《沉积地质学》大学笔记

《沉积地质学》大学笔记目录第一章：沉积地质学概论 1第二章：沉积物与沉积岩 3第三章：物理沉积作用 5第四章：化学与生物化学沉积作用 7第五章：沉积盆地与沉积体系 9第六章：沉积相与沉积环境分析 10第七章：沉积构造与沉积相模式 12第八章：古气候与古海洋环境的沉积记录 13第九章：沉积作用与油气资源 15第十章：沉积盆地与大地构造背景 16第十一章：沉积作用与古地理重建 18第十二章：沉积地质学与地球系统科学 19第一章：沉积地质学概论1.1沉积地质学的定义与研究范畴沉积地质学是研究沉积物和沉积岩的形成、演化及其与地球表面过程相互关系的科学。它涉及沉积作用、沉积物的搬运与沉积、沉积岩的成岩作用以及沉积盆地的形成与演化等多个方面。沉积地质学的研究范畴广泛，包括物理沉积作用、化学与生物化学沉积作用、沉积盆地分析、层序地层学、沉积体系与沉积相等。表1-1沉积地质学的主要研究内容序号研究内容描述1沉积作用沉积物在风、水、冰、重力等搬运介质下的搬运与沉积过程2沉积物沉积物的来源、分类、搬运机制及其在不同环境下的沉积特征3沉积岩沉积岩的形成、类型、结构与构造特征，以及成岩作用过程4沉积盆地沉积盆地的形成、演化、分类及其内部沉积体系的发育与分布5层序地层学利用沉积序列和层序界面划分地层，研究沉积盆地充填历史与古环境6沉积体系与沉积相不同沉积环境下形成的沉积体系及其沉积相特征，以及沉积相分析方法1.2沉积地质学在地球科学中的重要性沉积地质学不仅是地质学的一个重要分支，也是地球科学中不可或缺的一部分。它为我们提供了理解地球表面过程、地球历史、地球环境变迁以及资源勘探与开发等方面的关键信息。沉积地质学的研究成果在油气勘探、矿产资源评价、水资源管理、地质灾害防治以及环境保护等领域具有广泛的应用价值。1.3沉积作用的基本过程与类型1.3.1搬运介质对沉积物的影响沉积物的搬运与沉积过程受到多种搬运介质的影响，包括风、水、冰和重力等。不同搬运介质下，沉积物的搬运机制、沉积特征以及沉积物的类型均有所不同。例如，在水流作用下，沉积物主要通过悬浮、推移和跳跃等方式进行搬运；而在风力作用下，沉积物则主要通过悬浮和跃移方式进行搬运。1.3.2沉积作用类型根据沉积作用的动力学特征和沉积环境的不同，沉积作用可以划分为物理沉积作用、化学沉积作用和生物化学沉积作用三种类型。物理沉积作用是指沉积物在搬运介质的作用下，通过机械方式沉积下来的过程；化学沉积作用是指溶解在水中的物质在特定条件下发生沉淀，形成沉积物的过程；而生物化学沉积作用则是指生物体通过新陈代谢作用产生沉积物，或者生物遗体在沉积过程中形成化石沉积物的过程。第二章：沉积物与沉积岩2.1沉积物的来源与分类2.1.1沉积物的来源沉积物的来源主要包括岩石风化产物、火山喷发物、生物遗体以及宇宙物质等。岩石风化产物是沉积物的主要来源之一，包括物理风化、化学风化和生物风化产生的碎屑物质。火山喷发物则可以形成火山灰、火山渣等沉积物。生物遗体在沉积过程中可以形成化石沉积物，而宇宙物质如陨石等也可以成为沉积物的来源。2.1.2沉积物的分类根据沉积物的成分、结构和成因特征，可以将其划分为碎屑沉积物、化学沉积物和生物化学沉积物三大类。碎屑沉积物主要由岩石碎屑组成，包括砂、粉砂和黏土等；化学沉积物主要由溶解在水中的物质沉淀而成，如石膏、岩盐等；生物化学沉积物则主要由生物遗体或生物活动产生的物质组成，如珊瑚礁、贝壳层等。2.2沉积物的搬运与沉积机制2.2.1搬运机制沉积物的搬运机制主要包括悬浮、推移和跳跃等方式。悬浮是指沉积物颗粒在水中或空气中被搬运的状态；推移是指沉积物颗粒在搬运介质的作用下沿地表滚动或滑动；而跳跃则是指沉积物颗粒在搬运过程中因受到冲击力而跳跃前进。2.2.2沉积机制沉积机制主要取决于搬运介质的性质、沉积物的性质以及沉积环境的特征。在水流作用下，沉积物主要通过悬浮和推移方式沉积下来；而在风力作用下，沉积物则主要通过悬浮和跳跃方式沉积。沉积物的沉积过程还受到地形、水流速度、沉积物颗粒大小等多种因素的影响。2.3沉积岩的形成与特征2.3.1沉积岩的形成沉积岩是由沉积物经过成岩作用而形成的岩石。成岩作用主要包括压实作用、胶结作用和交代作用等。压实作用是指沉积物颗粒在重力作用下相互挤压，使颗粒间的空隙减小，形成致密的岩石；胶结作用是指溶解在水中的矿物质在沉积物颗粒间形成胶结物，将颗粒牢固地结合在一起；交代作用则是指沉积物中的某些成分被其他成分所取代，形成新的矿物。2.3.2沉积岩的特征沉积岩具有层理构造、结核、波痕等特征。层理构造是沉积岩中最常见的构造特征之一，它反映了沉积物沉积时的层状结构；结核则是沉积岩中常见的圆形或椭圆形团块，由某种矿物或岩石碎屑组成；波痕则是沉积岩中由水流或风等外力作用形成的波状起伏痕迹。2.4常见沉积岩类型及其识别标志2.4.1碎屑岩碎屑岩是由岩石碎屑组成的沉积岩，包括砂岩、粉砂岩和黏土岩等。砂岩主要由砂粒组成，颗粒间有明显的空隙；粉砂岩则由粉砂粒组成，颗粒间空隙较小；黏土岩则主要由黏土矿物组成，具有细腻的质地和可塑性。2.4.2化学岩与生物化学岩化学岩是由溶解在水中的物质沉淀而成的沉积岩，如石膏、岩盐等。生物化学岩则是由生物遗体或生物活动产生的物质组成的沉积岩，如珊瑚礁、贝壳层等。这两类沉积岩在成分、结构和成因特征上均有明显的区别。第三章：物理沉积作用3.1搬运介质对沉积物的影响3.1.1水流作用水流是沉积物搬运与沉积的主要动力之一。水流作用下，沉积物主要通过悬浮、推移和跳跃等方式进行搬运。水流速度、水深以及沉积物颗粒大小等因素均会影响沉积物的搬运与沉积过程。例如，在水流速度较快的情况下，沉积物主要以悬浮方式搬运；而在水流速度较慢的情况下，沉积物则主要以推移和跳跃方式搬运。3.1.2风力作用风力作用下，沉积物主要通过悬浮和跳跃方式进行搬运。风力大小、风向以及沉积物颗粒大小等因素均会影响沉积物的搬运与沉积过程。在风力较强的地区，沉积物可以被搬运到较远的距离；而在风力较弱的地区，沉积物则主要在近源地区沉积。3.2沉积构造与沉积环境分析3.2.1沉积构造沉积构造是沉积岩中反映沉积过程和沉积环境的各种构造特征。常见的沉积构造包括层理构造、波痕、结核、冲刷面等。这些构造特征不仅可以帮助我们识别沉积岩的类型和成因，还可以为我们提供关于沉积环境和沉积过程的重要信息。3.2.2沉积环境分析通过对沉积构造、沉积物类型以及沉积序列等特征的综合分析，我们可以推断出沉积岩的形成环境和沉积过程。例如，通过层理构造的倾斜方向和倾斜角度，我们可以判断沉积岩的沉积方向；通过沉积物颗粒的大小和形状，我们可以推断出沉积时的水流速度和水深条件；通过沉积序列中的层序界面和沉积相的变化，我们可以了解沉积盆地的充填历史和古环境的变化。3.3海滩、河口、湖泊等环境下的沉积特征3.3.1海滩沉积海滩是海洋与陆地之间的过渡地带，其沉积特征受到海浪、潮汐和河流等多种因素的影响。海滩沉积物主要由砂粒组成，颗粒间有明显的空隙。在海滩上，我们可以观察到波浪形成的波痕、潮汐形成的潮汐韵律层以及河流带来的河流沉积物等特征。3.3.2河口沉积河口是河流与海洋交汇的地方，其沉积特征受到河流和海洋双重作用的影响。河口沉积物主要由砂、粉砂和黏土等组成，颗粒大小分布较广。在河口地区，我们可以观察到河流带来的河流沉积物与海洋带来的海相沉积物相互交错的现象，以及潮汐作用形成的潮汐韵律层等特征。3.3.3湖泊沉积湖泊是内陆水体，其沉积特征受到湖泊水位、水流速度、湖泊形态以及气候条件等多种因素的影响。湖泊沉积物主要由黏土、粉砂和砂等组成，颗粒大小分布较均匀。在湖泊中，我们可以观察到由于水位变化而形成的层理构造、由于水流作用而形成的波痕以及由于生物活动而形成的生物遗迹等特征。第四章：化学与生物化学沉积作用4.1化学沉积作用的基本原理4.1.1溶解与沉淀化学沉积作用主要涉及溶解在水中的物质在特定条件下发生沉淀的过程。这些物质可能来源于岩石的风化、火山活动或生物体的新陈代谢等。当这些物质溶解在水中后，随着水流搬运到适宜的环境（如温度、压力、pH值等条件发生变化），它们会发生沉淀，形成化学沉积物。4.1.2沉积物的类型化学沉积物主要包括碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物岩等。其中，碳酸盐岩是最常见的化学沉积岩之一，主要由方解石、白云石等矿物组成；硫酸盐岩则主要由石膏、硬石膏等矿物组成；卤化物岩则以岩盐为代表。表4-1化学沉积物的主要类型及其特征序号沉积物类型主要矿物形成条件典型实例1碳酸盐岩方解石、白云石温暖、浅水、富含CO₂的水体石灰岩、白云岩2硫酸盐岩石膏、硬石膏蒸发作用强烈的环境石膏层、硬石膏层3卤化物岩岩盐干旱、蒸发作用强烈的环境岩盐矿4.2生物化学沉积作用4.2.1生物体的作用生物化学沉积作用是指生物体通过新陈代谢作用产生沉积物，或者生物遗体在沉积过程中形成化石沉积物的过程。生物体在生长过程中会吸收周围环境中的物质，如CaCO₃、SiO₂等，这些物质在生物体内以骨骼、贝壳等形式存在。当生物体死亡后，它们的遗体或遗骸在沉积过程中会逐渐矿化，形成化石沉积物。4.2.2沉积物的类型与特征生物化学沉积物主要包括珊瑚礁、贝壳层、硅质岩等。珊瑚礁是由珊瑚虫等生物体在海洋中形成的钙质沉积物，具有多孔、轻质、抗压强度高等特点；贝壳层则是由贝类等生物体的壳体在沉积过程中堆积而成的沉积物，具有层状结构；硅质岩则是由硅藻等生物体在海洋中形成的硅质沉积物，具有细腻的质地和丰富的生物遗迹。第五章：沉积盆地与沉积体系5.1沉积盆地的类型与特征5.1.1沉积盆地的类型沉积盆地是地球表面接受沉积物堆积的低洼地区。根据成因和形态的不同，沉积盆地可以分为构造盆地、侵蚀盆地和火山盆地等类型。构造盆地是由地壳运动形成的低洼地区，如裂谷盆地、坳陷盆地等；侵蚀盆地则是由河流、冰川等外力作用侵蚀形成的低洼地区；火山盆地则是由火山活动形成的低洼地区。5.1.2沉积盆地的特征沉积盆地具有明确的边界、相对稳定的沉积环境和一定的沉积厚度。在沉积盆地内部，沉积物按照一定的层序堆积，形成了具有层理构造、波痕、结核等特征的沉积岩。同时，沉积盆地还常常伴随着岩浆活动、构造变形等现象。5.2沉积体系的类型与特征5.2.1沉积体系的类型沉积体系是指具有相似沉积特征和成因联系的沉积物组合。根据沉积环境和沉积物的不同，沉积体系可以分为河流沉积体系、湖泊沉积体系、三角洲沉积体系、滨海沉积体系、浅海沉积体系等类型。5.2.2沉积体系的特征不同类型的沉积体系具有不同的沉积特征和成因联系。例如，河流沉积体系主要由河床沉积、河漫滩沉积等组成，具有层理构造、波痕、冲刷面等特征；湖泊沉积体系则主要由湖岸沉积、湖底沉积等组成，具有细腻的质地、丰富的生物遗迹等特征；三角洲沉积体系则是由河流进入海洋或湖泊时形成的沉积物组合，具有分选性好、层理构造发育等特征。5.3沉积盆地的演化与沉积序列5.3.1沉积盆地的演化沉积盆地的演化是一个复杂的地质过程，涉及地壳运动、气候变化、海平面升降等多种因素。在沉积盆地的演化过程中，沉积环境、沉积物类型和沉积速率等都会发生变化。这些变化在沉积序列中得到了记录，为我们了解沉积盆地的演化历史提供了重要依据。5.3.2沉积序列的划分沉积序列是指按照一定的层序堆积的沉积岩组合。根据沉积物的类型、成因和沉积环境的不同，可以将沉积序列划分为不同的层序单元。这些层序单元在沉积盆地中呈现出一定的规律性分布和演化趋势，为我们研究沉积盆地的演化历史提供了重要线索。第六章：沉积相与沉积环境分析6.1沉积相的概念与分类6.1.1沉积相的概念沉积相是指具有一定的沉积特征和成因联系的沉积物组合所代表的古沉积环境。它是沉积地质学研究中的重要概念之一，用于描述和解释沉积物的形成环境和沉积过程。6.1.2沉积相的分类根据沉积环境和沉积物的不同，沉积相可以分为陆相、海相和过渡相等类型。陆相沉积相主要包括河流相、湖泊相、冰川相等；海相沉积相则包括滨海相、浅海相、深海相等；过渡相则是指河流与海洋或湖泊之间的过渡地带形成的沉积相，如三角洲相等。6.2沉积相的特征与识别标志6.2.1沉积相的特征不同类型的沉积相具有不同的沉积特征和成因联系。例如，河流相沉积物通常具有层理构造、波痕、冲刷面等特征；湖泊相沉积物则常常具有细腻的质地、丰富的生物遗迹等特征；冰川相沉积物则具有分选性差、层理构造不发育等特点。6.2.2沉积相的识别标志沉积相的识别标志主要包括沉积物的类型、结构、构造以及化石等。沉积物的类型可以反映沉积环境的类型和特征；沉积物的结构和构造则可以反映沉积过程中的物理和化学作用；而化石则可以提供关于生物群落和古环境的重要信息。6.3沉积环境分析的方法与应用6.3.1沉积环境分析的方法沉积环境分析的方法主要包括沉积学研究、地球化学分析、古生物学研究等。沉积学研究主要通过对沉积物的类型、结构、构造等特征进行分析，推断沉积环境的类型和特征；地球化学分析则通过对沉积物中元素的含量和分布特征进行分析，了解沉积环境的地球化学特征；古生物学研究则通过对沉积物中的化石进行分析，了解生物群落的演化和古环境的变化。6.3.2沉积环境分析的应用沉积环境分析在油气勘探、矿产资源评价、水资源管理、地质灾害防治以及环境保护等领域具有广泛的应用价值。通过对沉积环境的研究和分析，我们可以了解沉积盆地的演化历史、沉积物的来源和搬运机制以及古环境的变化等信息，为这些领域的决策提供科学依据。第七章：沉积构造与沉积相模式7.1沉积构造及其分类7.1.1沉积构造的定义沉积构造是指沉积物在沉积、成岩过程中形成的各种物理、化学和生物成因的结构和构造特征。这些特征记录了沉积物堆积时的环境条件和沉积过程。7.1.2沉积构造的分类沉积构造主要分为原生沉积构造和次生沉积构造两大类。原生沉积构造：在沉积物堆积过程中形成的构造，如层理构造、波痕、冲刷面等。次生沉积构造：沉积物堆积后，在成岩过程中或后期改造过程中形成的构造，如结核、缝合线等。7.2层理构造及其类型7.2.1层理构造的定义层理构造是沉积岩中最常见的一种构造，表现为沉积岩中成层状的结构。它记录了沉积物堆积时的水流方向、沉积速率等信息。7.2.2层理构造的类型层理构造主要包括水平层理、平行层理、交错层理等类型。水平层理：层面平行且均匀，无波纹，常见于静水或低能水流环境中。平行层理：由一系列平行且微倾的细层组成，常见于高能水流环境中，如河流、海滩等。交错层理：细层相互交错，形成“之”字形或楔形等形态，记录了水流方向的改变，常见于河流、潮汐等环境中。表7-1层理构造类型及其特征序号层理构造类型特征描述典型环境1水平层理层面平行均匀，无波纹静水或低能水流环境2平行层理细层平行且微倾，无交错高能水流环境，如河流、海滩3交错层理细层相互交错，形成特定形态河流、潮汐等环境7.3沉积相模式7.3.1沉积相模式的定义沉积相模式是对特定沉积环境下沉积物特征和沉积过程的高度概括和总结。它有助于我们理解和预测沉积环境的变化。7.3.2沉积相模式的类型根据沉积环境的不同，沉积相模式可以分为河流相模式、湖泊相模式、三角洲相模式、滨海相模式、浅海相模式等。每种模式都详细描述了该沉积环境下沉积物的类型、结构、构造以及沉积过程等信息。第八章：古气候与古海洋环境的沉积记录8.1古气候的沉积记录8.1.1沉积物中的气候信息沉积物中的矿物成分、粒度分布、化学元素含量等信息可以反映古气候的特征。例如，红层中的铁氧化物含量可以反映古温度和古湿度；黄土中的粒度分布可以反映古风力和降水强度。8.1.2气候旋回与沉积层序气候旋回是指气候在长时间尺度上的周期性变化。这种变化在沉积记录中表现为沉积层序的周期性交替。通过研究这些层序，我们可以了解古气候的演变历史。8.2古海洋环境的沉积记录8.2.1海洋沉积物的类型与分布海洋沉积物主要包括碳酸盐岩、硅质岩、黏土岩等类型。它们的分布受到洋流、水深、生物活动等多种因素的影响。8.2.2古海洋环境的重建通过研究海洋沉积物中的微体化石、同位素比值、化学元素含量等信息，我们可以重建古海洋环境的温度、盐度、氧化还原条件等参数。这些信息对于理解地球历史和气候变化具有重要意义。8.3沉积记录与古环境演化的关系沉积记录是古环境演化的重要载体。通过研究沉积物中的气候信息、海洋环境信息等，我们可以了解地球历史时期的古环境特征、气候变化规律以及生物群落的演化历史。这些信息为我们理解当前地球环境的变化提供了重要的历史背景和科学依据。第九章：沉积作用与油气资源9.1沉积作用与油气储层的形成9.1.1油气储层的定义油气储层是指能够储存和产出石油、天然气的岩层。它们通常具有良好的孔隙度和渗透率，使油气能够在其中流动和储存。9.1.2沉积作用对油气储层的影响沉积作用通过控制沉积物的类型、结构、构造以及沉积环境等因素，影响了油气储层的形成和分布。例如，高能水流环境下的沉积物通常具有较好的分选性和磨圆度，有利于形成高质量的油气储层；而低能水流环境下的沉积物则可能形成低质量的油气储层或盖层。9.2沉积相与油气勘探9.2.1沉积相与油气藏的关系沉积相与油气藏的形成和分布密切相关。不同沉积相下的沉积物具有不同的储集性能和盖层性能。通过研究沉积相的特征和分布规律，我们可以预测油气藏的位置和规模。9.2.2沉积相在油气勘探中的应用在油气勘探中，沉积相的研究可以帮助我们确定勘探目标层位、预测油气藏类型和规模、优化勘探部署等。同时，沉积相的研究还可以为油气田的开发提供重要的地质依据。9.3沉积作用与油气资源的可持续开发9.3.1沉积作用对油气资源开发的影响沉积作用不仅影响了油气储层的形成和分布，还对油气资源的开发产生了重要影响。例如，沉积物的压实作用可能导致储层的孔隙度和渗透率降低；沉积物的胶结作用可能形成致密的盖层，影响油气的运移和聚集。9.3.2沉积作用与油气资源可持续开发的关系为了实现油气资源的可持续开发，我们需要深入研究沉积作用对油气储层的影响机制，优化油气田的开发方案，提高油气采收率。同时，我们还需要加强沉积地质学的研究和应用，为油气资源的勘探和开发提供更加准确和可靠的地质依据。第十章：沉积盆地与大地构造背景10.1沉积盆地的定义与分类10.1.1沉积盆地的定义沉积盆地是指地壳上接受沉积物堆积并形成沉积岩系的低洼地区。它们记录了地球表面长期的沉积作用和构造演化历史。10.1.2沉积盆地的分类沉积盆地根据成因和构造背景可以分为多种类型，包括克拉通盆地、裂谷盆地、前陆盆地、弧后盆地等。每种类型的盆地都有其独特的沉积特征和演化历史。表10-1沉积盆地类型及其特征序号盆地类型特征描述典型实例1克拉通盆地位于古老克拉通内部，长期稳定，沉积物厚度薄，岩性单一北美地台、非洲地台等2裂谷盆地由于地壳拉伸断裂形成，沉积物厚度大，岩性多样，常含火山岩东非大裂谷、红海裂谷等3前陆盆地位于板块碰撞带前缘，沉积物快速堆积，岩性复杂，常含陆源碎屑阿尔卑斯前陆盆地、喜马拉雅前陆盆地4弧后盆地位于岛弧或火山弧后方，沉积物厚度中等，岩性以海相为主，含火山岩西太平洋岛弧后盆地等10.2沉积盆地与大地构造的关系10.2.1沉积盆地的形成与大地构造活动沉积盆地的形成与大地构造活动密切相关。地壳的拉伸、挤压、旋转等构造运动都会导致盆地的形成和演化。例如，克拉通盆地的形成与地壳的长期稳定有关；裂谷盆地的形成则与地壳的拉伸断裂有关。10.2.2沉积盆地的演化与大地构造背景沉积盆地的演化过程记录了大地构造背景的变化。通过研究沉积盆地的沉积序列、沉积相和构造特征，我们可以了解盆地所在地区的大地构造演化历史。10.3沉积盆地与油气资源的关系10.3.1沉积盆地与油气生成沉积盆地中的有机质在特定的温度和压力条件下可以转化为油气。因此，沉积盆地的沉积环境和演化历史对油气的生成具有重要影响。10.3.2沉积盆地与油气储集沉积盆地中的沉积岩系通常具有良好的储集性能和盖层性能，为油气的储集提供了有利条件。不同类型的沉积盆地具有不同的油气储集特征，如克拉通盆地中的古生界碳酸盐岩储层、裂谷盆地中的中生界碎屑岩储层等。第十一章：沉积作用与古地理重建11.1沉积作用与古地理格局11.1.1沉积作用对古地理格局的影响沉积作用通过控制沉积物的分布和堆积形态，影响了古地理格局的形成和演化。例如，河流沉积作用可以形成河流网络，影响陆地的水文和地貌特征；海洋沉积作用则可以形成海底地形和沉积体系，影响海洋的地理格局。11.1.2古地理格局的重建通过研究沉积物的类型、结构、构造以及沉积相等信息，我们可以重建古地理格局。这有助于我们了解地球历史时期的地理环境和气候变化规律。11.2沉积体系与古地理单元11.2.1沉积体系的定义与分类沉积体系是指具有相似沉积特征和成因联系的沉积物组合。根据沉积环境和沉积物的类型，沉积体系可以分为河流沉积体系、湖泊沉积体系、三角洲沉积体系、滨海沉积体系、浅海沉积体系等。11.2.2古地理单元的划分古地理单元是根据沉积体系和古地理格局划分的地理区域。它们具有相似的沉积特征和地理环境，是研究古地理格局和沉积作用的重要基础。11.3古地理重建的方法与应用11.