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沉积学与沉积相讲义

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第一部分:分析原理PartOneAnalysisPrinciple第一节:沉积作用(SedimentaryProcesses)物理作用(PhysicalProcesses),生物作用(BiologicalProcesses),化学作用(ChemicalProcesses)第二节:沉积构造(SedimentaryStructure),物理构造(PhysicalStructure),生物构造(BiologicalStructure),化学构造(ChemicalStructure)第三节:原理与概念(PrincipleandConcepts)第一节沉积作用SectiononeSedimentaryProcesses§1.1物理作用(PhysicalProcess)物理作用主要讨论搬运介质与固体颗粒间的关系。一、搬运介质(TransportingMedia)按照搬运方式不同,把搬运介质分为重力流和牵引流两种类型。1、牵引流(Fluidflow)搬运介质运动带动固体颗粒运动,水和空气是牵引流搬运的主要介质。(1)运动方式(Fluidmovingfashions):层流(Laminarflow):流体分子呈直线运动。紊流(Turbulentflow):流体分子运动轨迹不规则(2)流态(FlowRegime)弗劳德常数Froudenumber(F):F=V╱dgv:流速(velocityofflow);g:重力加速度(gravitationalacceleration);d:水深(depthofwater)低流态(Lowerflowregime),F1,流体阻力较小,搬运能力大,水面波动和沉积物表面的起伏同相。(3)底形(Bedforms)底形是固体颗粒在松散沉积物表面运动所形成的,具有规则几何形态。大部分沉积构造是由于底形的迁移而形成的。底形与流态之间有密切的关系,随水流动态的变化,底形发生有规律的变化。低流态下,随着水流动态变强(F值增加),底形出现的次序为:下平底(lowerplanebed,没有颗粒移动)小波痕(smallripples)小波痕叠加的大波痕(megaripplessuperimposed)大波痕(megaripples)随着水流动态变强(F值增加),波痕的脊由直线变为波状和舌形。过度流态下,底形不稳定,波痕受到冲刷。高流态下,常见的底形为上平底(upperplanebed)和逆行沙丘(antidunes)。2、重力流(GravityFlow)通常称为高密度流,在重力作用下,沉积物不稳定而移动带动水介质运动水介质与沉积物充分混合,进而形成富含沉积物的流体—重力流(denseflow)。按照沉积物的支撑机理,重力流可分为四种类型:浊流(Turbiditycurrent):流体内的沉积物由湍流的向上分力所支撑,并使沉积物持续地悬浮于流体中。液化流(Liquefiedflow):沉积物颗粒间孔隙流体的向上流动而支撑沉积物。在富含液体(水)的松散沉积物中,当孔隙流体压力超过静水压力时,颗粒保持悬浮状态,就象流沙一样,“液化了”。颗粒流(Grainflow):由于沉积物颗粒之间的相互碰撞作用而支撑颗粒呈悬浮状态,在重力作用下流动。碎屑流(Debrisflow):基质支撑沉积物颗粒,使砂、砾级悬浮于其中而在重力作用下进行搬运。.二、沉积物颗粒(Sedimentgrains)当流体流动所产生的上举力与牵引力超过沉积物颗粒的重力和吸附力时,颗粒开始移动。在细粒沉积物中,颗粒主要受吸附力的作用;在粗粒沉积物中,颗粒主要受重力的作用。细粒沉积物中颗粒的启动速度比粗粒沉积物中颗粒的启动速度大;但细粒颗粒的沉降速度比粗颗粒的沉降速度小。§1.2生物作用BiologicalProcesses生物作用范围很广,这里只讨论其结果保存在沉积岩中的生物作用。由生物作用所引起的化学作用,如沉淀等在这里不讨论。大化石(生物骨骼)由于是传统地层学的重要内容,由于时间关系,仅作简要介绍。1.潜穴与钻孔(BurrowingandBoring)潜穴(Borrowing):生物因生存或寻找食物而在松散沉积物内(未固结的沙和泥内)所形成的孔洞。钻孔(Boring):生物因生存或寻找食物而在坚硬岩石内(即固结的沙和泥内)所形成的孔洞。2.生物扰动(Bioturbation)生物活动过程中,对原有的沉积物和沉积构造进行改造,致使沉积纹层发生断裂和位移。3.团粒化(Pelletization)生物将消化后的沉积物呈团粒状产出。团粒大小为1mm~1cm。由于团粒容易遭破坏,因此团粒在碳酸盐岩中较发育(由于其快速胶结作用),而在碎屑岩中不发育。4.沉积物的捕获作用(Sedimentsbafflesandtrappers)网状海草吸附沉积物,有些沉积物表面,如蓝绿藻(Blue-greenalgae)等表面分泌出粘液,可以吸附沉积物。5、生物化石(Fossils)正常海水:珊瑚、腕足、层孔虫、三叶虫及棘皮类等;淡水:腹足类、介形虫、螺;咸水:双壳类、蓝绿藻、介形虫等。§1.3化学作用(ChemicalProcesses)化学作用主要涉及到一些成岩现象,如溶解、沉淀等,其中大部分与沉积环境无关,但有些溶解、沉淀现象与特定的环境有关。另外,一些典型矿物也可指示沉积环境的气候及水介质性质。1、溶解、沉淀现象(DissolutionandPrecipitation)膏盐矿物溶解及碳酸盐岩矿物溶解形成孔洞;矿物晶体溶解后被其他物质充填,形成假晶;上述现象多与干旱气候条件有关。2、标型矿物(IndexMinerals)赤铁矿(Hematite)指示氧化环境。硫化铁(Ironsulfides)指示还原或缺氧环境。粘土矿物(Claymineral)可以指示水介质:高岭石(Kaolinite)多形成于酸性水介质中;伊利石(Illite)则发育在碱性水介质中。鲕绿泥石(Chamosite):在现代沉积物中,鲕绿泥石多出现在热带浅海中,水深不超过60米。3、典型构造(TypicalStructures)鸟眼构造(Birdeyestructure):发育于干旱潮坪环境。示顶底构造(Geopetalstructure):上层为亮晶方解石,下层为泥晶或碎屑。4、重矿物(HeavyMinerals)稳定类型:石榴子石、电气石和锆石5、沉积地球化学常量元素、微量元素与同位素第二节沉积构造SectiontwoSedimentaryStructures§2.1物理构造(PhysicalStructures)表面痕迹(surfacemarks),层理(bedding)和底面印痕(bottomimprints)1、表面痕迹(Surfacemarks)波痕(ripplemarks),雨痕(raindropmark),细流痕(rillmarks),泥裂(cracks)(1)波痕(Ripplemarks)4点:顶点、谷点、界点和脚点;4面:向流面和背流面(滑动面和底积面);波长(L)和波高(H)对称指数(symmetryindex):向流面与背流面水平投影之比。波痕指数(rippleindex):波长与波高之比。波痕内部构造(Internalstructureofaripple)底积层(Bottomset);前积层(Foreset);向流面纹层(Stosside).重流体层(Heavy-fluidlayer):在水和沉积物的作用带内,富含沉积物的流体层。波痕按成因分为:水流波痕、波浪波痕、风成波痕、干涉波痕与孤立波痕;按规模可分为:小型波痕、大型波痕与巨型波痕。(2)雨痕(Raindropmarks)圆形或椭圆形,在少雨区发育较好。指示水上环境或半干旱环境,说明沉积物曾经出露水上。(3)泥裂(Cracks)平面上为多边形,剖面上为“V”字形,由泥岩脱水、收缩或干化而成。指示干旱气候或水上环境。(4)细流痕(Rillmarks)由于细小水流侵蚀沉积物表面所形成的树支状痕迹。指示水面下降或水上环境。(5)其它表面痕迹(Theothersurfacemarks)工具痕迹、障碍痕迹、弹跳痕迹等三种成因类型波痕对比水流波痕:RI>15,SI>3.8;不规则或弯曲的,无分叉;直线型、切线型和"S"形前积纹层,不对称。波浪波痕:RI50%的组分为基本名称;含量在25~50%之间的组分,命名为“××质”,作定语;;含量在5~25%之间的组分,命名为“含××”,作定语;含量2mm;沙级,2~0.05mm;粉沙级,0.05~0.005mm;粘土级,30%;沙状结构:沙级碎屑含量>50%;泥质结构:粉沙级与粘土级碎屑含量>50%值粒级:砾级,值82、颗粒形态磨圆度:棱角状、次棱角状、次圆状、圆状、极圆状球度:0~1形状:偏平状、球状、片状、棒状3、颗粒表面结构颗粒表面的光滑程度、起伏、擦痕等。4、胶结类型与胶结结构胶结类型:基底式胶结:基质含量多,颗粒呈漂浮状(A)孔隙式胶结:颗粒为点接触,胶结物充填在孔隙中(B)接触式胶结:胶结物仅分布于孔隙接触处(C)镶嵌式胶结:颗粒呈凹凸接触和缝合线状接触,胶结物充填在孔隙中(D)胶结结构非晶质—微晶质结构:为均质体或具有微弱光性(A)结晶粒状结构:等轴粒状晶体(B);丛生结构—栉壳状结构:胶结物垂直颗粒表面生长,当晶体呈柱状时,呈栉壳状结构;(C)嵌晶结构:胶结物晶体较大,包围碎屑颗粒;(D)加大边:胶结物围绕碎屑颗粒共轴生长,形成光性一致的胶结物(E)第四节砾岩SectionFourConglomerate一、概况定义(Definition):砾石含量大于30%的碎屑岩。碎屑颗粒一般由岩屑组成。成因意义:砾石成分可以直接指示母岩性质。粒度分布:滨岸砾岩具单峰分布;冲积扇、河流砾岩具双峰或多峰分布。风选、磨圆:滨岸带分选、磨圆好;河流中等;冲积扇较差。形状:花岗岩质砾岩呈等轴状,板岩、片岩质砾石呈扁平状。基质类型:既可发育泥质基质,又可发育沙质基质。滨岸带砾岩基质含量底,河流相砾岩富含沙质基质,泥石流、冰川砾岩富含泥质基质。正砾岩(Orthoconglomerate):沙质基质15%,多为泥质,基质支撑,砾石漂浮在基质中,因此,这种砾岩也称为砾质泥岩或含砾泥岩(Pebblymudstone,Conglomeraticmudstone)。这种砾岩多呈块体搬运,如冰川、泥石流等。砾岩成因很多,如构造成因的断层角砾岩(Faultbreccia)、陨石撞击角砾岩(Meteoriteimpactbreccia),成岩作用形成的假角砾岩(Pseudobreccia)等。这里只讨论沉积作用形成的砾岩或角砾岩。二、砾岩的分类ClassificationofRudaceousRocks1、按磨圆度砾岩:圆状、次圆状砾石含量>30%角砾岩:棱状、次棱状砾石含量>30%2、按砾石大小细砾岩:砾石大小为2~10mm;中砾岩:砾石大小为10~100mm;粗砾岩:砾石大小为100~1000mm;巨砾岩:砾石大小为>1000mm3、按成分单成分砾岩:某种成分砾石含量在50%之上多成分砾岩:没有那种成分砾石含量在50%之上4、典型成因砾岩底砾岩(Basalconglomerate):分布于侵蚀基准面或不整合面之上,代表沉积间断,和一个沉积旋回的开始。砾岩可以是冲积扇、河流及海滩成因的。副砾岩(Paraconglomerate):这种砾岩多指示块体搬运,如冰川、泥石流等。在湖盆或海盆中发育的副砾岩多为泥石流或水下碎屑流成因。塌陷角砾岩(Collapsebreccia):这种砾岩虽与后期(沉积期后)岩盐的溶蚀作用有关,但一般指示干旱气候条件。滑塌角砾岩(Slumpbreccia):多与准同生变形构造相伴生,分布于礁体前缘,台地边缘、斜坡带等地。第五节砂岩SectionFiveSandstone一、概况1、沙的来源陆源:石英、长石、岩屑、云母、重矿物等;内源:生物碎屑、内碎屑、鲕粒、团粒等2、砂岩的成分四结构组分:碎屑颗粒—石英为主,其次为长石、岩屑、云母、重矿物等;基质—粘土矿物;胶结物—钙质和硅质为主,其次为铁质、盐岩等;孔隙—各种类型孔隙化学组分:石英砂岩、石英质砂岩呈白色、灰白色,以SiO2为主;长石砂岩呈肉红色和黄色,以SiO2和Al2O3为主;岩屑砂岩呈灰黑色、灰绿色,以SiO2、铁质和其它深色矿物成分为主。3、砂岩的结构成分成熟度(MaturityofComposition):组成砂岩的矿物接近最终稳定组分的程度。最终稳定矿物:轻矿物—石英、高岭石重矿物—锆石、电气石、金红石常用指标:石英+燧石/长石+岩屑单晶石英/多晶石英锆石+电气石+金红石/总重矿物结构成熟度(MaturityofTexture):砂岩在沉积过程中接近无杂基、分选与磨圆极好的程度。福克(Folk,1951)将砂岩的结构成熟度划分为5极。不成熟期:砂岩中粘土>5%,碎屑颗粒分选、磨圆不好次成熟期:砂岩中粘土15%为杂砂岩,基质15%,杂砂岩;25%,岩屑含量25%,长石含量50%,石英含量较高,长石、岩屑含量低;重矿物含量较多,多为稳定重矿物;基质含量较高;胶结物为碳酸盐、铁质等;分选好,磨圆度差。成因:水动力能量弱,沉积速率低。分布于低能环境,如泻湖、河漫滩、沼泽、三角洲前缘及盆地洼陷带等,发育低能环境的沉积构造:水平纹理和波状层理;常与泥质岩共生,分布于砂岩区和泥岩区的过度带。储集性能:储集性能不好,孔隙较小,有效孔隙不发育,渗透率低。二、泥质岩1、主要粘土矿物高岭石(Kaolinite):无色、淡黄色,正低突起,晶体呈蠕虫状、书状和手风琴状。形成环境为湿热的气候条件和酸性水介质环境。成因:在酸性水介质环境,硅酸盐矿物,如长石等发生蚀变而成。埃洛石(Halloysite):多水高岭石,无色,均质体光性,在电子显微镜下呈“管状”。蒙脱石(Smectite,Montmorillonite):无色、淡绿色,电子显微镜下呈“蜂窝状”状或蜷曲片状。在碱性介质条件下,由硅酸盐矿物、火山玻璃水解而成。伊利石(Illite):俗呈水云母,无色、淡绿色,电子显微镜下为丝状或带“丝”的蜂窝状。形成于相对封闭的碱性水介质环境。绿泥石(Chlorite):无色、绿色,电子显微镜下为“包心菜”状。形成于相对还原的碱性水介质环境。2、泥质岩的颜色、结构颜色:氧化环境—含三价铁,红色、黄色;还原环境—二价铁,灰绿色、绿色;深水环境—富含有机碳,深灰色、灰黑色、黑色。结构:快状、纹理、页理3、成岩演化随着温度、压力增高,喷涨粘土脱水非喷涨粘土、无序混层粘土有序混层粘土伊利石、绿泥石。蒙脱石伊利石、绿泥石高岭石伊利石、绿泥石第七节火山碎屑岩SectionSevenVolcaniclasticRocks一、组成1、颗粒成分岩屑(RockFragments):火山岩岩屑,钢性—棱角状;半塑性—火山弹(Bomb)、火山砾(Lapilli),纺锤形,发育气孔,在中基性火成岩中常见;塑性—扁平状、火焰状、透镜状,在中酸性火成岩中常见。晶屑(CrystalFragments):岩浆岩中的斑晶—长石、石英、黑云母等。玻屑(GlassFragments):内部结构均一,没有斑晶。2、结构与构造结构:分选、磨圆较差,近源堆积的产物。集块结构:大于2mm的碎屑占50%以上,且以大于64mm的碎屑为主;火山角砾结构:大于2mm的碎屑占50%以上,且以大于64~2mm的碎屑为主;凝灰结构:小于2mm的碎屑占50%以上,且以2~0.01mm的碎屑为主;火山尘(灰)结构:小于0.01mm的碎屑为主。构造:以快状构造为主,少数发育交错层理和平行层理,此外还有一些典型构造:假流动构造(颗粒定向排列)、斑杂构造(颗粒大小不一)、递变层理等。3、成因陆上喷发水上沉降堆积,火山口附近为粗的角砾岩,远离火山口为凝灰岩或火山灰沉积;陆上喷发水下搬运堆积,火山碎屑有一定的分选、磨圆,发育层理,有时演变为重力流;水下喷发水下沉降堆积,喷发高度小,近源堆积。二、类型1、火山碎屑岩:火山碎屑颗粒经水流的改造不明显,以快状构造为主。以塑性颗粒堆积为主,溶结集块岩、溶结角砾岩、溶解凝灰岩,发育假流纹构造;以钢性—半塑性堆积为主,集块岩、角砾岩、凝灰岩,主要发育快状构造;成层性较好,层状集块岩、层状角砾岩、层状凝灰岩。2、沉积火山碎屑岩:火山碎屑颗粒明显经过水的改造和搬运,发育各种类型层理。沉集块岩、沉角砾岩(凝灰质角砾岩)、沉凝灰岩凝灰质砂岩:2~0.1mm;凝灰质粉砂岩:0.0~0.01mm;凝灰质泥岩:4m,发育潮坪(tidalflats)和河口湾(estuaries)。第二节浪控海岸SectionTwoWave-DominatedShoreline一、概况浪控海岸可分为两种类型:障壁型浪控海岸和无障壁型浪控海岸亚环境(Subenvironments)海岸沙丘(Coastaldunes):被风改造的水上沙滩,发育风成交错层理。沙滩(Beach):后滨(Bachshore),海滩上部,位于平均高潮面之上,海滩脊(beachridge)为前滨与后滨的分界线;前滨(Foreshore),位于平均高潮面与平均低潮面之间,发育海滩冲洗交错层理;海滩脊(Beachridge),向陆地倾斜,平行海岸分布;海沼沙岭(Cheneir),孤立的海滩脊,周围为泥坪。临滨(Nearshore):位于平均低潮面与平均浪基面之间,上临滨(Uppernearshore)发育大型交错层理中细砂岩;下临滨(Lowernearshore)发育水平纹理粉砂岩,生物扰动构造发育。障壁岛(BarrierIsland):平行海岸的长形砂体,与陆地之间以泻湖相隔,之上发育沙丘、海滩与临滨。泻湖(Lagoon):位于陆地与障壁岛之间的半封闭水体。潮道(TidalInlet):切割障壁岛的潮汐水道。潮汐三角洲(Tidaldelta):潮道两侧的扇形砂体,位于泻湖一侧的为涨潮三角洲(Flooddelta);位于开阔浅海一侧的为退潮三角洲(Ebbdelta)。冲越扇(WashoverFan):发育在泻湖一侧的扇形沉积体,由台风(hurricane)形成。滨海平原(StrandPlain):一系列平行的海滩脊。二、无障壁海岸层序(自上而下)海岸沙丘:高角度交错层理砂岩海滩:低角度交错层理砂岩上临滨:大型交错层理砂岩下临滨:生物扰动、水平纹理粉砂岩外滨(Offshore):生物扰动、水平纹理与快状泥岩三、障壁海岸层序(自上而下)泻湖:沼泽、粉砂岩和泥岩海岸沙丘:风成砂岩海滩:低角度交错层理砂岩上临滨:大型交错层理砂岩下临滨:生物扰动、水平纹理粉砂岩外滨:生物扰动、水平纹理与块状层理砂岩第三节潮控海岸(Tide-DominatedShoreline)一、亚环境(Subenvironments)潮上带(Supratidalzone):位于平均高潮面之上,发育纹层状泥、沼泽,生物扰动和直根发育。潮间带(Intertidalzone):亦称潮坪,位于平均高潮面与平均低潮面之间。高潮面(High-tideflat),又称泥坪,仅大潮才被淹没;中潮坪(Middleflat),混合坪,间歇性淹没,发育复合层理;低潮坪(Lowflat),又称沙坪,大部分时间位于水下,发育潮汐水道砂岩。潮下带(Subtidalzone):位于平均低潮面与浪基面之间,发育大型交错层理砂岩与双向交错层理砂岩。总之,从潮上带到潮下带,水由浅变深,水动力由弱变强,沉积物粒度由细变粗。二、潮控海岸层序(自上而下)潮下带:交错层理砂岩,发育再作用面潮上带:沼泽与水平纹理泥岩高潮坪:泥岩,发育生物扰动中潮坪(Middleflat):粉砂岩与泥岩互层,发育复合层理低潮坪(Lowflat):双向交错层理砂岩、大型交错层理砂岩潮下带(Subtidal):块状、交错层理砂岩第八章河口湾ChapterEightEstuarineEnvironment一、概况1、关于河口湾(Estuary)半封闭的水体,通常被大气降水冲淡,可以与海水自由连通。2、关于过渡环境(TransitionalEnvironment)通常认为过度环境位于海洋与大陆的过度带,并把河口湾与三角洲作为过度环境的典型地貌。但随着湖盆中大规模三角洲的不断发现(特别是古代湖盆),上述概念的内涵一发生了变化:大型三角洲可以发育在陆相环境。二、河口湾的分类水淹河谷型(Drownedrivervalley):formedbytransgression;障壁坝型(Bar-builtestuary);构造成因(Tectonics-generatedestuary);海峡型(Fjord-typeestuaryorstrait-type):可能为冰川成因,横剖面呈“U”字形,宽可达几百米。三、水文特征(Hydrograghy)根据淡水与潮汐之间的相互作用,河口湾的水文状况可分为三种类型:河流作用为主(River-dominated):进入海洋的淡水(河水)较丰富,潮差较小。混合流(Equalflowofriverdischargeandtide):入海的淡水与海水(咸水)的作用强度相当,交互进行。潮汐作用为主(Tide-dominated):入海的淡水较少,潮差大,潮汐作用明显,淡水与海水完全混合。四、沉积物(Sediment)平面上(Inplaneview):线状沙脊(linearsandridges),潮坪(tidalflat)和障壁海滩(barrier-beach)。剖面上(Inprofile):向上变细旋回(Finning-upwardsequence):为潮汐河道,上部为脉状层理、波状层理、透镜状层理与小型交错层理砂泥岩互层;中部为交错层理砂岩;下部为大型交错层理砂岩。向上变粗旋回(Coarsening-upwardsequence):海进型,上部为河口浅滩复合体,由交错层理粗砂岩组成;中部为潮下带砂泥互层沉积;下部为潮上带沼泽沉积。第四章碎屑浅海ChapterThreeShallowsiliciclasticSea一、分类(Classificationofshallowsea)1、根据地理位置边缘海(Marginalseaorprecontinentalsea):开阔浅海,与海洋完全连通,较窄。陆表海(Epeiricorepicontinentalsea):浅、半封闭的浅海,如北海(NorthSea)和黄海(YellowSea),较宽。2、根据海底沉积物(Basedonbottomsediments)自生海(Autochthonoussea):海底被现代沉积物覆盖异生海(Allochthonoussea):海底被古代沉积物覆盖(残留沉积物)二、海平面波动(Sea-levelFluctuation)三、沉积作用(Sedimentation)1、洋流(Oceaniccirculation)不同纬度区海水温度的差异导致海水流动。2、潮流(Tidalcurrent)主要由于月亮与地球之间万有引力的变化导致海水流动。3、气候流(Meteorologicalcurrent)风、波浪、风暴等导致海水运动,是开阔海海水运动的主要能量来源。4、密度流(Densitycurrent)温度、盐度及沉积物含量导致海水分层5、生物与化学作用(Animal—Chemical)四、沉积物(Sediments)残留沉积物(Relicsediment):更新世海侵前,在其它环境中形成的沉积物,其沉积特点与现代浅海环境不匹配。如古代的沙滩、障壁岛等,由于海侵而被淹没于现代浅海之下,在海底保存为沙山(sandmassifs)和沙脊(sandridges)。现代沉积物(Modernsediment):在现代浅海环境中形成的沉积物,可以由潮汐、风暴、密度流、生物等作用形成,如浅海泥岩、自生矿物、生物碎片等。风暴砂岩(stormsand)是现代浅海中最典型的沉积物,主要为丘状交错层理与递变层理砂岩,底部发育冲刷面、泥质碎片与生物贝壳。浅海泥或陆架泥(shelfmud)是现代浅海中分布最广的现代沉积物,其中海相化石、生物扰动构造发育。浅海中两种风暴沉积序列Twotypesofstormsandsequence丘状交错层理序列(自上而下):浅海泥岩,发育水平纹理与潜穴;波状交错层理砂岩;丘状交错层理砂岩;滞留沉积物递变层理序列(自上而下):浅海泥岩,发育水平纹理与潜穴;波状交错层理砂岩;递变层理砂岩五、古代浅海沉积物的识别标准Criteriaforrecognizingancientshallowsiliciclasticsea1生物标准(Biologicalcriteria):狭盐分生物(Stenohalinesepcies—珊瑚corals,双壳cephalopods,腕足articulate),海相底息动物、浅海遗迹化石(克鲁兹迹Cruzianafacies);2矿物标准(Mineralcriteria):磷酸盐(Phosphates),绿泥石(Glauconite)和鲕绿泥石(Chamosite)。3沉积标准(Sedimentologicalcriteria):古地理、相分布、沉积构造等的综合分析。第四章深海—半深海碎屑体系ChapterFourPelagicClasticSystem第一节概况(Introduction)一、研究历史1、主观认识阶段(Subjectivestage)长期以来,由于受技术条件的限制,传统沉积学主要根据机械分异原理(mechanicdifferentiation)预测深海中的沉积物类型及分布,并认为深海环境中以泥和粘土为主,粗粒沉积物主要分布在陆地和浅水区。2、勘测研究阶段(Prospectingstage)随着HMSChallenger深海钻探计划的进行(1872~1876),许多划时代的概念提出来了,如密度流(densitycurrent)、包马序列(Boumasequence)、海底扇(Submarinefan)、等深流(Contourites)等。JohnMurray,加拿大人,在苏格兰受教育,“DeepSeaDeposits”(1891),提出了海底不仅发育细粒的泥和粘土,还发现粗粒沉积物。1877~1880,AlexanderAgassize,steamerBlake(USA)1890~1899,steamerPola(Austrian)1898~1899,steamerValdivia(German)1910,vesselMichaelStars(Norwegian)1925~1927,shipMeteor(German),shipCarnegie(American),X-ray1947~1948,岩心技术(pistoncoring,Swedish)在以后十几年内,海洋研究集中到美国,WoodsHoleOceanograpgicInstitution,Lamont—DohertyGeologicalObservatoryandScriptsInstitutionofOceanography.Forel(Swedish),1985,湖泊密度流Daly(1936),用密度流解释海底峡谷的成因Johnson(1938),提出浊流概念(TurbidityCurrent)Kuenen(1937,1950),做了大量的水槽实验,证实了密度流存在的可能KuenenandMigliorini(1950),“Turbiditycurrentasacauseofgradedbedding”Bouma(1962),提出了“包马序列(BoumaSequence)”Middleton(1969),对包马序列进行了水动力解释DSDP(DeepSeeDrillingProject),1968~1983IPOD(InternationalPhaseofOceanDrilling)二、地貌特征(GeneralMorphology)坡折点(Breakpoint):大陆斜坡与大陆架的分界点水深大约200m。分界点向陆地方向为陆架,坡度较缓,向海方向为大陆斜坡,坡度明显变陡,平均坡度为4o。海底峡谷(Submarinecanyon):大陆斜坡上的深谷,横断面呈“V”字形,壁较陡,末端变缓,陆源沉积物或重力流的搬运通道。海底扇(Submarinefan):海底峡谷末端的扇形沉积体,其上发育水道。深海槽(Trench):大陆斜坡末端的深槽,又称深海地堑,可充填沉积物(厚达1000m)。外脊(OuterRidge):深海槽外侧的隆起区。陆隆(ContinentalRise):大陆斜坡末端的缓坡。海山(Seamount):高出平均海底约1Km,有火山锥、平顶山等。海丘(Abyssalhills):高度小于1Km。大洋中脊(Mid-oceanridge):大洋中部的火山带。方解石补偿深度CCD(calcitecompensationdepth):一般3800~4500m,在这一深度以下方解石被溶解。第二节沉积作用与沉积物SectionTwoSedimentationandsediments一、沉积作用(Sedimentation)1、再沉积作用(Resedimentation):所有导致沉积物在重力作用下沿斜坡向下搬运机理,包括坍塌(falls)、蠕动(creep)、滑动(slide)、滑移(Slump)及各种重力流。2、正常沉积作用(Normalbottomcurrent):非重力驱动深部流体的侵蚀、搬运和沉积等,如内部波浪和潮汐、深海峡谷流体(canyoncurrent)和底流(bottomcurrent)、等深流(contourcurrent)。3、沉降(Setting):slowsettinginthepelagicwatercolumn.二、沉积物(Sediments)1、深海软泥和粘土(Pelagicoozesandclays)深海软泥(Pelagicoozes):钙质或硅质化石含量>30%钙质软泥(calcareousoozes):CaCO3>30%,如包球虫软泥硅质软泥(siliceousoozes):CaCO330%,如放射虫软泥深海粘土(Pelagicclays):钙质与硅质化石含量2:12、方解石(Calcite)MgCO3为2~3mol%,古代碳酸盐岩的主要成分。形成条件:Mg/Ca2:1;温度>15oC;PH值>8,盐度高。4、白云石(Dolomite)Mg/Ca=1,Mg2+和Ca2+交替与CO32-排列,古代碳酸盐岩的主要成分。白云石的成因较为复杂,将在白云岩的成因与分类中详细讨论。二、主要组分及结构颗粒、基质、胶结物与孔隙1、颗粒(Grain)生物碎屑、内碎屑、鲕粒、团粒和藻粒生物碎屑(Bioclast):不同程度搬运与磨蚀的生物硬体(壳体)。自形:具有生物的总体形态特征;半自形:保存有生物的特殊形态;沙砾级他形:壳体破碎强烈,但可鉴定出大门类;粉沙级他形:壳体破碎强烈,难以识别生物门类。内碎屑(Intraclast):不同程搬运和磨蚀的盆内沉积的碳酸盐岩沉积物颗粒。砾屑:>2mm,竹叶状,波浪与风暴成因砂屑:2~0.05mm粉屑:0.05~0.005mm,低能环境泥屑:<0.005mm,与泥晶基质不易区分鲕粒(Ooid)核心:生物碎屑、石英、长石等同心层:方解石、文石真鲕:同心层多,且其厚度大于核心半径薄皮鲕:同心层厚度小于核心半径复鲕:包含两个以上的小鲕粒的复合鲕负鲕:无核鲕假鲕:外形与鲕粒相似,但无同心层和核心放射状鲕:具放射状结构鲕粒成因:核心扰动进入表层海水(饱和CaCO3)核心表面发生沉淀,形成同心层再沉入海底再进入表层海水,形成同心层。团粒(Pellet)<0.02mm,球形或卵形,粪团粒,藻团粒,低能环境藻粒(AlgalGrain)与藻类有成因联系的碳酸盐岩颗粒核形石(Oconlite):核心+藻菌类形成的同心层凝块石(Clot):藻凝聚的颗粒2、泥晶基质与亮晶胶结物(MatrixandCement)泥晶:小于0.005mm,泥屑、微晶,亮晶:淀晶方解石,晶体较大,光学显微镜下形态可辩。3、孔隙(Pore)与碎屑岩相似第二节碳酸盐岩的分类与主要岩石类型SectionTwoCarbonateClassificationandTypicalTypes一、石灰岩分类(Limestone)1、二矿物成分分类2、结构—成因分类(1)福克Folk(1959)首次将碎屑岩的结构特点引用到碳酸盐岩分类中,提出了异化粒、亮晶、微晶等新概念,成为现代碳酸盐岩分类的基础或里程碑。正常化学岩类(化学或生物成因)和异常化学岩类(波浪、水流成因)三元分类(三角形分类):异化粒、基质、胶结物类型体现了岩石形成的水动力强度(2)邓哈姆(Dunham,1962)分类强调岩石的支撑类型,而把各组分的含量放在次要位置。3、现今分类现今流行的碳酸盐岩分类都是建立在福克分类的基础之上,基本上采用了颗粒—基质—胶结物三组分。余素玉(1992)二、白云岩(Dolostone)的成因与分类1、咸水白云岩成因薄层状形成条件:高盐度,高Mg/Ca比,高温,如潮上带萨布哈(Sebkha)毛细管浓缩潮上带蒸发海水向上运移温度、盐度升高,文石、石膏沉淀Ca2+被消耗,Mg2+浓度升高白云石沉淀渗透回流蒸发表层海水浓缩,密度增加,沿斜坡下沉较轻的底层水上浮,接受蒸发浓缩上述过程反复进行,导致泻湖盐度生高,石膏沉淀Ca2+被消耗,Mg2+浓度升高并发生白云石沉淀。2、混合水白云岩(doragdolomitization)成因同生期混合:泻湖内,高MG/Ca比的淡水与湖底沉积物作用,发生白云岩化;准同生期:沉积物上升脱离海水,直接受大气降水的影响,孔隙中残留海水与淡水混合,发生白云岩化;后生—成岩作用:在海水—淡水的混合带内,发生白云岩化,交代白云岩。3、典型白云岩同生白云岩:潮上带、泻湖藻白云岩:震旦系叠层石成岩白云岩:与灰岩呈过度关系后生白云岩:与断层、褶皱有关第二章陆相碳酸盐岩ChapterTwoTerrigenousCarbonate一、冷水碳酸盐岩一般认为碳酸盐岩是浅水、低纬度的标志,但在高纬度地区也存在碳酸盐岩。1、现代高纬度碳酸盐岩Daly(1934)andAskelsson(1936)报道法国西海岸和Fjord岛南部分布有碳酸盐岩。Teichert(1958)andChave(1967)报道在许多高纬度浅水区的沉积物中含有碳酸盐岩。2、古代高纬度碳酸盐岩BridenandIrwing(1964)根据古地磁资料,推测某些古代碳酸盐岩分布于高纬度地区。二、沙漠碳酸盐岩萨布哈(Sabkha)、干盐湖发育盐岩、白云岩与石灰岩三、湖泊碳酸盐岩1、碳酸盐岩浅滩湖岸、湖中隆起边缘清洁浅水区,有利于发育碳酸盐岩浅滩:鲕粒灰岩,多为表鲕,表明湖泊碳酸盐岩浅滩能量较低;生物碎屑灰岩,介形虫、双壳与螺化石碎片。2、碳酸盐岩阶地高能阶地:颗粒灰岩低能阶地:泥晶灰岩、泥晶白云岩3、生物礁阶地与斜坡间的坡折带,造礁生物为藻类(蓝绿藻),可分为礁前(角砾状灰岩)、礁核(藻灰岩)与后礁(泥晶灰岩)。4、深水碳酸盐岩:泥晶白云岩与灰岩5、湖湾碳酸盐岩:泥晶白云岩6、盐湖碳酸盐岩:与盐岩共生的白云岩第三章台地碳酸盐岩ChapterThreePlatformCarbonate一、概况(Introduction)1、分布:现今碳酸盐岩主要分布在30oNand30oS,温暖浅海,包括热带碳酸盐岩陆架(tropicalcarbonateshelves)和温带碳酸盐岩陆架(temperateshelves)。2、碳酸盐岩台地(Carbonateplatform):分布于浅海区,平顶,陡壁,四周为深水环绕。碳酸盐岩台地可分为开阔台地(openplatform):台地边缘无障壁;局限台地(closeplatform):台地边缘发育障壁,如礁(reef)、岛(island)和浅滩(shoals)。3、台地类型:碳酸盐岩缓坡
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