第4章 湖泊相.doc

油区岩相古地理第4章 湖泊相第4章 湖泊相第一节 概述湖泊是大陆上地形相对低洼和流水汇集的地区，也是沉积物堆积的重要场所。湖相沉积在新生代地层中最发育，中生代以侏罗纪和三叠纪地层中较发育，在古生代地层中很少见。一、湖泊的水动力特点湖泊的水动力作用与海洋有些近似，主要表现为波浪和沿岸流作用。湖泊缺乏潮汐作用，这是与海洋的重要区别之一。与海洋相比，湖泊的面积非常有限，因此湖泊的水动力条件受气侯、河流注入等外部因素的影响很大。（一）湖浪在风力的直接作用下，湖泊的水面可形成较强的波浪，称为湖浪。它引起的水体波动的振幅随水体深度的增加而减小，当达到湖浪1/2波长的水深时，水体质点运动几乎等于零，故通常把相当于1/2波长的水深界面称为“波浪基准面”，简称“波基面”或“浪基面”，也称“浪底”。波基面以下湖水不受湖浪的干扰，是静水环境。一般说来，湖泊波浪的规模小于海洋，波基面的深度多不超过20m。（二）沿岸流湖浪作为一种侵蚀和搬运的动力在滨湖地区表现得较为明显。当湖浪的推进方向与湖岸斜交时，可形成沿岸流。湖浪和沿岸流的冲刷和搬运作用可形成各种侵蚀地形和沉积砂体，如浪蚀湖岸及湖滩、砂坝、砂嘴、堤岛等。（三）河流注入湖泊常有众多的河流注入，不仅有大量碎屑物质倾入湖盆，而且河道在湖底可以延伸，从而改变砂体的分布。湖泊中河流的影响常超过湖浪和沿岸流的作用。二、湖泊的物理化学条件（一）温度湖泊对大气的温度变化较为敏感，由于水体的密度在4时最大，气温的变化使处于此温度的水体沉降至湖底，湖水出现温度分层现象。造成表层水与底层水的地球化学条件差异，常使深湖沉积物具有季节性纹层。（二）含盐度湖水的含盐度变化较大，由小于1%到25%以上，这与含盐度一般在3.5%的海水有明显的不同。此外，湖泊汇集了不同源区的流水，故湖水化学成分变化较大，湖泊地球化学特点在一定程度上反映了源区物质和盆地气候条件的变化。（三）稳定同位素和稀有元素除盐度外，湖泊中的稳定同位素、稀有元素等与海洋也有一定的差别。如湖泊中18O/16O、13C/12C的比值比海相低。海相中碳氢化合物的34S/32S的比值较为稳定，湖相中则变化较大。微量元素B、Li、F、Sr在淡水湖泊中的含量比海洋中的少，Sr/Ba比值在淡水湖泊沉积中常小于1。三、生物学特征湖泊环境中常有发育的淡水生物群，如淡水腹足类、瓣腮类等底栖生物，介形虫、叶肢介、鱼类等浮游和游泳生物，还常发育轮藻、蓝藻等低等生物。四、规模（面积、水深）湖泊的面积、水深等都有很大变化。小的湖泊面积不足1km2。古代大型湖泊面积可达25万km2以上。湖泊的深度也在数米和千余米之间变化。例如，前苏联贝加尔湖是淡水湖泊，水深达到1742米。五、湖泊的分类随研究目的不同，可以根据湖水的盐度、沉积物特点、自然地理位置、成因等对湖泊进行分类。（一）按含盐度分类可将湖泊分为碳水湖泊和咸水湖泊，并以正常海水的含盐度3.5%作为分界限。另一种划分方案是以含盐度0.1%作为淡水湖和微咸水湖的界限，以含盐度1%作为微（半）咸水湖和咸水湖的界限，以含盐度3.5%作为咸水湖和盐湖的界限（吴萍，杨振强等，1979）。含盐度（%）湖泊类型3.5盐湖（二）按沉积物特征可将湖泊分为碎屑沉积湖泊和化学沉积湖泊。前者以陆源碎屑沉积为主，分布更为广泛。后者以化学岩类沉积为主。两者之间常有许多过渡类型。（三）按湖泊所处地理位置可分为近海湖泊和内陆湖泊。（四）按湖泊成因湖泊的成因是多种多样的。有的与构造活动有关（即构造湖），有的与火山作用有关（火山湖（天池）。河流作用（河成湖）、冰川作用（冰川湖）、山崩、海水后退均可形成湖泊。在地质历史中，有意义的湖泊多数与构造运动有关。这些构造湖分为两类：由大陆克拉通内持续的大型坳陷形成，面积较大。如现在的乍得湖、埃尔湖；我国鄂尔多斯晚三叠纪、晚侏罗纪湖泊，四川中生代湖泊均属此类。由地壳断裂、拉张作用造成，深度较大。如现代的贝加尔湖、死海以及我国渤海湾盆地第三纪湖泊。（五）按气候条件、物质来源情况湖泊的沉积类型主要取决于气候条件和物质来源，尤其是气候条件对湖泊的沉积作用起着控制作用。因此，库卡尔（Kukal，1971）等根据气候干旱程度、地理环境、沉积物类型及其供应的充分程度，首先划分出：1.永久性/稳定性湖泊：陆源碎屑沉积型、化学沉积型、生物沉积型、湖沼沉积型。2.暂时性/间歇性湖泊：干盐湖沉积型、盐沼沉积型。第二节 陆源碎屑湖泊的沉积模式和亚相类型一、沉积模式一个理想的陆源碎屑湖泊的沉积模式具有沉积物绕湖盆呈环带状分布的特点，即从湖岸至湖盆中央大致依次出现砂砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩。这种模式也叫做牛眼状模式。然而，实际情况要复杂得多。湖泊沉积物的发育往往受湖盆大小、湖底地形、湖岸陡缓、距离物源区远近、陆源碎屑供应充足程度以及气候条件等因素的控制。二、亚相类型永久性湖泊按洪水时、枯水时湖面的位置及水体的深度分为滨湖区、浅湖区、深湖区。在此基础上，再根据沉积特征、砂体的类型以及所处的位置，将陆源碎屑湖泊相分为三角洲、滨湖、浅湖、（半）深湖、湖滨砂坝、湖湾、湖泊重力流沉积等亚相。现分别介绍。滨湖 浅湖 深湖 洪水时湖面 枯水时湖面 波浪基准面（一）湖成三角洲亚相（湖泊三角洲）1.定义河流入湖时，由于流速降低，水流携带的沉积物便在河口处堆积下来，形成平面上呈三角形或舌形，剖面上呈透镜形的沉积体，称为湖成三角洲。湖成三角洲与海成三角洲有许多共同之处，有关其形成机理及沉积特征将在三角洲一章中详细讨论，这里仅就湖成三角洲的一般特征作简要介绍。2.微相类型湖成三角洲可分为三角洲平原、三角洲前缘、前三角洲三个部分。三角洲平原是三角洲的水上部分，位于从河流大量分叉至湖岸线为止的河口地区，沉积特征与曲流河类似，分流河道和河道间沉积发育。三角洲前缘位于三角洲平原的前方至波基面以上的滨浅湖地带，水下分流河道和河口砂坝发育。前三角洲位于三角洲前缘的前方，处于湖盆的较深水区，暗色泥岩为主，夹薄层粉砂岩，故常称为“前三角洲泥”。3.湖成三角洲的沉积特征湖泊三角洲在形成过程中，河流作用居于主导地位，沉积类型以砂岩、粉砂岩为主，尤其在断陷湖盆中长发育的近源三角洲，其岩性更粗。由于沉积物受河流作用控制，并常受到湖泊波浪作用的改造，其沉积构造较其它亚相更为复杂多样，水流作用和波浪作用所形成的沉积构造常常共生。湖泊三角洲砂体极为发育，可居于湖泊沉积的砂体之首。与湖泊其它类型的砂体相比，面积和厚度大，向湖盆内部延伸远，是油气聚集的良好场所。4.三角洲的“三层结构”三角洲具有典型的“三层结构”，湖泊三角洲也不例外。三层结构的特点是：（1）最下部是底积层，在三角洲沉积体中所占比例不大，由缓倾斜的泥、粉砂层组成，是在较深的水下沉积的。（2）底积层之上是砂和细砾为主的前积层。前积层是湖泊三角洲沉积的主题，最突出的特点是前积层具有较陡的倾角，可达1025，它反映湖泊三角洲沉积时具有较陡的前斜坡。（3）最上部是以砾为主的顶积层。顶积层是三角洲河道的沉积。河道随三角洲向前推进而逐渐向湖泊内部延伸，其沉积物覆盖在前积层上。顶积层较薄，沉积层基本上是水平的，在整个湖泊三角洲体系中粒度最粗。在垂向上，由底积层前积层顶积层组成一个向上变粗、变厚的沉积序列。湖水水面变化大时，湖泊三角洲的三层结构会复杂化，形成一系列的透镜状砂体。三角洲的三层结构是由吉尔伯特（Gilbert，1885）研究犹他州维尔湖三角洲时提出来的，所以三角洲又称为吉尔伯特三角洲，但现在看来当时作为三角洲典型实例的吉尔伯特三角洲其实是扇三角洲，有关扇三角洲，将在下面详细介绍。需要说明的是，三角洲的三层结构与三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲并无一一对应关系。5.垂向层序湖成三角洲的垂向层序自下而上为前三角洲、三角洲前缘和三角洲平原组成的反旋回层序。6.分类湖成三角洲按其分布特点可分为长轴型和短轴型两种（吴崇筠，1983）。（1）长轴型三角洲其延伸方向与湖泊长轴方向一致，延伸远，厚度大，常具有多旋回的特点。如松辽盆地白垩系大庆长垣湖成三角洲，位于松辽坳陷湖盆长轴方向北部长垣斜坡上，呈鸟足状或舌状延伸。三角洲前缘临近深湖区，延伸长达200km，由200多个三角洲叶体组成三角洲复合体，总面积达2万多km2，厚度达500km以上。（2）短轴型三角洲位于湖泊短轴方向，形成于湖岸平行的靠近深水区的广阔地带。7.扇三角洲关于扇三角洲的概念，首先由霍姆斯（A.Holmes，1965）提出，他认为“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”。近年来在我国东部断陷湖盆的研究中有不少人引用了扇三角洲这一术语，但对其形成机制和特征在认识上尚有分歧，目前看来主要是与水下冲积扇之间的关系问题。关于这点，基本有两种意见，一种是把全部没入水下的冲积扇作为水下冲积扇，把部分没入水下的冲积扇或向陆方向可与沉积扇相邻接的辫状河入湖形成的三角洲当作扇三角洲。另一种观点是完全按霍姆斯的定义判定是否扇三角洲，而不管它是否有水上部分。在我所做过的研究工作中，一般倾向于第二种观点，因为这样分类简单明了，不易混淆，尤其是使用何种术语并不十分重要，关键是要描述清楚所要描述的内容。渤海湾中、新生代断陷湖盆的陡岸一侧常发育有扇三角洲沉积。这里地形坡度陡，距物源近，沉积物粒度粗，成份成熟度低，由砾岩、砂砾岩、中粗砂岩等组成。扇三角洲沉积物兼具有河流作用和波浪作用形成的牵引流类型的沉积构造和重力流成因的沉积构造，并具有三角洲典型的三层结构和向上变粗变厚的C-U层序，扇三角洲平原常不发育，扇三角洲入湖后延伸不远。（二）滨湖亚相位于湖盆边缘高水位与低水位（洪水时湖面与枯水时湖面）之间的地带。1.沉积环境特点（1）距离湖岸近，接受来自湖岸的粗碎屑物质。（2）水动力条件复杂，拍岸浪和回流冲刷、淘洗对沉积物的改造作用强烈。（3）周期性地被水淹没或出露水面，氧化作用强烈。2.沉积物特点滨湖亚相的沉积物从泥到砾级的都可能出现。其上部因暴露期长，干裂、雨痕、植物根等较常见。在下部与浅湖区过渡地带湖浪作用强烈，砂质沉积为主，常见多种浪成浅水波痕、交错层理等。（三）浅湖亚相位于滨湖亚相内侧（湖泊的低水位面）至波基面以上的地带。1.环境特征水体较滨湖区深，沉积物受波浪作用和湖流作用的影响较强。2.沉积物特点以粘土岩和粉砂岩为主，可夹有少量化学岩薄层或透镜体。陆源碎屑供应充分时可出现较多的细砂岩。砂级碎屑经簸选、磨圆，分选和圆度较好。波浪成因的交错层理及浪成波痕发育。随水体加深，交错层理规模变小，沉积物也逐渐变细。生物介壳一般较为破碎，且具有明显的磨蚀痕迹，以腹足、瓣腮类等底栖生物为主，亦出现介形虫和鱼类等化石。少见菱铁矿、鲕绿泥石等弱还原条件下的自生矿物。（四）深湖亚相位于平均波基面以下的深湖区。1.环境特点地处乏氧的弱还原还原环境，水体安静，属低能环境，沉积物主要受湖流的影响。2.沉积物特点岩石类型以暗色粘土岩为主，有机质含量高。并可发育灰岩、泥灰岩、油页岩。水平层理发育。生物化石丰富且保存较好，黄铁矿是常见的自生矿物。3.半深湖亚相有时在浅湖和深湖亚相之间还划分出半深湖亚相。这个亚相常指由浅湖向深湖过渡的湖盆斜坡。重力滑坡、滑塌以及沉积物重力流常发生在这种斜坡环境中。（五）滨浅湖砂滩、砂坝、砂嘴亚相（滨浅湖滩坝亚相）在开阔湖岸（如缓坡）的滨浅湖区，陆源碎屑物质供应充分，经较强的湖浪、湖流改造，可形成砂质湖滩沉积，即砂滩、砂坝、砂嘴沉积。击岸浪的冲刷、簸选和淘洗，使碎屑物质成熟度提高，分选、磨圆好。可出现倾角平缓的向湖倾斜的中小型交错层理。在湖滩上常出现由湖浪从浅水地带搬运来的底栖生物化石碎片，有时可富集成生物介壳滩。若湖岸较陡，滨湖水动力作用较强，击岸浪对湖岸的侵蚀作用产生粗碎屑，或近物源河流有粗碎屑物质的充分供应，滨湖地区也可形成砾质湖滩沉积。若湖滨地形平缓，水动力较弱，波浪作用不能波及岸边，物质供应以泥质为主，则可形成滨湖泥滩或泥坪。滨浅湖滩坝沉积层序为向上变粗变厚的C-U层序。（六）湖湾亚相在滨、浅湖地区，由于砂嘴、砂坝、水下隆起的障壁遮挡作用，使近岸水体受到限制而形成半封闭的湖湾。湖湾水体安静，沉积物以粉砂质泥页岩为主，夹薄层白云岩或油页岩。水平层理和季节性韵律层理发育，有时则形成块状层理。岩石呈紫色、灰紫色，富含有机质时呈暗色。生物扰动可能发育，可见泥裂、雨痕。（七）湖泊重力流亚相1.成因（1）河流中季节性洪水含大量悬浮状态的泥砂形成密度流，在湖盆边缘由于坡度陡，在重力作用下，沿湖底或水下水下河道入湖泊浅水斜坡或中央深水区堆积下来，形成洪水型重力流沉积。（2）湖成三角洲前缘尚未完全固结的沉积物，因受地震或其它构造因素的影响，沉积物发生破裂、滑动并与水体混合形成密度流，在重力作用下沿斜坡流入湖泊深水区堆积成滑动、滑塌型重力流。2.类型（1）湖底扇（深水浊积扇）是在湖泊深水区的洪水重力流沉积物和三角洲前缘滑动滑塌型重力流沉积物，形态呈扇形。（2）深水重力流水道沉积是重力流呈层状展布或沿湖泊深水区的谷、断凹卸载沉积物而形成的条带状堆积体，一般平行于湖盆长轴方向。为了避免重复，关于重力流沉积的类型、特征、形成机制等内容，我们将在“重力流沉积”一章中专门介绍。在此需要记住的是：湖底扇、深水重力流水道是湖泊深水区重要的重力流沉积物，典型特征为粗粒度的砂质沉积夹裹在暗色的细粒泥质沉积中。第三节 陆源碎屑湖泊沉积相组合一、沉积相平面组合（一）标准沉积相平面组合湖泊是大陆上流水汇集的地带，在平面上其沉积相带呈环带状分布，总是与河流相沉积共生，并被河流相沉积所包围，松辽盆地白垩系淡水陆源碎屑湖泊沉积就是一例。从松辽盆地边缘至湖盆中央，沉积相序的组合大致是依次出现冲积扇、河流湖成三角洲、滨湖和浅湖半深湖深湖和重力流沉积。但是，由于湖盆的构造北京、湖底地形、陆源物质供应的充分程度等多种因素的影响，往往不可能出现如此完整的相序，这在结构不对称的断陷湖盆中表现得尤为明显。（二）断陷湖盆缓坡沉积相平面组合在断陷湖盆缓坡一侧或湖盆长轴，从陆上至湖盆，地形较平缓，滨湖和浅湖沉积相带较宽，河流和湖成三角洲较发育。在三角洲前缘深湖方向还可能形成深水浊积扇，从而构成河流三角洲深水浊积扇沉积体系。在广阔的滨浅湖地带，沿三角洲侧缘或平行湖岸可发育滩坝沉积，形成三角洲滩坝沉积体系。（三）断陷湖盆陡坡沉积相平面组合在断陷湖盆陡坡一侧或沿湖盆短轴，陆上和水下地形坡度大，近物源、滨浅湖相带较窄，不出现三角洲和滩坝沉积，河流相缺失或很少，有时冲积扇直接入湖形成扇三角洲。二、沉积相垂向组合湖泊相沉积的垂向组合受地壳升降运动的控制。从其发育历史看，能保存史记录的湖相沉积多半是在构造盆地的背景上发育起来的。然而，任何湖泊不论其发育的背景如何，其发展的总趋势在多数情况下都是以退缩、充填而告终的。因此，湖泊相的垂向组合，往往是以较深湖或深湖亚相开始，向上递变为滨湖和河流相沉积，构成下细上粗的反旋回垂向层序。当然，自下而上出现河流相湖泊相河流相这种完整旋回的垂向组合也是有的。但不论是哪种情况，其总的趋势是以滨湖和河流沉积作为旋回的结束。在湖盆发展演化过程中，湖盆下陷扩张期，半深湖、深湖亚相及重力流沉积最为发育。湖盆抬升收缩期，滨浅湖、三角洲亚相及滩坝沉积最发育。在一个地质时期内湖盆多次沉降和抬升构成了湖泊相发育的多旋回性，而且在每个一级旋回的背景上还可发育多个次级旋回。第四节 陆源碎屑湖泊的鉴别标志我国湖泊相的含油气盆地为数众多，根据对这些古代湖泊和一些现代湖泊沉积环境的研究，可以归纳出以下几方面的标志，以区别于其它类型的沉积相。一、岩石类型及其特点（一）岩石类型湖泊相岩石类型以粘土岩、砂岩、粉砂岩为主。砾岩少见，仅分布于滨湖地区，多是由击岸浪的剥蚀作用造成的。（二）砂岩特征湖泊相砂岩特征一般比海相砂岩复杂，各种类型都有出现，与河流相相比，成分成熟度高，石英含量大于70%。我国东部中、新生代湖相沉积岩中以长石砂岩、长石质石英砂岩和岩屑质石英砂岩分布最为普遍。湖相砂岩粒度比河流相砂岩的细，分选也较好，因而与海相有时较难区别，其粒度概率曲线也与海相成因砂岩相似。（三）粘土岩粘土岩在碎屑湖相沉积中分布广泛，且由湖岸向中心增多。形成于较深水还原环境的湖相粘土岩常含有丰富的有机质，成为良好的生油岩系。我国油气田的生油岩系大多为湖相成因的粘土岩。（四）其它碎屑湖相沉积中也可出现类型多样的化学岩和生物化学岩，如石灰岩、泥灰岩、硅藻土、油页岩等，其沉积厚度及分布范围较为局限。二、沉积构造（一）层理湖泊相层理类型多样，其中以水平层理最为发育。由于湖泊的范围局限，波基面深度小，湖泊广大地区多处于波基面以下，故在此地区的粘土岩多发育水平层理，有时也为块状层理。在近岸地区可见交错层理、斜波状层理等。（二）波痕湖泊沉积有较发育的波痕，以往认为对称波痕是湖泊相与河流相区别的一种标志，但根据皮卡德（Picard）等人的研究，波痕的对称性并非为湖泊所特有。而且湖泊也发育不对称波痕，但其波峰的走向大致与滨岸平行，不对称波痕的陡坡向岸方向倾斜。（三）其它泥裂、雨痕、（生物）搅动构造常见。三、生物化石湖泊沉积生物化石丰富，但远不如海相种类繁多。只有叶肢介和轮藻是湖相所特有的。其它各类化石虽然湖相和海相可能都有，但在物种上不一样。湖泊相中的化石因湖泊水介质性质变化大，生态组合上有很大差异。一些对盐度变化适应性较强的物种，如一些腹足类、瓣腮类及介形虫、藻类等，在湖泊相中常见。陆生植物的根、茎、叶、孢子花粉等大量出现也是湖相的重要特征。海相中植物化石种属和数量远离滨岸越来越少的梯度变化可用以区别海相和湖相。碎屑湖泊相沉积中发育有大量生物化石。如济阳坳陷下第三系湖相泥岩、页岩中含有丰富的介形虫、腹足类、轮藻、孢子花粉等化石，是地层划分对比和沉积相鉴别的重要标志。又如山东临朐山旺地区上第三系硅藻岩，属于潮湿气候条件下的淡水碎屑湖泊沉积，其中保存了十多个门类近200种陆生动植物化石。四、垂向层序碎屑湖泊沉积多出现由深湖至浅湖的下细上粗的反旋回层序，以此区别于上细下粗的间断性正旋回的河流相沉积。五、分布范围及沉积厚度湖泊相沉积的分布范围比河流相大，比海相小。相带、岩性、厚度大致呈环带状分布。湖泊内沉积物粒度的变化总趋势是从边缘向中心变细，由滨浅湖亚相的砂质变为深湖、半深湖亚相的泥页岩，这些特点与湖泊沉积物的多物源性有关。但浊流与三角洲沉积会使环带分布便复杂。另外，还有许多湖泊相带的展布是不对称的。与发育的冲积平原相邻的湖盆一侧坡度较缓，相带的展布较宽。与山区相距较近的一侧，湖岸以外冲积平原不