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沈積相的概念和分類

2024-02-03科學

人們很早就認識到沈積物的特征與沈積環境有著密切的關系。一定的沈積環境形成具一定巖性特征和古生物特征的沈積物或沈積巖。沈積相(sedimenlaryfacies)的概念就是為了反映沈積物和沈積環境的關系而提出來的。

「相」這個術語在沈積巖石學中已經采用了100多年,但學者們對這一術語的理解仍很不一致。目前較多的人趨向於把「相」理解為沈積環境的物質表現。也就是說一定的沈積環境均具有其相應的沈積相,各種相的特點則表現在該環境形成的沈積物的特征上。因此根據這些沈積物的特點或沈積巖的特征和古生物的特征,可以恢復古代的沈積環境,這就是通常所說的相分析。

沈積相的分析是沈積巖石學的主要任務之一,這一任務的實作,有助於我們尋找沈積礦地下水資源和解決某些工程地質問題。

沈積相分析的基礎是現實主義原理和比較巖石學的方法,即「將今論古」的方法。也就是根據現代各種環境所形成的沈積物的特征與古代沈積巖的特征進行對比,以推斷古代的

沈積環境。近年來,在這些方面均已取得巨大的進展。近代相分析的方法可以分為兩類:一種是透過相標誌恢復環境條件,然後根據多種環境條件綜合確定環境類別;另一種方法是透過巖石類別或原生構造的序列關系來恢復環境,這種方法通常也叫做相模式分析法。

所謂相標誌即是沈積巖中具有成因意義的特征,主要是以下幾個方面:

◎巖性特征:包括沈積巖的礦物成分、化學成分(包括微量元素和同位素)、結構和構造特征。

◎古生物特征:包括古生物的種類及數量、古生態,以及古生物活動的遺跡,如蟲孔蟲跡等。

◎地球化學特征:包括某些能指示環境條件的微量元案、稀土元素和穩定同位案等上述特征中,有些具有明顯的指示環境的意義,如海生動物化石以及海綠石等特征礦物的存在,可以說明為海相環境;但有些特征往往只能說明環境的某一方面的特點,即沈積環境的某些條件,如介質的酸堿度、水動力性質及強度、水的含鹽度、溫度等。例如,碎屑物質的粒度和形態、層理的特征等,一般只能說明搬運介質的性質、動力的強弱等,而不能單獨地直接地決定其沈積環境的類別。因此,在相分析中,應對所有的相標誌進行全面的觀察和綜合分析,才能較可靠地確定沈積環境的類別。故利用相標誌進行相分析時,除了對沈積巖作詳細的野外研究外,一般還要進行較多的室內的鑒定分析工作。

第二種方法是建立在三維空間的相序關系上,它著重從空間聯系和歷史演化的角度去恢復沈積環境。這種方法的理論基礎是華瑟相律。華瑟(Walther,1893,1894)曾經指出,相的縱向相序即只有在橫向上相依的相,才能在縱向上互相重疊而沒有沈積間斷,這就是沈積學中常說的相連續性原理即華瑟相律。

此後,Visher(1965)等研究了現代沈積物和古代沈積巖的層序,發現不同環境的沈積物具有其特定的縱向序列。例如,河流沈積物具有一套粒度向上變細的序列,而向前推進的三角洲沈積,則具有一套粒度向上變粗的序列。一定環境的沈積物所具有的特定的垂向序列,乃是該環境的沈積作用演化過程的結果,因為任何一個較大的環境類別,都是由一些具有獨特沈積特征的某一級的局部環境組成的。例如,河流環境是由河道、點沙壩、天然堤牛軛湖、後沼澤等次級環境組成的,各個次級環境的沈積又都有其各自不同的特點。在地質發展過程中,由於河床的側向遷移,這些次級環境就會互相更替,而環境演化的最終產物--沈積相,也就必然會呈規律性地在垂向上依次重疊,造成有規律的沈積序列這種序列反映該環境沈積作用的機制,通常稱之為沈積相模式。相模式是從現代和古代沈積的大量例項以及模擬實驗的基礎上建立起來的,具有普遍意義的沈積相的空間組合形式。

相模式可以作為標準,幫助我們去對照和分析實際資料,確定沈積環境類別,同時還可以幫助我們對新工作區的工作進行指導和預測。大量的實踐已經證明,用相模式的方法去恢復環境比單純依靠某些相標誌去確定環境類別更簡捷、更有效。但是由於對沈積相模式研究的時間不長,對有些環境的研究程度還不夠,因此未能建立起其相應的沈積相模式。所以目前在沈積相分析中,除了運用沈積相模式進行分析對比外,還必須同時研究各種沈積相標誌,才能更有效地確定各種沈積環境。