现代地质学导论03课件.ppt

1、现代地质学导论现代地质学导论韦重韬韦重韬 教授教授 博士生导师博士生导师中国矿业大学资源学院中国矿业大学资源学院现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展 矿床地球化学有关成矿理论研究的新突破 金属矿床地化：金、Fe-REE流体地球化学 流体与地幔演化、变形变质流体与造山带、水-岩相互作用同位素地球化学理论与实验研究的进展 火成岩同位素与岩浆起源若干具潜在应用前景的同位素示踪新体系 硼同位素地球化学（板块俯冲示踪）同位素地层学 同位素定年研究的新突破同位素分析技术的进展 微区分析技术现代 地球化 学主要 研究领 域现代地质学导论现代地球化学矿物

2、岩石新进展碳循环与全球变化 温室气体CH4的全球循环问题臭氧层破坏机理及其研究手段 火山爆发产生气溶胶可能造成O3层亏损、用同位素示踪温室气 体CO2与N2O的可能来源全球正在变暖还是变冷?变冷原因：平流层臭氧空洞扩大使紫外辐射增大，导致温室气体大量消耗 大气中飘尘及气溶胶明显增加导致对太阳辐射的反射增强全球气候变暖的利与弊 由于大气中CH4等温室气体的明显增加使土壤中CH4的消耗减少，抑制了土壤中NH3等养份的消耗地球化学研究手段的改进与全球变化研究 表面吸附与重金属一放射性污染的天然自净化作用现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代 地球化 学主要 研究领 域现代地质学导论

3、现代地球化学矿物岩石新进展沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望沉积学对沉积物的来源、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2.1 萌芽阶段(18301894年)Lyell 1837 地质学原理：“将今论古”的现实主义原理与方法Sorby 1857：首次使用偏光显微镜研究沉积岩石Murray 1884：开始对深海沉积物进行了分类与描述Walther 1894：“相序”概念提的（Walther相律）现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展Walther 1894：只有那些目前可以观察到是彼此毗邻的相和相区，才能原生的重叠在一起现代地质学导论现代地球化学矿物岩

4、石新进展2.2 初步形成阶段(18941931年)沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展Thomas（1902）利用重矿物分析结果判断沉积物源方向、性质Geikie（1905）明确指出“现代是认识过去的钥匙”VantHoff（1905）研究了海水的蒸发作用,提出了化学沉淀的观点Gilbert（1912）为了解决用水力筛金的问题，首次用各种粒径的砂和不同的水流强度进行水槽实验,为后期水动力条件研究提供了流体力学实验基础Wentworth（1922）提出以2的次幂作为划分碎屑沉积颗粒的粒级界限

5、，并以2作为砂的粒级上限，从而使砂岩和砾岩的分类走向了科学的量化领域美国SEPM学会（1931）创刊沉积岩石学杂志，这标志沉积学已成为一门独立的学科2.2 初步形成阶段(18941931年)沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展2.3 专业研究阶段(19311950年)Pettijohn（1949）沉积岩出版,标志沉积岩石学已进入成熟的成长期。随着差热分析、-衍射等新技术在沉积学领域的应用，沉积岩中粘土矿物的研究开始从单纯的定性描述走向半定量化Halbouty(1940)等研究了墨西哥湾沿

6、岸的第三系沉积,从物源、沉积等厚图、沉积环境的角度探讨了海水进退、古岸线变化、地层圈闭的形成及其含油气远景，率先将沉积学的理论系统地应用于油气勘探领域Weeks（1948）从石油地质角度研究影响沉积盆地形成与演化因素Krumbein（1934）对沉积环境作了定量研究，使用了碎屑磨圆度的概念，指出边界条件、颗粒及能量为沉积体系形成的3个主控因素，并将数理统计学引入到沉积学领域沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展2.4 基本成熟阶段(19511970年)沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展

7、历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展 浊流的认识进入模式化Kuenen(1950)浊流为形成递变层理的原因Bouma(1962)浊流及复理石沉积模式“鲍马序列”Kuenen Bronwer 浊积岩分为A、B、C、D、E段（相）2.4 基本成熟阶段(19511970年)沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展 浊流的认识进入模式化2.4 基本成熟阶段(19511970年)沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现

8、代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展Kuenen(1950)浊流为形成递变层理的原因Bouma(1962)浊流及复理石沉积模式“鲍马序列”Kuenen Bronwer 浊积岩现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展 水槽实验解释沉积 构造的形成机理Simons等（1960）应用水力学的概念进行水槽实验,并从其结果了解到层理和波痕形成的水动力条件。根据其实验,发现当流速加大、深度减小时,非粘性床沙可出现无运动下部平坦床沙沙纹沙浪沙垅过渡区上部平坦床沙逆行沙丘冲坑和冲槽的床沙形体变化顺序。床沙底形的变化很好地解释了各种沉积构造:板状、槽状交错层理与水平层理形成的机理和水动力条件,这为

9、应用沉积构造特征来判别其沉积环境奠定了理论基础。2.4 基本成熟阶段(19511970年)沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展Simons等（1960）应用水力学的概念进行水槽实验,并从其结果了解到层理和波痕形成的水动力条件。根据其实验,发现当流速加大、深度减小时,非粘性床沙可出现无运动下部平坦床沙沙纹沙浪沙垅过渡区上部平坦床沙逆行沙丘冲坑和冲槽的床沙形体变化顺序。床沙底形的变化很好地解释了各种沉积构造:板状、槽状交错层理与水平层理形成的机理和水动力条件,这为应用沉积构造特征来判别其沉积

10、环境奠定了理论基础。水槽实验解释沉积 构造的形成机理2.4 基本成熟阶段(19511970年)沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展 粒度分析应用于水动力条件的解释Passega（1964）提出了图,随后Visher又提出了解释牵引流搬运方式的累积概率图,用粒度定量的两种图解方法从水动力条件上进行沉积环境的分析与解释,使其成因分析更趋于科学化和可操作性。C:粗粒物质粗粒物质2.4 基本成熟阶段(19511970年)沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进

11、展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展C:粒度分布的第一百分位值粒度分布的第一百分位值M：粒度中值：粒度中值CM关系反映沉积方式和沉积环境关系反映沉积方式和沉积环境 粒度分析应用于水动力条件的解释Passega（1964）提出了-图,随后Visher又提出了解释牵引流搬运方式的累积概率图,用粒度定量的两种图解方法从水动力条件上进行沉积环境的分析与解释,使其成因分析更趋于科学化和可操作性。2.4 基本成熟阶段(19511970年)沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展M：中值粒径C：1%粒径现代地质学

12、导论现代地球化学矿物岩石新进展 碳酸盐岩的新发展Folk（1959）将碎屑岩的成因观点引入到碳酸盐分类之中,对碳酸盐岩进行了分类和解释,揭示了碳酸岩盐与陆源碎屑岩在形成过程和形成机制方面的同一性。标志着碳酸岩研究进入了新阶段。2.4 基本成熟阶段(19511970年)沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展 垂向沉积序列或相模式的建立Visher（1965年）从垂向沉积序列的角度建立了13种相模式,其中包括4个河流模式、4个海退模式、2个海进模式、1个三角洲模式、1个深海模式和1个湖相模式。

13、这为沉积相的识别,尤其是为野外与井下资料进行沉积相分析的具体操作上奠定了基础。2.4 基本成熟阶段(19511970年)沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展2.4 基本成熟阶段(19511970年)沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展Visher（1965年）从垂向沉积序列的角度建立了13种相模式,其中包括4个河流模式、4个海退模式、2个海进模式、1个三角洲模式、1个深海模式和1个湖相模式。这为沉积相的识别,尤其是为野外

14、与井下资料进行沉积相分析的具体操作上奠定了基础。垂向沉积序列或相模式的建立现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展2.4 基本成熟阶段(19511970年)沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展 垂向沉积序列或相模式的建立Visher（1965年）从垂向沉积序列的角度建立了13种相模式,其中包括4个河流模式、4个海退模式、2个海进模式、1个三角洲模式、1个深海模式和1个湖相模式。这为沉积相的识别,尤其是为野外与井下资料进行沉积相分析的具体操作上奠定了基础。现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展2.5 总结提高阶段(197119

15、80年)沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展Carozzi（1970）碳酸盐岩，碳酸盐岩方面的研究基本趋于完备Bathurst（1971）碳酸盐沉积物及其成岩作用,从此,碳酸盐岩方面的研究基本趋于完备。这期间沉积学方面的总结性专著大量涌现(表3)。Blatt等（1972）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Pettijohn等（1964）总结了碎屑岩研究中最重要的一些成果,并出版了著名的砂和砂岩。Reineck，Singh（1973）陆源碎屑沉积环境Reading（19

16、78）主编的沉积环境和相、Friedman等（1972）出版的沉积学原理2本巨著,系统总结了各种沉积环境的地质特征与形成机理,反映了当时沉积学研究的最高水平。而我国学者此时主要是引进与学习国外的新理论与技术,为我国的沉积学发展奏响了新的篇章2.5 总结提高阶段(19711980年)沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展 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;沉积相的研究具有了明显的演化观,即从演化的角度来分析沉积相的变迁;开始了全球沉积盆地范围的相分析;重力流的认识进

17、入了颗粒支撑机理的解释与分类阶段;将沉积学的理论应用于油气勘探与开发。为了更好地利用沉积学的基本理论和方法来解释油气储层的形成演化、预测储层的宏观和微观特性以及寻找油气藏,于是一门新的学科储层沉积学应运而生2.5 总结提高阶段(19711980年)沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展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,但在河口湾、潮坪以及三角洲边缘环境,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

18、件的各种标志综合来判别。同时,Dott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离。风暴沉积2.5 总结提高阶段(19711980年)沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展早在1978年,Friedman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和大陆陡坡,浊流是其形成的必要且充分的条件;80年代则出现了截然不同的观点:即其他环境中(如大陆坡上的盆地、大陆边缘盆地等)也可

19、有复理石沉积。复理石沉积模式孙枢等(1981)从大地构造环境的角度,对豫陕沉积盆地的碎屑岩沉积环境与岩相古地理进行了系统研究,总结了其形成与演化历史,进而对沉积铁矿的分带进行了探讨;Miall(1984)指出盆地分析是地层学、构造地质学和沉积学等研究的综合,主要回答盆地的古地理演化与沉积体系展布等问题。板块构造理论的兴起已成为沉积作用的理论基础之一。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之间内在联系的重要课题。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。盆地分析与沉积体系研究2.5 总结提高阶段(19711980年)沉积学的发展

20、历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展2.6 理论升华阶段(19811990年)20世纪70年代末,由于油气勘探开发工作的深入发展,以及新技术、新方法的不断引入,使碎屑岩的成岩作用研究取得了突破性进展,其中最重要的是在砂岩中发现大量的、由成岩作用形成的次生孔隙。各种次生孔隙的成因机理也不断有了新的见解和模式。其中有代表性的文章有:Blatt发表了关于砂岩中的成岩作用的文章,朱国华发表了“成岩作用与砂岩(层)孔隙的演化”,Surdam等于1984年发表了“次生孔隙的化学演化”一文,Crossey等发表了

21、“有机/无机成岩作用在孔隙预测中的应用”。成岩作用对孔隙的影响沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展Miall(1985)提出了“构形要素”与“界面分级系列”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,使河流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阶段,进入了结构成因分类时期。这三大特征或理念,对储层沉积学的形成与发展及对沉积学的完善均具有划时代的意义。层次分析与构形概念的形成现代地质学导论现代地球化学矿物岩石

22、新进展2.7 学科渗透与综合阶段(1991年至今)沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展2.7 学科渗透与综合阶段(1991年至今)新技术、新方法的引进,拓宽了沉积学研究的深度与广度。地震处理与解释技术、测井综合解释技术的飞速发展,为沉积学研究开辟了新途径和更广阔的领域。以往的研究中多侧重于一维或二维剖面的分析,新方法的应用则必将引出三维空间的新概念,而三维地震资料的应用,尤其是20世纪80年代末与90年代初图形工作站的快速发展,使沉积体系的研究走向了真三维的空间。沉积学的发展历程与未来展

23、望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展2.8 沉积学发展趋势沉积学的发展主要表现为概念的转变、新技术和新方法的应用、理论的逐步完善、学科的交叉渗透及综合研究等,其最大特点是与沉积学相关的交叉学科大量出现,如储层沉积学、环境沉积学、资源沉积学、大地构造沉积学、全球旋回地层学、事件沉积学和试验沉积学等,每一个交叉学科的出现都给沉积学注入了新的生机和活力,使沉积学的研究范围向更深、更广的层次发展。2002年7月在南非约翰内斯堡举行的第十六届国际沉积学大会的主题是“沉积作用的35亿年”,从一个侧面反映了沉积学研究的时空跨

24、度沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展层次上,宏观向微观发展。一方面,无论是资源勘查,还是矿产与油气的开采都将控制其分布的沉积相(体系)研究做到精细的层次,至少要研究到亚相,甚至于微相;另一方面,不同成因盆地油气储层的次生孔隙定量研究和预测仍处在探索阶段。层内规模的更细、更微观一级的非均质性的研究在未来的一段时间内依旧是难点。方法上,定性向定量发展。其一是定量地质知识库的建立及地质统计得出的经验公式的研究与应用;其二是应用高分辨率地震资料进行地震相分析开始从定性向定量发展,如分频技术等;

25、其三是沉积模式方面除了传统的概念模式和物理模型之外,已经有数字盆地分析模型方面的尝试。目的上,理论向应用发展。近年来,储层沉积学、环境沉积学、大地构造沉积学及事件沉积学的蓬勃兴起均是理论向应用发展的很好体现。2.8 沉积学发展趋势沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展形式上,静态向动态发展。沉积环境及其演化,仍是今后1020年沉积学研究的主旋律,沉积学的研究已经从以前二维平剖面发展为三维立体,并且从演化的角度来分析沉积在四维时空中的分布、演变等。油田开发的需求将促进四维地震技术的快速发展。

26、学科上,单学科向多学科发展。沉积学的研究已不再是单纯的研究岩石学和沉积相,而是从多学科(地质、地球物理测井和地震、数理统计等)的角度来开展其沉积体各向异性和其内非均质性的综合研究。手段上,手工向计算机发展。随着计算技术的不断进步,加上地质统计学的迅速发展,各种模拟方法和软件的不断涌现使地学的研究进一步计算机化。尤其是相控建模将成为预测砂体各向异性和非均质性的主要方法。另外,三维可视化技术已成为现今应用地球物理资料解释地质现象的主要技术手段之一,并将在沉积学的研究中发挥更大的作用。2.8 沉积学发展趋势沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物

27、岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展 领域上,地区向全球发展。沉积学的研究不再局限于某一狭小的地区,而是从全球范围气候与海平面变化及板块构造运动的相互影响来分析和考虑盆地的形成、地层的发育及沉积体系的演变;沉积学研究的空间跨度几乎遍布能够发生沉积作用的各个区域。总之,沉积学已发展成为一门综合性学科,在扎实的沉积学功底的基础上,拓宽其研究领域大有可为。在“一切科学技术应服务于人类社会生存和发展条件”以及地球科学进入大综合、大交叉、大联合、大协调整合飞跃的现阶段,沉积学作为地球科学的主要基础学科之一,其重点和前缘正在发生转移,并围绕资源、环境、灾害和全球气候变化4个主题展开,这对沉积学的要求无论从深度和广度还是从研究范围上均远远超过了现有沉积学的知识体系72。定量沉积学的研究是未来的热点和难点。因此说沉积学的发展潜力还很大。在矿产资源越来越紧张的能源之争的21世纪,沉积学必将在沉积矿产和资源的勘探与开发方面发挥越来越重要的作用。2.8 沉积学发展趋势沉积学的发展历程与未来展望沉积学的发展历程与未来展望现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地球化学矿物岩石新进展现代地质学导论现代地球化学矿物岩石新进展小结小结 地球化学：一个方兴未艾的学科 矿物岩石学：一个成熟的学科 沉积学：上个世纪充满活力的学科