1.瓦尔特相律与相分析
瓦尔特相律(Walther facies law)是19世纪末德国学者瓦尔特(Walther,1894)提出的:相邻沉积相在纵向上的依次变化与横向上的依次变化是一致的,即可以根据相邻的沉积相在纵向上或在横向上的变化预测其在横向上或纵向上的变化(图1-4)。这就是著名的相对比原理,它是沉积相分析及地层预测重要的理论依据。值得指出的是,相对比原理的应用前提是沉积环境是连续渐变的,地层为连续沉积,沉积作用方式相同,也就是不能出现“跳相”。显然,该相律明显不适用于有大沉积间断的情况,当沉积环境在时空上出现突变或随时间推移发生重大变化时,这时的相序不一定反映侧向相邻的环境,但很有可能是相隔很远的环境的产物。缺失部分代表的是沉积物被侵蚀的其他环境。瓦尔特相律主要包括了以下两个方面的内容:
图1-4 瓦尔特相律与相邻位置层序间的“相”发育关系和对比模式示意图
(1)只有顺序发展着的相才能上下重叠。例如图1-5a是可能的,因它向上代表海进相序,向下代表海退相序。而图1-5b是不可能的,因为自然界一般不存在此情况。
图1-5 相在剖面上的重叠关系
(2)一定的相在水平方向必与有关的相相邻,如图1-6a是自然界中存在的正常情况,而图1-6b则为不合理的,自然界不存在或者是特殊情况。
图1-6 相在水平方向上的相邻关系
这一规律在研究古代沉积中有着重要的指导作用,特别是对于那些沉积特征相似,而又可以多解的沉积单位进行环境判别时,必须考虑其上下左右的相的性质。但是,这个规律只适用于沉积物从一侧的陆源区供给,沉积作用过程中又无飞跃和急剧变化的情况。而在特殊的构造条件下(如同生深断裂、裂谷,以及有板块俯冲等发育时),则会出现突变的情况。
一般野外就需确定或基本确定沉积相,室内沉积相综合研究要详细研究野外记录,仔细查看记有一切沉积特征的记录图表,找出特征相似的层或单元。特别是要认真分析沉积构造,因为它能更好地反映沉积作用,然后查看结构、岩性和所含化石。有可能发现若干具有相似特征的不同沉积类型,它们会属于相同的相,应命名或编号作为参考。
2.沉积旋回与相分析
沉积韵律(sedimentary rhythm)为由两种以上的岩性单元组成的、有规律的和频繁重复的层序。
沉积旋回(sedimentary cycle)是指相同或相近的沉积条件和沉积作用按次序不断重复而组成一个沉积层序。沉积旋回以规模较大、岩性岩相序列的交替变化而区别于“沉积韵律”。沉积旋回主要是由于地壳周期性振荡运动、海平面升降变化、米兰科维奇效应及沉积物供给速率等形成的垂向上呈周期性或旋回性的沉积组合,沉积旋回通常是沉降速率、沉积速率和侵蚀速率等共同作用的结果。
在相序或相组合分析中,相之间的关系可以是完全随机的,但在很多实例中,各种相作规律地重复,形成沉积旋回(也称韵律)。整个旋回内沉积物的特征往往是由下而上作系统变化,如粒度逐渐增大或减小、岩性和所含化石有变化、沉积构造的规模和数量有变化等。沉积旋回是研究海平面变化及沉积条件变化的重要依据,通常要详细分析每一个沉积旋回中的沉积相组合,并应用瓦尔特相律从横向(侧向)与纵向(垂向)作对比分析,从而了解沉积盆地的沉积充填过程与特点。在多旋回的沉积序列中,每个旋回的顶或底界面非常重要,要特别注意这些关键界面的特征,如侵蚀面、硬底、凝缩段、暴露面、古风化壳、根系层、土壤层及煤层等。
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