地层和古生物基础知识（地层学）

1、地层和古生物基础知识（地层学）第四章 沉积环境与古地理第一节 沉积环境、沉积相第二节 沉积相判别标志第三节 主要的沉积环境和沉积类型第四节 地层形成的沉积作用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。能形成各类沉积物第一节 沉积环境、沉积相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。3 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。岩相(lithofacies, petrofacies

2、)生物相(biofacies)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。3 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。相演化Shale & coal faciesSandstone faciesCarbonate faciesShale faciesFacies changes?相分析三要素4.相分析(facies analysis)综合地层的岩石特征和生物特征，推断其成因（沉积环境和沉积作用） Material（facies indicators） 相

3、标志 Principles MethodologyWhat is 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)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

4、现它们与某些深水类别共生Uniformitarianism-1?Uniformitarianism类比分析将今论古将古论今将古论古将今论未来将古论古-蜓生态：浅海底栖生活于100m左右热带亚热带的平静浅海环境。地史分布：始现: C13, 极盛: P1, 衰退: P3,绝灭: P末。蜓-Fusulinina将今天论未来Stratigraphical conformities Gradual transgressionHow about regression?transgression瓦尔特相（定）律亦称相对比原理(J Walther，1894) :只有那些目前可以观察到是相互毗邻的相和相区，才能

5、原生地重叠在一起; 即在垂向上整合叠置的相是在侧向上相邻的沉积环境中形成的。Walthers law (rule) or law of facies correlation : Only those facies and facies-areas can be superimposed primarily which can be observed beside each other at the present time (translated by Middleton, 1973); in other words, facies occurring in a conformable ver

6、tical sequence of strata were formed in laterally adjacent environments. Sketch showing Walthers law第二节 沉积相判别标志岩石中能够反映沉积环境条件的原生的岩性、古生物及地球化学等特征，都可以作为相标志。可简单分为四类：岩石标志矿物标志生物标志地球化学标志一、岩石标志岩石类型：岩石类型以及颜色不是很好标志。岩石结构：碎屑物粗细与水动力沉积构造： 层面构造：波痕、冲刷痕、压刻痕、各种暴露标志（干裂、雨痕、古风化壳等1000MaSubaerial, most likely semi-humid en

7、vironmentSubaerial, most likely semi-humid environmentSubaerial, most likely semi-humid environment层理构造：两层之间由于岩性、成分、颜色、结构的变化显示的成层构造。 A.平行和水平层理：水平层理（细粒粉砂泥质）：反映静水条件；平行层理（较粗粒一般为砂）：反映高流态条件的沉积。B.交错层理：河流一般单向板状或槽状交错层理；海滨一般为大型板状和槽状交错层理；滨岸带一般为鱼骨状交错层理；海滩一般为低角度板状、楔状交错层理；风成交错层理一般角度大；三角洲一般也为大型交错层理。单组低角度下切型板状交错层理

8、点坝沉积的产物（侧向加积作用）同心状大型槽状交错层理a、水平层理（左）和平行层理（右）；b、板状交错层理；c、楔状交错层理（冲洗层理）；d、鱼骨状交错层理；e、槽状交错层理；f、波状交错层理C.均质层理和块状层理（无层理）：均质层理是粒度均一、成分单一，反映快速堆积或具生物扰动破坏；块状层理是指成分复杂，大小不均，反映快速堆积。D.递变层理：粒序递变：牵引流所致；粗尾递变：杂基自底到顶均有分布，往上可变细，重力流所致。准同生变形构造： 主要有负载构造、包卷构造、滑塌构造等。化学及生物成因的构造：鸟眼构造（潮坪环境）、叠层状构造（潮坪等）二、矿物标志 1）碎屑矿物 粗细混杂，分选较差的沉积类型一

9、般反映高密度重力流沉积作用，多形成于山麓、深湖盆、大陆斜坡等环境下。有一定分选，多成板状或楔状，其中一般有层理的砂体多为牵引流沉积作用，常见于冲积扇、河流、三角洲等环境。 岩屑可以解释母岩的性质，粗大的岩屑反映高峻的地形，石英含量高的岩石反映搬运距离较远。大量的长石反映干旱和寒冷气候带或高差大的近源区，纯净的石英砂岩则是海浪反复冲洗的标志。孔隙式胶结是牵引流的标志，基底式胶结是重力流的特征。鲕状灰岩反映一种动荡的潮下带高能环境泥状灰岩反映低能条件（陆棚或泻湖）礁灰岩反映一种温暖、清澈的滨浅海高能环境；竹叶状灰岩反映潮间带或潮上带的环境；藻纹层灰岩反映一种静水低能环境；渗滤角砾岩（反映暴露风化渗

10、流作用）含菊石或放射虫的硅质岩多数反映大洋环境条带状硅铁沉积反映一种氧化还原处于一种均衡的状态；煤的出现反映气候潮湿温暖多半是一种海陆交互的滨浅海环境铝土矿反映一种长期剥蚀暴露的过程。2)自生矿物：海绿石、磷灰石形成于浅海沉积环境，石膏岩盐等蒸发岩形成于干旱条件。黄铁矿形成于缺氧还原环境三、生物标志（环境生物学分析方法）1）指相化石法和群落古生态分析方法 指相化石是指能够反映某种特定的环境条件的化石。 如造礁珊瑚只分布在温暖、清澈、正常盐度的浅海环境中，所以如果在地层中发现了大量的造礁珊瑚，就可以用来推断这种特殊的环境条件。再如舌形贝(Lingulla)一般生活在浅海潮间带或三角洲环境。2）形

11、态功能分析法 解释古代生物的生活方式，除利用现代生物进行将今论古对比外，还可以利用形态功能分析的方法。生物的形态特征能反映水体的运动强度。在生物进化过程中，功能对器官和构造的变化起着重要的作用。生物的形态和生理同环境相适应是在生物长期进化过程中受到外界环境条件不断的作用和影响迫使生物不断地改变自身而形成的。A palaeo-scene (the evidence)They are dinosaur footprints and they can tell us about: Group behavior; Seasonality & temperature; Food web & compet

12、ition intensity; Their living environment Your interpretation:四、地球化学标志不同沉积环境的水介质有不同的化学成分，必然反映到沉积物中，这是地球化学标志的依据。如硼含量100ppm为海相，1为海相，赤铁矿-海绿石-鳞绿泥石-菱铁矿-白铁矿和黄铁矿（氧化环境） （弱氧化弱还原环境）（还原环境） （强还原环境）4、古水深分析 古水深分析对再造沉积盆地的古环境和盆地构造具有重要的意义，确定绝对水深较困难，经常是确定相对深度。确定古水深的标志包括：生物学标志和沉积学标志等。（1）生物学标志050m： 藻类、底栖有孔虫、双壳类、腹足类、造礁珊

13、瑚、灰质海绵、无铰纲腕足动物。50100m：底栖、浮游的高级生物繁盛、珊瑚、腕足类、头足类、棘皮类等，且保存较好。因阳光难透入，故藻类少。100200m： 生物逐渐减少，有苔藓虫、具铰纲腕足动物、海绵、海胆。200m：远洋底栖生物主要是海百合、硅质海绵，少数薄壳腕足类及细枝状的苔藓动物。遗迹化石对古水深也有较好的指示意义。 （2）沉积学标志从浅水到深水，沉积物粒度从粗到细；深海浊流可出现粗粒沉积。蒸发岩在干燥气候条件下，局限的滨岸水体及附近的潮坪环境中形成，水深不超过几米；鲕粒灰岩常形成于搅动的温暖浅水环境，水深不超过1015m；珊瑚、苔藓虫、层孔虫、海绵等造礁生物在波浪带生长，形成的礁灰岩水深不超过1050m；深水环境中多软泥沉积及硅质沉积，碳酸盐沉积少，并常出现浊流沉积。沉积构造是指示水深的良好标志：雨痕、干裂及盐晶痕等层面构造及鸟眼构造反映沉积物露出水面的标志。交错层理、波痕、水平层理等存在与否，结合沉积物的特点，区分出浪基面以上的动水环境或浪基面以下的静水环境。交错层理的层系厚度是平均水深的一种函数，层系组愈厚，水也愈深。丘状交错层理出现在陆棚，形成的深度在正常浪基面和风暴浪基面之间，