第七章 地層形成的沉積環(huán)境、沉積作用

第七章地層形成的沉積環(huán)境、沉積作用和古地理沉積相和沉積環(huán)境沉積環(huán)境的主要識別標志主要沉積環(huán)境的特征地層形成的沉積作用地層形成的古地理分析一、沉積環(huán)境和沉積相沉積環(huán)境：具有獨特的物理、化學(xué)和生物條件的自然地理單元（河流環(huán)境、湖泊環(huán)境、濱海環(huán)境等）沉積相：特定的沉積環(huán)境中形成的巖石特征和古生物特征的綜合(沉積記錄的物質(zhì)表現(xiàn)）碳酸鹽巖相頁巖相砂巖相頁巖或煤相相變相變：地層的巖石特征和生物特征及其所反映的沉積環(huán)境和沉積作用在空間（橫向）上的變化。相分析：綜合地層的巖石特征和生物特征，推斷其成因（沉積環(huán)境和沉積作用）。三要素：原始材料（material）基本原理（Principals）方法（Methodology)泥裂和雨痕陸上、半干旱環(huán)境瓦爾特相律——(JWalther，1894):只有那些目前可以觀察到是相互毗鄰的相和相區(qū)，才能原生地重疊在一起;

即在垂向上整合疊置的相是在側(cè)向上相鄰的沉積環(huán)境中形成的。transgression時間上的相隨反映空間上的并列指導(dǎo)和檢驗相分析工作方法：將今論古二、沉積環(huán)境的主要識別標志相標志：一系列獨特的物理、化學(xué)和生物作用形成的能反映沉積環(huán)境條件的沉積特征。生物標志物理標志巖礦地球化學(xué)標志（一）生物標志根據(jù)對現(xiàn)代環(huán)境中生物群的觀察發(fā)現(xiàn)，生物從出生、成長、死亡到埋葬，都受環(huán)境因素的制約。因此生物就成為反映環(huán)境的一個重要標志生物相：地史中通常將能反映沉積環(huán)境的生物組合特征。

生物相根據(jù)實體化石和遺跡化石組分確定（二）物理標志沉積物顏色沉積物結(jié)構(gòu)原生沉積構(gòu)造淺色巖石有機質(zhì)含量低，多形成于淺水、動蕩和氧化條件下；暗色巖石形成于深水或凈水和還原環(huán)境中，如沼澤和深海沉積；巖石中含有Fe2O3時，呈紅色，反映強氧化環(huán)境；巖石中含少量FeO，呈現(xiàn)綠色，反映還原環(huán)境顏色結(jié)構(gòu)粒度圓度分選性定向性支撐類型

沉積巖的結(jié)構(gòu)是指沉積巖組成物質(zhì)的形狀、大小、結(jié)晶程度?？煞譃樗樾冀Y(jié)構(gòu)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物結(jié)構(gòu)。沉積構(gòu)造

沉積巖在沉積過程中，或在沉積巖形成后的各種作用影響下，其各種物質(zhì)成分形成特有的空間分布和排列方式。層理構(gòu)造層面構(gòu)造準同生變形構(gòu)造生物及化學(xué)成因構(gòu)造層理構(gòu)造：由于季節(jié)性氣候的變化，沉積環(huán)境的改變，使先后沉積的物質(zhì)在顆粒大小、排列方式、形狀、顏色和成分上發(fā)生相應(yīng)變化，從而在垂向上顯示出來的成層現(xiàn)象。砂巖的水平層理（湖相）平行層理（多見于河床、湖岸、海岸）風(fēng)成交錯層理巨型斜層理

在層內(nèi)結(jié)構(gòu)均勻，組分和結(jié)構(gòu)均無分異現(xiàn)象，不顯示細層構(gòu)造的層理，稱塊狀層理，或均質(zhì)層理。它常是一種以沉積物質(zhì)（常是懸浮物質(zhì)）的快速堆積為特征，由沉積物的垂直加積作用形成的產(chǎn)物，在礫巖、砂巖、粉砂巖和泥巖中均可出現(xiàn)塊狀層理。常見于濁流沉積物、洪積物和冰磧物中。粒序遞變：沉積物從底到頂逐漸變細，牽引流形成粗尾遞變：細粒物質(zhì)從底到頂均有分布，僅顆粒向上變細，重力流形成層面構(gòu)造：在沉積巖層面上保留的自然作用產(chǎn)生的一些痕跡，它不僅標志著巖層的某些特性，而更重要的記錄了巖層沉積時的古地理環(huán)境。沉積構(gòu)造包括：波痕、干裂、雨痕、冰雹痕、晶體印痕、渠跡及蟲痕等頂面構(gòu)造；底沖刷、泥礫及槽模、溝模等底面構(gòu)造。北戴河潮坪溝模槽模準同生變形構(gòu)造：沉積物沉積之后，固結(jié)之前發(fā)生塑性變形形成的構(gòu)造，僅局限于上下非變形層之間以區(qū)別于后生構(gòu)造。發(fā)生于快速堆積（沉積物來不及即使脫水)或具有原始傾斜的沉積層中。負載構(gòu)造包卷層理滑塌構(gòu)造根據(jù)準同生變形構(gòu)造的類型和強度可以認識沉積盆地性質(zhì)及堆積速度、構(gòu)造活動性等。生物及化學(xué)成因構(gòu)造：鳥眼構(gòu)造：白云巖或灰?guī)r種大小約1mm左右的蠕蟲狀或不規(guī)則裝亮晶方解石充填體。潮坪疊層構(gòu)造：潮坪環(huán)境物理標志反映環(huán)境的物理特征：介質(zhì)的性質(zhì)（風(fēng)、水、冰）能量條件（水流速度、波浪強度）搬運方式（牽引流、重力流）古氣候（疊層石、食鹽假晶）古構(gòu)造（滑塌構(gòu)造）（三）巖礦標志沉積物結(jié)構(gòu)組分反映沉積歷史、物源及沉積介質(zhì)的特征。純凈適應(yīng)砂巖——淺水高能條件鮞狀灰?guī)r——水質(zhì)清潔的動蕩淺水環(huán)境富含長石、不穩(wěn)定巖屑砂巖——顆粒未經(jīng)分選的快速沉積場所泥狀灰?guī)r——低能沉積條件2.自生礦物：沉積物在沉積當(dāng)中，或其后在沉積物內(nèi)形成的礦物。是沉積介質(zhì)物理化學(xué)條件的反映。海綠石、磷灰石——淺水沉積環(huán)境石膏、巖鹽——鹽度過飽和的干旱氣候條件黃鐵礦——缺氧還原條件（四）其他標志沉積相的縱向變化、橫向變化關(guān)系沉積體的空間幾何形態(tài)三、主要沉積環(huán)境的沉積特征沉積區(qū)大陸河流沉積湖泊沉積沼澤沉積冰川沉積風(fēng)成沉積海洋濱海淺海半深海深海（一）陸地環(huán)境沉積相類型

河流沉積從上游至下游普遍存在。發(fā)生沉積的原因：一是流速減慢，二是流量減小，三是進入河流的碎屑過多。彎曲河流的沉積模式洪流形成的沉積物叫洪積物。在沖溝口所形成的扇狀堆積體叫洪積扇。風(fēng)成沉積風(fēng)積物：風(fēng)成砂和黃土風(fēng)成黃土

冰川消融是冰川沉積的主要原因。由冰川形成的沉積物統(tǒng)稱為冰磧物。

湖泊沉積(lakedeposits):湖泊是陸地上封閉的大型水體，其中也有波浪和潮流作用，浪基面以下的湖底不受波浪作用的干擾，為靜水環(huán)境。從湖岸到湖心，隨著水深的增加，水動能逐漸減弱，沉積物也具有從粗到細的機械分異現(xiàn)象，層理類型也由交錯層理變?yōu)樗綄永怼?/p>

一個理想湖泊的巖相分布呈同心環(huán)帶狀。當(dāng)有河流注入時，所攜碎屑物質(zhì)可在湖岸形成小型三角洲。

在潮濕氣候下僅有淡水湖泊(freshlake;freshwaterlake)，由于養(yǎng)料豐富、水體平靜和沉積迅速，往往繁育并保存大量湖生生物組合?？梢缘讞碾p殼、腹足類，浮游的介形蟲、葉肢介和魚類，以及沖入或掉入湖中的植物、昆蟲和脊椎動物為代表。湖心部分常發(fā)育具水平紋理的紙狀頁巖，其中化石保存特別完好。在還原條件下，豐富的有機質(zhì)未遭破壞，可以形成油頁巖或油氣藏。

在干燥氣候下，咸水湖泊(saltwaterlake)的湖心沉積以鈣泥質(zhì)為主，常見泥裂等暴露標志，最特征的是出現(xiàn)石膏和鹽類沉積，可以第四紀的青?？驴蔓}湖和現(xiàn)代青藏高原上的含硼鹽湖為例。（二）海陸過渡環(huán)境沉積相類型三角洲主要指河流入海時，所攜碎屑在河口附近淺水環(huán)境中堆積形成的碎屑沉積體。三角洲的形成既受河流作用影響，也受波浪，潮汐作用的改造，代表典型的海陸過渡環(huán)境。

近年一般以平面上呈鳥足狀的密西西比河三角洲為例，大體也可分為三部分。三角洲平原(delta-plain)：是三角洲的陸上部分，以分支流河道砂質(zhì)沉積為主干，也包括泛濫平原上的粉砂、粘土和泥炭。三角洲前緣(delta-front)：是三角洲的水下部分，在河口可形成交錯層理發(fā)育的河口砂壩，生物殘體少。在遠離河口時沉積物變細，以粉砂為主，并出現(xiàn)水平層理和植物碎屑。

前三角洲(pro-delta)：位于三角洲前緣的前方，以懸浮搬運的粘土沉積為主，呈水平或塊狀層理。含數(shù)量不多的廣鹽度介形蟲、雙殼類、有孔蟲等，向海方向海生生物化石逐漸增多。

當(dāng)三角洲沉積體不斷向海方推進時，三角洲前緣沉積向前覆蓋在前三角洲沉積之上，后者又被三角洲平原沉積所覆蓋。因此，在垂直剖面上，三角洲沉積自下而上呈現(xiàn)出從細到粗的反旋回序列。（二）海洋環(huán)境沉積相類型濱海（潮汐帶）：浪基面之上淺海（陸棚或陸架）：浪基面-200m次深海（大陸斜坡和陸?。?00-1000m深海（深海平原）：水深大于1000m(200-1000m)

(0-200m)

(>1000m)

Continental→shelf

→slope→deep-sea

濱海沉積:高潮線和低潮線之間的濱海地帶；潮汐與浪力作用十分活躍，經(jīng)常暴露出水面，沉積作用有明顯特征。波浪作用強烈的濱海帶，往往形成障壁島(砂壩)和瀉湖。1.陸源碎屑濱淺海沉積陸源碎屑海灘：純凈石英砂巖為主，粒度向海變細，成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度較高，斜層理發(fā)育。潮坪沉積環(huán)境：潮汐帶，低潮線附近以砂質(zhì)沉積為主，向陸或向海沉積物逐漸變細，以粉砂和泥質(zhì)為主。Barrier-lagoon

systems退潮三角洲漲潮三角洲充溢三角洲沙丘海灘沼澤臨濱2.淺水碳酸鹽沉積碳酸鹽潮坪2.淺水碳酸鹽沉積生物礁：發(fā)育在沿岸形成岸礁，在陸棚上形成障壁礁，沉積物以骨架巖、黏結(jié)巖和障積巖為主。陸棚碳酸鹽巖沉積：主要為含生物碎屑灰?guī)r和泥晶灰?guī)r及其與泥灰?guī)r和頁巖的互層，屬正常海相生物組合。生物擾動強烈。3.次深海、深海沉積遠洋、半遠洋背景沉積海洋重力流事件沉積：濁流沉積可代表大陸斜坡下部的重要沉積類型。

濁流沉積(濁積巖）(turbidite)20世紀60年代以來的研究發(fā)現(xiàn)，大陸棚上的沉積物由于地震、風(fēng)暴等因素觸發(fā)，可以沿海底峽谷順大陸坡向下滑動。初期沉積物和水混合不夠充分，形成大小混雜的滑塌堆積，可稱為水下泥石流。如果繼續(xù)向下滑動，沉積物與水充分混合，顆粒逐漸變細，最后形成濁流(turbidcurrent)，它們在大陸斜坡底部因坡度變緩失去動能而迅速堆積下來形成海底扇，這就是濁積巖(turbidite)。

濁積巖一般由幾種巖性(砂泥質(zhì)、鈣泥質(zhì)或火山碎屑質(zhì))組成頻繁的韻律互層。以砂泥質(zhì)濁積巖為例，每個韻律一般從砂巖開始，底部砂巖以具遞變層理為特征，向上逐漸變?yōu)榉凵皫r，最后以泥巖告終，這就是著名的鮑馬序列。復(fù)理石沉積：巨厚的由深海濁積巖及其他重力流沉積組成的綜合體四、地層形成的沉積作用1.縱向堆積、橫向堆積和生物筑積縱向堆積：沉積物在水體中從上而下降落，依次沉積在沉積盆地底部。特點：沉積地層的時間界面一般是水平或近水平的，它與巖性界面平行或基本平行。環(huán)境分布：較深水海洋盆地、湖盆,泛濫平原

地層層序律：原始水平律原始連續(xù)律地層疊覆律1.縱向堆積、橫向堆積和生物筑積橫向堆積：沉積物的顆粒在介質(zhì)搬運過程中沿水平方向位移，當(dāng)介質(zhì)能量衰減時而沉積下來。特點：地層時間界面和巖性界面不一致穿時普遍性原理：在所有側(cè)向堆積作用過程中形成的巖石地層必然是穿時的。環(huán)境分布：曲流河河道側(cè)向遷移形成的側(cè)向加積作用、河流作用為主的三角洲與海灘、障壁沙壩的進積作用以及濱岸沉積的退積作用等。1.縱向堆積、橫向堆積和生物筑積生物筑積：造架生物原地筑積而形成地層原地生物形成生物格架，之后別的填隙物充填。地層特征：地層一般呈丘狀隆起，巖層多具塊狀構(gòu)造。在形式上，可以表現(xiàn)為側(cè)向加積或垂向加積。地層界面與時間界面關(guān)系不定2.海進和海退海進超覆海侵（海進）：由于地殼下降或海平面上升，使海岸線不斷向大陸方向退卻的現(xiàn)象超覆（overlap）：由于海侵使得沉積盆地范圍不斷擴大，后期形成的沉積層超越其下伏的較老的沉積層而蓋在更老的地層之上的現(xiàn)象。超出的部分即超覆區(qū)海進序列：由持續(xù)海侵超覆形成的下粗上細的沉積序列Transgression海進序列海退退覆海退：由于大陸上升或海平面下降，使海水從大陸撤退的現(xiàn)象退覆：由海退造成的地層分布范圍不斷縮小的現(xiàn)象海退序列：由持續(xù)海退形成的沉積物縱向上的下細上粗