第02章_沉积环境+沉积相

关于鸟眼构造的成因解释：①碳酸 盐沉积物曾一度露出水面，由于干 裂而成；②碳酸盐沉积物中生物遗 体等有机质腐烂而成；③碳酸盐沉 积物成岩时干涸收缩形成等。鸟眼 构造通常只形成于潮上或潮间沉积 环境中，所以是特定的沉积相标志。
更明显的区域性暴露标志是古风化壳，在不
同的气候带具有明显不同的识别标志。
风化壳
干旱气候区：钙质风化壳。浅色固结－半固结的钙
质－白云质古土壤层。外形多呈角砾状、瘤状、结核
状、渣状、纹层状或块状。
钙质风化壳
潮湿气候区：准平原剥蚀区形成显著的铁、铝质红
色风化壳；古地形低洼区以低镁方解石豆粒灰岩、
玛瑙状方解石栉壳构造和古溶洞坍塌角砾岩广泛发
育为特征。
铁铝风化壳
“天坑”
平行层理
递变层理
水平层理
交错层理
板状交错层理(产于砂岩中)
自然风化剥蚀后的砂岩：多种层理结构
美国犹他州侏罗系砂岩(Navajo sandstone)
Leabharlann Baidu
B、层面构造
层面构造：指出现在沉积岩层面上的构造，
有时与沉积物同时形成。例如：波痕(包括对称 波痕和不对称波痕)。
波痕
不对称波痕
对称波痕
风成波痕
常见的各种沉积环境
(一)、大陆环境的沉积相类型
1、潮湿气候平原沉积相类型
气候潮湿、地形起伏微弱、平原广布， 在热带和温带地区都有发育。多雨、生物繁 盛、河网密集，湖泊发育，沉积类型多样。 主要沉积相代表：河流沉积、湖泊沉积。
现代河流，黄河乾坤湾 (陕西延川)
常见河流类型
曲流河 (蛇曲河) 网状河 (具有多个河道)
石榴子石硬度大，但易风化，仅在冰川成因 的重矿物中富集。
E、碎屑岩的结构标志 杂基很少，碎屑颗粒为点状接触， 粒间孔隙被成岩阶段的自生胶结物 所充填，形成孔隙式胶结结构或颗 粒支撑结构。——表明其为牵引流 搬运沉积的结果。 杂基很多，碎屑颗粒被杂基所包裹， 形成基底式胶结结构或杂基支撑结 构。——表明其为重力流搬运沉积 的结果。
D、滑塌构造(slump structure ) 由于受地震、风暴等因素的影响，处于塑性状态 的沉积物通过重力作用沿大陆斜坡发生移动而产生的 变形构造(准同生变形构造)。 多见于大陆斜坡较深水沉积物中，并形成浊积岩 或深水碳酸盐岩，为识别古坡向的重要标志。
3、生物门类及其生态组合的环境意义 (古生物标志)
2. 沉积构造
3. 古生物学标志 4. 地球化学标志
1、沉积岩组分和结构的环境意义 A、牵引流沉积作用
牵引流(tractive current)：又称拖曳水流，
是指带动碎屑作牵引运动的流体。属相
对弱水流或静水流作用的流体。能沿沉
积底床搬运沉积物的流体。包括河流、
海流、波浪流、潮汐流、等深流、大气
流等。
珊瑚化石：浅海
三叶虫：滨浅海
热带植物：棕榈、樟树等常绿阔叶植物，不显年轮。
棕榈；广西北海银滩
温带植物：松柏、银杏等落叶植物，年轮清晰。 银杏；西北大学校园
年轮
寒带植物：落叶松、云杉、苔藓、山桑子、冷杉等。 以苔原、针叶林为典型自然景观。
苔原
针叶林
遗迹化石相(ichnofacies)：良好的沉 积环境指示标志
滨海
浅海
半深海
深海
遗迹化石在地层中具有复杂 的表现形式
浅水相区遗迹化石：水动力条件强， 常见垂直生物潜穴。
垂直潜穴
水平遗迹
较深水相区遗迹化石：水动力条件弱，常见水平 方向的生物遗迹化石，垂直潜穴少见。
化石保存特征：判断水动力条件强弱以 及搬运距离远近
高能环境：以介壳灰岩为典型代表。
河道 冲积平原 淡水湖泊
淡水泥坪
沼泽
海洋
半咸水泥坪
岩相分析的基本原则
将今论古(现实主义)原则：认为现代和地史时 期所形成的物质记录有许多类似之处。因此， 可以通过研究今天的地质过程来推论地史时期 的地质过程。
贵州安顺黄果 树瀑布：可用 来推论河流的 演变历史及其 地质作用过程。
二、沉积环境的判别标志 1. 沉积岩的组分和结构
渗流豆粒层：产于灰 岩中的低镁方解石豆粒， 形态呈球形和长形。具群 集、紧密堆积和成层的特 点，圈层包壳的厚度不均 匀，其下侧较厚，反映了 重力作用的影响。渗流豆 粒层的顶面代表一个古暴 露面。它和渣状层及碎裂 砾块等组成有规律的分带 现象。
贵州中三叠统垄头组中的豆粒灰岩
葡萄状构造，安徽巢湖殷家山，埃迪卡拉系灯影组
陆地沼泽相芦木化石
海相蜓化石
湖相鱼鳞化石+植物碎片化石
狭盐度生物：珊瑚、菊石、腕足等。 广盐度生物：某些腹足类、双壳类等。
喜暖生物：造礁的珊瑚、多数藻类、海绵、层孔虫等。 水温大于20℃的热带、亚热带浅水海域。
冷温水区生物：某些小型单体珊瑚、厚壳的腕足动物 和双壳类，可见于高纬度冷-温水区。
现代干裂+鸟类足迹
地史时期的泥裂
地史时期的泥裂
现代 “高强度”泥裂
地史时期 的“高强度”泥裂
(山西永济中元古界汝阳群砂岩)
现代雨痕(河南郏县)
地史时期的雨痕
世界上已知最长的恐龙足迹，玻利维亚， 距今70 Ma
帐篷构造 (tepee structure)
碳酸盐沉积中的帐篷构造： 是弱固结或半固结的碳酸岩盐
2、沉积构造的环境意义 沉积构造是判别环境的重要标志，主要包括：层 理、波痕、底面构造(沟模、槽摸、工具模)、顶面构造 (生物遗迹、干裂)、结核等。 A、层理标志
层理是两个层面之间由于岩石的性质在垂直层面
方向上，由成分、颜色、结构的变化所显示的层状构
造。
常见的层理有水平纹理(层理)、交错层理、平行层 理、递变层理和块状层理等。
由于在陆上暴露、蒸发、干缩
而使其原始沉积层弯曲、破裂， 并向上突起而形成形似印第安 人帐篷的构造。
泥晶白云岩中的帐篷构造：澳大利亚南大洋现代滨岸潮坪
沉积岩中的帐篷构造：隆起状纵切面
鸟眼构造：在泥晶、微晶 或球粒灰岩或白云岩中成 群或单个出现的、一般为 几毫米大小的、大致平行 的、形似鸟眼的空洞。其 长轴平行层面排列，空洞 内充填有结晶程度较好的 方解石或石膏。 由于它们常成群密集 地出现在岩层的断面上， 所以有人称之为筛状、窗 格状或网格状构造。
曲流河沉积二元结构(陕西延川)
河漫滩沉积
河道沉积
B、湖泊相
在降雨量充沛的潮湿气候区多形成淡水湖 泊。根据湖水深度可分为滨湖、浅湖和深湖。
特点：水体封闭，从湖滨到湖心，随着湖 水深度的增加，水动力逐步减弱，沉积物也由 粗至细作机械分异。
滨湖
滨湖沉积
有河流注入时：河流所 携带的碎屑物质可在河 口形成小型三角洲。
介壳灰岩： 高能滨浅海 现代海滩介壳层
原地埋藏：通常为灾难性事件沉积。
美国始新统绿河组生物群；湖相事件沉积
美国始新统绿河 组生物群
原地活埋的大 量鱼化石
4、沉积地球化学标志及其环境意义
A、自生矿物(原始沉积时期或固结成岩以前形 成的矿物)与沉积环境中的特定地球化学条件有关， 并能指示其沉积环境。例如：海绿石和磷块岩一般 见于浅海陆棚区；鲕状赤铁矿、鲕绿泥石多见于亚 浅水区(海或湖)。
相对比定律(瓦尔特定律)的实质
相邻沉积相在纵向上的依次变化和横向上 的依次变化是一致的。
成因上相近且相邻的相才能在横向上或纵 向上依次出现，而截然不同的两个相或者 不是相邻的两个相绝对不可能毗邻。
例如：在没有沉积相“间断”和“侵入” 的状况下，以碳酸盐岩沉积为主的浅海陆 棚相中不可能突然出现山麓洪积扇(相)或 者河流(相)沉积。
水成波痕
底面沉积结构：槽模
水流方向
水流方向(左上－右下或者右下－左上)
底面沉积结构：沟模
底面沉积结构：工具模(反映了两期水流事件)
水流方向
底面沉积结构：障碍冲刷模
C、暴露标志
暴露标志：指形成于沉积作用之后、能指示沉积
物曾暴露于地表的层面构造。例如：动物的爬痕 或足迹、泥裂、雨痕(雹痕)、古风化壳、帐篷构 造、鸟眼构造等。
辫状河 (具有多个心滩)
曲流河(蛇曲河)；中国新疆
辫状河(具有多个心滩)
A、蛇曲河(曲流河)沉积类型 在平原区，河谷宽，流速小，河床坡度 小，蛇曲现象发育。
蛇曲河的 二元结构
洪泛平原沉积(河漫滩)：砂泥为主 河道(床)沉积：粗砾为主
河漫滩沉积 河道砾岩
蛇曲河的二元结构
古河道砾岩
定向排列的河道砾岩
特征：粗细混杂、分选和磨圆较差。重力 流包括泥石流、颗粒流、液化流和浊流四类， 以浊流最为常见、最为重要。
2003年宁陕县泥石流
冲积扇
浊流
C、常见岩矿标志
席状分布规模大且稳定的碳酸盐岩(滨浅海) 。
海绿石，鲕绿泥岩，磷块岩(浅海) 。
冰碛和冰川纹泥(寒冷) 。
煤/赤铁矿/铝土矿(潮湿) 。
3、相变：沉积相在横向或纵向上的变 化。
4、岩相分析：根据地层中岩性特征和 生物特征等来恢复地史时期的古沉 积环境。
相变实例：沉积相在横向上的变化
碳酸盐岩相
页岩相
砂岩相
页岩－煤相
5、相对比定律(瓦尔特定律) 使用条件：地层序列中不存在导致连 续相带明显缺失的沉积间断或突发性 地质作用事件(风暴、浊流、地震等)。 也就是说，必须在沉积环境连续渐变 的情况下才能应用这一定律。 内容：只有那些目前可以观察到是彼 此毗邻的相和相区，才能原生地重叠 在一起。岩相类型在时、空分布上存 在着内在的联系。
湖岸陡峭：沉积物多为 粗碎屑沉积，其中的砂 岩孔隙度高，是重要的 储油层。可见搬运的软 体动物(螺、蚌)壳体及 其碎片。
淡水湖泊沉积：发育波纹层理
湖岸平缓：沉积物多为 粉砂岩，可见泥裂、雨 痕、生物扰动构造及植 物叶碎片。
A、不同的生物门类生活于不同的自然环 境之中。
B、根据某些生物判断海水的盐度及古气 候。 C、根据某些生物组合或者遗迹化石组合 判断海水的水体深度和透光性。 D、根据地层中化石保存的完好程度来判 断水动力条件。
海相生物：蜓、珊瑚、 层孔虫、腕足、菊石、 三叶虫、笔石等。
陆相生物：陆生植物、 陆生动物、淡水软体动 物等。
特征：随着水流速度降低和波浪能量减弱而出
现自下而上由粗到细的“沉积分异作用”，从而 使沉积物(地层)呈现有规律的分布。
新疆玛纳斯J2x ：由粗到细：浅色砂砾岩－暗色泥岩、页岩、煤层和煤线。附注：红色为烧变岩。
B、重力流沉积作用
重力流(turbidity current)：为一类水中含 有大量弥散沉积物的高密度流，由沉积介质与 沉积物混为一体和整体搬运(又称密度流和块 体流，整体混浊度大)，以悬移方式搬运为主。 常见于陆上和海洋坡折带(如山麓、深湖盆、 大陆斜坡等)。
B、稀土和微量元素及稳定同位素对于研究沉积 环境、生物作用、陆源区性质(母岩成分)、古气候特 点和古地理再造都具重要作用。
例如：铈(Ce)的含量变化可反应不同的沉积环境。 由大陆边缘(0.9-1.3)、洋盆(0.55)、至大洋中脊附近(0.29)， 铈(Ce)的含量逐步递减 。
缺氧+还原硫酸盐细菌发育，导致海水(硫酸盐)中S34/S32升高
现代澳大利亚南大洋滨岸带：库隆 蒸发泻湖及其石膏层沉积
D、常见碎屑岩矿物成分标志
石英含量高、分选较好的岩层一般为远源区 的沉积产物。
纯净的石英砂岩是海滩反复冲洗的标志。 长石容易风化分解，一般在干旱和寒冷气候 带或地形高差大的近源地区才能大量保存。
粗大的岩屑一般反映地势高峻的古陆剥蚀区 距离沉积区较近。
石膏和各种盐岩(干旱蒸发) 。
鲕粒结构岩矿(海浪强烈/高能环境) 。
富有机质和黄铁矿微晶的炭质/硅质/泥质岩类 等(深水或滞留还原海盆)。
地史时期碳酸盐岩沉积： 安徽巢湖下石炭统和州组 厚层生物碎屑灰岩
现代滨浅海底珊瑚
席状分布规模大且 稳定的碳酸盐岩(滨 浅海环境)
石膏和各种盐岩 (干旱蒸发环境)
海平面下降，风化增强，87Sr/86Sr升高；火山-热液增强，87Sr/86Sr降低
三、沉积环境与沉积相类型
以海平面为标志，可以将地表沉积环
境分成三大类型：
大陆环境的沉积相类型 过渡环境的沉积相类型
海洋环境的沉积相类型
冰川 湖泊
河流 三角洲 海滩 潮坪 障壁岛 浅海环境
沙丘
冲 积 扇
泻湖 大陆架 海底扇 生物礁 深海环境
第二章 地层的沉积相 及沉积环境
一、沉积相及相对比定律
1、沉积环境(sedimentary environments)：一个具 有独特的物理、化学、生物特征的自然地理单元。
2、沉积相(sedimentary facies)：沉积 相是指形成于特定古沉积环境中的 一套有规律的岩石特征和古生物特 征组合。