第二章 地层的沉积相与沉积环境

地史学（地质学专业）第二章地层的沉积相及沉积环境地史学（地质学专业）第二章地层的沉积相及沉积环境一、沉积相概念及相对比定律二、沉积环境的判别标志三、沉积环境与沉积相类型四、古地理图及其意义地史学（地质学专业）一、沉积相概念及相对比定律1、沉积相（相）(sedimentaryfacies)：能够反映沉积环境的岩石及古生物特征的综合。或者说，相是形成于特定古沉积环境的一套有规律的岩石和古生物特征的组合。2、相变(phasetransition)：沉积相在横向或纵向上的变化。3、岩相分析(petrographicanalysis):根据地层中岩性特征和生物特征等,分析和恢复古沉积环境的方法称岩相分析。地史学（地质学专业）4、相对比定律(Waltherphase-rule)：19世纪末期由德国学者瓦尔特（J.Walther，1894)提出，“只有那些目前可以观察到是彼此毗邻的相和相区，才能原生的重叠在一起”。并进一步研究认为：岩相类型在时、空分布上存在着内在的联系。相对比定律又称瓦尔特定律。地史学（地质学专业）5、岩相分析的基本原则：将今论古(thepresentisthekeytothepast)－－现代和地史时期所形成的物质记录有许多类似之处。地史学（地质学专业）二、沉积环境的判别标志在不同的沉积环境中，沉积物有着不同的标志特征。主要包括：沉积岩石的颜色，古生物群的面貌、岩性特征及层理和层面构造特征，矿物标志或称地球化学标志等。地史学（地质学专业）1、沉积岩组分和结构的环境意义A、牵引流沉积作用：以床沙载荷（推移质）方式搬运，这种作用常见于陆上（如冲积扇、河流、三角洲）和滨浅海环境，在深海洋流中也存在。B、重力流沉积作用为一类水中含有大量弥散沉积物的高密度流。常见于陆上和海洋坡折带（如山麓、深湖盆、大陆斜坡等）。特点：粗细混杂、分选较差。重力流包括泥石流、颗粒流、液化流和浊流四类，以浊流最为常见，且重要。地史学（地质学专业）深海扇浊流浊流沉积浊流深海扇粒序层理地史学（地质学专业）C常见岩矿标志有：1）海绿石，磷灰岩，主要形成于浅海环境；2）大规模、稳定的碳酸盐岩，一般出现在温暖的滨浅海；3）冰碛和冰川纹泥显示了冰期的寒冷气候；4）煤，赤铁矿，铝土矿，代表潮湿气候；5）鲕粒结构代表海浪强烈扰动的高能环境；6）富有机质和黄铁矿微晶的炭质、硅质、泥质岩类等，代表深水或滞留还原海盆环境。地史学（地质学专业）石膏盐湖石膏泥岩石灰岩地史学（地质学专业）D沉积岩的颜色沉积岩的颜色只有原生色才能反映沉积环境。1）黑色或灰色：不通畅的水的还原环境，即静水环境。2）海绿石形成的绿色：代表不同程度的较深的海洋环境。3）红色、棕色：通常指炎热干燥的氧化环境。地史学（地质学专业）2、沉积构造的环境意义沉积构造是判别环境的重要标志。(1)、层理标志层理(bedding)是两个层面之间由于岩石的性质在垂直层面方向上，由成分、颜色、结构的变化所显示的层状构造。常见的层理有水平纹理（层理）（horizontalbedding)、交错层理(crossbedding)、平行层理（parallelbedding）、递变层理（gradedbedding）和块状层理（massivebedding）等。地史学（地质学专业）地史学（地质学专业）地史学（地质学专业）地史学（地质学专业）交错层理地史学（地质学专业）(2)、层面构造与暴露标志层面构造(beddingplanestructure)－－指出现在沉积岩层面上的构造，有时与沉积物同时形成，如波痕—对称和不对称波痕。暴露标志(exposedsigns)－－指形成于沉积作用之后，并能指示沉积物曾暴露于地表的层面构造。如动物的爬痕，足迹，泥裂，雨痕(雹痕)等。更明显的区域性暴露标志是古风化壳，在不同的气候带具有明显不同的识别标志。地史学（地质学专业）波痕（wavemark）地史学（地质学专业）地史学（地质学专业）泥裂（mudcrack）地史学（地质学专业）泥裂地史学（地质学专业）虫迹（track）地史学（地质学专业）地史学（地质学专业）雨痕（raindropimpression）地史学（地质学专业）雨痕地史学（地质学专业）帐篷构造（tepeestructure）是弱固结或半固结的碳酸岩盐由于暴露、蒸发、干缩而使其原始沉积层弯曲、破裂，并向上突起而形成形似印第安人帐篷的构造。碳酸盐沉积中的帐篷构造地史学（地质学专业）渗流豆粒层（vadosepisolite）：形态呈球形和长形。具群集、紧密堆积和成层的特点，圈层包壳的厚度不均匀，其下侧较厚，反映了重力作用的影响。渗流豆粒层的顶面代表一个古暴露面。它和渣状层及碎裂砾块等组成有规律的分带现象。地史学（地质学专业）滑塌构造（slumpstructure）由于受地震、风暴等因素的影响，处于塑性状态的沉积物通过重力作用沿大陆斜坡发生移动而产生的变形构造（准同生变形构造）。多见于大陆斜坡较深水沉积物中，并形成浊积岩或深水碳酸盐岩，为识别古坡向的重要标志。地史学（地质学专业）地史学（地质学专业）3、生物门类及其生态组合的环境意义（古生物标志）A、不同的生物门类生活于不同的自然环境之中。B、还可以根据某些生物判断海水的盐度及古气候。如：广盐度生物，狭盐度生物，喜暖生物，陆生生物，特征生物群及生物遗迹化石等。C、还可以根据某些生物判断其生活的水体深度。D、还可以根据生物化石在地层中保存的完整程度来判断水动力的强弱和搬运的远近。地史学（地质学专业）四射珊瑚造礁珊瑚：群体，生态窄;20°-30°的水温;350/00左右的盐度;100米的水深;透光性好.横板珊瑚横板珊瑚地史学（地质学专业）地史学（地质学专业）4、沉积地球化学标志及其环境意义A、自生矿物（authigenicmineral）（原始沉积时期或固结成岩以前形成的矿物）与沉积环境中的特定地球化学条件有关，并能指示其沉积环境。B、稀土和微量元素及稳定同位素对于研究沉积环境、生物作用、陆源区性质（母岩成分）、古气候特点和古地理再造都具重要作用。地史学（地质学专业）三、沉积环境与沉积相类型以海平面为标志，可以将地表沉积环境分成三大类型：大陆环境、海洋环境和过渡环境。1、大陆环境的沉积相类型（1）、山麓及山间盆地沉积类型形成于山间和山前地带。地势起伏悬殊，高差和坡度大，以快速堆积为特征。如：洪积扇堆积，以粗砾为主，多呈棱角状，分选和磨圆极差，砾径大小混杂；一般扇根处最粗，向扇端和两侧逐渐变细；层理多不发育，常为块状构造。地史学（地质学专业）洪积扇（注意沉积物差的分选和低的圆度）地史学（地质学专业）地史学（地质学专业）华北中生代冲积扇砾岩地史学（地质学专业）（2）、河流沉积类型河流沉积主要是碎屑物质。根据沉积环境及沉积物特征，河流相分为河床、堤岸、河漫及牛轭湖四个亚相。河流具二元结构洪泛平原沉积（河漫滩）上部沉积河道（床）沉积下部沉积另有决口扇沉积地史学（地质学专业）地史学（地质学专业）辫状河心滩地史学（地质学专业）点砂坝（边滩）曲流河地史学（地质学专业）（3）湖泊相在降雨量充沛的潮湿气候区多形成淡水湖泊。根据湖水深度可分为滨湖、浅湖和深湖。特点：水体封闭，从湖滨到湖心，随着湖水深度的增加，水动力逐步减弱，沉积物有从粗到细的机械分异现象；层理类型也由交错层理渐变为水平纹理。沉积相分布基本上呈环带状分布。在气侯干旱区，湖水浅且多为咸水湖。地史学（地质学专业）地史学（地质学专业）湖泊地史学（地质学专业）2、过渡环境的沉积相类型以三角洲环境为典型代表。沉积体由相互连接的三部分组成。（1）、三角洲平原（顶积层）：是三角洲的陆上部分。包括分支河道砂质沉积和泛滥平原上的粉砂、粘土和泥炭沉积，陆生生物化石丰富；（2）、三角洲前缘（前积层）：水平面以下，三角洲向海推进的前坡,以砂和粉砂为主；常发育大型交错层理，有时具浪成波痕；远离河口处形成席状砂体，以粉砂为主并出现水平层理，可含植物碎片和海（湖）生物碎片。（3）、前三角洲（底积层）：位于三角洲前缘向海（湖）的方向上。以粉砂和粘土为主，多具水平层理或块状层理，海（湖）生生物增多，有机质丰富。地史学（地质学专业）三角洲恒河尼罗河密西西比河河控三角洲浪控三角洲潮控三角洲地史学（地质学专业）由于三角洲沉积体不断向海（湖）方向推近，这时则以侧向加积为主，形成前积层底部明显的下超形态。因而，在剖面上，沉积物自下而上呈现出由细到粗的反旋回序列。也是三角洲沉积的一个主要识别标志。地史学（地质学专业）地史学（地质学专业）三、海洋环境的沉积相类型根据海底地形和海水深度，可进一步划分为滨海（潮汐带）、浅海（陆棚或陆架）、次深海（大陆斜坡）及深海（大洋盆地）地史学（地质学专业）（1）、滨海沉积相类型滨海带是指浪基面以上的海岸地带，也称滨岸沉积环境。受潮汐和海浪的影响最为强烈，滨海区的宽度随海岸地形而定。A、有障壁的海岸：可形成平行海岸的砂坝（多由分选好的石英砂组成，交错层理发育）和泻湖沉积（形成于砂坝与海岸之间，与广海呈隔离状态，水浅而低能，以粉砂和粘土沉积为主，水平层理发育，含广盐度生物群）。当淡水注入量大时，可形成滨岸沼泽,若植物发育则形成泥碳沉积。与广海连通不好的海湾或泻湖，在气候干燥条件下，由于蒸发量大，可形成咸化海湾或泻湖，则形成白云岩、硬石膏、石膏和盐岩沉积。地史学（地质学专业）障壁岛与泻湖潮汐三角洲障壁岛泻湖陆地障壁岛泻湖地史学（地质学专业）地史学（地质学专业）B、无障壁的海岸滨海带较宽广，且平坦，形成潮坪环境（有沉积作用），无沉积作用的称为潮浦。以潮汐作用为主。可进一步划分为潮上、潮间和潮下（0—50m,为亚浅海）三个带。地史学（地质学专业）潮上带:处于平均高潮面以上,仅在最高潮时被淹没。以砂、粉砂和泥质沉积为主，干裂、雨痕等暴露标志发育，可见陆生动物的足迹。潮间带：处于平均高潮面与平均低潮面之间,海水反复进退的地区，水动力强，发育双向交错层理和透镜状、脉状及波状层理，具垂直层面的潜穴等水下标志，也有暴露标志。潮下带（也称亚浅海）：平均低潮面与浪基面之间,始终被海水淹没。地史学（地质学专业）（2）、浅海沉积相类型位于浪基面以下，水深一般50--200m的海域，即陆棚或陆架地带。这一地带海域广阔，可达数百公里。受潮汐流和气象因素控制（风暴、洋流）。特点：常以泥岩、页岩、粉砂岩沉积为主，夹有薄的粉砂、砂、贝壳层或生物碎屑灰岩；富含狭盐底栖生物，如珊瑚、腕足、棘皮、苔藓虫、钙质有孔虫等，也常见有丰富的遗迹化石（动藻迹等），化石保存完整，分异度高。地史学（地质学专业）（3）、碳酸盐沉积相类型以碳酸盐沉积为主的滨浅海相，一般具有由碳酸盐缓坡向台地演化的浅水碳酸盐沉积特征。A、碳酸盐缓坡（carbonateramp）：是指从岸线向盆内缓慢倾斜的斜坡，与较深水的低能环境之间一般无明显波折，最高能量带位于近岸地区。当碳酸盐缓坡存在时，自近岸到远岸一般从潮坪沉积、泻湖沉积的鲕粒或团粒浅水碳酸盐相变为较深水泥质粒泥灰岩或泥灰岩沉积，其中含各种完整的广海生物化石。地史学（地质学专业）B、生物礁和碳酸盐台地位置：碳酸盐缓坡的浪基面与水下斜坡的交截区，有利于形成生物碎屑砂坝和生物营造的、地形向上隆起的初期建隆，由于建隆的出现，这时原来的碳酸盐缓坡开始转变成了碳酸盐台地。特点：水体浅、富氧和营养、透光好，生物大量繁殖，一些造礁生物如群体珊瑚等大量发育而形成生物礁。地史学（地质学专业）生物礁环礁障壁礁岸礁地史学（地质学专业）（4）、深海和次深海沉积相类型位置：浅海陆棚坡折外侧的大陆斜坡、陆隆及深海平原。陆隆（continentalapron）：如果大陆斜坡及深海平原相接处存在深海沟则无陆隆,如果发育海底扇,即存在陆隆。常见沉积类型有两种：即海底扇和大洋盆地沉积。A、海底扇（submarinefan）：是一种块体重力流的再沉积作用。是指由于风暴、地震等因素的触发，在浊流作用驱动下，将浅水陆棚边缘的大量沉积物沿海底峡谷顺大陆斜坡以高速度运向深水区，至大洋边缘因坡度变缓而迅速形成扇状浊积岩堆积－即海底扇。地史学（地质学专业）海洋沉积环境:示陆隆地