沉积学及古地理学在中国的发展

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。

中国古代学者很早就对自然地理环境的变迁有所认识。东晋葛洪在《神仙传》中写道:“东海三为桑田”。唐颜真卿﹑宋沈括等都以山顶﹑山崖中所见的螺蚌壳为证据﹐阐述了海陆变迁的观念。科学古地理学的产生和发展﹐是与地质学和自然地理学的发展过程一致的。17世纪﹐欧洲一些学者根据岩层中的化石﹐对古地理环境作了一些推测﹐并试图对环境演变的原因作出解释。18世纪后期﹐英国J.赫顿在《地球的理论》一书中提出了均变论的思想。其後﹐英国C.赖尔在《地质学原理》中﹐发展为均变论学说﹐成为古地理学的研究原则﹔赖尔在重建欧洲第三纪古地理环境方面作出了杰出的贡献﹐并探索自然环境演变的原因。19世纪上半叶﹐冰期学说得到承认之后，人们对第四纪古地理的演变有了比较深刻的认识﹐自然地理学范畴的古地理研究得到了比较全面的发展。德国彭克，A.和E.布吕克纳对阿尔卑斯山冰川沉积的研究和对第四纪冰期的划分(1909)；奥地利A.L.韦格纳汇集大量古地理材料提出大陆漂移学说(1912)；南斯拉夫M.米兰科维奇提出对冰期-间冰期变化天文成因的理论(1920)等，对古地理学研究都有深远影响。20世纪50年代以来，古地磁测量、放射性同位素测定﹑氧同位素分析﹑深海岩心的采样和分析等新技术﹑新手段的采用﹐美国H.H.赫斯﹑R.S.迪茨在1960～1962年间提出的海底扩张说﹐以及美国W.J.摩根﹑D.P.麦肯齐﹑R.L.帕克和法国X.勒皮雄于1967～1968年提出的板块构造说﹐都使古地理学以全新的面貌出现。1968～1983年完成的深海钻探计划等成果﹐已能勾画出近2亿年以来古海洋演变的基本轮廓。多方面的研究成果表明﹕自垩纪以来气候有变冷的趋势。深海岩心的氧同位素(18O/16O)测定指出﹕90万年以来可划分出23个18O阶段和10个完整的冰川周期。G.J.库克拉对中欧黄土的研究表明﹐黄土层序中的古气候旋回与海洋18O的23个阶段有对应关系﹔中国学者刘东生等对陕西洛川剖面的研究也得到了相同的结论。

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，尤其近一二十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、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、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）。

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）。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，许多科学家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。

---

沉积学及古地理学在中国的发展视频