海洋碳酸盐沉积环境

海洋碳酸盐沉积环境现代碳酸盐岩的分布特征分布地带：碳酸盐沉积主要分布于低纬度（南北纬30o左右）的清澈、温暖、滨浅海地带条件：浅水、暖水、清水、阳光充分、没有大量细碎屑沉积物的注入。生物：钙藻大量繁殖，珊瑚礁发育。沉积物：主要是两类沉积物（1）颗粒碳酸盐（贝壳砂、鲕粒砂、葡萄状团块、球粒）；（2）造礁生物粘结岩。少量灰泥在南北纬40o之间的深海盆地底部，有大量浮游生物碳酸盐沉积。浅海碳酸盐的发育与藻类有密切关系在水深15m中所产生的CaCO3比深陆缘海每单位面积的CaCO3多几倍。主要与浅水绿藻及蓝绿藻特别丰富有关。由于藻类的光合作用，从海水中吸收大量CO2，从而促使海水中的CaCO3过饱和而沉淀出文石质灰泥，而且钙藻的外壳也是文石质灰泥(成为颗粒的主要供给者)。藻类繁盛提供了大量碳酸盐沉积物。浅海碳酸盐的发育与生物有密切关系藻类的生活需要温暖、浅水、清洁透光环境。海水浑浊妨碍光合作用，阻止钙藻生长，堵塞底栖生物的摄食器官，影响其繁衍（妨碍了大量碳酸盐颗粒的产生）。海水太深，阳光和氧气不足，对藻类和底栖无脊椎动物生长都不利。海水太深，水压大，溶解CO2多，CaCO3不饱和，因此深水不会有大量碳酸盐的产生。深水碳酸盐沉积物主要靠海水表层浮游生物（颗石藻、有孔虫、翼足类等）和浅水陆棚区漂运来的灰泥或粉屑。浅海碳酸盐颗粒的复杂成因内（源）碎屑：盆地内准同生改造的碳酸盐颗粒。内（盆内）：直接来源与准同生改造；成分：碳酸盐。在海岸高能带，由于波浪、潮汐、海流等作用，使碳酸盐沉积物发生簸选，将细粒碳酸盐带走，而留下各种砂砾级碳酸盐颗粒，形成各种砂砾屑滩、介壳滩、沿岸砂坝、砂咀、滨外砂堤、砂洲、潮汐三角洲、潮汐砂坝等（西沙群岛）。细粒碳酸盐（灰泥、粉屑）沉积在：（1）较深水盆地区：陆棚边缘、障壁砂坝前缘的较深水区（滩前、滩间）。（2）较低能的浅水区：障壁后的泻湖及潮坪区。碳酸盐与生物和生物礁碳酸盐沉积物主要是生物成因的。生物遗体和生物作用。些生物能适应高能环境，具有抗浪的生态本能，它们在高能环境下原地生长聚集成为礁体。在高能带，由于向岸的波浪和潮汐作用，较深部的海水能够沿着斜坡上升到浅水区，使其温度剧然升高，水压降低，CO2迅速释放，促进了CaCO3大量沉淀。同时，从深水带来大量养料，有利于造礁生物的生长。所以，在沿岸高能带常形成岸礁，在滨外或陆棚边缘高能带常出现堤礁或堡礁（Barrierreef）。生物礁澳大利亚的大堡礁-GreatBarrierReef世界上有一个最大最长的珊瑚礁群，它就是有名的大堡礁-GreatBarrierReef。它纵贯蜿蜒于澳洲的东海岸，全长2011km，最宽处161km。南端最远离海岸241km，北端离海岸仅16km。在落潮时，部分的珊瑚礁露出水面形成珊瑚岛。无生物礁的地带如果这些地带，持续地保持高能条件，同时，碳酸钙又过饱和，这就使造礁生物不能大量繁衍。出现明显的碳酸盐的沉积作用、胶结作用、颗粒的包壳作用等。产生被亮晶胶结的颗粒灰岩。颗粒类型：鲕粒、砂屑、球粒、团块、核形石、生物碎屑等。在障壁（礁或碳酸盐砂堤）后的泻湖及潮坪：是水循环受到限制的低能条件。在炎热干燥区蒸发作用使泻湖咸化，正常海水化学沉淀CaCO3（文石）。咸化到一定程度就沉淀高镁方解石（转变为白云岩）及蒸发岩（膏盐、盐岩）沉积。生物很贫乏，仅有某些广盐性生物。在温暖潮湿区泻湖的盐度变化不大，可出现大量绿藻、钙质海绵、苔藓虫及腕足类等，为碳酸盐沉积提供大量颗粒。在潮坪地带由于间歇性的潮汐泛滥及陆上暴露干涸，形成白云岩以及鸟眼、干裂、纹层、膏盐晶体假象等沉积构造。在热带多雨区，潮间坪沉积物里出现淡水沉积透镜体，造成富含半咸水植物的沼泽，或出现微喀斯特地貌，沉淀结壳状淡水方解石等。水深5米水深2米多毛纲海底水深７m普通海綿綱水深5米水深7米一、碳酸盐沉积相模式1．按能量带划分的模式Shaw,1964年,把浅海碳酸盐沉积区划分为陆表海和陆缘海两种类型，论述了陆表海的水能量特征，提出陆表海碳酸盐沉积分异主要取决于海水的能量。陆表海内波浪、海流、潮汐作用是控制碳酸盐分带主要因素。Irwin，1965年，根据Shaw的理论，进一步提出了陆表海沉积模式。按照能量，把陆源物质输入很少的陆表海（清水碳酸盐盆地）从海岸到广海方向划分为X、Y、Z三个带。Z带：潮上低能带，波浪作用小。灰泥为主,干旱气候形成白云岩和蒸发岩。岩石有泥晶灰岩、纹层状灰岩、白云岩。常见干裂、鸟眼构造、扁平砾石、潜穴、钻孔等沉积构造。生物丰度和分异度低，仅见兰绿藻、介形虫、腹足类、双壳类等。Y带：潮间带+潮下高能带，阳光、氧气、养料丰富，底栖生物及藻类大量繁盛。形成生物礁。大量碳酸盐颗粒（鲕粒、生物碎屑、内碎屑）。多为亮晶颗粒灰岩。交错层理发育。X带：潮下低能带(浅海)。以粉屑、灰泥沉积为主（粉屑灰岩、灰泥岩）。较深水、静水、氧气不足，藻的生长受到限制。暗色，水平层理。按能量带+潮汐划分的模式Laport(1967,1969)修改了Shaw和Irwin的模式，认为潮汐作用在海水动力能量分带上起重要作用。发现由于潮汐面频繁变动经常引起能量带的复杂迁移，因而形成各相带的变化。把碳酸盐的能量分带与潮汐分带结合起来，划分出四个相带。（1）：潮上及潮间带：相当于Irwin的Z带；（2）：浅的潮下带：位于波基面以上，相当于Irwin的Y带；（3）：无陆源沉积的潮下带，位于波基面以下，无细粒陆源碎屑物（主要指粘土），相当于Irwin的X带的上部；（4）：有陆源沉积的潮下带：位于波基面之下，有陆源粘土沉积物，相当于Irwin的X带的下部。2．威尔逊的综合沉积相模式威尔逊（Wilson，1975）综合了古代及现代碳酸盐的大量沉积模式，吸收了按能量、潮汐划分碳酸盐相带的优点。根据海底地形、潮汐、波浪、氧化界面、盐度、水深、海水循环、气候条件等因素建立了综合的碳酸盐沉积的标准相带模式。把海洋碳酸盐划分为三大相区、九个相带、22种微相类型。Wilson模式九个相带的划分比较详细和系统，是一个比较完善的综合性模式，已被普遍使用。它的基本格局仍是低能—高能—低能这3大相区。盆地相区的1、2、3相带，其海底深度均位于浪基面之下，属低能带，与Irwin的X相带相当。台地边缘相区的4、5、6相带，其海底深度均位于波基面之上，波浪作用强烈，均属高能带，与Irwin的Y相带相当（其是礁滩的模式）。台地相区的7、8、9相带，均位于台地边缘相区之后（靠陆一侧），这里波浪能量消失（潮汐为主），水体运动均比较弱，属低能带，与Irwin的Z相带相当。但是开阔台地相台（7相带）也可能有部分地区海底水动能较高。Wilson模式9个相带实例塔北Cm-O碳酸盐岩台地层序-体系域类型与空间分布现代生物礁\现代碳酸盐滩二、潮坪碳酸盐沉积相模式潮坪:潮汐作用为主，波浪作用较小，宽阔、平缓倾斜的海岸（滨海）地区。在缺乏陆源碎屑物时，形成潮坪碳酸盐沉积。潮坪碳酸盐岩沉积标志：暴露构造、潮汐层理、碳酸盐、藻类作用潮坪藻席带。碳酸盐潮坪与陆源碎屑潮坪的区别：陆源碎屑潮坪的前方发育障壁岛或滩；碳酸盐潮坪多数与藻席发育有关，藻席的大量和广泛发育起到阻挡外海波浪的作用（藻礁），使大部分碳酸盐台地免受海浪作用破坏，而成为一个以潮汐作用为主的碳酸盐沉积环境。碳酸盐潮坪也可分为：潮上带、潮间带、潮下带。按湿度和盐度可分为两类：正常（湿度和盐度的）潮坪和干旱盐化潮坪。(1)、正常碳酸盐潮坪沉积相模式潮上顶部：陆相沉积，如风成砂、钙结壳和淋滤构造。潮上(泥坪):白云岩化和含石膏的泥晶—粉屑灰岩、藻席灰岩，鸟眼、窗格、干裂，被地下水上涌或结晶作用形成帐蓬构造，被破碎成扁平砾石状角砾。潮间坪：波纹状、半球状叠层石灰岩，泥裂、雨痕、鸟眼构造、窗格构造、波痕、冲刷及充填构造，可有足迹、爬痕、潜穴等。泻湖（低能带）:柱状和锥状叠层石。潮下（低能带-高能带）:核形石、凝块石、锥状叠层石。潮下带上部，发育颗粒灰岩，并组成沙滩脊（近岸滩）。盆地相:属于浅海环境，多为浪基面以下细粒碳酸盐沉积，水平层理。潮坪的主体是潮间带。海岸萨布哈：是波斯湾海岸的一片荒芜低平的盐碱地，现在用来代表干旱气候条件下有盐壳的盐坪、盐沼和盐碱滩沉积环境。对潮上带的盐坪称为海岸萨布哈。大陆内干旱盆地形成的盐碱滩、干盐湖则称为大陆萨布哈。波斯湾的特鲁西尔海岸现代潮坪和萨布哈是一个最近三百年内形成的海退序列。其底部为一套潮坪沉积的碳酸盐泥、藻泥碳和纹层碳酸盐沉积，其上为萨布哈沉积。靠陆方向（上部萨布哈）为结核状硬石膏层、碳酸盐和石英砂、肠状石膏层。向海方向（下部萨布哈）则为块状的石膏软泥沉积。(2)、萨布哈碳酸盐潮坪沉积相模式陆源碎屑萨布哈和碳酸盐萨布哈常同时出现。萨布哈型碳酸盐潮坪是干旱气候条件下形成的，其沉积作用具如下特殊标志:A:高速蒸发和高度超咸形成蒸发矿物（石盐、石膏、硬石膏、白云石、天青石、菱铁矿白云岩化和含石膏的泥晶—粉屑灰岩、藻席灰岩，鸟眼、窗格、干裂，被地下水上涌或结晶作用形成帐蓬构造，被破碎成扁平砾石状角砾。B：白云石化作用强。盐类沉淀和盐壳形成。淡水作用，盐类溶解，导致地下水中Mg2+/Ca2+比值提高，促进文石、高镁方解石的白云石化作用。C:如果环境稳定，大量石膏被改造形成具有特殊网状结构的复杂块体、扭曲的盘肠状外形的石膏。D:蒸发矿物呈斑状变晶生长，主体沉积物被挤到晶体间隙中，沉积结构被破坏。白云石化作用使文石和灰质颗粒发生白云石化，形成鸟眼白云岩、结晶白云岩、颗粒白云岩。三、台地边缘砂滩相碳酸盐沉积特征浅水、高能、无障壁（即礁不明显，呈现水下滩、坝带）。台地边缘砂滩碳酸盐环境是台地边缘相区的一种高能环境，处于开阔浅海，没有障壁和广阔藻席，碳酸盐沉积作用直接受海洋波浪和潮汐控制。一般水深5—10m。海水循环良好，盐度正常，氧气充分。由于底质处于移动状态，因此不适于生物繁殖。能量和地貌：波浪、潮汐、沿岸海流的簸选，形成纯净的碳酸盐砂堆积。浅滩、海滩、滨外砂坝、潮汐砂坝、风成砂丘岛。岩石类型:亮晶颗粒灰岩、亮晶鲕粒灰岩、生物碎屑灰岩，分选磨园好。陆源碎屑物很少。沉积构造：槽状交错层理、板状交错层理、冲洗交错层理。生物:礁及礁后斜坡处生活的生物的碎屑，由于底质经常移动，很少有原地底栖生物。山东山寒武统砾屑灰岩和砂屑灰岩(风暴成因)四、生物礁沉积特征1．生物礁的含义礁的最初含义是指海底突起岩块，能使船触礁失事。现代生物礁主要是珊瑚礁。生物礁的概念：由造礁生物原地生长建立起来的水下隆起，沉积时的地貌比礁周围突起，礁核具有完整的生物骨架，形成深度从海水表面到水深200米，有的可达500米。礁池(澳大利亚大堡礁)礁池志留纪层孔虫礁中国二叠纪海绵礁2．礁灰岩的组成礁灰岩可划分为原地礁灰岩和异地礁灰岩。原地礁灰又有三种类型：骨架岩、障积岩和粘结岩。骨架岩：为原地的化石（珊瑚、海绵、层孔虫等）骨架组成的块状体，骨架间隙为灰泥及亮晶充填物充填。障积岩:由茎状、枝状化石（珊瑚、层孔虫、海百合、海绵等）构成障壁和支架，泥晶等基质充填格架内（由于障壁和格架有抗浪作用，使细的灰泥得以沉积和保存下来。障积岩或粘结-障积岩主要分布于礁核的基底部位。粘结岩：由板状-片状生物（层孔虫、藻类等）粘结和包裹灰泥质形成。生物分泌有机质时，通过生物化学作用使海水中的碳酸钙沉淀在生物体中。如藻叠层石(无硬体)。粘结岩主要产于骨架岩和障积岩之间。异地礁灰岩:生物骨架被破碎、搬运再推积形成的，主要堆积于礁的翼部，实际上是礁核的塌积物。有两种类型：漂浮灰岩：岩石中有10%以上的颗粒直径大于2米，并受基质支撑碎块灰岩:岩石主要是由粗碎屑礁块支撑。3．生物礁的相带划分和各相带特征生物礁的沉积相一般可划分为三个相带：礁核相、礁前相、礁后相A．礁核相：礁主体，抵抗波浪的部分，由造礁生物的骨架和灰质软泥组成。为骨架岩和粘结岩。礁核可分为三部分：礁顶冠带、礁前沿带、礁坪带。礁顶冠带:礁的最高部位。接受风、浪的部分。礁前沿带：水深小于100米。生物群丰富多彩。除造礁生物外，附礁生物有腕足类、双壳类、珊瑚、海百合和钙质绿藻等。在现代礁体珊瑚可延伸到水下