沉积学发展回顾

(中国科学院地质与地球物理研究所)

潘云堂

(中国科学院研究生院)

世界沉积学述评

沉积地质学从1800开始，以标准化石为划分标准的生物地层学在地层划分上非常成功，所以地层古生物学在很长一段时间内主导了沉积地质学的研究，直到20世纪[1]。

然而，实际上沉积地质学的主要进展出现在19世纪后期。1893年至1894年，J. Walther发表了三卷本巨著《现代成岩作用》，详细阐述了岩相对比规律和比较岩石学方法。早些时候，英国的H. C. Sarby和G. Darwin以及美国的G. K. Gilbert通过流水和波浪，甚至使用不同密度和粘度的流体，进行了泥沙输运的定量实验。

米德尔顿认为，沉积地质学家长期以来成功有效地利用标准化石划分地层，因此忽视了沉积地质学其他分支的研究。R. H .多特。Jr认为除了上述观点，由于定性和描述性的研究观点几乎主导了沉积学领域，即很多问题可以通过定性的生物地层学和地质图来解决，所以人们很少研究定量的东西。

事实上，从18年底到19年初，冯·特霍夫就对化学沉积进行了高级实验。但直到几十年后，沉积学家才开始重视物理化学原理在沉积学中的应用。

沉积地质学的起源来自多方面，如地层学来自化石形态学的研究；沉积物成分和结构的研究起源于岩石学；沉积环境的研究起源于地貌学和海洋学；沉积过程的分析来源于物理学(即流体运动学)和化学。

1900左右，沉积岩石学开始形成，随后是粒度分析，但直到20世纪20年代，沉积学才成为一门独立的学科。正如米德尔顿在1978中指出的那样，正是由美国研究理事会资助的W. H. Twenhofel主编的《沉积学文集》和1926年成立的经济古生物学家和经济矿物学家协会最清楚地标志着沉积地质学已经成为一门特殊的学科。

1933年，瓦德尔提出了沉积学的概念，《沉积岩石学杂志》创刊。然而，沉积学研究的专业化在欧洲出现较晚，国际沉积学家协会(IAS)于65438-0946年在欧洲成立。沉积学成立于1962，同时成立了英国沉积学研究专业组。此后，沉积学的研究在世界范围内迅速发展[1]。

二战后，沉积学研究有了一些重大进展:什维索夫-柯林宁提出了原生构造控制碎屑沉积物的理论，佩蒂约翰的《沉积岩石学》发表于1949；出版了两本经典教材《海洋地质学》，作者是Shepard和Kuenen，时间是1950；1950年，Kuenen-Migliorini发表了一篇关于浊流沉积的论文。斯洛斯在1948中提出了不整合边界层序的概念。70年代，层序地层学最终导致了地震地层学和“韦尔曲线”的出现以及水槽实验的激增。这些都表明瓦尔特所预言的比较研究方法已经付诸实践。

20世纪60年代，出现了地震地层学和沉积过程研究，颗粒研究重新活跃起来。随着古生态学的发展，特别是以遗迹化石为补充的古环境分析，20世纪60年代沉积地质学的黄金时代随着深海钻探计划和板块构造理论的出现而达到顶峰。

第二，中国沉积学评论。

在中国，早期的研究主要包括岩石学领域的沉积岩石学。在这三类岩石中，与岩浆岩石学和变质岩石学相比，由于其理论和方法的不完善，不太受到地质学家的重视。很少有人从事沉积岩石学[2]。

20世纪50年代以前，我国沉积岩石学研究十分薄弱，只研究了少量的沉积岩(物)和沉积矿床，如砂金、膏盐、煤和耐火材料的调查和描述，铁、铝、磷矿床的古地理分布。

当时野外露头基本上都有描述，规律性的探索主要是基于地层学的原理，尤其是古地理的解释，基本都是地层古地理或者古生物古地理。

按照刘宝军院士的划分，中国沉积学的发展可以分为四个阶段[2]:

(一)50年代的奠基阶段

20世纪50年代，随着国家经济建设的需要，石油、天然气、煤炭等能源资源和铁、锰、铝、磷等固体矿产的地质勘探迅速发展，也开展了大量相关的沉积学研究。

但并不是从20世纪50年代开始的。其实，早在谢先生发表的甘肃玉门石油初步成果报告，就是中国地质学家在该地区最早的石油勘探活动，具有重大的历史意义。

20世纪50年代初，地质部成立了六个直属队，其中两个是煤炭勘探队和铁矿勘探队。此外，在全国普查中，对沉积岩的研究要求也进行了规范。

古地理的研究不仅以地层学为基础，而且以沉积岩石学和沉积学的进展为基础，沉积岩石学的许多资料也作为编制古地理图的重要依据。如刘鸿运先生编著的《中国古地理图》出版于1955年，该图以沉积岩石学为基础，是第一部以地层学为主的完整的古地理图集。

20世纪50年代，中国全面学习苏联。在沉积学和沉积岩石学领域，学校教材和实用参考书都取自苏联学者的著作[3 ~ 12]。但如岩石成分等值线图【13】也借鉴了欧美观点和方法。

(二)50年代末60年代初的总结和提高阶段。

从20世纪50年代末开始，为了更好地从成因上解释古环境，相关地质学家开始研究岩相沉积岩石学和环境成因标志，对粒度、层理、矿物成分和古生物的环境意义有了进一步的认识。

许多单位，特别是石油地质部门，根据这些标志开展了广泛的岩相古地理研究。在此期间，岩相旋回分析方法被广泛应用于含煤岩系沉积条件的分析和含煤地层的对比。在淡水湖沉积物和红层的岩相分析方面已有一些好的成果，并已注意到与古生态学合作研究海洋沉积物[2]。在固体矿物方面，叶连军[14]对中国磷块岩特征及形成条件的分析影响较大。

从50年代末到60年代中期，我国沉积岩石学发展迅速，在实际工作中积累了大量的资料，可以在某些方面作出规律性的总结，提高认识。

20世纪60年代，叶等人发表了《震旦系藻碳酸盐岩沉积》[15]。出版了戴主编的《沉积岩石学》1962，曾云福、刘宝军主编的《沉积相与古地理教程》，刘宝军主编的《沉积岩研究方法》。虽然学科本身已经逐渐发展出成熟有效的方法，沉积学也受到了极大的重视，但在理论上，并没有建立起一个具有科学逻辑、以一定的实验数据和理论推理为基础的完整的理论体系，仍然以直观观察和感性推理作为其认识论和地球观[2]。

(3)20世纪70年代沉积学的科学发展阶段。

20世纪60年代，国外沉积学有几个重大突破。沉积学家引入了沉积物运动力学的理论和方法，解释了沉积构造(层理和波痕)的形成和水动力状态，在红层冲积物研究方面取得了重要突破。此外，浊流理论出现于20世纪50年代初，人们认识到除牵引流之外的另一种主要沉积类型——非牛顿流体沉积。20世纪60年代研究石油储层性质的需要促进了沉积成岩作用的研究，引入了物理化学的原理和方法。从50年代末到60年代初，关于石灰岩成因分类和碳酸盐岩机械沉积的观点得到认可。六七十年代板块理论的兴起也对沉积学和岩相古地理学产生了很大的影响，沉积学家不得不认真考虑移动的大陆和板块对沉积的影响。所有这些科学成就意味着建立沉积学理论本身的条件已经基本成熟，沉积动力学、成岩成矿、碳酸盐岩沉积、重力流等理论都可以成为沉积学的理论支柱[2]。

但由于“文革”的影响，刚刚开始与国际接轨的中国沉积学研究被打断，使沉积学在中国的发展推迟了好几年。

从1971开始，沉积岩的研究逐渐恢复。油田地质学家与大学教师合作，对中国东部的含油盆地进行了系统而深入的研究。在此期间，中国学者做了大量有意义的工作，例如，叶德生[1983]等对中国西南地区晚古生代沉积岩相古地理的研究工作；冯增昭的《华北岩相古地理研究》[18] [19]及其碳酸盐沉积环境和岩相古地理研究[20]；1984关世聪[21]中国海陆过渡海域沉积相与油气；吴崇云《中国东部含油气盆地湖相和三角洲相的总结:何景玉、孟祥华等[22]关于渤海湾黄骅盆地沉积相和手指矿物的研究；同济大学的颜钦尚和向宋丽[23] [24]对长江口和现代海岸以及一些第三纪(古近纪)盆地做了大量工作；曾运福[25]关于中国西南地区古生代和中生代碳酸盐岩相和生物礁的研究；刘宝军对云南红层冲积相与金属矿床的岩相控制研究。叶连军和孙舒[26] [27]参与了从震旦纪到现代各种岩相和一些重要沉积矿物形成条件的研究。20世纪60年代，沉积盐矿床研究作为国家重点开展。云南省地矿局发现中国第一个钾矿，袁建奇最早提出钾的形成学说[28] [29]。

(四)80后走出去阶段。

1979成立中国矿物岩石地球化学学会沉积学(分会)，中国地质学会成立沉积地质学专业委员会，地质矿产部成立全国岩相古地理研究与填图协作组。1982年，中国首次组团参加在加拿大举行的11沉积学国际会议，展示了中国的研究成果。会上，叶连俊当选为国际沉积学家协会理事。此后，我国又有叶、孙澍、刘宝军、李等多位理事和委员，先后在国际沉积学家协会、国际地球科学联合会沉积委员会和全球沉积地质委员会任职，标志着我国沉积学研究与国际接轨，参与了这一国际学术领域的重要发展和决策事项。《沉积学杂志》创刊于1982，《岩相古地理学》创刊于1981，对我国沉积学和岩相古地理学的发展起到了积极的推动作用。自20世纪80年代以来，每四年举行一次的全国沉积学和岩相古地理会议团结了全国各地的沉积学家。每次会议都有300到400名代表，得到了全国各地地质学家的支持。中国还在北京和成都举办过国际沉积学会议的区域性国际会议，即沉积矿物国际会议和沉积学数据库国际研讨会，也有很好的影响[2]。

20世纪70年代末以来，层序地层学和事件地质学的出现、新层序地层学的兴起以及板块运动对沉积和古地理演化的深刻影响，极大地推动了沉积学和岩相古地理的研究。王宏镇等人于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作。1994年刘宝军、许主编的《中国南方岩相古地理图集》(震旦纪-三叠纪)和1985年出版的刘宝军、曾运福主编的《岩相古地理基础与工作方法》[32]都是有影响的著作。

从20世纪80年代到90年代，中国沉积学有了突飞猛进的发展，建立了完善系统的理论，在理论和方法上都与国际接轨。许多成果分布在沉积学的各个研究领域，其中大部分是当代学科的热点和前沿问题。而且成果与实践相结合，解决了许多重大资源问题，研究成果体现中国特色，出现了大量高水平的专著和论文，研究队伍日趋成熟。中国沉积学以前所未有的速度发展。

当今，地质科学的发展，石油、天然气和矿产资源的勘探和开发，以及水资源的开发，都对沉积学提出了许多科学问题。例如，孙舒先生[33]提出，在陆相沉积、碳酸盐沉积、沿海和浅海的硅质碎屑沉积、深海沉积等方面还有许多有意义的工作要做。沉积盆地与层序地层学、古气候与沉积、前寒武纪沉积、人类生存环境沉积学、区域沉积学和全球沉积学等。，所有维持生命和人类活动的地球表面环境问题正在成为沉积学研究的重要组成部分。

首先感谢我的导师，中国科学院地质与地球物理研究所朱景泉研究员，在中国科学院研究生院给我们讲授“古生态学”和“地质科学史”课程的潘云堂教授，以及我的同学们的鼓励、支持、指导和帮助，使这篇论文得以完成。

参加考试，贡献力量

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