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1、中国矿业大学资源与地球科学学院,郭英海,沉积学与古地理学,E-mail: gyhai guoyh,研究思路,沉积学,第二章 沉积相标志,沉积相标志 古地理重建 综合图件编制,第一节 古沉积环境恢复的基本思路,“将今论古”“现在是了解过去的钥匙” 现实主义原则 “以古论今、论未来”,一、基本思想,二、基本理论,“沃尔特（Walther）相律”沉积相变规律：“只有那些相邻发育的相才能重叠地产出”，即只有顺序发展着的相才能上下重叠；一定的相在水平飞行上必与有关的相相邻。,根据研究的目的和获取资料的精度不同，研究的方法有一定的差异。 沉积岩石学方法 古生物学、古生态学方法 地球物理学方法 沉积地球化学
2、方法 但不论哪种方法，首先要获取相标志。,第一节 古沉积环境恢复的基本思路,三、基本方法,沉积相标志,沉积学,第六单元 沉积相研究方法,研究思路 古地理重建 综合图件编制,第二节 沉积相标志,沉积相的鉴定标志 1.沉积岩的岩性标志(沉积标志) (1)沉积岩的颜色 (2)沉积岩的碎屑成分和岩石类型 (3)沉积岩的结构 (4)沉积岩层的构造 2.古生物、古生态学标志 3.沉积地球化学标志 4.地球物理学标志 5.沉积体形态标志,第二节 沉积相标志,1.岩性标志（沉积标志） (1)沉积岩的颜色：主要反映沉积环境的古气候和氧化还原性质。 (2)沉积岩的碎屑成分和岩石类型：如原生的自生矿物可指示沉积环境
3、，碎屑岩的岩屑可直接看出陆源区的母岩性质，重矿物组合和某些轻矿物特征也可指示母岩性质。岩石类型在一定程度上可指示沉积环境，还可反映陆源区或沉积盆地的大地构造状况和古气候条件等。 (3)沉积岩的结构：不同沉积环境下形成的岩石结构是有差异的，如岩石的支撑性、杂基及颗粒的含量、颗粒的分选磨圆、粒度分布特征等，均可反映沉积环境的某些特征。 (4)沉积岩层的构造：主要是原生的层理和层面构造，是不同沉积相最重要的标志。 2.古生物、古生态学标志 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。,第二节 沉积相
4、标志,3.沉积地球化学标志 应用岩石中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。 4.地球物理学标志 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。 5.沉积岩层体的形态标志 包括地层厚度、岩体形态、接触关系及剖面结构(即剖面层序)、相序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
5、结构见于三角洲相、湖泊相、无障壁海岸相、海滩亚相等。 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。,第三节 岩性（沉积）标志,(1)沉积岩的颜色 (2)沉积岩的碎屑成分和岩石类型 (3)沉积岩的结构 (4)沉积岩层的构造,颜色也是沉积岩的个重要待征。对沉积岩颜色的研究有助于推断沉积岩形成的环境和物质来源。根据沉积岩颜色的不同成因，可将其颜色分为下列几种： 继承色：碎屑岩的颜色常取决于其中碎屑颗粒的颜色。碎屑物质是母岩的机械风化产物，其颜色是继承了原生母岩的颜色，所以又称继承色。例如长石砂岩常呈肉红色，这是由于其中的长石颗粒来自原生花岗岩
6、中的肉红色长石的结果。 原生色：粘土岩和化学岩的颜色主要取决于在沉积物成岩阶段形成的矿物及其它杂质。例如，作为煤层夹矸或顶底板的页岩或泥岩往往是黑色成深灰色，这是由于富含碳质的缘故。有些石灰岩由于富含沥育质，所以常呈黑色、灰黑色。,第三节 岩性（沉积）标志,一、沉积岩的颜色,次生色：沉积岩形成之后，如果长期暴露在地表环境经受风化，某些成分发生变化、形成新的矿物(又称次生矿物)，也会导致岩石的颜色发生改变，这种颜色称为次生色。 在对沉积岩的颜色进行观察时，应该寻找岩石的新鲜断面，这样才能观察到岩石的原生色。描述岩石的颜色时，如果用种颜色无法恰当地表述，则可采用复合色，如灰绿色、灰黄色等，其中后者
7、为岩石的主要颜色色调。此外还应指出，岩石表面受湿后，其颜色较干燥状态时深得多。,第三节 岩性（沉积）标志,一、沉积岩的颜色,沉积岩的物质成分包括化学成分和矿物成分。 组成沉积岩的物质主要是母岩(主要是岩浆岩)的风化产物，因此，沉积岩的化学成分和矿物成分与母岩有着不可分割的联系。但经过风化、搬运、沉积和成岩等一系列地质作用对母岩物质的改造，沉积岩的化学成分和矿物成分具有自己的特征。,第三节 岩性（沉积）标志,二、沉积岩的碎屑成分和岩石类型,二、沉积岩的碎屑成分和岩石类型,矿物成分标志的研究主要是用显微镜和其它方法对岩石或矿物进行显微研究，提供环境分析、物源特征等标志，主要包括以下几个方面：陆源碎
8、屑成分、自生矿物、特殊岩石类型等。,1、陆源碎屑成分 根据碎屑成分和矿物标型特征来研究沉积物来源方向及物源区岩石类型。陆源碎屑成分主要包括石英、长石、岩屑及各种轻重矿物。它们实质上是岩层物理风化和化学分解作用的残余物，同时也是分析物源区岩石类型的直接依据。陆源碎屑成分研究的任务就是通过鉴定分析沉积物中的石英、长石、岩屑及各种轻、重矿物标型组合特征，研究它们的含量变化，以确定物源方向、源区的大致位置、搬运距离及母岩类型等。利用矿物的标型特征分析母岩类型、利用碎屑矿物组合分析母岩类型。,第三节 岩性（沉积）标志,1、陆源碎屑成分,（1）利用矿物的标型特征分析母岩类型 矿物标型特征是指不同成因的同种
9、矿物，由于形成时物理、化学条件的不同，因而在化学组成、晶形和物性上就存在差异，其中具明显特征并可作为成因标志者即为矿物标型特征。如沉积岩中最丰富的矿物石英，可以据其包裹体、消光类型、晶体形态和多晶现象等标志区分母岩类型。阴极发光显微镜的发明和应用，使原来认为是无标型特征的单晶石英颗粒，也可确定其成因类型。 （2）利用碎屑矿物组合分析母岩类型 每一类岩石都有其特定的矿物组合，经风化剥蚀、搬运、沉积成岩，故在形成的碎屑中，仍然保留其组合特征。,二、沉积岩的碎屑成分和岩石类型,第三节 岩性（沉积）标志,(1)海绿石：现代海绿石主要形成于远离大河口的陆棚区，其介质条件为弱咸性(pH=7-8)和弱氧化弱
10、还原(Eh=0)的正常海水，水温10-15左右，形成深度大于125m，在寒冷地区，水深30m就可形成。大量原生海绿石的形成主要与海水有密切关系。 (2)鲕绿泥石：据现代沉积学研究，它也属海洋自生矿物，但和海绿石的形成温度和深度不同，鲕绿泥石形成于较温暖的浅海，水温大于20，其分布深度小于60m。 (3) 粘土矿物：粘土矿物可以反映介质的pH值。高岭石形成于酸性介质中，一般为大陆环境；伊利石、蒙脱石形成于中性或碱性介质中，多为海洋环境。,2、自生矿物,二、沉积岩的碎屑成分和岩石类型,第三节 岩性（沉积）标志,(1)碳酸盐岩：尽管在海洋和湖盆中均可产生出，但两者的特征不同，前者常大量产出，而后者常
11、呈夹层或透镜体产出，生物成因的可依据生物化石区别海相与陆相沉积，碳酸盐岩沉积反映介质为弱碱性，某些特殊的碳酸盐岩的岩性可指示环境或介质条件。如：藻叠层石碳酸盐岩一般形成于潮坪环境，鲕粒灰岩形成于滨海或碳酸盐台地的高能带，具水平纹层的泥晶灰岩形成于静水环境。 (2)红层：一般是大陆沉积物含铁矿物在潮湿干燥的温暖气候条件下风化后成赤铁矿而显红色，可通过化石与海相红色页岩相区别。,3、特殊岩石类型,二、沉积岩的碎屑成分和岩石类型,第三节 岩性（沉积）标志,(3)蒸发盐：是含盐度较高的溶液或卤水通过蒸发作用产生的化学沉积物，它们的出现一般反映气候干燥和闭塞环境。内陆盐湖或半封闭的滨海泻湖是形成蒸发盐的
12、有利环境。 (4)磷块岩：磷块岩并非是区别海洋与大陆沉积的特征矿物，在大陆地层中，自生磷酸盐矿物也较常见，但大量的磷质在海洋，大量形成磷酸盐的环境是浅海。大量磷块盐出现可指示海洋环境，特别是50-200m海区更有利于其形成。 (5)锰结核：锰结核中微量元素的浓度随着环境的改变而发生有规律的变化，因而其比值具有指示环境的意义。如在湖泊和浅海中形成的铁锰结核中Co、Ni、Zn、Pb等元素要比大洋中少的多。 (6)礁灰岩：是由固着的造礁生物形成的一种突起的抗浪构造，造礁生物主要有珊瑚、层孔虫、苔藓虫、海绵等，是浅海环境的良好标志。,3、特殊岩石类型,二、沉积岩的碎屑成分和岩石类型,第三节 岩性（沉积
13、）标志,包括粒度、分选度、形状、圆度、球度、石英表面结构、支撑类型、结构成熟度等。 1、粒度分选及粒度结构反映了水动力条件、流体力学性质,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。 值得指出的是，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
14、构造、剖面成因层序等相配合，才能得出比较符合实际的结论。,三、沉积岩的结构,第三节 岩性（沉积）标志,常用的碎屑颗粒粒度分级表,粒度十进制与2的几何级数制的关系： = -log2h,第三节 岩性（沉积）标志,1、粒度分选及粒度结构反映了水动力条件、流体力学性质,三、沉积岩的结构,第三节 岩性（沉积）标志,2、形状、圆度、球度,三、沉积岩的结构,第三节 岩性（沉积）标志,2、形状、圆度、球度,三、沉积岩的结构,第三节 岩性（沉积）标志,3、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；杂基支撑密度流、重力流。,碎屑颗粒支撑,泥质杂基支撑,三、沉积岩的结构,第三节 岩
15、性（沉积）标志,三、沉积岩的结构,第三节 岩性（沉积）标志,4、粒度分析,1）粒度分析方法直接测量、筛析、薄片测量 2）粒级划分伍登-温特沃思标准 3）粒度曲线直方图、频率图、累积曲线图、概率累积曲线图 4）粒度参数平均粒度、标准偏差、偏度、峰态 5）粒度参数散点图 6）C-M图 7）粒度参数的环境判别公式,第三节 岩性（沉积）标志,三、沉积岩的结构,第三节 岩性（沉积）标志,4、粒度分析,三、沉积岩的结构,第三节 岩性（沉积）标志,4、粒度分析,第三节 岩性（沉积）标志, 84累积曲线上84%处对应的颗粒直径，以值为单位,标准偏差,偏度,峰度,第三节 岩性（沉积）标志,1）机械成因构造流水成
16、因、同生变形、暴露成因 层理构造交错层理与古流向恢复 层面构造波痕、雨痕 底面构造沟模、槽模 冲刷充填构造、侵蚀面构造 2）生物成因构造叠层石、 3）化学成因构造结核 4）复合成因构造泻水构造,四、沉积岩的构造,第三节 岩性（沉积）标志,沉积岩成层性，即层状构造是沉积岩最主要要的构造特征，是区别于岩浆岩、变质岩的主要标志之一。,沉积岩的成层性,1、机械成因的沉积构造,（1）层理构造,第三节 岩性（沉积）标志,四、沉积岩的构造,机械成因的沉积构造,水平层理 南京东郊湖山地区 三叠系下青龙组,第三节 岩性（沉积）标志,交错层理 青海湖现代滨岸湖滩沉积,机械成因的沉积构造,第三节 岩性（沉积）标志,板状交错层理 宁夏乌海卡布其下石盒子组,机械成因的沉积构造,第三节 岩性（沉积）标志,板状交错层理 山西临县招贤太原组,机械成因的沉积构造,第三节 岩性（沉积）标志,板状交错层理 山西保德扒楼沟太原组,机械成因的沉
