沉积学及古地理学教程
① 实习六 沉积古地理研究与编图
沉积古地理研究与编图是一项理论性、综合性和实用性很强的基础地质工作。它是以沉积学理论为基础，通过对沉积作用的研究，重塑沉积环境，分析不同沉积环境下沉积物的特征及其分布规律，总结不同地史时期海陆变迁、古气候变化、古地理景观特征，为阐明地球表面的环境变迁和大地构造演化等重大问题提供依据，为查明沉积矿产和油气资源的形成条件和分布规律提供基础资料和理论依据。
沉积相古地理编图是古地理研究的重要组成部分。常根据不同的目的、任务，编制不同类型和不同比例尺的沉积古地理图，把丰富的实际资料和通过研究所取得的科学认识直观地反映出来。沉积古地理研究中的编图通常是指基础图件和综合图件的编制。基础图件是描述性的，以反映某个方面或某个因素的客观实际材料为主，是编制综合图件的基础。常见的有沉积相柱状图、沉积相联合剖面图、地层等厚图、古生物相图或生物古地理分区图、重矿物分布图，以及各种岩性图、等值线图或分区图等。综合图件是根据基础图件以及其他参数经过综合分析后所得的最终成果，是解释性的图件。它所表现的是某一时期的自然地理面貌、构造背景、沉积环境、沉积条件和沉积物的分布规律等，包括沉积古地理图、构造古地理图、古构造图等。
一、沉积古地理编图方法
沉积古地理研究的关键是编制沉积古地理图，但如何编制沉积古地理图，要收集和整理哪些资料，先编哪些基础图件，如何进行分析，对于不同地区、不同层位、不同的研究目的，也不尽相同。“单因素分析多因素综合编图法”是目前普遍使用的一种定量沉积古地理编图方法，这种方法的核心是“定量”，即以各剖面的定量单因素资料为基础，从各单因素图（属基础图件）的分析入手，再通过各单因素图的叠加和综合分析判断，最后做出定量的沉积古地理图。
“单因素”指的是能独立地反映某一地区、某一地质时期、某一沉积层段沉积环境某些特征的因素，它的有无或含量的多少均可独立地反映该地区、该层段沉积环境的某些特征，如沉积环境水体的深浅、能量大小、性质等。选定沉积层段的厚度、岩石类型、结构组分、矿物成分、化学成分、化石及其生态组合等，均可作单因素图件。
单因素分析多因素综合作图方法可分三步：
第一，对各剖面尤其是各基干剖面进行认真的地层学和定量岩石学研究，取得各种第一手的定性和定量资料，尤其是定量资料，了解各剖面各沉积层段的沉积环境特征。
第二，在已取得的各剖面的定量资料中，按要求的作图单位，选择出那些能独立地反映其沉积环境特征的因素，即单因素；并把全区各剖面各作图单位的各种单因素的百分含量都统计出来，做出各种相应的单因素图，主要是等值线图。这些单因素图可以从不同的侧面定量地反映该地区该沉积层段的沉积环境，即为单因素分析。
第三，把这些定量的单因素图叠加起来，并结合该地区该沉积层段的其他定量和定性资料，去粗取精，去伪存真，全面分析，综合判断，编制出该地区该沉积层段的定量沉积古地理图。
在这种沉积古地理图中，各古地理单元的确定都有确切的定量资料和单因素图为依据，使得沉积古地理图成为一种定量化的图件。
二、沉积古地理研究与编图步骤
沉积古地理研究大致可分为三个阶段：基础资料收集和整理阶段、基础图件的编制阶段和沉积古地理图编制及综合分析阶段。
（一）基础资料收集和整理
基础资料是进行沉积古地理研究的基础，基础资料的丰富程度和精度决定了沉积古地理编图的精度与可靠性。基础资料收集实际上也是沉积相标志的收集，对于沉积盆地来说，可以分为地质露头剖面资料和盆地覆盖区的钻井资料、测井资料和地震资料。这些资料有的是现成的，只要到有关单位收集即可，有的资料需要到野外进行观察、描述，或进行取样分析获得。
基础资料的整理是一个复杂、细致的过程，须根据不同的研究目的进行归类、整理，有的还需进行计算和进行相关分析。
（二）基础图件的编制
在基础资料收集和整理、确定编图单元和比例尺的基础上，须编制一系列基础图件，以反映沉积盆地的沉积条件、沉积特征。在岩相古地理研究中，编制图件的类型、数量，须根据研究目的以及基础资料的丰富程度而定。一般在沉积古地理研究中，多采用点一线一面分析的思路方法进行研究，代表性图件为剖面沉积学分析图、联合剖面沉积相分析图、平面沉积相或沉积体系分布图。
1.剖面沉积学分析
剖面沉积学分析实际上是对单个地层剖面（或单井岩心）资料进行沉积特征及沉积相分析，是沉积古地理研究的基础。具体剖面沉积学分析的方法可参见教材和实习三的有关内容。剖面沉积学分析的主要成果在剖面沉积学（柱状）分析图上表示。
2.联合剖面沉积相分析
联合剖面沉积相分析是在单个地层剖面（或单井）沉积学分析基础上完成的，其目的是为了了解沉积相纵横向展布特征。但进行剖面沉积相分析之前，等时性对比是关键，即建立等时性地层格架。这也是决定区域性沉积古地理研究成功的关键。
在联合剖面沉积相分析中，一定要注意“同期异相”和“异期同相”问题。同期异相指同一沉积时期，但沉积相类型不同，这主要由于沉积盆地的构造背景、沉积条件在不同地区存在差异，也就决定了沉积相的差异性。通过剖面沉积相分析，确定相变界线。异期同相指不同的沉积期，但沉积环境相同，即具有相同的岩相，这需要在进行沉积相对比分析之前，确定等时性地层界线，而不能以岩相划分界线。
联合剖面相分析的成果是编制联合剖面沉积相分析图（或称为沉积相联合剖面图）。在编图过程中须注意以下几个问题：
（1）在进行剖面相分析图时，尽量选用已进行详细单剖面（或单井）沉积学分析的地层剖面（即主干剖面或单井）。
（2）编图剖面方向往往根据研究区的沉积和构造特征及研究目的而定，对于区域性研究往往遵循跨构造带、跨沉积相带的原则；对于单一沉积体系来说，往往选择顺物源方向和垂直物源方向的剖面。
（3）为了清晰地反映沉积演化和相带展布，对比剖面图中所用的单剖面（或单井或单孔）的比例尺（纵向比例尺）要统一，同时，井（孔）间距离也须按统一的比例（横向比例），但纵向比例与横向比例可不相同。
（4）为了更好地确定横向变化，在编制沉积相联合剖面图时，如有可能，应结合地震资料、区域性地质资料等进行综合分析。
3.沉积特征平面分布图件（单因素图）的编制
包括在平面图上表示的各种沉积特征（或要素）的各种单因素基础图件。以反映某个方面或某个因素的客观实际材料为主，是编制综合图件的基础。常见的有地层等厚图、各种岩性等值线图或岩性分区图、古生物相图或生物分区图、重矿物分布图等。具体分析和做图的方法可参见教材和实习四的有关内容。
（三）沉积古地理图编制及综合分析
沉积古地理图编制及综合分析实际上是对沉积古地理研究的总结和归纳，通过单剖面（单井或单孔）及联合剖面沉积相分析，在编制地层等厚图、砂岩等厚度图、泥岩等厚度图等有关平面基础图件（单因素图）的基础之上，结合区域地质和沉积盆地的构造特征研究，进行综合分析后才能编制出平面沉积相分布图和古地理图（沉积古地理图）。它是沉积古地理研究的最终成果，沉积古地理图表示的主要内容有：
（1）海陆分布及其特点；
（2）不同级别的沉积相及沉积环境间的界线；
（3）岩石组合与古生物组合；
（4）古水流方向、海侵方向及沉积物来源方向；
（5）厚度变化，利用厚度与岩相结合分析盆地中心、沉积中心与沉降中心的位置；
（6）不同古地理单元及沉积相区的名称。
三、实习内容
在对所给研究区的相关资料进行沉积学分析的基础上，进行沉积相古地理研究，并编制有关基础图件和综合图件。
四、实习目的与要求
（1）掌握沉积古地理研究中有关基础图件和综合图件的编图的方法及步骤。
（2）初步了解沉积古地理研究报告的编写方法。
五、实习资料和作业
（一）实习资料——××地区古生代××时期地层和沉积资料
1.主干剖面资料
（1）P3主干剖面由下向上分层描述
1层：灰色中-薄层泥质粉砂岩、粉砂岩和细砂岩互层，发育砂泥互层水平层理和小型交错层理，有腕足、珊瑚等化石，化石保存较完整。生物扰动强烈，潜穴发育。8m
2层：浅灰色中-厚层中、粗粒石英砂岩和细砂岩互层，中、粗粒砂岩中以大型楔状或板状交错层理为主，细砂岩中发育小型浪成交错层理。发育水流波痕及浪成波痕。26m
3层：浅灰色中-厚层中、粗粒石英砂岩，分选和磨圆极好，发育平行层理和冲洗交错层理，多向波痕和干涉波痕发育。有腕足化石碎片，生物潜穴和扰动构造发育，一般为垂直潜穴和U形潜穴。20m
4层：浅灰色中-薄层泥质粉砂岩、粉砂岩和细砂岩互层，发育砂泥互层水平层理和小型交错层理，有腕足、珊瑚等化石，化石保存较完整。生物扰动强烈，潜穴发育。6.3m
5层：浅灰色中-厚层中、粗粒石英砂岩和细砂岩互层，构成多个向上变厚变粗的小旋回，单个小旋回厚度为1.5～3.5m。小旋回下部为粉砂岩和细砂岩，发育小型交错层理，有腕足、珊瑚等化石，化石保存较完整。生物扰动强烈，小旋回上部浅灰色中-厚层中、粗粒石英砂岩，分选和磨圆极好，发育平行层理、冲洗交错层理、大型楔状和板状交错层理，多向波痕和干涉波痕发育。310m
有腕足化石碎片。
（2）P9主干剖面由下向上分层描述
1层：暗灰色泥岩和粉砂质泥岩。主要为水平层理和块状层理，发育有生物扰动构造，含四射珊瑚、腕足类及介形虫、双壳类化石，化石保存完整。6m
2层：灰色中-厚层细砂、粉砂岩，分选较好，发育有小型楔状交错层理或浪成交错层理，偶见水流波痕和波浪波痕等层面构造。主要为含广盐度的化石，如介形虫、双壳类等，化石保存较完整。12m
3层：灰色中-厚层中-细砂岩，常构成向上逐渐变细的序列特征。底界与下伏岩层常呈冲刷侵蚀接触，单个小旋回厚度为0.5m左右。具有槽状或板状交错层理和波状交错层理。15m
4层：灰色中-厚层砂岩，单个旋回向上逐渐变细。底界与下伏岩层常呈冲刷侵蚀接触，一般底部为中—细粒砂岩，常含泥砾、植物茎干等残留沉积物。向上变为细砂岩、粉砂岩等。具有槽状或板状交错层理和波状交错层理，单个小旋回厚度为1m左右。常为多个旋回叠置，有时夹有黑色、灰黑色碳质泥岩或褐煤沉积。120m
5层：暗灰色泥岩和粉砂质泥岩。主要为水平层理和块状层理，发育有生物扰动构造，含四射珊瑚、腕足类及介形虫、双壳类化石，化石保存完整。6m
6层：灰色中-厚层中、细粒砂、粉砂岩，分选较好，发育有小型楔状交错层理或浪成交错层理，偶见水流波痕和波浪波痕等层面构造。主要为含广盐度的化石，如介形虫、双壳类等，化石保存较完整。15m
7层：灰色中-厚层砂岩，单个旋回向上逐渐变细。底界与下伏岩层常呈冲刷侵蚀接触，一般底部为中—细粒砂岩，常含泥砾、植物茎干等残留沉积物，具有槽状、板状交错层理。向上变为细砂岩、粉砂岩等，具波状交错层理，单个小旋回厚度为0.8～1.5m。常为多个旋回叠置，有时旋回间夹有厚度0.5m左右黑色、灰黑色碳质泥岩或褐煤沉积。338m
2.辅助剖面资料
辅助剖面地层厚度数据及简明沉积特征见表6-1。
3.底图
（1）××地区古生代××时期地层等厚图（底图）（图6-1）
（2）××地区古生代××时期砂岩等厚度图（底图）（图6-2）
（3）××地区古生代××时期沉积古地理图（底图）（图6-3）
（二）作业
本实习要求编制出以下图件，并完成综合分析报告。
1.剖面沉积学分析图
根据所给的P3、P9的剖面描述资料，分别编制该两剖面沉积学分析图（比例尺1：300）。
2.沉积相联合剖面图
在单剖面沉积学分析的基础上，编制剖面P3-P31-P38方向和P9-24-33方向的沉积相联合剖面图。将所给的剖面资料作为古生代××时期同一时间单元内形成的产物。
3.地层等厚度图和砂岩等厚度图
编制地层等厚图和砂岩等厚度图（底图见图6-1，图6-2），地层厚度数据见表6l，砂岩厚度用地层厚度和砂泥比计算。等值线间距为50m。图6-1中剥蚀区边界线为目前无该时期地层，即地层等厚图为0。
4.沉积古地理图
本实习要求充分利用有关基础图件、资料，编制该沉积期的沉积古地理图（底图见图6-3）。该图上须表示下列内容：①海陆分布及其特点；②古水流方向、海侵方向及陆屑供给方向；③岩石组合、古生物组合；④有特殊意义的地质体（生物礁、矿层等）；⑤不同级别的沉积相界线；⑥厚度变化；⑦不同古地理单元及沉积相区的名称；⑧图切沉积相剖面图。
5.综合分析报告
对研究区沉积古地理研究和编图过程中获得的主要认识进行总结，应包括以下内容：
（1）确定沉积相和沉积环境类型及其界线的依据。
（2）确定主要物源的依据。
（3）地层等厚图和沉积相特征，分析该沉积期的沉积中心和沉降中心的分布。
表6-1 ××地区古生代××时期地层厚度及沉积特征汇总简表
续表
续表
实习报告六 沉积古地理研究与编图
沉积学及古地理学实习指导书
沉积学及古地理学实习指导书
3.编制地层等厚度图
图6-1 ××地区古生代××时期地层等厚图（底图）
4.编制砂岩等厚度图
图6-2 ××地区古生代××时期砂岩等厚度图（底图）
5.编制沉积古地理图
图6-3 ××地区古生代××时期沉积古地理图（底图）
沉积学及古地理学实习指导书
② 粒度分布特征及其环境意义
沉积物的颗粒大小称为粒度。研究碎屑沉积物和碎屑岩的粒度大小和各种粒级的分布特征的方法称为粒度分析。粒度分布特征可反映沉积介质的流体力学性质和能量，故是判别沉积环境及水动力条件的一个重要物理标志，而且对于油气沉积储层的评价也有重要意义。
碎屑物质以机械搬运为主，其搬运和沉积作用是受水动力条件（如介质、流量、流速）控制的，碎屑物质埋藏后除部分石英有次生加大或溶解外，一般颗粒变化不大。因此，粒度大小及分布特征，可用来直接反映沉积时的水动力条件。研究粒度分布，可提供如下资料：①明确搬运介质性质，如风、水、冰川、泥石流、浊流等；②判断搬运介质的能量条件，如流速、强度、起动能力等；③明确搬运方式，如滚动、跳跃、悬浮；④明确沉积作用的形式，如牵引流、浊流等。
（一）粒度分析的主要方法
根据颗粒大小及岩石致密程度不同，分别采用如下四种方法。
1.直接测量法
一般用于砾岩或砾石，其方法是用度量工具直接测量砾石的直径或视直径大小，一般测量一定面积内的全部砾石（粒径大于2mm的颗粒）不少于100个，用于河流、滨海、冰川、洪积等砾岩的分析。
2.筛析法
用于未固结或胶结较差的含砾砂岩到粉砂岩，它是用一套筛孔直径不同的筛子将砂样过筛，以分成不同的粒级组分，一般筛孔直径按1/4ϕ间隔选择较好，称出每层筛内砂的质量，并求出其百分含量。筛析法比较简便，也较精确，注意取样应在一个完整层序内，粗、中、细砂均应取样。
3.薄片粒度法
一般用于较致密的岩石，其方法是在显微镜下，用测微尺直接测量岩石薄片中颗粒的最大视直径，并将测量值换算成ϕ值，按1/4 间隔分组，计算各组内颗粒百分数，每片要求统计300～500颗粒。
4.激光衍射粒度分析法
激光衍射粒度分析是根据激光照射到颗粒后，颗粒能使激光产生衍射或散射的现象来测试粒度分布的。光在行进中遇到微小颗粒时，会发生散射。大颗粒的散射角较小，小颗粒的散射角较大。激光衍射粒度分析能对干湿松散颗粒样品进行快速、精确、便捷的粒度分析，可在纳米至毫米粒度范围内进行测量。
由激光器的发生的激光，经扩束后成为一束直径为10mm左右的平行光。在没有颗粒的情况下该平行光通过富氏透镜后汇聚到后焦平面上。大颗粒引发的散射光的角度小，颗粒越小，散光与轴之间的角度就越大。这些不同角度的散射光通过富姓氏透镜后在焦平面上将形成一系列有不同半径的光环，由这些光环组成的明暗交替的光斑称为Airy斑。Airy斑中包含着丰富粒度信息，简单地理解就是半径大的光环对应着较小的粒径；半径小的光环对应着较大的粒径；不同半径的光环光的强弱，包含该粒径颗粒的数量信息。这样我们在焦平面上放置一系列的光电接收器，将由不同粒径颗粒散射的光信号转换成电信号，并传输到计算机中，通过米氏散射理论对这些信号进行数学处理，就可以得到粒度分布了。
激光衍射粒度分析法具有以下主要特点：①测量的粒径范围广，将多种光散射原理结合起来，通过计算机的人工智能系统来自动灵敏地改变测量模式，从而扩大粒度测试的范围，测定范围十分宽广，从纳米到微米量级（0.02～2000μm）；②适用范围广泛，不仅能测量固体颗粒，还能测量液体中的粒子，DeSmet利用前向光散射的同时测量了二维粒子的平均粒径和形状，并且利用粒度测试仪与红外、质谱和核磁共振等连用技术，使粒度测试内容多样化；③重现性好，与传统方法相比，激光粒度分析仪能给出准确可靠的测量结果；④测量时间快，整个测量过程1～2分钟即可，某些仪器已实现了实时检测和实时显示，可以让用户在整个测量过程中观察并监视样品。
运用上述不同的方法所得到的分析结果可能有偏差，如薄片粒度与筛析粒径之间的偏差可达0.25ϕ或更大，这是切片效应造成的结果（切片效应是指在颗粒集合体的切片中，颗粒的视直径均小于其真直径），必须进行校正，弗里德曼（1962）提出的粒度回归校正方程是：D＝0.3815＋0.9027d（D—校正后筛析直径ϕ；d—薄片中视直径ϕ）。
在运用薄片粒度法进行粒度分析时还必须考虑砂岩中基质的影响，即进行杂基校正，方法是用显微镜测定或估出杂基含量，由于切片效应和成岩后生作用，其值一般较高，取其2/3或1/2为校正值，假定为X，将各累计频率乘以（100-X）作为该粒级的真正百分含量。
总之，在样品类型和实验条件具备的情况下，采用激光衍射粒度分析法是最为合理有效的方法，目前，在材料科学和沉积学研究中广泛应用。
（二）颗粒粒级的划分
一般采用伍登-温特沃思标准，它是以毫米（mm）为单位的一个分类方案，后来克鲁宾（1934）提出了一种对数换算，称其为ϕ值（ϕ＝-log2D，其中D为颗粒直径）。粒径（mm）和ϕ值的对应关系见表5-5。
（三）粒度曲线和粒度参数
根据粒度分析的结果，可编制各种直方图、粒度曲线及计算各种粒度参数。
1.直方图和粒度曲线
直方图和粒度曲线都是沉积环境分析的参考标志。常用的粒度曲线包括直方图、频率曲线、累积曲线、概率累积曲线。
表5-5 粒级划分标准比较表
图5-35 由直方图所做的频率曲线
（据克鲁莫艾尼塔尔，1938）
直方图 是最常用的粒度分析图件，其横坐标为颗粒粒径区间，纵坐标表示粒级的百分含量，做出一系列相互连接、高低不平的矩形图（图5-35左），直方图优点是能直观、简明地反映出粒度分布特征。
频率曲线 是将直方图每个柱子的纵、横边的中点依次连成多边形频率曲线（图535右），其围限的多边形的面积仍基本等于直方图的面积和。频率曲线可清楚地表明粒度分布特点、分选好坏、粒度分布的对称度（偏度）及尖度（峰度）等。
累积曲线 是一种常用的简单的图形，它是以累积百分含量为纵坐标，以粒径为横坐标，从粗粒一端开始，在图上标出每一粒级的累计百分含量。将各点以圆滑的曲线连接起来，即成累积曲线（图5-36）。累积曲线一般呈S型，从图上可看出其粒级分选的好坏，在计算粒度参数时也可由图上读出某些累计百分比对应的粒径值。累积曲线的形态，可用来区分不同的沉积环境。
概率累积曲线 也是一种粒度累积曲线，它是在正态概率纸上绘制的，横坐标代表粒径；纵坐标为累积百分数，并以概率标度，概率坐标不是等间距的，而是以50%处为对称中心，上下两端相应地逐渐加大，这样可以将粗、细尾部放大，并清楚地表现出来。概率曲线中碎屑沉积物的粒度不是一个简单的对数正态分布，而是由几个呈对数正态分布的次总体组成，一般包含有三个次总体，在概率图上表现为三个直线段，代表了三种不同的基本搬运方式，即悬浮搬运、跳跃搬运和滚动搬运（图5-37）。三个次总体在累积概率曲线上分别称为悬浮总体、跳跃总体和滚动总体（牵引总体），概率图上除三个次总体之外的其他参数有：截点、混合度、次总体百分含量、分选性。
截点 指两个次总体直线的交点，以横坐标表示，细截点（S截点）是悬浮总体和跳跃总体的交点，表示能悬浮的最粗颗粒；粗截点（T截点）是跳动总体和滚动总体的交点，表示能跳跃的最粗颗粒。
混合度 指两个次总体直线段相交时，在截点处有些点不在直线上，而是零散过渡的，也称为过渡带，反映沉积分异情况。
图5-36 三种常见的粒度曲线
（据赖内克等，1973）
1—频率曲线；2—累积曲线；3—概率累积曲线
图5-37 概率累积曲线及粒度分布中的总体
（据维谢尔，1969）
次总体百分含量 即各次总体分别占样品总量的百分数。
分选性 以各次总体直线段的斜率，即直线段倾斜角度表示。上述各次总体发育的数量、粒度范围、分选性等参数是有规律地受沉积条件和水动力条件控制的。各种沉积环境的概率粒度分布不同（表5-6）。
表5-6 不同类型沉积环境砂质沉积物粒度概率分布特征
（据维谢尔，1969，简化）
2.粒度参数
常用的粒度参数有平均粒度（Mz）、标准偏差（σi）、偏度（Sk）、峰态（KG），计算粒度参数有两种方法：①数理统计法，以概率和统计学为其数学基础，直接用粒度分析得到的各粒级的百分比计算，常用的计算方法是矩法，计算较复杂，较少用；②图解法，从累积曲线上读出某些累积百分比处的颗粒直径，再以简单算术公式计算各种粒度参数，包括平均粒度（Mz）和标准偏差（σi）。
平均粒度（Mz）：表示一个样品的平均粒度大小，反映搬运介质平均动能，计算公式为：
沉积学及古地理学教程（第二版）
标准偏差（σi）表示分选程度，即反映颗粒的分散和集中状态，计算公式为：
沉积学及古地理学教程（第二版）
根据对大量的不同环境采集的样品的值计算，可将分选程度分为七级：①σi＜0.35 分选极好；②σi＝0.35～0.50 分选好；③σi＝0.50～0.70 分选较好；④σi＝0.70～1 分选中等；⑤σi＝1～2分选较差；⑥σi＝2～4分选很差；⑦σi＞4分选极差。
偏度（Sk）用来表示频率曲线对称性的参数，按其对称形态可分为三类（图5-38）：①单峰对称曲线，以峰为对称轴的对称曲线，曲线为正态分布，反映出Mz（平均粒）＝Md（中值）＝Mo（众数）；②不对称正偏态曲线，曲线不对称，主峰偏粗一侧，即沉积物以粗组分为主；③不对称负偏态曲线，曲线不对称，主峰偏细一侧，即沉积物以细组分为主。偏度（Sk）计算公式为：
沉积学及古地理学教程（第二版）
峰态或尖度（KG）用来在与正态频率曲线相对比时，说明曲线的尖锐或钝圆程度（图5-39）。峰态或尖度（KG）计算公式为：
沉积学及古地理学教程（第二版）
图5-38 正态频率曲线及正偏态和负偏态曲线示意图
（据塞利，1982）
图5-39 和正态曲线相比较的尖锐和扁平的两种峰态示意图
（据塞利，1982）
不同沉积环境的沉积控制条件不同，因而其粒度分布特征也不同（表5-7）。
表5-7 各种环境砂质沉积物粒度参数特征表
（据Reineck，1973和刘宝珺，1980编制）
（四）粒度参数散点图
是综合表现粒度参数的一种图解，弗里德曼（1967）通过对现代海洋、湖滩和河流的355个样品的粒度分析，计算出粒度参数，然后分别编制出各种参数之间的关系图，即粒度散点图共19种。图5-40就是其中之一。离散图是综合表现粒度参数特征的一种图解，它比单一的参数更有意义。编制不同参数的离散图，可将不同成因的砂质沉积物区别开来。从图5-40可看出，虽然不同环境的砂并没有明显的界限，但可看出其总的趋势。
图5-40 标准偏差（σi）与偏度（Sk）离散图
（据弗里德曼，1979）
（五）C-M图解
C-M图是帕塞加（Passega，1957）提出的综合性成因图解（图5-41），这也是一种粒度参数散布图。他认为C值和M值这两个粒度参数最能反映介质搬运和沉积作用的能力，故运用这两个参数分别作为双对数坐标纸上的纵、横坐标，构成C-M图。C值为累积曲线上含量为1%的粒径值；M值为累积曲线上含量为50%的粒径值。典型的C-M图形可划分为NO、OP、PQ、QR、RS各段和T区。不同区段代表不同沉积作用的产物：①NO段代表滚动搬运的粗粒物质，C值大于1mm；②OP段以滚动搬运为主，滚动组分和悬浮组分相混合，C值一般大于800μm，而M值有明显变化；③PQ段以悬浮搬运为主，含有少量滚动组分，C值变化而M值不变；④QR段代表递变悬浮段，递变悬浮搬运是指在流体中悬浮物质由下到上粒度逐渐变细，密度逐渐变低，C值与M值成比例变化，从而使这段图形与C＝M基线平行；⑤RS段为均匀悬浮段，C值变化不大，而M值变化大，主要是细粉砂沉积物；⑥T区为远洋悬浮物，M＜10μm。
图5-41 浊流和牵引流沉积的C-M 图形
（据Passega，1964）
C-M图通常从一套同成因层序中系统采样，从最粗到最细粒的各种代表性岩性中均应分别取样，每一个C-M图取样数大于20个。因此，每一个C-M图可反映几米至几十米厚的同成因地层剖面岩石的粒度特征。
（六）粒度参数的环境判别公式
1964年萨胡（Sahu，B.K.）根据福克的粒度参数，利用现代风成沙丘、浅海、海滩、三角洲、河道和浊积等环境的沉积物的粒度分析结果，应用线性多元判别公式，得出四个综合公式（经验公式），用以区别沙丘、海滩、浅海、河流和浊积这五种常见的沉积物。判别公式如下：
（1）
（2）
（3）
（4）
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④ 沉积学及古地理学在中国的发展
1949年前，中国的沉积学和沉积古地理学研究工作寥寥无几。新中国成立后，尤其近二十年来已得到了迅速发展。随着地质勘探工作的大规模开展，地质工作者不仅为祖国找到了大批矿产基地，而且结合沉积矿产的研究，在石油、天然气、煤、锰矿、磷矿、盐矿、沉积铜矿等方面系统总结了成岩和成矿理论。在沉积矿物、沉积环境、沉积模式、古地理、沉积建造、沉积地球化学、现代沉积等方面也都获得了很大进展。
陆续出版了一批沉积学和古地理学方面的专著、图集和教材。刘鸿允出版了我国第一部古地理图《中国古地理图》（1955）。王鸿祯编著了我国第一本与沉积古地理学相关的高等学校教材《地史学教程》（1956），并领导了中国第二代沉积古理图《中国古地理图集》（1985）和《中国层序地层研究》（2000）等研究总结工作。刘宝珺和曾允孚等编著了《沉积岩石学》（1980）、《岩相古地理基础和工作方法》（1985）、《中国南方岩相古地理图集》（1994）。曾允孚和夏文杰编著了《沉积岩石学》（1986）。余素玉和何镜宇编著了《沉积岩石学》（1989）和《化石碳酸盐岩》（1982）。孙永传和李蕙生编著了《碎屑岩沉积相和沉积环境》（1986）。何镜宇和孟祥化编著了《沉积岩和沉积相模式及建造》（1987）。贾振远和李之琪编著了《碳酸盐岩沉积相和沉积环境》（1989）。
20世纪90年代以来出版的有关著作和教材主要有：孟祥化等编著的《沉积盆地与建造层序》（1993）和《内源盆地沉积研究》（1993）；冯增昭等编著的《中国沉积学》（1994）、《沉积岩石学》（1993）、《碳酸盐岩岩相古地理学》（1989）、《华北地台早古生代岩相古地理》（1990）、《西北地区寒武纪和奥陶纪岩相古地理》（2000）、《中国南方寒武纪和奥陶纪岩相古地理》（2001）；邓宏文等编著的《沉积地球化学与环境分析》（1993）；梅志超编著的《沉积相与古地理重建》（1994）；王良忱和张金亮编著的《沉积相和沉积环境》（1996）；赵澄林编著的《沉积学原理》（2001）；陆克政等编著的《含油气沉积盆地分析》（2001）；于兴河编著的《碎屑岩系油气储层沉积学》（2002）；姜在兴编著的《沉积学》（2003）。这些成果不仅在教学和指导找矿工作中取得了有益的效果，而且也丰富了沉积学和古地理学的理论研究内容。有关的刊物有《岩相古地理》（1981年创刊）、《沉积学报》（1983年创刊）和《古地理学报》（1999年创刊）等。
如上所述，近20年来，我国的沉积古地理研究与编图工作取得了巨大进展。古地理编图工作是与沉积学和大地构造学的理论同步发展的。20世纪70年代以前的沉积古地理图，主要是概略性的以岩石组合和生物类型为依据而编制的。70年代以来，在现代沉积学理论指导下，以沉积相分析为基础，编图精度从概略比例尺扩大到中、大比例尺。近年来，由于板块构造学说的发展，许多学者提出编制第三代岩相古地理图，即要恢复不同地区和不同时期的古地理位置，把大陆变形和古板块的位移表示出来，这样的图件一般都是大范围概略性或小比例尺图件，编制这样的图件难度较大。
1979年成立的中国沉积学会进一步促进了我国沉积岩石学和沉积古地理学的发展，学会相继召开了多次专题学术讨论会，并于1983年创刊了《沉积学报》，对提高我国沉积学研究水平起到了积极的推动作用。
总之，沉积学和古地理学已发展成为一门综合性学科，在地球科学进入学科综合、学科交叉等迅速发展的今天，其重点和前沿正在发生转移，研究范围进一步扩展，并围绕资源、环境、灾害和全球变化等4个主题展开，这就使沉积学及古地理学在深度和广度上远远超过了现有的学科知识体系，定量沉积学的研究是未来的研究热点和难点，因此沉积学及古地理学的发展潜力还很大，在沉积矿产和能源越来越紧缺的21世纪，沉积学及古地理学也必将在沉积矿产和能源勘探开发方面发挥越来越重要的作用。
⑤ 牛顿内摩擦定律
根据内摩擦力（F）的性质，它与接触面积（A）和相对速度差（dv）成正比，而与垂直距离（dz）成反比，这一结论称为牛顿内摩擦定律（或黏滞定律），可表示为：
沉积学及古地理学教程（第二版）
式中：F为内摩擦力（N）；dv/dz为流速梯度（s-1）（沿垂直水流方向单位距离的流速变化值，也称剪切变形率）；A为接触面积（m2）；η为与流体种类、温度有关的系数，称为动力黏滞性系数（动力黏度）（Pa·s，又称泊）。
黏度的表示：相距1cm两流层的速度相差表示为1cm/s，则作用在1cm2上的黏滞力规定为流体的黏滞系数（单位为泊）。黏滞系数随温度的升高，液体的黏滞系数减小，而气体的黏滞系数升高（表3-1）。液氦流体最为稳定，其黏滞系数近于零。
表3-1 不同温度液体和气体黏滞系数的变化
运动液体中的摩擦力是液体分子间的动量交换和内聚作用的结果。液体随温度升高而黏性减小，是因为液体分子间的内聚力减小；气体的黏性主要是动量交换的影响，温度升高动量交换加剧，因此，气体的黏性随温度升高而升高。
流体的黏滞系数随流体种类而变，也随压力和温度的变化而变化。对于水和空气，η随压力的变化不大，但受温度的影响明显，随着温度升高，水的η值呈降低趋势，而气体的η值呈增大变化。
上述内摩擦定律不是对所有的流体都能适用。凡是服从内摩擦定律的流体称作牛顿流体，即在温度不变的条件下，随着流速梯度（dv/dz）和剪切应力（τ）的变化，η值保持常数（图3-1中的A）。τ为黏滞切应力，代表单位面积上的内摩擦力。
图3-1 各种类型流体的黏滞系数（η）与剪切应力（τ）和流速梯度（dv/dz）之间关系
（据清华大学水力学教研组，1981）
沉积学及古地理学教程（第二版）
气体和分子结构简单的液体，如空气、水及油液等均属于牛顿流体，牵引流亦为牛顿流体。把不服从内摩擦定律的流体称为非牛顿流体，例如重力流、血液、高分子液体等均是非牛顿流体。牛顿流体的摩擦力（τ）与速度梯度（dv/dz）为线性关系，而非牛顿流体不是线性关系（图3-1）。
有的流体η值随剪切变形率的增加而减小或加大（图3-1中的C、D），分别称作假塑性流体和膨胀性流体。有的流体只有当切应力达到某一值（τ0）后才开始流动，如图3-1中的B，称作宾汉流体。重力流即属宾汉流体。
⑥ 有没有人能详细说一下赵澄林老师的情况就是沉积学那位大师
赵澄林：男，1933年11月生，河北省山海关人，1953年昌黎汇文中学高中毕业版。1957年毕业于北京权石油学院勘探系石油地质专业。教授，博士生导师，享受国务院政府特殊待遇。 长期从事沉积学、岩相古地理学、成岩作用和储层地质学等方面的教学和研究工作。曾参加多次石油会战，特别是1980年以来深入东部和中西部各油田，从事深层碎屑岩沉积相、成岩作用和储层评价研究，提出了“四扇一沟”和“次生孔隙发育带”等重要科学见解，在指导油气勘探中发挥了重要作用。在国内外发表学术论文近百篇，出版《沉积岩石学》、《油区岩相古地理》、《储层沉积学》等教材、专著和译著20余部。荣获国家级优秀教学成果一、二等奖各一次，李四光地质科学奖及省、部级科技成果奖和教材奖。
⑦ 岩相古地理学的特点与发展
0. 1. 1 本书的特色
本书的特色是始终贯穿 “岩相分析与古地理分析”这一主线，一切内容服务于岩相古地理分析。最新的岩相古地理学应该是融沉积学、地层学，以及盆地分析思路和层序地层学新思路、新理论及新方法于一体的综合性学科。岩相古地理学的发展，应体现刘宝珺院士倡导的统一地质场、构造控盆、盆控相带、相控资源等学术思路，以服务于能源和资源研究，为国家建设和社会发展服务。本书以 “古地理分析”为主线，每章内容都突出为 “恢复古地理”服务这一目标，而不是将 “沉积环境、相分析”与 “古地理分析”分割开来。在沉积环境分析中体现每种环境所处的 “地理特点、在总背景中的位置”，使得学习者能从 “点、线、面”全面地了解古地理特点与演化，也可以 “以个别了解整体”，使零散的 “相与相区”能够在整体地理背景中体现出来。这样，岩相古地理学的体系也应该与时俱进、不断完善。
同时，本书介绍了近年发展起来的 “层序 － 古地理分析”、 “盆地构造 － 古地理分析”、“事件古地理”等新领域、新思路与新方法。
0. 1. 2 岩相古地理学的发展
( 1) 早期孕育阶段
古地理学的形成经历了比较漫长的历史阶段。地史学作为地质科学的基础学科，其发展的启蒙时期主要是关于地壳不断升降和海陆变迁、地层叠覆律、水成论、火成论等概念和思想，实际上已经有了古地理的初始概念。大致经历了从公元 300 年至 18 世纪欧洲工业革命前长达 1500 年的历史。在这个阶段形成的最重要的科学思想是由火成论学派代表赫顿 ( J. Hutton，1726 ～1797) 开创的 “现实主义”( actualism) 研究方法。
地史学的学科体系已经孕育了对于古地理恢复的基本思想，这是随着 18 世纪欧洲工业革命浪潮的兴起而建立的。史密斯 ( W. Smith，1769 ～1839) 在开凿运河的土地测量工作中发现不同岩层中所含的化石各不相同，可以根据相同的化石来对比地层并证明其属同一时代，这就是著名的化石层序律。莱伊尔 ( Lyell，1797 ～ 1875) 发展了赫顿的现实主义学术思想。1905 年盖基 ( Geikie，1835 ～ 1924) 明确地提出了 “现在是打开过去的钥匙”这一著名的表述，使将今论古的思想成为地质学各分支学科研究的理论依据和指导思想，对岩相分析和古地理研究尤为重要。总的来看，地史学的早期思想和概念也是沉积岩石学、沉积学和岩相古地理学的早期思想。
( 2) 形成学科阶段
这一阶段大致从 19 世纪至 20 世纪 50 年代，主要是学科体系的建立和完善，相关分支学科之间还没有明显的界限。地史学的开始是以史密斯的 “化石层序律”的提出为标志的; 沉积岩石学的开始是以索比 ( H. C. Sorby，1857) 开始使用显微镜研究沉积岩石为标志的; 岩相古地理学的开始则是以瓦尔特 ( J. Walther，1894) 的 “相对比定律”的提出为标志的。此时，岩相的概念已经形成。
19 世纪 70 年代到 20 世纪初期，以地史学为主的研究已经扩展到世界各地，不同地区之间沉积环境不同、岩相类型各异，促进了人们对岩相横向变化的认识。格列斯利( A. Gressly，1838) 首先使用了相 ( facies) 这个术语。默里 ( J. Murray) 等 ( 1884) 对深海沉积物进行了描述和分类。瓦尔特提出了岩相类型在时空分布上存在内在联系的相对比定律，为岩相古地理学的发展奠定了基础。华莱士 ( A. R. Wallace，1875) 提出了动物地理分区概念。卡尔宾斯基 ( 1889) 编制了俄国欧洲部分不同时代的古地理图。
在 19 世纪末至 20 世纪 20 年代期间，国外学者对沉积岩开展了大量工作，积累了丰富的资料，出版了一批沉积岩石学专著。例如美国的默里和 A. F. 勒纳尔 ( A. F. Renard)合著的 《深海沉积物》( 1881) ，哈奇 ( P. H. Hatch) 和拉斯泰尔 ( R. H. Rastall) 合著的《沉积岩石学》( 1913) ，米尔纳 ( H. B. Milner) 的 《沉积岩石学引论》( 1922) ，美国的特温霍费尔 ( W. H. Twenhorel) 主编的 《沉积作用论文集》 ( 1926) ，法国卡耶 ( LucienCayeux) 主编的 《法国沉积岩》 第一卷 ( 1929) ，即硅质岩部分。这些专著的问世表明，沉积岩石学和沉积古地理学日趋成熟和专业化，遂从地史学中分出成为一门独立的学科。“沉积学”术语最早由特罗布里奇 ( 1925) 提出。沃德尔 1932 年提出 “沉积学”是研究沉积物的学科。
20 世纪 30 ～ 50 年代沉积学继续得到了发展，更多的沉积岩石学专著相继出版。如特温霍费尔的 《沉积岩石学原理》( 1939) ，佩蒂庄约翰的 《沉积岩石学》( 1949) ，纳利夫金的 《相论》( 1932) ，普斯托瓦洛夫的 《沉积岩石学》( 1940) ，什韦佐夫的 《沉积岩石学》( 1932) 等。此外，美国的克里宁、巴格诺尔德、斯特拉霍夫等也做了大量的工作，并出版有专著。这些著作内容不仅对沉积岩本身的研究有大大深化，标志着岩相古地理学已进入成熟的成长期，而且也开始了沉积作用和沉积过程的分析。因此，沉积学的形成与发展为岩相古地理学带来了新的生机，沉积学成为古地理分析的主要理论与方法。
( 3) 丰富发展阶段
岩相古地理学的丰富发展阶段主要从 20 世纪 50 年代至今。在经历了第一次世界大战( 1914 ～ 1918) 和第二次世界大战 ( 1939 ～ 1945) 后，世界各国在 20 世纪 50 年代尚处于恢复时期，60 年代随着人类整体科学技术水平的提高，各国对矿产资源的需求日益增加，促进了地球科学的繁荣，新技术方法和边缘学科的不断出现，将地球科学研究推上了新的阶段。60 年代末板块构造学说 ( Plate Tectonics) 的诞生，带动了众多学科相互结合、渗透。岩相古地理学也是在 20 世纪 50 年代以后得到迅速发展的，尤其是近十几年来，由于现代沉积研究的广泛开展，比较沉积学的兴起，相关学科新技术、新方法的应用，相关科学领域新成就的引进和渗透，以及模拟实验的大量工作，促使岩相古地理学得到了全面迅速的发展，成为地质学中非常活跃且发展很快的学科之一。
沉积学的发展带动了古地理学的发展，沉积学的若干理论成为古地理学的主要支撑理论。如国际沉积学会会议在 1967 ～1982 年期间相继召开了第七次至第十一次会议，苏联也于 1968 ～1979 年期间召开了第八届至第十一届全苏沉积岩石学会议。国际性和地区性的沉积学专业刊物和总结性专著也大量出版。最早出版的刊物是美国经济古生物和矿物学家学会 ( SEPM) 的 《沉积岩石学杂志》 ( 1931 年创刊) ，其后有国际沉积学会刊物 《沉积学》( 1962 年创刊) ， 《沉积地质学》 ( 1967 年创刊) ，苏联的 《沉积岩石学和沉积矿产》( 1963 创刊) ，《美国石油地质学家协会会志》，加拿大的 《海洋沉积》，英国的 《黏土和黏土矿物》和 《黏土矿物》，日本的 《黏土科学》，中国的 《岩相古地理》 ( 1981 年创刊) ，《沉积学报》 ( 1983 年创刊) 和 《古地理学报》 ( 1999 年创刊) 等。有关沉积学的专著更是层出不穷、不胜枚举，仅荷兰埃尔塞维尔出版公司出版发行的 《沉积学进展》丛书就已达 35 卷之多。
20 世纪 50 年代末至 60 年代初，由于引入了泥沙运动力学的理论，碳酸盐岩机械沉积的观点得到公认，使沉积学的理论进一步发展。1963 年 P. E. Potler 和 F. J. Pettiiohn 在“Paleocurrents and Basin Analysis” 一 书 中 首 先 提 出 了 盆 地 分 析 的 术 语 和 概 念。C. E. B. Conybeare ( 1979) 出版了 “Lithostratigraphic Analysis of Sedimentary Basin”。板块学说的崛起使古地理研究不得不考虑移动的大陆和陆块对沉积作用的影响，特别是古地理的再建。盆地充填作用中的构造因素、沉积动力学、成岩成矿理论、碳酸盐沉积和重力流的理论都成为科学的沉积学的理论支柱。
板块构造研究对沉积作用及古地理演化方面的研究有着深刻的影响，因此，出现了沉积地质学和盆地分析等新兴分支学科。20 世纪 80 ～ 90 年代，地震地层学与沉积学的交叉，出现了影响巨大的层序地层学。许多国际组织和国家都组织实施了有关沉积盆地的研究课题，沉积盆地的构造学、地层学、沉积学、沉降史、充填史、热史及其与油气等资源关系的研究都取得了显著进展，出版了一系列专著，代表性的专著有 A. D. Miall ( 1984，1990，2000) 所著的 “Principle of Sedimentary Basin Analysis”，P. A. Allen 和 J. R. Allen( 1990) 的 “Basin Analysis: Principle and Applications”，Gerhard Einsele ( 1992，2000)的 “Sedimentary Basin”等。
这个阶段，许多国家也都非常重视沉积古地理图的编制工作，如编制全国或地区性的沉积古地理图。1986 年提出的全球沉积地质计划 ( GSGP) ，也把编制沉积古地理图列入研究计划之中。在中国，由中国石油化工集团公司组织的新一轮全国岩相古地理研究与编图工作已全面展开，也推动了岩相古地理学科的发展。
0. 1. 3 岩相古地理研究的主要成就
( 1) 沉积作用机理的研究
20 世纪 50 年代初在地质学中极为重要的浊流沉积的发现，以及 60 年代中期等深流沉积和近年来风暴岩沉积的提出，不仅丰富了海洋沉积的知识，而且改变和充实了对沉积物流体的认识，表明自然界存在有牵引流和重力流两大类沉积物流体。大量水槽实验的资料和流体力学基本原理的引进，使得人们对沉积物流体的力学性质和机械作用机理获得了很好的运动学和动力学的解释，从而使各类沉积构造得到了很好的成因解释。大量卤水和稀释溶液的实验研究，以及热力学和化学动力学新成果的引进，使得人们对化学和生物化学沉积作用机理的了解日益深入。尤其是低温低压下的沉积矿物与沉积水体之间的热力学平衡的研究，成岩过程中矿物的转化和自生矿物的形成条件及形成机理的研究，孔隙溶液迁移机理及其对孔隙度 － 渗透率的控制作用的研究，都有不少可喜的进展。
( 2) 出现了一系列新技术和新方法
沉积模式的应用对沉积体加强了时间和空间分布和变化规律的研究。此外，在环境分析标志的研究方面，不仅传统方法日趋完善 ( 如粒度分析) ，而且新方法不断出现 ( 如地球化学方法) 。更值得注意的是，地球物理资料 ( 如各种测井资料、地震资料) 直接用来解释沉积环境将是很有前途的研究领域。
( 3) 对沉积盆地或大区域进行综合性的研究
大地构造对沉积盆地及沉积作用控制的研究，建立和完善了沉积盆地分类，这些是宏观沉积学和沉积地质学研究的任务，近十年来这方面已做了不少工作，但仍是今后研究的重要课题。
( 4) 成矿理论研究的不断深入和新型沉积矿床的发现
对各种火山沉积类型矿床、红海的热卤水、现代含铜沼泽、浊积岩中的石油、黑色页岩中的多金属矿床等的研究发现，经典的岩浆期后热液成矿理论业已证明并不全面，因而出现了很多新的成矿学说，如矿源层论、固结水成矿说、热水沉积学、侧分泌说及卤水成矿说等。
( 5) 数理统计和计算机技术的应用
数理统计和计算机技术在沉积古地理学中的应用开始于 20 世纪 30 年代，但长期以来只是些零星研究。从 60 年代开始，电子计算机和控制方法在地质学中得到广泛应用，这才有效地利用数学分析方法来解决沉积学中的各种复杂问题。如今各种数学分析方法已在沉积学中广泛应用，数据的电子计算机处理 ( EDP) 的普遍使用将是现代沉积学研究的重要标志。
0. 1. 4 中国岩相古地理学的发展
1949 年前，中国的沉积学和岩相古地理学研究工作寥寥无几。新中国成立后，尤其是近 30 年来得到了迅速发展。随着地质勘探工作的大规模开展，地质工作者不仅为祖国找到了大批矿产基地，而且结合沉积矿产的研究，在石油、天然气、煤、锰矿、磷矿、盐矿、沉积铜矿等方面系统总结了成岩和成矿理论。在沉积矿物、沉积环境、沉积模式、古地理、沉积建造、沉积地球化学和现代沉积等方面也都获得了很大进展。
新中国成立后陆续出版了一批岩相古地理学方面的专著、图集和教材。刘鸿允出版了我国第一部古地理图 《中国古地理图》 ( 1955) ; 王鸿祯编著了我国第一本与古地理学相关的高等学校教材 《地史学教程》( 1956) ，并领导了中国第二代岩相古理图 《中国古地理图集》( 1985) 和 《中国层序地层研究》 ( 2000) 等研究总结工作; 刘宝珺、曾允孚等编著了 《沉积岩石学》( 1980) 、《岩相古地理基础和工作方法》( 1985) 、《中国南方岩相古地理图集 ( 震旦纪—三叠纪) 》( 1994) ; 曾允孚、夏文杰编著了 《沉积岩石学》( 1986) ; 余素玉、何镜宇编著了 《沉积岩石学》 ( 1989) 和 《化石碳酸盐岩》 ( 1982) ;孙永传、李蕙生编著了 《碎屑岩沉积相和沉积环境》 ( 1986) ; 何镜宇、孟祥化编著了《沉积岩和沉积相模式及建造》( 1987) ; 贾振远、李之琪编著了 《碳酸盐岩沉积相和沉积环境》( 1989) 等等。20 世纪 90 年代以来出版的有关著作和教材主要有: 孟祥化等编著了 《沉积盆地与建造层序》( 1993) 和 《内源盆地沉积研究》 ( 1993) ; 冯增昭等编著了《中国沉积学》 ( 1994) 、 《沉积岩石学》 ( 1993) 、 《碳酸盐岩岩相古地理学》 ( 1989) 、《华北地台早古生代岩相古地理》 ( 1990) 、 《西北地区寒武纪和奥陶纪岩相古地理》( 2000) 、《中国南方寒武纪和奥陶纪岩相古地理》 ( 2001) ; 邓宏文等编著了 《沉积地球化学与环境分析》( 1993) ; 梅志超编著了 《沉积相与古地理重建》 ( 1994) ; 王良忱、张金亮编著了 《沉积相和沉积环境》( 1996) ; 赵澄林编著了 《沉积学原理》( 2001) ; 陆克政等编著了 《含油气沉积盆地分析》 ( 2001) ; 于兴河编著了 《碎屑岩系油气储层沉积学》( 2002，2008 第二版) ; 姜在兴编著了 《沉积学》( 2003) 。这些成果不仅在教学和指导找矿工作中取得了有益的效果，而且也丰富了沉积学和岩相古地理学的理论研究内容。
近 20 年来，我国的沉积学与岩相古地理研究以及编图工作取得了巨大进展。古地理编图工作是与沉积学和大地构造学的理论同步发展的。20 世纪 70 年代以前的岩相古地理图，主要是概略性的以岩石组合和生物类型为依据而编制的。70 年代以来，在现代沉积学理论的指导下，以沉积相、沉积体系分析为基础，编图精度从概略比例尺扩大到中、大比例尺。近年来，由于板块构造学说的发展，许多科学家提出编制第三代岩相古地理图，即恢复不同地区和不同时期的古地理位置，把大陆变形和古板块的位移表示出来，这样的图件一般都是大范围概略性或小比例尺图件，但是，编制这样的图件难度较大。
总之，岩相古地理学在融入盆地分析与层序地层学新的思路与方法后，已发展成为一门综合性学科，在地球科学进入学科综合、学科交叉等迅速发展的今天，其重点和前沿领域正在发生转移，研究范围进一步扩展，并围绕资源、环境、灾害和全球变化等 4 个主题展开，这就使沉积学、岩相古地理学在深度和广度上远远超过了现有的学科知识体系，定量沉积学的研究是未来的研究热点和难点，因此沉积学及岩相古地理学的发展潜力还很大，在沉积矿产和能源资源越来越紧缺的 21 世纪，沉积学及岩相古地理学也必将在沉积矿产和能源勘探开发方面发挥越来越重要的作用。
⑧ 岩相古地理学的沉积学的分支
为了突出沉积环境中的古地理条件和沉积物特征中的岩性特征，通常把“岩专相”属和“古地理”这两个术语联系在一起,以表示沉积相中最本质的内容，叫“岩相古地理”。
岩相古地理学是恢复古沉积环境，研究沉积相的学科，它涉及到构造地质学、地层学、地球化学、地球物理学、古生物学、水动力学及地貌学等方面。所以，如何运用上述各学科的研究成果，并通过综合分析，划分沉积相和进行岩相古地理研究，是一项很艰巨的工作。应用钻孔资料进行相分析，有时就更困难。就是取心井，由于岩心体积小，各种沉积标志不如露头上看得清楚，如欲恢复岩体形态、接触关系、纵横向变化，就需要在积累较多钻孔及其它录井资料之后，才能作出较为可靠的结论。有些层段从勘探到开发经过多年分析研究，其相类型还难以定论。与露头资料比较，钻孔资料更来之不易，除仔细观察描述外，分析化验更要加强，以尽快取得各项第一性资料，作为相分析的基础。地震和测井资料中蕴含着沉积相，砂体形态等大量的有效信息，20世纪七十年代以来兴起的地震地层学和测井沉积学已广泛应用于油区沉积相研究中。
⑨ 空气搬运能力低于流水的原因
空气搬运能力低于流水的根本原因在于空气密度大大低于流水。一颗石英相当于同体积水重量的2.65倍，却相当于同体积空气重量的2000倍。若要移动同一石英颗粒，风速要比水速大得多才行。当同一碎屑在两种介质中进行搬运时，起动碎屑所需推移力必须相等，据推移力公式可得：
沉积学及古地理学教程（第二版）
沉积学及古地理学教程（第二版）
上式左方代表空气的推移力，右方为水的推移力。CDa和CDw是大致相同的，因为CD是边界雷诺数的函数，它取决于雷诺数和颗粒形状，当边界雷诺数的变化范围在10-2到10-5时，CD的变化亦很小，故上式可写成：
沉积学及古地理学教程（第二版）
沉积学及古地理学教程（第二版）
可见当风速为水速的28.3倍时，才能得到相同的推移力，即在同一速度下风所能移动的颗粒比水所能移动的颗粒小得多。一般的风主要搬运砂级颗粒，只有狂风时才能移动砾石。据巴格诺尔德（Bagnold，1941）的研究，沙漠砂的粒径一般在0.15～0.3mm之间，没有小于0.08mm的颗粒（因为它们都作为尘埃被带走）。由于风速受地形和地物影响大，加之其密度小，因此风能搬运的粒度范围较小，风速一旦减小，则相应地有粒径比较一致的碎屑颗粒沉积下来，所以风成沉积物的分选性一般比流水为好。
⑩ 沉积学发展的回顾
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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