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沉积作用的控制因素

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沉积作用 控制 因素
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,,第六章 沉积作用的控制因素,控制沉积作用的因素是多种多样,主要有大地构造、海平面变化、气候变化、生物演化等。,沉积学基础,,,第一节 大地构造控制作用,沉积学基础,大地构造作用对沉积作用的控制具体的表现为:(1)影响沉积盆地的类型、成因和演化;(2)控制物源区上升和侵蚀;(3)控制沉积盆地下沉和沉积物被搬运、堆积的速度等;(4)影响沉积物或沉积岩的成分、结构和构造等特征。,,构造盆地:指中间地层新,四周地层老的一种构造形式,称为构造盆地。这种盆地的下沉发生在变形岩层沉积之后,即先有沉积物的堆积然后发生下沉,岩层变形,因此盆地内岩相带的走向和古水流的方向与盆地的结构形态无关。,盆 地:四周为高地所环绕的一块低凹的地面,它可以分布于陆地或海洋中。该类型盆地又称为地貌盆地或地形盆地。,,一 沉积盆地,含煤盆地,含油气盆地,含煤盆地,原型盆地,改造盆地,,,沉积盆地:沉积盆地是沉积物大量堆积的场所,是地球表层极其重要的地貌—地质单元。 通常所指的盆地是同生沉积盆地。这类盆地边下沉边沉积,因此常有巨厚沉积物的堆积,通常是盆地中央厚,边缘薄,其岩相带的走向与古水流方向和盆地的形状有关。,沉积盆地,,一 沉积盆地,构造成因:沉积盆地的形成主要与岩石圈的构造活动有关。盆地的沉降常常是岩石圈变薄或 挠曲、重力均衡及热力作用的结果。 非构造成因:这些盆地规模小,如剥蚀盆地、死火山口形成的盆地等。但其沉积物最后得以保存也必须有构造沉降。 因此,地球表面主要的沉积盆地都是构造活动引起沉降的结果。,从成因上沉积盆地有:,,一 沉积盆地,叠(复)合盆地和原型盆地:沉积盆地自太古代至新生代的整个地质历史长河中经历了形成、消亡、再形成的多旋回的演化。在地层记录中有多个盆地的叠复。 单一的盆地又称原(单)型盆地,多个盆地的叠置形成叠(复)合盆地(朱夏,1980) 。它们为重要的地层间断和构造变革事件所分隔。不同的原型盆地形成和演化与其同期的构造作用等有关。,塔里木叠合盆地层格架,,一 沉积盆地,19世纪初就出现了大陆漂移学说;1915年,德国气象学家阿尔弗雷德·魏格纳(Alfred Wegener)的《大陆和海洋的形成》问世; 在60一70年代提出了海底扩张学说。 70—80年代发展成涉及全球的板块构造理论。 板块构造理论:固体地球上层在垂向上可分为物理性质显著不同的两个圈层,即上部的刚性岩石圈和下部的塑性软流圈;岩石圈可划分为若干板块,它们漂浮在塑性较强的软流圈软流圈上作大规模的水平运动;海洋板块不断新生,又不断俯冲、消减到大陆板块之下;板块内部相对稳定,板块边缘构造活动性很强烈;板块之间的相互作用决定全球岩石圈运动和演化的基本格局。 板块构造运动包括大陆的破裂解体、海底扩张、板块相互碰撞、俯冲、剪切、走滑等作用。板块是由岩石圈组成的,可以发生漂移运动是由于岩石圈之下存在一个软流圈的流变带。,,二 板块构造基础,1.离散环境 离散边界是指板块发生背离运动,导致大陆破裂、离散漂移至海底扩张的构造环境。典型的离散边界是大洋中脊。随地慢物质上涌,在大洋中脊两侧不断形成新的洋壳,两侧大陆边缘形成被动大陆边缘。,,,二 板块构造基础,2、汇聚环境 聚敛环境是指两个板块发生相对聚合运动的地带,导致岩石圈板块消失于另一板块之下。聚敛环境有三种边界类型: (1)洋-洋俯冲边界。大洋岩石圈俯冲于另一大洋岩石因之下形成的边界。如马里亚纳群岛的边界,以发育典型的海沟和火山岛弧为特征。 (2)洋-陆俯冲边界。大陆岩石圈俯冲于大洋岩石圈之下形成的洋一陆边界,如安第斯山脉西部的边界,由海沟和大陆岩浆岛弧组成。 (3)陆-陆碰撞边界。由大陆壳和大陆壳聚合产生的碰撞带。这里没有发生上述意义的俯冲作用。下行板块的浮力抵制了俯冲,导致了强烈的变形和隆起。世界之脊的喜马拉雅山被认为是印度板块与欧亚板块碰撞的结果。,,二 板块构造基础,A、洋-陆碰撞 -(东太平洋)海岸山脉-环太平洋造山带-前陆盆地B、洋-洋碰撞 -(西太平洋)沟弧盆体系-环太平洋造山带-前陆盆地C、陆内造山 -再旋回造山带(中亚型造山带) -前陆盆地,2、汇聚环境,,二 板块构造基础,3、转换环境 转换环境出现于相邻板块作平行剪切运动的地带,以发育转换或走滑断层为特征。典型的转换边界见于大洋中脊两侧洋壳走滑运动导致的转换断层。,,二 板块构造基础,,3、转换环境 典型的转换边界见于大洋中脊两侧洋壳走滑运动导致的转换断层。 著名的圣得安列大断裂就是北美板块相对太平洋板块相对运动而产生的转换边界。,二 板块构造基础,加拿大地质学家威尔逊(1966、1968)根据现今地球上存在着从大陆裂开到大洋形成,以及从大洋缩小到关闭等地壳不同演化阶段的代表产物,提出了一个大洋从产生、发展直至消亡的全过程,即被称之为威尔逊旋回。 威尔逊将大洋发展的整个过程划分为六个阶段:即萌芽阶段、幼年阶段、成年阶段、收缩阶段、残留洋阶段、大陆碰撞阶段。前三个阶段代表板块的活动方式是扩张,形成相应的断陷型地槽和大西洋型地槽。后三个阶段代表了板块活动方式是聚会碰撞,形成了大致相当于上述的岛弧型、日本海型和地中海型地槽。 威尔逊旋回表明所谓的地槽和造山带是板块运动的结果,由反映板块运动的三种主要作用所形成:①大陆裂开和海底扩张作用;②板块俯冲和海洋收缩;③海洋关闭和大陆碰撞作用。大陆上或大陆边缘上有些小型盆地的形成与平移断层或转换断层有关。,,二 板块构造基础,地球动力学,分类指标,盆地所处地壳性质;陆-洋-过渡壳,相对于板块边缘位置;板内-板缘-缝合带,成盆板块边缘性质;活动-被动-转换-碰撞,地壳动力过程;裂陷、拉伸、挠曲、 挤压、伸展、平移,,有机地球化学,充烃因素(含地热史)低-正常-超,运移因素(孔隙度和渗透率),圈闭因素(封闭),含能源盆地——是大型沉积盆地的一部分,,平面上,垂向上,,,,三 沉积盆地分类,——Mial 盆地分类(1983),三 沉积盆地分类,,沉积盆地分类(Klein,1990),比较平稳缓慢的下陷,缺乏强烈的同沉积构造活动。沉积充填类型以大陆河流、湖泊及浅海相为主。如非洲乍得盆地、美国密歇根盆地、中国华北盆地等。,1)克拉通内坳陷,,四 典型沉积盆地特点,1、与离散(拉张)活动有关的盆地,大陆裂谷为构造控制的同沉积裂谷,其早期充填为河流、湖泊相沉积,晚期为浅海相沉积,同时伴随火山作用。沉积充填类型与气候相关。如非洲东非裂谷、中国东部新生代断陷盆地(板内裂谷)等。,2)裂谷盆地,,四 典型沉积盆地特点,1、与离散(拉张)活动有关的盆地,现代裂谷盆地的典型实例有苏联的贝加尔裂谷、德国的莱茵裂谷以及东非裂谷系。贝加尔裂谷形成于古近纪,其内的贝加尔湖是世界上最深的湖泊,长达670km,深1700m以上。沉积厚度超过5000m,沉积物由陆相的浅水湖泊、沼泽及河流沉积所组成并夹少量碱性火山岩。 我国东部中新生代盆地,如汾渭地堑、郯庐断裂带白垩纪-古近纪地堑等,都具有陆内裂谷盆地的构造和沉积特征,如汾渭地堑形成于古新世至上新世,盆地中堆积了厚达6000~7000m的陆相红色碎屑沉积。在盆地北部有多次碱性玄武岩喷发。,,四 典型沉积盆地特点,是大陆裂谷最初形成时所产生的三叉裂谷中停止发育的一支。另两支发育为大洋。坳拉谷盆地从大陆内向外延伸,并向大陆边缘加深,其走向与海岸斜交或近于垂直。因此,为面向海洋的狭长楔形盆地。,3)坳拉谷盆地,,四 典型沉积盆地特点,1、与离散(拉张)活动有关的盆地,1)前陆盆地,为边缘盆地或弧后盆地类型。可形成于两种不同的构造背景: (1)沉积物形成于活动的逆冲体系前的前渊盆地中。如新生代的四川盆地、意大利亚平宁地区的前陆盆地等。 (2)沉积物堆积在活动的推覆体之上的推覆体顶盆地中。 弧后前陆盆地见于北美西部白垩纪洛矶山前陆盆地。,,四 典型沉积盆地特点,2、与聚敛(挤压)活动有关的盆地,构造层序发育早期的逆冲作用强烈造山,在构造层序的下部沉积序列发育同逆冲构造期的冲积扇沉积;逆冲体的重力加载引起快速挠曲沉降,导致了区域性的水进。随后由于逆冲造山作用减弱,山前高差减小,缺少边缘扇砂砾岩带的发育;沉降变缓,以河流和河流三角洲沉积向盆地推进,形成了构造层序上部的水退序列。,前陆盆山耦合过程的层序地层响应,1)前陆盆地,,四 典型沉积盆地特点,2、与聚敛(挤压)活动有关的盆地,2)与大陆碰撞有关的构造盆地,两个大陆板块相碰撞,产生水平挤压或垂直运动,并产生相关的盆地。包括四类盆地: (1)周缘或陆外缘(前渊)盆地 (2)内缝合带海湾盆地 (3)火山弧弧后盆地 (4)与地堑和横断层有关的盆地。,,四 典型沉积盆地特点,2、与聚敛(挤压)活动有关的盆地,2)与大陆碰撞有关的构造盆地,两个碰撞的大陆板块边缘和外弧带一般是不十分规则和平整的,在它们之间仍会存在未消耗完的老的洋盆即残留洋盆地。 现代残留洋盆地的典型例子是孟加拉湾,由于继续消减作用,这个盆地正在闭合中,沉积物主要来源于碰撞造山带的碎屑,形成三角洲与海底扇沉积。 东地中海是非洲和欧洲板块碰撞过程中正在消亡尚未闭合的残留洋盆地。,,四 典型沉积盆地特点,2、与聚敛(挤压)活动有关的盆地,(1)盆地几何状态狭长而深,堆积作用快,砾岩等发于在盆地地层边缘; (2)横向相变快;,走滑盆地充填特点:,(3)边缘断层活动频繁,引起同沉积不整合发生,与相邻盆地地层有别,对比困难; (4)沉积物来自物源区,一般是补偿相的; (5)在现代盆地中可能是地貌特征的补偿。实例:美国加州里奇盆地,,四 典型沉积盆地特点,3、与转换活动有关的盆地-走滑盆地,以盆地为整体,综合进行沉积充填、构造沉降、埋藏史、热演化史及成矿作用的系统研究,其中盆地的沉积—构造演化史是其最重要的研究内容。是涉及整个地学及相关学科的领域复杂的系统工程。,几何形态:几何形态与沉积构成盆地充填:岩石学特征、充填序列、旋回、沉积相、沉积体系、古流体系;盆地构造:古构造运动面、地层厚度分布、盆地构造骨架及后期构造变形;古生物化石能源分布特征盆地充填物热转化程度:地质温度计岩浆活动,盆地分析的基本参数:,,五 沉积盆地分析,充填物的岩性特征:相--沉积环境意义,沉积构造:层面构造、层理,古流体系:,砾石倾斜状态;,颗粒倾斜状态;,交错层理;前积层倾斜方向;,流线、流理;,砂体图;相比图;砾石粒径统计等。,,盆地充填序列和旋回结构:海平面变化、地壳运动、沉积物供给、气候条件变化、冰川活动、沉积动态过程…,沉积相和沉积体系、沉积体系域:相、岩性相、沉积体系、沉积体系域,,五 沉积盆地分析,沉积盆地充填分析,沉积体系(depositional system)——是由一系列成因相组合而成的大型三维复合沉积体。 Fisher(1967)在分析、解释美国墨西哥湾沿岸盆地巨厚沉积的基础上提出来。成因相(genetic facies)——是构成沉积体系的基本单元,是具有一定形态和沉积标志的地质体,代表一定的沉积事件或沉积环境;成因相分析是识别沉积体系的基础。盆地主要充填沉积体系:冲积扇沉积体系、河流沉积体系、湖泊沼泽沉积体系、(扇)三角洲沉积体系、滨岸(海滩、障壁岛-泻湖)沉积体系、浅海陆棚沉积体系、半深海-深海沉积体系等。,,五 沉积盆地分析,,,第二节 其它控制作用,包括海平面变化、古气候、生物条件等,沉积学基础,海平面变化是古气候或冰川作用、大地构造、极地变化、沉积作用综合作用的结果。 1、对滨岸沉积作用的影响。 2、河流上溯(回水作用)。 3、河流作用的下锥。 4、全球海平面变化的统一性。,寒武纪以来的海平面变化,一 海平面变化,,海平面变化与沉积作用的关系,一 海平面变化,,气候的变化可以导致地球上冰川的增长和消融,进而引起世界范围内海平面的变化,而海平面的变化是影响海陆面积变化和分布的重要因素之一,因此也就影响到海陆沉积相的分布。 气候对沉积作用的控制作用更直接地表现在对陆地上的风化剥蚀作用、生物和化学沉积作用的影响,使得不同气候带具有不同的沉积作用特征和出现不同类型沉积岩组合。,二 古气候条件,,生物在地质历史中的生存和演化对沉积作用也有着巨大影响。 生物自身能直接参与沉积作用,形成各种生物成因或生物化学成因的沉积岩; 生物能通过其生命活动过程和生物遗体的分解作用等引起周围介质环境的物理和化学变化,从而导致和促进沉积作用的进行。,三 生物条件,,大地构造作用是控制沉积作用诸因素中最为重要的一种因素,古气候的变化和生物的演化等也往往受到其制约。地质学的研究表明,地表表层大部分地区都是被沉积物或沉积岩层所复盖。这些沉积层是在基准面不断升降,沉积物不断发生分异和沉积过程中形成的。而基准面的升降则与地壳运动有关,大规模的地壳升降运动和水平挤压运动在地球表面形成隆起和坳陷区,隆起区遭受风化剥蚀,坳陷区接受沉积物的堆积。显然,地壳运动为沉积作用提供了物源区和沉积区。由于大地构造作用的性质和强度在地壳上不同地区往往存在着差异,因而在地球表部形成不同类型的沉积区。,,谢谢大家!,沉积学基础,
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