含煤岩系沉积学的研究历史
20世纪初,当乌登(1912)明确指出海进-海退旋回是北美上石炭统含煤系岩性单元有规律重复的原因时,立即引起了地质学家对含煤系旋回沉积的广泛兴趣。Weller(1930)、Wanless和Weller(1932)以及Wanless和Shepard(1936)进一步强调了这些旋回广泛的横向连续性及其在地层对比中的实用价值,并正式提出了“旋回”一词,将其归因于地壳运动。南斯拉夫数学家米兰科维奇提出地球轨道参数变化周期后,韦勒等人进一步认识到“含煤旋回”与轨道参数变化有关,地球轨道参数变化引起的冰控海平面变化是含煤旋回的主控因素,从而揭开了含煤岩系研究史上“旋回时代”的序幕。虽然后来很多学者发现,含煤岩系旋回层中的沉积单元组成与Weller(1930)和Wanless和Weller(1932)的原始“理想旋回层”有很多差异,并且发现这些差异主要是由区域构造背景和沉积环境的差异造成的。然而,Weller(1930)的旋回概念几十年来一直强烈地影响着含煤岩系沉积学的研究,并在根据标准旋回的岩性组合特征寻找可采煤层方面发挥了积极的作用。
20世纪60年代,Fisk(1960)和他的学生将现代密西西比河三角洲的研究成果应用于阿巴拉契亚宾夕法尼亚纪含煤地层的研究。他们将阿巴拉契亚的石炭纪含煤地层与密西西比三角洲的沉积物进行对比后,认为阿巴拉契亚石炭纪旋回中简单的海侵和海退过程可以用类似于现代密西西比河三角洲的三角洲叶片的退积和退积过程来解释。至此,人们认识到河流决口、分流河道的摆动、沙坝的迁移等幕式或周期性的作用也能引起旋回现象(Ferm和Coleman,1963;Ferm,1974),从此开始了“三角洲迁移模式”的历史阶段。Ferm(1974)和Horne等人(1978)将阿巴拉契亚石炭系阿勒格尼组沉积相划分为冲积平原、上三角洲平原、下三角洲平原、障壁后泻湖、障壁岛等类型,总结了著名的阿勒格尼组三角洲沉积模式,提出上下三角洲平原过渡带形成的煤层具有以下特征。迄今为止,提出了各种成煤模式,包括海岸障壁泻湖模式(Young,1955)、河流-三角洲模式(Ferm和Horne,1979)、冲积扇模式(Heward,1978)和砂质辫状河模式(Haszeldi)。1980)、湖泊模型(艾尔斯和凯泽,1984)、风成沙丘模型(理查森,1985)和碳酸盐台地模型(张鹏飞等人,1983;邵龙义等,1998)。这些成煤模式为成煤环境特征、煤层发育和基本控制机制提供了解释依据。在这一阶段,虽然对旋回层的自旋旋回及其旋回机制存在争论,但无论是旋回层理论还是后来的沉积模式理论都对煤系沉积学的发展起到了巨大的推动作用。
层序地层学诞生于20世纪40年代。斯洛斯在65438-0948年北美地质学会年会“沉积相与地质史研讨会”上提出了以区域不整合划分的北美地台“地层层序”,标志着“层序”概念的萌芽。20世纪50年代末60年代初,斯洛斯、克鲁姆宾、达普莱斯等人创造性地将北美稳定克拉通上晚前寒武纪至全新世的地层记录以区域不整合为界划分为6套地层层序,并将层序定义为“高于群和超群的岩石地层单位”。系统层序地层学理论诞生于20世纪80年代末。1988年,C.K. Wilgus主编的《海平面变化综合分析》专刊和Sangree、Van Wagoner、Mitchum出版的《层序地层学文献》标志着层序地层学的诞生。Van Wagoner等人(1988)、Posamentier等人(1988)、Van Wagoner等人(1990)、Mitchum等人(1991)提出了层序地层学的概念体系,将旋回的全球特征与旋回的区域变化相结合。在层序地层学的影响下,越来越多的煤田地质学家注意到河流决口、三角洲迁移等自旋旋回机制只能解释与Weller(1930)理想旋回不一致的局部变化,即一些分布有限的沉积特征,而不能解释整个盆地甚至全球范围内存在的大量沉积特征或旋回的成因。显然,后者只能用盆地动力机制或其他不同的旋回机制来解释。层序地层学和旋回地层学相结合所反映的层序地层格架、旋回层序和海平面变化规律,可以为含煤岩系的年代地层学、旋回性和盆地演化提供可靠的依据,进一步推动聚煤理论的发展。因此,也可以说,层序地层学的出现,为煤和含煤岩系的沉积学研究开辟了新的篇章。