环境管理_海洋环境及其相模式

第五章海洋环境及其相模式,概述1、海洋环境的一般特点,1）海水物理化学条件:温度：-18-28C含盐度：平均3.5%;pH值：7.26-8.402）海洋的水动力状况:波浪（风）潮汐（月球、太阳引力）海流（密度差）3）海底地形与海水深度陆棚（大陆架）：平均坡度0.1，宽度0-1500千米，平均74千米；水深20-550m,绝大部分200m大陆坡：坡度4-7；宽20-90km；深200-2450m陆隆：陆坡与深海盆地的平缓过渡区，常是浊流或陆坡滑塌的碎屑堆积于深海平原边部而成。坡度1：100-1：700；宽度300-400km；深度1400-3700m洋盆：面积占海洋的2/3；深4-5km,陆棚、陆坡、陆隆合称为大陆边缘，是大陆的水下延伸部分，为大陆与深海盆地间的过渡区,2.海洋环境分带,1）滨岸/海岸带：最大风暴潮线至浪基面2）浅海陆棚带：浪基面以下的陆棚区3）半深海带：大陆坡、陆隆4）深海带：洋盆,第一节陆缘碎屑沉积环境及其相模式一、海岸（滨岸）环境,风暴潮面（最大潮面）到浪基面之间的范围。专指除了三角洲之外的海滨带，也是一种过渡环境。1、障壁型海岸（堡岛体系）：海岸线曲折，向广海一侧发育有很多的障壁（砂洲、砂坝）具障壁岛、泻湖、潮坪2、无障壁型海岸：（1）砂砾质高能海岸：水下地形坡度大，波浪作用为主；（2）粉砂淤泥质低能海岸：地形平缓，潮汐作用为主,（一）有障壁海岸环境及其相模式,1.障壁岛亚相平行海岸高出水面的狭长形砂体，因对海水的遮拦作用而构成泻湖的屏障。下部为砂坝或砂嘴，上部由海滩、障壁坪、砂丘组成岩石类型中细砂岩和粉砂岩，分选和圆度较好构造风成厚层楔状和槽状交错层理，冲洗交错层理，不对称波痕和冲蚀痕迹，虫孔。,生物特征原地生物化石较少。砂体形态平行海岸的狭长带状，长一般几公里至几十公里，宽数百米至数千米，厚数米至数十米。剖面上呈底平顶凸的透镜状。,2.泻湖亚相为海岸限制，被障壁岛所遮挡的浅水盆地。以潮汐通道与广海相通或与广海呈半隔绝状态。低能环境沉积物以细粒陆源物质和化学沉积物为主盐度变化范围大障壁岛遮挡，泻湖水体蒸发，淡水注入广盐性生物最发育生物群种属和数量急剧减少，个体小，壳变薄,3.潮坪亚相具有明显潮汐周期，宽广缓斜，近水平的海岸坪地，在障壁岛内侧泻湖沿岸，构成潮坪泻湖相沉积体系。平均低潮线和平均高潮线的位置潮坪分为潮下、潮间和潮上三带。潮间坪泥坪/高潮坪潮间坪的高潮线附近，低能，泥质沉积为主砂坪/低潮坪低潮线附近，能量高，砂质沉积为主混合坪/中潮坪高潮线与低潮线之间，能量中等，砂泥质沉积潮上坪潮坪的潮上部分：沼泽和盐坪潮下坪潮坪的潮下部分：潮汐通道、水下砂坝和砂滩,潮坪亚相沉积特征岩石类型粘土岩、粉砂岩、细砂岩。由海向陆，粒度由粗变细。沉积构造泥坪水平纹层或水平波状纹层。混合坪脉状、波状、透镜状层理。砂坪羽状交错层理，平行层理、板状交错层理、槽状交错层理等。潮汐通道大型流水交错层理、羽状交错层理等。波痕、暴露构造、鸟眼、足迹、爬迹、虫孔。干燥石膏及盐类晶体。,潮坪亚相沉积特征生物化石种少量多，海陆相混生潮上坪藻叠层及藻席泥坪生物扰动强烈混合坪、砂坪生物少层序海退型进积层序最常见下粗上细正旋回。,潮汐三角洲和潮道亚相(1)潮汐通道也称为期道、潮沟、潮渠，是位于障壁岛之间的连接泻湖与海洋的通道。潮汐通道属于潮下高能环境.其沉积物主要是由沿平行海岸方向的侧向迁移形成的，与曲流河的侧向迁移相类似。,潮汐三角洲可以划分为涨潮三角洲和退潮三角洲,前者位于障壁岛向陆一侧,很少受风浪影响,后者位于障壁岛向海一侧,受海浪和沿岸流影响.涨潮三角洲与泻湖共生,以向陆为主的大型板状交错层理为主,夹有退潮时形成的沙层,双向交错层理发育.退潮三角洲受到波浪影响,沉积构造在平面与剖面上变化很大.波浪作用潮汐作用时,不发育,而往往形成滨外浅滩或席状砂.两种三角洲相似,区别为退潮三角洲与海岸沉积相共生,交错层系和波痕有多向性,而涨潮三角洲与泻湖,潮坪沉积沉积在一起,双向性的潮汐层理明显,冲越扇又称冲溢扇,是在风暴期由风暴引起的巨浪冲破或穿越障壁,在障壁向陆一侧或向泻湖一侧形成的陆上扇状体,障壁岛被冲开的缺口叫冲溢口.冲溢扇主要是细砂和中粒砂,也有粗砂等.,与油气的关系,泻湖、障壁岛、潮坪的环境和沉积特征决定了它们具有良好的生、储、盖条件。在泻湖环境中，生物种类单调但数量多，且水体安静，有利于有机质的堆积，泻湖底部常形成富H2S的还原环境，有利于有机质的保存和向石油的转化，故泻湖相乃是良好的生油相带。障壁岛及潮坪相都发育有不同类型的砂体，有利于油气的储集。尤其障壁岛砂体，砂质碎屑的粒度适中、分选好、岩性均一、横向上与泻湖、浅海等有利生油的相带相邻，对油气的储集更为有利。泻湖、潮坪广泛发育泥质岩类，也可以成为良好的盖层。由于海侵和海退的交替变化，使泻湖、潮坪、障壁岛相在垂向上作有规律的递变、有利于形成完整的生、储、盖组合。,（二）无障壁海岸环境及其相模式,1.沉积环境划分砂砾质高能海岸环境划分,潮上带,潮间带,潮下带,1.沉积环境划分粉砂淤泥质低能海岸环境划分海岸坡度平缓，具有较宽阔的潮间带（潮滩），缺失后滨带。,2.海岸水动力学特征滨岸环境是水动力作用强烈而复杂的地区。波浪、潮汐及其所派生的沿岸流、离岸流强烈地冲刷、改造着海岸和沉积物，其强度要比河流大100倍。而波浪则是控制海岸水动力学特征和海岸发育状况的主导因素。,滨岸水动力分带（依波浪特征）（1）涨浪带在水深大于平均晴天浪底的浅海区生成对称的摆动波浪，称为涨浪带。（2）升浪带（在近滨带）向滨岸方向，水深小于晴天浪底，波浪发生变形，称为升浪带。（3）破浪带随波浪向岸传播，波浪剧烈变形，发生向岸倾倒，卷起白色浪花的地带，称为破浪带。此带水深1.32倍波高。,（4）碎浪带破浪带之后形成拍岸浪的地带，称为碎浪带或涌浪带。这里水深相当于1个波高。（5）冲浪带波浪再向海岸，进入前滨带后，海水借惯性力冲向海岸，形成“冲浪”，称为冲浪带或冲流带。（6）砂堤（滩堤）带和海岸砂丘带在冲洗回流带之上是只受大潮影响的砂堤带和只有风暴潮才能波及到的海岸砂丘带。,3.亚相类型与沉积特征,（1）海岸砂丘亚相a.海岸砂丘：风成砂，特大风暴潮最高水位线以上沉积物：中细砂结构：分选磨圆好构造：大型槽状交错层理，细层倾角陡平面形态：长脊形，新月形分布：植被不发育，风力较强半/干旱海岸区,b.海滩砂脊最大高潮线附近，平行海岸，线状沉积物：较粗砂、砾、介壳碎片（冲浪能量高，回流能量弱）结构：成熟度高构造：底冲刷、平行层理、上部双向倾斜的交错层理，陡者倾向陆地,C.“千尼尔砂岗”-滨海沼泽及泥坪的向海方向，狭长海滩脊，树木丛生（红树林）沉积物：细砂及介壳碎片生物：较高地方常生长有常绿树木规模：高36m，宽数十至数百米，长数十千米产状：平行于海岸线与一般海滩砂脊的区别：位于滨海沼泽地带的泥炭和粘土中，滨海沼泽可能由这种砂岗与海隔开。,(2)后滨亚相(潮上带)平均高潮线至海岸砂丘受不同规模的风暴潮冲刷沉积物：中粗砂结构：分选、磨圆较好构造：平行层理、低角度交错层理,(3)前滨亚相(潮间带)：平均高潮线至平均低潮线频繁的冲浪冲刷为主冲洗回流带沉积物：中砂结构：成熟度较高，跳跃组分为主，常分两组；上部分选好于下部构造：大型低角度交错层理（冲洗交错层理）、平行层理、（不）对称波痕、菱形波痕、冲刷痕、泡沫痕、流痕,海滩冲洗交错层理,海滩冲洗交错层理,(4)近滨（临滨）亚相:波基面至平均低潮线，经常处于水下，发育沿岸水下砂坝。波能与水深反比，与砂坝数正比，砂坝之间有凹槽。沉积物：中砂为主，上粗下细反粒序。结构：分选较前滨差构造：上部：砂坝推进形成较大型板状、槽状交错层理。下部：交错层理变小、变少，过渡为水平层理，生物扰动构造增多。,板状交错层理,4.滨岸相的主要鉴别标志,1.岩石特征：纯净、成分成熟度高的砂砾岩2.结构：成熟度高，跳跃组分常分两组3.构造：各种成因交错层理、波痕前滨：大型冲洗交错层理；近滨：板、槽状交错层理，向下出现水平层理；生物扰动强烈4.生物特征：各门类海相生物碎片5.砂体形态：平行海岸线，长条状6.垂向层序：下粗上细的反旋回,二、浅海陆棚相一般特点,范围：近滨外至大陆坡内边缘平均晴天浪底到水深200米的浅海。内陆棚处于平均风暴浪基面之上；外陆棚处于平均风暴浪底之下陆棚宽度由数千米到数百千米。主要水动力是海流，正常的风暴引起的波浪、潮汐以及密度流等。,生物特征浅水区底栖生物大量繁殖。深水区底栖生物减少，藻类生物几乎绝迹。古代陆棚与现代陆棚的差异古代陆棚长期发育，沉积厚度大，海岸线迁移使沉积物分布面积广泛。现代陆棚沉积层薄而不广，大部分被残留沉积物占据。浅海陆棚相可分为过渡带和滨外陆棚两个亚相。,1.过渡带亚相,范围：近滨与滨外陆棚之间的过渡沉积区，下限相当于一般风暴浪基面。粗碎屑的沉积与一般风暴浪密切相关。沉积物：泥质粉砂、粉砂质砂，砂泥近于等量产出构造：波状层理、浪成交错层理、生物扰动构造强烈。生物：最为繁盛，底栖生物繁多。,2.滨外陆棚亚相,范围：过渡带以外，浅海陆棚最主要的环境单元静水为主，大规模的风暴浪才能产生作用沉积物：粘土、粉砂，极少量细砂。碳酸盐、铁、锰、铝、磷等。结构：较滨岸相稍差构造：水平层理、浪成交错层理，浪成波痕，生物扰动构造、虫孔、虫迹生物：种类和数量众多,3.浅海风暴流沉积,（1）概况G.Kelling(5)风暴岩主要出现在陆棚浅海环境,浊积岩出现在深水环境.,（5）鉴别标志,含正常浅海生物化石组合，泥质沉积物中可有丰富的遗迹化石,如有孔虫放射虫珊瑚等；砂岩从薄层到厚层均有；成熟度高，可含有海绿石、鲕绿泥石等浅海自生矿物。厚层砂岩具有大型巨型交错层理不对称性波痕丘状交错层理；泥岩常具有规则的水平层理，夹风暴岩或具有浪成层理的薄粉砂、细砂岩；缺乏暴露标志。,（6）与油气的关系,现已探明的海上油气田绝大部分分布在陆棚上。生油条件陆棚沉积物含有大量有机质；沉降较快，沉积厚度较大的陆棚盆地可形成厚度可观的生油岩。储集条件陆棚沉积的大型砂岩体，具有较高的原生孔隙度，可成为油气的有效储层。,三半深海相与深海相,（一）半深海相1.概述大陆坡+陆隆，与浅海的习惯200米水深分界线陆隆宽度300-400公里三种流动状态：洋流、浊流、等深流阳光及氧不足，难以有植物和大量底栖动物发育2.沉积物类型：各类软泥、浮游生物和砂浊流沉积等深流沉积,3.等深流（平流）沉积半深海沿大陆坡脚等深线流动的远洋底流，地球自转引起，流速20cm/s。沉积物：富深海微体生物的粉砂、极细砂等积岩结构：分选好而纯净构造：小型交错层理、水平层理垂向上：正粒序或逆粒序，顶底清楚，单层较（5cm）。化石：多破碎。,（二）深海相发育于大洋盆地，水深大于2000米，一般在4-5千米。静水，还原条件，生物稀少。水温1。沉积物：各种生物软泥（主要是钙质和硅质）陆源沉积物（底流、冰川搬运、浊流、滑坡）化学、生物化学沉积（锰、铁、磷）,典型浊积岩(classicturbidite)是指具有鲍玛层序或序列的浊积岩（Bouma，1962）。一个完整的鲍玛层序分为五段，自下而上为：A段底部递变层段：主要由砂组成，近底部含砾石，厚度常较其它段大。一般为正粒序，反映浊流能量衰减过程。底面上有冲刷充填构造和多种印模构造如槽模、沟模等。B段平行纹层段：与A段粒级递变过渡，常由中、细砂组成，具平行层理，同时也具不大明显的正粒序。纹层除粒度变化显现外，更多的是由片状炭屑和长形碎屑定向分布所致，沿层面揭开时可见剥离线理。,C段流水波纹层段：厚度较薄，常由粉砂组成，可含细砂和泥。发育小型流水型波纹层理和爬升层理，并常出现包卷层理和滑塌变形层理，表明在A和B段沉积后，高密度浊流转变为低密度浊流，出现了牵引流水流机制和重力滑动的复合作用。C段与B段为连续过渡关系。D段水平纹层段：由泥质粉砂和粉砂质泥组成，具水平层理，厚度不大。悬浮沉积作用，即主要是垂向沉落。D段若叠于C段之上，二者连续过渡；若D段单独出现，则与下伏鲍玛单元间有一清楚界面。,E段泥岩段：下部为块状泥岩，具显微粒序递变层理，为最细粒物质在深水中直接沉降的结果。上部泥页岩段，为正常远洋深水沉积的泥页岩或泥灰岩、生物灰岩，含浮游生物及深海、半深海生物化石。完整的鲍玛层序的厚度与浊流的规模有关，从12cm到数米不等。浊流沉积的地质体中很少有完整的鲍玛层序。有时缺少下部层序，有时缺少上部层序；也可以间隔发育，还可以只发育其中一段，但不论以哪段为底，底面总有侵蚀面，并发育底模构造。并且由于是减速流动，浊流沉积中很少见有层序颠倒的现象，一般均符合鲍玛的向上变细序列。,浊流沉积的各个层段发育成舌状体，较细的段比其下较粗的段有更大的展布面积。因此远离源头上部层段缺失。由于受到再一次浊流的侵蚀冲刷；或第二次浊流，发生在第一次浊流的尾部层段沉积之前；结果就形成了缺失底部的层段、顶部层段被削蚀的、或者顶部底部层段均缺失的各种层序。即浊积岩层序的完善程度由浊流的频率和强度所决定。,（三）与油气的关系半深海相也可能有油气生成、储集的条件深海相浊流沉积具有油气生成和聚集的条件，已被近年来的油气田勘探所证实,第二节海洋碳酸盐岩沉积环境及相模式,一、概述1.碳酸盐沉积物产生的条件,温暖、清洁的浅海海域。在现代主要分布于南北纬30之间。生物是地史中碳酸盐沉积物最主要的来源。碳酸盐颗粒（内碎屑、鲕粒、藻粒、球粒、生物颗粒）碳酸盐骨架（珊瑚、层孔虫）碳酸盐泥（机械的、化学的、钙藻、钙质超微生物）,2.碳酸盐沉积物的搬运和沉积,1.碳酸盐的沉积作用主要发生在热带浅水陆棚和浅滩上2.碳酸盐颗粒、泥同陆源碎屑一样，可以遭受水体的搬运和簸选。3.碳酸盐沉积物有三个沉积区：海岸沉积区、浅水陆棚区和深水盆地区。潮汐流和风暴流将碳酸盐沉积物搬运到潮坪或海滩上，形成碳酸盐砂和灰泥沉积。风暴回流和重力流将碳酸盐沉积物搬运到深水环境沉积，基质支撑颗粒沉积层与细粒悬浮物沉积在一起。留在浅海陆棚区的碳酸盐沉积物，在高能带形成颗粒滩或生物礁。,4.大部分粗碳酸盐沉积物的搬运距离不远。5.颗粒间灰泥基质的多少、颗粒的填集特点是判断水体能量的标志。6.常在大面积上垂向加积，侧向加积少。,3.碳酸盐沉积物的沉积速率,Wilson(1975)统计，全新世浅水碳酸盐的沉积速率平均1.0m/1000a，礁带3m/1000a；大巴哈马滩和安德罗斯岛潮坪0.7m/1000a；深水1cm/1000a甚至无。,4.碳酸盐建隆（碳酸盐台地）,碳酸盐建隆(carbonatebuildup)就地形成，横向延伸受限的碳酸盐岩块体。在岩层中呈凸起状或隆起状产出。不一定与生物有关。台地（tableland）1.范围大，平坦/波状起伏，高地；2.从周围低地突然升起且与悬崖状边缘毗邻的高原。,4.碳酸盐建隆（碳酸盐台地）,二、海洋碳酸盐岩沉积模式1.按能量带划分的理想模式,适用于陆表海清水盆地（一）陆表海和陆缘海的概念（Shaw,1964）1.陆表海（epeiricsea,epicontinentalsea,inlandsea,continentalsea）位于大陆内部或陆棚内部，低坡度，范围广阔，很浅的浅海。2.陆缘海（pericontinetalsea）位于大陆边缘或陆棚边缘、坡度较大、范围较小、较深的浅海。地质历史中沉积碳酸盐岩的主要浅海是陆表海，现在浅海多是陆缘海陆表海的碳酸盐沉积分异主要决定于海水的能量。,1.按能量带划分的理想模式,1.按能量带划分的理想模式,（二）Irwin（1965）陆表海清水模式和能量相带的理想序列。由海向陆，分X、Y、Z三个带X带：深水低能带，波基面以下，光线弱，氧气缺乏，沉积缘于Y带灰泥及浮游生物碎屑。有利于生油Y带：近岸高能带，从波基面起，向海岸延伸至波浪及潮汐能量大部被消耗，波浪、潮汐的主要作用带，阳光、氧气充分，沉积物为礁、滩。良好的储集相带Z带：滨岸低能带，水浅，波浪能量已消耗。由于蒸发盐度大，沉积泥晶灰岩（白云岩）、蒸发岩、藻叠层。,1.按能量带划分的理想模式,1.按能量带划分的理想模式,（三）潮汐相带模式1）拉波特（Laporte,1967)（1）潮上及潮间带（Z）：蒸发作用强。白云岩、云质灰岩叠层构造、干裂、鸟眼构造等。（2）浅的潮下带（Y）：潮汐作用强。颗粒灰岩、叠层石、泥晶灰岩、冲刷、干裂等。（3）无陆源碎屑潮下带（X上）：浪底之上，高能，发育礁、滩。（4）有陆源碎屑潮下带（X下）：浪底之下，低能，泥晶灰岩。,粘结格架（Y或X上部）,现代潮间带叠层石澳大利亚,叠层石,1.按能量带划分的理想模式(三)潮汐相带模式：2)杨（Young,1972),1.按能量带划分的理想模式:（四）阿姆斯特朗（1974）混合沉积模式,碳酸盐与陆源碎屑的混合沉积-西藏洞错扎弄贡巴，1996.5,2.威尔逊标准相带模式,综合因素（海底地形、潮汐、波浪、氧化界面、盐度及海水循环）碳酸盐岩标准相带模式三大相区和九个标准相带。（一）盆地相区1.盆地相：属于深海盆地2.开阔陆棚相3.碳酸盐斜坡脚相（盆地边缘或深陆棚边缘相）,2