课件1-3章-沉积学与层序地层学

中南大学－硕士研究生沉积学课程主讲教师：郭建华关于沉积学课程教学安排总学时——32学时授课学时——28学时课堂讨论——2学时课堂作业——2学时考核形式——读书报告中南大学沉积岩石学课程中南大学沉积岩石学课程教学内容安排第一章：绪论第二章：沉积岩的形成及演化第三章：沉积岩的构造与颜色第四章：陆源碎屑岩第五章：碳酸盐岩第六章：碎屑岩沉积环境与沉积相模式第七章：碳酸盐岩沉积环境与沉积相模式第八章：重力流沉积及相模式第九章：深水等深流沉积及相模式第十章：岩相古地理研究及工作方法第一章绪论（Introduction）第一节沉积岩和沉积岩石学第二节历史、现状及发展趋势沉积岩：在地表常温常压下由风化作用、生物作用及某种火山作用形成的物质经改造（搬运、沉积、石化）而成的层状岩石。沉积岩的分布-陆地面积的3/4，岩石圈总体积5%。宜昌地区白垩系下统五龙组剖面InL167主测线地震地质解释剖面海51井海外河地区过海30-海53-海9-海42-海5-海19井（E-W向）地震反演剖面图NEE第一节沉积岩和沉积岩石学一、沉积岩（sedimentaryrock）1.基本概念沉积岩是组成岩石圈的三大类岩石（岩浆岩、变质岩、沉积岩）之一。它是在地壳表层的条件下，由母岩的风化产物、火山物质、有机物质等沉积岩的原始物质成分，经过搬运作用、沉积作用以及沉积后作用而形成的一类岩石。地壳表层：指大气圈的下层、水圈和生物圈的全部以及岩石圈的上层，称“沉积岩生成圈”或“沉积圈”。地球系统的组成（东京大学AsahikoTaira）温度：“常温”，-70℃（北极圈维尔霍扬斯克）～85℃（非洲中部）压力：“常压”，1~20atm，海平面至200m深的浅海底。水和大气的作用:水和大气是母岩风化的主要营力，也是母岩风化产物以及火山物质等搬运和沉积的主要介质；绝大多数的沉积岩都是在水体中沉积的。生物作用和生物化学作用:沉积岩形成的重要影响因素，有的沉积岩是由生物遗体组成的—生物岩，如生物礁，石灰岩和煤等。重力作用:有一定的作用甚至很大的作用，如重力流沉积岩主要是在重力作用下形成的。地壳表层特征母岩（sourcerock）——主要是指早于该沉积岩而存在的岩浆岩、变质岩和较老的沉积岩。从最根本的意义上说，从地球发展历史的角度来看，沉积岩的母岩应该是岩浆岩。2.沉积岩的分布面积：陆地面积的大约3/4为沉积岩所覆盖，而海底的面积几乎全部为沉积物所覆盖。体积：V=4.4亿km3（Pettijohn，1975），约占岩石圈体积的5%。厚度：变化很大，0～几十公里，地槽区厚，地台区薄。如高加索地区，仅Mz+Cz=28～30km厚。其平均厚度为735m（Pettijohn，1975）。类型：自然界分布最多的是粘土岩（页岩、泥岩），其次是砂岩和石灰岩，它们约占沉积岩总量的95%以上。3.沉积岩的基本特征1）矿物成分的特点：沉积岩中已发现的矿物达160种以上，但常见的只有20余种。而在一种岩石中主要的（造岩）矿物只有1~3种，通常不超过5~6种。沉积岩和岩浆岩的平均矿物成分（百分含量）矿物沉积岩岩浆岩（65%花岗岩+35%玄武岩）利思与米德（1915）克里宁（1948）橄榄石————2.65普通角闪石————1.60普通辉石————12.90长石15.577.5049.29石英34.8031.5020.40云母+绿泥石20.4019.007.76氧化铁矿物4.103.004.6玉髓——9.00——粘土矿物9.227.50——碳酸盐矿物13.6320.50——石膏0.97————碳质0.73————其它0.583.000.882）化学成分的特点：沉积岩和岩浆岩的平均化学成分数据十分接近，这是因为沉积岩基本上是由岩浆岩的风化产物所组成，但二者仍有若干差别。氧化物沉积岩岩浆岩(克拉克,1924)克拉克(1924)克里宁(1941)舒科夫斯基(1952)SiO257.9558.1659.1759.12TiO20.570.940.771.05Al2O313.3915.9314.4715.34Fe2O33.478.586.323.08FeO2.080.993.80MnO——0.640.800.12MgO2.653.581.853.49CaO5.896.269.905.08Na2O1.131.851.763.84K2O2.862.852.773.13P2O50.130.260.220.30ZrO——————0.039Cr2O3——————0.055CO25.38————0.102H2O3.23————1.15其它——————0.304合计98.7399.0199.02100.00沉积岩和岩浆岩的平均化学成分（按氧化物百分含量）3）结构构造的特点：沉积岩的结构类型和特点取决于其形成方式由机械搬运和机械沉积形成的沉积岩具有：“碎屑结构”（由机械破碎的陆源碎屑组成的岩石）“火山碎屑结构”（由火山喷发的碎屑组成的岩石）“泥状结构”（由化学风化形成的陆源粘土组成的岩石）由机械作用形成的内源岩具有“粒屑结构”由化学和生物化学作用形成的岩石具有“结晶粒状（晶粒）结构”由生物作用形成的岩石具有“生物结构”“碎屑结构”（由机械破碎的陆源碎屑组成的岩石）“火山碎屑结构”（由火山喷发的碎屑组成的岩石）由机械作用形成的内源岩具有“粒屑结构”由化学和生物化学作用形成的岩石具有“结晶粒状（晶粒）结构”奥陶系震旦角石中的方解石结晶由生物作用形成的岩石具有“生物结构”4.沉积岩与矿产据国际地质学会统计资料①世界资源总储量的75～85%是沉积和沉积变质成因的。②石油、天然气、煤、油页岩等可燃性有机矿产以及盐类矿产几乎均为沉积成因。③铁矿的90%、铅锌矿的40～50%、铜矿的25～30%、锰矿和铝矿的绝大部分以及其它许多金属和非金属矿产均为沉积或沉积变质成因的。二、沉积岩石学（sedimentarypetrology）1.概念沉积岩石学是研究沉积岩（物）的物质成分、结构构造、分类及其形成作用、以及沉积环境和分布规律的一门科学。沉积学（sedimentology）是在沉积岩石学基础上逐渐发展起来的一个新的完整的独立的地质学科，是研究沉积物和沉积岩的成分、成因与形成机制、沉积环境的科学。沉积岩石学岩石学的范畴古生物学地层学岩浆岩石学变质岩石学沉积岩石学岩石学构造地质学地质学沉积学基本上可以与岩石学并列2.任务全面研究沉积岩（物）的物质组分、结构、构造、分类命名、岩体产状和岩层之间的接触关系，为阐明其成因和分布规律提供依据。探讨沉积岩的形成机理，包括风化作用、搬运作用、沉积作用及沉积期后变化的机理。特别是要研究沉积岩（物）及其中的有用矿产的形成机理、富集和储存规律。进行沉积环境和沉积条件分析，根据沉积岩的原生特点以及时空分布和变化特点，用以恢复沉积岩形成时的古气候条件、古地理环境以及大地构造环境。3.研究意义（1）对各种矿产资源的工业发展起着很大的推动作用沉积圈蕴藏着丰富的矿产和能源资源有些沉积岩本身就是多种工业的主要原料或辅助材料沉积物和沉积岩是重要的地下蓄水、储油（气）层（2）沉积岩在地表分布广泛，在地质历史时期中延续的时间极长，成为研究地球发展和演化历史的重要材料。沉积岩（含沉积物）是地球上出露最多的岩石。“均变论”或“现实主义原理”以“将今论古”作为其认识论的基础，但在当代地球上,人们所能目睹并身历其境的地质作用过程并不多。只有沉积环境和沉积作用，才是人类认识自然的天然实验室。因此。在地质学的发展历史中，沉积岩石学一直占有十分重要的地位。4.研究方法（1）野外研究常规方法：系统测制沉积相剖面，并进行区域相剖面的分析和对比其它方法：遥感技术、钻探技术、深海钻探及采取长岩心、各种测井技术、反射地震波谱（地震地层学、层序地层学）、航空摄影或地面摄影用的测雷达以及探测水下地形的测视声纳等。段SP-6010CAL2060GR0120DEN13CNL80-20AC14040TH040K010U-1010深度(m)岩性剖面MSFL0.110000LLD0.110000LLS0.110000下砂泥岩段灰岩段砂泥岩段2600265027002750280028502900段SP-6010CAL2060GR0120DEN13CNL80-20AC14040TH040K010U-1010深度(m)岩性剖面MSFL0.110000LLD0.110000LLS0.110000下砂泥岩段灰岩段砂泥岩段上泥岩段标准灰岩段280028502900295030003050310031503200段SP-6010CAL2060GR0120DEN13CNL80-20AC14040TH040K010U-1010深度(m)岩性剖面MSFL0.110000LLD0.110000LLS0.110000标准灰岩段中泥岩段生屑灰岩段下泥岩段含砾砂岩段310031503200325033003350340034503500段SP-6010CAL2060GR0120DEN13CNL80-20AC14040TH040K010U-1010深度(m)岩性剖面MSFL0.110000LLD0.110000LLS0.110000下泥岩段含砾砂岩段东河砂岩340034503500LSTLSTLSTTSTTSTTSTTSTHSTTSTTSTHSTHSTHSTCsq3Csq4Csq2Csq1Csq5Psq1层序划分沉积环境解释层序体系域开阔台地河流开阔台地潮间/潮上陆架扇三角洲泻湖/潮坪局限台地潮间/潮上开阔台地潮间/潮上泻湖/潮坪河流（2）室内研究最基本的方法:显微镜薄片法常用的其他方法:粒度分析、重矿物分析、不溶残渣分析、热分析、化学分析、光谱分析、阴极发光显微镜、同位素分析、扫描电镜、X射线衍射分析、图像分析、电子探针、原吸收光谱、红外光谱、气相色谱和古地磁等。人类对于沉积岩的认识和利用，早在石器时代就开始了。18世纪下半叶，近代地质学建立的初期，发生了水成学派（德国WernerA.G.，1749~1817）与火成学派（英国HuttonJ.，1726~1797）的大论战。19世纪后半叶，沉积岩石学作为一门独立的地质学科出现。1850年英国地质学家索比（Sorby，1826~1908）首先使用显微镜研究沉积岩，沉积岩的研究由宏观—微观，这是一个革命性的发展。一、历史与现状（Historyandpresentstate）第二节沉积岩石学的历史、现状与发展趋势20世纪上半叶，沉积岩石学有了较全面的发展，出现了一系列沉积岩石学的专著。1913年，Hatch的《沉积岩石学》，标志着沉积岩石学作为一门独立的地球科学分支学科的诞生1922年，Milner所著《沉积岩石学导论》问世1925年，由Twenhofel主编的《沉积作用教程》问世，6年后《沉积作用教程》再版，以后又多次重版1949年，Pettijohn编写了《沉积岩》20世纪50年代，在沉积岩石学领域里有两个重大的甚至可以说是革命性的进展。第一个进展是KuenenandMiliorini（1950）关于浊流学说的提出。第二个进展是Folk（1959，1962）关于碳酸盐岩中异化颗粒和异化沉积观点以及石灰岩新分类方案的提出。20世纪60~70年代以后出现的风暴岩和风暴流沉积、等深流沉积、震积作用、以及90年代出现的内波和内潮汐沉积等学说，都是继浊流沉积之后的重大进展。板块构造观点与沉积作用的结合对沉积盆地分析出现一个新的热潮。国际性和区域性的学术讨论会日趋频繁。IAS（InternationalAssociationofSedimentologists，总部设在荷兰）SEPM（SocietyofEconomicPaleontologistsandMineralogists，美国）国际性和区域性的沉积岩石学专业刊物和总结性专著大量出现《JournalofSedimentaryPetrology》《Sedimentology》《SedimentaryGeology》二、我国沉积岩石学的历