第2425碳酸盐主要沉积环境及相模式.ppt

第二十四章碳酸盐沉积环境及相模式 第一节碳酸盐沉积的几点规律 碳酸盐沉积物主要是海洋环境的沉积物 在非海洋环境的碳酸盐中 只有湖泊碳酸盐比较重要 其它类型的非海洋环境的碳酸盐 在数量上微不足道 它们只有地质学的理论意义 2 海洋碳酸盐主要发育在温暖 清洁 浅水环境中 所谓 温暖 是指热带 亚热带和温带 主要指南北纬40 之间的地区 所谓 清洁 是指没有或很少有来自陆地的 含有大量陆源物质的 混浊的河流水的注入 所谓 浅水 主要是指浅于20m的海洋环境 在这一环境中 产生碳酸盐的各种生物最为繁茂 同时对无机碳酸盐沉淀作用的进行也最有利 3 碳酸盐沉积中生物作用很重要 据研究发现 有很多微晶或泥晶碳酸盐岩 主要是由微体或超微体浮游生物堆积而成 4 沉积环境的水动力条件对各种碳酸盐组分的生成和分布 起着重要的控制作用 如鲕粒的形成 碳酸盐颗粒的粒度分选和磨圆度以及灰泥等物质的被簸选 都与沉积环境的水动力条件有关此外 礁的发育 叠层石的堆积也与水体能量密切有关 第二节现代碳酸盐沉积环境 一 滨岸 潮坪二 台地三 深海碳酸盐沉积四 非海洋碳酸盐沉积 相当于无障壁的碎屑岩前滨沉积区 受波浪作用控制 由各种钙质生物碎屑组成 比如珊瑚 介壳等 代表环境为海南岛沿岸 一 滨岸沉积 以潮汐起主导作用的 陆源物贫乏 以碳酸盐为主的浅水海岸区域称为碳酸盐潮坪 以平均高潮面和平均低潮面为界 将潮汐环境分为潮上 坪或带 潮间 坪或带 和潮下 坪或带 三个亚环境 潮坪相既可沿碳酸盐台地的滨岸发育 也可环绕着由暴露的滩 丘和礁形成的岛屿发育 根据湿度与盐度 碳酸盐潮坪又分为超咸 干旱 潮坪与正常 潮湿 潮坪两类 以前者常见 生物主要是原地生长的蓝绿藻类 沉积物主要是潮汐 波浪带来的颗粒 灰泥及原地的藻类 二 潮坪沉积 现代碳酸盐潮坪以波斯湾南岸为代表 即是指水深200M以内 地势平坦的浅海碳酸盐沉积场所 根据水体的开阔与否可划分为开阔台地和局限台地 台地内部可发育生物礁 颗粒滩和泻湖 潮坪等亚环境 二 台地碳酸盐沉积 三 深海碳酸盐沉积 常见的深海碳酸盐沉积物是浮游有孔虫软泥 颗粒软泥 翼足类软泥等钙质软泥 此外 深海碳酸盐沉积还包括钙质重力流 等深流沉积等 深海碳酸盐的分布受到CCD界面 碳酸盐沉积补偿深度界面 的控制 此界面深度变化较大 一般约为400 7000m 碳酸盐的补偿深度 CCD CCD CalciteCompensationDepth 随水深增加 由于水温降低和压力增加 使碳酸钙溶解的饱和度增大 方解石和文石的溶解速度也增加 在某一深度上碳酸盐沉积物的溶解速度和供应速度达到平衡 在此深度之下 碳酸盐沉积物被溶解而不能沉积下来 粘土质和硅质便相对得到富集 现代海洋的CCD在4500m之下 Ca2 2HCO3 CaCO3 H2O CO2 现代热带海洋中文石和方解石溶解度与分带现象 三 深海碳酸盐沉积 一 正常沉积作用在深水沉积体系中 除了事件沉积作用之外 深海盆地发育主要受静态物理化学作用控制的正常沉积体系 在开阔大洋 深水碳酸盐软泥 主要常是来自远洋的浮游生物及深水底栖碳酸盐生物介壳所组成的混合沉积 海洋中碳酸盐的溶解分带 非溶解带 弱溶解带 中等溶解带 强溶解带 完全溶解带 大陆坡带是浅海陆棚与深海盆地之间的过渡相带 大致可分为两种地形 一种是陡峭的悬崖 另一种是较缓倾的斜坡 较陡峭的斜坡上容易发生重力流碳酸盐沉积 而较缓倾的斜坡上则以原地沉积的物质为主 碳酸盐重力流搬运沉积系列 岩崩 滑动 滑塌沉积 碎屑流 颗粒流及浊流等沉积类型 二 事件沉积作用 1 碳酸盐重力流沉积类型 岩崩碎屑堆积岩 滑塌碳酸盐岩 碎屑流碳酸盐岩 颗粒流碳酸盐岩 浊积碳酸盐岩2 碳酸盐重力流沉积组合3 碳酸盐重力流沉积基本模式 碳酸盐重力流沉积作用的类型主要取决于发育重力流的陆棚边缘的陡峻的陡峻程度和岩性特征 跌积边缘 礁边缘沉积模式 跌积边缘 by passmargin 跌积边缘 滩边缘沉积模式 跌积边缘 by passmargin 沉积边缘 礁边缘重力流沉积模式 沉积边缘 depositionalmargin 沉积边缘 滩边缘重力流沉积模式 沉积边缘 depositionalmargin 第三节海洋碳酸盐岩沉积模式 以沃尔索相序规律为基础 以现代沉积环境和沉积物特征为依据 从大量的研究实例中 对沉积相的发育和演化加以高度的概括 归纳出带有普遍意义的沉积相的空间组合形式 称为相模式 能反映沉积相发展演化规律的沉积相的空间组合形式称为相模式 一 陆表海碳酸盐相带模式 Shaw 1964 总结的陆表海能量和沉积物分布 陆表海 epeiricsea 也称内陆海 大陆海等 是位于大陆内部或陆棚内部的 低坡度的 范围广阔的 很浅的浅海 陆缘海 pericontinentalsea 也称为大陆边缘海 是位于大陆边缘或陆棚边缘 坡度较大的浅海 在地质历史中 沉积碳酸盐的海大多数是陆表海 现代的浅海是陆缘海 Irwin 1965 在show的陆表海能量分布基础上 提出了陆表海清水沉积作用的一般原理 划分出三个能量带 X带 Y带和Z带 建立了陆表海内部的能量分布模式 在陆表海中划分了三个能量带 X带 低能带 Y带 高能带 和Z带 低能带 二 威尔逊的碳酸盐相带模式Wilson 1975 根据对海底地形 水深 水动力条件 海水盐度 氧化还原界面等综合因素控制碳酸盐沉积作用的认识 在前人基础上提出一个理想的碳酸盐相带模式 威尔逊提出了9个相带和24个微相类型 1 2 3带属远海低能带的范畴 4带可算作远海低能带与高能带的过渡 5 6带属高能带 7 8 9带属近岸低能的范畴 1 盆地相盆地相位于浪底 或波基面 和氧化界面以下 水深超过几十米至几百米 为静水还原环境 因水深而光线暗淡 不适于底栖生物生长 沉积物主要依靠从外带注入的细粒泥质物质和硅质物质 以及浮游生物死亡后降落的生物雨 停滞缺氧的和过威化条件均可出现 盆地相按沉积特征又可分为下列类型 1 石灰岩浊积岩相 2 深海瘦地槽相 3 克拉通盆地 欠补偿和停滞缺氧的 碳酸盐岩相 2 开阔陆棚相 或广海陆棚相 此环境水深几十米至100m 一般为氧化环境 盐度正常 水体循环良好 海底一般在波基面以下 但大的风暴也可以影响底部沉积物 这种陆棚较宽阔 沉积作用相当均匀 这是典型的较深的浅海沉积环境 主要岩石类型为富含化石的石灰岩与泥灰岩 呈灰 绿 红及棕等色 视氧化和还原条件而异 普遍见生物扰动构造 层理薄到中 或呈波状到结核状 在泥灰岩中见球状或流动状构造 还可见泥丘和尖塔礁 陆源物质有石英粉砂岩 页岩等 与石灰岩互层 成层性好 生物群有代表正常盐度的介壳化石 狭盐性动物群的腕足类 珊瑚 头足类及棘皮类等相当发育 此开阔陆棚相带与开阔台地相很相似 因此 常难加以区别 前者多为广盐性生物 3 碳酸盐岩台地的斜坡脚相 或盆地斜坡相或盆地边缘相 碳酸盐岩台地的斜坡脚相位于碳酸盐岩台地的斜坡末端 其沉积物由远洋浮游生物及来自相邻的碳酸盐岩台地的细碎屑组成 水体深度与开阔陆棚相相似 一般位于波基面以下 但高于氧化界面 由薄层 层理完好的碳酸盐岩组成 夹少量粘土质及硅质夹层 此岩石类似盆地相沉积物 但含泥质较少 厚度较大 某些韵律性或类似复理石层理的薄层石灰岩可达数百米 有滑塌现象 4 碳酸盐岩台地的前斜坡相 或台地前缘斜坡相 此相带为深水陆棚和浅水碳酸盐岩台地的过渡沉积 从波基面之上一直延续到波基面以下 但一般位于含氧海水下限之上 此斜坡的角度可达30o 主要由各种碎屑组成 堆积在向海的斜坡上 沉积物不稳定 其大小和形状变化极大 可能呈层状 有细粒层 也有巨大的滑塌构造 或为前积层及楔形体岩层 它们主要由灰砂组成 或由细粒碳酸盐岩组成 广海生物十分丰富 5 台地边缘的生物礁相其生态特征取决于水体的能量 斜坡陡峻程度 生物繁殖能力 造染生物的数量 粘结作用 捕集作用 出露水面的频率以及后来的胶结作用 此种生物建造可分为三种类型 灰泥丘或生物碎屑丘 圆丘礁台或斜坡 格架建筑的环礁 主要由块状石灰岩和白云岩组成 几乎全由生物组成 也有许多生物碎屑 6 簸选的台地边缘砂相 或碳酸盐岩台地边缘浅滩相 簸选的台地边缘砂相主要呈砂洲 海滩 扇形或带状的滨外坝或潮汐坝 或风成砂丘岛 一般位于海平面之下到5 10m水深的范围内 组成的颗粒已受波浪 潮汐或沿岸海流的簸选 因而比较洁净 此带盐度正常 循环良好 氧气充足 但由于底质经常变动 因此不适于海洋生物繁殖 7 开阔台地相从地理位置来看 此相带位于台地边缘之后的海峡 潟湖及海湾中 因此也可以用陆棚潟湖或台地潟湖来命名 此环境水较浅 由数米到数十米 盐度由基本上属于正常盐度到略为偏高 水流环境中等 这种条件适合各种生物生长 但无狭盐性生物 沉积物的结构变化大 但含有相当数量的灰泥 8 局限台地相 半封闭 封闭的台地 这是一个真正的潟湖 海水循环受到很大限制 盐度显著提高 从地理位置来看 这些潟湖可分为堤礁 堡礁 之间或堤礁 堡礁 之后的潟湖 沿岸砂嘴之后的潟湖以及环礁内的潟湖 此相带还包括潮间带环境 主要沉积物为灰泥 它们堆积于天然堤 潮汐坪 潟湖内 粗粒沉积物见于潮汐沟以及局部海滩内 海水盐度变化较大 淡水 盐水 超盐水均有 有的地区可暴露于水面以上 氧化和还原环境均有 所见植物有海水沼泽植物 也有淡水沼泽植物 9 台地蒸发岩相此带即潮上带 干热地区的潮上盐渍地或萨巴哈沉积均为此带典型代表 此带经常位于海平面之上 仅在特大高潮或特大风暴时才被水淹没 主要岩石类型为白云岩及石膏或硬石膏 它们很可能是交代成因的 这些沉积还常与红层共生 以上就是威尔逊的九个相带沉积环境的基本特征 1 2 3 所述相带相当于陆棚沉积区 4 5 6 所述相带相当于障壁岛 滩沉积区 7 8 9 所述相带相当于潮坪 潟湖沉积区 三 塔克的碳酸盐台地 陆表海模式 塔克模式中的2个相区和7个沉积相 一 碳酸盐台地 陆表海相区 二 盆地较深水斜坡相区1 潮坪 2 滩后泻湖及局限海湾 3 潮间 潮下浅滩 4 开阔陆棚5 陆棚边缘礁滩 6 前缘斜坡 7 盆地 塔克模式把浅海陆棚与开阔台地相合并 因为这两个相本身比较难以区分 其台地斜坡也就是一个碳酸盐大陆斜坡 与我国古代碳酸盐的沉积相特征较为吻合 四 关士聪的综合模式 关士聪等综合研究了我国编制了一套千万分之一的全国范围的古海域沉积相图 提出了中国海域碳酸盐沉积环境综合模式 我国南方古生代地层经常出现碳酸盐台地与克拉通 稳定地块 内部槽盆错综复杂的交错格局 关士聪模式中划出了台盆 沟 相带 第25章碳酸盐台地沉积环境 碳酸盐台地 巴哈马台地碳酸盐沉积 指地形平坦的浅水碳酸盐沉积环境 后来该术语的含义扩大了 水深在风暴浪基面之上的浅水碳酸盐环境 Read 1985 碳酸盐台地又进一步细分多种环境 潮坪 生物礁 浅滩 局限台地 开阔台地 台地边缘等 潮坪主要地貌单元的立体图左 超咸的潮坪 具有很少的潮道 处在干燥的沙漠边上 右 正常气候潮坪 有许多潮道和潮池 发育在潮湿气候带 一 潮坪 1 潮上带亚相暴露期长 90 以上 潮流能量低 潮上坪亚相属于萨布哈型潮坪环境 岩性以微晶 粉晶白云岩为主 次有泥云岩与泥质白云岩 硬石膏岩和石盐 角砾白云岩 球粒微晶白云岩等 常见干裂 帐篷构造 干缩纹 板状和竹叶状砾屑 藻纹层 鸟眼构造 瘤状及鸡雏状硬石膏结核 肠状硬石膏 盐溶膏溶角砾构造等发育 生物稀少 仅有藻层纹石 介形虫碎片及垂直潜穴 2 潮间带亚相周期暴露 低潮线附近能量较高 向上渐减弱 低潮线处为生屑 砂屑 鲕粒灰岩及灰泥灰岩 丘状柱状藻纹层 向上颗粒减少灰泥增多 发育透镜状 脉状 复合波状层理 极浅水波痕和改造波痕 并有波状 席状藻纹层 鸟眼构造 还可有干裂 雨痕等暴露构造 羽状交错层理 潮池中多为球粒灰泥灰岩 纹层状灰泥灰岩 发育藻席及底栖生物 潮道中多为砂屑 生屑 鲕粒及砾屑的沉积 向上渐变细 多潮汐层理及冲刷构造 生物贫乏 以藻类 腹足等为主 多异地生物屑 3 潮下带亚相位于平均低潮面之下 浪基面之上的浅水地带 若海底地形发生局部变异 出现砂坝 生物礁等 则会使向陆一侧的海水运动受到阻碍 形成相对低能区 向海一侧为高能区 二者沉积特征局限性也相应发生变化 在这种情况下 潮下带可进一步划分为局限潮下带和开阔潮下带 1 局限潮下带 也称闭塞潮下带或潮下低能带 是指潮间带之下 开阔潮下带的后方 向陆一侧 由于水下障壁作用 波浪和水流的能量将逐渐地被海底消耗 波浪的振幅相应变小 水流减弱 海底沉积物所受介质的搅动和簸选作用变小 所以此带为低能环境 在这种情况下 所形成岩石类型主要以含灰泥或灰泥质生物灰岩或含灰泥的内碎屑灰岩 球粒灰泥石灰岩为主 生物化石也很丰富多样 而且有时可形成生物礁 2 开阔潮下带 又称潮下高能带 位于局限潮下带外侧 波基面之上 为高能环境 与广海相连 因波浪和潮汐对此带沉积物的搅动相当强烈 簸选作用也能充分进行 因富含养料而导致生物的大量繁殖 岩石类型主要为亮晶颗粒石灰岩 如生物或生物碎屑灰岩 内碎屑灰岩 鲕粒灰岩 岩层中可见交错层理 波痕 冲刷沟槽 潮汐水道等构造 生物繁多 虫孔发育 由于生物扰动作用较为剧烈 将层理破坏 岩层多呈厚层块状 位于波基面以下的较深海区可称为开阔海相带 这里波浪作用已达不到海底 水体能量小 属远岸低能带 岩石主要是泥晶灰岩 泥晶生物灰岩 泥晶生物碎屑灰岩和团块灰岩等 具水平层理 岩层一般呈块状或中 厚层状 生物数量锐减 门类较单一 个体常保持完整 缺乏造礁生物 3 碳酸盐潮坪的层序碳酸盐潮坪的堆积速度总是大大超过它们沉积所在的大陆架或台地的沉降速度 因此 陆表海潮汐带沉积单元都是形成向上变浅的基本层序 基本层序上部的潮上单元反映邻近的陆地环境 特别是气候 基本层序下部的潮下单元反映邻近潮坪的海洋环境类型 干旱气候潮坪的垂向层序从下往上是碳酸盐 蒸发盐序列 若蒸发盐被淡水溶解后则层序上部发育盐溶或膏溶角砾岩 潮湿气候的潮坪 又根据其潮下是低能灰泥 还是高能砂质颗粒分成两种类型垂向层序 若潮坪环境中各类藻叠层石和藻纹层发育 则形成藻叠层类的垂向层序 从潮下 潮间到潮上 藻叠层石形态从柱状 穹隆状过渡到波状 再逐步过渡到微起伏纹层状 二 局限台地 浅水泻湖 是海水循环受限制的 盐度不正常的浅海 水体能量较低 局部微地貌高部位发育浅滩 1 与广海间常有颗粒滩 生物礁 障壁岛等的遮挡 风浪难以到达泻湖内 因此泻湖是受限制的 风浪微弱 循环差 能量低的浅水环境 易受气候 风暴的影响 2 盐度常不正常 生物常贫乏单调 当超咸时几乎无生物生存3 沉积物灰泥灰岩 球粒灰泥灰岩 生屑灰泥灰岩 常见藻席 生物扰动构造 水平层理 可有风暴浪带来的介壳及生物屑的薄夹层或透镜状夹层 4 泻湖沉积是加积过程 沉积速率常大于沉降速率 因此泻湖常变浅 沉积物暴露 大范围形成 似潮坪环境 此时有鸟眼 干裂等暴露构造 强蒸发时可成为 萨勃哈 发育石膏 石盐沉积及白云化 5 似潮坪与正常碳酸盐潮坪的区别在于 后者多颗粒岩类 低潮线及潮道沉积 及潮汐层理 三 开阔台地 开阔台地 是指海水循环好 盐度基本正常的浅海 其水体能量一般较高 在浅水区常发育生物礁和浅滩 开阔台地相以灰泥石灰岩 含颗粒灰泥石灰岩 灰泥颗粒石灰岩 颗粒主要为原地堆积的正常海生物化石 岩石多呈灰色 深灰色 中厚层状 缺乏层理构造 生物扰动强烈 还常见风暴岩夹于正常沉积的岩石之中 四 浅滩 浅滩是指水体浅 正常浪基面之上 能量高 以异地碳酸盐颗粒为浅水高能的碳酸盐沉积环境 颗粒类型有内碎屑 鲕粒 藻粒 生屑等 常常是亮晶胶结物充填孔隙 浅滩与生物礁 和生物丘 生物层的区别在于其沉积物是异地搬运而来 经过波浪反复淘洗 冲刷 因此分选磨圆好 亮晶胶结 浅滩是高能环境 可以出现在台地或缓坡的不同部位 裙滩 堤滩 点滩 台缘滩 1 颗粒滩水浅 5 10米至高出水面 海水循环良好 盐度正常 氧气充足 但由于底质处于移动状态 不适于海洋底栖生物繁殖 2 由于波浪 潮汐及岸流经常簸选 常形成清洁的碳酸盐砂堆积 以浅色亮晶鲕粒灰岩 亮晶生屑灰岩 亮晶砂屑灰岩为主 颗粒分选磨圆好 无或少灰泥 3 一般呈浅灰色至灰白色 多槽状交错层理 羽状交错层理 板状交错层理 双向交错层理及底冲刷等构造 4 很少有原地底栖生物 可见多种异地的大型生物化石碎屑 腹足类 双壳类 腕足类 绿藻 棘皮类等 亮晶鲕粒灰岩 亮晶砂屑灰岩 5 岩石灰泥少 原生孔隙发育 有利于流体流动 易受淡水的影响 胶结作用 白云化作用 溶解作用均十分发育 常是油气的良好储集层 6 当灰