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沉积相标志

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沉积相 标志
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1978,1978,二、沉积环境判别标志,1979,1992,1979,1979,1992,1983,沉积环境:是一个发生沉积作用的、具有独特的物理学、化学和生物学特征的地貌单元,并以此和相邻的地区相区别—自然环境条件沉积相:指保存在地层中的能反映其形成环境的岩性特征、沉积特征和生物特征的总和—沉积环境的物质表现沉积体系:与沉积作用和沉积环境有成因联系的三维岩相组合沉积构造: 是由沉积物的颜色、成分、结构的不均一性而引起的岩石宏观特征,“相”的术语使用有不同的理解地层的岩石类型—描述相:如海绿石砂岩相、灰岩相等;岩石的成因作用类型—环境相:如浊积岩相、生物礁相等;沉积环境的同义语—作用相:如河流相、滨海相等;认为“相是一定岩层生成时的古地理环境及其物质表现的之和”,包括沉积物形成条件(环境)、沉积特征,如河流砂岩相、浅海灰岩相,国内外50年代以来普遍持这种观点;与构造环境相联系—构造相:许靖华(1991)提出的大地构造相概念,常用的如磨拉石相、复理石相,一)物理参数:一)沉积物的特征:颜色、粒级和分布、颗粒的分选性、磨圆度、表面结构、组构等(前面已讲)二) 沉积物的原生沉积构造 (注:沉积物次生构造——指示成岩环境)二)化学参数:Eh、pH、盐度、水深、温度、气候三)生物参数:种类、数量、古生态、埋藏方式四)矿物参数:指相矿物、颜色、痕量元素五)地球物理参数:测井曲线、地震相,一)物理参数—原生沉积构造,不同沉积构造代表了不同的介质条件,层理:水力学或化学条件变化期间形成的以相邻纹层或层间的沉积、结构、构造不连续为特点的界面;细层——最小单位,成分均一层系——有许多成分、结构、厚度、产状都相似的同类细层组成,为相同的沉积条件下的产物小型层理:10cm巨型层理:>100或200cm 层系组——若干相似的层系组成,无明显不连续,为相似的沉积环境的产物,1.流动成因构造—层理构造,Miall(1985)定义的不同级别的界面—限定不同级别的构成单位,交错层理,据交错层理单位大小(即单层厚度)分类:小型交错层理: 单层厚度小于5cm( 若单层厚度<1cm, 可称为微型交错层理);大型交错层理: 单层厚度5cm-1m。,,成因分类,水流波痕交错层理,流水,波浪,波浪交错层理的主要鉴别标志,单层底界面呈波状起伏,因波痕的不规则迁移造成前积纹层通常由成组排列的交错纹层组成,具束状叠置;前积纹层有时具“人”字型构造;交错层理一般显示交错层的分枝现象,即倾斜的前积纹层往往越过波谷,再伸到相邻波痕的另一翼上,有时甚至达到相邻波痕的顶部。海岸、陆棚、湖泊等,人字型(羽状或鱼骨状)交错层理:上下相邻层系的细层倾斜方向相反(青鱼骨状),层系间被泥质薄层隔开涨潮与退潮交替作用形成的潮道、三角洲,逆形沙波交错层理(逆行沙丘层理或反沙丘交错层理):弗氏值Fr>0.84时,沙波与水表面处于同相位的状态,造成向上游一侧的加积作用、下游一侧侵蚀;透镜状、内部层纹不清晰、倾角小(<10°);与平行层理及冲刷构造共存,与上下共生的交错层理细层倾向相反河流、海滩、浊积岩等环境。,冲洗交错层理:海滩或沿岸沙坝的前滨带上,波浪反复的冲洗作用造成倾角平缓(一般2-10o)的纹层,其形态属于大型板状或楔状交错层理。,丘状交错层理:暴风浪作用所形成的一种向上凸的圆形状层理,顶面被波浪截切。波长大(0.1-5m)、波高小(0.01-1m);纵剖面呈缓波状,层系底界面为侵蚀面,细层与层系底界平行,细层倾角很少超过8-10°;近滨带和浪基面以下,并有风暴作用,可作为正常浪基面和特大暴风浪浪基面间环境识别标志;,风成交错层理:规模大、层系厚度变化大,前积层方向多变,陡倾斜的交错纹层上陡下缓,层系常呈板状、楔状,少有槽状,不夹泥质,砂粒磨圆度和分选较好。,爬升波痕层理(爬升沙纹层理、上叠沙纹交错层理):沙纹向前迁移的同时向上爬叠加积而成;粉砂岩和粉砂质泥岩,连续的、丰富的悬浮状沉积物供给;细分:同相爬升沙纹交错层理(前积层和后积层同时保存)、拖移爬升沙纹交错层理(后积层无或少保存)河流、三角洲前缘的水下沙堤、浊流,,攀升层理,攀升层理纹层向右漂移指示越岸水流流向,,粒序层理(粒级层理、递变层理),可形成巨厚层系,浊流、潮坪、河滩、三角洲、陆棚等,平行层理:细层与层面近平行,是在高流态下由平坦的床沙体迁移而成,伴有冲刷现象、沿层理面有剥离线理,河流、海滩、浊流等;,水平层理:细粒沉积物中与层面平行的若干细层组成的层理(颜色、成份、有机质含量等变化)。见于粘土岩、泥质粉砂岩及石灰岩;形成于平静的、微弱流动的介质;海或湖深水带、闭塞海湾、沼泽、牛轭湖等。,块状层理(均匀层理):快速堆积或高浓度浊流或生物扰动。脉状、波状、透镜状层理:潮汐、湖滨、三角洲前缘、河流,韵律层理:与层面近平行由数毫米—十厘米或不等厚的两种或以上岩性互层组成。常见于砂岩与泥岩不等厚互层;潮汐韵律层理、季节性韵律层理、复理石层理,灰岩与泥灰岩韵律(L-M韵律),沙纹交错层理(沙纹拖曳交错层理):多层系(波状、板块、槽状)的小型交错层理,层系厚<3cm;见于潮坪、河流边滩上部、天然堤、湖滨粉砂岩;,不同流速和粒径条件下形成的层理类型据:Harms等,1982,低角度交错层理:大型单一层系,前积细层呈低角度的单向倾斜,倾角<10°,缺乏共生的反向沙纹交错层理。形成于高低流态间;,再作用面构造:同一作用过程中,一个层系内的平滑间断面,上下相邻的前积层倾向相似,间断面可上凸下凹。潮汐和河流,图5-21 再作用面与双粘土层形成示意图A-由水位变化造成的再作用面;B-与潮流的时间-速度不对称性有关的再作用面,潮道沉积中的潮汐束状交错层理和双黏土层,流动成因—其它构造冲刷面构造:流水作用在沉积物顶面冲刷而成的凹凸不平的面,面上颗粒较粗,有下伏层和砾石。沟槽充填构造:河流改道或流速加大时,流水不断冲刷和侵蚀沉积界面,形成深坑或槽,并被较粗的沉积物充填。如河流、潮坪等环境叠瓦构造:河床、海滨岸区及浊积扇水道沉积区不同大小砾石呈叠瓦状排列,1)波痕波痕内部结构,1.流动成因构造—层面构造,波痕指数(RI):波长与波高之比(L/H);对称指数(RSI):向流面水平投影长度与背流面水平投影长度之比(L1/L2),,,随介质能量的减弱和悬浮载荷的增加,前积层形态由直线型切线型凹型S型,水流强度增加,水槽实验低流态高流态据Blatt等1980,波痕沙波大波痕平层反丘流槽,波痕分类,水流波痕小型水流波痕(直线形、波曲形、链形、舌形、新月形和菱形)、大型水流波痕、巨型水流波痕、逆行砂丘波浪波痕干涉波痕和改造波痕弧立波痕风成波痕,水流波痕,波浪波痕,小型水流波痕:规模较小,波长在4-60cm,一般不大于30cm;波高0.3-6cm;波痕指数大于5, 多为8-15。按其波脊形态又可进一步分为直线形、波曲形、链形、舌形、新月形和菱形。,下部:舌形、菱形;上部:波曲形、舌形;,,舌形,链形,波曲形,直线形,,,,,波曲形舌形,菱形,,,大型水流波痕:其波长下限为60cm, 最长可达30m, 波高为6cm-1.5m。波痕指数大于15。大波痕主要产生于中、粗粒沙质床沙中,巨型水流波痕:波痕长度>30m。波高可达数米;波痕指数>30。巨型水流波痕的波脊以直线形为主,多分布于较深的浅海和大型河流中,逆行砂丘:最早由吉尔伯特(Gilbert, 1914)提出。是指在浅水急流条件下(即福劳德数>1),由表面流在沉积物表面上产生的一种与水面波同相位的波痕状底形。与一般的波痕形成作用相反,通常其背流面一侧遭受侵蚀,而在向流面一侧进行堆积作用。所以实际上它是向上游方向移动的,故称为逆行沙丘。它多见于海滩、潮坪、河流环境,波浪波痕,对称的波浪波痕稳定范围与最大流速和沉积物粒径的关系,不对称波成波痕和水流波痕的区别:①浪成波痕波脊往往出现分叉与会合的特点, 水流波痕的波脊多中断并被别的脊代替;②波长小于4.5cm的不对称波痕一般都是浪成, 波痕指数15;浪成波痕的对称指数3.8;③浪成波痕的前积纹层往往表现为成束的分枝状, 并通过波谷延伸到相邻波痕的翼部上,干涉波痕:构成格子状、梯状、网格状、叠瓦状,甚至疙瘩状等形态,前滨或潮间带,改造波痕:在水流及波基面变化的情况下,原先生成的波痕受到改造而形成改造波痕,如双脊波痕,圆顶波痕、削顶波痕,前滨或潮间带,孤立波痕:泥质物表面上由于沙供应不足而形成的不连续底形。弧立波痕与正常波痕相似,但它们发育不全,波高较低,波痕指数较大,构成透镜状层理。,风成波痕:直、长而平行脊、不对称。L=2.5-25cm, H=0.5-1cm, RI=10-70。具有前积纹层,多数波痕由粒度均一的砂组成,内部构造有时不清楚,粗颗粒分布在波脊。风成波痕发育于沙漠、海岸、干旱—半干旱气候下的河流等环境中。,2)剥离线理:砂岩层面上的水流线理,由彼此平行的线状浅沟和低脊或颗粒弱定向排列而成。与平行层理伴生出现,为急流环境的良好标志。主要分布于海滨、湖滨、三角洲平原和浊流沉积中。,3)新月形砂脊及砂尾构造:卵石、介壳等颗粒对风或流水阻挡使砂堆积在障碍物下游侧,形成一砂质的新月形脊,倾斜面朝下游方向。,4)冲刷痕:细流痕、槽铸型、纵向脊(沟铸型)槽铸型:由一些不连续的舌状突起体组成,突起的上游一端呈浑圆状,且突起稍高,向下游端变宽和变缓,一般平行水流方向的雁行状成群出现。大量发育于浊流环境。,纵向脊(沟铸型):由一系列平行水流方向的紧密排列的连续低脊。出现于浊积岩和冲积相砂岩层面上:脊窄而尖、沟宽而圆。 砂岩底面上(铸型):脊宽而圆,沟窄而深。,脊与沟,铸 型,细流痕(渠迹):细小水流的刻蚀作用所形成的表面侵蚀痕迹。沉积物表面暴露水从沉积物中溢出,形成薄层水,并侵蚀沉积物表面,形成细流痕。不同的形状:树枝状、网状、分叉状、梳状等,可作为指示沉积物表面间歇短期暴露的一个标志,常见于潮间带、海滩、湖滨、洪水后的泛滥平原区,压刻痕:水流携带的物体在松软的沉积物表面运动时所刻蚀出来的痕迹(工具痕)。据形成方式可分为沟痕(铸型)、V型痕(铸型)、戳痕(铸型)、弹跳痕(铸型)。,弹跳痕,V型痕,沟痕:河流环境,戳痕,浊积岩,一)物理参数—同生变形构造沉积物的差异负载或超负载作用、沉陷作用、重力影响的顺坡滑塌或滑动作用、沉积物的液化作用以及沉积介质对沉积物的拖曳作用负载构造(重荷构造)—火焰状构造,球枕状构造:泥质层之上的砂岩层底部因砂质层断开并陷入到下伏泥质层形成一些紧密或稀疏排列的球状或枕状体,包卷层理(旋卷层理):“宽向斜、窄背斜”,纹层虽褶皱但仍连续,无断层、滑动及角砾化现象,仅限于一个层内,不涉及上下层。成因:沉积物的液化作用和液化层的侧向流动,滑塌构造:已沉积的沉积物主要在重力作用下,沿斜坡发生移动而产生各种变形构造。见于浊流、潮汐、曲流砂坝等,碟状构造(泄水构造),,砂岩脉和岩床,大连金石滩Z大林子组,,,,干裂,一)物理参数—暴露成因构造,雨痕和冰雹痕,帐篷构造(锥形构造):一种大型的柱状干裂,横断面呈多角形、纵断面呈不谐和或类似尖顶形的褶皱或倒转低伏的“V”型。成因:反复干裂收缩成因;碳酸盐岩中硬石膏水化石膏引起溶蚀或膨胀垮塌而成;温差效应岩石膨胀性不同而破碎而成;晶体生长引起岩石膨胀而成;潮上带、萨布哈环境,晶体印痕与假晶:盐湖、内陆盐沼及温暖气候下潮坪,一)物理参数—化学成因的沉积构造,石盐假晶,生物扰动构造,一)物理参数—生物成因沉积构造,生物遗迹构造——生物扰动构造特例,叠层石(Stromatolites),波状叠层石,柱状叠层石,穹状叠层石,生物生长或层理构造,SH发育于潮汐与波浪强的地带,延伸方向与海岸线方向垂直,与潮汐和波浪冲刷方向一致;叠层石群呈带状分布平行于海岸线,单一叠层石缓侧向着岸线、陡侧迎向波浪,图5-28 叠层石形态类型分布 图5-29 叠层石类型与水深分布,,,植物根迹,鸟眼构造(窗格或筛状或网状构造、雪花状构造):大致沿泥晶、微晶(或球粒)白云岩或灰岩的层理分布(半)充填方解石、白云石、硬石膏似鸟眼状的孔隙;因干涸收缩、气泡逃逸、水滴、藻类腐烂、硬石膏溶解、成岩作用等后充填亮晶;多产于潮上带、潮间带,一)物理参数—复合成因构造,层状晶洞构造:灰岩或白云岩中沿层理分布的较大原生孔洞。孔洞沿平行于层面并成群出现,底平坦而顶部呈不规则的指状分叉;孔洞被微晶方解石和亮晶方解石充填;常见于潮上坪或潮间坪或泥丘等成因:软体生物腐烂及生物潜穴形成的孔洞;沉积物失水或生物腐烂引起坍塌而成孔洞;海底胶结的介壳下面形成遮蔽孔等;,席状裂隙:灰岩与白云岩中裂隙呈平行于层理的席状分布。可显出示顶构造:孔隙下部为泥晶或硅泥,上部为亮晶、空洞或正延性玉髓、石英;孔隙充填亮晶方解石——斑马状构造;形成于潮上带或潮间带气候干湿交替。窗孔构造:藻球粒白云岩或灰岩因藻粘结了大量的球粒,在藻腐烂后的空洞被亮晶方解石充分填形成类似窗格孔洞的构造;属鸟眼构造一种,多产于潮间带—潮下带;示底构造:洞穴下部为泥晶、微晶碳酸盐矿物,上部为亮晶碳酸盐矿物,两者界面平直并与层面平行,硬底构造:在沉积物表面或以下由于生物作用和同生石化作用所形成的坚硬的底,代表沉积间断或缓慢沉积及海退作用。海洋条件下的硬底构造:海洋条件下因沉积长期停滞或沉积速度缓慢有时仅有锰、铁结核沉积而形成坚固的底。碳酸盐表面因生物钻孔和海水的溶蚀作用侵蚀成圆滑起伏的面或溶蚀成不规则的凹凸面;硬底层内常见晶簇状的粒间胶结层;硬底表面常有大量底栖生物活动的痕迹;上覆层底部可有硬底的砾石;沿硬底常见海绿石、磷酸盐、铁锰等矿层,或矿物壳同结壳生物交替出现;硬底形成淡红色带;,陆地条件下硬底构造某些浅滩化的沉积旋回顶部因暴露缺乏沉积发生石化、氧化、溶解等形成硬底;砂质渗滤带石化而出现重力胶结或新月形胶结迹象;潮汐带的海滩岩见文石微晶包壳等;强烈周期性干燥区可在碳酸盐岩中发育窗格构造;潮间干化可发育蒸发岩、白云岩,气候转潮温时蒸发岩溶蚀成角砾岩;常见微岩溶、红色土壤的浮土和钙结层表面等;氧化作用和铁质增加,硬底表面形成淡红色;硬底表面下几十公分可发生同生石化作用;,二)化学参数:Eh、pH、盐度、水深、温度、气候古盐度(粘土岩),B含量小于100ppm为淡水环境200-300ppm为半咸水300-400ppm为正常海水大于400ppm为超咸水环境,适用于粘土岩,硼法,B/Ga比值来反映盐度和区分海陆相地层,国外报道B/Ga7为海相,适用于粘土岩、碳酸盐岩,一般认为Sr/Ba在淡水沉积物常1,,沉积矿物标志—矿物化学沉积顺序为:方解石白云石天青石石膏石盐自生天青石、萤石、重晶石的白云岩反映盆地内水体的盐度较高。正玉髓为超盐度的指示物。海绿石、胶磷矿物形成于正常含盐度。 超咸水或清水环境中形成的鲕粒是呈放射状,非同心状。脱水裂隙多少变化。,生物学标志0-50m:大量藻类、底栖有孔虫、双壳类、腹足类、造礁生物(珊瑚、苔藓虫、层孔虫、海绵等水深不超过10-50m )、灰质海绵及无铰纲腕足动物。50-100m:底栖和浮游珊瑚、腕足类、头足类、棘皮类等,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、海绵和海胆。>200m:远洋底栖海百合、硅质海绵、少数薄壳腕足类及细枝状的苔藓动物,Eh—颜色与矿物类型,pH—指示矿物,古气候,地球化学矿物岩石标志沉积学标志,矿物岩石标志鲕状赤铁矿:多数在温暖、炎热条件下形成。煤:炎热潮湿或温暖潮湿气候条件下形成的。碳酸盐类:沉积物中CaCO3 浓度高的地区位于低纬度内。大规模碳酸盐沉积作用主要发生在南北纬20o(温暖的热带和亚热带)左右。磷块岩:温暖或炎热气候的标志;土状堆积: 黄土是寒冷(冰期)气候条件下的风成沉积,指示干、冷气候。红土反映温暖潮湿的气候。蒸发岩:如岩盐、石膏、硬石膏、钾盐、萤石、天青石等是在炎热和干燥的气候中沉积的。红层:温暖、炎热干旱或半干旱的气候。风成沙漠沉积:现代南北纬30o地带两条沙漠带。冰碛岩:极地冰川(大陆冰盖)和山岳冰川。,古水深,自生矿物标志海绿石:远离大河口的陆棚区,弱咸性(Ph=7-8)、弱氧化-弱还原(Eh=0)、水温10-15℃左右,深度大于125m;寒冷地区,水深为30m就可形成。鲕绿泥石:较温暖的浅海,水温大于20℃ ,深度小于60m。盐类矿物:干旱暴露的环境地球化学标志由滨岸向深海,Fe、Mn、P、Co、Ni、Ca、Zn、Y、Pb、Ba增加,其中Mn、Ni、Co、Cu元素含量升高趋势特别显著随PH值增大,Eh值降低,Mn+2矿物逐渐沉淀沉积速率低,沉积物中Mn含量增高,古温度,T℃ =16.5-4.3(C-W)+0.14(C-W)2( Craig,1965) C-CaCO3与H3PO4在25 ℃下反映生成CO2的 18O; W-在25℃海水中CO2的 18O;,三)生物参数:种类、数量、古生态、埋藏方式,不同的埋藏方式,生物对盐度的指示,生物对水体深度的指示,生物对底层性质的指示,指示海水清浊度如海绵、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,适应从沉积物中摄食有机物,能忍受浊度较大的海水。少数生物如腕足类的舌形贝、掘穴蛤、介形虫、有孔虫及星鱼等捕食型的移动生物能在迅速沉积的环境中生存,指示古气候古生代植物群是耐阴植物群;中生代的植物群需要较强阳光;新生代植物群需要强阳光。潮湿的热气候会使植物繁茂地生长,形成巨大木本植物群;过度潮湿地区的植物,一般具有巨大的树干,宽阔的叶片,弱而浅的根部系统,通气组织高度发育以及有强烈蒸发性能干旱植物的生长则相反,四)矿物参数:指相矿物、颜色、痕量元素,矿物的标型特征分析母岩类型,火山岩型石英,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,阴极发光分析,碎屑矿物组合分析母岩类型,海绿石:形成于远离大河口的陆棚区,其介质条件为弱咸性(Ph=7-8)和弱氧化—弱还原(Eh=0)的正常海水,水温10-15℃左右,形成深度大于125m,在寒冷地区,水深30m就可形成;鲕绿泥石:形成于较温暖的浅海,水温大于20℃,其分布深度小于60m;粘土矿物:絮凝作用形成的粘土矿物可以反映介质的Ph值。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;,碳酸盐岩:如藻叠层石碳酸盐岩一般形成于潮坪环境,鲕灰岩形成于滨海或碳酸盐台地的高能带,具水平纹层的泥晶灰岩形成于静水环境;红层:含Fe矿物在潮湿—干燥的温暖气候条件下风化后成赤铁矿而呈红色;蒸发盐:气候干燥和闭塞环境、内陆盐湖或半封闭的滨海泻湖环境、开阔海盆磷块岩:大量出现可指示海洋环境,特别是50-200m海区更有利于其形成;礁灰岩:造礁生物主要有珊瑚、层孔虫、苔藓虫、海绵等,礁灰岩是温暖浅海环境的良好标志,五)地球物理参数,测井相,SmoothSerratedcomplex,水道底冲刷面和海侵面在测井曲线上的显示,不整合面和断层在测井曲线上的显示,地震相,冀中武强三角洲,辽河洼15井区叠置水下扇,玛南石炭系砂泥岩段地震相图,
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