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第五章-沉积环境的主要判别标志(7-8)

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第五 沉积环境 主要 判别 标志
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1/47第五章-7沉积环境的主要判别标志第一节沉积构造标志第二节岩石结构和粒度标志第三节岩矿成份和地球化学标志第四节生物标志第五节古水流的判别标志及其环境意义第三节岩矿成份和地球化学标志一、岩矿成份标志1.陆源碎屑成分2.自生矿物和特殊岩石类型二、地球化学标志1.元素地球化学在沉积环境分析方面的应用2.稳定同位素在沉积环境分析中的应用第三节岩矿成份和地球化学标志一、岩矿成份标志1.陆源碎屑成分2.自生矿物和特殊岩石类型二、地球化学标志1.元素地球化学在沉积环境分析方面的应用2.稳定同位素在沉积环境分析中的应用一、岩矿成份标志1.陆源碎屑成分主要是用显微镜和电子显微镜对岩石和矿物进行显微研究(精细的组分、结构、构造、微相研究),提供环境分析的可靠标志,主要包括以下二方面:1.陆源碎屑成分(1)利用矿物的标型特征分析母岩类型(2)利用碎屑矿物组合分析母岩类型2.自生矿物和特殊岩石类型(1)自生矿物(2)特殊岩石类型2/471.陆源碎屑成分(1)利用矿物的标型特征分析母岩类型(2)利用碎屑矿物组合分析母岩类型2.自生矿物和特殊岩石类型(1)自生矿物(2)特殊岩石类型根据碎屑成分和矿物标型特征来研究沉积物来源方向及物源区岩类型。陆源碎屑成分:包括岩屑和轻、重矿物,是物理风化和化学分化的残余物,是分析物源区岩石类型的直接依据。分析的内容:岩屑、轻矿物、重矿物标型组合特征,含量变化,确定物源方向、源区位置、母岩类型、搬运距离等。3/47(1)利用矿物的标型特征分析母岩类型矿物标型特征:指不同成因的同种矿物,由于形成时物理、化学条件的不同,因而在化学组成、晶形和物性上存在的差异性。如沉积岩中的石英,可以据其包裹体、消光类型、晶体形态和多晶现象等标志区分母岩类型。阴极发光显微镜的发明和应用,使对原来认为是无标型特征的单晶石英颗粒等,也可确定其成因类型。4/47火山岩型石英石英标型特征与来源脉石英沉积岩型石英片麻岩型石英花岗岩型石英片岩岩型石英5/47(2)利用碎屑矿物组合分析母岩类型每一类岩石都有其特定的矿物组合,经风化、剥蚀、搬运、沉积、成岩。在形成的碎屑中,能基本保留其组合特征。6/471.陆源碎屑成分(1)利用矿物的标型特征分析母岩类型(2)利用碎屑矿物组合分析母岩类型2.自生矿物和特殊岩石类型(1)自生矿物(2)特殊岩石类型2.自生矿物和特殊岩石类型(1)自生矿物沉积期或同生期形成的矿物,说明沉积时期水体介质的物理、化学条件(如Eh值;Ph值、盐度等)。海绿石:绿色,为富铁、富钾的含水层状铝硅酸盐矿物,呈圆锥状、肾状。海绿石的成因:是改造生成和胶体沉淀而成。现代海绿石形成于陆棚区(浅海),弱咸性(Ph=7-8)和弱氧化—弱还原(Eh=0)的正常海水,水温10o-15oC,深度大于125m。在寒冷地区,水深30米就可形成。海绿石形成在水底层,经水化和离子交换作用(即海解作用)而形成。要求一定的原始物质供给,如粘土矿物、云母、角闪石、辉石、长石、绿泥石等(即不是完全独立结晶的)。7/47鲕绿泥石:绿色,鲕状、球粒状,易于与海绿石混淆(铁质硅酸盐矿物,基本不含钾)。海相成因。与海绿石的形成温度和深度不同,鲕绿泥石形成于较温暖的浅海,水温大于200C,其分布深度小于60m。粘土矿物:小于2μm,含水的铝硅酸盐类,如水云母和蒙脱石等。粘土矿物是絮凝作用形成的,能反映介质的Ph值。如高岭石形成于酸性介质中,一般为大陆环境;水云母、蒙脱石形成于中性或碱性介质中,多为海洋环境。8/471.陆源碎屑成分(1)利用矿物的标型特征分析母岩类型(2)利用碎屑矿物组合分析母岩类型2.自生矿物和特殊岩石类型(1)自生矿物(2)特殊岩石类型(2)特殊岩石类型一些岩石可指示沉积时的能量条件和古气候标志。碳酸盐岩:以海洋为主,也有淡水灰岩。依据生物化石和沉积地球化学来区别海相与陆相。碳酸盐岩反映弱碱性,藻叠层石灰岩形成于潮坪环境,鲕粒灰岩形成于滨浅海,泥晶灰岩形成于静水环境。红层:多为大陆环境,为含Fe矿物在温暖、潮湿气候条件下,风化后成赤铁矿而显红色。海相红色页岩可由化石红色或干旱气候带的风成产物。蒸发盐:是含盐度较高的卤水,通过蒸发作用产生的化学沉积物,反映气候干燥和闭塞环境。见于内陆盐湖或滨海泻湖环境。条件:干旱气候带、清水静水(泻湖)、碳酸钙组分。9/47磷块岩:海相为主,陆相少见。P2O5的含量是随着深度的增加而增加。在平静—搅动交替的水动力条件下,分散的磷质可逐渐集中,形成鲕状、团粒状、结核状或各种交代假象。在50-200m(浅海)更有利于其形成。锰结核:以海洋为主,湖泊和沼泽也有。锰结核中微量元素的浓度随着环境的改变而发生有规律的变化,因而其比值具有指示环境的意义。如在湖泊和浅海中形成的铁锰结核中Co、Ni、Zn、Pb等元素要比大洋中少的多。礁灰岩:由复体、固着的造礁生物形成突起和抗浪的地貌。造礁生物主要有珊瑚、层孔虫、苔藓虫、海棉、藻类等。礁灰岩(藻礁灰岩、叠层石灰岩)是浅海环境的良好标志。10/47大洋锰结核矿成因之谜1873年,“挑战者”号从海底捞上来几块像黑煤球的硬块。后来,经过化验分析,才知道它不是化石,而是含有大量锰,铁、铜、镍、钴等元素的矿石。叫“大洋锰结核”。20世纪70年代后,世界上有条件的海洋国家,投以巨资,对大洋锰结核矿进行调查,研究其开发的可能性。从深海采到锰结核到船上的情景11/47针铁矿(0-10m,大于270C)一般形成在较浅水区(包括滨海、湖盆)。鲕绿泥石(10-50m,25-270C,多见于滨海。鲕状赤铁矿(35-40m,25-270C),多见于滨海。海绿石和磷块岩(125-250m,10-150C),多见于浅海。12/47第三节岩矿成份和地球化学标志一、岩矿成份标志1.陆源碎屑成分2.自生矿物和特殊岩石类型二、地球化学标志1.元素地球化学在沉积环境分析方面的应用2.稳定同位素在沉积环境分析中的应用地球化学与沉积学相结合成为沉积地球化学,能够为沉积环境分析提供物理标志和生物标志所不及的沉积地球化学标志。主要包括:元素地球化学和稳定同位素地球化学。13/47化学成因的沉积构造是一个方面1.元素地球化学(1)古盐度的测定硼法、元素比值法、沉积磷酸盐法(2)氧化还原条件(3)古水深标志(4)源区分布2.稳定同位素(1)古温度测定(2)古气候分析(3)古盐度测定(1)古盐度的测定硼法:Walker和Price(1963)据前人资料及自己的研究成果证明了粘土中硼主要富集于伊利石中,并成功地把硼、伊利石含量和古盐度联系起来,为盐度的定量计算奠定了基础。大于400ppm为超咸水现代海水中硼的含量为4.7×10-6,淡水中含量很低,而内陆盐湖中具有很高的硼含量。沉积物中的硼含量与水体硼含量有关,因而,也和水的盐度存在函数关系。14/47元素比值法:B/Ga(硼/镓),B主要吸附于粘土矿物中,活动性较强。Ga在粘土矿物中富集,在淡水的岩石中较海洋的岩石为高。故用B/Ga比值来反映盐度和区分海陆相地层。7为海相。Sr/Ba(锶/钡),Sr、Ba化学性质十分相似、它们均可以形成可溶性重碳酸盐、氧化物和硫酸盐进入水溶液中。在近岸沉积物中富Ba,而Sr的迁移能力高于Ba,可迁移到大洋深处。碳酸盐矿物有对Sr的捕获作用。Sr/Ba在淡水沉积物常1。15/47沉积磷酸盐法Nelson(1967)根据美国现代河流和河口湾的资料发现,在沉积磷酸盐中,Ca盐与Fe盐的相对比值与盐度的密切关系。其后许多学者又进行了较深入的研究(表5-7)。16/471.元素地球化学(1)古盐度的测定硼法、元素比值法、沉积磷酸盐法(2)氧化还原条件(3)古水深标志(4)源区分布2.稳定同位素(1)古温度测定(2)古气候分析(3)古盐度测定(2)氧化还原条件的标志主要是根据同生矿物组合,如对介质Eh值高低反映灵敏的Fe、Mn等变价元素的矿物组合。铁在海盆中沉积具有明显的规律性,随着pH值的增大,Eh值的降低,铁矿物呈不同的相依次分布,铁的化合价也相应变化。17/471.元素地球化学(1)古盐度的测定硼法、元素比值法、沉积磷酸盐法(2)氧化还原条件(3)古水深标志(4)源区分布2.稳定同位素(1)古温度测定(2)古气候分析(3)古盐度测定(3)古水深标志用古生态法和遗迹化石标志恢复盆地的古水深。元素的聚集与分散与水深度(离岸距离)有相关性。元素在沉积作用中所发生的机械分异作用、化学分异作用、生物生理作用、生物化学作用的结果。由滨岸向深海,Fe、Mn、P、Co、Ni、Ca、Zn等增加,其中Mn、Ni、Co、Cu含量升高。海洋沉积物中Mn的分布主要受沉积环境酸碱度变化和氧化还原电位的控制。一般随pH值增大,Eh值降低,Mn+2矿物逐渐从海水中沉淀出来。此外沉积速率也影响着Mn的分布,沉积速率低,从海水中沉淀出来的Mn被陆源和生物成因的沉积物的稀释程度降低,故沉积物中Mn含量增高。Co被作为定量估算古水深的标志元素。18/47(4)源区分布母岩性质基本决定了风化产物的元素组成。尽管在不同古地理条件下,由于气候、生物活动、地形、水介质的影响,风化产物搬运后的沉积物已在很大程度上有别于风化产物的原始元素组成,但母岩成分还是能在某些特征元素含量的变化上体现出来。1.元素地球化学(1)古盐度的测定硼法、元素比值法、沉积磷酸盐法(2)氧化还原条件(3)古水深标志(4)源区分布2.稳定同位素(1)古温度测定(2)古气候分析(3)古盐度测定19/471.元素地球化学(1)古盐度的测定硼法、元素比值法、沉积磷酸盐法(2)氧化还原条件(3)古水深标志(4)源区分布2.稳定同位素(1)古温度测定(2)古气候分析(3)古盐度测定2.稳定同位素在沉积环境分析方面的应用同位素地球化学标志可以确定古温度、古气候、古盐度。应用较多的、效果也较好的是O、C、S同位素。O有三种同位素16O、17O、18O,丰度分别为99.76%、0.038%、0.20%。C有二种同位素12C、11C,丰度分别为98.89%和1.11%。S有四种稳定同位素32S、33S、34S、29S,丰度分别95.02%、0.75%、4.21%、0.02%。公式δ=[(R样品-R标样)/R标样]×1000‰如:δ18O=[(18O/16O)样品-(18O/16O)标样](18O/16O)标样20/471.元素地球化学(1)古盐度的测定硼法、元素比值法、沉积磷酸盐法(2)氧化还原条件(3)古水深标志(4)源区分布2.稳定同位素(1)古温度测定(2)古气候分析(3)古盐度测定碳同位素国际标样采用PDB(美国南卡罗来纳州白垩纪PeeDee组的箭石。氧同位素国际标样采用SMOW(标准平均大洋水),在与古温度有关的碳酸盐样品的氧同位素分析中习惯采用PDB。硫同位素国际标样采用CDT(铁陨石中的陨硫铁)。方法21/472.稳定同位素(1)古温度测定(2)古气候分析(3)古盐度测定(1)古温度测定碳酸盐的碳同位素值随沉积温度升高而降低,Craig(1965)提出了用碳同位素计算古水温的经验公式:T°C=16.9-4.2(δc-δw)+0.13(δc-δw)2式中:δc为25°C时碳酸盐与100%磷酸盐反应产生的CO2的δ18O值;δw为25°C时所测试CaCO3样品与海水平衡的CO2的δ18O。22/47古温度测定实例23/472.稳定同位素(1)古温度测定(2)古气候分析(3)古盐度测定(2)古气候分析淡水中δ18O/δ16O值低于海水,而且气温越低该比值越低。温带地区淡水中δ18O/δ16O值较海水平均值的低7%,高纬度区或高海拔区淡水中比值低30%,过去多用有孔虫的氧同位素组成研究受冰川控制的海水同位素成分变化和海水温度的变化。24/47稳定同位素确定(1)古温度测定和(2)古气候分析实例25/47稳定同位素分析实例26/472.稳定同位素(1)古温度测定(2)古气候分析(3)古盐度测定(3)古盐度测定海水中,O、C同位素含量高于淡水,主要由于蒸发时δ16O容易逸出,海水中δ18O/δ16O值高,陆地淡水主要来自大气降水,故δ18O/δ16O值低,海水与淡水氧。计算公式:Z=2.048(δ13C+50)+0.498(δ18O+50)大于120时为海相灰岩;小于120时为淡水(湖相)灰岩。但由于成岩作用中同位素置换作用会使碳酸盐的原始同位素组成发生变化,特别是氧同位素随成岩及后期变化较明显,故在应用时应予以注意。27/47古盐度测定实例28/4729/47第五章-7(结束)沉积环境的主要判别标志第一节沉积构造标志第二节岩石结构和粒度标志第三节岩矿成份和地球化学标志第四节生物标志第五节古水流的判别标志及其环境意义1、陆源碎屑成分和母岩的关系?2、地球化学中的标样是什么?3、自生矿物的环境指示意义?4、元素地球化学分析在确定古环境的主要作用?5、同位素地球化学分析在确定古环境的主要作用?第五章-8沉积环境的主要判别标志第一节沉积构造标志第二节岩石结构和粒度标志第三节岩矿成份和地球化学标志第四节生物标志第五节古水流的判别标志及其环境意义第四节判别沉积环境的生物标志一、生物对盐度的指示二、生物对水体深度的指示三、生物对底层性质的指示四、生物对海水浊度的指示第五节古水流的判别标志及其环境意义一、指向构造和组构与古水流二、非定向标志和古水流三、古流向资料的环境意义30/47第四节生物标志一、生物对盐度的指示二、生物对水体深度的指示三、生物对底层性质的指示四、生物对海水浊度的指示第四节判别沉积环境的生物标志化石是确定地质年代和沉积环境重要手段。生物与环境是相互联系和相互制约的关系。相关概念:生物相:能够反映其沉积环境条件的古生物学特征。生态分异:由于生物习性不同,导致不同的环境中生物的组合(生态组合)面貌不同。生物分区:由于长期的地理隔离和气候带的影响,使生物在演化体系上出现的差别。生物成因的沉积构造是一个方面31/47第四节生物标志一、生物对盐度的指示二、生物对水体深度的指示三、生物对底层性质的指示四、生物对海水浊度的指示一、指示盐度分为狭盐度生物和广盐度生物。正常海水生物组合:包括钙质红藻和绿藻,放射虫、硅质鞭毛虫,钙质有孔虫,钙质和硅质海绵,珊瑚,苔藓虫,腕足,棘皮,软体中的头足类等。半咸水生物组合:软体中的双壳类和腹足类、介形虫、胶结壳有孔虫、硅藻、蓝绿藻和蠕虫管等。超咸水生物组合:一般与半咸水生物组合相似,但当盐度很高时,只有腮足亚纲中的无甲目,蓝绿藻和介形类存在。淡水生物组合:主要是轮藻,带壳变形虫以及少数双壳类,介形虫,腮足亚纲的贝甲目,普通海绵,硅藻,蓝绿藻等。32/47第四节生物标志一、生物对盐度的指示二、生物对水体深度的指示三、生物对底层性质的指示四、生物对海水浊度的指示二、指示深度0-50m:藻类、底栖有孔虫、双壳类、腹足类、造礁珊瑚、灰质海绵、无铰纲腕足。50-100m:有珊瑚、腕足类、头足类、棘皮类等,且保存较好。因阳光难透入,故藻类少。100-200m:生物逐渐减少,有苔藓虫、具铰纲腕足动物、海绵、海胆。>200m:远洋底栖生物主要是海百合、硅质海绵、薄壳腕足类、细枝状的苔藓动物等。33/47第四节生物标志一、生物对盐度的指示二、生物对水体深度的指示三、生物对底层性质的指示四、生物对海水浊度的指示三、指示底层性质不同的底质,生物和生态不同,如底栖生物是固着还是移动生活等。群体珊瑚、蠕虫管、有孔虫、腹足类、苔藓虫、红藻、腕足类等需要坚硬的底层加以固着。移动生物如掘足类、掘穴蛤、某些有孔虫等适应松软底质。34/47遗迹化石与底层性质35/47第四节生物标志一、生物对盐度的指示二、生物对水体深度的指示三、生物对底层性质的指示四、生物对海水浊度的指示四、指示海水浊度根据底栖生物的生态,可以确定是清水或是浊水。海绵、珊瑚、苔藓虫常生存在清水环境中。食沉积物生物,如蛇尾类、蛤、腹足等,能忍受浊度较大的海水。少数生物,如舌形贝、掘穴蛤、介形虫、有孔虫等,属捕食型的移动生物,能在沉积速率高的环境中生存。36/47第一节沉积构造标志第二节岩石结构和粒度标志第三节岩矿成份和地球化学标志第四节生物标志第五节古水流的判别标志及其环境意义第五节古水流的判别标志及其环境意义一、指向构造和组构与古水流二、非定向标志和古水流三、古流向资料的环境意义37/47第五节古水流的判别标志一、指向构造和组构与古水流二、非定向标志和古水流三、古流向资料的环境意义第五节古水流的判别标志及其环境意义古水流方向的识别是沉积环境和古地理恢复的重要手段。其作用:确定盆地边缘、物源区的位置、岸线方向、古斜坡方向、砂岩体延伸方向等。手段和方法:依靠流动构造中的指向构造和颗粒组构,包括交错层理、砾石排列方向、波痕、槽模、沟模、生物定向排列、砂粒定向排列等。Why?38/47一、指向构造和组构与古水流1.交错层理和波痕;2.底痕;3.组构1.交错层理和波痕交错层理都具有指示流向的作用,尤其是大型板状和楔状交错层理,小型交错层理与次要的水流有关。板状和楔状交错层理测量平行于水流方向前积纹层的倾向和倾角,槽状交错层理测量槽轴的延伸和倾斜方位。39/47波痕比交错层理的价值小一些,因为影响其方位变化的因素较多。对称波痕的脊线方向较稳定,其方向大致平行岸线方向;不对称波痕的脊线方向与水流运动方向垂直,其陡坡指向水流方向。对称波痕测量其脊线方位;不对称波痕测量其脊线和陡坡的倾斜方向。2.底痕底痕发育在复理石或浊流沉积中。它们的总体方向平行于水流。主要有:槽铸型(槽模)和沟铸型(沟模、工具模)。Why?40/47一、指向构造和组构与古水流1.交错层理和波痕;2.底痕;3.组构3.组构指组分颗粒的空间排列和方位。如顺水流方向定向排列的砾石、砂粒和生物化石等。扁平砾石或长轴状砾石平行或垂直于水流方向,在不同的沉积环境下,砾石的排列方向和方式各有所不同。Why?41/47第五节古水流的判别标志一、指向构造和组构与古水流二、非定向标志和古水流三、古流向资料的环境意义一些无定向的特性也可用来确定古水流方向,其中包括碎屑颗粒的粒度、圆度、形状、成分以及厚度等变化特征。粒度:如砾石趋向于顺水流方向颗粒减小时,按最大砾径的递减方向来判断古水流或古斜坡方向;用砂粒的粒度递减趋势判断古水流或古斜坡方向。圆度:随着搬运距离而增加。圆度可以推测搬运距离和方向。组分:不稳定组分的变化,可以指示古水流方向。厚度和相带的变化与粒度变化一致,也具有指示古水流的意义。厚度:砂岩和砾岩的等厚图上,其等值线的延伸方向基本上与古水流方向一致。二、非定向标志和古水流42/47第五节古水流的判别标志一、指向构造和组构与古水流二、非定向标志和古水流三、古流向资料的环境意义河流砂属于单向的,其古流向的变化范围大都在90°至120°之间,这种变化可能与河流的弯曲度有关。蛇曲越复杂,其变化性就愈大。大部分浊流砂和许多古代风成砂也是单向的,三角洲砂大多数是单向的,其水流变化范围较大,一般为180°至220°;但极少数三角洲砂由于受潮汐作用的影响而呈双向的。海滩砂和港湾砂大都是双向的。浅海陆棚砂由于受古斜坡的控制较小,其古流向变化较大,一般呈双向或无定向。43/47至于古流向与古沉积斜坡之间的关系,各种沉积环境有所不同。其中有些沉积环境的古流向受古斜坡的控制,如河流、三角洲和大多数的浊流沉积;有些沉积环境,如风成沙坪和海岸,其古流向与古斜坡之间则没有什么关系。44/47实习一沉积构造的识别地点:教2-322教室时间:星期四3-4节(11031班)星期四3-4节(11032班)准备:1、预习教材实习一2、铅笔、橡皮、直尺(三角板)45/47第五章—主要概念♣沉积构造、原生沉积构造、次生沉积构造;♣流动构造、层面构造、波痕、波痕指数(RI)、波痕对称指数(RSI)、干涉波痕、改造波痕、冲刷痕、剥离线理;♣层理构造、板状交错层理、楔状交错层理、槽状交错层理、波状交错层理、羽状交错层理、冲洗交错层理、丘状交错层理、水平层理、平行层理、脉状层理、波状层理、透镜状层理、爬升波痕层理、块状层理、粒序层理、再作用面构造;♣负载构造(重荷构造)、火焰状构造、球枕状构造、滑塌构造、包卷层理、碟状构造;♣暴露构造、干裂(泥裂)、雨痕、假晶、鸟眼构造、帐篷构造;♣生物遗迹构造、生物扰动构造、叠层石构造;♣杂基、胶结物、粒度分析、自生矿物、狭盐度生物、广盐度生物、古流向指向构造。46/4747/47第五章-8沉积环境的主要判别标志(本章结束)第一节沉积构造标志第二节岩石结构和粒度标志第三节岩矿成份和地球化学标志第四节生物标志第五节古水流的判别标志及其环境意义第五章小结1.层理构造的主要类型及其环境意义?2.层面构造的主要类型及其环境意义?3.平行层理与水平层理的主要区别?4.波状交错层理与波状层理的主要区别?5.哪些沉积构造可以指示地层的顶面和底面?6.生物对沉积环境的指示主要包括哪些方面?
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