80年代兴起以来得到了迅猛发展,通过在全球范围内的层序地层对比,层序沉积模式、矿产资源评价以及油气勘探等方面取得显著进展,同时,其自身理论学科也得到了进一步完善和发展,形成了生物层序地层学、高分辨率层序地层学、高频层序地层学、层序充填动力学及应用层序地层学等一些新的发展方向。1.3混合式健康事件事件沉积学是从“灾变论”复活、发展而形成的边缘学科。风暴、不整合、季纹泥沉积、洪泛面以及大洋缺氧等事件,是一系列区域性甚至洲际性事件。而磁极倒转、气候突变、构造巨变、星球撞击(陨击)凝灰/火山灰沉降、海平面上升、冰川作用、生物绝灭等事件具全球性。事件沉积学的产生和发展不但对地球演化、生命的起源研究带来巨大冲击和突破,而且对预测全球的环境变迁和气候变化等具有重要借鉴意义。1.4储层演化与储层精细地层研究的重要意义储层沉积学是沉积学与储层物理学、储层地球化学等相互交叉的综合产物。它以沉积学理论为基础,对储层古地理、沉积相、成岩作用、孔隙演化及其与储层发育、演化及其分布之间的关系进行研究,进而为有利储层的勘探和预测提供科学依据的边缘分支学科。在当前能源日趋紧张的情况下,储层沉积学引起业内人士的广泛关注并迅速发展。储层沉积学研究带动一系列前沿学科的发展,如成岩储层沉积学、岩溶储层沉积学、有机成因储层沉积学、储层包裹体沉积学、储层模拟和储层描述等。储层非均质性是长期困扰流体矿产勘探开发的难题之一,也是当代储层沉积学研究的重点和热点。1.5自然及工程学科面对生态、环境、灾害、全球变化等重大问题,结合环境科学、沉积学的理论和技术,环境沉积学应运而生。全球变化沉积学与环境沉积学已经成为地球科学研究的前沿,它以现代沉积学理论为基础,结合气候学、第四纪地质学、环境沉积学、灾害沉积学、资源沉积学、生态学、生物学、水文地质学以及物理化学等自然及工程学科,运用各种沉积记录、孢粉、硅藻、浮游生物、珊瑚、树轮、古土壤、粘土矿物、自生矿物、古地磁、地球化学、人类活动等信息,采用多指标定量恢复物源、古植被、古生态、水面波动变化、古盐度、古温度及环境演变等。全球变化沉积学与环境沉积学研究主要集中在现代湖泊沉积与气候变化、黄土-土壤沉积与气候变化、生物礁与古气候变化、沙漠沉积与古气候变化等几个方面。环境沉积学是环境科学与沉积学相互渗透而发展起来的一门新兴学科,以沉积学原理为基础,结合沉积学和环境科学的研究技术,研究各种沉积循环、环境变化过程中的环境问题和环境科学中的沉积问题,以预防和减轻自然灾害、协助解决和控制环境污染,科学有效地实现生态环境保护和缓解,控制全球环境恶化,实现人与自然协调和可持续发展。目前主要有原生环境沉积学、污染物环境沉积学、生态环境沉积学和全球变化环境沉积学等4个研究方向。其内容包括水资源问题、地质灾害研究、城市工程研究和矿业开发环境问题等。1.6成岩环境沉积学研究面对全球资源的恶性损耗和社会对自然资源需求的与日俱增,资源和发展问题成为全球研究热点。按研究内容、范围及重点,资源沉积学进一步分为传统资源沉积学和现代资源沉积学。传统资源沉积学是指对各种地质矿产、能源矿产及地下水资源等的矿源层(或烃源岩)、含矿岩系和含水层等进行沉积学研究,并了解成矿地质背景、成矿条件、成矿过程及其与古地理、沉积相和成岩作用之间的关系,进而对矿产的时空分布规律进行预测的一个沉积学分支。现代资源沉积学的研究重点主要包括资源与环境生态之间的关系,研究内容涉及资源、环境、生态、社会以及它们之间的相互关系。可见,现代资源沉积学比传统资源沉积学更为社会化、环境化和实用化,并更具使命性和现实性。资源沉积学作为资源科学与沉积学的交叉渗透学科,已发展到现代资源沉积学,其重点是研究资源与环境、生态、社会及其相互间的关系,目的是为资源经济、资源管理及区域资源勘探开发提供背景资料和科学依据。2从学科交叉渗透的角度,看当前沉积学研究的4个发展方向为大地构造沉积地质学、资源/能源沉积地质学、环境沉积地质学和区域地质调查沉积地质学。当代沉积学研究应向多学科交叉渗透、多种高新技术的引用和多领域应用的方向发展。今后的沉积学仍将沿此方向发展,重点应考虑大陆动力沉积学,特别是造山带的大地构造背景下古地理、沉积相、沉积过程、地层格架、层序与充填系列、流体作用与盆山系统形成演化的耦合关系。沉积学未来的发展总体表现出由宏观向微观、由定性向定量、由理论向应用、由静态向动态、由单学科向多学科、由手工向智能、由地区向全球发展的总体趋势。由于学科交叉渗透形成了新的学科分支及研究热点,能在更深层次上进行起点高、难度大、科学意义明显的研究;已成为与当代人类活动的3大基本问题——人口、资源、环境密切相关的研究问题。未来沉积学的发展,必须以与人类的生存、发展所依托的环境、气候、资源服务为发展方向,才会有更加旺盛的生命力和美好的未来,才会对21世纪人类生活质量的提高做出贡献。中国沉积学经历了20世纪50年代的奠基阶段,50年代末和60年代初的总结提高阶段,70年代科学的沉积学发展阶段和80年代之后的国际化阶段。中国的沉积学已经取得了举世瞩目的伟大成就,但沉积学界所面临的任务和没有解决的问题依然很多。在当今这个信息爆炸的时代,如何才能获取、筛选并有效利用信息,不断完善和更新沉积学理论及科学工作方法,如何将高新技术应用于当代沉积学,并有效促进该学科发展?如何实现多学科的交叉、渗透,开拓新的研究领域、产生新的学科分支?科教兴国与可持续发展已被确定为我国发展的两大战略,沉积学如何才能在执行这两大战略过程中发展、完善?中国的沉积学如何才能做到真正意义上创新,重点是理论体系、技术和方法的创新,而非名词的创新?21世纪的竞争是对人才的竞争,如何培养出具自主创新能力的专业技术人才,中国沉积学家应该如何努力,才能使中国当代沉积学在国际上占据领先地位?上述问题仅为作者在此抛砖引玉,目的在于启发国内沉积学家们的广泛关注和思索。而欲使中国沉积学发展宏图得以实现,还应注意以下几个方面的内容。3在研究积累科学时应考虑以下几点3.1地质和地质的研究当今时代是信息的时代,每时每刻都有大量的科学信息出现,科学正以几何速度增长。由于空间探测、天体地质、大地测量及深部地质等研究不断进步,分析测试手段不断提高,获得大量前所未有的信息,这就需要根据新的信息不断修正已有的概念和认识,才能使得已建立的理论不断完善。只有紧紧把握国内外沉积学的研究现状,了解当前沉积学研究存在的主要问题、前缘问题,才能站在更高的科学高度,看待当代沉积学的问题、进展,才能把握沉积学的发展趋势、展望未来。3.2露头、钻井岩心、露头和地层地质研究方法和手段提高的同时,基础的理论方法、基础工作不容忽视。沉积相分析不能简单地套用现有的沉积模式,需要结合盆地构造、沉积背景、相标志等信息进行综合分析。虽然地震沉积学、测井沉积学都取得了一定的进展,但野外露头、钻井岩心仍是最直接的研究对象,岩石类型、岩相组合、沉积构造、古生物化石、地球化学、剖面结构和砂体形态等仍是最可靠的相标志。在储层沉积学研究中,显微镜下的岩相学研究仍是基础、直观的方法。露头观测、实验模拟和高新技术的应用都是沉积学研究的重要方法,应注意联合使用。如此方使沉积学研究更客观、可信,方能指导生产实践。例如,在川东北大气田的发现过程中,正是成都地质矿产研究所的地质学家通过扎实的野外调研,否定了原来所谓“海槽”的错误认识,提出“礁滩相”这一新观点,才使该大气田的勘探取得突破性进展。3.3地震资料识别层序界面沉积学研究不能只看现象,或简单运用现有模式来解释,而应该深入研究其成因、注重其动力学分析。对沉积构造的成因解释和沉积相的分析,应从水动力学角度入手;对层序界面的识别和层序的划分也应从岩性标志入手,不能仅根据地震剖面、测井曲线或岩性组合来进行。层序地层学研究应以岩相研究和层序界面的识别为基础,对相变规律和层序界面进行动力学分析,着重分析其形成的环境和动力学背景。孙枢院士也曾重点强调:中国对过程和理论的研究偏弱,尤其应当加强物理/水力学过程的研究,这对建立相模式是极重要的。3.4与其他学科相结合研究注意学科的渗透与交叉研究,沉积学的发展是沉积学与泥沙运动力学、流体力学、物理化学、构造地质学等学科渗透交叉的结果。要十分注意各学科的动态和新成就,从中汲取有益的东西,不断充实和完善沉积学的理论和方法,注意培养与其他学科的结合点,开拓新的研究领域及生长点,建立新的学科分支。沉积学研究应与构造地质学、地球化学、地球物理学、古生物学与地层学、层序地层学等学科相结合。沉积学研究还应同水力学、地理学、数学等学科之间进行多学科、跨学科的交叉。进行盆地演化分析,包括对盆地构造演化史、古气候变化、沉积演化史、埋藏史、热史等方面的综合研究。例如,对于陆相沉积盆地而言,构造对沉积的影响最为显著,构造中心与沉积中心往往是不一致的,因此构造对岩相的展布起重要的作用,沉积学分析必须建立在构造研究的基础上。3.5陆相盆地层序地层理论模式的提出沉积学研究要实事求是,注意基础资料的真实性和适用性。沉积相研究应在上述基础研究之上,确定相类型、寻找相变规律并深入剖析其成因和动力学背景,然后结合研究区域的实际情况,提出适合本区的沉积相模式。对于陆相沉积盆地的层序地层学研究,也应结合其地质背景,提出真正适合陆相沉积盆地