沉积体系分析

第二章沉积体系分析第一节概述基本内容：包括：概念：沉积体系，成因相，沉积体系域，地层成因增量(GJS)和地层成因序列(GSS)。①沉积体系分析方法和步骤。②冲积扇的类型及纵向演化，冲积扇的空间形态，冲积扇发育与产出背景。③沉积作用过程及其沉积物类型（河川径流，泥石流，筛积作用，风的作用，片流作用）④湿地冲积扇实例(印度与泥泊尔接壤处的柯西扇)⑤旱地冲积扇（实例美国死谷的冲积扇）•教学思路：①对概念：沉积体系，成因相，沉积体系域，地层成因增量(GJS)和地层成因序列(GSS)有一定的基本认识。②从沉积体系分析方法和步骤入手，结合实际研究分析方法和步骤。③冲积扇的类型及纵向演化，冲积扇的空间形态，冲积扇发育与产出背景。④冲积扇的沉积作用过程及其沉积物类型。•教学重点与难点：•重点是：概念：沉积体系，成因相，沉积体系域；冲积扇的类型及纵向演化，冲积扇的空间形态，冲积扇发育与产出背景。•难点是：沉积作用过程及其沉积物类型（河川径流，泥石流，筛积作用，风的作用，片流作用）第二章沉积体系分析第一节概述•60年代以来，沉积地质学领域取得了若干新进展，其中沉积体系分析方法的创立与应用是最重要的突破之一，它是近代环境分析与相模式研究的进一步发展。一、概念与定义(一)沉积体系•沉积体系(dcpositionalsystc)这一概念是在1967年由Fisher和McGowcn首次引入沉积学文献的，它“是三维岩性相组合体，而且其中各岩相在沉积环境和沉积作用过程方面具有成因联系”。Scott和Fisher(1969)在另一篇文献中将其定义为“沉积体系是与作用过程有关的沉积相的集合体”。鉴于以上定义中；“岩性相”和“沉积相”的使用容易与其它“相”相混淆，Galloway建议使用“成因相”以示区别。因此，将沉积体系可以理解为是在沉积环境和沉积作用过程方面具有成因联系的一系列三维成因相的集合体。•沉积体系是与地貌或自然地理单位相当的地层体，并以其生成环境命名，如河流沉积体系、三角洲沉积体系、障壁—泻湖沉积体系等。(二)成因相•成因相是沉积体系内部构成的基本单位。同一种成因相是在相同的环境、条件和作用控制下形成的。这一术语的特定含意在于它强调地质体的概念及其与沉积体系的构成关系。例如，障壁岛沉积体系(Galloway，1986)包括了一系列的成因相：滨面、障壁核部、进潮口充填、冲越扇及坝后潮坪、涨潮三角洲和泻湖等(图3—1)。•沉积体系研究的优点首先在于强调环境与几何态的统一，即把成因相和沉积体系都理解为三维地质体，另一方面在于强调成因相在空间上的成因联系，即一系列有成因联系的相是做为体系而存在的。（三）沉积体系域•同一时期发育形成的沉积体系彼此相联就构成了沉积体系域（depositionalaystemstracts）。在任何一个足够大的沉积盆地中，沉积体系往往不是唯一的。一种沉积体系沿着盆地的上倾和下倾方向以及沿走向通常可以过渡为另一种沉积体系。沿沉积倾向最常见到的变化是冲积扇体系——河流体系——三角洲体系——陆架体系——陆坡和盆地体系；沿沉积走向的变化如三角洲体系——碎屑滨岸体系的演变等。如美国海湾盆地始新世沉积体系域显示了由Mt．Pleasant河流沉积体系——Rockdale三角洲沉积体系的迅速演化(图3-2)。我国西南地区晚二叠世沉积体系域模式从平面上显示了从盆地边缘向中心依次由冲积一湖泊组合——三角洲组合、三角洲——障壁泻湖组合——碳酸盐台地及边缘礁堆积一硅质碳酸盐和重力流沉积。(四)地层成因增量(GJS)和地层成因序列(GSS)•沉积体系与沉积体系域这两个概念既有沉积学意义，又有地层学意义。一方面，它们被赋于沉积环境和沉积作用的解释；另一方面，它们又是一个三维地层体，是一种成因地层单位(geneticstratigraphicunit)。沉积体系域是具有等时意义的地质体。在盆地演化过程中，沉积体系和沉积体系域随区域构造背景、古气候和海平面变化等因素的改变而改孪，废弃与增生并存，因此有必要将盆地充填划分为一系列的成因地层单位，并需引入Busch•(1960，1983)的两个成因地层的概念，即地层成因增量(GIS—geneti；incrementofsrFgga)和地层成因序列(GSS—geneticsequencesofstrata)，用以描述沉积体系或沉积体系域的阶段性演化。•地层成因增量是一个沉积体，其中包括了成因上有联系的相或亚相。地层成因序列由几个相同的成因增量组成（图3-3）。地层成因增量实际上是一个沉积体系域的一个完整的、基本的单元。•沉积体系或体系域旋回性的成因有两种：•a．内因旋回机制——取决于沉积作用，是一个沉积体系的组成部分。如河道或三角洲朵伸因决口而造成的侧向迁移，因而不能用于远距离对比；•b．外因旋回机制——受控于沉积体系外部的更高级别的因素。如大地构造、古气候和海平面变化等，因而可在大范围内保持稳定(Selleg，1978：Vail，1990)。二、沉积体系分析法原理•沉积体系分析法从本质上讲属成因地层学。即在认识沉积环境和控制沉积物形成的同沉积期大地构造的基础上，解释大型沉积体的相互关系，这一分析方法的基础是Walther相律和相模式概念在整个沉积盆地范围内的应用与引伸。Walther相律指出，在个整合的序列中，只有那些在自然界相邻出观的相才能在垂向层序中出现。一个进积三角洲是其良好的范例。进积的三角洲在平面上包括了前三角洲、三角洲前缘和三角洲平原，其相邻发育的顺序及其沉积物与在垂向序列中的顺序相同。一个沉积体系就是这样一种完整的环境与其产物的结合。三、沉积体系分析方法和步骤(一)沉积体系分析方法•1．野外过程沉积学分析和相构成单位研究•目的在于识别和划分露头区的沉积体系，了解其成因相构成，以便于指导地下沉积体系研究。主要包括以下几方面的工作：1）详细观察，描述岩石成岩标志，并分析其水动力学意义；2）沉积体三维几何形态及其空间关系追索；3）沉积体内部构成分析；4）野外大断面沉积写实及垂向层序剖面；5）古流分析；6）古生物生态环境分析。•2．岩心沉积学分析和地球物理测井曲线解释目的在于：a,识别地下沉积体系，并与露头区进行对比；b，进行成因地层对比，建立沉积盆地的沉积断面网络；c．系统对比和统计之后，编制各成因地层单元平面图。3．反射地震资料解释•4．比较沉积学研究•5．室内实验室研究（二)沉积体系分析的内容与步骤•1、成因相识别及成因相内部构成分析•2、有成因联系的成因相三维组合，即沉积体系的识别和划分•3、沉积体系的空间配制，即沉积体系域的重建•4、沉积体系的发育和分布与古构造、古气候、古海平面变化等因素关系的研究•5、比较沉积学的宏观研究•6、沉积体系域的阶段性演化，即确定盆地的成因地层格架•7、沉积体系与成矿规律的探讨。第二节冲积扇沉积体系•一、概述•1、冲积扇的类型及纵向演化•冲积扇是由山前断崖向邻近低地延伸的主要由粗碎屑物组成的扇形、圆锥形、舌形或弓形堆积体(atloway等，1983)。冲积扇在植被贫乏的干旱或半干旱区最发育．但并不局限于此气候带中，它们也可以发育于地势和沉积物补给适宜的潮湿气候区。因此，前者被称为旱地冲积扇，后者被称为湿地冲积扇。冲积扇代表了陆上沉积体系粒度最粗、分选最差的近源单元，通常在下倾方向上变成相对细粒的河流体系。然而，有某些扇的前端直接进入湖泊或海盆，则称为扇三角洲。2、冲积扇的空间形态•冲积扇单个扇体在平面上呈扇状，倾向剖面上为楔状，走向剖面上为凸透镜状。多个扇体在侧向上联结可以构成冲积扇裙。冲积扇体的大小主要受气候、盆地流域面积、流量、地形起伏和物源区岩性等因素影响。如气候，在干旱区冲积扇坡度大、扇体小：而在潮湿区冲积扇坡度小、扇体大。又如在以泥岩、页岩为源区形成的冲积扇往往要比以砂岩为源区形成的冲积扇大得多(Bull，1962)。3．冲积扇发育与产出背景•冲积扇的形成主要是由于坡度的突然减小和河流搬运能量的降低，通常伴有重力的不稳定性，也可能起因于陡坡上植被的破坏或由海平面变化引起的基准面下降，或者封闭湖盆中水位的下降等。•冲积扇大量地出现于构造活动区，拉裂谷盆地、与走滑有关的拉张盆地、前陆盆地的断裂边缘—侧。二、沉积作用过程及其沉积物类型•它们在扇体中各自所占的比例随沉积物结构和气候等因素的变化而不同。如印度与尼泊尔接壤处的柯西扇及热带区的洪都拉斯扇，它们是单独的河流作用的产物。在冲积扇的另一端，几乎完全是由泥石流形成，这种冲积扇往往形成于干旱地区。但大部分扇都反映出泥石流与河流的共同作用。次要的作用如筛积作用、风的作用、渗透作用等对冲积扇也有影响。1．河川径流•在潮湿扇面上以常年性河川径流作用占优势，如柯西扇等，而干旱扇面上则以季节性河流为主。水系均为辫状型，河道之间发育砂坝。这主要是由于出山口进入冲积扇的水流，因为部分渗漏加之坡度变缓，沉积物大量卸载、残余河水趋向围绕这些堆积物流动而发生分叉形成辫状河道。•河道间砂坝自扇顶一扇远端的演化规律是：扇顶——平坦的菱形席状坝；扇中——突出的纵向坝：扇端——砂质横向坝。•河道沉积物由砾石、砂组成，分选差。砾岩中叠互状构造发育，而砂岩中不同规模的板状、槽状交错层理发育，最典型的是具有冲刷充填交错层理。河道水流在间洪期多数局限于河道内，而在洪泛期可能以片流方式扩散于整个或部分扇面上。扇面主河道具侧向迁移能力。如柯西扇1731年以来的228年间，主河道向西摆动了112km(图3-4)。而在特别泥石流多发育于半干旱地区，潮湿扇上不很发育，也难于保存。2．泥石流•泥石流是由重力推动的含有大量碎屑物质的高密度流体。流体内部的颗粒是由粒间的泥和水的混合物支撑，并在重力作用下进行搬动，这种流体在流动过程中保持着一定的整体性，从而显示了层流的特点。泥石流的空间形态为两侧较平行的舌状体，顶面较平整：边缘清楚。泥石流沉积的总体特点是分选极差，有巨大的漂砾，一般不具层理，呈块状构造。泥石流经常由暴雨触发，持续时间较短。5．片流作用主要发育于洪水期，形成席状分布的分选中等的砂、粉砂、砾石等。片流时间短、体浅，能产生高流态，能量衰减快速。故平行层理、逆行砂丘、递变层理发育。•3．筛积作用干旱冲积扇上许多沉积物表面是多孔的，而在扇表面上形成了舌状体(筛积体)。•4．风的作用在干旱的冲积扇中，中一细粒砂被风改造和沉积的现象是常见的。三、湿地冲积扇实例(印度与泥泊尔接壤处的柯西扇)•1．主要特点•受季节性洪水、冰融而发生季节性活动，以终年泄水为特点。河流作用控制扇的几乎整个表面，扇件表面坡度低，上扇区为1—4m／km。沉积物粒度向下游方向有规律性地减小，磨圆度增强。交互状构造发育，具颗粒支撑特征。•2．内部构成•近端扇(扇顶)主要受暴雨型流量控制，河道内主要发育沙丘，槽状交错层理发育。中扇区(扇中)上部菱形坝(粗砾)发育，而在中扇区下部纵向坝(细砾)发育。远端扇(扇尾)的砂质底形如纵向坝、舌形坝、横向坝等常见，板状交错层理、槽状交错层理发育(图3—4)。四、旱地冲积扇（实例美国死谷的冲积扇)•1．主要特点•间歇性河流发育，扇体规模小，呈锥形。由泥砾双叶状体构成。•2．内部构成•泥石流具陡的边缘叶状体，叶状体可以叠覆，也可以充填于河道中。叶状体向下游方向厚度减小。它具有棱角状碎屑、分选差、层理不明显及基质支撑留特点。•筛积物很少被保存，由碎屑支撑的砾石组成，与下伏单元为渐变过渡。形态狭窄，倾向上呈断续的带状，横剖面呈椭圆形。•远端扇为砂质沉积物．漫洪沉积由平行纹层砂组成，其特殊的沉积构造组合有高流态。•课后小结：①宏观沉积特征分析，宏观分析包括对地表露头和钻孔岩心的最基本的沉积特征的描述。②微观沉积特征分析，具体研究内容主要包括；碎屑成分、自生矿物和特殊岩石类型、碎屑结构特征、生物碎屑成分及结构特征。③地球物理测井分析，用于解释沉积环境的曲线类型有电阻率曲线、自然电位曲线、天然放射性曲线以及人工放射性曲线等。④盆地构造分析，具体包括地质观察和填图、物探、航片与卫星照片判释、构造岩石学以及数学和物理模拟等多种方法。•思考练习题（讨论题，练习题）：