第2章第四纪沉积与地层ppt课件.ppt

第二章第四纪沉积与地层 本章的目的和重点 目的 理解和掌握第四纪沉积和地层的基本概念 基本方法和基本结论 重点 相分析方法及其在沉积特征和成因类型分析中的应用 地层划分对比概念方法与中国第四纪地层划分方案 第一节第四纪沉积 一 基本概念二 第四纪沉积特征三 第四纪沉积物的成因类型 一 基本概念 沉积物 沉积作用 沉积相 相分析 沉积物与沉积作用 沉积物沉积在陆地或水盆地中的松散的矿物质颗粒或有机物质 如砾石 砂 粘土 灰泥 生物残骸等 来源 母岩风化产物 火山喷发物 有机物 宇宙物质等 注意 沉积物具有一定的空间形态 沉积体 具有一定的成分 结构 构造特征 与一定的沉积环境相联系 一般具有成层性 沉积地层 沉积物与沉积作用 问题1 沉积物与沉积岩有何区别 固结和松散 成岩作用 沉积物与沉积作用 沉积作用广义 沉积岩形成的全过程 包括沉积物质从物源区的离解 搬运 到沉积区的沉积 沉积时和沉积后的化学变化和成岩作用 狭义 仅指沉淀堆积作用 包括机械沉积 固态碎屑物 受重力支配 化学沉积 溶液或胶体的淀积 生物沉积 生命活动或遗体堆积 注意 沉积作用的介质 水 空气 问题2 这是什么沉积物 沉积相与相分析 沉积相 定义 沉积环境的综合的物质表现 亦即能反映沉积物 岩 形成时的沉积环境的各种岩性特征 岩相 和生物特征 生物相 沉积相的类型 陆相 河流 湖泊 沼泽 沙漠 冰川 洞穴 海相 浅海 深海 半深海 过渡相 三角洲 滨岸 潟湖 意义 沉积相具有时间和空间两方面的指示意义 空间 指示古地理 古环境 时间 指示沉积形成的时代 沉积相 沉积物的 相貌 Sedimentaryfacies 沉积环境与沉积相的表现 沉积相与相分析 相分析 研究沉积地层的沉积相以恢复古地理环境的方法 基本方法 将今论古 运用现代环境条件下形成的沉积物特征的知识去推测地史时期岩层所反映的沉积环境 具体方法 紧密联系的两类研究 现代沉积相研究和古代沉积相研究 将今论古经典地质学的现实主义原则 二 第四纪沉积特征 基本特征 松散性 习称 松散堆积物 也有胶结甚至固结的 如内蒙和东北玄武岩掩盖下的变质残积物 温泉堆积 化学沉积 基本特征 多变性 薄薄的第四纪覆盖层 与其它各系相比 分布普遍 但岩相复杂多变 同期沉积物可在短距离内发生相变 厚度小而多变 山顶到山脚 划分对比困难 研究难度大 基本特征 移动性 在其形成过程中和形成之后 不断进行着破坏 搬运 再沉积作用和各种各样的变化 山坡 河流 海滩 大陆架沉积物的例子 基本特征 化石丰富并特含人类化石 与其它各系相比 缺乏标准化石 适用生态 古生物方法 结构特征 粒度 粒级划分 粒度分析 颗粒形态 砾石形态 砂粒形态 粒度 粒级划分 基本粒组 4组插入粒级 10级 温氏等比标准D与 值标准的关系 粒度 粒度分析 对碎屑沉积物进行分析研究的最基本的手段 通过研究组成沉积物的各种粗细颗粒的机械组成特征来推断沉积环境 例如 湖泊沉积由于是静水沉积 粒度比河流沉积 流水沉积 要细 从湖滨到湖心 粒度从粗到细 颗粒形态 砾石形态砾石单体形态 三轴 长轴a 最大长度 中轴b 最大宽度 短轴c 最大厚度 三轴相互垂直 扁平度 a b 2c 球度 磨圆度 2r a 最大内切圆的半径 不同分选性和磨圆度的砂砾 问题3 4 问题3磨圆度好的砾石一定球度好吗 为什么 问题4河流砾石与海滩砾石相比较多数情况下哪种砾石的球度会更好些 为什么 磨圆度是表面特征 球度是形状特征 以平移 跳跃搬运方式为主的 如海滩 扁平度高 以滚动为主的 如急流河床 球度好 除了环境外 与砾石大小也有关 冰积砾石上的擦痕 风棱石照片 风棱石 风棱石的特征 至少一个磨光面 沙漠漆 风棱石的成因 颗粒形态 砾石形态砾石组合形态 产状 山区河流 急流 中的砾石长轴与水流方向一致 迭瓦状排列 倾角较大 海滩上的砾石长轴与海岸走向一致 扁平面倾向海洋 扁平面倾角较小 平面 剖面 冰川20 25O 河流15 30O急流缓流 海滩15O 颗粒形态 砂粒形态 在放大镜 显微镜下观察磨圆度等表面形态特征 利用扫描电镜的高分辨率 0 001mm 可以对粒径小于1mm的单粒石英砂表面特征进行观察以推断其成因 石英砂电镜照片 问题4 沉积物颗粒特征的机制1 沉积物的形成包括三个环节 从母体脱离 搬运 沉积 沉积物的结构特征 粒度和颗粒形态 取决于沉积物颗粒的搬运和沉积过程 搬运距离长短 搬运的方式 悬移 跃移 推移 介质和动力强弱 沉积物颗粒特征的机制2 沉积物颗粒特征的机制3 构造特征 层面构造 波痕 龟裂 流痕 雨痕 冰楔等 层理构造 定义 沉积薄层之间的不连续界面的组合情况 沉积岩区别于岩浆岩的最主要特征 主要类型 水平层理 斜层理 交错层理 波状层理等 现代和古代的波痕 永远垂直于风向的沙波 现代泥裂 岩石的冰劈作用 从岩石的冰劈作用引伸到冰裂楔 冰楔 冰裂楔 融冻作用下形成的层面变形构造冻结 扩大裂隙 融化 沉积物填充 指示年平均温度 6 以下的多年冻土环境 冰裂楔的年变化 化石冰裂楔典型剖面 冰裂楔的判别要素 楔形 充填特征 粗细混杂分选差 平行隙壁的层理 上部侵蚀面的存在 安徽宁国化石冰裂楔剖面 沙丘移动形成的斜层理 沙丘移动形成的斜层理 沙波移动形成的斜层理 沙波移动形成的斜层理 斜层理是河流沉积的基本层理特征 是陆相沉积中最为常见的层理 注意要区分层面和层理面 交错层理 小型薄层交错层理 交错层理的形成与变化的流向造成的沙波的往返运动 彼此重迭切割有关 沙丘形成的砂岩交错层理 矿物特征不同岩矿组成的砂砾可以指示其物源 矿物特征 矿物分类 标志矿物 组合特征 矿物特征 矿物分类 按抗风化能力分 稳定矿物和不稳定矿物 与搬运介质和距离有关 按比重分 重矿物和轻矿物 以比重2 86为界 按形成时间分 原生 内生 矿物和自生 表生 矿物 原生矿物和自生矿物 原生 内生 矿物 沉积之前在内生条件下的造岩和成矿过程中形成的矿物 如 石英 长石 云母 自生 表生 矿物 沉积物形成过程中生成的新的矿物 有些可作为指示沉积环境的 标志矿物 如 海绿石 磷灰石指示浅海环境 矿物特征 标志矿物 主要对自生 表生 矿物而言 反映化学 气候等沉积环境要素 如高岭石的生成指示湿热 酸性 陆相环境 伊利石的生成指示冷干 中性 碱性 海相或盐湖相环境 蒙脱石 温干 中性 碱性 海相或盐湖相环境 矿物特征 组合特征 主要对原生 内生 矿物而言 反映沉积动力条件 指示物源区 除了应用于沉积环境分析之外 在砂矿勘探 港口码头工程论证等方面有重要意义 塘沽新港回淤泥沙来源研究 为查清塘沽新港回淤泥沙来源 分析了从滦河口到黄河口近岸0 1 0 05mm粒级沉积物的矿物组合特征 并与3条入海河流冲积物的矿物组合进行对比 结果发现 歧口以南是黄河矿物区 其特点是石榴石 绿帘石含量较高 南堡以东是滦河矿物区 特点是磁铁矿 钛铁矿 锆英石 含量较高 南堡 歧口为海河矿物区 特点是不稳定的普通角闪石和辉石含量最高 新港港池中沉积物的矿物组合与海河沉积物吻合 结论 黄河口北上的泥沙影响到歧口附近 滦河口南下的泥沙影响到南堡一带 海河入海泥沙主要在近岸向两侧扩散 颜色和化学特征 颜色 盐类 结核 颜色和化学特征 颜色 原生色和次生色 原生色是沉积物形成时生成的颜色 次生色是沉积物形成之后再生成的颜色 注意 这里所说的颜色是指沉积物总的色调 并非其中单矿物的颜色 颜色的指示意义 白色和浅色调 缺乏铁 锰化合物及有机质等染色成分或含钙量很高 常见者如高岭土 岩盐 白垩 石灰石 钙积层 纯石英 砂等 灰色或黑色 有机质 分散状态的硫化物 如黄铁矿 含量较高 往往形成于还原或半还原环境 氧化锰也呈黑色 如沙漠漆 锰膜 锰结核 颜色的指示意义 红色 主要是由于含有高价铁的脱水赤铁矿染色而成 代表氧化环境 黄色 含水的氧化铁或氢氧化铁染色而成 呈锈黄色和棕黄色 绿色 还原条件下低价铁化合物的反映 灰绿色 蓝绿色 黄绿色 如湖相粘土 或由于含铜矿物或其它绿色矿物 角闪石 绿泥石等 亚利桑那纪念谷的红色风化岩 盐类 蒸发盐类 碳酸盐 硫酸盐 氯化物 相应的矿物为方解石 石膏 芒硝 食盐 这一序列也是盐湖沉积物演替的基本序列 硫酸盐和钠的氯化物含量高多为干旱气候下碱性环境 钙 镁化合物含量高多反映半干旱或干湿季节变化的环境 铁 铝化合物含量高的沉积物多为湿热气候环境下的产物 盐湖演替模式 碳酸盐湖 硫酸盐湖 氯化物湖 砂下湖 盐湖演替模式 结核 类型繁多 成分不一 成因复杂 形态各异 各种类型的结核是在特定的气候条件和地球化学条件下形成的 有些结核还与生物活动有关 所以 结核也是研究第四纪沉积物和恢复古环境的主要标志 最常见的是铁锰结核 钙结核 黄土中钙结核照片 生物特征 每一种现代环境都以生活在其中的一定的生物群落为特征 通过生物的生存 死亡 埋藏和保存 一个古代生物群落会在沉积物 岩 中留下 生物体残骸 如介壳 骨骼 牙等 排泄物和衍生物 如粪便 硅酸体 印痕和扰动构造 非实体 有机质 山西太谷红崖上新世榆社鲴 山西武乡张村上新世红鮊 山西武乡张村上新世红鮊 山西武乡上新世蜻蜓稚虫和榆社上新世陆龟 山西太谷上新世榆 左 和栗 右 小孩和雷龙脚印 足印属于生物相 是一种印痕化石 三 第四纪沉积物的成因类型 陆相 残积物 斜坡堆积物 洪积物 冲积物 河流沉积 湖泊沉积 冰积物 冰川沉积 冰缘沉积 风成沉积 洞穴沉积 坠积物坡积物滑坡堆积物 残积物 岩石圈表层的风化带称为风化壳 构成风化壳的物质叫残积物 可划分为物理风化残积物 化学风化残积物 基本特点 原地性 斜坡堆积物 因重力作用或重力与片流共同作用在斜坡地带形成的各种堆积物 包括 坠积物 主要因素是重力 水的作用无或很小 可分倒石堆 崩塌堆积2种 滑坡堆积物 坡积物 坡积裙 残 坡积盖层 洪积物 暂时性流水形成的堆积物 主要发育在内陆干旱和半干旱气候区盆地边缘的山麓地带 分布面积和厚度都大于坡积物 通常形成洪积扇 干三角洲 冲积物 河流沉积 即河流在谷地中的沉积物 陆地上分布最广的沉积物 包括 河床相 河漫滩相 牛轭湖相 天然堤沉积物 决口扇沉积物等 还可分出许多亚相 如 主流线相 河床浅滩相等 湖泊沉积 在相对平静的水体中形成 其颜色 粒度 构造均有鲜明标志 如粒度较细 常见水平层理等 湖泊沉积的特征与湖泊水动力条件 水化学条件以及水生生物作用有直接关系 是环境变迁信息的重要载体 包括3个大类 湖相 依水动力条件分为湖滨三角洲相 湖滨相和湖心相 沼泽相 生化作用明显 盐湖沉积 化学沉积 冰积物 冰川沉积 包括3个大类 冰碛 底碛 终碛 侧碛 冰水沉积物 冰川外围 流水作用产物 砂质 冰湖沉积 纹泥 具有纹层的细粒沉积物 粉砂和粘土 冰缘沉积 包括融冻泥流沉积 冰裂楔沉积等 风成沉积 风力搬运堆积的碎屑物 包括 风成砂 风成黄土 洞穴沉积 主要是石灰岩洞穴 包括其它可溶或非可溶岩洞穴 有地下水化学作用形成的石钟乳 石笋 石灰华 有地下河 地下湖水动力沉积的砂砾粘土 有重力作用堆积的角砾等 我国南方古环境重建的重要信息源 湖北神农架犀牛洞石笋 石笋年轮 海陆过渡相 滨岸沉积 即高低潮之间和水下岸坡地带的沉积 受波浪和潮汐作用 可划分潮上带 潮间带 潮下带 三角洲沉积 沉积环境十分复杂 既受河流作用 又受波浪 海流 潮汐作用 构成复杂的沉积体 三角洲沉积富含有机质淤泥和分选良好的砂层 有利于石油 天然气生成和聚集 潟湖沉积 潟湖发育于海岸砂堤的内侧 为半封闭 封闭的水体 可发生淡化或咸化或多次交替 是恢复海陆变迁史的重要证据 海相 浅海沉积 大陆架沉积 0 200m水下 以粉砂和粘土为主 含海相标志矿物 如海绿石 鲕状绿泥石等 半深海沉积 大陆坡沉积 200 2000m水下 软泥 浊流沉积 重力滑塌沉积 深海沉积 2000m以下 是全球变化的资料库 主要是深海软泥 包括 钙质软泥 抱球虫 硅质软泥 硅藻 放射虫 其它类型 火山堆积 火山熔岩与火山喷发碎屑在地表的堆积物 火山碎屑有火山弹 火山砂 火山灰等 火山碎屑在空中或水中沉降时受到分选作用 有时呈层状构造 而且常与其它沉积物交互成层 是第四纪环境研究的好材料 生物堆积 泥炭 牡蛎礁 珊瑚礁 贝壳堤 滩 化学沉积 大陆 可溶盐 海洋 钙质 铁质 锰质的鲕状物 多金属结核 人工堆积 风积物 冲积物 洪积物 坡积物 基岩 基岩 熔岩 黄土堆积 此图反映了第四纪沉积物的前三个基本特征 松散性 多变性 移动性 残积层剖面 1 物理风化带2 物理 化学风化带 过渡带 3 化学风化带4 风化与基岩间的过渡带5 基岩 洪积扇相变素描图 冲积扇 岩锥 洪积扇沉积结构图 河流沉积亚相 天然堤 湖相沉积的平面分带 现代青海湖的沉积分带 山西榆社上新世湖相层中的纹层 冰湖纹泥剖面照片 阿拉斯加冰川的中碛 侧碛中碛和刃脊成因 阿拉斯加冰川汇流 收缩冰川留下的侧碛 怀俄明侧碛和终碛 侧碛和终碛 蛇形丘平面图 蛇形丘横断面图 明尼苏达的蛇丘 蛇丘照片 挪威南部冰川底下的冰洞 问题6大陆冰原终碛形成的带状小丘航片 问题5照片中带状延伸的小丘可能是什么原因形成的 法国东南部舌状泥流沉积 融冻泥流舌 融冻泥流素描图 黄土和风沙堆积 科罗拉多大沙丘 美国密苏利河岸的黄土悬崖 浊流沉积图解1 浊流沉积图解2 浊流照片 深海软泥中的生物 石笋石钟乳 喀斯特洞穴 石笋石钟乳 石笋石钟乳石柱 石钟乳水滴特写和针管状石钟乳 Ca HCO3 2 CaCO3 H2O CO2 玄武岩峭壁 玄武岩石柱 玄武岩悬崖 棒挑熔岩 熔岩湖旁 皮纳图博火山口采集气 水 岩屑样品 熔岩流烧毁房屋 火山喷发夜景 熔岩流和水下枕状熔岩 玄武岩样品 宽约1英尺 火山碎屑 火山弹 火山弹 火山灰流剖面 火山灰流样品 硅藻土照片 黄石公园热泉华沉积 英国瀑布形成的石灰华帘和中国最高的钙华瀑布 黄龙扎尕瀑布 黄龙金洞洗身瀑 嫩恩桑措 大陆神仙池 黄龙浴玉群池 黄龙彩池 黄龙洗花池群 黄龙钙华面上的涓流 黄龙盆景池 人间瑶池 黄龙的钙华池 人间瑶池 黄龙的钙华 第二节第四纪地层 一 基本概念二 第四纪地层研究的主要方法三 中国第四纪地层划分方案 一 基本概念 地层和地层学 地层层序律和化石层序律 地层划分和地层对比 地层和地层学 地层 具有成层性的一组岩石或松散沉积物 地层学 地质学的基础学科 地史学的理论基础 研究地层的层序 时代和地理分布 进行地层的划分 对比 理论意义 恢复地壳发展历史 实际意义 指导找矿 地层学的两个基本原理 地层层序律 下老上新 化石层序律 同种同时 种 种群 时 地质尺度 相对时代 问题7 层序的实质是什么 时间顺序 地层划分和对比 地层划分和对比是地层分析的基本程序和基本内容 地层划分 分层定名 按一定的地层单位将一组地层依其时代 成因等特征划分为若干个单元并分别给以定名 地层单位包括年代地层单位 岩相地层单位 国际地层单位 区域性地层单位 地方性地层单位 群 组 段 地质时间单位和年代地层单位 地层对比 层位比较 将处于不同地区的地层单元进行比较 以确定它们之间的层位关系 所谓层位关系 就是先后顺序 即相对年代 所谓层位相当 就意味着它们是同一时代的地层 地层对比 层位比较 对比方法基于各种各样的 标志 岩性标志 生物标志等 基本做法是将待定地层与已定地层比较 利用 已知 推断 未知 法定的已定地层即 标准剖面 或称 层型 stratotype 地层划分对比 岩性水平界线划分示意图 岩性垂直界线划分示意图 六合桂子山剖面划分实例 六合桂枝山玄武岩剖面 下玄武岩层深灰色 强风化 黄褐色砂砾层 细分为底部灰白色砾石 下部黄褐色砾石 上部黄褐色砂层 红褐色砾石层 具微斜层理 玄武岩 沉积间断是一个重要概念 沉积旋回是另一个重要概念 地壳运动是地层分析的重要因素 地层学的目的就是要恢复地壳发展历史 地壳运动会引起沉积和地层的变异 因此从沉积和地层的变异就可以反推地壳运动的过程 如早更新世中国北方海相地层的分布高程所反映的地壳升降量 二 第四纪地层研究的主要方法 八种主要方法 八个门类的标志 岩性地层学方法 定义 根据岩石学和沉积学的原理对地层进行划分对比并研究地层形成条件的方法 主要标志是岩性岩相 也即本章第一节所论述的第四纪沉积物的结构特征 构造特征 矿物特征 颜色和化学特征 这是地层划分对比的最基本的方法 原理 不同的岩性岩相反映不同的成因 基本做法是确定 标志层 生物地层学方法 定义 古生物学的分支 根据古生物学的原理和方法划分对比地层并研究地层的形成条件 主要标志是生物相 这是显生宙以来所有地层划分对比的基本方法 其分支有陆相生物地层学 海相生物地层学 微体生物地层学等 原理 生物演化的阶段性 以某些生物属种的初现和绝灭为标志 年代地层学方法 定义 按年代关系从老到新把地层划分为若干年代地层单位从而说明地质历史的学科 早期以年代地层单位为主要研究内容 在绝对年代学 同位素年代学 发展以后 出现了以 年 为单位划分地球发展历史阶段的地质年代表 第四纪地层研究十分重视根据绝对年龄测定来划分地层 原理 地层形成的年代先后关系 气候地层学方法 定义 古气候学的分支 根据古气候学的原理和方法划分对比地层并研究地层的形成条件 包括3个主要分支 冰川气候地层学 深海沉积气候地层学 黄土气候地层学 原理 第四纪冰期 间冰期气候变化旋回 地貌地层学方法 定义 地貌学的分支 根据地貌学的原理和方法来划分和对比地层并研究地层形成的条件 原理 地貌发育与沉积作用的相关性 不同类型的沉积物必然都分布于特定的地貌部位并且形成特定的地貌类型 而且地貌与沉积的发展都与构造运动相联系 具有一定的阶段性和韵律性 这些都可构成地层划分对比的基础 河流阶地沉积物的新老关系 土壤地层学方法 定义 土壤学的分支 根据土壤学的原理和方法来划分对比地层并研究地层形成条件 原理 土壤发育的环境意义 首先 土壤的发育总是代表着一个地面相对稳定的时期 亦即无论沉积作用还是侵蚀作用都相当微弱的时期 这一特征决定了地层中的埋藏土壤具有地层划分对比上的重要意义 其次 不同的土壤类型指示了其形成时的不同的气候环境 伦敦西部黄土中发育的土壤 可分辨三个层位 A 淋溶层 B 淀