Question

沉积相的概念

Answer 1

人们很早就认识到沉积物的特征与沉积环境有着密切的关系。一定的沉积环境形成具一定岩性特征和古生物特征的沉积物或沉积岩。沉积相（sedimentary facies）的概念就是为了反映沉积物和沉积环境的关系而提出来的。

“相”这个术语在沉积岩石学中已经采用了100多年，但学者们对这一术语的理解仍很不一致。目前较多的人趋向于把“相”理解为沉积环境的物质表现。也就是说一定的沉积环境均具有其相应的沉积相，各种相的特点则表现在该环境形成的沉积物的特征上。因此根据这些沉积物的特点或沉积岩的特征和古生物的特征，可以恢复古代的沉积环境，这就是通常所说的相分析。

沉积相的分析是沉积岩石学的主要任务之一，这一任务的实现，有助于我们寻找沉积矿产、地下水资源和解决某些工程地质问题。

沉积相分析的基础是现实主义原理和比较岩石学的方法，即“将今论古”的方法。也就是根据现代各种环境所形成的沉积物的特征与古代沉积岩的特征进行对比，以推断古代的沉积环境。近年来，在这些方面均已取得巨大的进展。

近代相分析的方法可以分为两类：一种是通过相标志恢复环境条件，然后根据多种环境条件综合确定环境类型；另一种方法是通过岩石类型或原生构造的序列关系来恢复环境，这种方法通常也叫做相模式分析法。

所谓相标志即是沉积岩中具有成因意义的特征，主要是以下几个方面：

◎岩性特征：包括沉积岩的矿物成分、化学成分（包括微量元素和同位素）、结构和构造特征。

◎古生物特征：包括古生物的种类及数量、古生态，以及古生物活动的遗迹，如虫孔、虫迹等。

◎地球化学特征：包括某些能指示环境条件的微量元素、稀土元素和稳定同位素等。

上述特征中，有些具有明显的指示环境的意义，如海生动物化石以及海绿石等特征矿物的存在，可以说明为海相环境；但有些特征往往只能说明环境的某一方面的特点，即沉积环境的某些条件，如介质的酸碱度、水动力性质及强度、水的含盐度、温度等。例如，碎屑物质的粒度和形态、层理的特征等，一般只能说明搬运介质的性质、动力的强弱等，而不能单独地直接地决定其沉积环境的类型。因此，在相分析中，应对所有的相标志进行全面的观察和综合分析，才能较可靠地确定沉积环境的类型。故利用相标志进行相分析时，除了对沉积岩作详细的野外研究外，一般还要进行较多的室内的鉴定分析工作。

第二种方法是建立在三维空间的相序关系上，它着重从空间联系和历史演化的角度去恢复沉积环境。这种方法的理论基础是瓦尔特相律。瓦尔特（Walther,1893,1894）曾经指出，相的纵向相序即只有在横向上相依的相，才能在纵向上互相重叠而没有沉积间断，这就是沉积学中常说的相连续性原理即瓦尔特相律，如图6-1所示。

图6-1 瓦尔特相律示意图

（据威勒，1960）

此后，Visher（1965）等研究了现代沉积物和古代沉积岩的层序，发现不同环境的沉积物具有其特定的纵向序列。例如，河流沉积物具有一套粒度向上变细的序列，而向前推进的三角洲沉积，则具有一套粒度向上变粗的序列。一定环境的沉积物所具有的特定的垂向序列，乃是该环境的沉积作用演化过程的结果，因为任何一个较大的环境类型，都是由一些具有独特沉积特征的某一级的局部环境组成的。例如，河流环境是由河道、点沙坝、天然堤、牛轭湖、后沼泽等次级环境组成的，各个次级环境的沉积又都有其各自不同的特点。在地质发展过程中，由于河床的侧向迁移，这些次级环境就会互相更替，而环境演化的最终产物——沉积相，也就必然会呈规律性地在垂向上依次重叠，造成有规律的沉积序列，这种序列反映该环境沉积作用的机制，通常称之为沉积相模式。相模式是从现代和古代沉积的大量实例以及模拟实验的基础上建立起来的，具有普遍意义的沉积相的空间组合形式。

相模式可以作为标准，帮助我们去对照和分析实际资料，确定沉积环境类型，同时还可以帮助我们对新工作区的工作进行指导和预测。大量的实践已经证明，用相模式的方法去恢复环境比单纯依靠某些相标志去确定环境类型更简捷、更有效。但是由于对沉积相模式研究的时间不长，对有些环境的研究程度还不够，因此未能建立起其相应的沉积相模式。所以目前在沉积相分析中，除了运用沉积相模式进行分析对比外，还必须同时研究各种沉积相标志，才能更有效地确定各种沉积环境。