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课程负责人：杨友运２００６年１０月沉积岩石学Sedimentarypetrology课程负责人：杨友运２００６年１０月第十五章沉积相的概念及综合分类第一节沉积相及相关概念第二节沉积环境和沉积相的分类第三节沉积相的识别标志及分析方法一、沉积相的概念相这一概念最早由丹麦地质学家Steno（1669）引入地质文献，并认为相是在一定地质时期内地表某一部分的全貌。1838年瑞士地质学家格列斯利（Gressly）开始把相的概念用于沉积岩，他认为“相是沉积物变化的总和，它表现为这种或那种岩性的、地质的或古生物的差异”。20世纪以来，相的概念随着沉积岩石学、古地理学的发展而广为流行，形成了不同的观点和学派，一派认为，相是地层的概念，把相看着是“地层的横向变化”；另一派把相理解为环境的同义词，认为相即环境；还有一派认为相是岩石特征和古生物特征的总和（R.C.Selley）。第一节沉积相以及相关概念目前较为普遍的观点是，相的概念应包含沉积环境和沉积特征这两方面的内容，把相理解为沉积环境及在该环境中形成的沉积岩（物）特征的综合。沉积环境由下列环境要素（条件）组成：1）自然地理条件；2）气候条件；3）构造条件；4）沉积介质的物理条件；5）介质的地球化学条件。沉积岩特征包括：岩性特征（岩石的颜色、物质成分、结构、构造、岩石类型及组合）、古生物特征（生物的种属和生态）以及地球化学特征。因此，沉积环境是沉积岩特征的决定因素，沉积岩特征是沉积环境的物质表现。在沉积学中，相就是沉积相。与相的概念同时存在的还有沉积相（sedimentaryfacies）、岩相（lithofacies）等概念和名词。岩相是一定沉积环境中形成的岩石或岩相组合，构成沉积相的主要组成部分。二、古地理以古生物地层学为指导的古地理称之为古生物地层学古地理（刘鸿允）。以大地构造学为指导的古地理称之为大地构造学古地理（王鸿祯）。以沉积学为指导的古地理称之为沉积学古地理或沉积相古地理或岩相古地理。三、岩相古地理岩相古地理是沉积相的同义语，突出了沉积环境中的古地理条件和沉积物特征中的岩性特征。四、岩相一定环境中形成的岩石或岩石组合，是沉积相的主要组成部分。五、沉积体系Fisher(1967):沉积体系是成因由现代或古代推测沉积过程和沉积环境联系的三维组合；Brown和Fisher（l977）：一种在成因上被依然起作用的(现代的)或者推测的(古老的)作用和环境(三角洲、河流、障壁岛等)联系在一起的三维岩相组合。Scott(1969):沉积体系是指空间上关联的三维组合；Reading(1978):沉积体系是成因上或环境上相互关系。六、相序递变规律（Walther相律）1相序定律：只有那些没有间断的，现在能看到的相互邻接的相和相区，才能重叠在一起”，或者说，只有在横向上成因相近且紧密相邻而发育着的相，才能在垂向上依次叠覆出现而没有间断。2.相模式（Sedimenaryfaciesmodel）——以相序递变规律为基础，以现代沉积环境和沉积物特征的研究为依据，从大量的研究实例中，对沉积相的发育的演化加以高度的概括，归纳出带有普遍意义的沉积相的空间组合形式。沃尔索相律示意图沉积相命名：地理＋岩性湖泊砂泥岩相、河道砂岩相、浅海碳酸盐岩相。习惯上在使用时将沉积相简化为地理环境海相、陆相、河流相、湖相、三角洲相。第二节沉积环境和沉积相的分类一、沉积环境的分类按照大的自然地理区划，可分出大陆环境、海洋环境与海陆过渡环境。二、沉积相分类首先划分为三个相组——陆相组、海相组和海陆过渡相组。然后根据次级环境和沉积物特征划分为若干个相，每个相可划分为若干个亚相，每个亚相又可划分为若干个微相（如下表）。第二节沉积环境和沉积相的分类沉积相分类表相组I.陆相组II.海相组III.海陆过渡相组相1.残积相2.坡积——坠积相3.山麓——洪积相4.河流相5.湖泊相6.沼泽相7.沙漠相8.冰川相1.滨岸相2.浅海陆棚相3.半深海相4.深海相1.三角洲相2.泻湖相3.障壁岛相4.潮坪相河口湾相以相序递变规律为基础,以现代沉积环境和沉积物特征的研究为依据,从大量现代和古代研究的实例中对沉积相的发展和演变加以高度规律性的概括,归纳出带有普遍意义的沉积相的空间组合形式(横向的和纵向的),称为相模式。或者说,相模式是某种沉积环境中各种沉积特征的全面概括。沃克(R.G.Wa1ker,197G)认为,标准相模式应起到以下四方面作用:①对于比较的目的来说,它必须起一个标准的作用;②对于进一步观察来说,它必须起提纲和指南的作用③对于新的地区,它必须起预测的作用;③对于所代表的环境或系统的水动力学解释来说,它必须起一个基础的作用。河床滞留河道边缘心滩相决口扇辫状河相一维模式四、相模式辫状河相二维模式第三节沉积相的识别标志及分析方法一、岩石学标志1.颜色：自生色主要决定于岩石中含铁自生矿物及有机质的种类和数量，粘土岩、化学岩和生物化学岩的自生颜色对古水介质的物理化学条件有良好的反映，是良好的地球化学指标。2、岩石类型及矿物成分：其中尤以原生沉积的自生矿物可指示沉积环境，重矿物可指示物源区母岩的性质。岩石类型除了在一定程度上可以指示沉积环境外，还可指示沉积环境的构造状况及古气候条件。3、沉积岩的结构——粒度分析方法粒度大小受流水作用强度的控制，与沉积物形成环境的关系极为密切，因此，粒度分析资料广泛地用于沉积岩的成因分析。五十年代末期以来，运用粒度分析解释沉积环境的方法很多，比较有效的有：概率成因图解、CM图、粒度参数离散图以及因子分析、判别分析等方法。二、生物标志1.实体化石2.遗迹化石三、原生沉积构造及其组合原生沉积构造可提供有关沉积时期的沉积介质性质和能量方面的信息。目前国内外已广泛用于原生沉积构造及其组合或序列作为沉积环境的重要标志。1、床砂的水力学行为、层理及波痕的形成。2、波痕的形态及地质意义3、层理的成因及作为环境鉴定标志的意义第三节沉积相的识别标志及分析方法四、地球化学标志1、微量元素在沉积作用过程中，沉积物与介质之间存在着复杂的地球化学平衡，如沉积物与沉积介质之间的物质交换，沉积物对某些元素的吸附等。这种吸附与交换作用除与元素本身的性质有关以外，还受到各种环境的一系列物理化学条件的限制。因此，在不同的环境中，元素的分散与聚集的规律也不相同。如B、Rb、Sr、Br、Cl、I等元素的含量在海洋沉积物中往往比大陆沉积物中要高。因此这些元素的含量多少或某些元素比值的大小，就可作为区分海陆沉积的地球化学标志。目前研究较多的元素有以下几种：第三节沉积相的识别标志及分析方法2、稳定同位素据研究，海水中的氧同位素18O及碳同位素13C都比淡水中要多。沉积物中的自生矿物（碳酸盐矿物）反映了这种差别，因此，可以利用稳定同位素比值作为判断沉积环境的标志。海相沉积物中的13C/12C比值高于非海相沉积物，且差别明显。因而有机质及石灰岩中碳元素的13C/12C比值是较好的指相标志。也可以利用页岩中菱铁矿结核的13C/12C比值来区分海、陆相沉积。海水中的18O/16O比值受水体温度的影响较大，故不是一种可靠的指相标志。海相与陆相成因的烃类中，硫同位素34S/32S的比值也有所不同。3、有机组分异戊间二烯类中的植烷和姥鲛烷可用作区别海相和陆相沉积的标志。第三节沉积相的识别标志及分析方法（1）、銣（Rb）和钾（K）海水中的含盐度高，粘土矿物吸附的碱金属离子的量较碱土金属的量要多，因此沉积物中銣、钾的含量及其比值，常可作为沉积时水的含盐度的标志。据FACamphell等的研究，正常的海相页岩中，Rb/K比值平均为0.006，微咸水页岩中的Rb/K比值平均为0.004，淡水河流中的沉积物，Rb/K比值平均为0.0026。（2)、硼（B）和镓（Ga）海成粘土（泥岩）硼的含量高，大陆或淡水泥岩或页岩中，镓较为富集。大陆沉积的粘土岩中，B/Ga比值一般小于3.3，而海洋沉积的粘土岩中，B/Ga比值大于4.5~5，过渡性沉积则介于二者之间。(3)、锶（Sr）和钡（Ba）Sr/Ba比值随盐度的提高有明显增大的趋势。据研究，该比值大于1者为海洋沉积，小于1者为大陆沉积。第三节沉积相的识别标志及分析方法五、其它标志1、沉积序列（垂向沉积序列）根据沃尔索相律，可利用垂向沉积序列的研究来推断和预测可能出现的沉积相或沉积环境的横向变化关系。反之，也可以根据现代和古代沉积环境横向上的岩相资料来建立垂向沉积序列。近几十年来，人们发现不同的沉积环境各自具有其独特的垂向沉积序列（相模式）。迄今已概括出主意沉积环境的一般性（标准）序列模式。这些沉积序列模式在研究和判断沉积环境方面具有很大作用（R。G。Walker）。1）沉积序列模式可以起到一个对比标准的作用；2）在观察和研究地层剖面时，沉积序列模式可以起到提纲和指南的作用；3）在一个新的地区，沉积序列模式可以起到“预测”的作用。第三节沉积相的识别标志及分析方法2、砂体的几何形态砂体的形态和分布不仅可以提供油气储集的条件，而且也是判断沉积环境的标志之一。这是因为砂体的形态、大小和分布通常时对某些主要的地形或沉积作用的反映，因而与沉积环境有直接的联系。砂体的几何形态包括其形状和大小两方面的内容，其形状既有平面的内容，又有剖面形态。1）砂体的平面形态：通过编制同一地层单位的砂岩等厚图来了解，根据砂岩厚度等值线所反映的形态，可大致了解砂体形态。A席状（层状）砂体——平面分布面积较大，长/宽比值近于1：1，厚度稳定。如陆棚砂、海滩砂等。B扇状或垛状砂体——分布面积中-大，其长/宽比值近于1，或小于3，砂体向盆地方向减薄，并呈扇形散开，或呈垛叶状。如：冲积扇、海底扇、三角洲砂体等。第三节沉积相的识别标志及分析方法C长形砂体——平面面积中-大，长/宽比3~20，厚度不稳定，根据其形态可进一步分为：i-条带状砂体，长/宽比大于3，可高达20：1或更大；ii-树枝状砂体：一般比较弯曲，并有分支；iii-带状砂体：由于测向移动，条带状砂体与树枝状砂体结合起来形成带状砂体。长形砂体多出现在沿岸砂坝、障壁岛、三角洲平原及海沟沉积中。D透镜（豆荚）状砂体——分布面积小，长/宽比小于3：1。2）砂体的剖面形态：通过编制砂体横剖面图来了解，常见的砂体横剖面形态有：A上平下凸状——河流成因的砂体属此类，底部常有冲刷面。B下平上凸状——沿岸沙坝、障壁坝。C楔状——冲积扇、海底扇砂体常属此类，其砂体厚度向盆地方向逐渐变薄。D透镜状砂体——如三角洲的指状砂坝，常呈双凸形的透镜状砂体。第三节沉积相的识别标志及分析方法六、地球物理标志1、测井曲线测井曲线的形态和幅度特征是地下岩性特征及其组合的反映，也可用于沉积相分析。相分析时，首先对对取心井进行微相分析，进而与测井曲线进行对比，建立典型垂向层序。目前用于沉积相分析的曲线主要有自然电位、自然伽玛、电阻率等曲线。2、地震资料第三节沉积相的识别标志及分析方法