第四章海陆过渡环境及其相模式.ppt

第四章海陆过渡环境及其相模式 概述 过渡环境主要包括三角洲和河口湾环境 位于海陆之间的过渡地带 过渡环境的最大特征是 含盐度往往不正常 以及同时受到大陆上的河流及海洋的波浪和潮汐作用的影响 主要特征 1 大陆和海洋的生物群共生 生物群分异度较低 丰度较高 含丰富的广盐度的生物 如双壳类和腹足类等 2 在沉积物特征方面 除了大量发育有河流携带的陆源碎屑沉积物外 有时因水体咸化而形成一些化学沉积 水流作用和波浪作用形成的沉积构造共生 3 由于河流携带大量陆源沉积物在入海口处大量沉积 因此沉积速度较快 可形成厚度巨大的三角洲沉积体系 第一节三角洲沉积环境及相模式 三角洲位于海陆之间的过渡地带 是海陆过渡环境的重要组成部分 三角洲 在河流入海 湖 盆地的河口区 由于坡度减缓 流速降低 水流扩散 将携带的砂泥在河口附近堆积下来 形成平面上略似顶尖朝向陆地的三角形沉积体 三角洲的形成与发育 影响三角洲形成和发育的主要因素河流的流速 泄水量 搬运泥砂量 泄水和蓄水的相对密度 沉积介质 河流 波浪 潮汐 海流 类型和强度 沉积盆地的构造性质 其中包括沉积盆地的稳定性 沉降速度和海水进退等 三角洲的发育过程 1 河口砂坝和河道分叉的形成河流入海的河口区 水流展宽和潮流的顶托作用使流速骤减 河流底负载下沉而堆积成水下浅滩 浅滩淤高 增大 露出水面 形成新月型河口砂坝 水流从砂坝顶端分成两股 形成两个分支河道 分流河道 并向外侧扩展 分支河道向前发展 在河口处又会出现新的次一级河口砂坝 这一过程不断重复 就形成了一个喇叭形向海延伸的多叉道何网系统 三角洲的雏形就随之形成了 三角洲的发育过程 分支流的分叉和河口砂坝的形成 据R J Russell 1967 2 决口扇的形成与三角洲的延伸分支河道不断向海延伸 河床坡度减小 流速减缓 河床淤高 坡度下降至一定程度 泄流不畅 洪水期洪流冲决天然堤 呈散流倾泻于滨海平原或叉道间海湾 流速骤减 沉积物逐渐淤积而呈决口扇滩 从而使三角洲在平面上 横向上 逐渐扩大 河水冲决天然堤后 取道于较大坡度的新河床入海 旧河道淤塞 泥砂供应断绝 加之海浪的改造和侵蚀 使原来的三角洲废弃 而在其旁侧新河道入海处 新的三角洲开始发育成长 随着时间的推移 三角洲的废弃和发育相互转化 交替出现 结果各三角洲彼此连接和部分叠合 形成三角洲复合体 三角洲的发育过程 世界上一些大河流的三角洲增长速度 三角洲的发育过程 三角洲形成的控制因素 1 河流的作用 建设性作用 2 河水密度与蓄水体 海 湖 水 密度的差异河水密度 蓄水体密度重力流河水密度 蓄水体密度湖泊三角洲河水密度 蓄水体密度海洋三角洲 3 盆地水动力条件 弱 有利 4 河口区水底地形 缓 有利 5 构造运动 稳定 有利 三角洲的主要类型 1 按河流作用与海洋作用的强弱关系建设性三角洲 阶段 破坏性三角洲 阶段 三角洲的主要类型 2 W E Galloway 1975 的分类 河控三角洲 鸟足状 朵状 浪控三角洲 弓形 潮控三角洲 河口坝 三角洲的主要类型 1河控三角洲平面形态 长三角洲形或朵状 沉积物特征 河流的泥砂输入量大 且砂泥比值大 悬浮负载多 微相特征 天然堤发育 分流河道趋于稳定 分流支河口砂坝发育 呈现指状砂坝 砂体的主轴方向和沉积走向与滨线近于垂直 俄罗斯勒那河的三角洲 三角洲的主要类型 2 浪控三角洲波浪作用占主要的 一般有一条或两条主河流入海 分支流不太发育 河流输入海的泥砂量少 砂泥比高 河流输入的泥砂很快被浪改造 形成了平行于海岸分布的海滩沙坝 而在河口处才有较多的砂质堆积 形成了向海方向突出的河口 形似弓形或鸟嘴状 三角洲的主要类型 3 潮控三角洲潮汐作用较强的地区 由于潮汐作用的影响 河流带来的沉积物 只能堆积成小型的三角洲 常常将沉积物改造成线状潮汐沙坝 沙坝平行于潮流方向 在河口的前方呈裂指状放射分布 一般来说 潮汐作用强的地区 不易形成三角洲 潮汐作用对已有的三角洲起侵蚀和破坏作用 并将砂粒带入海中 不是在河口堆积下来 使河口形成喇叭形 并向海方向扩展为较开阔的海湾 即河口湾环境 恒河三角洲 三角洲的主要类型 不同类型三角洲的主要沉积特征 三角洲的亚相类型及特征 三角洲平原亚相三角洲前缘亚相前三角洲亚相 一 三角洲平原亚相 水面以上至分流河口 相当于河流相在三角洲上的延续 包括 分流河道 天然堤 决口扇 沼泽 分流间湾 三角洲平原沉积特征 砂质沉积与泥炭 褐煤共生是该亚相的重要特征 分支河道和沼泽微相构成该亚相主体 与一般河流的重要区别 三角洲的亚相类型及特征 三角洲平原亚相 1分支流河道沉积分流河道又叫分支河道 是三角洲平原中的格架部分 形成三角洲的大量泥砂都是通过它们搬运至河口处沉积下来的 分流河道沉积以砂质沉积为主 以及向上逐渐变细的层序特征 但它们比中 上游河流沉积的粒度细 分选变好 一般底部为中一细粒砂 常含泥砾 植物干茎等残留沉积物 向上变为粉砂 泥质粉砂及粉砂质泥等 砂质层具有槽状或板状交锗层理和波状交错层理 而且其规模向上变小 其底界与下伏岩层常呈侵蚀冲刷接触 由于分流河道位置较固定 而且较直 所以曲流砂坝一般不发育 分流河道砂体的形态在平面为长形 有时分叉 在横剖面上呈对称的透镜状 砂体常沉陷于下伏的泥岩层内 其中部最厚和最粗 向两端变薄和变细 三角洲平原亚相 2 天然堤三角洲平原的天然堤位于分流河道的两旁 向河道方向一侧较陡 向外一侧较缓 这种天然堤是由洪水期携带泥砂的洪水漫出淤积而成 天然堤在三角洲平原的上部发育较好 但向下游方向其高度 宽度 粒度和稳固性都逐渐变小 其粒度比河流沉积细 而比沼泽沉积粗 以粉砂和粉砂质粘土为主 由河道向两侧变细和变薄 水平纹理和较状交错纹理发育 水较波痕 植屑 植茎 植根和潜穴等较常见 有时见有雨痕和干裂等暴露成因的构造 三角洲平原亚相 3 决口扇三角洲决口扇与河流的决口扇沉积亦很相似 但由于这种天然堤稳定性较差 较比河流中 下游的决口扇更为发育 而且有的面积较大 4 沼泽沼泽沉积在三角洲平原上分布最广 约占三角洲平原面积的90 沼泽的表面接近于平均高潮面 是一个周期性被水淹没的低洼地区 其水体性质主要为淡水或半咸水 这种沼泽中植物繁茂 均为芦苇及其他草本植物 为一停滞的弱还原或还原环境 其岩性主要为暗色有机质泥岩 泥炭或褐煤沉积 其中常夹洪水沉积的薄层粉砂岩 常见有块状均匀层理和水平纹理 生物扰动作用强烈 有时见有潜穴 常含植屑 炭屑 植根 介形虫和服足类以及菱铁矿等 三角洲平原亚相 5 分流间湾分较间湾为主要分流河道中间的凹陷地区 常与海相连通 岩性主要为泥岩 中夹少量透镜状的粉砂岩和细沙岩 岩石中水平纹理发育 生物扰动作用强烈 偶见海相化石 当三角洲向海方向推进时 在主要分流间湾地区可形成一泥岩楔 这种泥岩楔在层序上往往向下渐变为前三角洲泥岩 向上逐渐变为富含有机质的沼泽沉积 二 三角洲前缘亚相 海 湖 平面以下 浪基面以上 三角洲沉积的主体相带水下分流河道水下天然堤水下分流间湾分流河口砂坝远砂坝前缘席状砂 三角洲的亚相类型及特征 1 水下分流河道 陆上分流河道在水下的延伸部分向海方向 河道加宽 深度减小 分叉增多 较平原的分流河道沉积物细 以砂 粉砂为主 不规则小型交错层理 波状层理及冲刷 充填构造 砂体垂直流向剖面上呈透镜状 周围是细粒沉积物 2 水下天然堤微相天然堤的水下延伸 退潮时可部分地出露水面成为砂坪 沉积物 极细砂 粉砂 少有粘土概率累积曲线 单段或两段型 为单一的悬浮总体组成构造 小型流水层理 流水与波浪共同形成的复杂交错层理 无陆上暴露构造 生物 含水下生物化石 三角洲前缘亚相 3 水下分流间湾微相 河道之间水体受限形成的海 湖 湾 较静水沉积物 泥 含洪水期泛滥沉积的粉细砂薄层 构造 水平层理为主生物化石 广盐度生物垂向上 发育在前三角洲泥岩或三角洲前缘砂体之上 三角洲前缘亚相 4 分流河口砂坝微相河口处 新月型 朵状 条状等 三角洲最主要的砂体类型 沉积物 中厚层 厚层砂 粉砂 结构 分选较好构造 向河口 槽状交错层理 砂纹层理 向海 浪成砂纹层理 三角洲前缘亚相 5 远砂坝微相 河口砂坝前方靠海的部分 水体较深 近浪基面沉积物 粉砂 含细砂 粘土 构造 韵律层理 波状层理 浪成交错层理 生物扰动构造垂向层序 前三角洲泥质沉积之上 河口砂坝沉积之下 三角洲前缘亚相 指状砂坝高建设性三角洲向海推进时 砂质堆积迅速 水下分支河道 水下天然堤 分支河口砂坝 远砂坝可连结结合成指状或鸟爪状砂体 高建设性三角洲前缘亚相特有 三角洲前缘亚相 三角洲前缘亚相 6 三角洲前缘席状砂 河口砂坝受波浪 沿岸流的改造 围绕三角洲前缘呈席状 带状展布 沉积物 分选很好的砂 构造 浪成交错层理 低角度交错层理 三角洲前缘亚相 三 前三角洲亚相浪基面以下 静水 与正常海 湖 相沉积过渡 沉积物 暗色粘土 粉砂质粘土 构造 水平层理 生物扰动 上部沉积物的滑塌 三角洲前缘亚相 垂向层序 在粒度旋回上 细 粗 为一反旋回 三角洲沉积序列特征 三角洲相的鉴别标志 岩性 砂岩 粉砂岩 粘土岩 平原亚相常见泥炭或薄煤层 没有或只有极少砾岩和化学岩结构 成熟度较高 由陆向海 碎屑粒度和分选性变细变好构造 板状和槽状交错层理 水平层理 波状和透镜状层理 流水和浪成波痕 冲刷 充填 变形构造 生物扰动生物化石 海生和陆生生物化石混生 原地生长者主要为广盐性生物 瓣腮类 腹足类 介形虫 海生生物化石多出现在层序的下部 向上减少 陆生生物化石向上增多 垂向层序 反旋回砂体形态 平面 朵状 指状 纵剖面 帚状 横剖面 透镜状 三角洲相与油气的关系 生油条件前三角洲亚相的泥质岩是有效的烃源岩 颜色深 厚度大 分布广 堆积速度快 有机质丰富 水体较深 埋藏后处于还原环境 有利于有机质的保存和向烃类转化 储集条件前缘席状砂 河口砂坝 远砂坝等 具有良好的储集物性 砂体与前三角洲亚相紧密相邻 且位于烃源岩的上方 或被生油岩穿插包围 对接收早期油气 保存孔隙十分有利 三角洲平原亚相分流河道也可形成中小型油气田 盖层条件三角洲平原分流河道间泥质沼泽沉积和海进阶段形成的海相粘土岩 可作为良好的盖层和隔层 岩性圈闭和地层圈闭除了席状砂和分支河道 砂体呈现呈现透镜状产出 第二节河口湾环境 一 环境特征发育于潮汐作用强烈的海岸河口地区 当海水大规模入侵时 河流下游的河谷将沉溺于海平面之下 海岸河口区形成了向海扩展的漏斗状或喇叭状的狭长海湾 就称为河口湾或三角港 河口湾的发育与潮汐作用 河流作用的强弱密切相关 潮汐作用 河流作用的河口区 利于河口湾的形成 如我国的钱塘江口发育典型的河口湾 潮汐作用 河流作用的河口区 不形成河口湾而发育三角洲 潮流是往返的双向流 涨潮时 潮水顺河口溯河而上 河流壅水现象 退潮时 潮流强烈地冲刷河床 河口湾加深 展宽 更利于潮汐 波浪大规模入侵 使河口湾两岸产生沉积 河口湾浅滩 由于科氏力的影响 河口地区涨落潮流路线不一致 沿相距很近但又分离的路线各自流动 河口区形成了顺流向的冲刷沟 涨 落潮河谷 和狭长形的线状潮汐砂脊 大者可高达10 22m 宽300m 长2000m 夜月看潮图南宋李蒿绢本设色22 3cm 22cm台北故宫博物院藏 二 沉积特征 l 岩性特征以分选 圆度较好的细砂和泥质为主 砂 泥比例 取决于潮汐和河流强度以及泥砂的供应状况 潮汐河口 砂层中常夹泥质薄层 强潮扰动悬浮物 在高 低潮或平潮和停潮时期流速最小时沉积所致 它是判别潮汐河口环境沉积的重要标志之一 2 沉积构造各种复杂多样的层理构造 潮汐环境 透镜状 脉状 波状层理 羽状交错层理 河流作用 板状 槽状交错层理等 水文状况复杂 各种类型波痕 如削顶的 修饰的 双脊的 单峰的 对称和不对称的 小型和巨型的波痕等 波痕走向受到干扰的现象极为普遍 潮汐 河流综合生物扰动构造较为发育 陆 海 数量 类型增多 3 生物化石以含有较多的受限制的或半咸水动物群为特征 常见的有介形虫 腹足类 瓣鳃类等广盐性生物 生物个体 陆 海 变多变大 可见树干和植物碎片等 4 岩体形态砂体长轴与河口湾轴向平行 且纵向延伸较远 宽度数十米 数百米 垂向剖面 细分层现象 并有旋回性 河口湾中河谷的多次迁移 可产生多层透镜状砂体 底界具明显的冲刷接触 三 沉积层序 垂向上为向上变细的沉积层序 如荷兰的马斯河口湾垂向层序 上部单元 发育了脉状 波状 透镜状层理及小型槽状交错层理 中部单元 由大型 小型双向交错层理构成 流向双向性 受潮汐流影响 向上部层系厚度明显减小 表明流速明显减缓 下部单元 由大型单向交错层理组成 说明古流向是单向的 单个层系可达1m厚 古代河口湾相沉积在我国亦有报导 如我国四川峨眉山下三叠统嘉陵江组1 2段属于河口湾沉积 第三节扇三角洲环境及相模式一 概念 Holmes 1965 最早提出 扇三角洲是由邻近高地推进到海 湖等稳定水体中的冲积扇 Nemec Stell 1988 扇三角洲 沉积学和构造背景 1 扇三角洲是由冲积扇提供物源 主要发育于水下或完全发育于水下的楔形沉积体 2 是活动的冲积扇与水体 湖 海 之间的沉积体 吴崇筠 1989 的划分 二 扇三角洲发育的有利条件 1 地形条件 高差大 易形成之 坡度变缓 辫状河三角洲或辫状平原三角洲 2 地质构造条件 构造活动区易发育 3 气侯条件 干旱 半干旱地区 旱地扇三角洲潮湿 热带 温带 湿地扇三角洲 辫状河三角洲 三 扇三角洲的一般特点和沉积相模式1 水动力特征扇三角洲以陆上沉积作用占优势 海 湖边缘坡度变缓 向水推进一定深度为其特征 受波浪和潮汐控制的水道分叉 河口坝淤塞和迁移是扇三角洲形态特征的重要控制因素 由于湖泊动力一般较小 无潮汐作用 由此湖盆的波浪 潮汐和水流对扇三角洲的影响通常都相当小 破坏型扇三角洲在古湖盆中也并不多见 扇三角洲沉积多以事件性洪流沉积为主体 具有复合型水动力机制 兼具牵引流 重力流沉积的特征 2 沉积物成分和结构特征由于扇三角洲紧邻基岩物源区 流程短 沉积物受物源区母岩控制 多砂砾混杂 泥质含量高 分选性和磨圆度较差 成熟度也较低 另外 沉积物粒度粗也是扇三角洲沉积的重要特点和标志 世界上所有的扇三角洲都有砂砾粗碎屑比例较大的特点 我国辽河 泌阳凹陷所有的扇三角洲分析都表明 扇三角洲储层都以砾质和含砾为特征 3 亚相类型及其特征扇三角洲是推进到稳定水体中的冲积扇 故具有明显的陆上 过渡区和水下沉积部分 扇的陆上部分主要是冲积扇 可称为扇三角洲平原 多表现为近源的砾质辫状河沉积 以牵引流和重力流的粗粒沉积物为特征 没有曲流河段 主要岩性是砂和砾互层 砾石层具不明显的平行层理或交错层理 分选差 具砂质基质 砂 砾比率向下端增加 扇三角洲前缘 也称为过渡带 以较陡的前积相为特征 牵引流构造很发育 常见大 中型交错层理 向下方渐变为前扇三角洲 前扇三角洲沉积 水下扇三角洲 以不规则分布的泥 砂和砾石的透镜状层为特点 沉积物一般为泥质支撑 其特征主要取决于河流作用和各种盆地条件 4 垂向层序通常 一个完整的建设型扇三角洲连续的沉积层序自下而上为 前扇三角洲泥岩 扇三角洲前缘末端粉 细砂岩一扇三角洲前缘河道砂岩 含砾砂岩 扇三角洲平原砂砾岩和砾岩 扇三角洲平原可以在洪水期间和在风暴间歇期迅速向海建造 推进作用将会在扇三角洲平原产生从细粒的陆棚砂到粗砾石层的不规则的向上变粗的层序 断陷湖盆扇三角洲沉积也常见进积型向上变粗的反韵律层序 或者是变粗后又略变细的复合韵律层序 5 形态及面积扇三角洲向陆方向通常以断层为界 是一个由粗碎屑物质组成的楔状沉积体 剖面 平面形态为扇形 叶状或伸长形 向盆地方向变薄变细 其形态取决于物源供给条件及扇前缘是否被改造或破坏等条件 扇三角洲扇体的面积比正常河流三角洲小得多 一般为几到几十平方公里 而正常河流三角洲的规模则是相当惊人的 仅以陆上面积计黄河三角洲达9000km2 扇三角洲常成群出现 四 扇三角洲沉积模式 1 斜坡型模式牙买加型正常序列 陆上平原带 前缘带 前三角洲带 特点 其正常序列在陆棚边缘坡折处因坡度突然变陡而裁断 代之为滑塌作用和重力流作用 2 陆棚型模式阿拉斯加型发育在坡度低缓而宽阔的陆棚边缘 又称缓坡型三角洲 特点 沉积体可向盆地方向推进很长距离 平原 前缘和前扇三角洲分带明显 层序 清晰的向上变粗层序 3 断陷湖盆型模式吉尔伯特型特征 在湖泊盆地的断裂边缘和陡坡地带 具有顶积层 前积层和底积层 三褶构造 特征 粗粒级 河控型 高建设和迅速进积为总特征 与其他类型的区别 存在一个大型的 坡度陡斜的砾质前积层 第四节辫状河三角洲沉积相 辫状河三角洲 辫状水流进入稳定水体 海 湖 形成的粗碎屑三角洲 其发育受季节性洪水流量或山区河流流量的控制 和正常三角洲及扇三角洲相比 其距源区距离介于两者之间 一 沉积特征与相模式 辫状河三角洲同扇三角洲和正常三角洲一样 由辫状河三角洲平原 辫状河三角洲前缘和前辫状河三角洲三个亚相单元组成 1 平原亚相辫状河三角洲平原亚相主要由辫状河道和冲积平原组成 潮湿气候条件下可有河漫沼泽沉积 高度的河道化 持续深切的水流 良好的侧向连续性是该亚相的典型特征 辫状河道沉积以色杂 粒粗 分选较差 不稳定矿物含量高 底部发育冲刷充填构造为特征 辫状河道充填物宽厚比高 剖面呈透镜状 以具大型板 槽状交错层理 平行层理的砾岩 砂岩及块状砾岩常见 也有以砂质为主的辫状河三角洲 冲积平原由辫状河道的迁移摆动形成 一般范围较宽 以砂砾质沉积为主 潮湿气候条件下可发育河漫沼泽沉积 由棕褐色泥岩 泥质粉砂岩与煤层构成 2 前缘亚相辫状河三角洲前缘亚相主要发育水下分流河道 河口坝 远砂坝 席状砂和水下分流河道间沉积 水下分流河道沉积物粒度较细 其它沉积特征与辫状河道极为相似 整体上向上粒度变细 单砂体厚度减薄 水下分流河道在辫状河三角洲中所占的厚度最大 是其主体沉积 河口坝不发育或规模较小 主要为砂岩 也可见含砾砂岩和粉砂岩 在垂向上一般呈下细上粗的反韵律 砂体中可见平行层理和交错层理 远砂坝与河口坝为连续沉积的砂体 位于河口坝的末端 同河口坝相比 远砂坝砂体厚度较薄 岩性较细 多为细砂岩和粉砂岩 席状砂为辫状河三角洲前缘连片分布的砂体 形成于波浪作用较强的沉积环境 先期形成的水下分流河道 河口坝等砂体被较强的波浪改造 发生横向迁移 并连接成片 便形成了席状砂 砂体一般为粒度较细的砂岩 粉砂岩与泥岩互层 颗粒分选性和磨圆度较好 垂向上呈反韵律或均质韵律 水下分流河道间沉积为水下河道改道被冲刷保留下来或沉积的较细粒物质 其沉积作用以悬浮沉降为主 岩性一般为暗色泥岩 含粉砂泥岩及含泥粉砂岩 见水平层理及小型砂纹层理 同时 河道间泥岩中常夹一些漫溢成因的孤立砂体 其岩性变化较大 可从含砾砂岩至粉砂岩 结构成熟度较低 3 前三角洲亚相前辫状河三角洲沉积主要为泥岩和粉细砂质泥岩 颜色较深 有时见水平层理 若辫状河三角洲前缘沉积速度快 可形成滑塌成因的浊积砂砾岩体包裹在前辫状河三角洲或深水盆地泥质沉积中 二 相层序和相模式 辫状河三角洲垂向沉积序列具有两种韵律结构 一是向上变细的退积型辫状河三角洲 剖面上表现为多个水流作用由强至弱向上变细的正韵律组合 二是向上变粗的进积型辫状河三角洲 由多个向上变粗的沉积旋回组成 地质记录中以进积型辫状河三角洲垂向层序更常见 进积型其完整的层序由下而上表现为辫状河 滨浅湖 辫状河三角洲平原亚相 辫状河三角洲前缘亚相 前辫状河三角洲 由于水动力条件和古地形条件的变化 辫状河三角洲垂向层序往往保存不完整 常以平原亚相和前缘亚相呈互层沉积出现在剖面上 三 扇三角洲与辫状河三角洲和正常三角洲的区别 1 地形坡降大据研究 长河流三角洲河口地区至曲流平原 坡降在0 1 左右 如我国长江三角洲为O 1 0 7 而扇三角洲的河流坡度 或扇坡度 一般是三角洲的几倍到几十倍 如牙买加东南海岸为15 阿拉斯加东南海岸为2 17 6 我国云南洱海阳溪等现代扇三角洲为l5 53 辽河