北京大学-地史学2章-沉积相和古地理恢复

1、对地层进行划分、对比，给我们提供了一个研究 地球演化历史的时间标尺。这只是地史学研究的第一 步。地质历史时期的古地理面貌和自然环境变化是地 史学研究中一个十分重要的内容。 地层作为地质历史的物质记录，不但记录了地质 历史发展的时间属性，也同时记录了地质历史时期自 然环境演变的各种信息。地质学家通常是通过对保存 在地层中的沉积岩的原生沉积结构、构造等特征和生 物化石特征来推论这些岩层的生成环境条件。这种方 法称为沉积相分析或岩相分析。 2.1现代沉积环境类型及其特征现代沉积环境类型及其特征 沉积环境沉积环境是指具有特定物理、化学、生物条件的，并有 沉积作用发生的自然地理单元。 沉积环境中的物理、

2、化学、生物条件及其自然地理和气 候条件决定了其内各种沉积的性质。有些沉积物是完全在 沉积环境中形成的，如水体中化学沉淀形成的沉积物，组 成它们的矿物是在同一个地点形成；而有些沉积物是源自 其他地方，通过流体介质被搬运到沉积的地点。因此沉积 物的类型和特征对认识沉积环境来说十分重要。 1. 现代沉积环境类型及其环境和沉积特征现代沉积环境类型及其环境和沉积特征 现代地表的沉积环境可分为三大类： 海洋环境（marine） 陆地环境（continental） 海陆过渡环境（transitional）。 每一大类内又包含了一系列次级的沉积环境。 现代沉积环境类型示意图现代沉积环境类型示意图 1）海洋环境

3、（）海洋环境（marine environment） i. 浅海（浅海（shallow marine）：）：与大陆架 （continental shelves）对应的海域 ii. 大陆斜坡（大陆斜坡（continental slope） iii.深海（深海（deep marine） 滨海带 浅海带 半深海带 深海带 大陆斜坡 200m 4100m 大陆架 i. 浅海环境（浅海环境（shallow marine）：）： a. 环境特征环境特征： 波浪、潮汐和水流作用强烈，沉积物分选作 用明显。 各种类型的生物丰富。阳光可以穿透水体到 达海底，因此藻类和其他类型的植物繁盛，成 为游泳和底栖动物的重

4、要食物来源。 b.影响沉积物类型的因素影响沉积物类型的因素： 邻近陆地源岩的性质 物源区的海拔高度和距海岸的距离 能分泌碳酸盐的生物存在情况等。 大陆大陆 斜坡斜坡 浊流浊流 沉积沉积 示意示意 图图 a. 环境特征环境特征： 无明显的波浪和流水作用； 远离海岸，沉积物供应微弱。 b. 沉积物特征沉积物特征： 大陆斜坡：大陆斜坡：多为细砂、粉砂和粘土。通常是通过浊 流（turbidity current）被搬运到沉积的地点。 大陆斜坡的沉积物还包括从水体之外而来的细粒粘 土物质和在重力作用下发生的滑塌堆积。 深海：深海：沉积速率缓慢，沉积物组成主要是非常细的 粘土，火山灰和钙质或硅质微生物的遗

5、骸，它们构 成了海底的软泥。还可能有铁、锰结核等沉积。 与海洋环境相比，沉积环境类型更具复杂性和多 样性。沉积环境条件变化剧烈，影响沉积作用的因素 复杂多变，特别是气候和地形。 i. 山麓和山间盆地山麓和山间盆地 ii. 河流冲积平原（河流冲积平原（flood plain） iii. 湖泊（湖泊（lake） iv. 风成环境（风成环境（eolian） v. 冰川（冰川（glacier） i. 山麓和山间盆地：山麓和山间盆地： 山区地势起伏悬 殊，高差和坡度较大， 沉积作用以快速堆积 为特征。往往形成巨 厚的冲积扇（alluvial fan）。 沉积物以粗砾为 主，多棱角状，兼有 泥、砂；分选和

6、磨圆 较差。 从扇根向外，粒度逐渐变细， 层理一般不发育。 地势较为平坦，河曲发 育。河道沉积和洪泛平 原沉积交替出现。 河道底部的滞留沉积滞留沉积一 般以砾和粗砂为主，并 明显定向排列； 边滩沉积边滩沉积一般以砂-粉 砂为主，分选和磨圆较 好，但矿物成熟度较低， 具有板状、槽状交错层 理和平行层理； 天然堤天然堤和河漫滩沉积河漫滩沉积以粉砂和粘土为主，发育小 型波状、水平层理。 以粉砂和粘土为主； 沉积物分布呈环带状。 湖泊生物繁盛。 干旱地区有时会出现季 节性湖泊-干盐湖（playa lake）蒸发盐类沉积 iv. 风成环境（风成环境（eolian）：）： 沙漠：风是唯一的沉积介质。 砂和

7、粉砂，分选和磨圆很好 v. 冰川（冰川（glacier）：）： 冰碛物（till）： 无分选、磨圆极差；砾、砂、泥混杂堆积。 冰川纹泥（varved clay）：明暗相间的水平纹层。 顶积层 前积层 底积层 三角洲平原 三角洲前缘 前三角洲 三角洲结构示意图 i. 潮坪（潮坪（tidal flat）：海岸线附近非常平坦的地区，受潮 汐作用影响，时而被海水浸漫，时而暴露。 ii. 泻湖（泻湖（lagoon）：）：海岸线附近与广海隔离的浅水区域 水动力条件复 杂，同时受河流沉 积作用和海洋波浪、 潮汐作用改造。 iii. 三角洲（三角洲（delta）：）：江河的入海口区域 过去的沉积环境随着地质历

8、史中 的古地理变迁早已不复存在了，但 是古代沉积环境的信息通过在其内 形成的岩石和生活在其内的生物而 保留在了地质记录之中。地质学家 就是根据这些岩石特征和生物特征 获得有关过去沉积环境的信息。 1沉积相（沉积相（facies）和相变（）和相变（facies change） 1）沉积相（沉积相（facies） 定义：形成于特定古沉积环境条件的一套有规 律的岩石特征和生物化石特征的组合。 能够反映沉积环境特点的物质特征，包括岩石 特征和生物化石特征。 相不是沉积环境本身，而是沉积环境条件 的一种“物质表现”。特定的环境有其特定的 “物质表现”。 对于地史时期的沉积相研究，往往从 地层剖面入手，从

9、地层的垂向顺序上分析 沉积相的更叠。 对于连续的沉积来说，沉积相在垂向 （时间）顺序上的更叠反映了沉积环境条 件随时间而发生的变化，与其在横向（空 间）上的相变存在密切的联系，有规律可 循。 i. 碎屑成分：碎屑成分： 反映物源区的性质和搬运距离远近。 岩屑可以解释母岩的性质，追溯源区。矿物 成熟度低的沉积物多属于短距离搬运。 石英含量高、分选性好的沉积物多属于远源 沉积。 纯净的石英砂则是海滩反复冲洗的标志。 长石一般在干旱和寒冷气候带或地形高差大 的近源地区才能大量保存。 iii. 颗粒形态和磨圆度：颗粒形态和磨圆度： 反映搬运方式和搬运距离。 冰碛物中的颗粒基本无磨圆，多呈棱角状。 风成

10、、湖泊、海洋环境的沉积物多具有较好 的磨圆度。 河流沉积物的磨圆度与其搬运距离有关，如 冲积扇中的沉积物磨圆度较差，而冲积平原 地区的沉积物磨圆度较好。 通过定向采样可以获 得颗粒定向的信息 i. 泥裂和雨痕：泥裂和雨痕： 指示暴露或半暴露的 环境。泥裂同时还可能 说明气候比较干燥。 3）原生沉积构造）原生沉积构造 ii. 波痕：波痕： 只出现在风成、有水 体运动的（如海洋和湖泊 的浅水区域以及河流）沉 积环境。可以指示沉积介 质的运动方向。 iii. 层理：层理： 交错层理：交错层理：是最常见的层理类型之一。反映介质能 量较强的沉积环境。多见于碎屑岩中。常见于滨 岸浅水、河流、三角洲和沙漠等

11、环境。但在不同 的环境中常具有不同的形态。 河流环境常出现单向板状或槽状交错层理； 滨岸带由于潮汐作用，常出现特征的鱼骨状交错层理； 海滩环境的冲洗层理则以低倾角（30），多向性，砂粒分 选好，磨圆度高。 河流环境中形成的槽状交错层理 水平层理水平层理：沉积作用缓慢的低能 和静水环境。一般出现在海 洋湖泊相对较深水区域，泻 湖，冰川湖等环境。 平行层理：平行层理：多见于河流边滩和海 滩等环境。反映急流条件。 粒序层理：粒序层理：由重力流形成 沉积时形成的矿物与沉积环境中的特定的物理、 化学条件有关。 海绿石海绿石和鲕绿泥石鲕绿泥石：海洋环境的标志。 鲕状赤铁矿鲕状赤铁矿：水深数十米的动荡浅海环

12、境。 磷块岩磷块岩：水深30-300米左右的海洋环境。 蒸发盐类矿物蒸发盐类矿物（如石膏、硬石膏、岩盐、白云 石等）一般是干旱气候条件下滨海泻湖、潮坪 和内陆咸水湖环境的产物。 在滨浅海环境，大量碳酸盐碳酸盐的形成与温暖的气 候有关。 许多生物对环境的物理、化学条件（如温度、盐 度、水深、基底性质等）十分敏感，它们只生活 在适合它们生存的环境之中。因此，每种沉积环 境中都会有一些特征的生物。我们可以从生物化 石的种类、结构、生活方式、活动痕迹等方面都 可以获得一些与环境和气候相关的信息。 能够指示特定环境特征的化石-指相化石。 地理学：地理学：研究地球变面地理环境的结构分布及其 发展变化的规律性以及人地关系的学科。 古地理学：古地理学：研究地球地质时期表面地理环境的结 构分布及其发展变化的规律的学科 古地理图：古地理图：将地质时期的地理情况按照一定比例 尺和花纹在平面上表现出来称为古地理图 岩相古地理图的编制方法：岩相古地理图的编制方法： 圈定给定时期（某个或某几