第七章 地层形成的沉积环境、沉积作用

第七章地层形成的沉积环境、沉积作用和古地理沉积相和沉积环境沉积环境的主要识别标志主要沉积环境的特征地层形成的沉积作用地层形成的古地理分析一、沉积环境和沉积相沉积环境：具有独特的物理、化学和生物条件的自然地理单元（河流环境、湖泊环境、滨海环境等）沉积相：特定的沉积环境中形成的岩石特征和古生物特征的综合(沉积记录的物质表现）碳酸盐岩相页岩相砂岩相页岩或煤相相变相变：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。相分析：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）。三要素：原始材料（material）基本原理（Principals）方法（Methodology)泥裂和雨痕陆上、半干旱环境瓦尔特相律——(JWalther，1894):只有那些目前可以观察到是相互毗邻的相和相区，才能原生地重叠在一起;

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。transgression时间上的相随反映空间上的并列指导和检验相分析工作方法：将今论古二、沉积环境的主要识别标志相标志：一系列独特的物理、化学和生物作用形成的能反映沉积环境条件的沉积特征。生物标志物理标志岩矿地球化学标志（一）生物标志根据对现代环境中生物群的观察发现，生物从出生、成长、死亡到埋葬，都受环境因素的制约。因此生物就成为反映环境的一个重要标志生物相：地史中通常将能反映沉积环境的生物组合特征。

生物相根据实体化石和遗迹化石组分确定（二）物理标志沉积物颜色沉积物结构原生沉积构造浅色岩石有机质含量低，多形成于浅水、动荡和氧化条件下；暗色岩石形成于深水或净水和还原环境中，如沼泽和深海沉积；岩石中含有Fe2O3时，呈红色，反映强氧化环境；岩石中含少量FeO，呈现绿色，反映还原环境颜色结构粒度圆度分选性定向性支撑类型

沉积岩的结构是指沉积岩组成物质的形状、大小、结晶程度。可分为碎屑结构、泥质结构、化学结构和生物结构。沉积构造

沉积岩在沉积过程中，或在沉积岩形成后的各种作用影响下，其各种物质成分形成特有的空间分布和排列方式。层理构造层面构造准同生变形构造生物及化学成因构造层理构造：由于季节性气候的变化，沉积环境的改变，使先后沉积的物质在颗粒大小、排列方式、形状、颜色和成分上发生相应变化，从而在垂向上显示出来的成层现象。砂岩的水平层理（湖相）平行层理（多见于河床、湖岸、海岸）风成交错层理巨型斜层理

在层内结构均匀，组分和结构均无分异现象，不显示细层构造的层理，称块状层理，或均质层理。它常是一种以沉积物质（常是悬浮物质）的快速堆积为特征，由沉积物的垂直加积作用形成的产物，在砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩中均可出现块状层理。常见于浊流沉积物、洪积物和冰碛物中。粒序递变：沉积物从底到顶逐渐变细，牵引流形成粗尾递变：细粒物质从底到顶均有分布，仅颗粒向上变细，重力流形成层面构造：在沉积岩层面上保留的自然作用产生的一些痕迹，它不仅标志着岩层的某些特性，而更重要的记录了岩层沉积时的古地理环境。沉积构造包括：波痕、干裂、雨痕、冰雹痕、晶体印痕、渠迹及虫痕等顶面构造；底冲刷、泥砾及槽模、沟模等底面构造。北戴河潮坪沟模槽模准同生变形构造：沉积物沉积之后，固结之前发生塑性变形形成的构造，仅局限于上下非变形层之间以区别于后生构造。发生于快速堆积（沉积物来不及即使脱水)或具有原始倾斜的沉积层中。负载构造包卷层理滑塌构造根据准同生变形构造的类型和强度可以认识沉积盆地性质及堆积速度、构造活动性等。生物及化学成因构造：鸟眼构造：白云岩或灰岩种大小约1mm左右的蠕虫状或不规则装亮晶方解石充填体。潮坪叠层构造：潮坪环境物理标志反映环境的物理特征：介质的性质（风、水、冰）能量条件（水流速度、波浪强度）搬运方式（牵引流、重力流）古气候（叠层石、食盐假晶）古构造（滑塌构造）（三）岩矿标志沉积物结构组分反映沉积历史、物源及沉积介质的特征。纯净适应砂岩——浅水高能条件鲕状灰岩——水质清洁的动荡浅水环境富含长石、不稳定岩屑砂岩——颗粒未经分选的快速沉积场所泥状灰岩——低能沉积条件2.自生矿物：沉积物在沉积当中，或其后在沉积物内形成的矿物。是沉积介质物理化学条件的反映。海绿石、磷灰石——浅水沉积环境石膏、岩盐——盐度过饱和的干旱气候条件黄铁矿——缺氧还原条件（四）其他标志沉积相的纵向变化、横向变化关系沉积体的空间几何形态三、主要沉积环境的沉积特征沉积区大陆河流沉积湖泊沉积沼泽沉积冰川沉积风成沉积海洋滨海浅海半深海深海（一）陆地环境沉积相类型

河流沉积从上游至下游普遍存在。发生沉积的原因：一是流速减慢，二是流量减小，三是进入河流的碎屑过多。弯曲河流的沉积模式洪流形成的沉积物叫洪积物。在冲沟口所形成的扇状堆积体叫洪积扇。风成沉积风积物：风成砂和黄土风成黄土

冰川消融是冰川沉积的主要原因。由冰川形成的沉积物统称为冰碛物。

湖泊沉积(lakedeposits):湖泊是陆地上封闭的大型水体，其中也有波浪和潮流作用，浪基面以下的湖底不受波浪作用的干扰，为静水环境。从湖岸到湖心，随着水深的增加，水动能逐渐减弱，沉积物也具有从粗到细的机械分异现象，层理类型也由交错层理变为水平层理。

一个理想湖泊的岩相分布呈同心环带状。当有河流注入时，所携碎屑物质可在湖岸形成小型三角洲。

在潮湿气候下仅有淡水湖泊(freshlake;freshwaterlake)，由于养料丰富、水体平静和沉积迅速，往往繁育并保存大量湖生生物组合。可以底栖的双壳、腹足类，浮游的介形虫、叶肢介和鱼类，以及冲入或掉入湖中的植物、昆虫和脊椎动物为代表。湖心部分常发育具水平纹理的纸状页岩，其中化石保存特别完好。在还原条件下，丰富的有机质未遭破坏，可以形成油页岩或油气藏。

在干燥气候下，咸水湖泊(saltwaterlake)的湖心沉积以钙泥质为主，常见泥裂等暴露标志，最特征的是出现石膏和盐类沉积，可以第四纪的青海柯柯盐湖和现代青藏高原上的含硼盐湖为例。（二）海陆过渡环境沉积相类型三角洲主要指河流入海时，所携碎屑在河口附近浅水环境中堆积形成的碎屑沉积体。三角洲的形成既受河流作用影响，也受波浪，潮汐作用的改造，代表典型的海陆过渡环境。

近年一般以平面上呈鸟足状的密西西比河三角洲为例，大体也可分为三部分。三角洲平原(delta-plain)：是三角洲的陆上部分，以分支流河道砂质沉积为主干，也包括泛滥平原上的粉砂、粘土和泥炭。三角洲前缘(delta-front)：是三角洲的水下部分，在河口可形成交错层理发育的河口砂坝，生物残体少。在远离河口时沉积物变细，以粉砂为主，并出现水平层理和植物碎屑。

前三角洲(pro-delta)：位于三角洲前缘的前方，以悬浮搬运的粘土沉积为主，呈水平或块状层理。含数量不多的广盐度介形虫、双壳类、有孔虫等，向海方向海生生物化石逐渐增多。

当三角洲沉积体不断向海方推进时，三角洲前缘沉积向前覆盖在前三角洲沉积之上，后者又被三角洲平原沉积所覆盖。因此，在垂直剖面上，三角洲沉积自下而上呈现出从细到粗的反旋回序列。（二）海洋环境沉积相类型滨海（潮汐带）：浪基面之上浅海（陆棚或陆架）：浪基面-200m次深海（大陆斜坡和陆隆）：200-1000m深海（深海平原）：水深大于1000m(200-1000m)

(0-200m)

(>1000m)

Continental→shelf

→slope→deep-sea

滨海沉积:高潮线和低潮线之间的滨海地带；潮汐与浪力作用十分活跃，经常暴露出水面，沉积作用有明显特征。波浪作用强烈的滨海带，往往形成障壁岛(砂坝)和泻湖。1.陆源碎屑滨浅海沉积陆源碎屑海滩：纯净石英砂岩为主，粒度向海变细，成分成熟度和结构成熟度较高，斜层理发育。潮坪沉积环境：潮汐带，低潮线附近以砂质沉积为主，向陆或向海沉积物逐渐变细，以粉砂和泥质为主。Barrier-lagoon

systems退潮三角洲涨潮三角洲充溢三角洲沙丘海滩沼泽临滨2.浅水碳酸盐沉积碳酸盐潮坪2.浅水碳酸盐沉积生物礁：发育在沿岸形成岸礁，在陆棚上形成障壁礁，沉积物以骨架岩、黏结岩和障积岩为主。陆棚碳酸盐岩沉积：主要为含生物碎屑灰岩和泥晶灰岩及其与泥灰岩和页岩的互层，属正常海相生物组合。生物扰动强烈。3.次深海、深海沉积远洋、半远洋背景沉积海洋重力流事件沉积：浊流沉积可代表大陆斜坡下部的重要沉积类型。

浊流沉积(浊积岩）(turbidite)20世纪60年代以来的研究发现，大陆棚上的沉积物由于地震、风暴等因素触发，可以沿海底峡谷顺大陆坡向下滑动。初期沉积物和水混合不够充分，形成大小混杂的滑塌堆积，可称为水下泥石流。如果继续向下滑动，沉积物与水充分混合，颗粒逐渐变细，最后形成浊流(turbidcurrent)，它们在大陆斜坡底部因坡度变缓失去动能而迅速堆积下来形成海底扇，这就是浊积岩(turbidite)。

浊积岩一般由几种岩性(砂泥质、钙泥质或火山碎屑质)组成频繁的韵律互层。以砂泥质浊积岩为例，每个韵律一般从砂岩开始，底部砂岩以具递变层理为特征，向上逐渐变为粉砂岩，最后以泥岩告终，这就是著名的鲍马序列。复理石沉积：巨厚的由深海浊积岩及其他重力流沉积组成的综合体四、地层形成的沉积作用1.纵向堆积、横向堆积和生物筑积纵向堆积：沉积物在水体中从上而下降落，依次沉积在沉积盆地底部。特点：沉积地层的时间界面一般是水平或近水平的，它与岩性界面平行或基本平行。环境分布：较深水海洋盆地、湖盆,泛滥平原

地层层序律：原始水平律原始连续律地层叠覆律1.纵向堆积、横向堆积和生物筑积横向堆积：沉积物的颗粒在介质搬运过程中沿水平方向位移，当介质能量衰减时而沉积下来。特点：地层时间界面和岩性界面不一致穿时普遍性原理：在所有侧向堆积作用过程中形成的岩石地层必然是穿时的。环境分布：曲流河河道侧向迁移形成的侧向加积作用、河流作用为主的三角洲与海滩、障壁沙坝的进积作用以及滨岸沉积的退积作用等。1.纵向堆积、横向堆积和生物筑积生物筑积：造架生物原地筑积而形成地层原地生物形成生物格架，之后别的填隙物充填。地层特征：地层一般呈丘状隆起，岩层多具块状构造。在形式上，可以表现为侧向加积或垂向加积。地层界面与时间界面关系不定2.海进和海退海进超覆海侵（海进）：由于地壳下降或海平面上升，使海岸线不断向大陆方向退却的现象超覆（overlap）：由于海侵使得沉积盆地范围不断扩大，后期形成的沉积层超越其下伏的较老的沉积层而盖在更老的地层之上的现象。超出的部分即超覆区海进序列：由持续海侵超覆形成的下粗上细的沉积序列Transgression海进序列海退退覆海退：由于大陆上升或海平面下降，使海水从大陆撤退的现象退覆：由海退造成的地层分布范围不断缩小的现象海退序列：由持续海退形成的沉积物纵向上的下细上粗