第七章 沉积学研究方法

第七章沉积学研究及古地理编图方法

根据研究的目的和获取资料的精度不同，研究的方法有一定的差异。

地质学方法地球化学方法地球物理学方法但不论哪种方法，首先要获取相标志。第七章沉积学研究方法第一节沉积相的鉴定标志

1.沉积岩的岩性标志(1)岩石的颜色(2)岩石的矿物成分和岩石类型(3)岩石的结构(4)沉积岩层的构造2.古生物、古生态标志3.沉积地球化学标志4.沉积岩层的产状标志5.地球物理学标志1.沉积岩的岩性标志

(1)岩石的颜色：主要反映沉积环境的古气候和氧化还原性质。

沉积岩颜色的成因类型：

按成因，颜色可分为原生色和次生色。原生色又可分为继承色及自生色二种：

继承色

继承色取决于碎屑物质的颜色，常为碎屑岩所具有。自生色

自生色是取决于沉积和成岩阶段形成的自生矿物的颜色。为大部分粘土岩、化学岩和部分碎屑岩所具有的颜色。如含Fe3+

的页岩就呈红色或黄褐色；海绿石砂岩呈绿色，是因其中含有绿色的自生矿物海绿石。

次生色

次生色是在后生作用或风化作用过程中，原生色发生次生变化而形成的。

原生色的特点是在同一层内常稳定不变；而次生色则呈斑点状，或沿裂隙孔洞分布，可切穿层理，在风化带发育。在自然界常见的是原生色和次生色都有的混合色。次生色和自生色往往是由色素造成，色素含量仅百分之几，甚至小于1%，但它对岩石颜色影响很大。常见色素为有机质和铁质，随着有机质含量增加而岩石颜色变深；各种常见的自生色及其沉积环境1.白色：一般不含色素，如质纯的碳酸盐岩、盐岩、石英砂岩、高岭土、蛋白石等。

2.灰色、黑色：由于含有机质(炭质、沥青质)、分散状硫化铁(黄铁矿、白铁矿)，这些物质含量愈高，颜色就愈深。并表明岩石形成于还原或强还原条件下。3.红色、紫红色、褐红色、黄棕色：由于含有铁的氧化物或氢氧化物之故。表明当时沉积介质为氧化及强氧化条件，其中黄色常见于炎热干燥气候条件下的陆相沉积物中，而红色常见于炎热潮湿气候条件下的陆相或海相沉积物中。4.绿色：由于含有Fe2+和Fe3+的硅酸盐矿物(海绿石、鲕绿泥石)。代表弱氧化或弱还原的介质条件。碎屑岩中若含角闪石、绿帘石、绿泥石等碎屑矿物多时也可呈绿色。5.蓝色、青色：是硬石膏、天青石、石膏、石盐等特有的颜色。有时蓝色是由蓝铁矿和蓝铜矿引起的。

6.紫色：与氧化铁或氧化锰有关，有时则由含土状萤石之故。岩石的颜色除与成分有关外，还与粒度、干湿情况有关：粒度愈细则相应的颜色要显得深一些；湿的标本比干的颜色要深些。颜色的描述和实际意义

对岩石的颜色描述时，不仅要说明是何种颜色，而且要说明颜色的深浅、亮暗和浓淡程度。有时岩石是混合色，则用复合名称描述，如深紫红色、浅蓝灰色，前面的是次要的颜色(即深紫、浅蓝)，后面才是主要颜色(即红、灰色)。

对于沉积岩颜色的的研究，有助于划分和对比地层，了解古气候条件，根据颜色的性质可以确定介质是氧化或还原的环境。对颜色的仔细研究还有助于找寻有用矿产，如云南的沉积型铜矿主要赋存于紫红色地层中的浅色岩石中，故浅紫交互层是找寻铜矿最有利的地段。

1.沉积岩的岩性标志(1)岩石的颜色

(2)岩石的矿物成分和岩石类型：如原生的自生矿物可指示沉积环境，碎屑岩的岩屑可直接看出陆源区的母岩性质，重矿物组合和某些轻矿物特征也可指示母岩性质。岩石类型在一定程度上可指示沉积环境，还可反映陆源区或沉积盆地的大地构造状况和古气候条件等。

(3)岩石的结构：不同沉积环境下形成的岩石结构是有差异的，如岩石的支撑性、杂基及颗粒的含量、颗粒的分选磨圆、粒度分布特征等，均可反映沉积环境的某些特征。

(4)沉积岩层的构造：主要是原生的层理和层面构造，是不同沉积相最重要的标志。

2.古生物、古生态标志古生物的种类和生态不仅可确定海相与非海相，而且还可指示水域的深度、盐度、温度和浊度等。近年来不仅重视遗体化石，而且还用遗迹化石资料来判断沉积环境。3.沉积地球化学标志

应用岩石或生物介壳中的微量元素(如B、B/Ga、Sr/Ba、Br、Br/Cl…)、同位素(O、C、S、H等)及有机地球化学资料来判断沉积环境。

4.沉积岩层的产状标志包括地层厚度、岩体形态、接触关系及剖面结构(即剖面层序)、相律、相模式等方面来判断沉积相。其中最重要的是剖面结构—它是综合研究岩性、粒度、沉积构造和厚度等在剖面上的变化层序。不同沉积相在剖面上的变化层序是一样的，如向上变细的剖面结构见于河流相、潮坪相、河口湾相、浊积岩相、风暴岩相等。而向上变粗的剖面结构见于三角洲相、湖泊相、无障壁海岸相、海滩亚相等。5.地球物理学标志包括地球物理测井(自然电位、自然伽玛、视电阻率等)曲线和地震地层学(地震相)标志。应该指出，以上几方面的判别标志，应综合考虑，不能仅据某一点作结论，因某些不同的相可出现一些相似的特征。

第二节沉积相的矿物成分标志

矿物成分标志的研究主要是用显微镜和其它方法对岩石或矿物进行显微研究，提供环境分析标志，主要包括以下二个方面：一、陆源碎屑成分二、自生矿物和特殊岩石类型

一、陆源碎屑成分

根据碎屑成分和矿物标型特征来研究沉积物来源方向及物源区岩石类型。陆源碎屑成分主要包括石英、长石、岩屑及各种轻重矿物。它们实质上是岩层物理风化和化学分解作用的残余物，同时也是分析物源区岩石类型的直接依据。陆源碎屑成分研究的任务就是通过鉴定分析沉积物中的石英、长石、岩屑及各种轻、重矿物标型组合特征，研究它们的含量变化，以确定物源方向、源区的大致位置、搬运距离及母岩类型等。

1.利用矿物的标型特征分析母岩类型2.利用碎屑矿物组合分析母岩类型1.利用矿物的标型特征分析母岩类型

矿物标型特征是指不同成因的同种矿物，由于形成时物理、化学条件的不同，因而在化学组成、晶形和物性上就存在差异，其中具明显特征并可作为成因标志者即为矿物标型特征。如沉积岩中最丰富的矿物石英，可以据其包裹体、消光类型、晶体形态和多晶现象等标志区分母岩类型。阴极发光显微镜的发明和应用，使原来认为是无标型特征的单晶石英颗粒，也可确定其成因类型。2.利用碎屑矿物组合分析母岩类型

每一类岩石都有其特定的矿物组合，经风化剥蚀、搬运、沉积成岩，故在形成的碎屑中，仍然保留其组合特征。

二、自生矿物和特殊岩石类型

1.自生矿物

(1)海绿石：现代海绿石主要形成于远离大河口的陆棚区，其介质条件为弱咸性(pH=7-8)和弱氧化—弱还原(Eh=0)的正常海水，水温10-15℃左右，形成深度大于125m，在寒冷地区，水深30m就可形成。大量原生海绿石的形成主要与海水有密切关系。

鲕绿泥石：据现代沉积学研究，它也属海洋自生矿物，但和海绿石的形成温度和深度不同，鲕绿泥石形成于较温暖的浅海，水温大于20℃，其分布深度小于60m。

粘土矿物：粘土矿物可以反映介质的pH值。高岭石形成于酸性介质中，一般为大陆环境；伊利石、蒙脱石形成于中性或碱性介质中，多为海洋环境。

2.特殊岩石类型

(1)碳酸盐岩：尽管在海洋和湖盆中均可产生出，但两者的特征不同，前者常大量产出，而后者常呈夹层或透镜体产出，生物成因的可依据生物化石区别海相与陆相沉积，碳酸盐岩沉积反映介质为弱碱性，某些特殊的碳酸盐岩的岩性可指示环境或介质条件。如：藻叠层石碳酸盐岩一般形成于潮坪环境，鲕粒灰岩形成于滨海或碳酸盐台地的高能带，具水平纹层的泥晶灰岩形成于静水环境。

(2)红层：一般是大陆沉积物含铁矿物在潮湿—干燥的温暖气候条件下风化后成赤铁矿而显红色，可通过化石与海相红色页岩相区别。

(3)蒸发盐：是含盐度较高的溶液或卤水通过蒸发作用产生的化学沉积物，它们的出现一般反映气候干燥和闭塞环境。内陆盐湖或半封闭的滨海泻湖是形成蒸发盐的有利环境。(4)磷块岩：磷块岩并非是区别海洋与大陆沉积的特征矿物，在大陆地层中，自生磷酸盐矿物也较常见，但大量的磷质在海洋，大量形成磷酸盐的环境是浅海。大量磷块盐出现可指示海洋环境，特别是50-200m海区更有利于其形成。(5)锰结核：锰结核中微量元素的浓度随着环境的改变而发生有规律的变化，因而其比值具有指示环境的意义。如在湖泊和浅海中形成的铁锰结核中Co、Ni、Zn、Pb等元素要比大洋中少的多。

(6)礁灰岩：是由固着的造礁生物形成的一种突起的抗浪构造，造礁生物主要有珊瑚、层孔虫、苔藓虫、海绵等，礁灰岩是浅海环境的良好标志。

第三节沉积环境的生物标志

生物化石不仅可以鉴定地层的地质年代，而且是进行沉积环境分析的重要标志。根据对现代沉积环境中生物的观察，生物群的分布及其生态特点严格地受环境控制，在一定的沉积环境内均有与之相适应的特殊的生物组合。一、生物对环境的指示意义

1.指示盐度2.指示深度3.指示底层性质4.指示海水浊度

二、生物形成的沉积构造生物成因的沉积构造是指由生物活动或生长在沉积物表面或内部遗留下来的各种痕迹，其中包括生物遗迹、生物生长构造及植物根痕迹等。

1.生物遗迹构造2.生物生长构造3.生物扰动构造4.植物根迹

第四节粒度分析

粒度大小是受流水作用营力强度控制的，与沉积物形成的环境关系极为密切，碎屑岩的粒度特征是判断自然地理环境和水动力条件的良好标志之一。因此，粒度分析的资料广泛地运用来研究沉积岩的成因，作为研究沉积环境的方法之一。50年代末期以来，应用粒度分析解释成因环境的方法很多，比较有效的是概率成因图解、CM图、粒度参数离散图以及因子分析、判别分析等方法。利用粒度分析资料分析沉积环境的方法，目前还不够完善，有些问题还存在多解性。因此，必须同其它地质资料，如沉积构造、剖面上的成因层序等相配合，才能得出符合实际的结论。

描述岩石的次序：1）颜色2）层厚：页/薄/中/厚/块状层3）岩性：砂岩（石英/长石/岩屑砂岩;粒径;结构成熟度）砾岩（单成分/复成分;粒径;结构成熟度,支撑性质）碳酸盐岩（泥晶/颗粒,粉/细/中/粗晶）4）沉积构造5）沉积体宏观形态、沉积序列6）化石、遗迹化石7）其它内含物（黄铁矿、赤铁矿、膏盐盐、碳屑、海绿石、粘土矿物类型）第五节沉积地球化学标志

地球化学在古环境分析中的应用，主要包括元素地球化学和稳定同位素地球化学原理的应用。

一、元素地球化学在沉积环境分析中的应用沉积岩中的元素含量取决于下列因素：陆源区性质(母岩成分)、古气候、沉积环境(包括水体等介质性质)、沉积岩的成分、生物作用、成岩及后生因素等，因此研究它就可以对再造古地理环境提供信息。目前，元素地球化学在划分海陆相地层，分析物源区岩石成分，恢复沉积古气候条件，确定沉积水介质地球化学环境，划分地球化学相(氧化与还原、水盆深度、盐度、离岸距离等)等方面都能取得较满意成果。

(一)古盐度的测定

1.硼法(1)沃克法(2)亚当斯法(3)科奇法

2.元素比值法

(1)B/Ga：(2)Sr/Ba：(3)C/S：(4)Sr/Ca：(5)其它元素比值法：Rb/K值、V/Ni、Mg/Ca、Mg/Ca

3.磷酸盐法4.其它方法

(二)氧化还原条件的标志判断沉积环境的氧化还原条件主要是根据同生矿物组合，如对介质Eh值高低反映灵敏的铁、锰矿物组合。铁在海盆中沉积具有明显的规律性，随着pH值的增大，Eh值的降低，铁矿物呈不同的相依次分布，铁的化合价态也相应变化，因而可用来反映环境的地球化学相。

(三)离岸距离标志近些年对现代沉积物元素地球化学的研究发现，元素的聚集和分散与水盆地深度也有一定的关系。这一性质主要是元素在沉积作用中所发生的机械分异作用、化学分异作用和生物、生物化学分异作用的结果。

(四)源区分析母岩岩性基本决定了风化产物的元素组成。所以母岩成分还是能在某些特征元素含量的变化上体现出来。

二、稳定同位素在沉积环境分析中的应用

(一)古温度测定长期以来，人们一直不断地研究碳酸盐和海水之间的氧同位素的分馏作用，利用海水沉积碳酸盐和海水之间氧同位素的分馏作用解释古温度。同位素用于古水温的测定方法大致可以划分为两类，即定量计算法和图解法。1.计算法2.图解法（二）古气候分析(三)古盐度测定(四)海平面升降分析（五)环境氧化还原条件的分析(六)硫同位素与沉积环境分析第六节地球物理学标志

地球物理学标志常用的有沉积相的测井响应和地震响应，根据测井曲线和地震反射资料解析出其中的基本相标志，进而鉴别沉积相类型。

一、沉积相的测井响应二、沉积相地震响应

二、沉积相地震响应

沙三中亚段3砂层组波形分类沙三中亚段3砂层组均方根振幅沙三中亚段4砂层组波形分类沙三中亚段4砂层组均方根振幅沙三中亚段8砂层段波形分类图沙三中亚段8砂层段均方根振幅第七节古地理分