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1、2010 6 4 第三章地层的沉积方式及沉积环境 2010 6 4 垂向加积也称纵向堆积作用 是最早被人们认识的地层形成方式 是指沉积物在地球重力场作用下从沉积介质中自上而下的降落和堆积 通常形成 千层糕式 的地层记录 第一节 地层的沉积方式 2010 6 4 3 2010 6 4 垂向加积作用主要发生在悬浮沉积的情况下 深湖及远洋悬浮沉积 火山灰沉积等是垂向加积的主要盛行场所 垂向加积形成的地层通常具有三方面的特征 原始沉积的地层水平或近水平 侧向连续和上新下老 地层学三定律的沉积学基础是垂向加积作用 垂向加积作用形成的地层时间界面水平或近水平 与岩性界面一致或平行 垂向加积作用形成的地层通
2、常粒度细 细砂 泥级 层厚薄 薄层 纹层状 侧向延伸远 空间上变化小 沉积速率低 4 2010 6 4 5 原始沉积的地层既不水平 侧向延伸也不远 并非在任何时空尺度上都服从上新下老的原则 2010 6 4 侧向加积作用也称横向堆积作用 是指碎屑颗粒在搬运过程中沿搬运方向移动 随着搬运介质的能量衰减而沉积下来 即沉积物从一个点开始 沿着侧向逐渐沉积 8 2010 6 4 侧向加积作用是沉积地层形成的主要方式 沉积物是否原始水平与盆地底盘的地形尤其是地层的沉积方式有关 滨海 滨湖 河流 三角洲和大陆斜坡等是侧向加积的主要盛行环境 侧向加积作用形成地层的特征 地层岩性界面通常与时间界面不一致或斜交
3、 穿时普遍性原理 在所有侧向堆积作用过程中形成的岩石地层必然是穿时的 9 2010 6 4 在曲流河的发展过程中 河道受侧向侵蚀向凹岸迁移并在凸岸沉积 导致凸岸点沙坝向凹岸方向迁移 同时天然堤 洪泛平原等也随之迁移 造成沉积物的时间界面倾斜 与岩性界面有一定的角度 2010 6 4 2010 6 4 14 2010 6 4 17 2010 6 4 3 生物沉积与地层形成生物筑积作用 是生物礁地层形成的一种特殊形式 原地生物形成生物格架 之后别的填隙物充填 地层特征 地层一般呈丘状隆起 岩层多具块状构造 在形式上 可以表现为侧向加积或垂向加积 生物筑积作用主要受海平面变化 生物礁增长速度 沉积基
4、地的构造沉降等因素控制 地层界面与时间界面关系不定 2010 6 4 当海平面相对下降时 生物要正常生长 必然向深水区迁移以保持适当的水深 造成生物礁向深水区侧向加积 当海平面相对稳定时 生物要持续生长 也必然向深水区侧向加积 这两种情况形成的地层岩性界面和时间界面都不一致 具有穿时性 2010 6 4 当海平面相对上升时 生物为了维持生存 要向上生长 从而进行垂向加积 此时地层的时间界面和岩性界面基本一致 2010 6 4 4 旋回沉积作用旋回沉积作用 一定的沉积环境中由于环境单元的变迁 或在一定的沉积作用过程中由于作用方式的变化导致地层沉积单元纵向上规律重复的沉积作用 旋回沉积作用形成的旋
5、回沉积序列不仅是确定地层层序 建立地层单位的重要基础 也是沉积相分析的重要依据 不同环境的水动力条件及其变化规律不同 形成的旋回沉积序列也不同 2010 6 4 控制地层旋回沉积作用的因素主要有环境单元变化造成的水动力条件 物理化学条件 生物条件的变化 海平面升降 沉积物源性质 盆地基底的构造活动 古气候的变化等 根据成因 旋回沉积作用可分为不同的类型 例如生物筑积作用等沉积体自身作用为主的旋回沉积作用 曲流河的侧向加积作用 三角洲等由于沉积盆地内环境单元变迁形成的旋回沉积作用等 2010 6 4 曲流河 河流作用为主的三角洲 2010 6 4 海滩 碎屑岩潮坪 2010 6 4 2010 6
6、 4 第二节沉积相有关概念及主要相标志 2010 6 4 一 沉积环境和沉积相 沉积环境 具有独特的物理 化学和生物条件的自然地理单元 河流环境 湖泊环境 滨海环境等 沉积相 特定的沉积环境中形成的岩石特征和古生物特征的综合 沉积记录的物质表现 2010 6 4 碳酸盐岩相 页岩相 砂岩相 页岩或煤相 相变 相变 沉积相在横向或纵向上的变化 2010 6 4 相分析 综合地层的岩石特征和生物特征 推断其成因 沉积环境和沉积作用 陆上 半干旱环境 2010 6 4 相分析的基本思路 将今论古 现在是了解过去的钥匙 现实主义原理 莱伊尔 现实主义原理是相分析的主要理论依据 为了要对地层进行相分析
7、首先必须了解现代沉积的不同结构 构造及其形成的环境条件 然后以历史比较的观点 对古代地层的相应特征作出环境条件的推论 2010 6 4 注意 地质作用赖以进行的环境条件是随时间的推移不断变化的 在运用现实主义原理进行相分析时 不可机械的套用现代模式 不仅要注意古 今地质作用的相似性 还要考虑其差异性 而且距今年代越久远 差异越大 2010 6 4 瓦尔特相律 相序递变规律 JWalther 1894 只有那些彼此毗邻的相和相区 才能原生地重叠在一起 即可以根据相邻沉积相在纵向上或横向上的变化预测其在横向上或纵向上的变化 transgression 时间上的相随反映空间上的并列指导和检验相分析工
8、作 如陆相 滨海相 浅海相 深海相可以在平面上依次出现 在垂向上他们也可以依次出现 覆盖区 瓦尔特相律 Verticalsequencesofsedimentaryfaciesresultfromsuperpositionoflaterallyadjacentdepositionalenvironments 灰岩 页岩 泥质粉砂岩 砂岩 泻湖 近滨 海滩 礁 海侵 MarineTrangression Walther sLaw 陆 海 泻湖 近滨 海滩 礁 海退 MarineRegression 陆 海 2010 6 4 相模式 以相序递变规律为基础 以现代沉积环境和沉积特征的研究为依据 从大
9、量的研究实例中 对沉积相的发育和演化加以高度概括 归纳出带有普遍意义的沉积相空间组合 称为相模式 相模式可以起到标准和预测的作用 将地层剖面与相模式比较 即可推断其为何种沉积相乃至亚相和微相 2010 6 4 二 沉积环境的主要识别标志相标志 一定沉积环境内独特的物理 化学和生物作用形成的能反映沉积环境条件的沉积特征 沉积环境 相 研究方法 岩石的颜色 矿物成分和岩石类型 岩石的结构 沉积岩层的构造 岩性标志 古生物 古生态标志 古生物的种类和生态不仅可确定海相与非海相 而且还可指示水域的深度 盐度 温度和浊度等 近年来不仅重视遗体化石 而且还用遗迹化石资料来判断沉积环境 沉积环境 相 研究方
10、法 2010 6 4 沉积地球化学标志 应用岩石或生物介壳中的微量元素 如B B Ga Sr Ba Br Br Cl 同位素 O C S H等 及有机地球化学资料来判断沉积环境 沉积环境 相 研究方法 2010 6 4 包括地球物理测井 自然电位 自然伽玛 视电阻率等 曲线和地震地层学 地震相 标志 应该指出 以上几方面的判别标志 应综合考虑 不能仅据某一点作结论 因某些不同的相可出现一些相似的特征 地球物理学标志 沉积环境 相 研究方法 包括地层厚度 岩体形态 接触关系及剖面结构 即剖面层序 相律 相模式等方面来判断沉积相 其中最重要的是剖面结构 它是综合研究岩性 粒度 沉积构造和厚度等在剖
11、面上的变化层序 不同沉积相在剖面上的变化层序是一样的 如向上变细的剖面结构见于河流相 潮坪相 河口湾相 浊积岩相 风暴岩相等 而向上变粗的剖面结构见于三角洲相 湖泊相 无障壁海岸相 海滩亚相等 沉积岩层的产状标志 沉积环境 相 研究方法 2010 6 4 沉积环境 相 研究方法 岩性标志 颜色 沉积岩的颜色是沉积岩最醒目的标志 它反映了岩石的成分 结构和成因等 地质工作者对颜色比较重视 描述岩石时总把颜色放在最前面 并把它作为分层 对比和推断古地理条件的重要标志之一 2010 6 4 浅色岩石有机质含量低 多形成于浅水 动荡和氧化条件下 如海滩沉积的砂岩 暗色岩石形成于深水或净水和还原环境中
12、如沼泽和深海沉积 岩石中含有Fe2O3时 呈红色 反映强氧化环境 如红层 岩石中含少量FeO 呈现绿色 反映还原环境 颜色 2010 6 4 Fe2 和Fe3 含量比例不同 可以出现不同颜色 Fe3 Fe2 3 0 则岩石显红色 Fe3 Fe2 3 1 6 呈紫色 砖红色 棕色等 Fe3 Fe2 1 6 呈浅绿灰色或灰色 Fe3 Fe2 近于0 则呈黑色 2010 6 4 白色 一般不含色素 如质纯的碳酸盐岩 盐岩 石英砂岩 高岭土 蛋白石等 灰色 黑色 由于含有机质 炭质 沥青质 分散状硫化铁 黄铁矿 白铁矿 这些物质含量愈高 颜色就愈深 并表明岩石形成于还原或强还原条件下 红色 紫红色 褐
13、红色 黄棕色 由于含有铁的氧化物或氢氧化物之故 表明当时沉积介质为氧化及强氧化条件 其中黄色常见于炎热干燥气候条件下的陆相沉积物中 而红色常见于炎热潮湿气候条件下的陆相或海相沉积物中 2010 6 4 绿色 由于含Fe2 和Fe3 的硅酸盐矿物 海绿石 鲕绿泥石 代表弱氧化或弱还原介质条件 碎屑岩中若含角闪石 绿帘石 绿泥石等碎屑矿物多时也可呈绿色 蓝色 青色 是硬石膏 天青石 石膏 石盐等特有的颜色 有时蓝色是由蓝铁矿和蓝铜矿引起的 紫色 与氧化铁或氧化锰有关 有时则由含土状萤石之故 岩石的颜色除与成分有关外 还与粒度 干湿情况有关 粒度愈细则相应的颜色要显得深一些 湿的标本比干的颜色要深些
14、 2010 6 4 渭南黄土剖面 2010 6 4 结构 粒度圆度分选性定向性支撑类型 沉积岩的结构是指沉积岩组成物质的形状 大小 结晶程度 可分为碎屑结构 泥质结构 化学结构和生物结构 2010 6 4 粒度分选及粒度结构反映了水动力条件 流体力学性质 分选好 水动力较强的环境分选差 较低能的水体中 2010 6 4 磨圆度 颗粒原始棱角被磨圆的程度 取决于粒度大小 物理性质及磨蚀历史 在一定距离内 较大的颗粒一般较小颗粒圆化得好 硬度较小的颗粒比大的颗粒圆化好 经长距离 或长时间 搬运的颗粒比短距离 或短时间 搬运的颗粒磨圆度好 另外 搬运介质和搬运方式对颗粒圆度也有影响 如颗粒在风中搬运
15、要比在水中更容易磨圆 而冰川的搬运则不易发生圆化作用 球度 颗粒近于球体的程度 取决于粒度大小 物理性质及磨蚀历史 石英无解理 故搬运愈远 球度愈大 云母虽经远距离搬运 其球度也可能较低 颗粒表面结构 是颗粒表面的形态特征 主要包括颗粒表面磨光程度和刻蚀痕迹 2010 6 4 形状 圆度 球度 圆度高 水动力较强的环境 2010 6 4 形状 圆度 球度 2010 6 4 支撑类型 结构成熟度颗粒的支撑类型 判断介质水体的流动性质 颗粒支撑 牵引流 水动力较强的环境 杂基支撑 密度流 重力流 碎屑颗粒支撑 泥质杂基支撑 2010 6 4 粒度大小是受流水作用营力强度控制的 与沉积物形成的环境关
16、系极为密切 碎屑岩的粒度特征是判断自然地理环境和水动力条件的良好标志之一 因此 粒度分析的资料广泛地运用来研究沉积岩的成因 作为研究沉积环境的方法之一 50年代末期以来 应用粒度分析解释成因环境的方法很多 比较有效的是概率成因图解 CM图 粒度参数离散图以及因子分析 判别分析等方法 利用粒度分析资料分析沉积环境的方法 目前还不够完善 有些问题还存在多解性 因此必须同其它地质资料 如沉积构造 剖面上的成因层序等相配合 才能得出比较符合实际的结论 2010 6 4 2010 6 4 沉积构造 沉积物在搬运和沉积过程中 以至固结成岩以前 在层面和层内所形成的一些沉积构造 它们能够较好地反映沉积物沉积时的水动力条件 故这些沉积构造是识别环境的良好标志 2010 6 4 2010 6 4 沉积构造的几种主要类型 层理 由于季节性气候的变化 沉积环境的改变 使先后沉积的物质在颗粒大小 排列方式 形状 颜色和成分上发生相应变化 从而在垂向上显示出来的成层现象 大都与沉积同时形成 所以能很好地反映水动力条件 2010 6 4 多数层理由牵引流形成 即水在流动过程中使水底松散的颗粒产生波痕 并因波痕的移
