《地层学与地史学》第二章地层的沉积环境课件

1、第二章地层的沉积环境及沉积作用第1页，共82页。第二章 地层的沉积环境及沉积作用一、沉积相概念及相对比定律二、沉积环境的判别标志三、沉积环境与沉积相类型四、古地理图及其意义第2页，共82页。1 沉积环境(sedimentary environment) 一个具有独特的 物理、化学和生物 特征的自然地理单元2 沉积相(Sedimentary facies)反映沉积记录成因（环境、条件和沉积作用）的岩石特征和生物特征的综合。即沉积记录成因的物质表现。岩相(lithofacies, petrofacies)生物相(biofacies)一、沉积相概念及相对比定律第3页，共82页。Carbonate f

2、aciesShale faciesSandstone faciesShale & coal facies3 相变地层的岩石特征和生物特征及其所反映的沉积环境和沉积作用在空间（横向）上的变化。第4页，共82页。5、相对比定律：19世纪末期由德国学者瓦尔特（J.Walther，1894)提出，“只有那些目前可以观察到是彼此毗邻的相和相区，才能原生的重叠在一起”。 相对比定律又称瓦尔特定律。4、岩相分析:根据地层中岩性特征和生物特征等,推论其生成环境的方法称岩相分析。第5页，共82页。Stratigraphical conformities Gradual transgressiontransgre

3、ssion第6页，共82页。Stratigraphical conformities? Continental陆相?Deep-sea深海相第7页，共82页。6、岩相分析的基本原则将今论古现代和地史时期所形成的物质记录有许多类似之处。第8页，共82页。PresentPastPrinciple of Uniformitarianism “The Present is the key to the past”第9页，共82页。Rain dropsSubaerial, most likely semi-humid environmentMudcracks1000Ma第10页，共82页。 What is

4、 an Uniformitarianism“The past history of our globe must be explained by what can be seen to be happening now” (James Hutton). It was named Uniformitarianism by Charles Lyell (1830; Hutton, 1795)第11页，共82页。Brachiopods现代腕足动物以正常浅海为主，各种水深均能生存，但在水深左右最多;化石腕足类大多数生活在盐度正常的浅海环境中，但中生代以来发现它们与某些深水类别共生Uniformitar

5、ianism-1?第12页，共82页。1)利用生物种类及其保存特征来鉴别其生存环境。 海洋环境:蜓、珊瑚、层孔虫、腕足、菊石、三叶虫、笔石等 大陆环境:陆生植物陆生脊椎动物和淡水软体动物等2)可以根据某些生物判断海水的盐度及古气候。如： 狭盐度生物（珊瑚、菊石、腕足等） 广盐度生物（某些腹足、双壳类等） 1、生物标志二、沉积环境的判别标志(相标志)第13页，共82页。Modern distribution of major fossilizable invertebrate and algae in relation to salinity. After Heckel (1972)第14页，共

6、82页。 喜暖生物（造礁珊瑚、多数藻类、海绵、层孔虫等） 喜冷生物（某些小型单体珊瑚、厚壳的腕足和双壳） 棕榈、樟树长绿阔叶林热带气候指示性植物 松树和银杏等落叶林分布于温带区，年轮清晰3)可以根据某些生物判断其生活的水体深度。 在含氧丰富和透光良好、海水深达0-50米的地带，底栖生物丰富，可含有大量的底栖的有孔虫、三叶虫、腕足类、灰质海绵、层孔虫和块状珊瑚等。 100-200米生物逐渐减少，但有很多苔鲜虫、具铰纲腕足类、海绵和海胆。 一些薄壳的腕足类、硅质海绵、枝状苔鲜虫等生活在200米以下较深水域。 遗迹化石组合也可判断水深第15页，共82页。第16页，共82页。第17页，共82页。4)可

7、以根据生物化石在地层中保存的完整程度来判断水动力的强弱和搬运的远近。 原地埋藏 ： 化石保存完好、无磨损或保持原位生长状态 异地埋藏：化石破损第18页，共82页。2、物理标志(1)沉积物颜色 浅色岩石 含有机质低 浅水动荡的氧化条件 暗色岩石 深水 静水和还原条件 紫红色 强氧化 暗绿色 相对还原(2)沉积物结构 粒度 圆度 分选 定向性 支撑类型 沉积条件的能量第19页，共82页。 1)层面构造与暴露标志 层面构造指出现在沉积岩层面上的构造，有时与沉积物同时形成。 波痕（对称和不对称波痕） 冲刷痕，刻压痕。 (3)原生沉积构造第20页，共82页。波痕第21页，共82页。波痕的形成：b、c示不

8、对称波痕；d、e示对称波痕第22页，共82页。Flutes on the soles of sandstone第23页，共82页。 暴露标志指形成于沉积作用之后，并能指示沉积物曾暴露于地表的层面构造。 如动物的爬痕，足迹，泥裂，雨痕(雹痕)等。更明显的区域性暴露标志是古风化壳，在不同的气候带具有明显不同的识别标志。第24页，共82页。虫迹孔龙脚印干裂干裂 暴 露 标 志第25页，共82页。第26页，共82页。 2)、层理构造 层理是两个层面之间由于岩石的性质在垂直层面方向上，由成分、颜色、结构的变化所显示的层状构造。 常见的层理有 水平纹理（层理） 交错层理 平行层理 递变层理 块状层理第27

9、页，共82页。Basic terms of bedding第28页，共82页。第29页，共82页。Wedge-bedding formed by wind, Utah, USA第30页，共82页。Wedge-bedding formed in the shallow lake-facies sandstone, Neogene(N2), 塔北第31页，共82页。A Tabular cross-beddingC Trough cross-bedding第32页，共82页。Tidal beddings, P1, NSW, Australia第33页，共82页。Graded bedding 阿勒泰，

10、D1第34页，共82页。3）准同生变形构造滑塌构造（slump structure ） 由于受地震、风暴等因素的影响，处于塑性状态的沉积物通过重力作用沿大陆斜坡发生移动而产生的变形构造（准同生变形构造）。 多见于大陆斜坡较深水沉积物中，并形成浊积岩或深水碳酸盐岩，为识别古坡向的重要标志。第35页，共82页。Load-casts on the base of sandstone bed from an interbedded sandstone/mudstone sequence, P,天山负载构造覆盖在泥质岩之上的砂层底面上的瘤状突起第36页，共82页。Loadcasts第37页，共82页。c

11、onvolute beddings in the lacustrine facies, N2, 山旺包卷层理第38页，共82页。4）化学及生物成因构造Eye-birds in dolomite, Pt2,铁岭组， 周口店第39页，共82页。Present stromatolites, Shark Bay, Australia 第40页，共82页。Stromatolites, Pt2, Beijing 第41页，共82页。（1）沉积物结构组分如纯净的石英砂岩形成于浅水高能条件(如海滩环境)；鲕状灰岩多形成于水质清洁的动荡浅水环境(鲕粒滩、坝)；富含长石、不稳定岩屑的杂砂岩形成于颗粒未经充分筛选的

12、快速沉积场所（如断陷盆地）；以灰泥为主的泥状灰岩则反映低能的沉积条件（如陆棚或泻湖沉积）。3、岩矿地化标志第42页，共82页。3、岩矿地化标志（2）自生矿物（原始沉积时期或固结成岩以前形成的矿物）与沉积环境中的特定地球化学条件有关，并能指示其沉积环境。 海绿石、磷块岩一般见于浅海陆棚。 鲕状赤铁矿、鲕绿泥石和针铁矿 一般形成在较浅水区（包括湖盆中）第43页，共82页。3、岩矿地化标志（3）稀土和微量元素及稳定同位素对于研究沉积环境、生物作用、陆源区性质（母岩成分）、古气候特点和古地理再造都具重要作用。 如鈰（Ce）的含量变化反映了三种不同的沉积环境,由大陆边缘洋盆至大洋中脊附近在逐步递减。 第

13、44页，共82页。4、其它标志沉积相的纵向变化序列， 横向变化关系及沉积体的空间几何形态相模式第45页，共82页。Vertical sequence of the indicators-facies model第46页，共82页。 以海平面为标志，可以将地表沉积环境分成三大类型1、大陆环境的沉积相类型 特点是：地形复杂，地质作用多样，沉积介质影响显著（水、冰川和风等介质）受气候分带的影响也明显。 因此，各地区沉积特征及陆生生物（尤其是植物）的生态特征及地理分布均存在明显的差异，故而造成了沉积作用和沉积物类型的多样性和复杂性。三、沉积环境与沉积相类型第47页，共82页。各种沉积环境第48页，共8

14、2页。1）潮湿气候平原沉积相类型 气候潮湿、地形起伏微弱、平原广布，在热带和温带地区都有发育。多雨、生物繁盛、河网密集，湖泊发育，沉积类型多样。A、蛇曲河（曲流河）沉积类型在平原区，河谷宽，流速小，河床坡度小，蛇曲现象发育。蛇曲河具二元结构河道（床）沉积洪泛平原沉积（河漫滩）另有决口扇沉积第49页，共82页。第50页，共82页。B、湖泊相 在降雨量充沛的潮湿气候区多形成淡水湖泊。根据湖水深度可分为滨湖、浅湖和深湖。特点：水体封闭，从湖滨到湖心，随着湖水深度的增加，水动力逐步减弱，沉积物有从粗到细的机械分异现象；层理类型也由交错层理渐变为水平纹理。沉积相分布基本上呈环带状分布。第51页，共82页

15、。第52页，共82页。（2）干旱气候平原沉积相类型 气侯干旱，少雨、风大、河流不发育，湖水浅且多为咸水湖，沙漠广布。 常见沉积类型有：风力作用形成的沙漠和黄土沉积、季节性河流沉积以及咸水湖泊等沉积类型。第53页，共82页。（3）山麓及山间盆地沉积类型 形成于山间和山前地带。地势起伏悬殊，高差和坡度大，以快速堆积为特征。如：洪积扇堆积，以粗砾为主，多呈棱角状，分选和磨圆极差，砾径大小混杂；一般扇根处最粗，向扇端和两侧逐渐变细；层理多不发育，常为块状构造。具磨拉石建造之特点。 第54页，共82页。华北中生代洪积扇砾岩第55页，共82页。2、过渡环境的沉积相类型 以三角洲环境为典型代表。沉积体由相互

16、连接的三部分组成。（1）三角洲平原（顶积层）：是三角洲的陆上部分。包括分支河道砂质沉积和泛滥平原上的粉砂、粘土和泥炭沉积，陆生生物化石丰富；（2）三角洲前缘（前积层）：水平面以下，三角洲向海推进的前坡,以砂和粉砂为主；常发育大型交错层理，有时具浪成波痕；远离河口处形成席状砂体，以粉砂为主并出现水平层理，可含植物碎片和海（湖）生物碎片。（3）前三角洲（底积层）：位于三角洲前缘向海（湖）的方向上。以粉砂和粘土为主，多具水平层理或块状层理，海（湖）生生物增多，有机质丰富。第56页，共82页。由于三角洲沉积体不断向海（湖）方向推近，这时则以侧向加积为主，形成前积层底部明显的下超形态。因而，在剖面上，沉

17、积物自下而上呈现出由细到粗的反旋回序列。也是三角洲沉积的一个主要识别标志。第57页，共82页。主要沉积环境位置示意图:示三角洲第58页，共82页。沉积环境第59页，共82页。三、海洋环境的沉积相类型根据海底地形和海水深度，可进一步划分为滨海（潮汐带）、浅海（陆棚或陆架）、次深海（大陆斜坡）及深海（大洋盆地）第60页，共82页。（1）碎屑型滨海沉积相类型 滨海带是指浪基面以上的海岸地带，也称滨岸沉积环境。受潮汐和海浪的影响最为强烈，滨海区的宽度随海岸地形而定。 A、有障壁的海岸： 可形成平行海岸的砂坝（多由分选好的石英砂组成，交错层理发育）和泻湖沉积（形成于砂坝与海岸之间，与广海呈隔离状态，水浅

18、而低能，以粉砂和粘土沉积为主，水平层理发育，含广盐度生物群。第61页，共82页。 沙垄 沙坝第62页，共82页。泻湖沉积 当淡水注入量大时，可形成滨岸沼泽,若植物发育则形成泥碳沉积。 与广海连通不好的海湾或泻湖，在气候干燥条件下，由于蒸发量大，可形成咸化海湾或泻湖，则形成白云岩、硬石膏、石膏和盐岩沉积。第63页，共82页。 B、无障壁的海岸 滨海带较宽广，且平坦，形成潮坪环境（有沉积作用），无沉积作用的称为潮浦。以潮汐作用为主。可进一步划分为潮上、潮间和潮下（050m,为亚浅海）三个带。第64页，共82页。潮上带:处于平均高潮面以上,仅在最高潮时被淹没。以砂、粉砂和泥质沉积为主，干裂、雨痕等暴

19、露标志发育，可见陆生动物的足迹。潮间带：处于平均高潮面与平均低潮面之间,海水反复进退的地区，水动力强，发育双向交错层理和透镜状、脉状及波状层理，具垂直层面的潜穴等水下标志，也有暴露标志。潮下带（也称亚浅海）：平均低潮面与浪基面之间, 始终被海水淹没。可进一步划分为潮下高能环境和潮下低能环境。 第65页，共82页。 A、潮下高能环境：由于波浪的强烈扰动作用，多形成石英砂，交错层、水流冲刷面和波痕多见，由于水浅而动荡，富氧，透光性好，营养充分，狭盐度底栖生物大量繁殖。 B、潮下低能环境：以细粒粉砂和泥质沉积为主，水平层理和水平波状层理发育，以广盐度生物如双壳类、介形类等为特色。第66页，共82页。

20、（2）碎屑型浅海沉积相类型 位于浪基面以下，水深一般50-200m的海域，即陆棚或陆架地带。这一地带海域广阔，可达数百公里。受潮汐流和气象因素控制（风暴、洋流）。 特点：常以泥岩、页岩、粉砂岩沉积为主，夹有薄的粉砂、砂、贝壳层或生物碎屑灰岩； 富含狭盐底栖生物，如珊瑚、腕足、棘皮、苔藓虫、钙质有孔虫等，也常见有丰富的遗迹化石（动藻迹等），化石保存完整，分异度高。第67页，共82页。 浅海陆棚沉积中常出现风暴流沉积。 风暴流是短暂的强风（飓风、台风）造成的强海流事件。当风暴浪发生时，原正常浪基面下形成的沉积物受到冲蚀，形成侵蚀面，并有砾屑滞留； 风浪将沉积物卷起形成具密度流或重力流性质的风暴流，

21、在粗碎屑陈积中形成粒序层理。 风浪减弱时，细粒沉积物在风暴浪导致的底流影响下形成丘状层，再变为波纹层理；风暴停息后，又沉积泥质悬浮物。第68页，共82页。（3）碳酸盐型滨浅海沉积相类型 以碳酸盐沉积为主的滨浅海相，一般具有由碳酸盐缓坡向台地演化的浅水碳酸盐沉积特征。 A、碳酸盐缓坡：是指从岸线向盆内缓慢倾斜的斜坡，与较深水的低能环境之间一般无明显波折。当碳酸盐缓坡存在时，自近岸到远岸一般从潮坪沉积、泻湖沉积的鲕粒或团粒浅水碳酸盐相变为较深水泥质粒泥灰岩或泥灰岩沉积，其中含各种完整的广海生物化石。第69页，共82页。碳酸盐潮坪中，潮上带沉积以发育雨痕、雹痕、泥裂、鸟眼构造为特征；潮间带则发育藻纹

22、层及藻叠层石，当未固结的碳酸盐沉积被风暴浪打碎并滚动磨圆，暴露地表时往往形成氧化圈，然后在水下被胶结形成竹叶状构造；潮下带高能环境下形成由鲕粒、生屑组成的亮晶粒状灰岩，常见交错层理，大量底栖生物发育；潮下带低能环境则以泥晶灰岩沉积为主，发育水平层理。第70页，共82页。B、生物礁和碳酸盐台地位置：碳酸盐缓坡的浪基面与水下斜坡的交截区，有利于形成生物碎屑砂坝和生物营造的、地形向上隆起的初期建隆，由于建隆的出现，这时原来的碳酸盐缓坡开始转变成了碳酸盐台地 。 特点：水体浅、富氧和营养、透光好，生物大量繁殖，一些造礁生物如群体珊瑚等大量发育而形成生物礁。 生物礁如果继续向上和向前营造或加积,可形成向

23、海盆方向坡度陡,向陆棚方向坡度缓的建隆,即所谓的镶边碳酸盐浅水台地。 第71页，共82页。第72页，共82页。 C、陆棚海位置：朝海岸方向与大陆相邻，朝海洋方向与大陆斜坡相邻的一个浅水碳酸盐沉积环境。特点：水深变化大，从十几米到200米.海底位于正常浪基面之下，碳酸盐分布广而连续，多呈板状或蓆状体。岩性及生物特征：主要由粒泥灰岩（Wackstone）组成，泥粒灰岩（Packstone）和灰泥灰岩（mudstone）常与泥灰岩或页岩呈互层，局部有粘结灰岩和生物碎屑颗粒灰岩。正常浅海相生物化石组合（珊瑚、腕足、苔藓虫、三叶虫等）。第73页，共82页。（4）深海和次深海沉积相类型位置：浅海陆棚坡折外侧的大陆斜坡、陆隆及深海平原。陆隆：如果大陆斜坡及深海平原相接处存在深海沟则无陆隆,如果发育海底扇,即存在陆隆。常见沉积类型有两种：即海底扇和大洋盆地沉积。A、海底扇：是一种块体重力流的再沉积作用。是指由于风暴、地震等因素的触发，在浊流作用驱动下，将浅水陆棚边缘的大量沉积物沿海底峡谷顺大陆斜坡以高速度运向深水区，至大洋边缘因坡