大会设10个主题(Theme, 简称T; 下设21个专题), 具体包括:T1— 陆相沉积环境, 下设风成环境、冲积扇和河流环境、冰川过程对沉积的影响、湖沼沉积和钙华、洞穴沉积、蒸发岩、石灰华、泉华等陆相碳酸盐岩沉积, 共5个专题(分别编号为T1_s1至T1_s5, 下同)(表 1); T2— 海相和海岸沉积环境, 下设碳酸盐岩台地、海岸环境、深海环境和硅质碎屑台地等专题; T3— 沉积作用过程, 包括事件沉积、遗迹化石和埋藏过程、地质微生物学、物源— 风化与搬运4个专题; T4— 盆地分析, 下设沉积作用中的气候信息、沉积作用与构造活动和层序地层学与旋回地层学等专题; T5— 从沉积物到沉积岩(成岩作用), 下设碳酸盐、非碳酸盐沉积物成岩作用和微生物的沉积作用影响等专题; T6— 应用沉积学和资源沉积学, 下设环境沉积学与地质灾害、油气储集层与水资源等专题; T7— 沉积模拟为基础的沉积过程— 沉积体系预测和可视化; T8— 火山沉积学; T9— 早期气候与地表环境和T10— 沉积有机质(表 1)。此外, 针对不同研究领域设立了29个议题(Symposia, 简称S, 编号为S1, S2, ……), S1— 水下古地震学:全新世大地震在海相和湖相沉积物中的记录; S4— 中生代温室地球时期气候和环境的快速变化; S5— 极端事件沉积学; S6— 解读古代构造、气候和环境过程沉积记录的科学钻探; S7— 浊流、水下块体流和块体搬动过程— 近期认识及今后研究方向; S8— 现代和古代活动构造背景下的水系网络; S11— 火山碎屑在水体中的搬运和沉积作用; S12— 地质历史时期的碳酸盐丘; S13— 高盐度环境地微生物学进展; S14— 纹泥(verves)研究进展; S15— 沉积矿化和砂矿; S16— 地中海地区气候变化的陆相高分辨率沉积记录; S17— 含磷沉积、磷块岩和海洋自生作用:沉积学、地球化学和形成环境; S19— 沉积序列定年; S20— 沉积速率估算; S21— 非海相碳酸盐岩和盆地水文; S22— 泥岩沉积动力学及控制因素; S23— 大陆架地区气候变化:自然过程和人类活动的影响; S25— 热泉、冷泉、地表和海底结壳:非传统碳酸盐岩的挑战; S26— 底栖微体化石在浅水碳酸盐沉积中的作用; S27— 地质历史中的放射虫硅质岩事件; S28— 现代和古代沉积物扩散体系的物源分析; S30— 构造对碳酸盐岩台地内部结构的控制; S31— 特提斯地区三叠纪— 侏罗纪盆地分析; S32— 微生物成因的生物矿物:形成、转变和成岩; S33— 晚古生代冰期的沉积学、地层学和地球化学记录; S34— 地质历史时期的古地理、古生态和矿产资源; S35— 沉积物:早期全球环境变化的记录者; S37— X射线CT在沉积学中的应用(有8个专题在讨论会时合并到上述29个专题中)(表 1)。

表1

Table1

表1(Table1)

表1 第19届国际沉积学大会专题代号、名称及与本文主题划分 Table1 Symposia codes and names in the 19th International Sedimentological Congress and theme division in this paper 作者划分主题 代号 专题名称 陆相沉积 T1_s1 风成环境 T1_s2 冲积扇和河流环境 T1_s3 沉积过程中冰川的影响 T1_s4 湖泊和沼泽环境 碳酸盐岩与 化学岩沉积 T1_s5 钙华、洞穴堆积物、蒸发盐、石灰华、钙结砾岩及泉华 T2_s1 碳酸盐岩台地 S21 非海相碳酸盐岩和盆地水文学 S25 热泉、冷泉、地表和海底结壳:非经典碳酸盐岩的挑战 S26 底栖微生物化石在浅水碳酸盐岩沉积中的作用 S30 构造对碳酸盐岩台地内部结构的控制 S17 含磷沉积、磷块岩和海洋自生作用:沉积学、地球化学和形成环境 碎屑岩沉积 T2_s2 海岸环境 T2_s4 硅质碎屑岩台地 沉积过程 T3_s1, S27 沉积事件, 地球历史中的放射虫岩事件 T3_s2 应用于沉积学的遗迹学和化石埋藏作用 T3_s4, S28 物源、风化和搬运作用, 现代和古代沉积分散体系中的物源信息 盆地分析 T4_s2 沉积作用和构造运动 S8 现代和古代活动构造背景下的水系网络 S31 特提斯地区三叠纪— 侏罗纪盆地分析 T4_s3 层序地层学和旋回地层学 成岩作用 T5_s1 碳酸盐沉积物的成岩作用 T5_s2 非碳酸盐沉积物的成岩作用 资源沉积学 T6_s2 油气储集层和水资源(资源沉积学) T7 基于模拟的预测性、可视化沉积过程和沉积体系 T10 沉积有机质 S15 沉积矿化和砂矿 S33 晚古生代冰期的沉积学、地层学和地球化学记录 S34 地质历史中的古地理、古生态和资源地质学 S22 泥岩沉积动力学及控制因素 深水沉积 与事件沉积学 T2_s3 深海环境 T8, T6_s1, S11 火山沉积学, 环境沉积学和地质灾害, 火成碎屑的水下搬运和沉积 S1 水下古地震学 S5 极端事件沉积学 S7 浊流、水下块体流和块体搬运过程: 近期认识及未来研究方向 全球变化沉积学 T4_s1 沉积作用中的气候信息 T9 早期气候和地球表面环境 S4 中生代温室地球时期气候和环境的快速变化 S12 地质历史时期的碳酸盐丘 S14 纹泥(verves)研究进展 S16 地中海地区气候变化的陆相高分辨率沉积记录 S23 大陆架地区气候变化:自然过程和人类活动的影响 S6 解读古代构造、气候和环境过程沉积记录的科学钻探 S35 沉积物:早期全球环境变化的记录者 新技术 S19, S20 沉积层序的时间测量, 沉积速率的测量和评估 S37 X射线CT在沉积学中的应用 地质微生物 T3_s3, T5_s3, S32 微生物沉积物和地质微生物学, 微生物对沉积过程的影响 S13 高盐系统地质微生物学的最新进展

表1 第19届国际沉积学大会专题代号、名称及与本文主题划分 Table1 Symposia codes and names in the 19th International Sedimentological Congress and theme division in this paper

在分类统计过程中, 作者适当调整了会议手册中会议主题的设置(表 1)。以表1中专题为序, 统计分析了各专题或议题中、外会议论文的分布情况(图 1)。在大会832篇会议论文中442篇论文为口头发言(Oral presentation)、390篇论文为展板讨论(Poster); 其中第一作者为中国学者的论文共225篇, 98篇为Oral和127篇为Poster。从统计结果可知国外论文主要集中在重力流与事件沉积学、碳酸盐岩沉积学、全球变化沉积学、盆地分析和陆相环境研究领域, 中国论文主要集中在资源沉积学、盆地分析、成岩作用、重力流与事件沉积学和陆相沉积环境研究领域。总体上看, 资源沉积学、重力流与事件沉积学、碳酸盐岩沉积学和全球变化沉积学和盆地分析的论文数量排在11个主题中的前5位。

图1

Fig.1

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	图1 第19届国际沉积大会中不同专题会议论文及中国学者会议论文统计直方图Fig.1 Statistical histogram of conference papers in different symposia and conference papers from Chinese scholars in the 19th International Sedimentological Congress

会议邀请沉积学研究前沿领域的专家先后做了4个大会报告(Plenary Lectures), 其中3个与全球气候变化相关, 分别是西班牙Escutia(2014)的“ 过去暖期冰原行为的沉积记录:海洋钻探的策略” 、美国Montanez(2014)的“ 地球早期(Deep-Time)对未来气候的洞察” 和法国Cazenave(2014)的“ 海平面上升:近期过去、现在和将来” 。从上述主题报告可见沉积学在全球变化研究中的重要地位, 这在一定程度上也体现了全球变化沉积学日渐成为沉积学乃至地质学研究的前沿和热点。除大会报告外, 该领域共发表103篇论文(中国学者14篇, 占13.59%), 细分为9个专题(表 1), 在主题分类体系中专题最多。按照内容总结介绍如下。

2.1.1 气候/环境的沉积记录

季候纹泥(varve)和黄土(loess)是古气候分析中研究最系统、最深入的2种沉积物, 中国第四纪研究学者在黄土的研究方面已取得系统的重要进展(汉景泰, 2013)。季候纹泥是水下沉积(湖泊或海洋)良好的气候记录, Martin-Puertas等(2014)基于德国Meerfelder Maar的季候纹泥记录, 分析了中欧地区10.77, ka以来的快速气候变化, Zolitschka等(2014)甚至建立了季候纹泥图像的网上图书馆, 用于研究年度级别的纹层沉积物。与此同时, 有人开始注意到成岩作用对基于季候纹泥的高精度气候恢复的潜在破坏作用(Ciurej and Haczewski, 2014)。此外, 作为气候的沉积记录载体, 钙质泥岩、腐殖泥炭、石膏等蒸发盐类(Merino-Tomé et al., 2014)、钙质超微化石(Mattioli et al., 2014)和黏土矿物、古土壤(Voigt et al., 2014)等广受关注。Hong 和Shinn(2014)甚至利用韩国Gyeongsang盆地中成土的碳酸盐岩开展了早白垩世空气中CO₂浓度的估算。

近年来, 完成了大量针对古代湖泊沉积的科学钻探计划, 基于陆相沉积岩(物)的古环境、古气候研究得以加强, 比如Wilke等(2014)利用古代湖泊岩心对地质和生物演化历史的恢复。

2.1.2 特殊地质历史时期气候/环境变化

地质学者对地球演化历史上重要的气候或环境变革时期, 如P/T界面、K/E界面的关注已有较长的历史。本次会议集中讨论了2个问题:(1)中生代温室气候效应中的气候/环境快速变化和(2)横跨地中海的高分辨率气候变化陆相记录。

本次会议共有16篇论文开展相关讨论。温室气候阶段短期全球海平面的变化(Wagreich et al., 2014)、特提斯海的喜马拉雅地区轨道驱动的海平面变化(Chen et al., 2014)、海洋缺氧事件(oceanic anoxic event)(Hu et al., 2014)成为该领域关注的重点。

2.1.3 地质历史时期的气候变化研究

由于第四纪研究已远不能满足探索地球气候/环境的宏观变化规律的需求, 研究早期(Deep time)全球变化正日渐成为未来地球科学的重大研究领域。早期研究从地球演化的宏观尺度上为了解地质历史时期气候变化的过程、极限和速率, 探索海、陆、冰川分布及大气、生物圈与气候变化之间的相互关系提供了依据。

本次会议在早期气候与地球表面环境、近期和早期的碳酸盐丘和早期全球环境变化的沉积记录3个方面展开研讨, 分别收录会议论文15篇(中国学者7篇)、10篇和11篇。上述论文在前寒武纪硅质碎屑岩微生物席相关构造作为古环境指示标志(Banerjee, 2014)和碳酸盐岩中用碳、硫同位素记录研究生物行为和地球表面演化(Guo et al., 2014)方面开展了研究。在碳酸盐丘的研究上, 利用珊瑚骨架内流体包裹体稳定同位素研究当时气候(Feenstra et al., 2014)、利用冷水珊瑚丘和礁中的底栖有孔虫作为古海洋学重建的工具方面(Spezzaferri et al., 2014)取得明显进展。

本次会议中深水沉积与事件沉积(含重力流)主题相关论文达到123篇, 占总论文数的14.8%, 仅次于资源沉积学领域。会议中5个专题涉及本主题(表 1)。

2.2.1 重力流沉积机理与沉积过程

虽然在世界范围内已有很多野外露头和地下钻孔中的重力流沉积得以研究, 但必须清楚地认识到目前对于海底重力流事件的直接观测实例屈指可数。沉积物浓度是控制重力流(密度流)流体性质和搬运、沉积过程的重要参数, 但目前尚无任何对于海底重力流中沉积物浓度的直接测量结果(Talling, 2014)。1990' s中期以来, 重力流沉积机理的讨论重新成为重力流沉积研究领域中重要的议题。近年来提出了“ linked debrite” (Haughton et al., 2003)、砂质碎屑流(sandy debris flow)” (Shanmugam, 1996)等新概念, 并根据流体密度、颗粒支撑机制重新建立的水下沉积密度流四分体系(Mulder and Alexande, 2001)、根据沉积过程提出包括“ 粘结性碎屑流、弱粘结性碎屑流和非粘结性碎屑流” 的碎屑流到包括“ 高密度浊流、低密度浊流和泥质密度流” 的浊流水下密度流分类体系(Tailling et al., 2012)。

本届会议在深水背景下的超临界流(supercritical-flow)及水力跳跃(hydraulic jump)方面展现了大量成果, 深化了人们对海底峡谷中高密度流体搬运过程的认识, 也合理解释了深水背景下大规模底床形态和层理发育的可能。Cartigny等(2014)认为深水中类似河流的波纹(ripple)、沙丘(dune)和沙坝(bar)等底床形态是超临界流(supercritical-flow)所形成。目前, 对其动力学仍然难以理解, 因为如果可以解释为超临界流底床, 那么它们的流体规模(米级)应该远远小于实际所测的数十米。此外, 近期多国学者陆续开始采用高精度地貌采集和流体探测传感器对当前活动的海底峡谷中的重力流过程进行监测(Hubbard et al., 2014; Yokokawa et al., 2014), 这可能为海底重力流真实的搬运和沉积过程研究带来新的曙光。

2.2.2 事件沉积与极端事件沉积

地震、火山、洪水和海啸(风暴)是触发重力流或块体流、块体搬运形成的重要动力条件, 近年来对由此产生沉积作用的原因、过程及沉积响应已经开展了大量的研究工作。随着人们对环境和地质灾害的重视, 近期该领域的研究日渐成为沉积学研究的热点。本届会议的Walther奖获得者Thierry Mulder长期从事洪水成因的浊流— 异重流(hyperpycnal flow)研究— — 洪水相关浊流的过程、特征、意义及其在露头、钻孔和地震反射剖面中地质记录(Mulder, 2014), 而优秀青年科学家奖获得者Michael Strasser也长期从事事件沉积学研究— — 水下块体运动沉积及其与构造过程、地震、海啸的关系(Strasser, 2014)。

本次会议中多个报告的讨论涉及“ 浊积岩古地震学” (turbidite palaeoseismology)。目前, 水下古地震学已经超越了事件识别、定年和长期复发周期的统计, 将详细的浊积岩或块体搬运沉积(MTD)的研究与水下古地震相联系, 提供了对水下古地震历史和级别进行恢复的可能性, 被称为第3代水下古地震学(Goldfinger et al., 2014)。古地震与浊积岩之间有必然联系吗?每次海底地震都会有重力流发生吗?每期重力流的发育都对应着1期主地震吗?Talling等(2014)指出, 识别地震成因浊积岩就是将其与其他成因的浊积岩区分开; 同时, 还有必要理解是否部分主震并不能产生明显的浊积岩, 即主震的浊积岩记录并不完整?研究指出苏门答腊2004年地震(M_W9.1)和2005年地震(M_W8.7)都没有在对应深水盆地中形成分布较广的浊积岩(Sumner et al., 2013)。对比智利2010年M_W8.8地震前后海底地形结果也没有发现对应范围超过1 km的斜坡滑塌体(Vö lker et al., 2011)。因此, 未来需要加强什么环境中大型地震可以提供完整的浊积岩记录的研究。基于CT技术的微观结构分析和基于成分和粒度的物源构成判断, 被认为是目前判断地震与非地震成因浊积岩的唯一方法(Van Daele et al., 2014)。

海啸与地震之间存在着密切的联系。如前所述, 地震可能形成大型滑塌和重力流沉积。一般把其中地震成因的、富含滑动块体、滑塌变形的沉积称之为震积岩(seisimites), 而将海啸成因的、富含流动构造的再搬运粗— 中粒沉积(含部分重力流)称之为海啸岩(tsunamites)。当然, 有时二者难以严格区分或相邻发育, 合称为震积— 海啸岩(seisimites-tsunamites)(Leu et al., 2014)。来自意大利Ionian海地区1169年以来的沉积物中90%的厚度来自再沉积的海啸岩(Polonia et al., 2014)。2011年3月11日日本海啸作用在沿岸到深海盆地淤积了从含砾粗砂到底栖生物扰动的细沙— 泥的砂质海啸沉积, 厚度在50~100 cm(Suzuki et al., 2014)。

火山喷发直接产生的火山碎屑流及伴生垮塌、滑坡等作用触发的流体在流体性质上基本上都属于非牛顿流体(塑性流体), 在沉积上均属于重力流研究范畴, 火山沉积学学者称之为火山碎屑密度流(Pyroclastic Density Currents, PDC)。海底火山作用引起的海底沉积物波(sediment waves)— — 喷发供给底形— — 以一系列非对称的、凸面、距离破火山口20 km、波高10~40 m、波长250~2000 m、顺坡往下规模和波长明显减小为特征, 这与以凹面— 线状、顺坡往下规模上无规律性变化、源头存在陡壁“ 疤(Scar)” 、波高10~50 m、波长500~1300 m为特征的斜坡失稳(slope failure)型海底沉积物波不同(Shreeve et al., 2014)。

地质历史时期气候的极端变化必然导致海、陆面积和沉积环境的快速变化, 在稳定沉积区可记录其完整的变化过程。目前对极端事件沉积学的研究主要集中在:(1)极端暖期或冰期气候快速演变的沉积记录, 如对约55 Ma的始新世初期最大暖期(IETM)的浊流活动频次的研究(Clare et al., 2014); (2)极端气候导致的洪水事件的沉积记录; (3)地质历史中大型海啸事件的沉积记录。

2.2.3 重力流沉积预测与深水层序地层

重力流的发育机制一般包括地震、海平面变化、气候变化和火山活动。地震和火山等事件性作用对重力流沉积的影响及存在的问题已在上一小节加以讨论, 不再赘述。在此重点讨论海平面变化和气候变化对重力流发育的影响。

气候变化对重力流发育具有重要的影响。英国国家海洋中心学者据2口深海钻孔中的浊积岩记录(N=285~421)的统计分析表明, 极端全球暖室气候条件下海底滑坡和伴生浊流可能增多, 并可能由此产生更多滑动驱动的海啸灾害(Clare et al., 2014)。这有助于将来在气候变得温暖后滑坡和浊流发育频次的预测。

此外, 海平面变化也可能是重力流形成的触发机制, 这方面的内容被归到深水层序地层学的研究领域。深水沉积层序地层学研究历来是高难度的课题(吴因业等, 2011), 常规的基于砂泥含量、厚度变化的准层序、准层序组的研究不再适用。除了研究技术上的差异, 研究目的也变化为落实深水砂岩和优质富有机质泥页岩的发育规律。De Gasperi和 Catuneanu(2014)针对巴西Campos盆地Albacora油区始新统开展了深水层序地层研究划分, 提出低位域(LST)时期和海侵域(TST)早期低密度浊流发育; TST晚期— 高位域(HST)时期重力流不发育, 仅可能发育少量的滑塌和低密度浊流; 下降体系域(FFST)早期滑塌为主、低密度浊流次之, 到FFST晚期高密度浊流发育。此外, 针对中国东部渤海湾盆地东营凹陷渐新统沙三中亚段进行了湖泊环境下深水沉积研究, 通过取心段中碎屑流、浊流和滑塌发育频次的统计, 提出层序的发育对不同重力流流体的沉积具有控制作用的新认识(Xian et al., 2014)。不同构造和沉积背景下存在的LST深水砂岩的发育程度差异及暗色富有机质泥页岩在TST、HST中发育规律的差异需要进一步研究讨论(吴因业等, 2011; Xian et al., 2014)。

2.2.4 深水沉积及其油气勘探

过去20多年, 在南美、西非大西洋沿岸、墨西哥湾、北海及中国的南中国海、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地深水沉积的油气勘探都证实, 储集层的预测是深水沉积重力流砂岩油藏勘探、开发的关键。中国近年来在湖相深水沉积方面开展了大量研究, 包括渤海湾盆地济阳坳陷水下重力流成因细分(Cao et al., 2014)、黄骅坳陷深水沟道特征及沉积充填过程分析(Liu et al., 2014), 鄂尔多斯盆地深水块体搬运沉积及砂质碎屑流搬运过程(Li et al., 2014)研究。另外, Malgesini等(2014)基于意大利野外露头的深水沉积单元形态的定量分析, 对水下海底扇沉积体系的精细解剖具有重要意义。

20世纪50年代末至70年代, 碳酸盐岩在岩类学、岩石学、沉积模式、白云岩生成机理及深水碳酸盐岩等方面取得了重要进展, 奠定了碳酸盐沉积学的基本理论体系(冯增昭和张荫本, 2013)。近年来碳酸盐岩研究领域重新成为国际沉积学界学术研究的热点。本次会议中关于碳酸盐和化学沉积的论文达114篇, 在11个主题中排名第3(图 1)。在此, 重点小结非传统的碳酸盐岩沉积学研究中关注的焦点及取得的进展。

2.3.1 冷水碳酸盐岩

自1800' s以来, 灰岩是热带产物的概念便根深蒂固。虽然围绕新西兰岛大陆架的新生界几乎全是冷水钙质沉积序列已被描述已久, 显生宙灰岩新地层仍被不断解释为热带产物, 并与发展迅速的温暖水域沉积的诸多信息一一对应。冷水碳酸盐岩的突破来自:(1)人们意识到南澳大利亚是巨大的冷水碳酸盐沉积区, 在古代发育巨大的冷水碳酸盐(cool-water carbonate)滩变得可能; (2)南半球以及地中海存在大量的新生代冷水碳酸盐岩(temperate carbonate)沉积; (3)部分古生界灰岩特征类似上述新生代岩石(James, 2014)。上述新认识开始让人们意识到冷水灰岩曾经是碳酸盐岩世界的一部分。

近年日渐增多的研究导致了如下发现(James, 2014):(1)冷水海草是沉积物工厂(seiment factory), 其碳酸盐生产速率超过热带海洋被子植物, 对古新世到现在的海草碳酸盐岩工厂的定量计算证实了上述结论(Brandano et al., 2014); (2)粗叶海藻是非常重要的碳酸盐岩工厂, 尤其是在高纬度冷水海洋环境中; (3)冷水海相碳酸盐岩可能出现在边缘海的潮缘蒸发— 白云石环境中; (4)长期认为灭绝的古生代苔藓— 海绵礁丘建造生长于现代冷水上陆坡环境; (5)广泛存在的海底溶蚀作用在温水浅海区、远高于溶跃面的地区正在发生; (6)冷水方解石沉积物中早期快速胶结作用的存在导致其与暖水碳酸盐岩的在埋藏成岩作用方面存在明显差异。

2.3.2 微生物对碳酸盐沉积的影响

微生物对地质过程的影响及意义越来越得到重视, 相关的学科被称之为“ 地质微生物学(Geomicrobiology)” 。微生物作用于沉积的全过程, 对碳酸盐的沉积和成岩都有重要的控制作用, 如对西班牙Iberian盆地Bajocian阶微生物— 硅质海绵主控的碳酸盐岩台地的沉积演化的讨论(Aurell and Bá denas, 2014), 以及对西北欧Zechstein阶微生物主控碳酸盐岩的去白云化作用的分析(Tucker et al., 2014), 都佐证了上述观点。近期的研究对淡水环境中鮞粒的纯物理化学成因产生了质疑, 提出微生物活动对此产生了关键作用的新认识(Droeven et al., 2014)。

白云岩成因机理是碳酸盐岩研究中历时已久的科学问题。近年来在持续关注实验室和自然条件下白云石形成关键环节— — 成核作用和结晶过程研究(Vasconcelos et al., 2014)的同时, 对微生物参与下的白云化开展了大量的研究。

此外, 微生物地质作用的矿床资源意义也是关注的问题之一。研究了卡塔尔全新世潮间带微生物席作为碳酸盐— 蒸发岩体系内的烃源岩的可能(Sł owakiewicz et al., 2014), 讨论了微生物的活动对凝灰质沉积的储集层质量(Droeven et al., 2014)、菱铁矿(Kettler et al., 2014)的影响。

需要说明的是, 由于欧洲尚未允许页岩油气等非常规资源的开发, 本次会议中尽管设立了“ 泥岩沉积动力学及控制因素” 和“ 沉积有机质” 2个相关的专题, 但关于泥页岩沉积动力学及非常规油气储集层的研究论文却不足30篇, 并主要由美国、加拿大和中国学者贡献。该领域的相关研究进展详尽体现在近年AAPG的年会上。