第十章--沉积相和古地理

_第十章 沉积相和古地理第一节 沉积相和沉积环境 沉积环境：具有独特物理、化学、生物条件的自然地理单元。如河流、湖泊、滨海等。 沉积相：能够反映沉积环境的岩石特征（岩性相）和古生物特征（生物相）的总和，包括沉积环境和物质记录两方面。也就是指沉积环境及在该环境中形成的沉积岩（沉积物）特征的综合。以河漫滩为例 沉积环境 岩性相：沉积物二元结构明显，下部由较粗大的河床冲积物（主要为粗砂和砾石）组成，上部由洪水泛滥时沉积的较细的河漫滩堆积物（主要是细砂和粘土）组成。 生物相：常见化石主要为硅藻、轮藻、孢粉、介形虫、软体动物、鱼类和哺乳动物等。 相变：沉积相在空间上的横向变化。 以河流为例 河床、河漫滩剖面图 相分析：通过对地层中古代岩石和古生物的物质表现与环境的相应联系来分析和恢复古沉积环境。 相分析方法：将今论古的现实主义原则。即以研究现代各种地质作用及其所产生的物质记录作为基础，来分析判断地质时期沉积物的沉积环境。 应用将今论古原则应注意若干问题。第二节 沉积环境的主要识别标志海绿石砂岩：浅海环境煤：沼泽环境一、沉积岩组分和结构沉积岩是由风化、搬运及沉积作用的综合产物。 其中保留了来自母岩的原始物质，如岩浆岩碎屑及石英、白云母等浅色矿物；新形成了盐类矿物、氧化物或氢氧化物、粘土矿物和碳酸盐矿物等。各组分具有的环境意义： 岩屑：可揭示母岩性质，追踪陆源区。 粗大岩屑：反映古陆剥蚀区距沉积区较近。 石英：含量高、分选好的沉积层为远源区沉积；纯净石英砂岩是海滩反复冲洗的标志。 长石：在干旱和寒冷气候带或地形高差大的近源地区保存。 石榴子石：仅在冰川成因重矿物中富集。沉积岩的结构及形成方式 沉积岩结构包括三方面内容，即：1、碎屑颗粒本身的结构：粒度、形状、磨圆度及颗粒表面的特征。2、充填物的结构：包括细小杂基和化学胶结物的特征。3、颗粒与充填物间的关系：即胶结类型或支撑类型。 1、碎屑颗粒本身的结构 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： 1、较大的颗粒一般比较小颗粒圆化得好。 2、硬度较小的颗粒比大的颗粒圆化好。 3、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。 4、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。1、碎屑颗粒本身的结构 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。 1、石英: 无解理，故搬运愈远，球度愈大。 2、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。 作用：揭示侵蚀、搬运、沉积的细节。 手段：肉眼、放大镜、显微镜、电子显微镜。2、充填物的结构 充填物包括杂基和胶结物。 杂基是与粗颗粒一起（同时）沉积下来的细粒（小于0.03 mm ）。杂基反映了颗粒的分选性；介质的粘度、密度、水动力；高能条件下杂基少，纯净砂岩；低能条件下杂基多，复杂成分砂。 胶结物与杂基不同，是颗粒沉积后，孔隙水化学沉淀物。反映粒间溶液的成分和成岩期的化学条件。 3、颗粒与充填物间的关系 胶结类型 基底胶结 孔隙胶结 接触胶结 镶嵌结构 支撑类型：包括杂基支撑和颗粒支撑。杂基支撑：杂基含量高，颗粒漂浮其中。颗粒支撑：颗粒之间有接触（点、线、面、凹凸接触、缝合状接触）。反映沉积和成岩中经受压实、压溶等强度，如缝合接触是成岩程度很深的特征。 基底式胶结 杂基多，颗粒互不接触呈漂浮状被杂基包裹，两者同时沉积。为杂基支撑，与重力流快速堆积有关。孔隙式胶结 杂基很少，颗粒呈点状接触，孔隙被化学胶结物充填，颗粒成岩后胶结物填入。为颗粒支撑，与牵引流搬运有关。接触式胶结 颗粒彼此接触，胶结物含量很少，仅分布于颗粒接触的地方。可能形成与干旱气候带或胶结物经地下水淋滤形成。镶嵌式胶结 颗粒间形成凹凸接触，甚至缝合线状紧密镶嵌，似无胶结物。反映了成岩期压固尤其是压溶作用强大。特殊岩石类型可指示沉积环境 大规模稳定的碳酸盐岩：温暖的滨浅海。 海绿石、鲕绿泥石、磷块岩：陆棚浅海环境。 冰碛物、冰川纹泥：冰期寒冷气候。 大面积煤、赤铁矿、铝土矿：潮湿气候。 石膏、各种盐类：气候干旱。 鲕粒结构：海浪强烈搅动的高能环境。 有机质、黄铁矿微晶：深水或滞流还原环境。二、沉积构造 按成因性质分为三类:物理成因的沉积构造化学成因的沉积构造生物成因的沉积构造 按形成时间分为： 原生沉积构造和次生沉积构造。按时间分类 原生沉积构造：沉积物沉积时、沉积后不久、固结前形成的构造。包括层理、波痕、生物遗迹、干裂、结核等，能反映沉积时的沉积介质类型和能量条件，是判别沉积环境的重要标志。 次生沉积构造：在沉积物压实或成岩过程中生成的沉积构造，它反映成岩环境。按成因分类 物理成因的沉积构造：在流体流动、重力等物理因素作用下而产生的沉积构造（原生）。 化学成因的沉积构造：由结晶、溶解、沉淀等化学作用形成的沉积构造，其中，大多数是在沉积物压实和成岩过程中生成的, 属于次生沉积构造。 生物成因的沉积构造：生物活动或生长而形成的构造（原生）。1、层理： 垂直于层面方向，由沉积物的成分、颜色、粒度等显示出来的纹理特征。 包括：水平纹理、交错层理、平行层理、地变层理、块状层理。水平层理 极细的纹层（12mm ）彼此平行，呈水平状。细粒悬浮物质缓慢沉积，是低能或静水环境的标志之一。见于湖泊中心、牛轭湖、泻湖、潮坪至半深海、深海环境中。 平行层理 强水流条件，由中粗砂、砾石形成相互平行的层理 。 常见于河流边滩、海滩及深海浊流环境。 交错层理 由一系列与层理面斜交的内部纹层所组成。主要见于碎屑岩和颗粒碳酸盐岩中，是高能的产物。 可由水或风形成，常见于滨岸浅水地带、河流、三角洲或沙漠环境中，环境不同层理形态不同。 可分为：板状、楔状、槽状、鱼骨状等交错层理。板状交错层理 楔状、槽状交错层理 由河流定向流动形成由滨海水流冲洗、流向不定形成递变层理 也叫粒序层理。以粒度递变为特征。一组递变层的厚度几厘米几十厘米。可分为正向递变层理和反向递变层理。正向递变层理：下粗上细，常见于浊流、河流、海滩、三角洲环境。 块状层理 也称均匀层理，用肉眼甚至借助仪器也辨认不出纹理的沉积物，在砂砾岩和泥质岩中都有分布。 成因有三类： 快速堆积无分选的沉积，如由洪水、浊流、液化沉积物流沉积形成。安静环境中沉积，如深海泥岩。生物扰动，使原始层理被破坏。 2、层面构造及暴露标志 层面构造：在沉积岩的顶面或底面上形成的构造。与沉积物同时形成。如波痕、细流痕、剥离线理、冲刷痕、压刻痕。 波痕：由水流、波浪或风的作用，在沉积物表面形成的波状起伏痕迹。 细流痕：由细小水流的刻蚀作用所形成的表面侵蚀痕迹细流痕具有不同的形状，如树枝状、网状。指示沉积物表面间歇短期暴露。常见于潮间带、海滩、湖滨、泛滥平原。 暴露标志：沉积物表面短期地暴露于地表形成的。形成于沉积作用停止之后。包括假晶、爬痕、足迹、干裂、雨痕、冰雹痕等。 晶体印痕与假晶：石膏、石盐在沉积物表面结晶生长，后来溶解消失，但留下了晶体形态，经沉积物充填后形成假晶。常见石盐假晶呈立方体，产于盐湖、内陆盐沼及温暖气候下潮坪等沉积物中。 干裂（泥裂）：沉积物暴露于暴晒、干涸、收缩而成。平面上多边形，剖面上形。 雨痕和冰雹痕：雨滴或冰雹降落在松软的沉积物表面所形成的小冲击坑，坑缘稍高，冰雹痕比与痕大而深，形状更不规则。 爬痕、足迹：生物生活、运动、觅食、摄食等在沉积物表面遗留的痕迹 。区域性暴露标志古风化壳 已形成的风化壳由于种种原因被后来的堆积物所掩盖，避免了强烈的剥蚀作用而被保留下来。通常是指第三纪以前的风化壳。 古风化壳有很大的地质意义和经济意义，因为它是地壳上升、沉积间接、不整合的重要的标志，是古气候、古地理分析的重要依据，其中常蕴藏着一些重要的金属和非金属矿床（如高岭石矿、铝土矿、铁矿、镍矿等），在古风化壳中或其下带可以形成油气藏，如潜山油气藏。 不同气候带的识别标志 钙质风化壳：干旱气候条件下形成的浅色固结半固结钙质白云质古土壤层，多呈浅蓝灰、浅黄灰色或灰褐色等。外形呈角砾状、瘤状、结核状、渣状、纹层状或块状。 铁、铝质红色风化壳：湿润气候下，在准平原剥蚀区形成。地形低洼区广泛发育有低镁方解石豆粒灰岩、玛瑙状方解石栉壳构造和古溶洞崩塌角砾。富铁铝风化壳的形成原因 在高温多雨的热带亚热带条件下，经强烈淋溶作用仅残留一些Fe、Al元素的深度风化产物的表壳。只发育在经长期强烈风化的分水岭平台上，为潮湿热带所特有的残积风化产物。因大量盐基和所有的硅酸盐类均已淋失，故只在残积层中堆积最难移动的风化产物氢氧化铁和氢氧化铝的胶体矿物。因含水很少的氢氧化铁颜色鲜红，故在风化产物上发育成砖红壤，部分可形成有一定经济价值的赤铁矿。在含铁很少且不含石英的岩石上发育的富铝化正残积风化壳，可形成铝土矿。中国雷州半岛与海南岛一带，这种风化壳发育较好。帐篷构造：半固结的碳酸盐岩因暴露、蒸发、干缩，使原始沉积层发生弯曲、破裂、向上突起膨胀变形而形成。中部破碎严重成渣状层。 渗流豆：碳酸盐沉积物暴露大气下，由于淡水渗流作用，沿颗粒表面形成同心纹包壳的豆粒。它的鉴别标志是同心纹包壳的厚度不均匀，常常在豆粒的下部纹层加厚，豆粒之间紧密贴合，有时见渗流作用带入的粉屑，核心常为破碎的豆粒。 渗流豆粒层：低镁方解石豆粒灰岩中的豆粒，具群集、紧密堆积和成层的特点，自下而上由小变大。层顶面代表一个古暴露面，渗流豆粒层、渣状层、碎裂砾块等常组成有规律的分带现象。3、滑塌构造 滑塌构造是一种准同生变形构造，指当沉积物还处于塑性状态时，在物理作用如地震、风暴等触发下，通过重力作用沿斜坡发生移动而形成的变形构造。 分布范围可以是局部的，也可达几公里。可以只发生在一个十几厘米的一个薄层中，也可发生在一个厚达几十米的一套岩层中。 多见于大陆斜坡较深水沉积物中，可识别浊积岩、深水碳酸盐岩及确定古坡向。 变形不明显时，像包卷层理。滑塌作用较强时，沉积层遭受强烈的揉皱和破碎，形成成分不同、大小各异的滑塌角砾。 注意：以上沉积构造均可作为分析沉积环境的标志，但沉积环境是复杂多变的，不能单就某一个标志进行分析。应尽可能全面地综合分析全部标志，才能正确判断沉积环境。三、生物门类及其生态组合 生物生活在环境中，受到环境因素的制约。而不同的生物生活在不同的环境中，因此，生物也是判别沉积环境的标志之一。 海洋生物组合：蜓类、珊瑚、腕足动物、菊石、三叶虫、笔石等。 大陆生物组合：陆生植物、陆生脊椎动物、淡水软体动物等。 狭盐性生物：珊瑚、菊石、腕足动物等。 广盐性生物：腹足动物、双壳类等。 温暖浅海生物：造礁珊瑚、藻类、海绵等。 冷水生物：单体珊瑚、厚壳腕足动物和双壳类等。 热带植物：棕榈、樟树等，不显年轮。 温带植物：松柏、银杏等，年轮清晰。 水体深度、含氧量和透光度等均影响着生物的分布。 其中，水体深度的判断除应用生物种类外，还可利用遗迹化石来判断。 垂直生物潜穴：浅水区。 倾斜至水平潜穴：较深水区。四、沉积地球化学标志 自生矿物：与沉积环境中特定地球化学条件有关。 如：海绿石、磷块岩见于浅海陆棚区。 鲕状赤铁矿、鲕绿泥石、针铁矿见于浅水海洋、浅水湖盆。 稀土、微量元素、同位素：测定其含量有助于研究沉积环境、古气候、古地理等特征。第三节 沉积相类型及其特征57页一、陆相沉积特征：陆相沉积复杂多样，空间分布不均，相变很大。陆相沉积定义： 沉积物以碎屑岩和粘土岩为主，分选性和磨圆度较差，碳酸盐类岩石少见（仅见于湖泊）；层理类型多样；生物为陆上生物（脊椎动物、昆虫等）、淡水动物和陆生植物。 1、河流相 分为平原河流和山间河流两类。 平原河流：流速小、河谷宽广、河曲发育，有二元结构即河床沉积和河漫滩沉积两部分。 山间河流：流速大、切割深，河曲一般不发育，主要是河床沉积，河漫滩沉积不发育。 河床沉积：包括河床滞留砾石沉积、边滩及心滩的砂质沉积。 剖面上，底部为河床滞留砾石，向上过渡为以岩屑砂岩、长石砂岩为主的边滩或心滩沉积。 河床沉积的砂砾磨圆度、分选性较好，砾石排列常逆流倾斜，具有单向倾斜层理和韵律性。 沉积中一般无动物化石，偶见植物树干化石。 河漫滩沉积：包括堤岸、决口扇、河漫湖、岸后沼泽及牛轭湖等沉积。为洪水泛滥期产物。 沉积较细，主要为细砂岩、粉砂岩和泥岩，一般有微斜层理。河漫滩、牛轭湖中可发育沼泽，见泥炭层、植物和动物化石。2、湖泊相中国第一大淡水湖鄱阳湖 湖泊分为淡水湖和咸水湖两种。淡水湖特征： 位于湿润气候地带。 沉积物以细砂岩、粉砂岩和粘土岩为主，粗碎屑岩少见且多分布于湖滨地区。 化学成因的石灰岩、泥灰岩和生物成因的介壳灰岩、油页岩等较常见。 具有极薄的水平层理，仅在靠近湖岸的浅水地带可见交错层理和斜层理。 化石丰富,含有淡水动物化石、植物化石等。 由于环境适宜，丰富的有机质向石油转化。湖相沉积（主要深水相）是良好的生油层，滨湖带的砂岩体是重要的储油、储水带。 沉积自边缘至中心依次为：滨湖带的砂岩、砾岩；浅水带的细砂岩、粉砂岩和粘土岩；深水带的粘土岩、石灰岩、油页岩等。中国第一大咸水湖青海湖咸水湖特征 位于干燥地区。 湖水较浅，有时干涸出现泥裂。 沉积物以砂岩、粘土岩为主，也有砂岩和石灰岩，特征沉积物为盐类矿物（岩盐、石膏、芒硝等），有时有白云岩。 常见水平层理。 含有双壳类、腹足类、介形虫类等化石。3、沼泽相沼泽相特征 沼泽是由淡水湖泊发展来的，因此湖泊沉积和沼泽沉积是逐渐过渡的。 剖面：下部为湖泊相，向上变为湖沼相，最上为沼泽相。 湖沼相以粘土岩为主，夹有细砂岩和粉砂岩；沼泽相以黑色粘土岩为主。 含煤层和炭质页岩，有丰富的植物化石。 含有菱铁矿和黄铁矿结核。 4、山麓及山间盆地沉积相类型 分布于山前大型断陷盆地边缘 快速堆积，形成洪积扇。沉积物以粗砾为主，多呈棱角状，还有砂和粉砂，分选性和磨圆度极差，扇根处最粗，向扇端和两侧逐渐变细。层理不发育，常块状。二、过渡相沉积 1、三角洲相 2、澙湖相1、三角洲相 河流在入海（湖）处形成的大型锥状沉积体。在平面上通常为三角形或鸟足形扇状体。三角洲沉积体的结构三角洲平原（顶积层）：三角洲的水上部分，包括分支河道和道间沉积的砂、粉砂，在泛滥平原上的粉砂、粘土及泥炭沉积。陆生生物化石丰富。 三角洲前缘（前积层）：三角洲平原前方，水面之下至波基面之上。近河口处河口沙坝发育，以砂和粉砂为主，大型交错层理；远河口处以粉砂为主，水平层理。含少量植物碎片和海湖生物碎屑。前三角洲（底积层）：位于三角洲前缘，波基面之下。以悬浮搬运的粘土沉积为主，含大量粉砂，多具水平层理或块状层理，发育暗色泥岩夹薄层粉砂岩。海湖生物增多，有机质丰富，是良好的生油层。从400英里高处拍摄的俄罗斯伏尔加河三角洲卫星照片，黑色区域为世界上最大的内陆水体里海。2、澙湖相 澙湖是以排水口和广海相连的浅水盆地。出现于稳定平静的海岸或海湾附近，由于障壁砂坝或障壁岛的阻隔使其与广海分隔。 澙湖类型：由于澙湖与广海分隔，不同气候条件下的澙湖盐度变化很大。干旱地区为咸化澙湖，潮湿地区为淡化澙湖。 生物相：由于盐度变化大，窄盐性生物大量减少，广盐性生物有所增加，形成了无铰腕足类、腹足类、双壳类、钙藻、介形虫、有孔虫等泻湖相生物群。 岩性相：淡化澙湖以暗色含有机质的粉砂岩、粘土岩为主，石灰岩少见，具水平或波状层理。咸化澙湖以粉砂岩和粉砂质粘土岩为主，或为石灰岩、白云岩、泥灰岩等，常含石膏和岩盐夹层，具水平层理。三、海相沉积 按海底地形和海水深度，将海相组分为滨海、浅海、半深海和深海四个相。 1、滨海沉积相类型 障壁型滨海：见于波浪作用强烈的滨海带，具砂坝和澙湖。砂坝由分选好的纯净石英砂组成，发育双向交错层理、冲洗交错层理和向海缓倾斜的交错层理。 无障壁型滨海：见于潮汐作用为主的平坦滨海带，形成潮坪。划分为：潮上带、潮间带和潮下带。 潮上带：以砂、粉砂和泥质沉积为主，可见泥裂、雨痕、晶痕等暴露标志，及陆生动物和鸟类足迹。 潮间带：发育双向交错层理和透镜状、脉状及波状层理，垂直层面的潜穴，生物介壳常破碎。潮下带 潮下高能环境：多为石英砂岩，常见交错层理、水流冲刷面和波痕。窄盐性底栖生物多。 潮下低能环境：以细粒粉砂和泥质沉积为主，发育水平层理和水平波状层理。以广盐性生物如双壳类、介形虫等为特征。2、浅海沉积相类型 沉积以泥岩、页岩、粉砂岩为主，与中细粒砂岩成不规则的互层。泥岩中夹有薄层粉砂、砂、贝壳层和生物碎屑灰岩。 窄盐性底栖生物发育，如珊瑚、腕足、钙质有孔虫等，化石保存完整、分异度高。遗迹化石也很丰富，以啮食和觅食迹为主。3、半深海和深海沉积相类型 浊流沉积：具有明显的韵律性。每一个韵律代表一次浊流沉积，先粗粒后细粒。坡底形成海底扇。含海相化石，浮游、游泳生物及少量底栖生物。 深海沉积：各种软泥。以浮游和游泳生物为主。4、碳酸盐型滨浅海沉积相 指以碳酸盐沉积为主的滨浅海。 包括化学沉积形成的灰岩和白云岩等沉积岩，及生物沉积形成的生物礁等建造。 沉积特征：由碳酸盐缓坡向碳酸盐台地演化。 碳酸盐缓坡：近岸、坡度小，浅水处易形成蒸发盐类，较深水高能环境下常形成鲕粒灰岩、竹叶状灰岩。 碳酸盐台地：由缓坡长成，形成障壁，常具平顶和陡边。 云南省香格里拉淡水碳酸盐台地 生物礁：在海底原地增殖、营群体生活的生物，如珊瑚、苔藓虫和层孔虫等的骨骼、外壳以及某些沉积物在海底形成的隆起状堆积体。第四节 古地理及古地理图 通过相分析可再造古地理，得出某一地区古地理的变迁及不同地区乃至全球的古地理景观。 古地理图：用图例将海陆分布、地形等表示在一定比例尺的地理图上。 岩相古地理图：概略性，小比例尺，大比例尺。第五章 地层单位和地层系统第一节 地层的划分和对比 地层 地层学 地层层序律 生物层序律一、地层的划分 地层划分是把岩层按原有顺序，组织成具有某种特征、性质或属性的地层单位。 方法：构造学方法：不整合面、假整合面。 岩石学方法：岩性特征、岩石组合及旋回韵律等。 古生物学方法二、地层的对比 地层对比是论证不同地区或不同剖面地层单位间特征的一致性或地层位置的相当。 方法：岩石学方法 生物学方法 按两地岩层的颜色、成分、结构和构造的相似性建立对比。 常用标志层法对比。 标志层：穿时性标志层、等时性标志层。 标准化石法 化石组合法第二节 地层单位和地层系统依据地层的不同性质所作的地层划分，可建立不同的地层系统，不同的地层系统有不同的地层单位，最常用的地层单位系统有三类。 岩石地层系统 生物地层系统 年代地层系统一、 岩石地层单位 组（formation）：具有岩性、岩相和变质程度的一致性的岩层；或者由一种岩石构成，或者以一种岩石为主，夹有重复出现的夹层，或者由两三种岩石交替出现所构成，还可能以很复杂的岩石组分为一个组的特征，而与其它比较单纯的组相区别。组具有一定的空间展布范围，在该范围内其岩性、岩相应基本稳定。 群（group）：比组高一级，岩石地层系统中最大的分类单位。群是由两个或两个以上经常伴随在一起而又具有某些统一的岩石学特点的组联合构成，也可以将一大套地层厚度巨大，岩类复杂，又因受到构造扰动致使原始顺序无法重建的地层视为一个特殊的群。 段（member）：组内的次一级岩石地层单位，由于它具有与组内相邻岩层不同的岩石特征，可以作为次一级的单位 层（bed）：是最小的岩石单位二、生物地层单位 组合带：所含的化石或其中的某一类化石，从整体上看，构成一个自然的组合，并与此区别于相邻地层内的生物组合。 延限带：任一生物分类单位在其整个延续范围内所代表的地层体 。 顶峰带：某些化石种、属最繁盛的一段地层。 间隔带三、时间地层单位和地质年代系统地层年代单位 年代地层单位宙宇 代界 纪系 世统 期阶 时时带四、不同地层单位之间的相互关系 1、岩石地层单位的穿时性及时间地层单位的非穿时性。 2、地层单位上下界线与时间界面的关系。 3、表示的范围不同。 4、年代地层单位没有固定的具体岩性内容。- 13 -_