第七章 沉積學(xué)研究方法

第七章沉積學(xué)研究及古地理編圖方法

根據(jù)研究的目的和獲取資料的精度不同，研究的方法有一定的差異。

地質(zhì)學(xué)方法地球化學(xué)方法地球物理學(xué)方法但不論哪種方法，首先要獲取相標(biāo)志。第七章沉積學(xué)研究方法第一節(jié)沉積相的鑒定標(biāo)志

1.沉積巖的巖性標(biāo)志(1)巖石的顏色(2)巖石的礦物成分和巖石類型(3)巖石的結(jié)構(gòu)(4)沉積巖層的構(gòu)造2.古生物、古生態(tài)標(biāo)志3.沉積地球化學(xué)標(biāo)志4.沉積巖層的產(chǎn)狀標(biāo)志5.地球物理學(xué)標(biāo)志1.沉積巖的巖性標(biāo)志

(1)巖石的顏色：主要反映沉積環(huán)境的古氣候和氧化還原性質(zhì)。

沉積巖顏色的成因類型：

按成因，顏色可分為原生色和次生色。原生色又可分為繼承色及自生色二種：

繼承色

繼承色取決于碎屑物質(zhì)的顏色，常為碎屑巖所具有。自生色

自生色是取決于沉積和成巖階段形成的自生礦物的顏色。為大部分粘土巖、化學(xué)巖和部分碎屑巖所具有的顏色。如含F(xiàn)e3+

的頁巖就呈紅色或黃褐色；海綠石砂巖呈綠色，是因其中含有綠色的自生礦物海綠石。

次生色

次生色是在后生作用或風(fēng)化作用過程中，原生色發(fā)生次生變化而形成的。

原生色的特點(diǎn)是在同一層內(nèi)常穩(wěn)定不變；而次生色則呈斑點(diǎn)狀，或沿裂隙孔洞分布，可切穿層理，在風(fēng)化帶發(fā)育。在自然界常見的是原生色和次生色都有的混合色。次生色和自生色往往是由色素造成，色素含量僅百分之幾，甚至小于1%，但它對(duì)巖石顏色影響很大。常見色素為有機(jī)質(zhì)和鐵質(zhì)，隨著有機(jī)質(zhì)含量增加而巖石顏色變深；各種常見的自生色及其沉積環(huán)境1.白色：一般不含色素，如質(zhì)純的碳酸鹽巖、鹽巖、石英砂巖、高嶺土、蛋白石等。

2.灰色、黑色：由于含有機(jī)質(zhì)(炭質(zhì)、瀝青質(zhì))、分散狀硫化鐵(黃鐵礦、白鐵礦)，這些物質(zhì)含量愈高，顏色就愈深。并表明巖石形成于還原或強(qiáng)還原條件下。3.紅色、紫紅色、褐紅色、黃棕色：由于含有鐵的氧化物或氫氧化物之故。表明當(dāng)時(shí)沉積介質(zhì)為氧化及強(qiáng)氧化條件，其中黃色常見于炎熱干燥氣候條件下的陸相沉積物中，而紅色常見于炎熱潮濕氣候條件下的陸相或海相沉積物中。4.綠色：由于含有Fe2+和Fe3+的硅酸鹽礦物(海綠石、鮞綠泥石)。代表弱氧化或弱還原的介質(zhì)條件。碎屑巖中若含角閃石、綠簾石、綠泥石等碎屑礦物多時(shí)也可呈綠色。5.藍(lán)色、青色：是硬石膏、天青石、石膏、石鹽等特有的顏色。有時(shí)藍(lán)色是由藍(lán)鐵礦和藍(lán)銅礦引起的。

6.紫色：與氧化鐵或氧化錳有關(guān)，有時(shí)則由含土狀螢石之故。巖石的顏色除與成分有關(guān)外，還與粒度、干濕情況有關(guān)：粒度愈細(xì)則相應(yīng)的顏色要顯得深一些；濕的標(biāo)本比干的顏色要深些。顏色的描述和實(shí)際意義

對(duì)巖石的顏色描述時(shí)，不僅要說明是何種顏色，而且要說明顏色的深淺、亮暗和濃淡程度。有時(shí)巖石是混合色，則用復(fù)合名稱描述，如深紫紅色、淺藍(lán)灰色，前面的是次要的顏色(即深紫、淺藍(lán))，后面才是主要顏色(即紅、灰色)。

對(duì)于沉積巖顏色的的研究，有助于劃分和對(duì)比地層，了解古氣候條件，根據(jù)顏色的性質(zhì)可以確定介質(zhì)是氧化或還原的環(huán)境。對(duì)顏色的仔細(xì)研究還有助于找尋有用礦產(chǎn)，如云南的沉積型銅礦主要賦存于紫紅色地層中的淺色巖石中，故淺紫交互層是找尋銅礦最有利的地段。

1.沉積巖的巖性標(biāo)志(1)巖石的顏色

(2)巖石的礦物成分和巖石類型：如原生的自生礦物可指示沉積環(huán)境，碎屑巖的巖屑可直接看出陸源區(qū)的母巖性質(zhì)，重礦物組合和某些輕礦物特征也可指示母巖性質(zhì)。巖石類型在一定程度上可指示沉積環(huán)境，還可反映陸源區(qū)或沉積盆地的大地構(gòu)造狀況和古氣候條件等。

(3)巖石的結(jié)構(gòu)：不同沉積環(huán)境下形成的巖石結(jié)構(gòu)是有差異的，如巖石的支撐性、雜基及顆粒的含量、顆粒的分選磨圓、粒度分布特征等，均可反映沉積環(huán)境的某些特征。

(4)沉積巖層的構(gòu)造：主要是原生的層理和層面構(gòu)造，是不同沉積相最重要的標(biāo)志。

2.古生物、古生態(tài)標(biāo)志古生物的種類和生態(tài)不僅可確定海相與非海相，而且還可指示水域的深度、鹽度、溫度和濁度等。近年來不僅重視遺體化石，而且還用遺跡化石資料來判斷沉積環(huán)境。3.沉積地球化學(xué)標(biāo)志

應(yīng)用巖石或生物介殼中的微量元素(如B、B/Ga、Sr/Ba、Br、Br/Cl…)、同位素(O、C、S、H等)及有機(jī)地球化學(xué)資料來判斷沉積環(huán)境。

4.沉積巖層的產(chǎn)狀標(biāo)志包括地層厚度、巖體形態(tài)、接觸關(guān)系及剖面結(jié)構(gòu)(即剖面層序)、相律、相模式等方面來判斷沉積相。其中最重要的是剖面結(jié)構(gòu)—它是綜合研究巖性、粒度、沉積構(gòu)造和厚度等在剖面上的變化層序。不同沉積相在剖面上的變化層序是一樣的，如向上變細(xì)的剖面結(jié)構(gòu)見于河流相、潮坪相、河口灣相、濁積巖相、風(fēng)暴巖相等。而向上變粗的剖面結(jié)構(gòu)見于三角洲相、湖泊相、無障壁海岸相、海灘亞相等。5.地球物理學(xué)標(biāo)志包括地球物理測(cè)井(自然電位、自然伽瑪、視電阻率等)曲線和地震地層學(xué)(地震相)標(biāo)志。應(yīng)該指出，以上幾方面的判別標(biāo)志，應(yīng)綜合考慮，不能僅據(jù)某一點(diǎn)作結(jié)論，因某些不同的相可出現(xiàn)一些相似的特征。

第二節(jié)沉積相的礦物成分標(biāo)志

礦物成分標(biāo)志的研究主要是用顯微鏡和其它方法對(duì)巖石或礦物進(jìn)行顯微研究，提供環(huán)境分析標(biāo)志，主要包括以下二個(gè)方面：一、陸源碎屑成分二、自生礦物和特殊巖石類型

一、陸源碎屑成分

根據(jù)碎屑成分和礦物標(biāo)型特征來研究沉積物來源方向及物源區(qū)巖石類型。陸源碎屑成分主要包括石英、長石、巖屑及各種輕重礦物。它們實(shí)質(zhì)上是巖層物理風(fēng)化和化學(xué)分解作用的殘余物，同時(shí)也是分析物源區(qū)巖石類型的直接依據(jù)。陸源碎屑成分研究的任務(wù)就是通過鑒定分析沉積物中的石英、長石、巖屑及各種輕、重礦物標(biāo)型組合特征，研究它們的含量變化，以確定物源方向、源區(qū)的大致位置、搬運(yùn)距離及母巖類型等。

1.利用礦物的標(biāo)型特征分析母巖類型2.利用碎屑礦物組合分析母巖類型1.利用礦物的標(biāo)型特征分析母巖類型

礦物標(biāo)型特征是指不同成因的同種礦物，由于形成時(shí)物理、化學(xué)條件的不同，因而在化學(xué)組成、晶形和物性上就存在差異，其中具明顯特征并可作為成因標(biāo)志者即為礦物標(biāo)型特征。如沉積巖中最豐富的礦物石英，可以據(jù)其包裹體、消光類型、晶體形態(tài)和多晶現(xiàn)象等標(biāo)志區(qū)分母巖類型。陰極發(fā)光顯微鏡的發(fā)明和應(yīng)用，使原來認(rèn)為是無標(biāo)型特征的單晶石英顆粒，也可確定其成因類型。2.利用碎屑礦物組合分析母巖類型

每一類巖石都有其特定的礦物組合，經(jīng)風(fēng)化剝蝕、搬運(yùn)、沉積成巖，故在形成的碎屑中，仍然保留其組合特征。

二、自生礦物和特殊巖石類型

1.自生礦物

(1)海綠石：現(xiàn)代海綠石主要形成于遠(yuǎn)離大河口的陸棚區(qū)，其介質(zhì)條件為弱咸性(pH=7-8)和弱氧化—弱還原(Eh=0)的正常海水，水溫10-15℃左右，形成深度大于125m，在寒冷地區(qū)，水深30m就可形成。大量原生海綠石的形成主要與海水有密切關(guān)系。

鮞綠泥石：據(jù)現(xiàn)代沉積學(xué)研究，它也屬海洋自生礦物，但和海綠石的形成溫度和深度不同，鮞綠泥石形成于較溫暖的淺海，水溫大于20℃，其分布深度小于60m。

粘土礦物：粘土礦物可以反映介質(zhì)的pH值。高嶺石形成于酸性介質(zhì)中，一般為大陸環(huán)境；伊利石、蒙脫石形成于中性或堿性介質(zhì)中，多為海洋環(huán)境。

2.特殊巖石類型

(1)碳酸鹽巖：盡管在海洋和湖盆中均可產(chǎn)生出，但兩者的特征不同，前者常大量產(chǎn)出，而后者常呈夾層或透鏡體產(chǎn)出，生物成因的可依據(jù)生物化石區(qū)別海相與陸相沉積，碳酸鹽巖沉積反映介質(zhì)為弱堿性，某些特殊的碳酸鹽巖的巖性可指示環(huán)境或介質(zhì)條件。如：藻疊層石碳酸鹽巖一般形成于潮坪環(huán)境，鮞?；?guī)r形成于濱?；蛱妓猁}臺(tái)地的高能帶，具水平紋層的泥晶灰?guī)r形成于靜水環(huán)境。

(2)紅層：一般是大陸沉積物含鐵礦物在潮濕—干燥的溫暖氣候條件下風(fēng)化后成赤鐵礦而顯紅色，可通過化石與海相紅色頁巖相區(qū)別。

(3)蒸發(fā)鹽：是含鹽度較高的溶液或鹵水通過蒸發(fā)作用產(chǎn)生的化學(xué)沉積物，它們的出現(xiàn)一般反映氣候干燥和閉塞環(huán)境。內(nèi)陸鹽湖或半封閉的濱海瀉湖是形成蒸發(fā)鹽的有利環(huán)境。(4)磷塊巖：磷塊巖并非是區(qū)別海洋與大陸沉積的特征礦物，在大陸地層中，自生磷酸鹽礦物也較常見，但大量的磷質(zhì)在海洋，大量形成磷酸鹽的環(huán)境是淺海。大量磷塊鹽出現(xiàn)可指示海洋環(huán)境，特別是50-200m海區(qū)更有利于其形成。(5)錳結(jié)核：錳結(jié)核中微量元素的濃度隨著環(huán)境的改變而發(fā)生有規(guī)律的變化，因而其比值具有指示環(huán)境的意義。如在湖泊和淺海中形成的鐵錳結(jié)核中Co、Ni、Zn、Pb等元素要比大洋中少的多。

(6)礁灰?guī)r：是由固著的造礁生物形成的一種突起的抗浪構(gòu)造，造礁生物主要有珊瑚、層孔蟲、苔蘚蟲、海綿等，礁灰?guī)r是淺海環(huán)境的良好標(biāo)志。

第三節(jié)沉積環(huán)境的生物標(biāo)志

生物化石不僅可以鑒定地層的地質(zhì)年代，而且是進(jìn)行沉積環(huán)境分析的重要標(biāo)志。根據(jù)對(duì)現(xiàn)代沉積環(huán)境中生物的觀察，生物群的分布及其生態(tài)特點(diǎn)嚴(yán)格地受環(huán)境控制，在一定的沉積環(huán)境內(nèi)均有與之相適應(yīng)的特殊的生物組合。一、生物對(duì)環(huán)境的指示意義

1.指示鹽度2.指示深度3.指示底層性質(zhì)4.指示海水濁度

二、生物形成的沉積構(gòu)造生物成因的沉積構(gòu)造是指由生物活動(dòng)或生長在沉積物表面或內(nèi)部遺留下來的各種痕跡，其中包括生物遺跡、生物生長構(gòu)造及植物根痕跡等。

1.生物遺跡構(gòu)造2.生物生長構(gòu)造3.生物擾動(dòng)構(gòu)造4.植物根跡

第四節(jié)粒度分析

粒度大小是受流水作用營力強(qiáng)度控制的，與沉積物形成的環(huán)境關(guān)系極為密切，碎屑巖的粒度特征是判斷自然地理環(huán)境和水動(dòng)力條件的良好標(biāo)志之一。因此，粒度分析的資料廣泛地運(yùn)用來研究沉積巖的成因，作為研究沉積環(huán)境的方法之一。50年代末期以來，應(yīng)用粒度分析解釋成因環(huán)境的方法很多，比較有效的是概率成因圖解、CM圖、粒度參數(shù)離散圖以及因子分析、判別分析等方法。利用粒度分析資料分析沉積環(huán)境的方法，目前還不夠完善，有些問題還存在多解性。因此，必須同其它地質(zhì)資料，如沉積構(gòu)造、剖面上的成因?qū)有虻认嗯浜?，才能得出符合?shí)際的結(jié)論。

描述巖石的次序：1）顏色2）層厚：頁/薄/中/厚/塊狀層3）巖性：砂巖（石英/長石/巖屑砂巖;粒徑;結(jié)構(gòu)成熟度）礫巖（單成分/復(fù)成分;粒徑;結(jié)構(gòu)成熟度,支撐性質(zhì)）碳酸鹽巖（泥晶/顆粒,粉/細(xì)/中/粗晶）4）沉積構(gòu)造5）沉積體宏觀形態(tài)、沉積序列6）化石、遺跡化石7）其它內(nèi)含物（黃鐵礦、赤鐵礦、膏鹽鹽、碳屑、海綠石、粘土礦物類型）第五節(jié)沉積地球化學(xué)標(biāo)志

地球化學(xué)在古環(huán)境分析中的應(yīng)用，主要包括元素地球化學(xué)和穩(wěn)定同位素地球化學(xué)原理的應(yīng)用。

一、元素地球化學(xué)在沉積環(huán)境分析中的應(yīng)用沉積巖中的元素含量取決于下列因素：陸源區(qū)性質(zhì)(母巖成分)、古氣候、沉積環(huán)境(包括水體等介質(zhì)性質(zhì))、沉積巖的成分、生物作用、成巖及后生因素等，因此研究它就可以對(duì)再造古地理環(huán)境提供信息。目前，元素地球化學(xué)在劃分海陸相地層，分析物源區(qū)巖石成分，恢復(fù)沉積古氣候條件，確定沉積水介質(zhì)地球化學(xué)環(huán)境，劃分地球化學(xué)相(氧化與還原、水盆深度、鹽度、離岸距離等)等方面都能取得較滿意成果。

(一)古鹽度的測(cè)定

1.硼法(1)沃克法(2)亞當(dāng)斯法(3)科奇法

2.元素比值法

(1)B/Ga：(2)Sr/Ba：(3)C/S：(4)Sr/Ca：(5)其它元素比值法：Rb/K值、V/Ni、Mg/Ca、Mg/Ca

3.磷酸鹽法4.其它方法

(二)氧化還原條件的標(biāo)志判斷沉積環(huán)境的氧化還原條件主要是根據(jù)同生礦物組合，如對(duì)介質(zhì)Eh值高低反映靈敏的鐵、錳礦物組合。鐵在海盆中沉積具有明顯的規(guī)律性，隨著pH值的增大，Eh值的降低，鐵礦物呈不同的相依次分布，鐵的化合價(jià)態(tài)也相應(yīng)變化，因而可用來反映環(huán)境的地球化學(xué)相。

(三)離岸距離標(biāo)志近些年對(duì)現(xiàn)代沉積物元素地球化學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，元素的聚集和分散與水盆地深度也有一定的關(guān)系。這一性質(zhì)主要是元素在沉積作用中所發(fā)生的機(jī)械分異作用、化學(xué)分異作用和生物、生物化學(xué)分異作用的結(jié)果。

(四)源區(qū)分析母巖巖性基本決定了風(fēng)化產(chǎn)物的元素組成。所以母巖成分還是能在某些特征元素含量的變化上體現(xiàn)出來。

二、穩(wěn)定同位素在沉積環(huán)境分析中的應(yīng)用

(一)古溫度測(cè)定長期以來，人們一直不斷地研究碳酸鹽和海水之間的氧同位素的分餾作用，利用海水沉積碳酸鹽和海水之間氧同位素的分餾作用解釋古溫度。同位素用于古水溫的測(cè)定方法大致可以劃分為兩類，即定量計(jì)算法和圖解法。1.計(jì)算法2.圖解法（二）古氣候分析(三)古鹽度測(cè)定(四)海平面升降分析（五)環(huán)境氧化還原條件的分析(六)硫同位素與沉積環(huán)境分析第六節(jié)地球物理學(xué)標(biāo)志

地球物理學(xué)標(biāo)志常用的有沉積相的測(cè)井響應(yīng)和地震響應(yīng)，根據(jù)測(cè)井曲線和地震反射資料解析出其中的基本相標(biāo)志，進(jìn)而鑒別沉積相類型。

一、沉積相的測(cè)井響應(yīng)二、沉積相地震響應(yīng)

二、沉積相地震響應(yīng)

沙三中亞段3砂層組波形分類沙三中亞段3砂層組均方根振幅沙三中亞段4砂層組波形分類沙三中亞段4砂層組均方根振幅沙三中亞段8砂層段波形分類圖沙三中亞段8砂層段均方根振幅第七節(jié)古地理分