侧向加积与瓦尔特相律

侧向加积(lateral accumulation)是指沉积物在搬运介质中沿搬运方向的位移和堆积(图2－2)。滨海、滨湖，河流、三角洲和大陆斜坡等是侧向加积的主要盛行环境。侧向加积作用形成的地层具有如下特征:①原始沉积的地层序列在不同的时间和空间尺度上并非总是水平和上新下老(图2－3);②岩性或岩相界面通常与时间界面斜交或不一致(图2－3、图2－4);③由侧向加积作用形成的地层特征和时间属性在地层的不同延伸方向上表现出明显的差异:在平行于侧向加积方向上，具有相同特征的地层和地层界面表现出最大的穿时性，而在垂直侧向加积方向上，具有相同特征的地层和地层界面表现出最小的穿时性(图2－5);④地层的时空关系通常服从瓦尔特相律(图2－6)和岩石地层单位穿时普遍性原理。

瓦尔特相律指出:只有那些目前我们可以看到的、相互毗邻的相和相区，才能原生地叠覆在一起。该定律为正确认识地层的时空关系和沉积相分析奠定了理论基础，对地层学和沉积学的发展具有重要影响。当从沉积作用的角度审视瓦尔特相律时，我们不难发现，瓦尔特相律的沉积学基础是侧向加积。瓦尔特相律的模式图(图2－6)表明，在沉积相的侧向迁移过程中，垂向上整合叠置的沉积相单元在空间上一定是相互毗邻的，或在海平面/湖平面发生变化或沉积盆地基底升降过程中，在空间上相互毗邻的沉积环境和相，将发生有序迁移。如在海平面上升过程中，半深海相将整合叠置在浅海相上，浅海相将整合叠置在滨海相上，滨海相将整合叠置在陆相上，相的这种迁移和叠置规律不会因时代、地区和起始或终结相单元的不同而不同。显然，在时间上，沉积相的这种整合叠置关系是空间上沉积相连续侧向迁移的结果，与地球重力场的作用并无密切关联。在瓦尔特相律的模式图中(图2－6)，如果在淡水灰岩和海相灰岩之下发育有由垂向加积作用形成的凝灰岩相和宇宙尘沉积相［图2－6 (a)中实心箭头所指］，尽管它们与上覆和下伏地层均为整合叠置关系，但它们的沉积环境与上覆或下伏地层并无差别，即凝灰岩相和宇宙尘沉积相的环境与上覆或下伏地层相同，但作用相(龚一鸣，1993)与上覆或下伏地层不同。在时间(垂向)和空间(侧向)上，由火山作用形成的凝灰岩相和由天体撞击地球形成的宇宙尘沉积相可与任何沉积相单元整合叠置和毗邻，这与浅海相只可能与滨海相和半深海相在垂向上整合叠置和在空间上相互毗邻完全不同。因此，由垂向加积作用形成的沉积相的叠置和毗邻关系并不都服从瓦尔特相律。

图2－2　侧向加积与地层形成示意图
箭头方向代表介质运动、沉积物的搬运和堆积方向;介质运动方向与交错层理前积纹层的倾斜方向和沉积地层年龄变新方向一致

图2－3　三角洲的侧向加积与地层特征
(据Skinner＆Porter，1989改编)
(a)三角洲由侧向加积作用向海方向推进形成的岩相分异;(b)由三角洲的侧向加积作用形成的地层记录。(a)和(b)中的岩相界面均为穿时面;原始沉积的地层在任何时空尺度上并非都水平叠置、侧向连续和上新下老

图2－4　由侧向加积形成的交错层理与地层叠覆律的局限性示意图
交错层理下部层系(a)、中部层系(b)和上部层系(c)形成的先后顺序服从地层叠覆律，即(a)早于(b)，(b)早于(c);但在层系(a)内部的下部(a1)、中部(a2)和上部(a3)形成的先后顺序不服从地层叠覆律，即a1并非早于a2，a2并非早于a3;在层系a、b、c内部，前积纹层的倾斜方向才是地层的变新方向

图2－5　侧向加积方向与地层穿时性关系
同一沉积盆地内不同地区间岩石地层单位和界面的对比应选择与穿时性一致的地层发育方向

岩石地层单位穿时普遍性原理指出:全部侧向可以识别和追踪的非火山成因的陆表海沉积的岩石地层单位都必然是穿时的。该原理的提出，对客观认识岩石地层单位、岩石地层界线及其时间属性产生了重要影响(张守信，1983，1989，2006)。导致岩石地层单位和界线穿时的沉积学机理是由于沉积物沿搬运方向的侧向加积和相的侧向迁移，不仅如此，瓦尔特相律的沉积学基础也是相的侧向迁移。显然，发生这种侧向加积和相的侧向迁移的场所并非只限于陆表海，滨湖、河流、三角洲、大陆斜坡等都是盛行侧向加积和相的侧向迁移的主要场所。侧向加积和相的侧向迁移发生的时间尺度，短到分秒，长达数百万年以上;空间范围小到手标本尺度，大到数百至数万平方千米的区域。侧向加积和相的侧向迁移形成的地层记录通常不都服从地层学三定律。由于侧向加积和岩石地层单位的穿时具有明显的方向性(Tipper，1987)，在进行区域岩石地层单位、岩性界面和标志层等的对比中，查明侧向加积地层的加积方向或相的迁移方向与地层对比方向之间的关系，对正确评价岩石地层单位、岩性界线乃至一切与岩性相关的各类地层单位和界线，如生物、层序、化学等地层单位和界线的穿时性是一项必不可少的工作。因此，地层形成作用、沉积相类型和相的迁移方向的研究在岩石地层、层序地层和生物地层等的研究中具有重要的理论和实践意义(图2－5)。

图2－6　瓦尔特相律模式图
(据刘本培，1986改编)
(a)由渐进式海进导致的侧向加积作用所形成的连续整合的沉积相的叠置关系;(b)地球表层环境的空间配置关系及与之相对应的沉积相记录。地层序列中砂岩与页岩等岩性界面通常为穿时面，在垂直海岸线方向其穿时性最大，在平行海岸线方向其穿时性最小。(a)下部的实心虚线箭头所指为粉砂状凝灰岩薄层，(b)上部的空心箭头所指为极薄的宇宙尘沉积