应用沉积学-碎屑岩部分(于兴河教授)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
因而也有人提出了《事件沉积学》，并将重力流（尤其是浊流）、风暴 沉积、异地沉积和等深流作为重点进行研究。
Bill Yu
Bill Yu
三、理论升华阶段（80年代）
2、复理石建造
1978年，G．M．Friedman在《沉积学原理》一书中把复理石定义为 海相地层所特有的产物，过去曾认为它局限于深海海槽与陡坡，而浊流是其 形成的必要且充要条件；80年代则出现了截然不同的观点：即其它环境中（ 如大陆坡上的盆地、大陆边缘盆地等）也可有复理石沉积。
1973年由美国出版的Glossary of Geology中将沉积学定义 为“对沉积物的来源、沉积岩的描述和分类以及沉积物形成过 程进行研究的学科”。
现实主义——“Today is a key for ancient”
Bill Yu
沉积学的发展经历了近代与现代两大时期，其中近代 可划分为三个阶段:
Twenhorel主编了《沉积作用论文集》； 1929年，法国人Lucien Cayeux出版了《法国沉积岩》第一卷，即硅质岩
部分。Wentworth提出以2mm作为砂的粒级上限； 1931年，美国的SEPM学会创刊了《沉积岩石学杂志》。这些专著的问世
表明，沉积岩石学已从地层学中分离成为一门独立的学科。
Bill Yu
第一节 沉积学的形成与近代发展史
沉积学的概念最早是由H．A．Wadell于1932年提出的， 当时只是简单地定义为“研究沉积物的科学”。
1978年，G．M．Friedman和J．L．Sanders才对沉积学 的研究领域给予了比较完整的定义，即：“研究沉积物、沉积 过程、沉积岩和沉积环境的科学”。
7、层序地层学的兴起
1977年，Peter．R．Vail在AAPG上发表了地震地层学的论文；
1988年，J．C．Wagoner在SEPM上主编了层序地层学特刊；P．R． Vail及J．B．Sagree主编了“层序地层学工作手册”和“层序地层学基础” ；
这几部著作的问世则宣告一门新的学科——层序地层学诞生。 Bill Yu
一、萌芽阶段（1830～1894）
——经济需求是科学研究的源泉
侧重于古生物地层、煤和生物礁的研究
1830年，S．C．Lyell提出了“将今论古”的现实主义原理与方法; 1850年，H．C．Sorby首次使用偏光显微镜研究岩石; 1881年，美国的J．Murray和A．F．Renard合著《深海沉积物》一书
——成因探讨是科学理论形成的基础
开始用显微镜研究重矿物，并由此分析沉积物的物源方向及性质
1913年，Ｆ．Ｈ．Hatch和R．H．Rastall合著第一本《沉积岩石学》； 1914年，G．K．Gilbert首次用各种粒径的砂和不同的水流强度进行了水
槽实验，这为沉积学提供了流体力学实验的一个重要步骤； 1922年，H．B．Milner所著的《沉积岩石学引论》；1926年W．H．
物质组成模拟实验作用机制量化方法形成理Bi论ll Yu
三、专业研究阶段（1931～1950）
——技术与方法的创新是科学进步的关键
随着差热分析、X－衍射等新技术在沉积学领域的应用
1932年，前苏联的纳利金出版了《相论》；
1940年，M．T．Halbouty研究了墨西哥湾物源、海水进退、古岸线变化 、地层尖灭和油气远景；提出了沉积体展布与这些特征的关系。
其是碎屑岩，形成了一些权威性作品，为沉积学随后的发展奠定了坚实的基础B。ill Yu
二、总结提高阶段（70年代）
这个时期的总体特点是：
①广泛开展沉积相识别标志的研究，并建立了各种沉积环 境的相模式；
②沉积相的研究具有了明显的演化观，从演化的角度来分 析沉积相的变迁；
③开始了全球沉积盆地范围的相分析;
，对深海沉积物进行了分类与描述； 1894年，J．Walther撰写了《作为地质历史的地质学导论》，并提出
了“相序”的概念。 即Walther相律“相的垂向相序也是它的横向相带——在没有沉积间断的条
件下，只有在横向上相邻及相依的相，才能在垂向上互相叠覆”。 Bill Yu
二、初步形成阶段（1894～1931）
正是由于以上特色，这个时期，不少国际著名学者对自已 前期所著出的专著和教科书进行修订，出第二或三版；如：
H．G．Reading主编的“相和沉积环境”（1986年第二 版）；
R．G．Walker的“相模式”（1986年第二版）；
H．E．Reineek等编“陆源碎屑沉积环境”（80年第二版）；
R．C．Selley著“沉积学导论”（1982年第二版）和“古 代沉积环境”（1978年第二版，1985年第三版）；
应用沉积学
（碎屑岩部分）
于兴河 教授 博士生导师
中国地质大学（北京）能源系石油教研室
Tel: 82320109或82321857 (O) Email: billyu@cugb.edu.cn
Bill Yu
第一章 绪 论
第一节 沉积学的形成与近代发展史 第二节 现代沉积学的发展与特色 第三节 相关概念、内涵及其发展前景
G．D．Klein“砂岩沉积模式”（1978年第二版，1985年第 三版）；
F．J．Pettijohn的“砂和砂岩”（1987年第二版）；
H．Blatt“沉积岩成因”（1980年第二版）等。
再版所增加部分大多是加入了盆地分析与沉积体系研究的内Bi容ll Y，u
四、学科渗透阶段（90年代）
由于不同学科的相互渗透，沉积学的发展走上了一个更高的台阶。尤 其是90年代初期大量层序地层学专著的出现与经典专著的修订再版；最具代 表的著作有：
4、垂向相模式序列的建立
Visher: 建立了13种相模式，其中包括四个河流模式，四个海退模式，
两个海进模式，一个三角洲模式，一个深海模式和一个湖相模式
Bill Yu
二、总结提高阶段（70年代）
进入70年代以后，沉积学方面的总结性专著大量涌现：
1970年，J．P．Morgan主编了《现代和古代三角洲的沉积作用》；同年，R． C．Selley著出了《古代沉积环境》一书；J．R．Allen写出《沉积作用的物理过程》 ；R．M．Garrels与F．T．Mackenzie合出了《沉积岩的演化》等。
1、浊流与牵引流的认识:
碳酸盐岩生物化学成因论与浊流的“鲍马序列”
2、水槽实验对沉积构造解释的作用
了解了床沙形体变化的顺序：无运动平坦床沙→ 沙纹→沙浪→沙垅→过 渡区→平坦床沙→逆行沙丘→冲坑和冲槽
3、粒度分析应用于水动力条件的解释 Passega和Visher提出了 C—M图和牵引流解释的累积概率图
1993年，英国的H．G．Reading将《沉积环境与相》重新修订与再版的 《沉积环境：作用、相及地层》（第三版）。
可以说这几本巨著是90年代以后所出各类应用沉积学专著的基石，也是目
前沉积学研究与发展wenku.baidu.com理论基础。
Bill Yu
四、学科渗透阶段（90年代）
此阶段的特点如下：
1、概念的转变、新技术和新方法的应用、理论的逐步完 善、与其它学科的交叉渗透等等。
1991年由美国C．K．威尔格斯编写的《海平面变化——一种综合分析 方法》；
1992年加拿大的Roger G．Walker和Noel P．James再版的《相模式— —海平面变化的响应》；
1991由德国Gerhard Einsele编写的《沉积盆地——演化、相与沉积物供 给》，
1992年，美国的R．A．Davis再版的《沉积体系》（第二版）；
1976年加拿大的R．G．Walker编写了《相模式》一书；1976年，R．C． Selley又著出了《沉积学导论》。它们均为这上时期的代表性著作。最值得一提的是 70年代后期，
1978年，英国的H．G．Reading主编的《沉积环境和相》与同年美国的G．M． Friedman和J．L．Sanders出版的《沉积学原理》2本巨著，反映了当时沉积学研究 的最高水平。以上著作的特点是对沉积学的理论进行了较为全面的上升与总结，尤
化的角度对沉积的控制来探讨沉积体系在盆地中的展布规律，进而对沉积矿产
的分布进行预测。
Bill Yu
三、理论升华阶段（80年代）
6、粗粒与细粒三角洲的成因分类
在1988年由W．Nemec和R．J．Steel主编的《扇三角洲》一书中，G． J．Orton和John．G．Mcpherson（1988）将粗碎屑三角洲进一步划分为扇 三角洲和辫状河三角洲两种类型，并用结构—成因分类方法对三角洲沉积体 系进行科学的划分。
④重力流的认识进入了颗粒支撑机理的解释与分类；
⑤将沉积学的理论应于各类沉积矿产的勘探与开发。
油气、煤、铜、金刚石、水晶、铂、铝铀矿、黄金、稀土矿、
膏盐、钾盐、气水合物等。
Bill Yu
三、理论升华阶段（80年代）
1、风暴沉积
1975年，J．C．Harms发现了丘状交错层理——风暴事件的标志性层 理类型，尽管丘状交错层理广泛形成于近滨——陆架之间（Duke，1985） ，但在河口湾、潮坪以及三角洲边缘环境（Burgeols，1980）乃至深水浊积 岩中也发现了丘状交错层理；因此，必须将丘状交错层理和其它代表风暴事 件的各种标志进行综合来判别。同时，R．H．Dott（1983，1988）在提出 幕式沉积（Episodic Sedimentation）的概念时指出，在某一环境中可以有一 种平均状况或均衡状态，同时存在离开平均状况的偏异。以近岸风浪带沉积 为例，正偏离可以产生风暴沉积，负偏离则产生无沉积或硬底。
；直到21世纪的今天仍具有着明显的指导作用与借鉴价值。
5、大地构造沉积学的兴起
随着板块构造对沉积盆地分类的系统化（W．R．Dickinson，1985；G．
Klein，1987），各国学者以大陆动力学、板块构造及沉积学的基本理论为基础
，探讨各种大地构造背景中沉积盆地的形成、发展与演化，着重从构造及其演
1972年，H．Blatt和G．Middleten等合著的《沉积岩成因》一书，综述了形成 沉积的各种机制，引用了流体力学方面的研究成果。同年，F．J．Pettijohn，P．E ．Potter及R．Siever合著的《砂和砂岩》一书正式出版，
1973年，德国的H．E．Reineck与印度的I．B．Singh从沉积构造研究出发探讨 了《陆源碎屑沉积环境》；
的重要课题。盆地沉积模式的建立就是对不同类型盆地的沉积体系分析、沉
积充填型式以及盆地演化过程的综合研究。
Bill Yu
Bill Yu
三、理论升华阶段（80年代）
4、层次分析与构形概念的形成
1985年A．D．Miall在第二届国际河流会议上提出了“Architectural Elements”与河流层次划分的“Bounding surface hierarchy”的概念，并将河流 沉积物划分了8种基本构形要素，提出了12种河流沉积模式，使沉积体系的研 究进入了一个崭新的历史阶段。一是突出了层次概念；二是体现了沉积物的三 维形体与内部岩相；三是河流的研究走出了简单的形态分类。这三大特征或理 念不仅对应用沉积学的形成与发展，而且对沉积学的完善均具有划时代的意义
3、盆地分析与沉积体系研究
1984年，A．D．Miall指出盆地分析是地层学、构造地质学和沉积学等 研究内容的综合，主要回答盆地的古地理演化问题，并出版了《沉积盆地分 析原理》一书。
1983年，W．E．Galloway出版了《陆源碎屑沉积体系》，同年R．A． Davis著出了《沉积体系》。
研究不同类型盆地沉积作用及演化规律，是解决构造与沉积作用间关系
因而，近代沉积学的发展可以说是以沉积岩石学单学科的研究为主题，探
讨各种常规沉积岩的形成机理。
Bill Yu
第二节 现代沉积学的发展与特色
——学科交叉是科学发展的动力
从20世纪中叶到现在（21世纪初叶），即经历四个明显的发展阶段：这一时期 的沉积学的发展具有了划时代的意义
一、基本成熟阶段（20世纪50～60年代）
1945年，W．C．Krumbein对沉积环境所作的定量研究，使用了碎屑的 圆度和形状，并率先将统计学应用到了沉积学中；
1949年，F．J．Pettijohn编写了《沉积岩》一书，该书的出版标志沉积 岩石学已进入成熟的成长期。
1950年，P ．D ．Trask出版了《应用沉积作用》一书，使该学科从理论 开始走向应用领域。
Bill Yu
Bill Yu
三、理论升华阶段（80年代）
2、复理石建造
1978年，G．M．Friedman在《沉积学原理》一书中把复理石定义为 海相地层所特有的产物，过去曾认为它局限于深海海槽与陡坡，而浊流是其 形成的必要且充要条件；80年代则出现了截然不同的观点：即其它环境中（ 如大陆坡上的盆地、大陆边缘盆地等）也可有复理石沉积。
1973年由美国出版的Glossary of Geology中将沉积学定义 为“对沉积物的来源、沉积岩的描述和分类以及沉积物形成过 程进行研究的学科”。
现实主义——“Today is a key for ancient”
Bill Yu
沉积学的发展经历了近代与现代两大时期，其中近代 可划分为三个阶段:
Twenhorel主编了《沉积作用论文集》； 1929年，法国人Lucien Cayeux出版了《法国沉积岩》第一卷，即硅质岩
部分。Wentworth提出以2mm作为砂的粒级上限； 1931年，美国的SEPM学会创刊了《沉积岩石学杂志》。这些专著的问世
表明，沉积岩石学已从地层学中分离成为一门独立的学科。
Bill Yu
第一节 沉积学的形成与近代发展史
沉积学的概念最早是由H．A．Wadell于1932年提出的， 当时只是简单地定义为“研究沉积物的科学”。
1978年，G．M．Friedman和J．L．Sanders才对沉积学 的研究领域给予了比较完整的定义，即：“研究沉积物、沉积 过程、沉积岩和沉积环境的科学”。
7、层序地层学的兴起
1977年，Peter．R．Vail在AAPG上发表了地震地层学的论文；
1988年，J．C．Wagoner在SEPM上主编了层序地层学特刊；P．R． Vail及J．B．Sagree主编了“层序地层学工作手册”和“层序地层学基础” ；
这几部著作的问世则宣告一门新的学科——层序地层学诞生。 Bill Yu
一、萌芽阶段（1830～1894）
——经济需求是科学研究的源泉
侧重于古生物地层、煤和生物礁的研究
1830年，S．C．Lyell提出了“将今论古”的现实主义原理与方法; 1850年，H．C．Sorby首次使用偏光显微镜研究岩石; 1881年，美国的J．Murray和A．F．Renard合著《深海沉积物》一书
——成因探讨是科学理论形成的基础
开始用显微镜研究重矿物，并由此分析沉积物的物源方向及性质
1913年，Ｆ．Ｈ．Hatch和R．H．Rastall合著第一本《沉积岩石学》； 1914年，G．K．Gilbert首次用各种粒径的砂和不同的水流强度进行了水
槽实验，这为沉积学提供了流体力学实验的一个重要步骤； 1922年，H．B．Milner所著的《沉积岩石学引论》；1926年W．H．
物质组成模拟实验作用机制量化方法形成理Bi论ll Yu
三、专业研究阶段（1931～1950）
——技术与方法的创新是科学进步的关键
随着差热分析、X－衍射等新技术在沉积学领域的应用
1932年，前苏联的纳利金出版了《相论》；
1940年，M．T．Halbouty研究了墨西哥湾物源、海水进退、古岸线变化 、地层尖灭和油气远景；提出了沉积体展布与这些特征的关系。
其是碎屑岩，形成了一些权威性作品，为沉积学随后的发展奠定了坚实的基础B。ill Yu
二、总结提高阶段（70年代）
这个时期的总体特点是：
①广泛开展沉积相识别标志的研究，并建立了各种沉积环 境的相模式；
②沉积相的研究具有了明显的演化观，从演化的角度来分 析沉积相的变迁；
③开始了全球沉积盆地范围的相分析;
，对深海沉积物进行了分类与描述； 1894年，J．Walther撰写了《作为地质历史的地质学导论》，并提出
了“相序”的概念。 即Walther相律“相的垂向相序也是它的横向相带——在没有沉积间断的条
件下，只有在横向上相邻及相依的相，才能在垂向上互相叠覆”。 Bill Yu
二、初步形成阶段（1894～1931）
正是由于以上特色，这个时期，不少国际著名学者对自已 前期所著出的专著和教科书进行修订，出第二或三版；如：
H．G．Reading主编的“相和沉积环境”（1986年第二 版）；
R．G．Walker的“相模式”（1986年第二版）；
H．E．Reineek等编“陆源碎屑沉积环境”（80年第二版）；
R．C．Selley著“沉积学导论”（1982年第二版）和“古 代沉积环境”（1978年第二版，1985年第三版）；
应用沉积学
（碎屑岩部分）
于兴河 教授 博士生导师
中国地质大学（北京）能源系石油教研室
Tel: 82320109或82321857 (O) Email: billyu@cugb.edu.cn
Bill Yu
第一章 绪 论
第一节 沉积学的形成与近代发展史 第二节 现代沉积学的发展与特色 第三节 相关概念、内涵及其发展前景
G．D．Klein“砂岩沉积模式”（1978年第二版，1985年第 三版）；
F．J．Pettijohn的“砂和砂岩”（1987年第二版）；
H．Blatt“沉积岩成因”（1980年第二版）等。
再版所增加部分大多是加入了盆地分析与沉积体系研究的内Bi容ll Y，u
四、学科渗透阶段（90年代）
由于不同学科的相互渗透，沉积学的发展走上了一个更高的台阶。尤 其是90年代初期大量层序地层学专著的出现与经典专著的修订再版；最具代 表的著作有：
4、垂向相模式序列的建立
Visher: 建立了13种相模式，其中包括四个河流模式，四个海退模式，
两个海进模式，一个三角洲模式，一个深海模式和一个湖相模式
Bill Yu
二、总结提高阶段（70年代）
进入70年代以后，沉积学方面的总结性专著大量涌现：
1970年，J．P．Morgan主编了《现代和古代三角洲的沉积作用》；同年，R． C．Selley著出了《古代沉积环境》一书；J．R．Allen写出《沉积作用的物理过程》 ；R．M．Garrels与F．T．Mackenzie合出了《沉积岩的演化》等。
1、浊流与牵引流的认识:
碳酸盐岩生物化学成因论与浊流的“鲍马序列”
2、水槽实验对沉积构造解释的作用
了解了床沙形体变化的顺序：无运动平坦床沙→ 沙纹→沙浪→沙垅→过 渡区→平坦床沙→逆行沙丘→冲坑和冲槽
3、粒度分析应用于水动力条件的解释 Passega和Visher提出了 C—M图和牵引流解释的累积概率图
1993年，英国的H．G．Reading将《沉积环境与相》重新修订与再版的 《沉积环境：作用、相及地层》（第三版）。
可以说这几本巨著是90年代以后所出各类应用沉积学专著的基石，也是目
前沉积学研究与发展wenku.baidu.com理论基础。
Bill Yu
四、学科渗透阶段（90年代）
此阶段的特点如下：
1、概念的转变、新技术和新方法的应用、理论的逐步完 善、与其它学科的交叉渗透等等。
1991年由美国C．K．威尔格斯编写的《海平面变化——一种综合分析 方法》；
1992年加拿大的Roger G．Walker和Noel P．James再版的《相模式— —海平面变化的响应》；
1991由德国Gerhard Einsele编写的《沉积盆地——演化、相与沉积物供 给》，
1992年，美国的R．A．Davis再版的《沉积体系》（第二版）；
1976年加拿大的R．G．Walker编写了《相模式》一书；1976年，R．C． Selley又著出了《沉积学导论》。它们均为这上时期的代表性著作。最值得一提的是 70年代后期，
1978年，英国的H．G．Reading主编的《沉积环境和相》与同年美国的G．M． Friedman和J．L．Sanders出版的《沉积学原理》2本巨著，反映了当时沉积学研究 的最高水平。以上著作的特点是对沉积学的理论进行了较为全面的上升与总结，尤
化的角度对沉积的控制来探讨沉积体系在盆地中的展布规律，进而对沉积矿产
的分布进行预测。
Bill Yu
三、理论升华阶段（80年代）
6、粗粒与细粒三角洲的成因分类
在1988年由W．Nemec和R．J．Steel主编的《扇三角洲》一书中，G． J．Orton和John．G．Mcpherson（1988）将粗碎屑三角洲进一步划分为扇 三角洲和辫状河三角洲两种类型，并用结构—成因分类方法对三角洲沉积体 系进行科学的划分。
④重力流的认识进入了颗粒支撑机理的解释与分类；
⑤将沉积学的理论应于各类沉积矿产的勘探与开发。
油气、煤、铜、金刚石、水晶、铂、铝铀矿、黄金、稀土矿、
膏盐、钾盐、气水合物等。
Bill Yu
三、理论升华阶段（80年代）
1、风暴沉积
1975年，J．C．Harms发现了丘状交错层理——风暴事件的标志性层 理类型，尽管丘状交错层理广泛形成于近滨——陆架之间（Duke，1985） ，但在河口湾、潮坪以及三角洲边缘环境（Burgeols，1980）乃至深水浊积 岩中也发现了丘状交错层理；因此，必须将丘状交错层理和其它代表风暴事 件的各种标志进行综合来判别。同时，R．H．Dott（1983，1988）在提出 幕式沉积（Episodic Sedimentation）的概念时指出，在某一环境中可以有一 种平均状况或均衡状态，同时存在离开平均状况的偏异。以近岸风浪带沉积 为例，正偏离可以产生风暴沉积，负偏离则产生无沉积或硬底。
；直到21世纪的今天仍具有着明显的指导作用与借鉴价值。
5、大地构造沉积学的兴起
随着板块构造对沉积盆地分类的系统化（W．R．Dickinson，1985；G．
Klein，1987），各国学者以大陆动力学、板块构造及沉积学的基本理论为基础
，探讨各种大地构造背景中沉积盆地的形成、发展与演化，着重从构造及其演
1972年，H．Blatt和G．Middleten等合著的《沉积岩成因》一书，综述了形成 沉积的各种机制，引用了流体力学方面的研究成果。同年，F．J．Pettijohn，P．E ．Potter及R．Siever合著的《砂和砂岩》一书正式出版，
1973年，德国的H．E．Reineck与印度的I．B．Singh从沉积构造研究出发探讨 了《陆源碎屑沉积环境》；
的重要课题。盆地沉积模式的建立就是对不同类型盆地的沉积体系分析、沉
积充填型式以及盆地演化过程的综合研究。
Bill Yu
Bill Yu
三、理论升华阶段（80年代）
4、层次分析与构形概念的形成
1985年A．D．Miall在第二届国际河流会议上提出了“Architectural Elements”与河流层次划分的“Bounding surface hierarchy”的概念，并将河流 沉积物划分了8种基本构形要素，提出了12种河流沉积模式，使沉积体系的研 究进入了一个崭新的历史阶段。一是突出了层次概念；二是体现了沉积物的三 维形体与内部岩相；三是河流的研究走出了简单的形态分类。这三大特征或理 念不仅对应用沉积学的形成与发展，而且对沉积学的完善均具有划时代的意义
3、盆地分析与沉积体系研究
1984年，A．D．Miall指出盆地分析是地层学、构造地质学和沉积学等 研究内容的综合，主要回答盆地的古地理演化问题，并出版了《沉积盆地分 析原理》一书。
1983年，W．E．Galloway出版了《陆源碎屑沉积体系》，同年R．A． Davis著出了《沉积体系》。
研究不同类型盆地沉积作用及演化规律，是解决构造与沉积作用间关系
因而，近代沉积学的发展可以说是以沉积岩石学单学科的研究为主题，探
讨各种常规沉积岩的形成机理。
Bill Yu
第二节 现代沉积学的发展与特色
——学科交叉是科学发展的动力
从20世纪中叶到现在（21世纪初叶），即经历四个明显的发展阶段：这一时期 的沉积学的发展具有了划时代的意义
一、基本成熟阶段（20世纪50～60年代）
1945年，W．C．Krumbein对沉积环境所作的定量研究，使用了碎屑的 圆度和形状，并率先将统计学应用到了沉积学中；
1949年，F．J．Pettijohn编写了《沉积岩》一书，该书的出版标志沉积 岩石学已进入成熟的成长期。
1950年，P ．D ．Trask出版了《应用沉积作用》一书，使该学科从理论 开始走向应用领域。