当今沉积学研究热点讨论——第20届国际沉积学大会评述

第20届国际沉积学大会于2018年8月13日-17日在加拿大魁北克城召开。来自51个国家、930余名专家学者参加了本次会议。基于本届大会论文专题设置情况,指出目前沉积学研究热点主要包含人类世沉积学、湖泊沉积环境、深水沉积过程、“源-汇”系统、微生物岩沉积学及沉积过程模拟等多个主要方面。当前人类活动对地貌影响、沉积物收支平衡影响不容忽视;湖泊沉积砂体研究不仅具有油气勘探价值,而且对古气候研究具有重要意义;沉积深水重力流的流态特征、沉积机理及实地监测等研究取得较大进展;“源-汇”系统研究思想在盆地构造演化、源区母岩性质及沉积物分散样式等方面具有更加实际的指导意义;微生物岩沉积学研究进展包括微生物矿化作用、成岩作用及其对于古地理重建的意义等方面;沉积物风化过程及其在不同环境下搬运及沉积过程是目前沉积学物理、数值模拟的主要内容。就近年来国际沉积学会议热点以及国际重点地质研究计划的实施情况来看,认为深时沉积记录、过程-产物研究方法、多学科交叉渗透是未来若干年内沉积学的发展方向。我国当今沉积学研究以应用沉积学为主,除了重视现代实验分析技术,还应加强野外基本地质研究方法和沉积过程机理研究。在沉积学快速发展的黄金时期,应抓住难得的机遇,不断将我国沉积学研究推向国际先进水平。     

二叠纪—三叠纪之交凝块石（微生物岩）的沉积成岩过程——以华南广西百色地区作登剖面为例

二叠纪末大灭绝之后,在我国华南地区广泛发育了一套钙质微生物岩,这套微生物岩以凝块石为主,代表了大灭绝事件后特殊环境下的生物沉积建造。早期对凝块石的分布以及沉积特征有详细研究。通过镜下显微观察,阴极发光照相,背散射成像以及探针元素分析,对凝块石的显微特征进行了详细研究。通过对凝块石中化石的分布,矿物组成以及元素分布规律观察,对比现代凝块石沉积成岩过程总结了二叠纪末凝块石的沉积成岩过程,即早期生长阶段,沉积阶段,早期成岩阶段和后期成岩阶段。清晰的凝块石的沉积成岩过程为解析该时期微生物沉积建造打下基础。     

微生物碳酸盐岩分类、沉积环境与沉积模式

针对现有微生物碳酸盐岩分类不够系统、岩石类型及组合的环境意义不明确、岩相古地理重建缺乏微生物碳酸盐岩沉积模式指导等科学问题,通过塔里木盆地、四川盆地和鄂尔多斯盆地2个元古宇剖面和3个显生宇剖面详细的岩类学和岩石组合序列研究,取得3项成果与认识:①建立了构造尺度和形态特征相结合的系统的微生物碳酸盐岩分类方案。②明确了微生物碳酸盐岩岩石类型及组合的环境意义。风暴浪基面之下远端以欠补偿黑色泥岩和硅质岩沉积为主,近端的下斜坡以具丘状结构的纹理石碳酸盐岩和灰泥丘建造为主;风暴浪基面和正常浪基面之间的上斜坡以小-中型泡沫状、团块状凝块石碳酸盐岩和小-中型柱状、锥状、穹窿状叠层石碳酸盐岩建造为主;正常浪基面与平均低潮线之间以大-中型波状叠层石碳酸盐岩建造为主;平均低潮线之上的潮坪环境以大-中型层(席)状微生物碳酸盐岩、丘状微生物碳酸盐岩建造为主。③建立了缓坡沉积体系和镶边沉积体系微生物碳酸盐岩沉积模式。这些认识对微生物碳酸盐岩岩相古地理重建和储层分布预测具重要的指导意义。     

塔里木盆地肖尔布拉克剖面肖尔布拉克组下段微生物碳酸盐岩沉积特征

塔里木盆地阿克苏地区肖尔布拉克剖面肖尔布拉克组下段除底部条带状泥晶白云岩外,主要为微生物碳酸盐岩沉积,但目前关于这套微生物岩的研究很少。通过详细的野外露头观察及室内镜下薄片鉴定,对研究剖面肖尔布拉克组下段的微生物碳酸盐岩类型进行了识别、分类,并重构了其沉积环境。结果显示:肖尔布拉克组下段共发育六种岩相类型,其中包括四种微生物碳酸盐岩类型:粗纹层状凝块岩,具窗孔凝块岩,厚层状凝块岩和块状凝块岩。粗纹层状凝块岩和具窗孔凝块岩主要分布于潮间带;厚层状凝块岩和块状凝块岩主要沉积于中深—浅水局限潮下带。不同的微生物岩类型发育于不同的位置,主要受控于海平面变化、古地理位置及微生物群落等因素。     

镁同位素示踪碳酸盐岩沉积—成岩过程

镁（Mg）作为主要的造岩元素及生物营养元素,是连接大陆、海洋和地球内部循环的重要纽带。碳酸盐岩作为Mg的主要储库,是全球Mg循环的重要组成环节,利用Mg同位素示踪碳酸盐岩沉积—成岩过程是有效反演深时海水Mg同位素组成（δ26Mg_海水）、恢复全球Mg循环的基本前提。近二十年来,Mg同位素在示踪碳酸盐岩沉积—成岩过程研究中取得了较大进展:1）不同类型碳酸盐矿物形成过程中的Mg同位素分馏及其影响因素的研究得到完善;2）建立了Mg同位素地球化学模型,对不同白云石化过程进行半定量—定量模拟;3）初步探索了利用Mg同位素反演早期成岩流体体系的方法。以上研究进展为利用碳酸盐岩恢复δ26Mg_海水奠定了理论基础,在选择有效的碳酸盐岩载体恢复δ26Mg_海水时,需充分考虑碳酸盐岩的沉积—成岩过程及其对Mg同位素组成的影响,并适当结合地球化学模型,消除沉积—成岩因素的影响,进而恢复δ26Mg_海水。     

硅质热泉沉积物的结构和微生物成矿成岩机制

热泉沉积物可以提供极端环境下的连续沉积,为认识地球早期生命环境,探索热泉微生物的矿化作用提供支持。现代热泉硅华由生物与非生物作用共同形成,主要沉积矿物为Opal-A,具有针状,柱状和簇丛状等沉积结构。岩石学研究为认识热泉微生物矿化作用奠定了良好基础。对热泉沉积成岩作用中Opal溶解—再沉积过程的认识,也对微生物矿化作用的研究提供了指导。目前,热泉沉积微生物矿化作用研究蓬勃发展,已明确生物矿化作用主要包括生物诱导矿化和生物控制矿化两个过程,但仍有大量生物矿化机制未被阐明。因此,对热泉沉积物形成和转化过程的研究有待进一步的加强。     

微生物席的特征和属性：微生物席沉积学的理论基础

微生物席是一个特别的微生物群落,构成了地球上形成最早、延续时间最长的生态系,这已经成为共识。但是,由于微生物席生物构成的复杂性、发育环境和产物的多样性,对微生物席的属性还存在不同的答案。不同的答案意味着不同的研究领域,因为对一个基本问题,即“究竟什么是微生物席”,要获取一个单一的答案几乎是不可能的。微生物席定义的多重性答案,最终就成为地球生物学框架下一个年轻的沉积学分支——“微生物席沉积学”的概念体系和理论基础。最为重要的是,要穿越成岩作用“过滤器”,去了解地质历史时期的微生物席建造物的生长机理和发育过程,还存在若干的困难,这些困难表现在几个重要的现象之中,如：(1)寒武纪叠层石中的底栖鲕粒;(2)中元古界灰岩层面上特别的MISS(微生物诱发的沉积构造);(3)中元古界叠层石白云岩序列中的凝块石。因此,基于微生物席的属性和特征所蕴含的微生物席的多样化定义,介绍微生物席沉积学的理论体系,对于深入理解这一年轻分支学科的现状和进一步发展具有特别重要的意义。     

微生物碳酸盐岩研究进展及存在的问题

通过对国内外有关微生物碳酸盐岩的成因、分类资料的广泛阅览和对比分析,发现以蓝藻菌、减硫酸盐细菌、产甲烷细菌为主的微生物在新陈代谢过程中能够改变水体的物理化学条件而促使Ca2 、Mg2 发生沉积,或是对外来碎屑进行捕捉和粘附,或是发生自身钙化,从而引导微生物碳酸盐岩的形成.依据形成机制和宏观构造将微生物碳酸盐岩划分为叠层石、凝块石、树形石和均一石,初步建立了微生物碳酸盐岩的分类体系,是碳酸盐沉积学中的重大进展.另外,应将同样具有特殊宏观构造和重大地质意义的核形石、纹理石与叠层石、凝块石、树形石和均一石并列,归为微生物碳酸盐岩.     

埃迪卡拉系微生物碳酸盐岩沉积特征及其地质意义:以川中磨溪8井区灯影组四段为例*

四川盆地高石梯—磨溪地区埃迪卡拉系灯影组广泛发育一套微生物碳酸盐岩。以磨溪8井区灯影组四段(灯四段)为例,通过精细解析高频向上变浅序列的岩石学特征,发现灯四段微生物云岩及序列建造具有如下特征: (1)向上变浅序列主要由凝块石云岩、叠层石云岩和(含微生物)泥晶云岩3类构成,伴以少量微生物粘结颗粒云岩;(2)完整的典型向上变浅序列自下而上由(含微生物)泥晶云岩(A段)、平直状叠层石云岩(B段)、小型丘状叠层石云岩(C段)、分散状凝块石云岩(D段)、格架状凝块石云岩(E段)、微生物粘结颗粒云岩(F段)等6个岩性单元构成,但大量的序列由A-C-E、A-C-D、B-D、B-C-D-E等不完整的岩性单元构成,且序列顶底皆以凝块石云岩/(含微生物)泥晶云岩、叠层石云岩/(含微生物)泥晶云岩等不平整的岩性突变面或暴露面区分;(3)埃迪卡拉系微生物碳酸盐岩发育于浪基面之上至平均海平面附近的相对高能区域,且凝块石云岩较叠层石云岩形成的环境能量高。该研究结果不仅揭示出较高能的浅水环境控制了规模性微生物岩分布这一规律,而且对区域储集层预测具有指导意义,同时也因建立了有别于现代微生物的环境分布模式而具有重要的沉积学意义。     

埃迪卡拉系微生物碳酸盐岩沉积特征及其地质意义:以川中磨溪8井区灯影组四段为例*

四川盆地高石梯—磨溪地区埃迪卡拉系灯影组广泛发育一套微生物碳酸盐岩。以磨溪8井区灯影组四段(灯四段)为例,通过精细解析高频向上变浅序列的岩石学特征,发现灯四段微生物云岩及序列建造具有如下特征: (1)向上变浅序列主要由凝块石云岩、叠层石云岩和(含微生物)泥晶云岩3类构成,伴以少量微生物粘结颗粒云岩;(2)完整的典型向上变浅序列自下而上由(含微生物)泥晶云岩(A段)、平直状叠层石云岩(B段)、小型丘状叠层石云岩(C段)、分散状凝块石云岩(D段)、格架状凝块石云岩(E段)、微生物粘结颗粒云岩(F段)等6个岩性单元构成,但大量的序列由A-C-E、A-C-D、B-D、B-C-D-E等不完整的岩性单元构成,且序列顶底皆以凝块石云岩/(含微生物)泥晶云岩、叠层石云岩/(含微生物)泥晶云岩等不平整的岩性突变面或暴露面区分;(3)埃迪卡拉系微生物碳酸盐岩发育于浪基面之上至平均海平面附近的相对高能区域,且凝块石云岩较叠层石云岩形成的环境能量高。该研究结果不仅揭示出较高能的浅水环境控制了规模性微生物岩分布这一规律,而且对区域储集层预测具有指导意义,同时也因建立了有别于现代微生物的环境分布模式而具有重要的沉积学意义。     

中国沉积学若干领域的回顾与展望--庆祝《沉积学报》创刊二十周年

主要选取沉积环境与沉积体系、碳酸盐岩、碎屑岩成岩作用、层序地层学、沉积盆地分析与模拟、中国海海底沉积作用、油气储层沉积学、矿床沉积学等若干领域 ,对我国沉积学作一简要回顾与展望 ,并借此庆祝《沉积学报》创刊二十周年。     

当代沉积学研究的新进展与发展趋势——来自第三十一届国际地质大会的信息

本文为笔者根据第三十一届国际地质大会的200余篇与沉积学相关的论文摘要综合编写而成。评述了当代沉积学研究的最新进展与发展主要，主要包括:碎屑岩、碳酸盐岩及混合沉积的环境变化及其演变；沉积盆地分析与大地构造沉积学；层序地层学；冰川事件沉积学；全球变化沉积学；环境沉积学；资源沉积学；生物礁及白云岩成因；碳酸盐成岩作用等。重点阐述了现代沉积学研究应向多学科交叉渗透、多种高新技术的引用和多领域应用的方向发展。未来沉积学研究以人类的生存与发展所依托的环境、气候和资源为服务对象，才会有更加旺盛的生命力和美好的未来。     

南海北部大陆架现代礁源碳酸盐与陆源碎屑的混合沉积作用

在南海北部大陆架陆源碎屑沉积占优势的背景上，在珊瑚岸礁和堡礁周围，广泛发育着礁源碳酸盐和陆源碎屑组成的混合沉积。它们以砂屑、砂砾屑结构为主并含有生物格架结构。混合沉积的形成条件是具备碳酸盐和硅质碎屑两类物源，活跃的水动力，干湿交替的气候，此外，海平面的相对波动，也会造成积极的影响。混合沉积方式有随机式、相变式和随机 - 相变式等三种。混合沉积体常是多种混合方式交替、叠加而成的沉积复合体。礁源与陆源混合沉积相模式是从岸礁 - 堡礁相模式基础上发展而来，按沉积相和沉积结构可以分为五种混合沉积：1)礁基混积岩和礁格架混积岩，2）礁坪砂砾屑混积岩，3）礁后海滩 - 沙堤砾砂屑混合沉积，4）礁后泻湖砂屑混合沉积和5）礁前（翼）浅海砂屑混合沉积。礁源与陆源混合沉积的鉴别标志是珊瑚骨屑和岩屑各占10 - 50 ％，其它生物碎屑不计。南海大陆架现代混合沉积是一个典型的实例，可为全面研究现代南海沉积学和比较沉积学提供依据。     

冷水碳酸盐岩研究现状与展望

长期以来,海相碳酸盐沉积物被广泛认为是温暖浅海沉积环境中的产物,然而近年来国外研究表明,在冷水陆架环境中,也可以形成规模的碳酸盐沉积,即冷水碳酸盐岩。通过对大量文献的调研,综述了冷水碳酸盐岩的概念、地质特征、沉积模式等方面的研究进展,并展望了该研究领域未来的发展方向。研究表明,冷水碳酸盐沉积是指在(古)纬度约30°~35°以上的温带及寒带地区、温度约20℃以下的沉积水体中,或是在富营养的寒冷上升流水体中形成的碳酸盐沉积物或岩石,其沉积特征与暖水碳酸盐岩不同。冷水碳酸盐沉积物中的生物颗粒组合以底栖有孔虫、软体动物、苔藓虫等异养生物和钙质红藻为主,缺乏造礁珊瑚和钙质绿藻以及鲕粒、集合颗粒等非骨架颗粒,而且沉积物中灰泥基质含量较少,矿物成分以方解石为主,氧同位素较重,胶结作用弱,以破坏性成岩作用为主。冷水碳酸盐沉积形态以缓坡为主,波浪磨蚀和再沉积作用较强。古代冷水碳酸盐岩的沉积特征、识别标志及其作为储层的油气资源潜力尚处于探索阶段,仍需进一步深入研究。     

构造成岩作用研究现状及展望

构造成岩作用（structural diagenesis）是构造地质学与沉积学交叉融合形成的前沿研究领域,主要研究构造作用、构造和非构造成因的变形构造和变形效应与沉积物（岩）成岩变化之间的相互作用。变形构造及变形过程通过影响成岩流体流动对成岩作用非均质性产生重要影响;与变形构造相关的成岩作用研究则有助于揭示储层成岩演化、流体流动以及构造活动时期、期次及速率等重要信息。构造成岩作用提供了构造-成岩格架下探讨储层演化的新思路,在实际工作中应注意这一思路在储层成因与预测、致密化机制及沉积盆地动力学过程等研究方面的应用。碳酸盐岩变形条带相关研究起步较晚,相对较薄弱,未来应加强这方面的研究;同时亟待建立考虑碳酸盐岩在内的新的变形条带分类体系。目前,不同变形构造之间的研究程度不均衡,变形条带与裂缝几乎构成了构造成岩作用研究的主体;与软沉积物变形构造、砂岩脉等变形构造有关的构造成岩作用研究有待强化。变形构造空间分布预测及其对流体流动影响的研究要综合岩芯、露头及数值模拟等多种资料与方法。国内学者就中国中西部盆地深层系构造作用对储层演化的物理影响开展了研究,并取得了重要进展,构造作用对储层化学变化影响的相关研究已经起步;未来应重视运用构造成岩作用思路探究储层演化与分布的动力机制和过程,推进储层成岩动力学过程和沉积盆地动力学研究。     

沉积成岩作用研究的若干问题

20世纪60年代由于物理化学动力学的引入和低温低压下矿物相平衡的研究,沉积成岩作用的研究有了突破性的进展,有机地球化学大大促进了沉积成岩作用的研究。现在沉积成岩作用的研究已经成为包括大地构造、盆地分析、沉积学、物理化学、有机地球化学等学科、范围包括大、中、小尺度的各种作用的综合研究。对油气和固体矿产资源的需求促进了沉积成岩作用的深入研究,石油天然气的形成和聚集、储层性质的变化涉及沉积成岩的全过程;一些低温低压的层控固体矿产的富集涉及盆地沉积充填、盆山转化的岩相及流体的动力和物理化学行为,自上世纪70年代以来,研究工作都有重要进展。近年来有关海洋沉积的研究、硅、锰、碳酸盐等沉积物形成、大地构造背景、同位素、有机物形成演化等的成岩过程的研究都有重要进展,也成为研究的热点问题。     

华北地台中元古代碳酸盐岩中的微生物成因构造及其生烃潜力

华北地台中元古界主要由环潮坪石英砂岩、浅海碳酸盐岩和浅海—泻湖相暗色页岩3种沉积相组合构成,以陆表海浅水碳酸盐岩占主导。碳酸盐岩中除含有丰富的微古植物、宏观藻类和微生物建隆外,还发育大量的微生物成因构造(MISS)和微生物诱发的碳酸盐沉淀(MMCP)。微生物席和MISS构造在高于庄组上部(约1.6 Ga)和雾迷山组下部(约1.45 Ga)碳酸盐岩中尤为发育,表明活跃的微生物活动和高有机质产量。在石化微生物席中,发现有丝状、球状细菌化石和草莓状黄铁矿;围岩中发现有针状文石、花瓣状重晶石、放射状菱铁矿、铁白云石和葡萄状碳酸盐胶结物等多种自生碳酸盐矿物,指示甲烷厌氧氧化(AOM)导致的自生碳酸盐沉淀。中元古代的温暖气候和海洋分层、缺氧、硫化条件有利于微生物的高生产量和高有机质埋藏率。气隆构造和核形石状碳酸盐结核反映浅埋藏条件下活跃的成烷作用和甲烷排放,围岩和MMCP中富沥青质。华北地台中元古界富微生物席碳酸盐岩有良好的生烃潜力,有可能形成重要的烃源岩。据微生物席、MISS构造及MMCP的研究,初步估算华北地台中元古代碳酸盐岩的概略生烃潜力约为10×108t石油当量。     

“从最高到最深”—从第17届国际沉积学大会看沉积学研究前沿

第17届国际沉积学大会于2006年8月27日至9月1日在日本福冈市召开。做为四年一次的国际沉积学盛会,大会讨论了微生物过程和沉积成岩作用、深海与陆缘沉积过程及产物、沉积记录与重大地质环境演化、火山-沉积大地构造,以及与人类活动密切相关的环境沉积学与资源问题等热点领域,其中大多将会继续成为未来若干年内国际沉积学的重要发展方向,并可能成为今后理论沉积学创新的重要生长点。但是在本次大会上,对陆相（或非海相）沉积与大陆构造、活动古地理、盆地流体动力学及相关成岩作用的研究并未形成热点。与国际沉积学研究强国相比,认为我国沉积学研究是危机与机会共存;我们不仅在服务国民经济方面,而且在国际沉积学前沿研究领域应该占有重要地位。      

湖北省巴东栖霞组沉积成岩作用地球化学特征研究

在详细的沉积作用、成岩作用研究基础上,利用多元统计分析方法重点对湖北省巴东水布垭剖面栖霞组碳酸盐岩地球化学特征进行了分析。研究表明,该组碳酸盐岩中 CaO 、Al₂O₃ 、K₂O 、Fe₂O₃ 、P、Ba 和 Mn的含量主要与沉积环境或原岩岩性有关,地层中SiO₂、MgO 、Sr 和 Na 的含量主要与成岩作用有关。建立了栖霞组沉积成岩作用地球化学模式。该研究合理地解释了本组岩石特殊的地球化学特征,深化了对该组岩石形成环境,特别是成岩环境的认识,区分了沉积作用和成岩作用对该组岩石地球化学特征的影响,对合理地选取有关地球化学参数研究该组岩石及类似地层的沉积作用和成岩作用具参考价值。