凡是从理论方法上和解决实际问题上、具有一定的岩相古地理涵义及古地理编图要件特征的研究和编图, 都可以归为广义岩相古地理范畴。就是说“ 广义岩相古地理” 研究不一定具备全部的、较为系统的岩相古地理分析内容, 只要反映了研究区或时间段的基本的古地理特征就可以归为广义岩相古地理。具有该特征的岩相古地理研究及图件, 实际上主要是某个块区或范围较小的凹陷的岩相(或沉积相)分析。例如进行了必要的沉积相带或岩相带划分, 能基本表达该地区岩相古地理基本特征, 在指导小区域资源预测与评价方面具有实际价值。这类岩相古地理图可能缺少某些内容如物源体系、古流体系等。

广义岩相古地理分析强调研究工作的特殊性和代表性, 注重实际应用和一些细节问题。所涉及和研究的区块一般比较小, 因此编图的比例尺较大, 往往反映的沉积时段也较小, 这样就可解决研究区岩相古地理时限的等时性对比问题。因此, 广义岩相古地理所阐明的规律性更具体些, 一些细节问题可能解决的比较到位。

广义古地理分析需具备的必要条件主要有6个: 盆地局部或区块明确的边界; 沉积相带或岩相相带划分明确, 资料满足微相分析; 可以展示完整的沉积体系框架; 可以指出物源方向, 不一定具备物源区细节; 有局部古流特征展示, 若资料缺乏也可缺失这部分内容; 主体目标明确, 如矿产展布特征(如矿体厚度等值线)、储集层展布等。

对于广义岩相古地理研究来说, 最关键的内容是岩相带或沉积相带分析。局部区块或盆地中单独凹陷的岩相古地理研究成果, 对于解释完整盆地或大区域古地理意义上的作用是较小的, 但对于指导具体区块资源勘查具有较强的实际意义和价值。

广义岩相古地理分析, 一般为应用性研究, 如某某油区古地理分析, 或者煤地质学领域的煤田或井田成煤古地理分析, 以达到某种实用性目的。大多是采用某种关键性的岩相古地理分析指标或参数, 并找出其特殊性。这类岩相古地理分析, 并不追求古地理恢复的完整性和综合性, 所获得的岩相古地理图可能缺少研究区以外的很多结构性内容, 如物源区、古水流体系的源头、剥蚀区与古陆的区别等, 可能仅仅是指出物源方向、古水流体系在研究区的状况等, 简单明了。因此, 广义岩相古地理研究在理论深度上并没有特别强调, 但使用性要求比较具体, 如针对油气勘探进行的古地理分析, 是重要的选区和勘探部署的基础技术之一。

“ 狭义岩相古地理” 可以认为是经典的、一般所说的以恢复地质历史时期古地理面貌、反映当时盆地原始状态等为目的的精细研究, 即具备较为完整的岩相古地理理论与图件编制要件的、严谨的岩相古地理分析。狭义岩相古地理强调的是古地理研究的完整性、科学性、统一性和较为严谨的理论性, 要求反应古地理古地貌综合特征, 如古陆或隆起的分布、剥蚀及物源区、古流体系、(沉积相或岩相)相区划分、古板块位置与演化以及具有反映古地理特征的其他必要内容。因此, 这类研究涉及的研究范围一般比较大, 特别是完整盆地的岩相古地理分析、大区域跨区块的古地理格局恢复。但由于所涉及的地层系统跨度、沉积时段较长等状况, 狭义岩相古地理编图的比例尺较小, 所以进行等时性界面对比就要求较高。

狭义岩相古地理研究一般是采用某种具体理论和方法、以某种特定指标或参数作为主线、具有特定的研究目标, 进行具有完整性、综合性和深入的岩相古地理的恢复和编图。如层序地层-古地理、构造-古地理、成煤-古地理等, 都是以某种理论作为岩相古地理分析与编图的依据, 因此, 其研究的理论深度和价值也较高。

狭义古地理分析需具备的必要条件主要有10个: 完整的盆地轮廓, 关键古构造线或边界; 古流体系, 水进水退方向, 海洋、陆地分布; 沉积相带或/岩相带, 资料可以满足亚相级别要求; 有沉积体系细节及边界描述, 根据比例尺或应用要求, 可粗可细; 物源区特征及必要的参数: 如物源区地质特征、地形特征、水系分布等; 主体目标层或矿体分布; 必要的等值线, 如骨架体(如砂体、煤层、矿体等)厚度等值线、边界线; 剥蚀区及边界、古陆或隆起的分布等; 要有全球古地磁反映的研究区(或盆地)实时古地理位置及移动轨迹图; 其他必要的内容, 如根据比例尺或应用对象要求, 增加必要内容, 如对油气成藏的诠释等。

狭义岩相古地理研究具有很强的理论性和大区域指导作用, 是区域资源预测的基础。而在勘探部署上则使用性不如广义岩相古地理研究那么具体。

古地理分析与编图的比例尺也是进行“ 广义” 和“ 狭义” 岩相古地理界定的指标之一, 但不具唯一性。如果一个盆地并不大, 大比例尺编图完全可以服务于油田、勘探区或矿区小规模范围的分析目的, 那就可以实现完整的、理论深度大的、指标全的古地理分析与编图, 就是“ 狭义岩相古地理” 了。

现代岩相古地理研究涉及多学科, 如沉积岩石学、地层学、古生物学、古生态学、海洋地质学、流体力学、地球化学和现代地理学、地貌学, 以及沉积盆地分析、层序地层学、区域构造和地球系统科学等(刘宝珺和曾允孚, 1985; 刘宝珺和丘东洲, 1995; 王鸿祯, 1985; 冯增昭, 2003), 因此, 这些学科的新思路和新方法的借鉴和交叉、融合必然对岩相古地理研究产生重要影响, 从而涌现出若干新的研究方向。理顺这些新的方向及其相互关系是必要的。

古地理学是研究地质历史时期的自然地理特征、形成和演化的一门综合性学科, 也可以简单说古地理学就是研究古环境及恢复古环境的学科。自然地理特征包括海洋、陆地的分布特征, 大陆块体的轮廓和纬度, 地形(隆升剥蚀区和沉降沉积区)的分布及气候、生物等信息(林畅松等, 2011; 刘少峰和王成善, 2016; 何登发等, 2020)。现代古地理研究是动态探讨古地理演化中的构造作用过程、隆升— 剥蚀与沉降— 沉积过程、古海洋和古气候演变及其资源效应(李思田, 2006)。以青藏特提斯为例提出的活动古地理重建的思路和基本研究内容(潘桂棠等, 2001; 王成善等, 2010), 是古地理研究者比较推崇的新领域和新方向, 但其古地理反映的内容不含岩相和岩性等具体的因素。

岩相古地理学是在古地理学基础上发展而来的, 已有很长的历史, 而沉积古地理学则是近几十年才出现的。传统岩相古地理学是对一定地质历史时期形成的地层进行沉积相分析, 研究不同地区的沉积环境条件及其相互关系, 恢复当时的海陆分布、自然地理和气候特征的学科。新的岩相古地理学强调盆地的形成、演化、迁移过程中的物质记录, 以及油气地质条件与煤等的相关性与制约性, 重视造山带的古地理重建工作, 其认识的核心是在岩相古地理分析中始终重视总结盆山转换、盆山耦合, 构造控盆— 盆地控相— 盆地充填— 油气地质条件的过程。很明显, 岩相古地理学在融入构造活动论和沉积学新的思路与理论后, 形成了崭新的岩相古地理学理论与方法体系。近20年来, 人们开始注意到传统岩相古地理研究中存在的不足, 那就是物质形成、运移及汇集机制研究的进展, 特别是沉积学理论的冲击, 只强调岩相的分析是远远不够的。沉积古地理学在岩相古地理学基础上, 强调研究不同地区的沉积环境条件及其相互关系, 恢复当时的海陆分布、自然地理和气候特征(陈建强等, 2004)。它与沉积岩石学、沉积学和地层学的关系最为密切。沉积古地理学是沉积学的一项重要研究内容, 其主要任务是重建地质历史时期的沉积环境。可以看出, 沉积古地理学实际上在机制和动态理论上更有特色。

如果岩相古地理引进盆地分析、沉积学的最新理论后, 就会发现岩相古地理学与沉积古地理学实际上是相同学科的不同叫法。由于岩相古地理学形成较早, 且已被广大沉积学、沉积岩石学以及盆地分析研究者所熟知, 况且, 岩相的研究是注重对沉积岩石的沉积过程与机制的重塑和对古环境的恢复, 因此, 作者认为岩相古地理与沉积古地理研究的最终目标是基本一致的。

岩相古地理研究已经有上百年的历史, 发展到今天已经极大地汲取了相关学科、尤其是沉积学的新理论和研究方法, 岩相古地理学发展历史就是不断融合和接纳的过程, 沉积学的发展对岩相古地理发展起到了提升和完善作用。因此认为还是叫“ 岩相古地理学” 比较好, 这样不仅符合继承、发展的基本规则, 也有利于年轻一代古地理研究者所接受, 更有利于研究成果的应用和统一。

所谓“ 特色方向” 是指以某种特定理论或方法进行岩相古地理研究, 也可以说是以具有成熟沉积学、盆地分析等理论与方法体系为主导进行的岩相古地理分析, 恢复古地理面貌, 以达到和实现某一特定的研究目的。这类岩相古地理研究一般具有明显的方向性和实用性, 解决的科学问题和实际问题也比较聚焦, 得到的成果特别是编制的图件, 都具有现实意义和应用价值。但需要指出的是, 这里所说的“ 特色方向” 并不是进行硬性归类, 而是强调学科交叉与融合后在岩相古地理研究某个方面所具有的鲜明特点。

2.2.1 层序-岩相古地理

层序地层学分析的结果是建立地质单元的等时格架(侯中健等, 2001; 田景春等, 2004; 张翔等, 2005; 郑荣才等, 2009; 李凤杰等, 2012; 刘安然等, 2013; 邵龙义等, 2014, 2016; 牟传龙等, 2016; 陈洪德等, 2017; Song et al., 2019)、分析沉积相的有机配置。如何在等时格架内恢复沉积环境和编制等时岩相古地理图, 是沉积学和古地理学工作者历来追求的目标。

层序-岩相古地理研究及其编图, 就是以层序地层学理论为指导、以层序地层单元为编图单位、对岩相古地理特征进行层序地层学原理分析的方法与技术。以沉积层序作为岩相古地理的编图单元, 目的层有2种选择(马永生, 1999; 马永生等, 2009): 一是以体系域为成图单元, 采用体系域内的岩相压缩法编制层序古地理图; 二是以层序或层序单元界面, 如层序界面、最大海泛面或体系域的顶底作为编图单位, 即瞬时编图法。前者所编制的层序-古地理图是反映具体地质体的相对等时的岩相古地理图, 这在油气勘探、目标评选和远景预测中具有重要意义; 后者虽等时性强, 但仅揭示了地史中瞬时的古地理格局(即某种界面形成时的古地理特征), 然而界面间缺乏相对具体的地质实体, 实现的难度也较大, 因此有一定的局限性。

层序及体系域不仅是年代地层对比和等时的地质体, 而且其顶界、底界是可确定的物理界面。显然, 层序-岩相古地理图更接近盆地在一定时限内沉积演化的记录, 以动态的变化反映盆地的充填史。可以看出, 选择等时地质体或等时面编制等时的岩相古地理图, 是对岩相古地理分析与编图的新要求, 因而以层序及其单元内界面为等时面编制层序-岩相古地理图, 是岩相古地理的一个新的发展趋势(王成善等, 1998; 马永生等, 2009; 陈洪德等, 2010, 2013)。

但是, 这类岩相古地理研究仍存在一些不足之处: 一是怎样编制能够反映活动论的层序-岩相古地理图; 二是在二维平面图上怎样反映特定时间间隔内某地区的四维沉积发展史; 三是古地理图件应反映沉积盆地特征及其主控因素(板块构造格架、同沉积构造活动等); 四是研究与实际应用结合指导资源与能源勘探(如油气勘探)。这些问题涉及恢复地质历史中的古海洋、古大陆的位置及其变化历程, 在方法上涉及成图单元的划分、对比和编图思路、方法等, 对等时性要求也越来越高。

正是由于层序地层学建立的是等时地层格架, 难度很大, 对于完整的、大型盆地的等时地层格架的建立是比较困难的, 特别是体系域、准层序及更精细的等时地层单位在区域上是很难对比清楚的。所以, 只有在资料充分、确立等时地层单位(古生物学的、同位素定年的)的数据足够多, 才能实现层序-古地理研究的目标和效果。

2.2.2 构造-岩相古地理

构造-岩相古地理是研究地质历史时期的构造过程和自然地理演化的岩相古地理特色方向(王成善等, 2010), 古地理研究应建立在全球板块构造背景下, 重建深时、原位、原型盆地的活动古地理, 也有称为“ 造山带古地理学” 。

构造-岩相古地理恢复主要是以活动论构造观为指导, 构造是主线, 是主导因素, 适合于构造带古地理恢复。造山带古地理学是在造山带地区或经受过造山运动改造的地区开展古地理研究的理论和方法(吴根耀, 2003)。构造-岩相古地理分析要求尽可能客观地复原地质历史时期海陆面貌和盆山格局, 其关键是在给定时间约束之后, 在研究区现存的地质记录中发现业已消失了的和后期才出现的构造古地理单元。构造-岩相古地理单元消失和后期出现的变化, 大都与巨型断裂带(尤其是作为构造边界的巨型断裂带)发育有关。陆内阶段的断裂带活动对盆山格局的变化、盆地发育、沉积演化及其关键地质事件有明显的控制作用, 还应特别注意断裂带解体阶段出现的新生构造对古地理重建的制约。

构造-岩相古地理重建主要强调以发展的、动态演化的思路来研究盆地, 指出在盆地的建造过程中, 其内部隆起的时起时伏和盆地间的时分时合状况(吴根耀, 2005; 陈洪德等, 2010)。而事实上, 现今的构造古地理面貌与地史期间的面貌相比已发生了巨大的变化, 用造山带古地理学来重建区域的构造古地理演化, 尽可能客观地复原地史期间的海陆面貌和盆山格局的关键, 是给定时间约束后, 在现存区域地质记录的蛛丝马迹中发现其“ 失序” 和“ 残破” 的特点。

但是, 造山带的内部结构比较复杂, 地质记录不全, 所以对历史上地质现象常存有多解性。盆地内地质记录相对完整, 因而对其运动学的全面研究常给造山过程的运动学认识带来宝贵的借鉴, 其成盆动力学机制的探讨对造山动力学机制的认识也具有益的启示。

2.2.3 成煤-岩相古地理

成煤-古地理研究是以成煤为特色、围绕着成煤过程和机制进行的岩相古地理研究。

地质历史上有多个成煤时代, 在全球最为广泛和最为典型的成煤时代如石炭纪、二叠纪、三叠纪、侏罗纪和古近纪、新近纪等(邵龙义等, 2006, 2014, 2019; 鲁静等, 2012; Li et al., 2018)。成煤过程是具有鲜明特色的地质过程, 成煤需要特定的地质单元, 即煤地质学所指出的古气候、古植物(现发展为古生态)、古构造和古地理, 即成煤所必须满足的“ 四古” 条件。

成煤首先需要气候适宜的区带, 植物演化的重要繁盛时期, 在构造作用有利的条件下, 在特定的地理环境形成和发育起来(鲁静等, 2012; 周倩羽等, 2016; Li et al., 2018; 邵龙义等, 2019)。这显然与地史上成煤盆地发育、发展整个过程具有密切的关系。成煤-古地理研究是一个具有代表性和鲜明特色的岩相古地理研究分析之一。成煤-岩相古地理重点是围绕着有利于泥炭沼泽发育、成煤规律、富煤中心等关键问题进行理论和应用研究(陈世悦等, 2000a, 2000b, 2017, 2018)。因此, 在该领域, 是否有利于煤的形成是古地理研究的核心, 一切围绕着泥炭形成、堆积、最终形成富煤带这条主线进行古生态、古地理恢复, 解析成煤盆地演化机制(陈世悦等, 2018)。

近几十年来, 盆地分析与层序地层学新理论、新技术、新方法, 在煤地质学领域获得了应用和发展, 形成了具有煤地质特色的成煤盆地分析和含煤地层层序地层新的方向, 推动了成煤-岩相古地理研究的发展(马收先等, 2010; 鲁静等, 2012; 周倩羽等, 2016; Li et al., 2018; 李增学等, 2018)。在层序地层格架内进行成煤-古地理恢复, 获得等时地层单元内成煤的基本规律, 发现富煤带、富煤中心, 并阐明成煤盆地古地理对成煤的控制作用等理论问题, 成为岩相古地理研究的重要组成部分。

2.2.4 储集层-岩相古地理

围绕着油气储集层详细解剖其沉积学细部结构及微相组成, 进而恢复某一储集层形成的古地理, 已逐步形成了具有典型特色的储集层-岩相古地理方向(马永生等, 2009; 牟传龙等, 2016; 陈洪德等, 2017), 几十年来获得了大量研究成果。储层沉积学、岩石学、储集物性、成藏等专门研究, 是油气地质研究领域的重要内容, 特别是沉积学和盆地分析、层序地层学、非常规天然气地质学等新兴学科(朱筱敏等, 2004; 马永生等, 2009; 陈世悦等, 2017), 都是首先从油气地质领域开展并迅速发展起来的。

储集层-岩相古地理一般是直接为油气成藏服务、对面积比较小的区块进行的古地理研究, 目的性强、古地理单元的划分比较精细, 小层精细描述及古地理恢复大多是在层序地层格架内的等时单元内进行(马永生, 1999; 赵澄林, 2001; 何登发等, 2020), 因此其研究成果是比较具体、精细、目标准确, 成为油气勘探的最直接依据。在储集层-岩相古地理研究领域涌现出了大量实用价值很高的研究成果。

2.2.5 定量岩相古地理

古地理图是古地理学研究成果的集中表现, 岩相古地理分析中的重要环节是编制一系列图件。随着岩相古地理学以及整个地质学研究工作和理论、方法体系的进展, 出现了定量岩相古地理研究与编图。岩相古地理研究与编图的定量化是指每个古地理单元的划分和确定都有确切的定量数据和定量的单因素图为依据。这种定量的岩相古地理图比海陆分布图精细得多, 对石油、天然气、煤炭以及其他矿产的预测和勘探有重要指导意义。冯增昭先生(冯增昭等, 2004; 冯增昭, 2004, 2016)提出了单因素分析多因素综合作图法这一定量的岩相古地理学方法。这一方法论的核心是定量, 即以各剖面的定量单因素资料为基础, 从各单因素图的分析入手, 再通过各单因素图的叠加和综合分析判断, 最后获得定量岩相古地理图。在这种岩相古地理图中, 各类或各级古地理单元的确定都有确切的定量资料和单因素数值为依据。这就使岩相古地理图和岩相古地理学发展到了定量化的阶段, 是岩相古地理学中最为重大的进展。

2.2.6 数字岩相古地理

岩相古地理研究研究与编图, 最为基础和重要的是大量围绕着研究主题的沉积学、岩石学与矿物学、古流体系、构造地质学、古海洋学、古气候学、古地磁学等各个学科的资料, 以及涉及沉积矿产形成与成矿等领域的能源地质学和海量的实验测试数据。如何综合分析和处理这些海量的数据, 使其获得充分利用, 是岩相古地理分析所要考虑的问题。这就是大数据在岩相古地理分析中的应用问题(翟明国等, 2018; 罗建民等, 2019)。因此, 海量岩相古地理数据的不断积累和计算机技术的高速发展, 使得标准化、智能化的数字古地理重建成为可能(张蕾等, 2020)。数字古地理重建的关键主要有5个方面: 建立标准化的岩相古地理学知识体系; 建立开放互动、动态更新的古地理数据库, 并利用机器阅读技术等拓展数据来源; 建立标准化的古地理学数据质量控制体系; 利用机器学习技术建立各类型古地理重建模型, 深度挖掘数据; 以可实时更新的智能数字地图集或多维动画形式输出成果。但需要指出的是, 目前就数字岩相古地理而言, 还处于方法和技术、手段层面, 大数据也只是用在实现岩相古地理分析与实现标准化和智能化的编图方面, 但如何甄别数据中的“ 病态” 问题, 去伪存真, 还有相当长的路要走。

2.2.7 深时及源-汇系统岩相古地理

“ 源-汇系统(source-to-sink)” 研究与“ 深时” 研究是当前地球科学领域的两大研究热点(Allen, 2008; Sø mme, 2009; 操应长等, 2018; 邵龙义等, 2019)。源-汇系统是用“ 剥蚀— 路径— 汇集” 完整系统的各个环节, 描述物质从剥蚀区经过一定的路径被搬运到汇水盆地的过程, 剥蚀区即为高山、高地或基准面以上的地区, 汇水区即为水域区(湖泊或海洋)(Sø mme, 2009)。用地貌单元来描述的话, 高山等地貌为剥蚀地貌, 物质汇聚地貌为沉积地貌, 这2个地貌单元是由沉积物经过复杂的搬运路径连结起来。剥蚀区形成的物质即构成物源, 包括物理与化学风化剥落的颗粒沉积物和溶解物, 被流水搬运到沉积区或汇水盆地中, 最终沉积下来形成沉积层, 这一完整过程即为源-汇系统(Moore, 1969; Meade, 1982; Leeder, 1997; Anthony et al., 1999; Sø mme, 2009; Sø mme et al., 2013), 而物质搬运路径一般指河流等水道系统。被剥蚀下来的碎屑和溶解物质在地质营力的作用下, 被搬运输送到汇水区沉积下来的过程是很复杂和多变的。源-汇系统中的各个不同构成部分在宽度、斜坡的陡缓、沟谷发育的数量、切割陆架的深度等, 以及最终在盆地内形成的各类沉积体系的组成特征等都有重要的差别(Sø mme, 2009; Sø mme et al., 2013)。完整的源-汇系统古地理重建包括沉积区古地理重建和物源区古地理重建(邵龙义等, 2019)。深时尺度下沉积区古地理重建方法随着岩相古地理、构造-古地理、生物-古地理及层序地层学-古地理的发展已趋完善, 而物源区古地理重建则更具挑战性, 尤其是在物源区遭受侵蚀而不复存在的情况下更具难度(邵龙义等, 2019)。深时及源-汇系统古地理强调古地理恢复的各种定量指标的获得, 如物源区的古流域水系形态、面积范围、地貌地势等古地理要素等, 而古地貌参数比例关系及古水力学参数比例关系是推测物源区古地理、预测沉积区扇体分布的有力工具, 通过参数计算和模拟以获得更加科学真实的古地理, 这是深时及源-汇系统岩相古地理重建的显著特色。

需要指出的是, 层序地层划分在深时沉积学中通常作为完整源-汇系统岩相古地理重建的重要方法步骤, 提供源-汇系统分析所需要的等时性表面或等时地层单元。因此, 不同特色方向的岩相古地理分析, 除了侧重点不同、研究目标不同外, 在所采取的方法、手段、理论和解决古地理定量参数的技术等方面, 往往是交叉的、相互融合的。未来中国古地理学研究, 不仅要继续加强服务于页岩气等新矿产资源勘探的应用岩相古地理研究, 还应建设对接国际的多学科融合的中国古地理数据库(陈洪德等, 2017)。

3.1.1 优势相与优势因素

开展岩相古地理研究, 无论方法与原理如何复杂, 面对着海量的资料点所反映的众多的古地理信息时, 都会存在具有一致性和可能相互矛盾的问题, 那么人们主观或客观上都会寻找具有代表性的资料点古地理信息(岩相或沉积相)(冯增昭, 2020), 这就是岩相古地理的信息优势问题。对于所反映出的沉积相或岩相的优势, 下文简称为“ 优势相” 。在野外工作中, 优势相从露头观察研究就开始了, 再经过室内实验测试获得微观数据和资料, 综合起来可以确认优势相。实际上, 无论是早期的研究者还是当代研究者, 在进行岩相古地理研究时始终是贯穿了相“ 优势” 的思想和方法, 只是各自的侧重点不同而已。

作者的着眼点力图将优势相古地理分析的基本思路和方法进行综合, 使其概念及使用方向更加明确。岩相古地理优势相研究与编图方法, 是指以各种定性与定量的、反映某个时期或阶段沉积环境特点的单因素资料为基础, 以确定沉积相或岩相关键指标为主线, 由点到线、由线到面, 点、线、面结合, 由二维到三维空间, 确定该阶段或该时期占优势的主导沉积相或岩相。所谓主导沉积相或岩相既要满足沉积持续时间的主导、又要满足沉积物质表现上的优势, 还必须满足所分析的盆地或区块总体背景和环境格局上的合理性与综合性。岩相古地理分析和编图过程是从各单因素图的分析入手, 再通过各单因素图的叠加和综合分析做出判断(如采用三角图式方法), 最后作出反映具有定量特点或关系的岩相古地理图。

优势因素(或称优势参数)是优势相确定的基础和前提。优势因素是指在确定某种沉积相时的主要指标或主导参数。优势相受优势因素所控制, 因而优势因素的优选和分析则显得十分重要。

3.1.2 优势相的定性与定量相对特征

由于按阶段或时期分析与编制的岩相古地理图不是瞬时的, 而是具有断代性质的、跨时较长的地层单元的综合反映, 因此, 在空间上反映的相是时间演化上多种相的叠置或复合。优势相方法论的实质, 是先从不同的侧面对某一事物进行剖析和认识, 即逐一分析和认识某事物的一些侧面, 找到能反映其本质的证据; 然后, 再综合这些侧面的认识, 进行全面分析判断, 从而达到认识该时期或阶段代表性的沉积相或岩相。

对于岩相古地理分析与作图方法, 不同的学者有不同的方法, 差异性较大。沉积相带界线大都是定性的界定, 研究者的经验与知识储备起了很大的作用, 可能会掩盖相演化的真实性等, 难以获得较为精准的古地理, 进而对古地理格局的认识、古地理演化乃至对矿产勘探的指导, 有可能会造成一些误导。因此, 优势相分析特别强调定量优势因素分析、选取, 定量优势指标的确认和利用。

无论何种思路和方法, 实际上都或多或少兼有优势相的理念, 如突出某种特殊沉积体的分析、突出某种指标或参数, 以说明其重要性等。实际研究工作中肯定是要考虑突出什么, 哪些是重要的, 哪些是次要的, 哪些是可以忽略的。这就形成了优势相研究的基础。随着研究的深入, 以前认为不那么重要的参数或指标, 后来研究发现有可能是代表了重要的地质规律, 所以, 参数和指标的选择是可以调整和改变的。

在古地理恢复中, 地层厚度是一个重要因素, 很多研究者编制厚度等线图, 作为古地理中的一种基础图件。需要指出的是, 地层厚度这个指标是若干指标中最为多解和难以定性的指标。厚度大小除了沉积速率、持续时间外, 沉积物粒度、距离物源区远近、物质组成等都是很重要的影响因素。空间优势不完全是沉积物厚度优势, 更重要的是在沉积组合中典型指相沉积物所代表的空间。在空间上分布呈现明显变化规律的沉积物, 即为空间优势相的组成。

空间优势的一个值得讨论的问题是, 在岩性地层单位基础上划分层序和进行古地理分析, 岩性地层单元的等时性是值得商榷的, 因而古地理恢复的结果很难说明实质问题。如太原组、山西组岩相古地理等以“ 组” 为单元进行的岩相古地理分析结果是值得商榷的。但是, 有些完整、独立盆地, 地层界面对比清楚, 已确定地层组或段具有等时地层价值, 那么就可以作为古地理恢复的编图单元。

时间优势相, 是指某种相在某阶段持续发育的时间, 与其厚度大小无关。如层序中的密集段, 发育在盆地沉积饥饿时期, 厚度很薄, 但是在时间上可能持续相当长。一种相在时间上的优势, 是确定代表性相区的重要依据。

只有在空间上和时间上都具有优势的因素参数或指标, 才能作为优势相确定的依据。

这里提出了一套采用三角图端元代表关键相(沉积相或岩相)并根据各端元的含量进行定量的优势相划分的分析方法, 即采用多个主要指标或参数综合确定优势相。

3.3.1 总优势因素端元

指确定影响盆地充填中优势相分析的关键因素, 如时间、相厚度(同一沉积相的连续地层厚度?)、相组等, 三角图 3个端元A代表时间、B代表相厚度、C代表相组分所占的比例(图 1)。其数据来源于测年、厚度测量与统计、相组合分析等, 这是岩相古地理分析的基本要求, 不赘述。

图 1

Fig.1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 1 整体盆地总因素端元图 A— 时间; B— 相厚度; C— 相组分所占的比例Fig.1 Diagram for three end members of all basin factors

等时界面限定的地层厚度: 在时间大致相同的条件下, 将沉积厚度最大的沉积相作为该作图单位的优势沉积相, 即优势相。

等时界面限定的时间间隔: 有的相厚度虽然很大, 但却为快速沉积的产物, 持续的时间不长, 如厚层砂砾岩; 而有的沉积相地层厚度虽然不大, 但是它可能代表了较长的沉积时间, 如深湖相暗色泥岩。因此不能仅从厚度的角度去识别优势相, 而要把时间因素考虑进去, 采用沉积时间较长的沉积相作为该作图单位的优势相, 更为切合实际。

3.3.2 大相相组优势沉积相划分

大的沉积相组/岩相组的划分, 是岩相古地理作图中重要的一个环节。这里所说的“ 相组” , 是指在分析或编图地层单元内(或断代地层单元)不同岩相/沉积相的组合关系(瞬时古地理分析除外)。在进行岩相古地理恢复时, 宏观的沉积相组/岩相组界线是非常重要的, 首先确定海相组、陆相组和海陆过渡相组这3个代表性相组, 然后在各相组范围内在再进一步细分沉积相带, 才能从宏观上把握岩相古地理格局(图 2)。

图 2

Fig.2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 2 盆地相组分类端元图 A— 海相组; B— 过渡相组; C— 陆相组Fig.2 Diagram for three end members of basin facies group classification

就单个资料点而言, 在作图单元内, 哪个相组占的比例超过50%, 该资料点就确定为哪个相组。然后根据平面上众多的资料点, 划分出海相组、过渡相组、陆相组之间的界线。根据三角图上3个端元A海相组、B过渡相组、C陆相组所占的比例来定量划分, 分别确定出海相组、海陆过渡相组和陆相组(表 1)。

表 1

Table1

表 1(Table1)

表 1 海相组、海陆过渡相组和陆相组划分 Table1 Facies groups divisions of marine, marine-land transition and continental 优势相组 A/(B+C) B/C ①海相组 A/(B+C)> 1 任意比例 ②过渡相组 A/(B+C)< 1 B/C> 1 ③陆相组 A/(B+C)< 1 B/C< 1 注:A— 湖泊; B— 河流; C— 扇。

表 1 海相组、海陆过渡相组和陆相组划分 Table1 Facies groups divisions of marine, marine-land transition and continental

3.3.3 陆相相组内优势相划分

陆相组内可以进一步划分出冲积扇、曲流河、辫状河、扇三角洲、辫状河三角洲和曲流河三角洲、浅湖、半深— 深湖亚相。陆相组内部优势相3个端元分别为A-湖泊、B-河流和C-扇所占比例来定量划分, 分别为冲积扇、曲流河、辫状河、扇三角洲、辫状河三角洲、曲流河三角洲、浅湖和半深— 深湖(表 2; 图 3)。

表 2

Table2

表 2(Table2)

表 2 陆相组内优势相划分 Table2 Divisions of dominant facies in continental facies groups 优势相 A/(B+C) B/C ①半深— 深湖 3< A/(B+C) 任意比例 ②浅湖 1< A/(B+C)< 3 任意比例 ③曲流河三角洲 1/2< A/(B+C)< 1 2< B/C ④辫状河三角洲 1/2< A/(B+C)< 1 1/2< B/C< 2 ⑤扇三角洲 1/2< A/(B+C)< 1 B/C< 1/2 ⑥曲流河 A/(B+C)< 1/2 2< B/C ⑦辫状河 A/(B+C)< 12 12< B/C< 2 ⑧冲积扇 A/(B+C)< 12 BC< 1/2

表 2 陆相组内优势相划分 Table2 Divisions of dominant facies in continental facies groups

图 3

Fig.3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 3 陆相组内优势相划分 A— 湖泊; B— 河流; C— 扇Fig.3 Divisions of dominant facies in continental facies groups

3.3.4 优势相分析体系构建

在大相组(即海相组、过渡相组和陆相组)优势相划分基础上, 可进一步就各大相组内的相进行三角端元确定, 并由沉积持续时间和厚度这条主线串联起来(即层序地层学研究中的可容空间分析), 每个相组由时间占比、厚度占比和相组占比形成密切相关的相组关系。由于大地构造背景、盆地属性、所经历的地质演化关系不同, 因此优势相三角图各端元可进行必要的调整, 以适合于具体盆地或研究块区的实际情况。

按照上述优势相判识方法, 计算和确定各资料点在作图单位内的优势相, 并将该优势相标注到平面图相应的资料点上。以已有的、成熟的沉积相模式为指导, 将相同的优势相资料点连接成片, 相邻的优势相片区之间的界线, 采用1/2插值法确定沉积相的界线, 进而确定不同沉积相的展布。确定了相带展布, 就完成了岩相古地理图的主体, 将沉积相带和岩相带进行叠加与必要的修缮及美化, 即完成优势相岩相古地理图。

应用优势相分析思路与方法, 对柴达木盆地各时期进行了岩相古地理分析与编图, 这里仅就柴达木盆地古近系下干柴沟组上段岩相古地理分析结果做概括介绍。

前人对柴达木盆地进行了较为深入和系统的沉积学分析(汤良杰等, 2000; 余辉龙等, 2002; 朱筱敏等, 2004; 朱如凯等, 2007; 陈守建等, 2012; 李颖莉等, 2012), 成为优势相古地理分析的重要基础。柴达木盆地古近系下干柴沟组上段沉积时期有几个重要指标和因素是优势相分析的关键, 如等时界面限定的地层厚度、骨架砂体展布等, 奠定了综合确定优势相的基础。

柴达木盆地是一个完整的陆相沉积盆地, 新生界各段地层保存完整, 由盆地边缘至盆地中心, 地层分布具有非常好的规律性, 因此地层厚度基本可以反映沉积面貌和变化特征。用具有等时性界面限定的组(或段), 可以代表该时期沉积充填特征。由下干柴沟组上段厚度展布可以看出, 沉积中心有4个: 芒崖凹陷西部、一里坪坳陷北部的鄂博梁地区、三湖凹陷南斜坡和德令哈断陷地区。盆地内地层厚度呈现“ 西部厚、东部薄, 南北两侧厚而中间薄” 的特点(图 4)。

图 4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 4 柴达木盆地古近系下干柴沟组上段(E32)地层等厚图Fig.4 Isopach map of upper section of the Lower Ganchaigou Formation of Paleogene, Qaidam Basin

根据全盆地所有揭露下干柴沟组上段砂岩数据点统计分析, 该沉积阶段砂的分布比较广泛, 最厚可达300 m以上, 与地层厚度图对比发现, 砂岩厚度具有与地层厚度相吻合的规律性, 即呈现“ 西部厚、东部薄、南北两侧厚而中间薄” 的特点(图 5)。

图 5

Fig.5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 5 柴达木盆地古近系下干柴沟组上段砂岩厚度等值线图Fig.5 Sandstone thickness contour of upper section of the Lower Ganchaigou Formation of Paleogene, Qaidam Basin

在进行地层厚度和砂岩厚度分析基础上, 对该段湖相泥岩厚度也进行了统计分析(图 6)。与其下伏沉积段(下干柴沟组下段)对比发现, 湖相泥质沉积范围明显增大, 沉积中心开始向南迁移, 由下干柴沟组下段三湖凹陷迁移到三湖凹陷南斜坡地带, 茫崖凹陷和一里坪坳陷沉积中心也有所扩张, 说明该时期水体深度增大, 半深湖— 深湖沉积范围开始扩大, 德令哈断陷处泥岩开始沉积, 说明此时该地区湖泊相较发育(图 7)。

图 6

Fig.6

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 6 柴达木盆地下干柴沟组上段泥岩厚度等值线图Fig.6 Mudstone thickness contour of the upper section of Lower Ganchaigou Formation, Qaidam Basin

图 7

Fig.7

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 7 柴达木盆地古近纪下干柴沟组上段沉积时期岩相古地理图Fig.7 Lithofacies palaeogeography map of depositional stage of the upper section of Lower Ganchaigou Formation of Paleogene in Qaidam Basin

在上述地层厚度、砂岩厚度与湖相泥质沉积分布特征分析基础上, 根据“ 陆相组内优势相划分” 三端元图进行了每个资料点优势相统计分析, 并将每个点所得出的优势相分析结果投到平面图上, 最终获得了柴达木盆地古近纪下干柴沟组上段沉积时期岩相古地理图(图 7)。

可以看出, 柴达木盆地古近纪下干柴沟组上段沉积时期, 湖泊水域范围很大, 沉积相由南北物源区向盆地中心呈现冲积扇— 辫状河— 三角洲— 滨湖— 浅湖— 深湖等相带的展布, 且滨湖浅湖亚相增大, 尤其是在西部地区, 浅湖地区范围扩张。盆地西部(湖)水体分布范围广泛, 成为主要的沉积区, 而盆地东部, 则水体范围缩小。扇三角洲主要集中分布在东部大柴旦地区和西部地区, 三角洲相沉积主要分布在盆地中部大柴旦及西砂坪地区, 与下干柴沟组下段具有沉积上的继承性。