海洋沉积学课件

1.学科定位

海洋沉积学是海洋地质学的重要分支，是海洋学和沉积学之间的

边缘学科。

2.海洋沉积学的定义

海洋沉积学是研究现代海底沉积物（及沉积岩）的组分、结构、

分布规律、岩相、形成作用及形成机理的科学。

3.牛顿流体与非牛顿流体的区别

1.流体的几个基本概念和基础知识

（1）牛顿流体和非牛顿流体

•内摩擦定律：笈温度不变的条件下，阻着流速梯度的

变化，动力粘滞余数/运动枯滞京教始终保持一带教。

剪

切

应

A服从内摩擦定律~牛顿流体~~率引流（力

含少量泥砂的流水：河流,波浪流潮汐流

、大气第）.

＞不服从内摩擦定律一非牛顿流体重力

流（浊添泥石麻风豌狂风流等）.

4.牵引流与重力流的区别

(2)牵引流和重力流的区别

类别牵引流重力流

流体性质牛顿流体非牛顿流体

密度低高(>1.08,海水比重)

液固相分开不分

搬运介质流水沉积物

搬运动力推力、负荷力重力

搬运方式滚动、跳跃、悬浮悬浮

运动关系水主动，颗粒被动水被动，颗粒主动

搬运物质碎屑物质、溶解物质碎屑物质为主

沉积作用流速、能量减小能量减小转化或稀释

沉积环境地形变化较小山前或斜坡及其下游方向

沉积构造各种类型层理粒序/递变层理

5.弗劳德数

飞)福劳德数(Fr)

福劳德数(Fr)一判断水流状态的参数

Fr=惯性力/重力=(Wl)/g=VV(lg)

一标志惯性力与重力之间的关系、描述流体的运动强度

明渠水流：河流、湖泊、海洋中的牵引流——无压流

Fr«:缓流，水深流缓——下部流动体制，低流态

FEI:临界流，过渡状态

Fr>i:急流，水浅流急——上部流动体制，高流态

床沙(bed)形态(底形)——bedfonn

——流水在床沙表面流动时形成的几何形态，受流动强度(Fr)控制,

明渠水流随流动强度加大在床面依次出现下列床沙形态：

无颗粒运动的平坦床沙——沙纹一沙浪一沙丘一_过渡型——

平坦底床——逆行沙丘——槽、坑。

6.雷诺数

(4)雷诺数

——判断层流和紊流的参数

惯性力与粘度力的关系，描述流体的流动状态

Re二惯性力/粘性力=Wc%/VdmVdr/m

Re=1土层流；Re=1〜40临界流；Re>40

a)层流：缓慢流动，流体质点平行线状流动，彼此不相掺混。

b)紊流：充满旋涡的流动，流速大小和流动方式随时间变化，流体质点

运动轨迹极不规则，彼此掺混。

层流紊流

-一'

7.机械沉积分异作用

2、沉积分异作用(sedimentarydifferentiation)

♦母岩风化产物以及其他来源的沉积物在搬运和沉积过程中会按颗

粒大小、形状、比重、矿物成分和化学成分在地表依次沉积下来

的现象，也叫地表沉积分异作用。

(1)机械沉积分异作用

——碎屑物质在流水搬运和沉积的过程中，将按粒度、密度、形状、

成分等差异发生有序沉积的现象。

(2)化学沉积分异作用

——溶解物质由于化学活泼性或溶解度的差异，以及受所处

环境pH和Eh的影响，将按一定的顺序依次从溶液中沉淀

出来的现象。

8.化学沉积分异作用

9.瓦尔特相律

“沃尔特(Walther)相律”——沉积相变规律：“只有那些相邻发育

的相才能重叠地产出”，即只有顺序发展着的相才能上下重叠；一定

的相在水平飞行上必与有关的相相邻。

、“瓦尔特(Walther)相律”

19世纪末，德国学者瓦尔特(Walther,1894)提出：“只有那些目前

可以观察到是彼此毗邻的相和相区，才能原生的重叠在一起“。这就是

著名的瓦尔特相律，也叫做相对比原理。其大意是相邻沉积相在纵向上

的依次变化与横向上的依次变化是一致的，即可以根据相邻的沉积相在

纵向上或在横向上的变化预测其在横向上或纵向上的变化。

DOIlHil中

值得指出的是，相对比原理的的充填“

应用前提是沉积环境是踏渐

变的，地层为连频积，沉积

作用方式相同。

KII瓦尔绮相律用解GBSbaw.19X)

10.岩性相标志

(1)沉积岩的颜色

继承色：碎屑岩的颜色常取决于其中碎屑颗粒的颜色。碎屑物质是母

岩的机械风化产物，其颜色是继承了原生母岩的颜色，所以又称继承

色。例如长石砂岩常呈肉红色，这是由于其中的长石颗粒来自原生花

岗岩中的肉红色长石的结果。

原生色：粘土岩和化学岩的颜色主要取决于在沉积物成岩阶段形

成的矿物及其它杂质。例如，作为煤层夹砰或顶底板的页岩或泥岩往

往是黑色成深灰色，这是由于富含碳质的缘故。有些石灰岩由于富含

沥育质，所以常呈黑色、灰黑色。

(2)沉积岩的碎屑成分和岩石类型

矿物成分标志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、物源特征等标志，主要包括：陆源碎屑成分、

自生矿物、特殊岩石类型等。

2、岩性标志包括：

(1)沉积岩的颜色

(2)沉积岩的陆源碎屑成分与岩石类型

(3)沉积岩的结构

(4)沉积岩层的沉积构造

(5)岩性组合及相序

(6)沉积体空间形态

(3)沉积岩的结构

包括粒度、分选度、形状、圆度、球度、石英表面结构、支撑类型、

结构成熟度等。

(4)沉积岩的构造

1)机械成因构造一一流水成因、同生变形、暴露成因

层理构造——交错层理与古流向恢复

层面构造——波痕、雨痕

底面构造——沟模、槽模

冲刷充填构造、侵蚀面构造

2)生物成因构造——遗迹化石、生物扰动等

3)化学成因构造—结核、盐岩假晶等

4)复合成因构造——泻水构造

(5)沉积组合及相序

(6)沉积体空间形态

11.沉积结构

（3）沉积结构：包括粒度、分选度、形状、圆度、球度、石

英表面结构、支撑类型、结构成熟度等。

（4）沉积构造：机械成因构造（层理构造、层面构造、底面

构造、冲刷充填构造'侵蚀面构造）、生物成因构造、化学成

因构造、复合成因构造

12.沉积构造

13.沉积体系

1、基本板念

沉积体系（depositionalsystem）是成因上密切相关的沉积相

的组合（Davis,1983）。因此，近岸环境中的三角洲、河口

湾、潮坪、潟湖、海滩等都代表了不同的沉积体系。

近岸带（nearshore,或称海岸带）环境是指从特大高潮线至

深度为浅水波半波长（水深约20m以内）的区域，包括三角

洲、河口湾、海滩、障壁岛、潟湖、及潮坪等次一级单元。

14.近岸带

近岸带（nearshore,或称海岸带）环境是指从特大高潮线至深度为浅

水波半波长（水深约20m以内）的区域，包括三角洲、河口湾、海滩、

障壁岛、潟湖、及潮坪等次一级单元。

在近岸带环境中海洋与非海洋过程相互作用o海洋过程受波浪、潮汐、

海流、环流等因素所控制。非海洋过程则主要受河流径流量、流速及

固体载荷的性质、数量等因素所支配。

近岸带（狭义）：以海洋过程为主，不受大河直接影响的海滩、障壁

岛（波浪作用为主）和潮坪、潟湖（潮汐作用为主）进一步划分：后

滨、前滨、临滨

河口区：与大河口有关的河口湾和三角洲进一步划分：近口段、河口

段、口外滨海

15.近岸带的分类

表3-1海岸分类于

分类一缰

二・本岸三馒■“四娘消

等・届“

分类动力

气候成因岩性成因号布•・

原*或因

①海0・・海*

一、水动力左岸1-M甘渔岸

②海恒・一波上

③海惊・一电，

2.a够展海岸（»

④・・向■!«・

⑤双城向

⑥阵北步•一0

⑦专■・呼充“

近岸带外3.电（«W）

2、@宽平•坪

◎・彩三翕洲*

4.三京利■岸

的分类动⑪岛爪彩三命，

⑪尖头彩三鲁M

海04*三角第M

力©■肌彩三编N

­级:动力5.三角港，“

®・4彩三角*

6.三角湾海户

岸⑪三龟湾海岸

海

7.♦岸⑭岸0海障

二级:气候二、生物务・

微障

《抵纬废》⑰6，

奥

⑪环・•岸

*

三级:岩性8.虹丹林裤岸Otxnuw*

。给力■恸

9三.**9.热力»惊■障m

⑪热力，0・-

形态10.冰号。冰年

11.嫉湾海岸

iz.aa«*口岛・，*

®断层・鼻”

s.党层海*13.赤层・岸

@地量海”

五、地震海障M.坦・・岸

内分络岩被左岸

动大.火山*岸15.

力后第岩0（，*

❷火山晔・专，

岸16.火山♦屏才障

@火山

⑪咬火山口,，

（ShmXich«nCW.1991s”充实例）

16.三角洲类型

三角洲（Delta）是指河流流入海洋或湖泊时一，在河口附近的陆上和

浅水环境中形成的碎屑沉积体。其平面形态为尖顶朝向陆地的三角形,

或者呈朵状，故名曰三角洲I。

3、三角洲体系河控三角洲

（1）三角洲的类型

*三角洲的类型划分主要是

根据其形态，而不同的形

态主要是由于河流、波浪、

潮汐作用触」的。

。盖洛韦提出了三元分类方

案。其中有三种极端类型

的三角洲：

A河流作用为主的三角洲

（河控三角洲）

A波浪作用为主的三角洲

（浪控三角洲）

A潮汐作用为主的三角洲

（潮控三角洲）

浪控三角洲

17.三角洲的相的类型

（2）沉积相划分

口三角洲平原：是三角洲的陆上沉积部分，其沉积

相包括：分流河道、天然堤、决口扇、沼泽、湖泊

□三角洲前缘：是三角洲的水下沉积部分，呈环带

状分布于三角洲向海洋一侧的边缘，即分流河道的

前缘。其沉积相包括：水下分流河道、水下天然堤、

河口沙坝、远端坝、前缘席状砂。

□前三角洲：位于三角洲前缘的前方、浪基面以下

的区域。前三角洲是三角洲体系中分布最广、沉积

最厚的地区。

18.河控三角洲的沉积特征

河控三角洲体系沉积特征小结:

1.物源:远的、内陆的、大陆内部的;

2.沉积物注入量大;海岸推进显著;

3.建设相:发育良好的和广阔的建设性层序;

4.破坏相:一般限于已建成的三角洲体的端部;

5.共生体系:侧向上共生的体系一般是大型的;

6.三角洲侧翼体系:作为独立体发育良好;

7.前三角洲:厚,一般是三角洲体系中最厚的相;

8.形态:朵状至伸长状,主轴垂直于区域沉积走向;

9.砂/泥比:通常是低的,有泥底辟。

19.河口环流类型

4、河口湾体系

（1）河口环流

盐水楔型

（盐跃面）

部分混合型

强混合型

（据PostmaJ煲4）

盐水楔型弱潮河口,淡水在密度较大的咸水之上向海扩散;咸水呈

楔状体位于下层,尖端朝向陆。淡、咸水层之间存在盐跃面。

部分混合型在中等潮差的河口区,潮流产生的较强湍流使咸水、

淡水分别向上、向下扩散,两者之间不存在明显的界面。但整个河口

区仍存在垂向和纵向的盐度梯度。

强混合型潮差和潮流流速都很大时,就完全破坏了水体的垂直盐

度梯度,但纵向上的梯度仍然存在。

三种环流类型可以相互转化,如由于海岸侵蚀使河口湾横断面积加大

（进潮量/径流量增大）,即可由盐水楔型转变为强混合型。反之,增

加径流量,降低进潮量、河口湾宽度减小或深度加大,都可使强混合

型转变为部分混合型或盐水楔型。

20.盐跃面

河口湾内从表层到底部也存在盐度梯度，在一定深度上出现明显的盐

跃面。以盐跃面为界，下层向陆流流速为5-lOcm/s；上层向海流流

速取决于径流流速；两层之间的界面上的流速接近零。

21.絮凝作用

粘土矿物胶粒常带负电荷，由于带相同电荷互相排斥而不下沉，保证

了粘土水溶胶系的稳定性。当进入阳离子（Ca2+、Mg2+、Na+）浓度极

高的海水中，扩散层中的一部分反离子进入吸附层内，扩散层变薄,

胶团的双电层被破坏，排斥力减弱，粘土质点就在范德华力的作用下

相互靠近而发生絮凝。悬浮粘土质点发生絮凝作用需要两个条件：（1）

相互频繁的碰；（2）彼此能粘结在一起。

22.河口湾沉积判别标志

⑴此层序在剖面中常与陆相（海侵序列）或海相地层（海退序列）

相接，并常和障壁层序共生。

⑵单个旋回不厚，多由若干个旋回组合在一起，分布范围仅为

数十或数百平方公里。

⑶弱潮河口湾层序具有向上变细的趋势，粉砂、泥是最主要的

沉积类型。中、强潮河口湾层序此趋势不明显，且砂质沉积

占有一定比例。

（4）具有交错层理构造以及潮汐层理构造，以潮汐作用为主的河

口湾常发育大型交错层理，交错层具有明显的双向性。

⑸含有丰富的半咸水至正常海相生物，但门类有限。

23.强河口湾与弱河口湾区别

低能河口湾又称静水河口湾。弱湖差，以盐水模型河口环流为特征。

这种河口湾底部平坦，没有明显的潮流通道。盐度的变化是决定沉积

环境特征的最重要因素。沉积物主要来自河流悬浮体的沉积作用，为

纹层状粉砂和粘土，可夹薄层状或透镜状砂层。颜色呈黑、灰、绿及

褐色。特征的沉积构造为由粗、细物质交互而成的水平纹层构造，或

由于悬移载荷的季节性变化，或由于有机质种类、丰度的变化而造成。

亦可出现潮汐层理。常见介壳和植物碎片，有时可富集成断续的层.或

出现牡蛎礁。潜穴、生物扰动构造可广泛发育。

高能河口湾又称潮控河口湾。潮差中至高，环流为部分混合型至强混

合型。这种河口湾具漏斗状形态，搬运沉积过程主要与潮流作用有关。

特点是湾内广泛分布砂质沉积，只在湾的边缘出现泥。小潮河口湾

分布涨潮三角洲和沙坝（与潮流流向垂直）。强潮河口湾出现与潮流流

向平行的潮流沙脊，长达数百米至数十公里，宽数百米,高数十米。

沙体上发有了大的底形（沙坝及沙丘）以及羽状交错层。交错层局部具

有双向性，但以倾向优势流向的为主且规模亦较大；单向的交错层为

板状及槽状。生物扰动构造只发育在湾顶附近。

24.区别河口湾与三角洲沉积

（3）三角洲体系（河控）沉积特征：

①物源：远的、内陆的、大陆内部的；

②沉积物注入量大；海岸推进显著；

③建设相：发育良好的和广阔的建设性层序；

④破坏相：一般限于已建成的三角洲体的端部；

⑤共生体系：侧向上共生的体系一般是大型的；

⑥三角洲侧翼体系：作为独立体发育良好；

⑦前三角洲：厚，一般是三角洲体系中最厚的相；

⑧形态：朵状至伸长状，主轴垂直于区域沉积走向;

⑨砂/泥比：通常是低的，有泥底辟。

（3）河口湾沉积的判别标志

①此层序在剖面中常与陆相（海侵序列）或海相地层（海退序列）

相接，并常和障壁层序共生。

②单个旋回不厚，多由若干个旋回组合在一起，分布范围仅

为数十或数百平方公里。

③弱潮河口湾层序具有向上变细的趋势，粉砂、泥是最主要

的沉积类型。中、强潮河口湾层序此趋势不明显，且砂质

沉积占有一定比例。

④具有交错层理构造以及潮汐层理构造，以潮汐作用为主的

河口湾常发育大型交错层理，交错层具有明显的双向性。

⑤含有丰富的半咸水至正常海相生物，但门类有限。

25.河口环流类型的转化

3种类型的转换：河流输入河口的细粒碎屑物质是被截淤在湾内，还

是排入外海，这取决于与沉积速率及搬运能量有关的湾的有效容量

（水深）。如悬移载荷输入通量与湾内的搬运能力不相平衡，则将通

过截淤而达到平衡。截淤的结果使湾容量及水深减小，沉积物表面遭

到更强的动力作用，发生再悬浮，增强了与外海的交换。湾变浅后,

水体的垂直混合加强，环流由部分混合型转变为强混合型，悬浮体截

留在最大浊度带的趋势也随之减弱，沉积作用的几率也降低。当湾头

被沉积物充填后，湾的长度将减小，尤其是盐水楔的范围将减小。径

流量相对增大，可使环流格局从部分混合型变为盐水楔型，甚至将咸

水体推出湾外，于是截淤效应就消失，悬浮体都排入外海。

26.潮坪的相带划分

国高海坪隅ra低潮坪（砂）

县申潮坪（砂及Qnu湖下蕃（砌1

（）潮坪的相带划分潮间坪上的沉积物搬运沉积带（Klein’1972”

'1'MHW—平均高潮线；MLW—平均低潮线

根据涨、落潮时露出水面的情况，可将潮坪环境分为:

潮上坪一一平均高潮线至特大潮高潮线之间：

潮间坪一一平均高、低潮线之间；

潮下带一一平均低潮线以下；

潮道一一贯穿上述三个相带。

潮坪的主要部分是潮间坪，又可分为高潮坪(high-tidalflat)、中

潮坪(mid-tidalflat)和低潮坪(low-tidalflat).由于潮流的冲蚀

作用，可发育潮沟及潮道。

(2)潮画坪的进一步相带划分

潮坪的主要部分是潮间坪，潮间坪上碎屑物质以平行等深线的带

状形式被反复地搬运、沉积。可将潮间坪划分为三个碎屑物搬运

沉积带：

♦高潮坪(high-ddalflat):悬浮载荷为主的搬运沉积带；

♦中潮坪(mid-tidalflat):床沙及悬浮载荷共存的过渡搬运沉积

带；

♦低潮坪(low-tidalflat):床沙载荷为主的搬运沉积带。

这些搬运沉积带控制了潮坪沉积物的结构变化。由于潮流的冲蚀

作用，可发育潮沟及潮道。

27.沉积滞后效应与侵蚀滞后效应

沉积滞后效应是指质点沉降到底床上的时刻较潮流流速减小到不能

悬移搬运此种质点的时刻为晚。当潮流减速后，悬浮质点沉降到底部

需要一段时间，因此悬浮体浓度最低的时刻与平(憩)潮流速为零的时

刻之间存在着滞后效应，悬浮体也被带到较其开始下沉处更远的地方。

侵蚀滞后效应潮坪上已沉积的质点在随后的落潮过程中又可能重新

被潮流挟带进入搬运，颗粒被重新悬浮需要潮流流速超过颗粒起动流

速度。由于一些潮坪区涨、落潮流在时间、速度上的不对称性，涨潮

流流速大于落潮流流速，较大的流速具有较强的搬运及侵蚀能力，这

也是产生侵蚀滞后效应的原因。

28.潮坪特殊沉积构造形成过程

潮坪环境中流的双向性和能量的周期性变化(既发生在一个周期内，

又有月、季的变化).以及物质来源中既有粉砂、粘土，又有砂，两

者的综合效应就在潮坪环境中产生了一系列的特征沉积构造：羽状交

错层理、复合层理(潮汐层理)、双粘土层、再作用面及各种波痕。这

些沉积构造的形成，不仅与潮流有关，波浪也是重要甚至是主要的营

力。另外，潮汐的涨、落使潮坪在一天内有部分时间要暴露在空气中，

产生了暴露构造。除上述的无机构造外，生物成因构造也很特征。

(1)波痕

潮坪上的潮流流速多为30-50cm/s,因此可在砂质底上形成大量小型

波痕(波长＜0.6m)。而在潮沟和潮道中，潮流流速可达1.5m/s,故可

产生大型波痕(波长。.6-30m)。潮坪上广泛发育的小型波痕既可是(潮)

流成，也可是浪成，而且两者往往交织在一起，使波痕形态复杂化，

如双脊波痕、削顶波浪、干涉波痕等。

⑵羽状交错层理

(3)束状体

(4)潮汐层理

⑸再作用面构造

(6)双粘土层

29.潮坪沉积的鉴别特征

(1)构造环境:虽然潮坪与地质构造环境之间人存在明显的联系,但

大规模的潮坪多发育在稳定陆架的边缘。

(2)沉积体