碳酸盐岩层序地层学

里 德 碳 酸 盐 岩 沉 积 模 式
尽管沉积环境的 划分目前还不尽 一致，但遵从一 般的环境分类方 案，将碳酸盐沉 积环境一分为三， 即分为海岸、浅 海和远洋三大沉 积体系，并把湖 泊环境单独列出。 海岸体系和浅海 体系以平均低潮 面或浪基面为界， 浅海体系与远洋 体系主要以台地 或缓坡边缘明显 坡折来区分。
塔克碳酸盐岩沉积模式
塔克(M．E.Turker，1981)在他所著的《沉积岩石学导论》一书中提出了 他的碳酸盐相模式(图6—12)．他将主要碳酸盐相与七种主要沉积环境联系起 来，还明确将海相碳酸盐沉积环境划分成两大沉积区，即碳酸盐台地——陆表 海和盆地较深水——斜坡沉积区。后者实际上就是深水碳酸盐沉积，主要为重 力流和受CCD面控制的远洋灰泥两类沉积．在碳酸盐台地——陆表海沉积区中， 又将相当于威尔逊模式中的开阔陆棚置于台地内，也就是开阔台地中的静水碳 酸盐泥。同时，在台地边缘后面，也就是开阔台地内同样还可以出现浅水碳酸 盐砂滩和局部斑礁及泥丘。上述这些都比较合理，对我国华北地台及扬于地台 的古生代及三叠纪地层沉积部分是适用的(曾允孚等，1985)。
海岸体系 潮缘亚体系 潮上带 潮间带 潮下带 浅海平原亚体系 海岸沙丘沙脊 后滨 前滨 临滨 滨外 外滩障壁一泻湖亚体系 障壁岛 岛后泻湖 泻湖岸向潮坪 潮汐通道 潮汐三角洲 浅海体系 碳酸盐缓坡 碳酸盐台地 陆表海台地 孤立台地 沉降台地 镶边台地 远洋体系 较深水斜坡 深水远洋盆地
之一
碳酸盐岩沉积 及Βιβλιοθήκη Baidu序发育的主要控制因素
2．Ⅱ型层序界面
当海平面下降速率小于盆地沉降速率时，多形成Ⅱ型层序界 面。（1）仅台地内部发生暴露溶蚀，台地边缘形成潮缘沉积作用， （2）缺乏陆缘物质的穿越和台缘斜坡的侵蚀作用，（3）沉积相 带向盆地方向的迁移不显著。
3.初始海泛面的识别 3.初始海泛面的识别
（1）初始海泛面上下沉积物的性质、类型和沉积作用方式差异明显，常 表现出沉积相的突变。 （2）初始海泛面常含丰富的生物化石，并与下伏层有着不同的生态组合。 （3）在台地和潮缘区，初始海泛面是具有高能水动力条件的近岸环境不 断向陆迁移的基面，其上下地层的堆积样式不—致，下伏地层是海平面下降 的产物，为一种向上变浅变粗的序列，上覆地层则代表海平面上升阶段，表 现出向上变深变细的序列特点。 （4）在斜坡—盆地区，初始海泛面之下为低水位体系域或陆架边缘体系 域，向台地方向，则常与层序界面一致，即海侵体系域直接沉积在下伏层序 上。
之一
碳酸盐岩沉积环境 与控制层序发育的主要因素
之一
碳酸盐沉积与碎屑岩沉积作用比较
陆源供给、 碎 屑 岩：陆源供给、机械搬运沉积等 碳酸盐岩：内源供给、机械搬运+ 碳酸盐岩：内源供给、机械搬运+化学作用 +生物作用等；既有他旋回（盆 生物作用等；既有他旋回（ 外因素造成的旋回），也有自 外因素造成的旋回），也有自 ）， 旋回（盆内因素造成的旋回， 旋回（盆内因素造成的旋回， 如化学作用、生物作用等） 如化学作用、生物作用等） 有利的碳酸盐沉积环境：温暖、清澈、浅水， 有利的碳酸盐沉积环境：温暖、清澈、浅水，生 物作用非常重要。 物作用非常重要。
第三章 碳酸盐岩层序地层学研究
•碳酸盐岩沉积环境与控制层序发育的主要因素 碳酸盐岩沉积环境与控制层序发育的主要因素 •被动大陆边缘碳酸盐岩盆地层序地层模式 被动大陆边缘碳酸盐岩盆地层序地层模式 Sarg模式 模式） （ J．F．Sarg模式） •不同沉积背景下的碳酸盐岩层序地层格架模式 不同沉积背景下的碳酸盐岩层序地层格架模式 G.Loucks等 （ C.Robertson Handford,Robert G.Loucks等） •碳酸盐岩高频层序（旋回）研究 碳酸盐岩高频层序（旋回） 碳酸盐岩高频层序
构造沉降 • 若不发生构造沉降，就不会发生长期的 碳酸盐岩沉积物的沉积和保存，由于地 壳变薄热冷凝和负载作用引起的构造沉 降与海平面升降共同构成可供沉积物沉 积的空间。构造沉积速率取决于地壳类 型地壳地质年代引起沉降的应力场类型 岩石圈流变特征岩石圈板块中的位置或 构造背景。
碳酸盐岩沉积及层序发育控制因素总结
西班牙比利牛斯南部前陆盆地构造——沉积演化 示意图（据Puigdefabregas，1986）
相对海平面变化
全球海平面水位也是碳 酸盐沉积作用的主要控制 因素之一，大多数厚的、 广泛分布的层序都形成在 海平面高位期（右图）。 相对海平面变化控制 可容纳空间的变化，控制 碳酸盐的沉积潜力，控制 碳酸盐岩地层分布和岩相 分布。
最大海泛面与凝缩段的识别
（1）凝缩段通常视为与海洋沉积间断相伴生，沉积作用极为 缓慢(<1cm/ka)，因此，多以连续的薄层产出，或以海相硬底的形 式出现，常见生物潜穴、钻孔和各种深水遗迹构造。典型代表是薄 层状泥灰岩、微晶灰岩、生物扰动灰岩和蠕虫状灰岩等，单层厚仅 数毫米到数厘米。 （2）凝缩段中常含丰富的多种多样的浮游和底栖生物组合， 并常表现为沉积作用和生态环境的转换层，由下伏的浅水沉积及与 海侵作用相伴生的底栖生物群落变为深水或较深水沉积及与之伴生 的浮游生物组合。 （3）由于凝缩段可分布于从台地到盆地水深跨度大的广阔地 区，因此，它具有不同的组分和结构、构造特点。 （4）在海底构造运动较强烈的沉积盆地中，碳酸盐层序中的 凝缩段可以是薄层的分布广泛的海底火山喷发沉积。
海水深浅控制碳酸盐生长率 碳酸盐岩沉积物多是在沉积环境中 原地生长的。大部分碳酸盐岩沉积物是 由生物产生，其中不少是光合作用的副 产物。因此，这种生产过程取决于光照 程度，随着水深增加光照强度迅速降低 （图4-6 ）高碳酸盐岩产率主要分布 在海水上部50—100m的水体中，因为该 深度内悬浮着大量能进行光合作用的生 物。有意义的是，在10m水深内碳酸盐岩 产率最高，而在10~20m内剧减（图47 ）
之二
被动大陆边缘 碳酸盐岩盆地层序地层模式 Sarg模式 模式） （ J．F．Sarg模式）
之二
模式建立的背景为碳酸盐台地
之二
碳酸盐岩沉积层序的关键界面
•层序不整合面 层序不整合面 －Ⅰ型层序界面不整合 －Ⅱ型层序界面不整合 •初始海泛面 初始海泛面 •最大海泛面与凝缩段 最大海泛面与凝缩段
1．I型层序界面不整合 I
4.最大海泛面与凝缩段 4.最大海泛面与凝缩段
任—级海平面变化周期内，当海平面迅速上升达 到高峰后，到变为缓慢上升或初始下降之前的瞬间， 称为最大海泛期。该段时间内，盆地水体深度最大， 碳酸盐生产率低，造成非补偿性环境，从而沉积以低 速、低能和悬浮沉积作用为主的沉积物层，即凝缩层。 在深海中，由于沉积速率一般较低，可形成厚度较大 的凝缩段。
大地构造背景 相对海平面变化 气候 构造沉降
大地构造背景 大地构造作用决定碳酸盐沉积作用 背景，大地构造背景下的盆地结构是 影响碳酸盐岩层序几何形态的一个关 键因素。目前已经识别出五种类型的 碳酸盐台地：缓坡型、镶边大架型、 孤立型、陆表海型及淹没型 （M.E.Tucker,1990)。
碳酸盐岩台地主要的板块构造背景
气候
• 气候决定水的盐度、水的循环，影响碳酸盐 气候决定水的盐度、水的循环， 岩沉积物的产率、 岩沉积物的产率、稳定性和早期成岩的潜力 如热带海洋浅水比中纬度温带海洋具有更高 的饱和度。 的饱和度。 • 气候影响沉积层序中的沉积类型 －在干旱气候和水体循环较局限的环境下， 在干旱气候和水体循环较局限的环境下， 在干旱气候和水体循环较局限的环境下 陆棚上的盆地、泻湖、 陆棚上的盆地、泻湖、潮上坪等环境会产生 蒸发岩沉积。 蒸发岩沉积。 若陆源沉积物供源点邻近碳酸盐岩台地， －若陆源沉积物供源点邻近碳酸盐岩台地， 那么气候差异将会影响硅质碎屑沉积物供给 的类型，干旱气候有利于风成硅质碎屑沉积； 的类型，干旱气候有利于风成硅质碎屑沉积； 潮湿气候有利于河流三角洲硅质碎屑物的沉 积。
(1)他生低水位楔 (1)他生低水位楔
威尔逊碳酸盐岩沉积相模式
威尔逊综合了大量前人资料，并考虑到海底地形、溉汐、波浪、氧化界 面、盐度及海水循环等综合因素的控制，建立了碳酸盐标准相带模式(Wilson， 1975)。这个模式共由三六相区和九个标准相带组成。同时，为了用于分析这 九个标准相带，他还总结出了24个标准的微相类型(SMF)。 －盆地相区的1、2、3相带的海底深度均在浪基面之下，水体运动很弱或 处于静止状态，属于低能带，与欧文的x相带相当。 －台地边缘相区的4、5、6相带的海底均位于浪基面之上，宽度窄，波浪 作用强烈，屑于高能带，与欧文的Y相带相当。 －台地相区的7、8、9相带，均位于台地边缘相区之后，波浪能量至此已 消耗殆尽，故水体运动比较微弱，属低能带，大致与欧文的z相带相当。但是 在开阔台地相带(即7相带)也可能有部分地区海底水能量较高。
两种类型的碳酸盐岩沉积层序
Ⅰ型层序：低水位体系域+海侵体系域+高水 位体系域 Ⅱ型层序：陆棚边缘体系域+海侵体系域+高 水位体系域
层序类型划分的关键在于层序底部层序 不整合界面类型的识别。
海平面 升降 SB2 SB1 LSW TST SB2
海平面 升降
SB1
HST SMW
LSW TST
HST SMW
LSF
构造 沉降 可容 空间
构造 沉降 相对 海面
LSF
碳酸盐岩岩相在层序格架 中的分布综合略图
碳酸盐岩岩相在层序格架中的分布综合略图
沉积体系域
组成碳酸盐层序地层格架的沉积体系域 包括四种类型：低水位体系域、陆棚边缘体 系域、海侵体系域和高水位体系域。
1.低水位体系域 1.低水位体系域
海平面下 降时期的低水 位体系域是I型 层序底部的组 成部分，沉积 物包括：（1） 前缘斜坡侵蚀 产生的他生碎 屑楔，（2）斜 坡上沉积的自 生碳酸盐楔， （3）蒸发岩楔
受碳酸盐岩主要为盆内成因控制，碳酸盐层序 受碳酸盐岩主要为盆内成因控制， 地层的形成主要受着海平面变化、 地层的形成主要受着海平面变化、构造沉降和气候 因素的影响 --构造沉降 海平面变化控制可容纳空间， 构造沉降、 --构造沉降、海平面变化控制可容纳空间，控 制地层分布和岩相分布； 制地层分布和岩相分布； --气候控制沉积物类型 气候控制沉积物类型。 --气候控制沉积物类型。
I型层序界面不整合的识别
3）由于明显的斜坡前缘的侵蚀，造成大量碳酸盐砾屑的 向下滑塌堆积作用和碳酸盐砂的碎屑流、浊流沉积于斜坡和 盆底，因此，斜坡和盆底部位，层序界面往往位于碎屑流、 浊流沉积物的底部。 4）沉积相及相序分析帮助层序不整合面的识别 －层序界面下伏层常具向上变浅的沉积序列 －覆盖在深水或较深水沉积物之上的突然变浅沉积物的 识别
当海平面下降速率超过碳酸盐台地或滩边缘的盆地沉降速率 时，形成I型层序界面。它以（1）广泛的台地或滩的暴露和侵蚀， （2）伴生的陆坡前缘的海底侵蚀作用，（3）区域性淡水透镜体 向海方向的运动，（4）上覆地层的上超和海岸上超的下移等为特 征。
I型层序界面不整合的识别
1）碳酸盐台地背景下，层序界面以下的沉积物具有明显 的暴露、溶蚀特征，暴露面的识别是关键。 －侵蚀凹凸面、铝土质粘土层、次生灰岩层、硅质壳 －层序不整合面下往往有溶蚀孔洞层发育 －层序不整合面及其附近是层状白云岩或微晶白云岩发 育的有利层位 2）在碳酸盐缓坡和碳酸盐台地边缘出现的水道充填砾屑 灰岩，以及向陆方向由河流回春作用引起的由海相到陆相、 碳酸盐岩到碎屑岩的转换相沉积物，也是确定I型层序界面的 标志。
关士聪碳酸盐岩沉积模式
关士聪等(1980)综合研究了我国近年大量地层研究成果，编制了一套全国范 围的1：1000万的古海域沉积相图，提出了中国古海域沉积环境综合模式图，其 中分出两个相组、六个相区、十五个相带． 这个综合模式，反映了我国晚期元古代至三叠纪总的沉积特征及其环境组合 规律，具有重要的理论和实践意义．模式不仅考虑了各种构造条件下的沉积盆地 类型，而且也将陆源沉积模式与清水碳酸盐沉积模式统一起来。尤为重要的是， 台地内台盆（沟）相带的提出、比较符合我国南方古生代地层经常出现的碳酸盐 台地与克拉通内部槽盆错综复杂的交错格局。