第十章 沉积相的基本概念和分类.doc

沉积岩与沉积相教案第十章 沉积相的基本概念和分类第十章 沉积相的基本概念和分类第一节 沉积相的概念和分类一、沉积相（facies）的概念“相”这一概念最早由丹麦地质学家斯丹诺（Steno，1699）首先引入地质文献。他认为，“相是一定地质历史时期中地表某一部分的全貌”。1833年瑞士地质学家格列斯利（Gressly）开始把相的概念用于沉积岩，他认为“相是沉积物变化的总和，它表现为这种或那种岩性的、地质的或古生物的差异”。由此开始，相的概念逐渐为地质界所接受和引用。进入20世纪以来，相的概念随着沉积学、古地理学的发展而广为流行，不少学者对它进行了详尽的论述，当然各有看法。总的来说，有三种主要观点。一是“相是地层”的观点，把相简单地看作“地层”的横向变化；另一观点是把相理解为“环境”的同义语，即认为“相就是环境”。另外还有人认为“相就是能表明沉积条件的岩性特征和古生物特征的有规律综合”，即把相看作沉积物（岩）形成条件的物质表现。上述观点是对沉积相概念的不同理解。油气及其它矿产资源勘探事业的发展，促进了对沉积相的研究，使人们对这一概念的理解更加深入和准确。目前，较为一致的看法是：相的概念中应包括沉积环境和沉积特征这两方面的内容，而不应把相简单地理解为环境，更不能把相与地层的概念混淆起来。因此，相的较完整的定义应该是：“沉积环境及在该环境中形成的沉积物（岩）特征的综合”。这里所说的沉积环境由下面一系列环境条件组成：自然地理条件：海、陆、河、湖、沼泽、冰川、沙漠等的分布和地势的高低。气候条件：气候的冷、热、干旱、潮湿。构造条件：大地构造背景及沉积盆地的隆起与坳陷。沉积介质的物理条件：介质的性质（水、大气、冰川、清水、混水、浊流）、流动方式、能量大小以及水介质的温度和深度。沉积介质的化学条件：水体的化学成分、pH值、Eh值、含盐度等。上述条件的综合就构成了沉积环境。相的概念中所指的沉积岩特征包括：岩性特征：岩石的颜色、物质成分、结构、构造、岩石类型与组合。古生物特征：生物的种属和生态。地球化学特征。沉积岩特征的这些要素是相应各种环境条件的物质记录，通常称为相标志。综上所述，沉积环境是形成沉积岩特征的决定因素，沉积特征则是沉积环境的物质表现。换句话说，前者是形成后者的基本原因，后者是前者发展变化的必然结果。这就是相的概念中沉积环境和沉积岩特征的辩证关系。在沉积学中，沉积相简称为“相”。但与相的概念同时存在的还有“岩相”指一定沉积环境中形成的岩石；“生物相”指一定的古生物组合；“电相”指沉积环境特征的电性表现。为了突出沉积环境中的古地理条件和沉积物特征中的岩性特征，通常把“岩相”和“古地理”这两个术语联系在一起，它们表达了沉积相中最重要最本质的内容。二、沉积环境和沉积相的分类（一）沉积环境的类型主要根据自然地理区划和地貌景观来划分沉积环境的类型，按照大的自然地理区划，可分为大陆、海陆过渡和海洋三大环境组，然后根据地貌景观划分次一级环境，依地貌的变化还可进一步细分为更次级的环境。同时，根据研究需要，分出陆源碎屑沉积环境和碳酸盐沉积环境。这样，环境的分类共有四级，即环境组、环境、亚环境和微环境，对应的沉积相分级也有四级，即相组、相、亚相、微相。现在的趋势是沉积相分类术语与沉积环境分类术语逐渐趋于一致，如河流环境及其中形成的沉积物称为河流相，海岸环境及其中形成的沉积物称为滨岸相。（二）沉积相的分类相（环境）组相（环境）大陆相（环境）组残积相（环境）坡积相（环境）沙漠相（环境）冰川相（环境）冲积扇相（环境）河流相（环境）湖泊相（环境）沼泽相（环境）海陆过渡相（环境）组三角洲相（环境）滨岸相（环境）潮坪相（环境）障壁岛相（环境）海洋相（环境）组浅海陆棚相（环境）半深海相（环境）深海相（环境）生物礁相（环境）在课堂上我们只学习其中与油气关系密切的相。三、相序递变规律和相模式（一）相序递变规律1.相序在一个连续地层剖面中出现的沉积相的排列称为“相序”，它反映了某地质时期内该地沉积环境的变化过程。2.相序递变沉积相在时间和空间上发展变化的有序性称为“相序递变”。3.相律沃尔索（Walther,1894）最早认识到这种有序性。提出了“相序递变规律”简“相律”。相律指出，“只有那些没有沉积间断的，现在能看到的相互邻接的相和相区，才能（在垂向上）重叠在一起”。换句话说，只有在横向上成因相近并且紧密相邻而发育着的相，才能在垂向上依次出现而没有间断。这也称为“沃尔索相律”。（二）相模式1.概念以相序递变规律为基础，以现代沉积环境和沉积物特征的研究为依据，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”。相模式和相标志是恢复和再现沉积环境的两把钥匙。2.相模式的作用沃克（Walker,1976）认为，标准相模式应起到以下四个方面的作用：（1）从比较的目的来说，它必须起到一个标准的作用。（2）对于进一步观察来说，它必须起到提纲和指南的作用。（3）对于新的研究地区来说，它必须起到预测的作用。（4）对于所代表的环境或系统的水动力学解释来说，它必须起到一个基础的作用。相模式可以由图解表示，称为相模式图。表示方法一般为平面图、立体图，有时也可用剖面图表示，也有人将沉积环境中理想的垂向沉积层序称为相模式。在沉积相研究中，对某一地区的研究结果也常归纳为一个相模式形象地表现出来。这种相模式称为地区性相模式。地区性相模式虽没有标准相模式的权威性和普遍代表性，但却是再现局部地区沉积环境的重要手段。第二节 古环境判断一、“将今论古”的现实主义原则和比较地质学研究方法沉积相研究是一项综合工作，它涉及到许多学科，包括岩石学、沉积学、构造地质学、测井地质学、地震地质学、层序地层学等。其基本方法是通过对沉积岩中那些能够指示环境条件的成因标志进行综合分析，与以现代沉积学研究为基础建立的沉积环境模式进行对比，重建或恢复古代沉积环境。上述方法包括两方面内容：一是对沉积岩的物理、化学和生物学方面的成因标志进行综合分析。二是研究沉积环境中沉积作用与沉积物的各种特征之间的关系。将这两方面的研究进行对比，即是“将今论古”的现实主义原则和比较地质学的研究方法。二、沉积环境的识别标志上一节已经学过，相标志是指沉积岩所具有的那些能反映其沉积环境、沉积过程的各种特征，主要是岩性特征、古生物特征和地球化学特征等。按照目前的研究水平和实际需要，可以把相标志归纳为以下诸方面。（一）岩石类型（成分）和结构有些岩石是在特定环境下形成的，具有恢复古环境的意义。如大多数碳酸盐岩是海洋环境成因，大多数碎屑岩为大陆成因等。岩石结构标志包括碎屑的粒度、形态和表面特征等，利用粒度分析判别沉积环境的方法很多，比较有效又常用的是粒度概率累积曲线和C-M图。（二）岩石的矿物标志在海洋沉积物中有些自生矿物能够作为海洋环境的标志。如鲕绿泥石和海绿石不仅可以指示海洋环境，而且可以判断水深和温度。鲕绿泥石产于热带地区水深915m的浅海中，称为“暖水矿物”。海绿石则在30750m深的海洋中比较丰富，称为“冷水矿物”，它在温带海域中出现在水较浅的地带。（三）岩石的沉积构造标志无机成因沉积构造中由物理因素造成的沉积构造是判断沉积环境的重要标志。如在大陆及海陆过渡环境中多出现高角度交错层理、槽状交错层理、水流波痕、干裂、雨痕等；在浅海及深海环境多出现低角度交错层理和丘状交错层理、水平层理、粒序层理、块状层理等。当然只靠单一无机成因沉积构造是远不够的。生物成因构造大多数可作为海陆环境的识别标志，尤其以遗迹化石最有意义。各种生物的生活都有较严格的环境条件，它们的遗迹也就能反映较狭窄的环境范围。所以常用生物遗迹作神圣环境的标志。（图：遗迹相）（四）古生物（生物化石）标志生物的分布受含盐度的严格控制，所以绝大多数生物化石是判别海洋环境与大陆环境的有利证据。由于生物的耐盐性和生活环境、生活行为有继承性，所以可以用现代生物组合的耐盐性，现代生物的活动痕迹与古代生物相比，以区别环境。（五）岩石的地球化学标志1.作为海、陆标志的沉积物的微量元素标志，有硼含量、Sr/Ba值、Sr/Ca值、Th/U（钍/铀）值、Mn/Fe值、Cu含量、Ni含量、V含量、Ga含量、Cr含量等。2.碳氧的同位素的数值变化也能作为环境的标志由于地球化学特征在沉积物成岩作用中会发生变化，因而使用它们作为环境标志时必须慎重，通常只将其作为次要的参考标志，而不作为确切的判别标志。（六）岩石的几何形态不同成因的沉积物（岩）集合形态不同，如河流相的透镜状砂体、冲积扇相的扇形堆积体等。（七）岩石的纵向序列，即相序不同环境形成的相序有所不同，电性的三角洲相相序是向上变粗的反旋回相序，而河流相则为向上变细的正旋回相序。