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9 海洋碳酸盐沉积环境

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海洋 碳酸盐 沉积环境
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第9章海洋碳酸盐沉积环境一、碳酸盐沉积概况二、碳酸盐沉积相模式三、碳酸盐潮坪四、碳酸盐海滩五、碳酸盐局限陆棚六、碳酸盐开阔陆棚七、生物礁相现代碳酸盐岩的分布特征• 分布地带:主要分布于低纬度(南北纬30°左右)的清澈、温暖、滨浅海地带。• 条件:浅水、暖水、清水、阳光充分、无大量细碎屑沉积物的注入。• 生物:钙藻大量繁殖,珊瑚礁发育。• 沉积物:(1)颗粒碳酸盐;(主要)(2)造礁生物粘结岩;(3)少量灰泥。• 在南北纬40°之间的深海盆地底部,有大量浮游生物碳酸盐沉积。一、碳酸盐沉积概况浅海碳酸盐的发育与藻类的关系• 在水深<15—藻类繁盛提供了大量碳酸盐沉积物。• 由于藻类的光合作用,从海水中吸收大量而促使海水中的且钙藻的外壳也是文石质灰泥(成为颗粒的主要供给者)。浅海碳酸盐沉积与生物有密切关系• 藻类的生活需要温暖、浅水、清洁透光环境。–海水浑浊妨碍光合作用,阻止钙藻生长,堵塞底栖生物的摄食器官,影响其繁衍(妨碍了大量碳酸盐颗粒的产生)。–海水太深,阳光和氧气不足,对藻类和底栖无脊椎动物生长都不利。且水压大,溶解不会产生大量碳酸盐。• 深水碳酸盐沉积物主要是靠海水表层浮游生物(颗石藻、有孔虫等)和浅水陆棚区漂运来的灰泥或粉屑。浅海碳酸盐颗粒的复杂成因• 内(源)碎屑:盆地内准同生改造的碳酸盐颗粒。– 内(盆内):直接来源于准同生改造– 成分:碳酸盐• 在海岸高能带,由于波浪、潮汐、海流等作用,使碳酸盐沉积物发生筛选,将细粒碳酸盐带走,而留下各种砂砾级碳酸盐颗粒,形成各种砂砾屑滩、介壳滩、沿岸砂坝、沙咀、砂洲、潮汐三角洲、潮汐砂坝等。• 细粒碳酸盐(灰泥、粉屑)沉积在:– 较深水盆地区:陆棚边缘、障壁砂坝前缘的较深水区– 较低能的浅水区:障壁后的泻湖及潮坪。碳酸盐与生物和生物礁• 碳酸盐沉积物主要是生物成因的。• 生物遗体和生物作用。• 有些生物能适应高能环境,具有抗浪的生态本能,它们在高能环境下原地生长聚集成为礁体。• 在高能带,由于向岸的波浪和潮汐作用,较深部的海水能够沿着斜坡上升到浅水区,使其水压降低,水温升高,进了时,从深水带来大量养料,有利于造礁生物的生长。• 所以,在沿岸高能带常形成岸礁,在滨外或陆棚边缘高能带常出现堤礁或堡礁。无生物礁的地带• 如果这些地带,持续保持高能条件,同时,碳酸钙又过饱和,这就使造礁生物不能大量繁衍,出现明显的碳酸盐的沉积作用、胶结作用、颗粒的包壳作用等,产生被亮晶胶结的颗粒灰岩。• 颗粒类型:鲕粒、砂屑、球粒、团块、核形石、生物碎屑等。在障壁(礁或碳酸盐砂堤)后的泻湖及潮坪,是水循环受到限制的低能条件。• 在炎热干燥区,蒸发作用使泻湖咸化,正常海水化学沉淀碳酸钙(文石)。咸化到一定程度就沉淀高镁方解石(转变为白云岩)及蒸发岩(膏盐、盐岩)沉积。生物很贫乏,仅有某些广盐性生物。• 在温暖潮湿区,泻湖的盐度变化不大,可出现大量绿藻、钙质海绵、苔藓虫及腕足类,为碳酸盐沉积提供大量颗粒。• 在潮坪地带,由于间歇性的潮汐泛滥及陆上暴露干涸,形成白云岩以及鸟眼、干裂、纹层、膏盐晶体假象等沉积构造。• 在热带多雨区,潮坪沉积物里出现淡水沉积透镜体,造成富含半咸水植物的沼泽,沉淀结壳状淡水方解石等。水深2同水深情况下生物的情况,主要对比生物礁的情况。水深5酸盐岩沉积相模式• 碳酸盐岩沉积受多种条件的控制,沉积作用因素复杂,给建立碳酸盐沉积相模式带来困难。• 至今还没有一个很好的模式。目前,关于碳酸盐岩沉积相模式较多,现选择3种简述如下。– 汐划分的模式– 964年把浅海碳酸盐岩沉积区划分为陆表海和陆缘海两种类型。–陆表海碳酸盐岩沉积分异主要取决于海水的能量。陆表海内波浪、海流、潮汐作用是控制碳酸盐分带的主要因素。• 965年,进一步提出了陆表海沉积模式。按照能量,把陆源物质输入很少的陆表海(清水碳酸盐盆地)从广海到海岸方向划分为X、Y、汐划分的模式• 967,1969)修改了前两人的模式,认为潮汐作用在海水动力能量分带上起重要作用:由于潮汐面频繁变动,经常引起能量带的复杂迁移,因而形成各相带的变化。• 把碳酸盐的能量分带与潮汐分带结合起来,划分出四个相带。威尔逊(1975)综合了古代及现代碳酸盐的大量沉积模式,吸收了按能量、潮汐划分碳酸盐相带的优点。• 根据海底地形、潮汐、波浪、氧化界面、盐度、水深、海水循环、气候条件等因素建立了综合的碳酸盐沉积的标准相带模式。• 把海洋碳酸盐划分为三大相区、九个相带、22种微相类型。威尔逊的三大相区、九个相带台地相区台地边缘相区盆地相区盆地相区台地边缘相区台地相区威尔逊模式9个相带微相类型威尔逊相模式• 划分较详细和系统,是比较完善的综合性模式,已被普遍使用。• 其基本格局仍是低能 盆地相区的1、2、3相带,其海底深度位于浪基面之下,属低能带,与 台地边缘相区的4、5、6相带,其海底深度均位于浪基面之上,波浪作用强烈,均属高能带,与 台地相区的7、8、9相带,均位于台地边缘相区之后(靠陆一侧),波浪能量消失(潮汐为主),水体运动比较弱,属低能带,与但是开阔台地相(7相带)也可能有部分地区海底水动能较高)三、碳酸盐潮坪潮坪:潮汐作用为主,波浪作用较小,宽阔、平缓倾斜的海岸(滨海)地区。• 在缺乏陆源碎屑物时,形成碳酸盐潮坪。• 与陆源碎屑潮坪的区别:陆源碎屑潮坪的前方发育障壁岛或滩;碳酸盐潮坪多数与藻席发育有关,藻席的大量和广泛发育起到阻挡外海波浪的作用(藻礁),使大部分碳酸盐台地免受海浪作用破坏,而成为一个以潮汐作用为主的碳酸盐沉积环境。• 按湿度和盐度可分为两类:正常潮坪(湿度和盐度)和干旱盐化潮坪。潮坪分带潮上带:平均高潮线以上,大多数时间暴露于海平面之上,只有在大潮或者风暴潮期间才会被海水淹没。潮间带:平均高潮线和平均低潮线之间,每天暴露1坪向海一侧、平均低潮线以下,或者潮道内部碳酸盐潮坪沉积标志•暴露构造•潮汐层理•碳酸盐•藻类构造潮上带典型特征1 泥裂2 鸟眼构造、窗格构造3 藻类构造4 内碎屑1 泥裂(960, 渗透的风化产物,易于白云岩化。常见于潮间带上部至潮上带泥裂布在藻席里,泥裂中充填的是石膏,泥裂边缘上也是石膏。因风化作用,呈裂泥裂层横向呈现“香肠状”;充填物为相对多孔、易渗透的风化产物,易于白云岩化。K, 裂片泥裂与风暴沉积2 藻类构造藻叠层石主要发育于碳酸盐潮汐环境中。层纹状和波状藻叠层石:大多分布在潮上带柱状和锥状藻叠层石:主要产于潮间带,球状和半球状叠层石:潮下带浅水环境。注意:藻叠层石也可发育于湖泊环境中,甚至河边滩上。缩裂隙)in 席), is to 间带上部缩裂隙)为粘土层在水下脱水收缩时以及泥层含盐度增大时产生,一般发育不好,宽度相当窄,不具席 格构造、雪花状构造)指细粒沉积岩中成群或单个出现的,一般为几毫米大小的鸟眼状孔隙被亮晶方解石或石膏等胶结物充填而形成的一种沉积构造。孔隙成因:气泡、收缩、生物(藻)指相意义:大多产于潮上带,潮间带少见,潮下带几乎没有。or 内碎屑潮坪沉积中的内碎屑主要为风暴侵蚀、再沉积的物质。由于潮坪沉积的早期固结和胶结主要限于潮上带,因此潮坪沉积的内碎屑主要来源于潮上带,内碎屑内可发育有典型的潮上带标志:如藻层纹、鸟眼构造等潮上带泥裂与内碎屑潮上带纹层与内碎屑帐篷构造(间带生物扰动导致沉积均一化,层纹不发育,发育潮道沉积,鸟眼构造限于潮间带上部潮间带生物扰动 痕潮下带灰泥、球粒泥岩沉积为主,鸟眼构造不发育,向外海方向渐变为鲕粒滩、生物礁或者“碳酸盐缓坡”;块状;斑杂的灰色(还原成岩条件)波斯湾潮汐水道沉积潮下带特殊环境。(在波斯湾深度达1巴哈马0道侧向迁移,类似河流体系,不过物源来自海洋;潮道连续的侧向迁移,可形成大面积的潮汐水道沉积;沉积序列:下部为滞留沉积,夹杂背景沉积(腹足类、有孔虫生物碎屑);——向上变细为碳酸盐沙级泥粒岩,大多数层理被生物扰动所破坏;——生物扰动的潮间带沉积——层纹状潮上带沉积正常碳酸盐潮坪沉积相模式盆地相:属于浅海环境,多为浪基面以下细粒碳酸盐沉积,水平层理。潮下(低能带核形石、凝块石、半球状叠层石。潮下带上部,发育颗粒灰岩,并组成沙滩脊(近岸滩)。泻湖(低能带):上部有柱状和锥状叠层石潮间带(坪):柱状、半球状叠层石灰岩,泥裂、雨痕、鸟眼构造、窗格构造、波痕、冲刷及充填构造,可有足迹、爬痕、潜穴等潮上带:白云岩化和含石膏的泥晶—粉屑灰岩、藻席灰岩,鸟眼、窗格、干裂,被地下水上涌或结晶作用形成帐蓬构造,被破碎成扁平砾石状角砾。潮上顶部:陆相沉积,如风成砂和淋滤构造。碳酸盐潮坪沉积A = 藻丘,B=硬石膏充填的鸟眼构造1 潮上带:层纹状白云岩,氧化环境,2 潮间带:还原环境,生物潜穴发育,孔隙充填为硬石膏3 藻丘的发育表明,纹层为藻类成因1 气候干旱,强烈的蒸发作用使得潮上带地表形成厚的盐壳,形成荒芜、贫瘠的不毛之地,阿拉伯语称为“萨布哈)。2 沉积中夹杂较多的陆源碎屑物(风成)2 超咸地下水和高蒸发作用导致蒸发矿物的形成:石盐、石膏、硬石膏;3 早期白云岩化作用明显;4 蒸发矿物为原生沉积或为交代矿物;硬石膏层常扭曲变形,如果被淋滤则可形成膏溶角砾岩干旱带潮坪沉积环境及沉积特征为阿拉伯语,意为“盐沼”:是指在干旱到半干旱气候条件下形成的潮上沉积环境,一般位于大陆和潮间带,具有蒸发盐、潮洪和风化沉积的特点,以波斯湾海岸的一片荒芜低平的盐碱地最为代表。对潮上带的盐坪称海岸萨布哈,大陆内干旱盆地形成的盐碱滩、干盐湖则称为大陆萨布哈。波斯湾的特鲁西尔海岸现代潮坪和萨布哈是一个最近300年内形成的海退序列。海岸萨布哈 A U D I A R A B I 酸盐海滩浅水(5高能、无障壁(即礁不明显,呈现水下滩、坝带),直接受波浪和潮汐控制,以波浪作用为主。海水循环良好,盐度正常,氧气充分。由于底质处于移动状态,因此不适于生物大量繁殖。环境划分前滨(高能波浪冲洗带;临滨(沿岸流+潮汐作用;远滨(低能、生物作用(如扰动)为主• 能量和地貌:波浪、潮汐、沿岸海流的分选,形成纯净的碳酸盐砂堆积。浅滩、海滩、滨外砂坝、潮汐砂坝、风成砂丘岛。• 岩石类型:亮晶颗粒灰岩、亮晶鲕粒灰岩、生物碎屑灰岩,分选磨圆好。陆源碎屑物很少。• 沉积构造:槽状交错层理、板状交错层理、冲洗交错层理。• 生物:礁及礁后斜坡处生活的生物的碎屑,由于底质经常移动,很少有原地底栖生物。临滨后滨前滨海侵再作用的初始相山东张夏组鲕粒灰岩海滩岩海滩脊顶部海岸沙滩在热带、亚热带地区干湿季交替的气候下,高低潮转换过程中海水水面升降所造成的潮间带交替,使海水中的碳酸钙得以溶解和沉淀,海滩上的砂层和混杂其中的贝壳碎屑被碳酸钙胶结而形成的岩层,海滩岩槽状、板状交错层理临滨带槽状交错层理五、碳酸盐浅海陆棚——局限陆棚(or be as of a or in or 棚–海湾–泻湖:局限程度增加;3 局限原因:任何物理障碍,比如礁体、岛屿、物群分异度低,矮小以及畸变的种类常见,生物扰动发育,非骨屑颗粒(球粒、核形石)发育。在极端情况下,发育层纹或者蒸发岩。常见生屑:有孔虫、介形、腹足、双壳。生屑分选磨圆差,机械磨蚀、改造弱;颗粒泥晶化、藻钻孔常见,包壳等慢速沉积标志常见。颗粒泥晶化:碳酸盐颗粒边缘为穿孔藻类钻孔,一般为泥晶方解石充填的现象。大巴哈马浅滩如果全部颗粒泥晶化,会出现假球粒(原颗粒不具备泥晶结构)粒互相粘结空间变化——局限环境识别的一个重要标志:复杂的分隔环境,相变快。底部平坦的广阔水域,沉积旋回发育:向上变浅序列(主要)和向上变深序列向上变浅序列骨骼+内碎屑灰岩或砾岩粘土质灰岩含化石、潜穴、生物扰动,泥灰岩含骨骼灰质砂岩平坦或不规则层理粉砂质多边形薄层纹,偶有钻穴砾石多泥序列多砾序列多泥序列向上变浅序列多泥序列环境特征1 浪基面——风暴浪基面之间;2 盐度正常3 窄盐度生物(正常海生物)4 控制因素:构造,外大陆架形态六、碳酸盐浅海陆棚——开阔陆棚微相以粒泥岩为主,浅滩相发育泥粒岩和颗粒岩,局部可发育斑点状礁(包粘灰岩及其翼部富生屑沉积)古生态正常浅海底栖、游泳生物、钙藻等沉积构造岩相、层厚和生物群在空间上稳定;常夹页岩层;单层灰岩厚度在纵向上可差别较大;层面不平整;可发育远洋成因物质韵律层理深海不平整的岩层面波状、结核状层理结核状层理结核状层理、层厚不均向上变浅序列:薄层灰岩里的泥质和含化石粒泥灰岩的泥灰质生物建隆灰泥丘开阔陆棚浅水碳酸盐岩沉积——(来宾)生物礁的概念礁的生物作用礁岩类型生物礁的相带划分生物礁的发育与死亡地史时期的生物礁七、生物礁礁(最早的概念):是指海底之上的水下或水上隆起。被广泛接受的概念:由造礁生物原地生长建立起来的水下隆起。现代生物礁主要是珊瑚礁。概念• 地层礁:丘状碳酸盐隆起。• 生态礁:原地生物骨架、具坚固抗浪性、为一定规模隆起的正地形。沉积地质学中对礁的两种理解:相关概念• 生物丘(缺乏大型的造礁生物和骨架岩,主要由灰泥组成,不具抗浪性,为常出现于浪基面以下的丘状碳酸盐隆起。• 生物滩(不具坚固的抗浪性,由松散的碳酸盐砂和异地埋藏生物组成。由于生物礁、生物丘和生物滩孔隙发育和对元素的选择性富集,是油气和其它金属矿的良好的形成和聚集场所。造礁生物与附礁生物在造礁中相互关系示意图礁池(澳大利亚大堡礁)3 生物礁的礁岩类型•建设型礁岩(原地礁岩):骨架岩 粘结岩 障积岩• 骨架岩:为原地的化石(珊瑚、海绵、层孔虫等)骨架组成的块状体,骨架间隙为灰泥及亮晶充填物充填。• 粘结岩:由板状孔虫、藻类等)粘结和包裹灰泥质形成。生物分泌有机质时,通过生物呼吸作用使海水中的碳酸钙沉淀在生物体中。主要产于骨架岩和障积岩之间。• 障积岩:由茎状、枝状化石(珊瑚、层孔虫、海百合、海绵等)构成障壁和支架,泥晶等基质充填格架内。主要分布于礁核的基底部位。现代珊瑚礁(三亚)现代珊瑚礁(三亚)粘结岩—雾迷山组障积岩,中泥盆统,杨堤,桂林层孔虫骨架岩,中泥盆统,贵州独山珊瑚骨架岩,中泥盆统,贵州独山二叠纪海绵礁• 破坏型礁岩(异地礁岩):生物骨架被破碎、搬运再堆积形成的。主要堆积于礁的翼部,实际为礁核的塌积物。漂砾岩粗砾岩4 生物礁的相带划分及各相带特征横剖面模式: 礁核相、礁翼相、礁间相(平行海岸线)礁翼 礁翼礁岩分布纵剖面模式: 礁后相、礁核相(礁坪相、礁顶相、礁前相)、前礁相(垂直海岸线) 碳酸盐补偿深度:在水深4000酸盐颗粒的沉淀速度等于碳酸盐的溶解速度,此深度称为碳酸盐沉积的补偿(平衡)深度。在这深度以下,碳酸盐被完全溶解,沉积物中无碳酸盐颗粒。在这个深度以上,既有碳酸盐颗粒的形成,浅水区带来的碳酸盐也可以得到保留。第9章重要概念–萨布哈、生物礁、生物丘、思考题–
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