湖泊沉积环境特点

湖泊沉积环境特点和沉积作用摘要：湖泊成因类型多种多样，但是，构造活动和气候变化常是湖泊生成发展的最主要控制因素。关键词：湖泊沉积；沉积作用湖泊是大陆上地形相对低洼和流水汇集的地区，也是沉积物堆积的重要场所。现代陆地上发育着许多不同大小和类型的湖泊，是我们研究古代湖相沉积的最好借鉴。在地质历史记录中，中、新生代有不少湖相沉积的分布，中新生代湖泊是中国最主要的油气聚集场所。现代湖泊约占大陆面积的1.8%。它们拦截了由河流搬运而来的大量沉积物。湖泊的规模相差悬殊，最大可达数十万平方公里，小则不到一平方公里，古代大型湖泊超过25万km2者少见。湖泊的形状也是多样的，如圆形、椭圆形、三角形、不规则状等等。大型湖泊的环境特点与海洋既有某些相似之处，亦有明显的区别。湖泊成因类型多种多样，但是，构造活动和气候变化常是湖泊生成发展的最主要控制因素。一、环境特点和湖泊分类1、环境特点（1）湖泊的水动力特征湖泊的水动力作用与海洋有些近似，主要表现为波浪和岸流作用。但湖泊缺乏潮汐作用，这是与海洋的重要区别之一。在风力的直接作用下，湖泊的水面可形成较强的波浪，称湖浪。它所引起的水体波动的振幅随水体深度的增加而减小，当到达湖浪1/2波长的水深时，水体质点运动几乎等于零，故通常把相当于湖浪1/2波长的水深界面称为“波浪基准面”，简称“波基面”或“浪基面”，也称“浪底”。浪基面以下湖水不受湖浪的干扰，成为静水环境。一般说来，湖泊面积比海洋小，波浪的规模也小于海洋，浪基面的深度也就小得多，常常不超过20m。风成波浪是湖泊动力的一个主要因素。浪基面深浅主要受控于波强和风的吹程。在大面积浅湖中，波浪运动会影响整个湖底。湖浪作为一种侵蚀和搬运的动力在滨湖地区表现得较为明显。当湖浪的推进方向与湖岸斜交时，可形成沿岸流。湖浪和沿岸流的冲刷和搬运作用可形成各种侵蚀地形和沉积砂体，如浪蚀湖岸以及湖滩、砂坝、砂嘴、堤岛等等。湖泊四周紧邻陆地，常有众多的河流注入，不仅有大量碎屑物质倾入湖盆，而且河道在湖底可以继续沿伸，从而改变着砂体的分布状况，因此对有些湖泊来说河流的影响往往超过湖浪和岸流的作用。（2）湖泊的物理化学条件湖泊对大气的温度变化较为敏感，由于水的密度在4°C时最大，气温的变化使处于此温度的水体沉降至湖底，湖水出现温度分层现象（图19-1），造成了表层水与底层水的地球化学条件的差异。湖水的含盐度变化较大，由小于1％至大于25％，这与含盐度一般在3.5％的海水则具有明显的不同。此外，湖泊汇集了来自不同源区河流的流水，故湖水的化学成分变化较大，湖泊的地球化学特点在一定程度上反映了源区物质和盆地气候条件的变化。除盐度外，湖泊中的稳定同位素、稀有元素等与海洋也有一定差别。如湖泊中18O/160、13C／12C的比值比海相中的低，而海相碳氢化合物的硫同位索34S／32S的比值较为稳定，湖相中变化大。微量元素B、Li、F、Sr在淡水湖泊中含量较海洋中少，Sr／Ba比值在淡水湖泊沉积中常1。（3）生物学特征湖泊环境中常有发育良好的淡水生物群，如淡水的腹足类、瓣鳃类等底栖生物，以及介形虫、叶肢介、鱼类等浮游和游泳生物，此外还常发育有轮藻、蓝藻等低等植物。2、湖泊的分类湖泊可从湖水的含盐度、沉积物特点、自然地理位置、成因等方面进行分类。按照含盐度可将湖泊分为淡水湖泊和咸水湖泊，并以正常海水的含盐度3.5％作为它们的分界限，另一种划分方案是以含盐度0.1％作为淡水湖和微咸水湖的界限，以含盐度l％作为微（半）咸水湖和咸水湖的界限，以含盐度3.5％作为咸水湖和盐湖的界限（吴萍、杨振强等，1979）。按照沉积物特征可将湖泊分为碎屑沉积湖泊和化学沉积湖泊。前者以陆源碎屑沉积为主，后者以化学盐类沉积为主。二者之间亦常有许多过渡类型。就其分布而论，前者较后者更为广泛。按照湖泊所处的地理位置可分为近海湖泊和内陆湖泊，按地貌分为高原湖、平原湖。按照湖泊成因可分为构造湖（断陷湖、拗陷湖）、河成湖（如鄱阳湖、洞庭湖）、火山湖（如长白山的天池）、岩溶湖和冰川湖等。中国石油工作者最常采用的湖泊分类方案是综合考虑构造作用、气候和地理位置及含盐度所划分的湖泊类型，例如近海断陷淡水湖、内陆坳陷盐湖等（吴崇筠，1992）。湖泊的沉积类型主要取决于气候条件和物质来源，尤其是气候条件对湖泊的沉积起着控制作用。因此，库卡尔（Kuka1，1971）等根据气候干旱程度、地理环境、沉积物类型及其供应的充分程度，首先划分出永久性（稳定性）湖泊和暂时性（间歇性）湖泊，永久性湖泊进一步划分为陆源碎屑沉积型、化学沉积型、生物沉积型、湖沼沉积型等四种湖泊类型。暂时性湖泊又可进一步划分为干盐湖沉积型和盐沼沉积型两类。二、碎屑沉积作用1、深水沉积作用湖盆深部的碎屑沉积作用几乎都是以悬浮方式进行的。这种分布的特殊性质取决于湖水的密度分层和河流补给物的密度。河水在湖面散开的地方，悬浮负载中较粗粒级的物质将首先沉积下来，而极细粒级的沉积物将远离河口。在咸水湖泊里和在海洋环境中一样，粘土的絮凝作用可以加速沉积物的沉降。在湖水密度允许河水形成潜流的地方，较粗的沉积物可以在整个湖底上散开。以这种方式运行的密度流其密度之所以会偏高，部分原因是因其呈混浊状态，而与持续影响较长并以温度差异为主要驱动机制的造山幕的浊流不同。水很清的潜流也可能存在，并且能改造沉积物。这种潜流系统最终可以在河口前沿形成水下沉积扇，它具有河道、天然堤及朵体等部分，在许多方面与海底沉积扇相类似。在湖泊里，还会形成滑塌成因的浊流。递变层是由河流产生的潜流形成的；滑塌，至少在温带地区，是由不规律的灾害性洪水引起的，它不受季节控制。在北极地区及季风气候地区，纹层状的湖底沉积物很象是季节性的沉积物。在由冰川供给的地方，这些沉积物称做“季候泥”或“韵律层”。供给量的变化也可能是由于浮游植物尤其时硅藻生产力的变化所引起的。底层水体的性质影响沉积物沉积期后的历史。在底部呈还原状态的湖泊中，沉积物可以有较高的有机质含量，尽管有机质腐烂排出来的气体可能扰乱纹理，但是纹理还是保存得很好。硫化物矿物由于硫化物还原细菌的作用沉淀下来。含氧的底层水体可以使底栖的动物群生存，沉积物的纹理可能受到掘穴生物的扰动。2、边缘的沉积作用湖泊边缘的沉积作用，集中在河口的周围。在其它地方，可能由湖浪作用形成湖滩、沙咀及障壁，这些过程和产物与海洋的相应过程和产物略有不同。在湖泊里，一般较低的波浪能量和常常发生的水面涨落所形成的沉积物与海滨的沉积物相比，它的分选性不好，在成分上成熟度也较差。河口的沉积作用取决于悬浮负载和底负载的相对重要性，以及河水与湖水的密度关系。在具有河水溢流和沉积物以悬浮负载为主时，会发育一种类似于海洋环境中形成三角洲。由于湖盆的能量比较低，这种三角洲通常是河控的。当河水中以底负载为主时，沉积物便迅速在河口堆积，可能使三角洲斜坡达到静止角，并可能形成吉尔伯特型的三角洲。在地形起伏大的地方，冲积扇可能直接插入湖里。在冲积扇的远端边缘发育一个陡坡，其坡角大约相当于静止角，因此整个层序就可能是一个由冲积扇沉积覆盖的、具有陡的前积层的吉尔伯特型的三角洲层序。假如这种斜坡很陡地伸入深水，那么物质就很难在湖岸堆积成三角洲或冲积扇，并且较粗的碎屑可能由滑动和其它块体流机制带入深水。如果湖水位下落，原来的滨线就废弃而在湖边形成阶地。三、化学和生物沉积作用由化学活动和生物活动沉淀和沉积的沉积物的性质，是与湖水的化学状态、水系类型及气候条件密切相关的。当具有贯穿水系的湖泊发生化学作用和生物沉积作用时，包括形成蒸发岩在内的化学沉积作用的速率很高，几乎接近于内陆水系的湖泊情况，后者主要存在于干热或半干旱环境中。1、高纬度地区的湖泊某些北极或亚北极区的湖泊，在边缘沼泽地区，特别是紧靠河流注入的河口部位，堆积了褐铁矿。有人认为这种沉淀作用是由于细菌活动造成的（Harder，1919），它经常呈豆石状，向湖中心逐渐减少。在某些北极的湖泊里，硅藻在整个湖相沉积物中都是一种重要的组分。冬季结冰一直到湖底的一些湖泊，因为春天融水而将湖泊淹没时，冻结的底层沉积物又被漂浮到水面，所以这种湖泊可能不存在有效的化学沉积作用和生物沉积作用。2、温带地区的湖泊如果在湖泊汇水面积里存在大量的钙质岩石，就可能沉淀出碳酸钙。另外，在湖泊边缘生长的某些大型植物，其叶和茎能沉淀出由低镁方解石组成的表层包壳，在叶落或植物死亡后表层沉积物便增加了这种低镁方解石。然而，更重要的是蓝藻的活动，由于这种蓝藻生长在早已存在的碎屑颗粒外面，起到沉淀和粘结碳酸钙的作用，从而形成颗粒的外壳。随着时间的推移，这些包有外壳的颗粒又进一步发育成核形石。这些核形石在小于一定粒径时随波浪作用而运动，因此大致上呈球形，它长得越大也就越稳定，最后形成盘形。在较深的湖底，碳酸盐通常形成泥灰岩层，与富含有机质层成层纹状互层。这些季节性发育的富含有机质的薄层往往是由于浮游植物季节性沉淀的结果，特别是在湖水垂向分层—底层水静止并产生还原环境的地方（Davis，1900；Nipkow，1928；Thiel，1933）。在许多温带的湖泊里，发现有厘米级大小的铁锰结核，很典型的是，它与砂砾底质相伴生（Calvert和Price，1977）。3、干旱地区的湖泊干旱地区内陆水系的湖泊，通常是大量化学沉积物的沉淀场所。这里，我们只讨论多年盐湖，即那些存在多年（几十年，几百年，甚至几千年）而不干涸的盐湖，多年盐湖可能是较浅的，例如犹他州的大盐湖（约12米）；也可能是较深的，例如死海（约400米）。如果气候发生变化，较浅的盐湖也可能很快变成干盐湖。在多年盐湖里，蒸发作用能导致表层的卤水浓缩及表层水里盐类矿物的成核作用。这种浓缩的卤水和盐类矿物向下沉到湖底，而密度低浓度小的水流到卤水之上。假定在日益干燥气候下的一个非碱性湖里，由于继续蒸发可能产生如下序列（Hardie，Smoot和Eugster，1978）。4．石盐+少量石膏+痕量碳酸盐3．石膏+少量碳酸盐（例如现在的死海）2．碱性土碳酸盐1．淡水相的生物化石（或许含有边缘咸水湖相的生物化石）在硫酸盐浓度高的湖泊里，硫酸钠可能在湖底和边缘沉淀。犹他州的大盐湖，在低温条件下芒硝（Na2SO4·10H2O）的可溶性比石盐小，在冬天芒硝在石盐之前沉淀。在夏天干热的环境中，芒硝脱水变成无水芒硝（Na2SO4），但在较高纬度的湖泊里仍然是芒硝。内陆水系的湖泊对气候的极小变化也十分敏感，特别是表现在沉淀作用的程度上。浅的内陆水系湖泊时常容易完全干涸，而且多年湖泊的化学沉积物与干盐湖成因的沉积物互层。参考文献：[1]沉积学.姜在兴.石油工业出版社，2003.[2]湖泊沉积与环境演化.沈吉.科学出版社