第六章陆相层序地层学.

第六章陆相湖盆层序地层学第一节陆相湖盆地质特征第二节陆相湖盆层序界面及样式湖泊--是陆地上稳定的天然蓄水盆地，也是沉积物堆积的重要场所。湖盆本身的性质是周围被较高地区团团围绕的地形低处现代湖泊约占大陆表面1.8%，其中60%为淡水湖（Reeve，1968）。大小从几十平方米到几十万平方公里。世界最大：里海——436400km2我国最大：太湖——245240km2（淡水湖）青海湖—4450km2（咸水湖）世界最深：贝加尔湖—31500km2，最大水深1620m，平均水深740m补充：湖泊分布广：不同构造环境：大陆内部、裂谷、大陆边缘、碰撞带等不同地理环境：冰川、山谷、沙漠、平原、海岸平原等不同气候条件：从冷到热，从干旱到潮湿具有不同的盐度：从淡水到非常高的盐度与不同的沉积体系过渡：冰川、沙漠、三角洲等地史时期湖泊沉积记录较少而现代湖泊面积大，显生宙多，前寒武纪少湖泊沉积研究的意义理论意义：湖泊作为研究沉积作用的一个大实验场，现代沉积的许多概念，如三角洲沉积、滨海、浊流作用以及蒸发成因等，都是从湖泊开始研究的。但研究还不够，因而没有理想模式。湖泊沉积是古气候的灵敏标志。实际意义：与世界上以海相地层含油不一样，我国的石油天然气储量绝大部分来自与湖泊相关的沉积地层，湖泊沉积作为石油与天然气生成与储集的一种重要类型，已为人们公认，也是我国对陆相生油、储油理论的重大贡献。与湖泊沉积相关的煤、粘土及盐类矿床也是具有重大价值的资源。1、湖泊的水动力条件2、湖水的温度分层3、湖泊的水化学条件4、湖泊的生物作用湖泊的主要特征波浪、岸流、河流、潮汐作用很弱湖浪：浪基面－1/2波长的水深，一般小于20米。湖浪的大小与湖泊的规模和风的吹程有关。在较浅的湖区，风暴浪改造近岸沉积，可以产生类似于陆棚的风暴沉积岸流：湖浪的推进方向与湖岸斜交时产生岸流河流：河流的注入改变水动力特征和沉积物分布特征1、湖泊的水动力特征湖浪2、湖水的温度分层湖泊对大气的温度变化较为敏感。由于水的密度在4℃时最大，气温的变化使处于此温度的水体沉降至湖底，湖水出现温度分层现象。（1）随着深度的增加，温度将逐渐降低，当达到某一深度时，水温降低很快，这个水温突然变化的水层称为温跃层（2）在温跃层以下，水体较冷，密度较大并处于停滞状态，人们通常把该层称为下部滞水层（3）温跃层以上为水体运动活跃、混合良好的暖水层，一般称为上部温水层河流的注入作用也可以破坏以前的分层状况3.湖泊的水化学条件变化大：河流的注入和局部气候环境矿化度（含盐度）：小于1%至大于25%（海水为3.5%）化学成分：变化很大，反映源区物质和盆地气候条件稳定同位素：18O/16O，13C/12C比海洋低34S/32S不稳定（海洋较为稳定）微量元素：B、Li、F、Sr比海洋少，Sr/Ba小于1PH值等：变化很大（2－12）富营养湖泊－（现代环保：如滇池、太湖的治理）在温暖潮湿气候区的淡水湖中，生物的繁殖率很高。当这些生物死亡后沉积于湖底，可使湖底的游离氧消耗贻尽，造成无氧带。这种湖泊称为富营养湖泊，其沉积物主要为黑色的富含硫化物的有机质组成的腐殖泥。贫营养的湖泊－如果生物繁殖率低，或者水体保持良好的氧化条件，那么水体中因含游离氧较多，只能沉积黄灰色的含植物和藻类的软泥。软泥中可以见到底栖动物化石。这种湖泊称为贫营养的湖泊4.湖泊的生物作用（1）直接作用－遗体和痕迹淡水生物群：底栖生物腹足类、瓣鳃类，游泳生物介形虫、叶肢介、鱼等，低等植物轮藻、蓝藻等（2）间接作用－改变环境三、湖泊的分类(1)按湖水盐度将湖泊分为淡水湖、咸水湖和盐湖。盐度＜0.1%者称为淡水湖，盐度＞3.5%者称为盐湖，介于二者之(2)按湖泊的沉积物类型分为以陆源碎屑沉积为主的碎屑沉(3)按湖盆的成因分为构造湖（断陷湖泊、坳陷湖泊）、河成湖、火山湖、岩溶湖和冰川湖等（4）按地理位置分为近海湖泊和内陆湖泊碎屑湖泊的沉积模式沉积物围绕湖盆呈环带状分布，但实际情况要复杂的多。子长南家咀煤矿长1半深湖相沉积深湖泥岩深湖泥岩第一节陆相湖盆地质特征陆相湖盆特征：•受构造和气候作用影响大•盆地类型和结构复杂•湖盆水域浅小•近物源和多物源供源方式•湖平面升降变化频繁•沉积体系类型多且相变快•湖盆缺少明显的地形坡折等•海平面升降变化曲线对湖泊层序研究无指导意义，控制地层构型的主要因素是构造活动和气候的变化。•研究表明要成功地在陆相地层中运用层序地层学的基本概念，就必须要对陆相盆地构造活动、气候变化以及基准面和沉积物的供给进行全面了解和研究，这样才能根据陆相湖盆的地质特征，作出能反映陆相盆地地质特征的层序地层研究成果。—、湖盆构造作用和气候变化1．湖盆构造作用及其对层序的控制1)陆相湖盆成因机制陆相湖盆成因机制以及盆地演化史的研究一直是人们长期讨论的主要课题。人们提出了多种陆相湖盆成因机制的观点，但较为人们普遍接受的有两种沉积盆地形成机制。第一种：洼地内沉积物按地形法则发生堆积成因：由于岩石圈的负载作用，岩石圈发生弹性变形。岩石圈凭借其弹性可承受宽度等于其深度量级的负载。特点：这种均衡下沉可以导致沉积物的总厚度达到初始地形异常的2-3倍。主要分布在大陆边缘和大陆裂开的地区•第二种：热沉降作用。成因：地幔深部物质上涌，在大陆岩石圈之下形成热点，岩石圈受热被拉张变薄。随着均衡上隆，在地壳上部足以产生断裂的裂陷盆地，从而导致盆地的沉降和沉积物的沉积。特点：受多种因素控制断陷向坳陷转化中国东部中新生代陆相盆地的成因机制，目前比较一致的看法就是热沉降作用，即由于太平洋板块向欧亚板块俯冲和印度板块向北挤压，造成东部地壳向东蠕散、拉张减薄，拉张作用造成软流圈上拱，盆地以早期裂陷为特征，晚期因热流扩散岩石圈冷却收缩，盆地下沉，以坳陷为特征。陆相断陷盆地的拉张裂陷作用具有阶段性、旋回性的特点，是一个不连续的幕式沉降过程，这个阶段沉降作用控制了盆地充填物的旋回性。2)陆相湖盆结构特征根据盆地构造成因，可将沉积盆地划分成三种类型，挤压性沉积盆地：主要分布在贺兰山、六盘山以西，如塔里木、准噶尔、柴达木盆地；基底断裂发育，盆地均具有明显的断陷—坳陷双层结构。拉张型沉积盆地：分布在贺兰山和六盘山以东，如松辽、渤海湾和珠江口盆地；盆地往往呈不对称状，发育明显的中新生代山前坳陷，无明显岩浆活动，盆地边界受逆冲断层控制，盆地局部构造多呈线状或雁列式排列。过渡型沉积盆地：处于上述两类盆地之间，如四川和鄂尔多斯盆地。基底坚硬，是中国陆块上最稳定的一部分，盆地结构表现为东西不对称的特点，盆地西缘多发育逆冲断裂带。中国中新生代陆相盆地受基底性质，断裂构造运动的影响，盆地结构类型多样且复杂。根据盆地基底差异沉降的特点，可将中国中新生代陆相盆地结构划分成三种类型，即单断箕状盆地、双断裂陷盆地和断层活动很弱的坳陷盆地。3)陆相湖盆的构造演化特征中国中新生代陆相盆地构造沉降演化历史表现出明显的阶段性。盆地演化早期：即早期断陷阶段，盆地基底沉降明显、沉降幅度大；盆地演化中期：即中期坳陷阶段，盆地基底沉降速率明显降低，沉降幅度变小；盆地演化晚期：即晚期萎缩消亡阶段，盆地基底沉降作用趋于停止，盆地萎缩直至消亡。。4)盆地构造演化对层序发育的控制作用•构造作用从根本上控制了可容空间的产生和消亡没有构造沉降就没有沉积盆地•盆地构造演化往往被认为是形成陆相层序的一种主控因素。中国东部中新生代构造演化史分析表明，盆地构造演化具有明显的阶段性，也就是说，盆地的形成和演化不是连续的，是间歇的或幕式的。正是这种幕式的盆地构造旋回控制了某些陆相盆地的层序地层模式。因此盆地范围的阶段性构造作用控制了沉积层序的形成，该层序的边界往往是在盆地范围内可追踪对比的构造不整合界面。•根据构造沉积幕的概念，构造层序与构造沉积幕基本相当即代表在基本相同的构造机制作用下形成的一组相关的层序，指示盆地的一个构造演化阶段。•沉积盆地充填演化受控于不同序次的幕式构造运动。直接控制盆地形成和消亡的一级和二级构造运动具有持续时间长、波及范围广的特点，控制了构造层序的形成。导致沉降速率变化的三级构造运动(百万年级)控制了盆地范围的层序的形成。2.气候对陆相盆地层序的控制作用气候的变化对陆相层序的影响是多方面的。首先是一种间接的影响，气候的变化会造成植被和降雨量的改变。若气候温暖潮湿，则植被发育、降雨量多，母岩的风化作用较显著，网状河流发育，沉积物供源较多且湖平面易于上升，利于陆相盆地层序的发育；反之，气候干旱炎热，植被不发育，降雨量少，辫状河系较发育，粗粒物源短距离供给，湖平面易下降，不利于层序的发育。•气候的变化也会导致河流地貌的巨大变化，地貌变化又使得河流系统处于不均衡状态，而不均衡条件是以快速地形变化为特征的。•因而保存的河流沉积可解释为代表稳定的地形变化，而层序边界的存在则代表了快速的地形变化。气候变化对形成陆相层序的直接影响是湖平面的变化。气候影响了湖泊的蒸发量和注入量，进而影响了湖平面的升降变化，湖平面的升降变化控制了地层的叠置样式和沉积相的分布。当气候由干旱向潮湿转化时期，湖平面快速上升，水体加深，沉积了湖泊扩张体系域；在潮湿期湖平面达到最高最大时形成最大湖泛面，之后形成了高位体系城。全球气候变化具有周期性或旋回性，前人曾就层序中地质周期的天体成因和演化特性做过系统研究，可将天文地质成因周期划分成6个级次。在陆相层序地层研究中，与气候相关的三级、四级和五级周期控制或影响了层序的形成发育。例如，东濮凹陷始新统沙四段为干热气候、沙三段为温暖气候，气候周期为百万年级。另外，通过对塔里木盆地陆相三叠系米兰科维奇旋回的周期分析发现，米氏周期的沉积厚度为24.8~73.7m，周期频率为0.298~0.776Ma，相当于米兰科维奇地球偏心率的长周期。二、湖平面升降变化湖平面升降变化的确定依据:湖相层序中的湖岸上超和顶超现象，湖平面相对上升：湖岸上超向陆的迁移；湖平面相对静止：湖岸沉积物的顶超现象；湖平面相对下降：湖岸上超向湖盆中央的迁移。湖盆缓坡高分辨率地震剖面是确定湖岸上超、湖岸沉积物顶超迁移规律的最好资料。三、湖盆的沉积旋回特征在本世纪70年代，Vail等人将沉积旋回的形成与海平面的相对变化联系起来，并且认为，海平面变化旋回在全球可以对比，也就是说，海平面变化旋回并不是由局部构造事件引起的，而是全球海平面变化的结果。实际上，中国中新生代陆相湖盆沉积物的垂向演化存在明显的旋回性，这些沉积旋回主要受控于盆地构造活动的多期性、阶段性，受控于海平面相对变化和沉积物供给的周期性。第二节陆相湖盆层序地层学根据湖泊层序地层主控因素分析，构造作用和气候变化是控制湖泊生成发展的最主要因素。所以应在充分考虑控制层序地层主要控制因素的基础上，结合盆地结构和充填物的特征，研究不同类型湖泊的层序地层样式。一、坳陷湖泊层序地层样式坳陷型湖盆特点：•坳陷湖泊盆地地形较为平缓和简单，盆地边缘斜坡缺少活动性同生断层，地形较缓，盆地长轴端常发育规模较大的宽缓斜坡，使湖区相对远离物源区。•坳陷型湖泊水域整体特征明显，湖泊面积大，深湖区位于坳陷湖泊的中央，虽湖泊深度不及断陷型湖泊，但深湖区面积大，例如松辽盆地白垩系青山口组一段深湖沉积面积占整个湖泊总面积的80％，湖水深度一般为30m。1．坳陷湖泊层序界面特征确定坳陷型湖盆层序地层样式的关键是如何准确地将相互嵌套的不同级次层序界面划分开来。在覆盖区，如松辽盆地，常以钻测井和地震资料，综合考虑构造运动界面、岩性岩相突变以及不整合等标志，来识别不同级次的层序边界。在层序边界识别过程中，应遵循下述几个原则：A.界面间断原则，即所划分的各级层序内部不应存在比层序边界更为重要的沉积间断面；B.等时性原则，即所划分的各级层序均为同期沉积物的组合体；C.统一性原则，即所划分的层序应在盆地范围内统一(池英柳，1995)，不同资料层序识别的一致性原则，即据不同资料划分的层序边界是一致的，能相互验证。1)构造和古生物资料上的响应特征近年来，人们已认识到大地构造背景与地层堆砌样式之间的密切关系，认为阶段性的构造运动是形成高级别层序或称之为构造层序的主控因素。沉积盆地