沉積學(xué)與層序地層學(xué)10章(巖相古地理)

1、第十章第十章 巖相古地理研究巖相古地理研究 Study of lithofacies paleogeography 巖相古地理研究是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的學(xué)科涉及到構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、地層學(xué)、地球化學(xué)、應(yīng)用地球物理學(xué)、古生物學(xué)、水動(dòng)力學(xué)及地貌學(xué)等學(xué)科的知識(shí)第一節(jié) 相標(biāo)志（Facies markers） 相標(biāo)志是指最能反映沉積相的一些標(biāo)志，它是相分析及巖相古地理研究的基礎(chǔ)。巖性標(biāo)志古生物標(biāo)志地球化學(xué)標(biāo)志相標(biāo)志顏 色巖石類(lèi)型自生礦物一、巖性標(biāo)志碎屑顆粒的結(jié)構(gòu)填隙物的類(lèi)型陰極發(fā)光原生沉積構(gòu)造巖性組合及其韻律電測(cè)曲線地震信息1.顏色 顏色是沉積巖最直觀、最醒目的標(biāo)志。按成因可分為繼承色、自生色和次生色。灰色和黑色：

2、還原強(qiáng)還原環(huán)境 紅、棕、黃色：氧化強(qiáng)氧化環(huán)境綠色：弱氧化弱還原環(huán)境 2.巖石類(lèi)型與陸源碎屑巖共生的碳酸鹽巖、硅巖、蒸發(fā)巖和紅色巖層等具有一定的指相性。特定環(huán)境中形成的巖石（如濁積巖等）具有良好的指相性。 3.自生礦物自生礦物具有良好的指相性。海綠石和鮞綠泥石，海相標(biāo)志。自生磷灰石或隱晶質(zhì)膠磷礦，海相標(biāo)志。大量錳結(jié)核主要分布在深海和開(kāi)放大洋洋底環(huán)境。4.碎屑顆粒的結(jié)構(gòu)l粒度參數(shù)l顆粒的形態(tài)和圓度l顆粒定向l支撐結(jié)構(gòu)l顆粒表面結(jié)構(gòu)5.填隙物的類(lèi)型 碎屑巖中的膠結(jié)物和雜基碳酸鹽巖中的泥晶和亮晶 6.陰極發(fā)光碎屑巖中的石英紫色巖漿巖棕色變質(zhì)巖不發(fā)光沉積巖7.原生沉積構(gòu)造沉積構(gòu)造具有良好的指相性 層 理

3、波 痕底面構(gòu)造8.巖性組合及其韻律性沉積剖面上各種成因標(biāo)志有規(guī)律地重復(fù)出現(xiàn)沉積作用的韻律性或旋回性。 相層序facies sequence9.電測(cè)曲線 電測(cè)曲線的幅度及形態(tài)特征是地下巖性特征及其組合的反映，不僅能作為地層劃分和對(duì)比的標(biāo)志，也可以用于相分析方面。利用電測(cè)曲線解釋沉積相主要是用自然電位曲線，電阻率曲線只起輔助作用。用高分辨率的傾角測(cè)井和反映沉積構(gòu)造的處理方法所得到的傾角矢量圖可劃分砂巖中的層理構(gòu)造。10.地震信息地震信息是沉積相在地震記錄上的反映，地震相劃分主要根據(jù)地震反射參數(shù)（如地震反射的振幅、連續(xù)性、反射強(qiáng)度等）。實(shí)體化石遺跡化石在不同的沉積環(huán)境中都有與環(huán)境物理化學(xué)因素相適應(yīng)的

4、生物組合、生態(tài)特征，并隨著環(huán)境條件的改變而不斷持變化和更替。二、古生物標(biāo)志生物組合、生態(tài)特征是判別古沉積環(huán)境的重要標(biāo)志。微量元素穩(wěn)定同位素有機(jī)組分鑒于海水與淡水中溶解的鹽度差異很大的特點(diǎn)，故常用巖石中易溶組分(粘土巖中的Cl、Cl/Br、Br/I、Na/Ca)、難溶組分(碳酸鹽、磷酸鹽、Ca/Mg或鎂的含量)、粘土質(zhì)點(diǎn)吸附陽(yáng)離子的成分等，來(lái)確定盆地的古鹽度。三、地球化學(xué)標(biāo)志1.微量元素 常用作指相標(biāo)志的，主要是粘土沉積物中的微量元素，如Mn、B、Br、Cl、Na、Sr、P、Ni、Co、V、Cr、U、Cu、As、Zn、Ga等，以硼應(yīng)用最廣。 2.穩(wěn)定同位素 16O、 18O， 12C、 13C

5、，34S/32S、30Si/28Si。海水中18O和13C比淡水中要多。Z=2.048（13C+50）+0.48（18O+50） Z120，海相Z120，陸相（淡水）Z=120，不確定3.有機(jī)組分 異戊間二烯中的植烷和姥鮫烷可作海相或陸相的標(biāo)志。植烷陸相，姥鮫烷海相。沉積巖及石油中卟啉分子量的窄范圍湖相沉積巖及石油中卟啉分子量的寬范圍海相第二節(jié)第二節(jié) 沉積相分析和巖相古地理沉積相分析和巖相古地理研究的基本原理研究的基本原理 沉積相分析和巖相古地理各種條件分析中必須遵循一些法則。相 序 遞 變 法 則沉 降 補(bǔ) 償 原 理地層等時(shí)旋回對(duì)比法則基本原理相序連續(xù)性原理（相序遞變規(guī)律、沃爾索相律）（W

6、alther, 1894）只有那些沒(méi)有間斷的，現(xiàn)在能看到的相互鄰接的相和相區(qū)，才能重疊在一起。一、相序遞變法則相序遞變有兩種基本類(lèi)型：由于海平面上升（或海進(jìn)）所形成的退積型相層序，相剖面自下而上由陸相海陸過(guò)渡過(guò)相海相疊覆組成。由于海平面下降(或海退)所形成的進(jìn)積型相層序，相剖面自下而上由海相海陸過(guò)渡過(guò)相陸相疊覆組成。沉積盆地的沉降和補(bǔ)償可概括為下述四種情況：二、沉降補(bǔ)償原理快速沉降、快速補(bǔ)償快速沉降、緩慢補(bǔ)償緩慢沉降、快速補(bǔ)償沉降補(bǔ)償原理緩慢沉降、緩慢補(bǔ)償三、地層等時(shí)旋回對(duì)比法則層序地層基本原理地層基準(zhǔn)面旋回原理體積劃分原理 相分異原理旋回等時(shí)對(duì)比法則四、沉積相分析單剖面相分析：巖相柱狀剖面圖

7、剖面對(duì)比相分析：巖相對(duì)比剖面圖平面剖面相分析：區(qū)域巖相古地理圖點(diǎn)-線-面平面剖面相分析平面剖面相分析魯西南地區(qū)早第三紀(jì)巖相古地理圖（據(jù)趙澄林，1975）應(yīng)注意的問(wèn)題：1.定時(shí)問(wèn)題主要解決同一時(shí)期、不同地區(qū)的沉積相的變化，選擇等時(shí)對(duì)比界面是首要問(wèn)題。區(qū)域剖面相分析中，主要利用標(biāo)準(zhǔn)化石定時(shí)。2.穿時(shí)問(wèn)題傳統(tǒng)的群、組、段這類(lèi)巖石地層單位時(shí)常存在“時(shí)侵”或“穿時(shí)”問(wèn)題，在以陸源碎屑沉積為主的地層單元中尤其常見(jiàn)。在準(zhǔn)確定時(shí)的基礎(chǔ)上，相對(duì)比剖面中主要有“同期異相”、“同相異期”兩種相變類(lèi)型。3.相變問(wèn)題l 沉積補(bǔ)償原理沉積補(bǔ)償原理 l 等時(shí)對(duì)比法則等時(shí)對(duì)比法則 l 沉積相分析的基本流程沉積相分析的基本流程

8、 l 同期異相和同相異期同期異相和同相異期第三節(jié)第三節(jié) 沉積盆地的巖相古地理?xiàng)l件分析沉積盆地的巖相古地理?xiàng)l件分析 古地理分析是對(duì)地質(zhì)歷史時(shí)期中自然地理景觀的再造。物源區(qū)分析古水動(dòng)力條件分析水體深度及古地形分析古氣候條件分析水介質(zhì)物化條件分析巖相古地理圖的編制1.判斷古陸或侵蝕區(qū)的存在一、物源區(qū)分析侵蝕區(qū)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，向沉積區(qū)供給陸源碎屑和可溶性物質(zhì)的剝蝕區(qū)。穩(wěn)定的侵蝕區(qū)又稱(chēng)為古陸。2.查明古陸地形起伏特征3.古河流體系的恢復(fù)4.物源區(qū)母巖性質(zhì)的確定古水動(dòng)力條件系指沉積時(shí)期的波浪和水流的運(yùn)動(dòng)狀況。二、古水動(dòng)力條件分析1.根據(jù)定向構(gòu)造2.根據(jù)結(jié)構(gòu)及成分的變化3.根據(jù)孢粉資料4.編制水流體系圖松

9、遼盆地三肇地區(qū)姚一段水流體系圖三、水體深度及古地形分析1.根據(jù)沉積物的分布規(guī)律 一般情況下，從岸線的淺水到廣海的深水，沉積物粒度呈有規(guī)律的分布。一些特殊的巖石類(lèi)型形成于一定的環(huán)境，如，蒸發(fā)巖：0幾m，鮞?；?guī)r：1015m，礁灰?guī)r：1050m，濁積巖：深水區(qū)。2.根據(jù)沉積構(gòu)造 暴露成因構(gòu)造，流動(dòng)成因構(gòu)造。3.根據(jù)古生物和遺跡化石 4.根據(jù)自生礦物海綠石，鮞綠泥石，磷酸鹽，錳結(jié)核。5.根據(jù)地球化學(xué)標(biāo)志6.根據(jù)地層的厚度變化7.根據(jù)地層的接觸關(guān)系古地形低凹處，多為深水區(qū)，一般為連續(xù)沉積，地層間為整合接觸。古地形隆起部位，水淺，常處于波基面以上，易受水下沖刷，地層間出現(xiàn)沖刷面或沉積相不連續(xù)。8.古地形

10、與相的特征沉積中心depocenter：沉積盆地中，沉積速率最大的部位，表現(xiàn)為該處有最大的沉積厚度。沉降中心center of subsidence：沉積盆地中基底沉降幅度最大的部位，一般此部位有最大的水深，充填有較大的沉積物厚度。四、古氣候條件分析1.根據(jù)巖性特征特殊的巖石類(lèi)型，如冰磧巖、冰川紋泥是寒冷氣候標(biāo)志，蒸發(fā)巖是干旱氣候產(chǎn)物，煤系地層是溫暖潮濕氣候標(biāo)志等。在海相地層中，大套石灰?guī)r（尤其是生物石灰?guī)r、礁石灰?guī)r）、磷酸鹽巖、鐵、錳、鋁等沉礦產(chǎn)，均為潮濕氣候的可靠標(biāo)志。某些沉積構(gòu)造特征亦可指示古氣候。如季節(jié)性韻律層理、鹽類(lèi)假晶、干裂、雨痕(干燥氣候標(biāo)志)，風(fēng)棱石、沙漠漆、霜面等(沙漠干燥氣

11、候)。2.根據(jù)古生物及古生態(tài)最能反映古氣候的是古植物。氣候能在海生動(dòng)物群的多樣性上造成極大差異。溫水中的生物界有時(shí)比冷水中的生物界豐富幾十倍。氣候的差異往往可在近似型的動(dòng)物的大小上反映出來(lái)（伯格曼或稱(chēng)伯氏定律），體內(nèi)具有穩(wěn)定高溫的溫血?jiǎng)游?哺乳動(dòng)物、鳥(niǎo)類(lèi))，在寒冷地區(qū)變大，在炎熱區(qū)變小；冷血?jiǎng)游锱佬袆?dòng)物和兩棲動(dòng)物，則具有相反的趨勢(shì)。3.根據(jù)穩(wěn)定同位素4.根據(jù)黃土及湖泊沉積5.古地磁法五、水介質(zhì)的物化條件分析水盆中介質(zhì)的物化條件，包括Eh值、pH值和含鹽度等六、沉積盆地巖相古地理圖的編制根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析法進(jìn)行巖相古地理研究，其最終是通過(guò)編制巖相古地理圖來(lái)完成的；或者說(shuō)，巖相古地理圖的編制是相分析及古地理研究的總結(jié)。如何編制巖相古地理圖，要收集和整理哪些資料，先作哪些基礎(chǔ)圖件，如何進(jìn)行分析，不同地區(qū)、不同層段、以及不同的沉積相也不盡相同。編圖程序大致分為三個(gè)階段，基礎(chǔ)資料的收集和整理，主要基礎(chǔ)圖件的編制和分析，巖相古地理圖的編制和使用。七、我國(guó)巖相古地理圖研究概述劉鴻允的中國(guó)古地理圖(1955)是第一部系統(tǒng)論述我國(guó)各地質(zhì)歷史時(shí)代的古地理輪廓的專(zhuān)著。關(guān)士聰?shù)?1984) 的中國(guó)海陸變遷海域沉積相與油氣主要以大地構(gòu)造學(xué)、地層學(xué)和沉積學(xué)的觀點(diǎn)編制了我國(guó)從晚元古代至三疊紀(jì)的海陸分布及沉積相圖25幅王鴻禎等(1985) 的中國(guó)古地理圖集是以大地構(gòu)造學(xué)的理論為指導(dǎo)