第四章古地理、古气候、古水深讲述介绍

沉积盆地分析主讲：杜振川研究生课程沉积盆地分析第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第一节、沉积盆地古地理分析古地理学（palaeogeography）：是研究和描述地史时期地球表面的自然地理，如海陆分布、海水深度、盐度、温度、陆地地形、气候条件、生物分布等特征及其发展历史的地质学。古地理分析：是在综合各种地质资料的基础上，通过沉积学、古生态学、古构造学、地球化学等分析方法，再造地质历史时期中的自然地理景观，也就是再造沉积区和侵蚀区的景观。→第二篇分析原理第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第一节、沉积盆地古地理分析古地理分析的内容包括：确定侵蚀区的位置及母岩的性质；古地形的起伏；沉积区的边界；搬运介质及水动力条件，确定水的物理、化学性质等条件；确定古气候及古构造状况；确定古火山喷发的中心等；查明沉积矿产的生成与分布的规律性；阐明沉积作用与大地构造之间的关系，以进一步了解地壳运动与地质发展史，作出矿产的预测。第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第一节、沉积盆地古地理分析一、陆源区的分析1、判断古陆或侵蚀区的存在要判断某一地区在地质历史某些时期内存在侵蚀区，首先是要在该地区确定缺失相应时代的地层，但这还不够，因为某些地层或沉积物，可能是在沉积之后更晚的时代被侵蚀掉的。我们还要根据以下的标志来判断古陆或侵蚀区的存在：①被研究较老地层的上覆尖灭和较新的上覆地层的超覆；②下伏地层顶部有古风化壳存在，或与下伏地层呈不整合关系；第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第一节、沉积盆地古地理分析一、陆源区的分析1、判断古陆或侵蚀区的存在③根据沉积相变来判断古陆的存在，由侵蚀区至沉积区的相变是有规律的，靠近陆源区海（湖）相沉积物减少，而被陆相沉积物代替，这样可以根据对某时代地层的相剖面的对比，按照相变的规律追索确定侵蚀区的位置。④利用古流向分析也可区分古剥蚀区和后期隆起剥蚀区，并可确定古剥蚀区存在的方位；⑤根据同时代的陆源碎屑矿物的含量及粒度变化确定古陆的存在，愈靠近侵蚀区，陆源碎屑矿物总含量愈高，粒度愈大。第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第一节、沉积盆地古地理分析一、陆源区的分析2、查明古地形的起伏特征侵蚀区的边缘常堆积粗碎屑沉积物，越接近侵蚀区颗粒越粗；因此，分选及磨圆均较差的粗碎屑堆积可作为侵蚀区地形切割强烈的标志。细粒碎屑沉积物及古风化壳的存在，以及碳酸盐岩的滨线沉积，可反映剥蚀区较平坦的地形特征。第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第一节、沉积盆地古地理分析一、陆源区的分析2、查明古地形的起伏特征沉积相类型和分布特征的研究也有助于恢复古地形特征，作为正地形特征的沉积相是残积相与坡积相，而湖泊相、沼泽相和河流相都属于负地形，但冲积扇沉积无疑是分布在地形起伏显著、坡降急剧减缓的山麓。三角洲沉积组合可以推断古陆地形是低的较平坦的地形。而存在海相沉积无疑指示海盆的存在。根据海相沉积的类型又可确定滨海、浅海、半深海和深海环境。第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第一节、沉积盆地古地理分析一、陆源区的分析3、物源区母岩性质的确定物源区是提供陆源碎屑的物质来源的地区，沉积物质主要来自古陆。可以根据沉积物的特征来判别物源区的母岩的性质。1）砾石的粒度、成分及百分含量的变化是确定母岩的性质及物源方向的基本手段。砾岩主要分布在盆地边缘，接近于物源区。砾石成分可直接反映物源区的母岩成分，统计各种砾石成分及比例，即可得知母岩之成分特征。第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第一节、沉积盆地古地理分析一、陆源区的分析3、物源区母岩性质的确定物源区是提供陆源碎屑的物质来源的地区，沉积物质主要来自古陆。可以根据沉积物的特征来判别物源区的母岩的性质。2）砂岩的成分：砂岩中的岩屑、颗粒矿物类型也能反映母岩性质，如砂岩中的最主要矿物石英和长石的含量。3）碎屑重矿物常集中在细砂岩及粉砂岩中，含量不超过1％。一定的重矿物组合能反映一定的母岩性质；利用碎屑重矿物组合及含量变化，追索物源和恢复母岩早已被广泛应用。第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第一节、沉积盆地古地理分析二、古海岸位置的确定首先，由于海岸地区遭受潮汐、波浪及河流的作用，海岸线的位置不断地改变，就是现代的海岸也只能确定平均的或最高的或最低的海岸线的位置，而不能指出海岸线的固定位置。其次，依据某些标志来确定海岸线，如查明有无海滩、潮汐、渴湖等滨岸带古环境沉积物的分布，包括介壳滩、砾石滩、海岸滩；暴露或浅水沉积构造的发育，如干涉波痕、泥裂、雨痕、足迹及垂直生物潜穴等。第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第一节、沉积盆地古地理分析三、古流向分析古流向分析不仅在沉积环境的判别上具有重要意义，而且在重塑古地理上有很大的价值，它有助于确定沉积物供给方向、确定古斜坡的倾斜方向、推测海岸线走向，以及确定沉积盆地边缘的走向和位置。第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第一节、沉积盆地古地理分析三、古流向分析古水流分析包括古流向的测量、数据整理以及资料解释和应用等内容。测量工作主要是在野外露头上和钻孔中系统地测量和获得定向构造资料。常用的有交错层理、砾石、波痕、槽模、沟模等。尔后把测量的数据进行整理，古流向数据的整理方法很多，其中包括直方图、玫瑰花图、极点图等。主要是定性而形象地表示古水流方向；三、古流向分析第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第一节、沉积盆地古地理分析三、古流向分析恢复古地理面貌要通过区域古流向图，即对某一时代地层的所有露头分别进行古流向分析，在实际应用中常将多种岩相古地理分析的内容，如沉积相组分、碎屑比、砂层等值线、粒径变化和古水流数据标绘在一张地理图上，即形成一张综合性图件。第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第一节、沉积盆地古地理分析三、古流向分析位于密西西比海湾上部的上白垩统麦克纳里地层组的地层等厚图、岩相图及古水流资料(据A.D．Miall，1984)河流水系从东北方向进入盆地，砂泥比＞2代表三角洲原，向南部进入前三角洲。第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第一节、沉积盆地古地理分析四、水介质的物理—化学条件分析沉积盆地中水介质物理—化学条件，包括水深、温度、盐度、氧化还原电位(Eh)及酸碱度(pH)等。这些因素直接控制水体溶解物质的化学沉积分异作用及沉积矿产的形成、生物的繁殖等状况。第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第一节、沉积盆地古地理分析四、水介质的物理—化学条件分析1、pH值和Eh值的推断一般说来，沉积物不是在氧化条件下形成的就是在还原条件下形成的。对氧化还原极为敏感的是变价元素(如Fe、Mn等)的化合物。常用的标志是含铁的自生矿物，由氧化条件至还原条件出现次序为：褐铁矿→赤铁矿→海绿石→鲕绿泥石→菱铁矿→白铁矿和黄铁矿(氧化条件)(弱氧化弱还原条件)(还原条件)(强还原条件)Eh值：第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第一节、沉积盆地古地理分析四、水介质的物理—化学条件分析1、pH值和Eh值的推断还可根据沉积物的颜色来判断氧化、还原条件；一般黑色、绿色代表还原条件，紫红色、红色代表氧化条件。第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第一节、沉积盆地古地理分析四、水介质的物理—化学条件分析1、pH值和Eh值的推断判断沉积环境pH值的直接标志是一些指示矿物，如碳酸盐岩矿物、含铁矿物和粘土矿物。含煤沼泽环境形成于强酸性水介质，常与白铁矿相伴生，而海相的页岩中常伴生黄铁矿，说明海洋环境是中性或弱碱性的水介质条件。pH值：第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第一节、沉积盆地古地理分析四、水介质的物理—化学条件分析1、pH值和Eh值的推断pH值：判断水介质酸碱度的主要矿物标志第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第一节、沉积盆地古地理分析四、水介质的物理—化学条件分析2、确定古盐度的标志海水的正常含盐度为3．5％，半封闭的水盆地的盐度变化范围很大，可以淡化也可以咸化。古代沉积水介质的含盐度通常利用自生矿物和古生物类型进行推断。第一节、沉积盆地古地理分析四、水介质的物理—化学条件分析2、确定古盐度的标志1)古生物标志根据生物化石组合可以分析其生活环境的盐度。窄盐性的生物群如钙质红藻、钙质绿藻、钙质有孔虫、钙质海绵、珊瑚、苔藓虫、腕足类、棘皮类、头足类等反映海水的盐度正常；典型的半咸水、咸水生物群有双壳类、腹足类、介形虫、硅藻、蠕虫及蓝藻等。淡水生物群常见的有蓝藻、硅藻、轮藻、普通海绵等在盐度增高的情况下，窄盐性生物减少，广盐度的双壳类、腹足类和介形虫类等增加，在超盐度水中，只剩下少数的喜盐生物如鱼类中的棘鱼。第一节、沉积盆地古地理分析四、水介质的物理—化学条件分析2、确定古盐度的标志2)沉积标志随着盆地内水介质含盐度的增加，而形成一系列化学成因矿物，其沉积顺序为：方解石→白云石→天青石→石膏→石盐。特别是含自生天青石、萤石、重晶石的白云岩，与蒸发岩共生的玉髓为形成于超盐度条件下的指示物。海绿石、胶磷矿物形成于正常含盐度的海水中。第一节、沉积盆地古地理分析五、古气候分析六、古水深分析七、古构造分析另单独讲沉积盆地分析第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第二节、沉积盆地古气候分析气候：是指一个地区在相当长的时期内，各种气候要素如降水量、气温、风力和风向等的综合；古气候分析：就是研究地史时期气候的形成原因、过程、分布和变化规律。在古地理分析中，古气候占有很重要的地位，因为气候条件影响到各种地质作用及沉积物和沉积矿产的形成。特别是古气候的再造有助于发现和评价煤、铁、锰、铝土矿、盐类等矿产。第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第二节、沉积盆地古气候分析沉积盆地古气候变化标志甚多，一般从岩性、颜色、岩相、沉积构造、古生物等方面分析地质历史中的古气候。1、古生物标志：气候对生物的影响表现在两个方面：生物的分带性和群种成分的多性，这种特征由古至今表现都很明显。古动物方面：在热带海中大量繁殖造礁生物和厚壳的无脊椎动物，向两极寒带，其生物数量、种数大量减少，代之以箭石和特殊的辩鳃类，存在明显的分带性。第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第二节、沉积盆地古气候分析1、古生物标志：气候对生物的影响表现在两个方面：生物的分带性和群种成分的多性，这种特征由古至今表现都很明显。陆生植物群的分带性和分区性更为显著，潮湿的热气候会使植物繁茂地生长，形成巨大木本植物群；而干旱植物的生长则相反。第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第二节、沉积盆地古气候分析2、矿物岩石标志干湿气候：冰碛岩－寒冷气候；蒸发岩－干燥炎热气候；煤系层－温暖潮湿气候。潮湿气候：暗色碎屑岩为主，煤层及碳质泥、页岩、粘土矿物以高岭石为主，大量出现菱铁矿、铝土矿及沉积岩矿。半干旱气候：以水云母、蒙脱石为主，红色层发育。半潮湿气候：煤层、煤线、高岭石为主。干燥气候：石膏、石盐。第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第二节、沉积盆地古气候分析2、矿物岩石标志在盆地气候分析中经常采用综合标志划分气候类型：如以暗色碎屑岩为主，煤层及碳质泥、页岩广泛发育，粘土矿物以高岭石为主，大量出现菱铁矿、铝土矿及沉积锰矿等，综合起来是潮湿气候的可靠标志；沉积岩系中既不含石膏、石盐，又不含煤层、菱铁矿，粘土矿物以水云母、胶岭石为主，红色岩层较为广泛，综合起来是半干燥气候类型标志；剖面有煤层、煤线，粘土矿物多为高岭石，红色岩层缺乏或较少，综合起来是半潮湿气候的标志；第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第二节、沉积盆地古气候分析3、沉积学标志沉积学家早已注意到气候对沉积作用及沉积环境的影响，在不同气候条件下，相同沉积环境所形成的沉积体系的特征有差别。1)冲积扇沉积冲积扇虽然不是干旱气候特有的产物，但是，只有在干旱、半干旱气候区冲积扇才能最广泛地发育。第四章沉积盆地的古地理、古气候、古水深分析第二节、沉积盆地古气候分析3、沉积学标志1)冲积扇沉积在潮湿气候条件下形成的湿地扇与旱地扇的区别在于它的分布比较局限，仅分布于盆缘断裂向盆地一侧，