《碳酸盐岩相模式》PPT课件

1 第二十六章碳酸盐岩相模式 2 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 碳酸盐岩沉积模式很多典型的有 一 陆表海沉积相模式肖 Shaw 1964 首先把碳酸盐的主要沉积场所 浅海划分为两个不同的类型 即陆表海和陆绿海 陆表海 epeiricsea 也可称为内陆海 陆内海 大陆海等 是位于大陆内部或陆棚内部的 低坡度的 海底坡度一般小于lft mile 范围广阔的 延伸可达几百到几千英里 很浅的浅海 陆缘海 pericontinentalsea 也可称为大陆边缘海 是位于大陆边线或陆棚边缘或大洋边缘 坡度较大的 海底坡度约2 l0ft mile 范围较小的 宽度一般为100 300mile 深度较大的 水深可达200 350m 的浅海 3 4 陆表海和陆缘海是性质大不相同的两种浅海 在地质历史中 沉积碳酸盐岩的海大都是陆表海 但是 现代的浅海 都不是陆表海 而是陆缘海 就是上述所列举的各种现代碳酸盐沉积环境 也不是陆表海 而是与大陆毗邻的或孤立于大洋中的浅水碳酸盐台地 我们现在正生活在海平面从来没有这么低的地史年代中 因此 现在还找不到一个现成的陆表海模式 这也是碳酸盐岩沉积相研究中 采用现实主义原则方面所碰到的困难 肖第一次论述了陆表海的水体能量特征 如图24 l所示 以此奠定了陆表海碳酸盐岩沉积环境分析的理论基础 5 6 欧文 lrwin 1965 在肖的陆表海能量分布模式的基础上 提出了陆表海清水沉积作用的一般原理 所谓清水沉积作用 指的是没有或很少有陆源物质流入的陆表海环境中的碳酸盐沉积作用 也就是说 缺少砂泥陆源物质 水体清澈是陆表海碳酸盐沉积作用的必不可少的环境因素之一 欧文主要根据潮汐和波浪作用的能量 划分出了三个能量带 即远离海岸的X带 低能带 稍近海岸的Y带 高能带 和靠近海岸的Z带 低能带 如图24 2所示 7 二 混积型沉积相模式阿姆斯特朗 strong 1974 曾长期对北美阿拉斯加北极地区的石炭系进行研究 他根据该地区石炭系两种不同的沉积组合 拟定了两个沉积模式 即碎屑岩一碳酸盐岩沉积模式和碳酸盐岩沉积模式 重点介绍前者 碎屑岩一碳酸盐岩沉积模式 如图24 3所示 代表一个海进组合 1 陆相陆相主要为滨海的咸水至淡水沼泽沉积 主要为黑色碳质页岩 粉砂岩及砂岩 夹薄煤层 含大量植物化石 具有冲刷及充填构造 8 2 局限台地相局限台地相又分为两个亚带 即近岸相带和远岸相带 近岸相带以陆源碎屑沉积为主 岩石主要为暗灰色页岩 粉砂岩 细砂岩和泥岩 化石少见 远岸相带以含海绵骨针的泥岩为主 含粘土质 还常含有棘皮类及苔藓类碎屑 9 3 开阔台地相开阔台地相也分为两个亚相带 即向岸相带和向海相带 向岸相带主要为含粪粒 球粒的颗粒质泥岩及泥质颗粒岩 含一些粘土及粉砂 苔藓类 腕足类 有孔虫类以及丛状珊瑚发育 向海相带主要为棘皮类及苔辞类碎屑的泥质颗粒岩和颗粒质泥岩 含粘土很少 近岸浅滩处有大量多角状珊瑚 但丛状珊瑚较少 另外 浅滩相主要为鲕粒及生物碎屑的颗粒岩 具有交错层理 10 三 威尔逊的标准相带模式在研究碳酸盐沉积的分布 发育规律综合出的一理论模式 依据水深 水动力条件 循环条件 盐度分为三大相区 九个标准相带 24个微相 从海至陆九个相带依次是 盆地相 开阔陆棚 广海陆棚 相 碳酸盐岩台地的斜坡脚 或盆地边缘 相 碳酸盐岩台地的前斜坡 或台地前缘斜坡 相 台地边缘的生物礁相 簸选的台地边缘砂 或台地边缘浅滩 相 开阔台地 或陆棚渴湖 相 局限台地相 台地蒸发岩 或蒸发岩台地 相 11 12 13 1 盆地相盆地时B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 14 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 15 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 16 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 17 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 18 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 一般位于海平面之上到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 19 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 调湖及海湾中 因此也可以用陆棚泻湖或台地泻湖来命名 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 20 8 局限台地相 半封闭一封闭的台地 这是一个真正的泻湖 海水循环受到很大限制 盐度显著提高 从地理位置来看 这些泻潮可分为堤礁 堡礁 之间或堤礁 堡礁 之后的泻湖 沿岸砂嘴之后的泻湖以及环礁内的泻湖 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 泻湖内 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 21 9 台地蒸发岩相此带即潮上带 干热地区的潮上盐泪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 泻湖沉积区 22 四 塔克的碳酸盐台地 陆表海模式 23 五 关士聪的综合模式 24 六 阿尔的缓坡模式 25 碳酸盐缓坡是海底向海平面缓倾斜 坡度通常小于l 水体逐渐变深的碳酸盐沉积环境 其土部的近岸高能波浪作用带向下逐渐过渡为深水低能环境 其间没有明显的坡折 缓坡与镶边台地的区别在于缓坡通常缺乏连续的礁带 高能浅滩位于海岸附近 深水重力流沉积的砾屑石灰岩 如果有的话 中缺乏来自浅水环境的砾屑 根据剖面形态 缓坡可分为均匀倾斜缓坡和远端变陡缓坡 如图28 2所示 自陆向海 其相带依次为 l 潮坪 泻湖 其沉积主要为灰泥石灰岩 缺乏开阔海生物群 2 高能浅滩 其沉积主要为颗粒石灰岩 26 27 3 外缓坡 水深在正常浪基面与风暴浪基面之间 其沉积主要为灰泥石灰岩 生屑质灰泥石灰岩 含有多样的正常海生物群 生物扰动强烈 常见向上变细的风暴沉积 可发育点礁 外缓坡再向海则过渡为斜坡和盆地 外缓坡与斜坡之间没有坡折 两者以风暴浪基面为界 斜坡坡度也很小 其沉积主要为灰泥石灰岩 重力流沉积不发育 均匀倾斜缓坡发育于平缓的古构造斜坡上 这种平缓的斜坡可出现于大陆架上远离陆壳一洋壳边界的地方 或出现于前陆盆地俯冲盘的大陆壳上或出现于大陆内部 现代均匀倾斜缓坡见于波斯湾和澳大利亚西部的鲨鱼湾 古代的实例有美国弗吉尼亚地区的中奥陶统和纽约地区的泥盆系 28 远端变陡缓坡具有缓坡的特征 高能浅水环境与低能较深水环境之间是均匀过渡的 不存在明显坡折 也有一些镶边台地的特征 斜坡陡 重力流沉积发育 这种缓坡与镶边台地的区别在于坡折不是发生在浅水高能带附近 而是在远离高能带 水体较深的地方 如图28 2 b 所示 因此斜坡上的重力流沉积缺乏来自浅水高能环境的碎屑 自陆向海 远端变陡缓坡上发育的相带依次为 潮坪 泻湖 高能浅滩和外缓坡 这些相带的沉积特征与均匀倾斜缓坡相似 但与远端变陡缓坡相邻的斜坡坡度明显变陡 重力流沉积发育 层内侵蚀面 滑塌构造等常见 这是与均匀倾斜缓坡的重要区别 29 远端变陡的缓波多发育于有正断层活动或有挠曲的地区 当镶边台地因海平面快速上升而被淹没时 也可演化为远端变陡的缓坡 现代的远端变陡缓坡见于尤卡坦台地 Ahr 1973 是海平面快速上升时期由镶边台地淹没形成的 古代实例包括美国西部的上寒武统一下奥陶统 Cook和Taylor 1977 Cook 1979 上述两类缓坡又可根据相带的发育特征划分为4类 即具有裙滩的缓坡 具有障壁滩的缓坡 具有点礁的缓坡 高能缓坡 30 31 七 镶边台地相模式镶边台地是与大陆紧密相边的具有高能外部边缘的浅水台地 与深水盆地之间有坡度较陡的斜坡 几度到60o以上 沿其边缘发育高能障壁礁或滩带 从而在其向岸侧形成了低能的泻湖 许多镶边碳酸岩台地向陆侧有泻湖 泻湖向陆地方向过渡为碎屑岩海岸 向海方向则逐渐过渡为浅水碳酸盐台地 台地向泻湖的一侧为地形平缓的缓坡 而与广海相邻一侧则为发育较陡的生物礁或浅滩台地边缘 台地边缘前面是坡度大的斜坡 其上重力流沉积发育 泻湖水体一般不深 多为几十米 在正常浪基面之下 风暴浪基面之上 其沉积主要为页岩 夹一些薄层砂岩 当水深较大 海底在风暴浪基面之下时 则会形成缺氧的暗色页岩沉积 在干旱气候下 泻湖中还会有蒸发岩沉积 32 33 34 这种碳酸盐台地通常形成于有河流注入的陆棚上 多位于被动大陆边缘 现代的镶边台地包括澳大利亚大堡礁 佛罗里达南岸以及伯利兹 古代的实例包括 我国南方扬子地台的二叠系 三叠系 加拿大西部的寒武系 加拿大东部的中生界 镶边台地的边缘都分为三种类型 沉积型 或加积 型 过路型和侵蚀型 35 36 1 沉积型 或加积型 的边缘沉积型 或加积型 的台地边缘既有垂向加积又有侧向加积 通常缺乏高并且坡度大的陡崖 台地边缘沉积可与斜坡沉积呈指状交互而不是截然接融 如图28 4 a 所示 自台地向盆地发育的相带依次为 l 潮坪一泻湖体系 颗粒质灰泥石灰岩 灰泥石灰岩 局部发育点礁和滩 海平面周期性地相对下降常导致潮坪广泛发育 甚至可以覆盖整个台地 而海平面的相对快速上升 可导致泻湖和点礁广布 因此在这种台地上常发育测向连续性极好 可横向追索几十甚至几百千米 的向上变浅的米级旋回 2 台地边缘内侧 沉积生屑或鲕粒砂 具有交错层理 并可发育点礁 向陆地方向颗粒含量减少 灰泥含量增高 37 3 台地边缘外侧 发育礁 浅滩 浅滩由生屑砂和来自礁的砾屑组成 同生海底胶结活跃 造礁生物常随水深变化而成带状分布 浅水高能带发育结实的包壳状 块状造礁生物 随水深加大 逐渐变为枝状 页状造礁生物 4 礁前斜坡 沉积灰质砂 角砾和一些灰泥 这些岩层通常呈高角度倾斜 随水深加大 灰泥含量增高 角砾主要来自台地边缘的礁和胶结的浅滩 常见滑塌构造 5 斜坡 席状和水道状油积岩 碎屑流石灰岩以及悬浮沉积的灰泥三灰岩发育 砾屑来自台地边缘礁 滩以及斜坡上沉积的灰泥石灰岩 6 盆地 主要为半深海 深海灰泥石灰岩和页岩 38 2 过路台地边缘过路台地边缘发育于垂向加积较快 能跟上海平面上升的台地 这种边线通常与陡崖或有沟道的斜坡伴生 如图28一4 b c 所示 自台地边缘向深水盆地发育的相带依次为 39 1 台地边缘生物礁及颗粒滩 2 陡崖 高度多在200m以上 为沉积物从边缘到斜坡的过路带 3 环台地塌积群 由角砾 碳酸盐砂以及灰泥夹层组成 如果台地边缘生物礁发育 扬积物中将有大量生物礁砾屑 如果台地边缘颗粒滩发育 塌积物中将有大量碳酸盐砂及颗粒石灰岩砾屑 塌积物与陡崖直接接触并向盆地方向逐渐变细 4 有沟道的斜坡 主要沉积灰泥 其上发育条带状碳酸盐砂及砾屑充填的沟道 5 斜坡下部 主要沉积浊积岩和灰泥 6 盆地 主要沉积灰泥或页岩 40 3 侵蚀台地边缘侵蚀台地边缘常以发育高的陡崖为特征 陡崖高度可达4km 台地边缘发育生物礁 陡崖上部几百米暴露于海水中 由于机械侵蚀后退 陡崖壁上出露了台地内部泻湖 潮评沉积的石灰岩 如图28 4 d 所示 自台地边缘向深水盆地方向发育的相带依次为 41 1 台地边缘的生物礁和颗粒滩 2 陡崖 其下部暴露了台地内部泻湖 潮坪沉积的石灰岩 并直接与塌积物接触 3 环台地塌积裙 由角砾 碳酸盐砂 灰泥夹层组成 其重要特征是有由鸟眼石灰岩 叠层石石灰岩和泻湖沉积形成的角砾 从而表明台地边缘发生过大规模后退 这些砾屑与来自生物礁和浅滩的砾屑混合 42 镶边合地通常是由具有生物礁障壁的缓坡演化而来 障壁处由于有造礁生物发育 碳酸盐产率高 随海平面不断上升 障壁会不断加积增高形成较陡的边缘 随着时间的推移 加积型和进积型台地边缘可以演化为过路型或陡崖型台地边缘 镶边台地最可能在低纬度地区的大陆架上发育 这里造礁生物繁盛 在前陆盆地中 这种台地不发育 主要是因为这种盆地中水体循环受限 而且陆源物质注入较多导致水体浑度较大 在高纬度地区 由于造礁生物少见 通常形成缓坡而不是镶边合地 43 44 八 孤立碳酸盐台地相模式孤立碳酸盐台地远离大陆架 通常几十或几百千米宽 位于陆壳 过渡壳的断块或火山上并被深水包围 通常水深为几百米甚至4km以上 如图28 5所示 其中一些这样的台地又称为环礁 特别是当其内部有较深的清湖和明显隆起的边缘时 边缘为生物礁的台地 内部较深 可达20m 沉积物主要为生物颗粒和灰泥 边线以浅滩为主的台地 内部通常浅而平坦 其沉积主要为球粒砂和灰泥 孤立台地与镶边台地或缓坡的重要区别之一是其边缘可以是迎风 也可以是背风侧 迎风侧通常发育生物礁 背风侧通常发育颗粒滩 潮汐作用活跃的台地边线通常发育鲕粒滩 45 46 47 极少数情况下 孤立台地的边缘是平缓的 其剖面特征和相带特征与缓坡相似 Matti和McKee 1977 更多的情况下 台地的边缘是陡的 与镶边台地的边缘相似 较陡的台地边缘可以发育陡崖 其倾角可达600以上 高几百米至4km 向下过渡为坡度较小的斜坡 坡度为1 15 再向下 斜坡过渡为地形平坦的盆地 对于具有陡崖台地边缘的孤立台地 从台地到盆地发育的相带依次为 1 台地内部 可发育潮坪 浅滩 点礁 局限台地 开阔台地 沉积物为灰泥石灰岩 颗粒质灰泥石灰岩 颗粒石灰岩 准同生白云岩 局部有礁石灰岩和蒸发岩 向上变浅的米级旋回发育 48 2 台地边缘