沉1沉积结构与构造讲义课件

现代沉积学参考书目参考书目任明达等：任明达等：现代沉积环境概论现代沉积环境概论 科学出版社科学出版社R.C.R.C.塞利（英）：沉积学导论塞利（英）：沉积学导论 煤炭工业出版社煤炭工业出版社绪论绪论沉积学：研究沉积物的科学沉积学：研究沉积物的科学沉积物的特征、成因、分布沉积物的特征、成因、分布沉积物的形成环境沉积物的形成环境二十世纪六十年代兴起二十世纪六十年代兴起现代沉积学：新兴的边缘学科现代沉积学：新兴的边缘学科美国石油研究所美国石油研究所“51号计划号计划”密西西比河三角洲密西西比河三角洲找油方法的演变找油方法的演变原始原始 构造构造 沉积（海、陆相）沉积（海、陆相）穹隆构造短背斜构造穹隆构造短背斜构造天然气天然气石油石油粘土岩粘土岩粘土岩粘土岩砂岩砂岩港港口口建建设设宝石砂矿宝石砂矿一、基本概念相：一种具有特定特征的沉积物相：一种具有特定特征的沉积物 或岩体。或岩体。沉积相：沉积物特征及其生成环沉积相：沉积物特征及其生成环 境的总和，是沉积物形境的总和，是沉积物形 成条件的物质表现。成条件的物质表现。例如：例如：砂岩相砂岩相 冲积相冲积相 河流相河流相 产物产物 过程过程 环境环境沉积环境沉积环境 是指地球表面在物理、化学和是指地球表面在物理、化学和生物方面与邻区有显著差异的部分生物方面与邻区有显著差异的部分一个独特大小和一个独特大小和形状形状的地貌单元的地貌单元具有独特的具有独特的动力动力、生物、生物和化学过程和化学过程形成独特的形成独特的岩性岩性、构造构造和和生物生物特征特征的沉积物的沉积物五个限定参数五个限定参数沉积环境分类沉积环境分类大大陆陆陆地陆地沙漠、冰川沙漠、冰川冲积、湖沼、洞穴冲积、湖沼、洞穴水下水下过渡带过渡带滨海、泻湖、滨海、泻湖、三角洲、港湾三角洲、港湾珊瑚礁、浅海、深海珊瑚礁、浅海、深海海洋海洋沉积模式沉积模式根据现代沉积环境及古代沉积相的根据现代沉积环境及古代沉积相的研究，对于古代沉积作用机理所作研究，对于古代沉积作用机理所作的一种成因解释模型。的一种成因解释模型。这实际上是描述了再现的沉积这实际上是描述了再现的沉积作用的面貌。作用的面貌。模式：就是把复杂的现象与过程做模式：就是把复杂的现象与过程做 理想简化。理想简化。建立沉积模式的依据建立沉积模式的依据现代地表存在的沉积环境数目有限；现代地表存在的沉积环境数目有限；解释解释未知成因的古代沉积相的特点，可以未知成因的古代沉积相的特点，可以根据现代已知环境的沉积推知，因而根据现代已知环境的沉积推知，因而古代沉积相的沉积环境可以确定。古代沉积相的沉积环境可以确定。在地史中，在时间和空间上有可能在地史中，在时间和空间上有可能 重复出现的沉积相的数目有限。重复出现的沉积相的数目有限。二、相关系只存在有限数目的其沉积可以只存在有限数目的其沉积可以作为沉积相特征的沉积环境，作为沉积相特征的沉积环境，因此，可以划分出不同的理想因此，可以划分出不同的理想的体系式模式。的体系式模式。结论结论相组合：指一组一起产出的相组合：指一组一起产出的 相，有成因或环境的联系。相，有成因或环境的联系。例如：河床例如：河床边滩边滩漫滩沉积漫滩沉积相序相序从一种相逐渐过渡到另一种相的从一种相逐渐过渡到另一种相的一系列相，其顶部或底部是明显一系列相，其顶部或底部是明显的或侵蚀的接触界面或沉积间断。的或侵蚀的接触界面或沉积间断。如：冲积相如：冲积相 风积相风积相瓦尔泽相律（瓦尔泽相律（Walther，1893）相的整合垂向层序，是由环境的相的整合垂向层序，是由环境的侧向层序产生的。侧向层序产生的。图示海退海退砂质砂质泥质泥质Ca质质陆陆海海A层层 序序砂砂 岩岩粘土岩粘土岩石灰岩石灰岩环境层序：环境层序：浅海浅海 滨海滨海 海岸海岸B三、主要内容第一篇第一篇 沉积物分析沉积物分析第二篇第二篇 沉积环境识别沉积环境识别第三篇第三篇 沉积学应用沉积学应用1 1 沉积物分析11 沉积结构与构造沉积结构与构造沉积结构：沉积物各组分的沉积结构：沉积物各组分的形态特点（颗粒外形、大小、形态特点（颗粒外形、大小、表面结构等）；表面结构等）；沉积构造：沉积物各组分的沉积构造：沉积物各组分的空间排列和排列方式。空间排列和排列方式。一、粒度分析（机械分析）一、粒度分析（机械分析）在沉积学研究中，把确定在沉积学研究中，把确定沉积物中不同大小碎屑的含沉积物中不同大小碎屑的含量的方法称为量的方法称为“粒度分析粒度分析”。粒度分布：呈对数正态分布；粒度分布：呈对数正态分布；受作用营力性质控制。受作用营力性质控制。主要分析方法主要分析方法砾石、粗砂：直接测量砾石、粗砂：直接测量砂、粉砂：筛析砂、粉砂：筛析上下震动上下震动 圆周震动圆周震动大大小小50 100 g 干样干样Stokes 沉降公式沉降公式密度差密度差粒径粒径粘度粘度沉降速率沉降速率粒度分析仪粒度分析仪砂、粉砂、粘土：沉降管测定砂、粉砂、粘土：沉降管测定20 g 干样干样量筒量筒1000 ml胶结成岩：薄片测定；胶结成岩：薄片测定；粉砂、粘土：电子显微镜分析；粉砂、粘土：电子显微镜分析；粘土：粘土：X射线分析；射线分析；电子显微镜分析电子显微镜分析.1、粒级的划分、粒级的划分 真数值粒级（真数值粒级（m m）值粒级（粒径的对数值）值粒级（粒径的对数值）即：即：真数值粒级真数值粒级 值粒级值粒级直观直观不直观不直观粒级不等距粒级不等距粒级等距粒级等距不利作图、计算不利作图、计算有利作图、计算有利作图、计算Wentworth粒级粒级粒级表真数值真数值真数值真数值mmmm 值值值值卵卵卵卵砾砾砾砾 3232 2 2 5 5-5-5 2 2 2 2 1 1-1-1砂砂砂砂极粗极粗极粗极粗 1 21 2 0 00 0粗粗粗粗 0.5 20.5 2 -1-11 1中中中中 0.25 20.25 2 -2-22 2细细细细 0.125 20.125 2 -3-33 3极细极细极细极细 0.063 20.063 2 -4-44 4粉粉粉粉砂砂砂砂粗粗粗粗 0.032 20.032 2 -5-55 5中中中中 0.016 20.016 2 -6-66 6细细细细 0.008 20.008 2 -7-77 7极细极细极细极细 0.004 20.004 2 -8-88 8粘粘粘粘土土土土9 91010沉沉积积物物三三端端元元分分类类砂砂050100粉砂粉砂050100粘土粘土05010080砂砂粉砂粉砂粘土粘土粉砂质砂粉砂质砂砂质粉砂砂质粉砂80802、粒度分析的图解、粒度分析的图解 含量含量0 131 2192 3383 4224 5135 65例如：例如：A 样品样品的数据的数据见右表见右表 直方图直方图与频率曲线与频率曲线01234561020304050含量含量（A样品）样品）众众数数3 319193838222213135 5偏态偏态 众数所在的位置确定着粒度众数所在的位置确定着粒度分布的不对称性，叫偏态。分布的不对称性，叫偏态。正态正态正偏正偏负偏负偏峰态峰态单峰（尖窄）单峰（尖窄）单峰（宽平）单峰（宽平）双峰双峰多峰多峰累累积积曲曲线线表示大于表示大于表示大于表示大于（或小于）（或小于）（或小于）（或小于）任一选定的任一选定的任一选定的任一选定的粒径的颗粒粒径的颗粒粒径的颗粒粒径的颗粒在样品中的在样品中的在样品中的在样品中的含量。含量。含量。含量。0 01 12 23 34 45 56 62020404060608080100100累积含量累积含量累积含量累积含量正偏正偏负偏负偏正态正态3 322226060828295951001003、四个粒度参数、四个粒度参数 平均粒径平均粒径表示沉积物颗粒的粗细表示沉积物颗粒的粗细中值粒径中值粒径 Md =50 特征值特征值0 01 12 23 34 45 56 62020404060608080100100累积含量累积含量累积含量累积含量50168416 1.8850 2.7584 4.13 标准离差：标准离差：表示沉积物的分选程度表示沉积物的分选程度分选性：分选性：风海滩河流洪流冰川风海滩河流洪流冰川沉积物分选性按沉积物分选性按 分级分级分分 选选 性性 0.35分选很好分选很好0.35 0.50分分 选选 好好0.50 1.00分选中等分选中等1.00 2.00分分 选选 差差2.00 4.00分选很差分选很差 4.00分选极差分选极差偏度偏度表示沉积物粗细分布的对称程度表示沉积物粗细分布的对称程度SKSKI I偏偏偏偏 态态态态 1.00 0.30 1.00 0.30极负偏极负偏极负偏极负偏 0.30 0.10 0.30 0.10负负负负 偏偏偏偏 0.10 +0.10 0.10 +0.10近对称近对称近对称近对称+0.10 +0.30+0.10 +0.30正正正正 偏偏偏偏+0.30 +1.00+0.30 +1.00极正偏极正偏极正偏极正偏尖度尖度衡量频率曲线尖峰凸起程度的参数衡量频率曲线尖峰凸起程度的参数K Kg g峰态峰态峰态峰态 0.670.67很宽平很宽平很宽平很宽平0.67 0.900.67 0.90宽平宽平宽平宽平0.90 1.110.90 1.11中等中等中等中等1.11 1.561.11 1.56尖窄尖窄尖窄尖窄 1.561.56很尖窄很尖窄很尖窄很尖窄正态：正态：正态：正态：1 1双峰：双峰：双峰：双峰：1 1单峰：单峰：单峰：单峰：1 1峰越尖窄峰越尖窄峰越尖窄峰越尖窄K Kg g 值越大值越大值越大值越大4、正态概率累积曲线图、正态概率累积曲线图 作图用正态概率纸，横坐标为作图用正态概率纸，横坐标为 值粒径，纵坐标是概率百分数；值粒径，纵坐标是概率百分数；沉积物的粒度成分，因应其搬沉积物的粒度成分，因应其搬运方式的不同，分为推移、跃移、运方式的不同，分为推移、跃移、悬移等三个不同粗细的组分；悬移等三个不同粗细的组分；在每一种组分中，粒度分布都在每一种组分中，粒度分布都成对数正态分布，因而在正态概率成对数正态分布，因而在正态概率纸上显示为一个直线段。一般每个纸上显示为一个直线段。一般每个直线段要求有直线段要求有4个数据点以上。个数据点以上。示意图99.9999.991 12 23 34 45 599999090505010101 1累累累累积积积积含含含含量量量量0.10.10.010.0199.999.999.9999.9999.999.999999090505010101 10.10.10.010.01推移推移跃移跃移跃移跃移悬移悬移截点截点截点截点斜斜斜斜率率率率大大大大小小小小1.823.66二、颗粒形态与表面结构二、颗粒形态与表面结构1、砾石形态、砾石形态 a 轴轴 最大长度；最大长度；b 轴轴 最大宽度；最大宽度；c 轴轴 最大厚度最大厚度.河流砾石：扁平状、长条状和细棒状；河流砾石：扁平状、长条状和细棒状；流速越高，砾石越大；流速越高，砾石越大；海岸砾石：球形（高能）、扁平状（低海岸砾石：球形（高能）、扁平状（低 能），以中等大小砾石为主。能），以中等大小砾石为主。苏格兰海边的卵石苏格兰海边的卵石雨花石（河流砾石）风棱石风棱石原生组构（叠瓦状构造）原生组构（叠瓦状构造）洪水洪水常态河水常态河水平面图剖面图河流、海岸，河流、海岸，a b 面向水流来向倾斜面向水流来向倾斜 倾角倾角 15 302、砂粒形态（磨圆度分级）、砂粒形态（磨圆度分级）高棱角状高棱角状次滚圆状次滚圆状棱角状棱角状滚圆状滚圆状次棱角状次棱角状高滚圆状高滚圆状3、颗粒表面结构、颗粒表面结构 砂粒的表面特征可提供其砂粒的表面特征可提供其生成环境的资料。生成环境的资料。挑选样品中的中砂挑选样品中的中砂 粗砂粗砂颗粒（颗粒（2 0 ），），再经过清再经过清洗、镀金后，洗、镀金后，利用电子显微镜利用电子显微镜观察和鉴定其三维表面特征、观察和鉴定其三维表面特征、拍摄黑白照片。拍摄黑白照片。颗粒表面结构颗粒表面结构 包括：凹坑、磨光、擦痕、刻包括：凹坑、磨光、擦痕、刻 痕、溶痕、沉淀、毛玻璃化痕、溶痕、沉淀、毛玻璃化 每个样品观察和鉴定每个样品观察和鉴定 10 颗颗以上砂粒，以上砂粒，然后做统计分析，然后做统计分析，判断其可能的形成环境。判断其可能的形成环境。出出现现频频率率特特征征V形坑形坑因机械撞因机械撞击成因的击成因的V V形坑。形坑。500碟形坑碟形坑因机械撞因机械撞击而成的击而成的碟形坑。碟形坑。100新月形坑新月形坑机械撞击机械撞击而成的新而成的新月形坑，月形坑，内有内有SiO2沉淀，边沉淀，边坡有溶蚀坡有溶蚀痕迹。痕迹。600三、沙波与层理三、沙波与层理 1 1、沙波（、沙波（sand wavesand wave）波痕波痕（rippleripple）：）：外力（如流水、风、外力（如流水、风、波浪）作用于非粘性的松散沉波浪）作用于非粘性的松散沉积（砂、粉砂）面上形成的波积（砂、粉砂）面上形成的波状构造。状构造。沙波的形态沙波的形态LH上上游游坡坡下下游游坡坡波波峰峰波波谷谷RI（沙波指数（沙波指数）L H l 1 l 2RSI（沙波对称指数（沙波对称指数）l 1 l 2沙波的移动沙波的移动上游上游下游下游侵蚀侵蚀堆积堆积沙波的形成机理沙波的形成机理v平均流速平均流速床床沙沙剪剪切切应应力力12345F1F1 Bedform1 平床平床2 小型沙波小型沙波3 大型沙波大型沙波4 过渡平床过渡平床5 逆行沙波逆行沙波6 冲蚀坑槽冲蚀坑槽6平床平床动力微弱，底形平坦，主要由粉砂、动力微弱，底形平坦，主要由粉砂、粘土层组成，可形成水平层理粘土层组成，可形成水平层理。小型沙波小型沙波小沙波：两坡不对称，小沙波：两坡不对称，L 30 cm，H 0.6 6 cm，RI 8 15；组成物质主要是细砂粉砂，少量组成物质主要是细砂粉砂，少量中砂；可形成小型交错层理。中砂；可形成小型交错层理。小沙波（微弯曲形）小沙波（微弯曲形）小沙波（弯曲形）小沙波（弯曲形）小沙波（菱形）小沙波（菱形）小沙波（舌形）小沙波（舌形）大型沙波大型沙波大沙波：两坡不对称，大沙波：两坡不对称，L 0.6 30 m，H 6 150 cm，RI 15；组成物质主要是中砂粗砂，可形成组成物质主要是中砂粗砂，可形成大型交错层理。大型交错层理。大沙波（直峰形）大沙波（直峰形）过渡平床过渡平床过渡流态过渡流态，由水平的中砂粗砂层由水平的中砂粗砂层组成，可形成平行层理。组成，可形成平行层理。逆行沙波逆行沙波上部流态：其波长上部流态：其波长 L 与流速的平方成与流速的平方成正比，一般为几厘米至几米，波高正比，一般为几厘米至几米，波高 H在在 1 米以下。米以下。其层理难保存。其层理难保存。沙波与逆行沙波沙波与逆行沙波异相位异相位同相位同相位沙波的成因分类沙波的成因分类流成流成沙波沙波波峰形态多样，不分叉，波峰形态多样，不分叉，多不对称，多不对称，RI 多为多为 8 30；浪成沙波浪成沙波直形峰，波峰可分叉，直形峰，波峰可分叉，对称或不对称，对称或不对称，RI 多为多为 6 8；风成沙波风成沙波直形峰，波峰可分叉，直形峰，波峰可分叉，不对称，不对称，RI 达达 10 70；以以沙波形态类型、出现频率等作统计沙波形态类型、出现频率等作统计学上的分析，区分其形成环境。学上的分析，区分其形成环境。2 2、层理、层理（1）基本概念基本概念层理：不同的岩矿成分、粒度大小、层理：不同的岩矿成分、粒度大小、排列方位、颜色特征的沉积物在垂直排列方位、颜色特征的沉积物在垂直剖面中更迭出现所表现出的成层性。剖面中更迭出现所表现出的成层性。是沉积层理的最小单位，其是沉积层理的最小单位，其厚度厚度 1cm，纹层内的成分和结构较纹层内的成分和结构较均匀。均匀。在稳定的环境条件下，由在稳定的环境条件下，由沉积动力的小规模速度脉动而形成。沉积动力的小规模速度脉动而形成。纹层纹层 由一系列性质相似的纹层所由一系列性质相似的纹层所组成。厚度一般为几组成。厚度一般为几 几十几十 cm，可达几十可达几十 m 厚厚;层与层之间的界面称为层面，它是层与层之间的界面称为层面，它是由于沉积条件突然变化而形成的沉积由于沉积条件突然变化而形成的沉积物性质的不连续面。物性质的不连续面。层是在基本稳定的环境条件下形层是在基本稳定的环境条件下形成的一个沉积单元。成的一个沉积单元。层：层：一组在同一环境中基本一组在同一环境中基本连续沉积的层。这些层的成分、连续沉积的层。这些层的成分、结构和内部构造相似或虽不相似，结构和内部构造相似或虽不相似，但有成因上的联系。但有成因上的联系。相似的相似的单一层组；单一层组；不相似的不相似的复合层组；复合层组；层组之间是明显的沉积间断面，层组之间是明显的沉积间断面，一般呈水平延伸，范围较广。一般呈水平延伸，范围较广。层组：层组：示意图板板状状楔楔状状槽槽状状层层层层层层层层组组（2）层理类型）层理类型 水平层理：是在水体中的悬浮物或水平层理：是在水体中的悬浮物或 溶解物发生沉淀，水体底部无剧烈扰溶解物发生沉淀，水体底部无剧烈扰 动时形成的，是沉积物性质发生变化动时形成的，是沉积物性质发生变化 而造成的。而造成的。A、递变层理：颗粒自下而上逐渐变细，递变层理：颗粒自下而上逐渐变细，无明显的纹层面，几无明显的纹层面，几 cm 几十几十 cm 厚。厚。成因：水流逐渐减弱。成因：水流逐渐减弱。环境事件：浊流、洪水退落中的最后环境事件：浊流、洪水退落中的最后 沉积。沉积。C、交互层理：是一种不同粗细、交互层理：是一种不同粗细、颜色、成分的纹层交互更替的颜色、成分的纹层交互更替的 水平层理，又叫韵律层。水平层理，又叫韵律层。纹层厚纹层厚 3 4 mm。成因：环境条件周期性变化。成因：环境条件周期性变化。B、薄砂层理薄砂层理 1 2 mm 厚的砂质厚的砂质纹层（下细上粗的纹层（下细上粗的反递变纹层）。反递变纹层）。成因环境：海滩或其它受波浪成因环境：海滩或其它受波浪 作用的中砂、细砂作用的中砂、细砂 沉积面上。沉积面上。斜层理（交错层理）斜层理（交错层理）由许多与层面斜交的纹层构成，纹层由许多与层面斜交的纹层构成，纹层之间则彼此平行或近乎平行。具有斜之间则彼此平行或近乎平行。具有斜层理的层称为交错层。层理的层称为交错层。斜层理广泛见于河流、海岸、风沙斜层理广泛见于河流、海岸、风沙等环境中。等环境中。按按纹层的倾斜方式分：纹层的倾斜方式分：单向斜层理、多向斜层理；单向斜层理、多向斜层理；按按其上、下层面的性质分：其上、下层面的性质分：板状、楔状、槽状斜层理；板状、楔状、槽状斜层理；波状层理波状层理当砂源当砂源充足，悬移质充足，悬移质推移质比值推移质比值较大时，波痕垂向加积而形成。较大时，波痕垂向加积而形成。多见于平原河段，尤其是自由多见于平原河段，尤其是自由曲流的凸岸沉积。曲流的凸岸沉积。脉状层理与透镜状层理脉状层理与透镜状层理层理1层理2层理3层理4层理5层理6天山大峡谷天山大峡谷