2地层的沉积相及沉积环境

地层的沉积相及沉积环境一、沉积相概念及相对比定律1、沉积相（相）：能够反映沉积环境的岩石及古生物特征的综合。或者说，相是形成于特定古沉积环境的一套有规律的岩石和古生物特征的组合。2、相变：沉积相在横向或纵向上的变化。3、岩相分析:根据地层中岩性特征和生物特征等,推论其生成环境的方法称岩相分析。4、相对比定律：19世纪末期由德国学者瓦尔特（J.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”。并进一步研究认为：岩相类型在时、空分布上存在着内在的联系。相对比定律又称瓦尔特定律。5、岩相分析的基本原则：将今论古－－现代和地史时期所形成的物质记录有许多类似之处。二、沉积环境的判别标志沉积环境(sedimentaryenvironments):一个具有独特的物理、化学和生物特征的自然地理单元相标志：特定沉积环境内独特的物理、化学和生物作用，也就形成了其独特的沉积特征组合。我们把这些能反映沉积环境条件的沉积特征称为相标志。1、物理标志1）．沉积物颜色一般来说，浅色的岩石含有机质低，多形成于浅水、动荡和氧化条件下，如海滩成因的砂岩。深水或静水和还原条件下多形成暗色岩石，如沼泽和深海沉积等。在岩石中具有含铁离子的矿物时，紫红色反映强氧化条件，如红层；暗绿色则反映相对还原的沉积环境。2）．沉积物结构沉积物结构包括粒度、圆度、分选、定向性和支撑类型等。一般来说，粒度粗、圆度高、分选好、颗粒支撑的岩石反映能量较高的沉积条件。相反，粒度细、磨圆度低、分选差、杂基支撑的岩石形成于较低能的水体中。3).沉积构造的环境意义沉积构造是判别环境的重要标志。(1)、层理标志层理是两个层面之间由于岩石的性质在垂直层面方向上，由成分、颜色、结构的变化所显示的层状构造。常见的层理有水平纹理（层理）、交错层理、平行层理、递变层理和块状层理等。斜层理交错层理斜层理水平层理：常见于湖泊中心、牛轭湖、泻湖、潮坪至次深海、深海环境中。平行层理：常见于河流边滩、海滩等环境中，在深海浊流沉积的特定部位也可出现。交错层理:交错层理是最常见的层理类型之一。它们由一系列与层理面斜交的内部纹层所组成，反映介质能量较强的环境，主要出现在碎屑岩中，碳酸盐岩内也可见到。可由水或风形成；常见于滨岸浅水地带、河流、三角洲或沙漠环境中，但在不同的环境中常具不同的形态特征。如河流环境，因水定向流动而形成单向板状或槽状交错层理。海滨地区砂浪的迁移造成大型板状和槽状交错层理。滨岸带由于潮汐作用，海水往复流动，形成特有的鱼骨状交错层理。海滩环境的冲洗层理则以低倾角(10。)的板状、楔状交错层理为特征，水流流向不稳定情况下可形成槽状交错层理。风成交错层理则厚度大、倾角高(30。)、砂粒分选好、磨圆度高。递变层理：由重力流形成。以突发性高速流动的浊流为例，首先沉积的浊流头部富集大而重的颗粒，流速也大，然后浊流的本体部和尾部相继依次沉积，导致形成一个自下而上沉积物颗粒由粗变细的单一岩层，也称粒序层。粒序层是鲍马层序的重要组成部分，其下界常是突变的，有时具冲刷构造。块状层理：这种层理可有不同成因，也可产生在各种不同粒级的沉积物中。有时沉积物迅速沉积，来不及分选，导致在相当厚的沉积岩层中不显示任何层状构造。在平静的水体中，悬浮物迅速堆积，可形成块状泥岩。有时由于大量底栖生物的扰动，原生层理遭到破坏，也可形成具有块状层理的泥灰岩、粉砂岩等。(2)、层面构造与暴露标志层面构造－－指出现在沉积岩层面上的构造，有时与沉积物同时形成，如波痕—对称和不对称波痕。暴露标志－－指形成于沉积作用之后，并能指示沉积物曾暴露于地表的层面构造。如动物的爬痕，足迹，泥裂，雨痕(雹痕)等。更明显的区域性暴露标志是古风化壳，在不同的气候带具有明显不同的识别标志。虫迹孔龙脚印干裂干裂暴露标志华北C2底部风化壳波痕波痕波痕－－暴露标志风化壳－－暴露标志波痕的形成：b、c示不对称波痕；d、e示对称波痕2、生物门类及其生态组合的环境意义（古生物标志）A、不同的生物门类生活于不同的自然环境之中。因此，可以依据一些特有的生物种类及其保存特征来鉴别其生存环境。如：珊瑚、腕足、菊石、三叶虫等都生活在海洋环境；陆生植物和淡水软体动物等生活在大陆环境。B、还可以根据某些生物判断海水的盐度及古气候。如：广盐度生物，狭盐度生物，喜暖生物，陆生生物，特征生物群及生物遗迹化石等,还可以根据某些生物判断其生活的水体深度。C、还可以根据生物化石在地层中保存的完整程度来判断水动力的强弱和搬运的远近。狭盐度生物，如珊瑚、菊石、腕足类等。广盐度生物，如某些腹足、双壳类等。有些生物对气候敏感，只能生活在特定的气候区(带)如造礁的珊瑚、多数藻类、海绵及层孔虫等属于喜暖生物，一般只生活在水温200c的热带、亚热带浅水海域；而某些小型单体珊瑚、厚壳的腕足和双壳类等，则见于高纬度冷温水区。现代陆地上的棕榈、樟树等常绿阔叶林，不显年轮，是热带气候的指示性植物；松柏和银杏等落叶林分布于温带区，其年轮清晰，表明季节性明显。在含氧丰富和透光良好、海水深达0-50m的地带，底栖生物丰富，可有大量底栖的有孔虫、三叶虫、腕足类、灰质海绵、层孔虫和块状珊瑚等。100-200m生物逐渐减少，但有很多苔藓虫、具铰纲腕足类。硅质海绵、枝状苔藓虫等则生活在200m以下较深水海域。3、岩矿标志岩屑可用以解释母岩的性质，追踪陆源区。粗大的岩屑一般反映地势高峻的古陆剥蚀区距沉积区较近。石英含量较高、分选较好的沉积层，一般为远源区的沉积，纯净的石英砂岩则是海滩反复冲洗的标志。长石易风化、分解，一般在于旱和寒冷气候带或地形高差大的近源地区才能大量保存。石榴子石硬度大(6.5—7.5)，但易风化，仅在冰川成因重矿物中富集。黄铁矿的出现往往反映缺氧还原的沉积条件。大规模、稳定的碳酸盐岩一般出现在温暖的滨浅海；海绿石、鲡绿泥石、磷块岩主要形成于陆棚浅海环境。冰碛和冰川纹泥显示了冰期的寒冷气候；煤、赤铁矿、铝土矿的大面积沉积则反映潮湿气候；石膏和各种盐类的形成则表明气候干旱；鲕粒结构代表海浪强烈搅动的高能环境，富含有机质和黄铁矿微晶的炭质、硅质、泥质岩类，则形成于深水或滞流还原海盆．纯净的石英砂岩形成于浅水高能条件(如海滩环境)．•具单向斜层理的砂岩沉积物多由粗砂、中砂组成，分选磨圆好，层理向一个方向倾斜，倾斜方向指示了水流方向，是河流环境特有的沉积特征。富含陆生生物组合的页岩岩石成份为粘土质（有时为硅藻土），水平纹层发育，富含淡水双壳类、鱼、叶肢介、昆虫和蛙类化石，并见植物茎、叶化石，保存比较完整。淡水生物组合说明为陆相水体的沉积环境，化石保存很好，甚至一些细微的结构也保存下来，指示为静水环境。而沉积物细且具水平纹层，也指示水体平静，并且搬运距离远。一般应为潮湿气候条件下浅水湖区的较深部分至深水湖区（湖泊中心地带）的沉积。•含植物化石的黑色页岩岩石的颜色为黑色，粒度细，为粘土质，含有丰富的植物化石。植物化石的大量保存说明当时气候温暖、潮湿、植物生长茂盛。埋藏后，经过了脱水作用，保存下炭质，导致岩石呈黑色。细粒沉积物反映地形平坦，搬运距离较远。因此含植物化石的黑色页岩代表了温暖潮湿气候条件下的平原沼泽沉积。竹叶状灰岩岩石具扁长的碳酸盐质砾石，砾石从纵剖面观察类似竹叶，磨圆较好，有的竹叶状砾石表层可氧化成黄色或褐色。不定向排列或略具定向，钙质胶结。竹叶状灰岩的成因，一般认为是由于先沉积的碳酸钙在尚未固结或刚刚固结的情况下，由于风暴浪的影响而被击碎，并由波浪冲击磨圆（因不坚硬，很容易被磨圆），随后又被新沉积的碳酸钙胶结成岩，具同生砾岩的性质。砾石表面的褐黄色晕圈通常反映这些砾石曾一度暴露水面经受氧化，表面的Fe2+被氧化成Fe3+而呈现褐黄色，它反映了海水浅且能量高的滨岸环境。•具石盐假晶的紫红色粉砂岩或粉砂质泥岩岩石呈紫红色、红色，成分为粉砂或粘土，在层面上可见立方体状石盐假晶。石盐的形成和干旱的气候有密切关系。干旱气候条件下由于水分大量蒸发、水体中含盐度不断增加，当含盐度达到饱和时石盐就结晶出来。岩石中所见石盐假晶多数为孤立零星而分散的晶体，推测当时形成石盐时不是整个海盆干涸结晶的，只发生在一些浅水区段。石盐晶体长成之后被沉积物覆盖，又由于海水含盐度的降低而溶解，留下的孔隙被粘土质成分充填，从而保存了石盐的晶体形态，故称石盐假晶。岩石主要为细粒沉积物，说明当时地势平坦，代表干旱气候条件下滨海或滨湖地带的沉积。通常根据这套岩石及其上下地层中所含化石来判断其环境。如果含有海相化石则可能为滨海沉积，如含陆相湖泊生物组合，则应为滨湖沉积。•鲕状赤铁矿岩石为铁红色，基本成份为赤铁矿（Fe2O3），具鲕状结构，鲕粒直径0.5~2mm左右，有时可见其中含有生物化石碎片。鲕状赤铁矿代表温热潮湿气候条件下，铁可呈胶体存在于酸性水中（水体含有腐植酸而呈酸性），然后被河流带到海滩，亚浅海地带，在水体动荡的条件下，以砂粒或骨屑粒为核心凝聚沉淀。推测它代表了湿热潮湿气候条件下动荡的亚浅海高能环境。含三叶虫碎片的鲕状灰岩灰岩中具有不同含量的鲕粒，粒径1mm±。伴生有较多的三叶虫碎片。当温暖的海盆中碳酸钙含量达到过饱和时，波浪一旦搅起海底的砂粒和生物屑，碳酸钙就会围绕着它们呈同心状凝聚而沉积，并形成鲕状结构，三叶虫碎片也是波浪冲击的结果。代表了温暖动荡的浅海高能环境。礁灰岩岩石主体由造礁生物组成。生物含量一般占50%以上，造礁生物有珊瑚，层孔虫，藻及钙质海绵，还有一些喜礁和附礁生物与灰泥一起充填于造礁生物的孔隙中。造礁生物一般都生活在水温20℃左右的热带清澈正常浅海中，水深不超过60—70m，而以30m最盛，故礁灰岩反映了热带温暖清澈的浅海环境。•底面具印模或槽模的砂岩和泥岩呈韵律互层，每个韵律层厚度不大，十几厘米至几十厘米。砂岩基质含量较高，可见明显或不太明显的包马序列，泥岩中可见浮游生物化石（如笔石等）。代表典型的浊流（重力流）沉积。含笔石的黑色页岩岩石黑色，粘土质，常见不清晰的水平层理，含丰富的笔石化石，偶见黄铁矿晶粒。在一些受阻隔的海盆或海湾环境里，由于水循环受到限制，水流不畅而滞流，或者在较深的海环境中，由于底部缺氧而造成还原环境，底栖生物不能生存，但有浮游的笔石落入其中而被保存下来。同时还原环境中的硫化氢与铁化合生成黄铁矿微粒，致使岩石的颜色变为黑色；水流不畅或水体较深，水能量低，水体平静，形成水平层理或纹层，沉积物也很细，故含笔石的黑色页岩代表深水或水流不畅环境下的缺氧还原沉积。含游泳型菊石的硅质、泥质岩黑褐、褐红、灰黑色薄层至中层铁锰质硅质岩，硅质泥岩、灰黑色薄层泥灰岩及含炭钙质页岩，水平层理，产菊石类及其它浮游生物化石，未见底栖生物化石。岩石中只保存游泳的菊石类，不见底栖生物，水平层理发育，代表较深水低能环境。•岩相的识别标志或依据•生物化石在岩相分析中，主要根据各类生物的生态特征、生存环境、埋藏和保存情况、生物群面貌和生物组合等来推断当时的沉积环境。例如植物化石多指示陆地环境，有年轮的乔木代表温带气候，无年轮则代表热带气候；淡水鱼类、昆虫类、蚌类、介形虫、叶肢介和两栖类的生物组合反映了湖生生物特征，代表当时为温暖、潮湿或半潮湿气候下的湖泊环境；腕足类、珊瑚类、三叶虫则指示浅海环境。化石保存得完整表明水体平静、原地埋藏；化石破碎则反映水动力条件动荡，或经搬运，异地埋藏。•特殊的新生矿物新生矿物通常是在一定的地形、气候、水化学条件下形成的，不是从异地搬运来的。例如：海绿石多形成于海水深度150一200m的浅海地带；鲕状赤铁矿主要产于水体动荡、水深35—40m的平坦海底，反映炎热、潮湿的气候条件。•沉积物的岩性特征主要指其成分、结构和构造，各类岩石的形成是受一定的自然地理条件和沉积环境控制的。例如具水平层理的泥岩反映静水环境；鲕状灰岩反映浅而动荡的水体；泥裂是浅水区(滨海和滨湖等地)形成的一种暴露构造；交错层理反映一种动荡的水体(风成交错层理例外)。•一般在进行岩相分析时，若无特殊新生矿物存在，应首先考虑生物特征，因为生物对环境的专属性很强。如群体珊瑚通常生活在温暖、清澈的浅海