沉积相(沉积岩石学)

沉积相 第一节 沉积相的概念及分类 长期以来，对于沉积相的概念存在着不同的理解。第一种观点是把沉积相与沉积环 境等同起来，没有得到广泛承认；第二种观点认为沉积相是地层的沉积特征、生物 特征及其所代表的生成环境的总和。这种观点于五、六十年代在国内普遍流行，现 仍有沿用；第三种观点将沉积环境和沉积相的概念 严格区分，把沉积环境理解为一个具有特定的物理、 化学和生物条件的具有特殊沉积作用的自然地理单 元，把沉积相理解为一个沉积环境中所有原生岩石 特征和生物特征的总和。强调了沉积相是沉积物形 成条件的物质表现，近年来正逐渐被更多的地质工 作者接受。 沉积相在横向（空间）和纵向（时间）上的变化统 称为相变。对地层的岩石特征和生物特征进行综合 分析并推断其沉积环境的方法，称为相分析。沉积 相和沉积环境的关系（图5-1）。 由于现代沉积研究的大规模开展、古代沉积环境研究资料的大量积累、室内模拟实 验的深入，人们对沉积机理有了更全面的了解，多种沉积模式正逐步建立起来。沉 积模式的建立，不仅有利于各种古代沉积的成因解释，而且在油气和其它沉积矿床 的勘探、开发中也有很大的实用价值 根据自然地理条件或地貌特征，按照一级地貌单位划分为各种沉积环境；然后在每 个沉积环境内，据次一级地貌特征细分为亚环境，或者再进一步根据岩性、沉积构 造和古生物等特征分为沉积相或沉积亚相等。
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根据粒度分析结果，可编制各种粒度曲线及计算粒度参数。常见粒度曲线包括 直方图、频率曲线、累积曲线及概率累积曲线（图5-6）。C-M图（图5-7）是 一种粒度参数散布、综合性成因图解，能反映沉积物的搬运、沉积方式，进而 判断沉积环境。
（六）、 古水流的判别标志 许多流动构造中的指向构造和颗粒组构都可作为 指示古水流方向的直接标志。另外，一些非定向 特征也可为确定古流向提供有价值的资料。 （七）、沉积序列标志 垂向沉积序列通常简称沉积序列。是指几种成因 上有联系的沉积相在垂向剖面中的相互组合关系。 德国学者沃塞尔（J.Walther）早在十九世纪就 提出了沃塞尔定律（相律），即在连续的地层剖 面中，垂向上集中有成因联系的沉积相相互出现 的次序，与在横向上出现的次序是一致的（图58）。可以根据垂向沉积序列的研究来推测可能 出现的沉积相的横向变化，反之，也可根据现代 和古代沉积的横向岩相资料来建立垂向沉积序列。 （八）、沙体的几何形态也是判断沉积相的标志 之一 除上述标志外，尚有其它一些直接或间接标志， 如地球化学、电测曲线、地震地层学等标志。 沉积相的研究是一项复杂的工作，必须用综合分 析的方法，尽量利用各方面资料，取长补短，以 取得可靠的判断和解释。
第二节 相标志 相标志是指在沉积相分析中具有成因意义的各种特征。概括起来包括生物、物 理、化学等三方面的标志。其中个别标志可直接说明沉积相形成的沉积环境， 而大多数标志只能反映环境某一方面的特点，如水的含盐度、水深、水动力、 沉积物搬运方式等，下面对各种主要相标志进行概述。 一、生物标志 沉积物或地层中的生物化石不仅可以鉴定地层的地质年代，而且也是进行沉积 相分析的重要标志之一。 根据对现代沉积环境中生物种（群）的观察，生物种（群）的分布及其生态特 点严格地受环境控制。从生物的出生到死亡，都受环境因素的制约，甚至在生 物死亡后还影响其能否保存为化石。由于生物长期适应环境的结果，各种生物 在其习性和实体形态构造上，都具有反映环境因素的特征，可用生物的古生态 特征推断其生活环境。 但是，也要看到古生态法的局限性和复杂性。首先生物本身处于进化中，随环 境的变迁也发生变异，如海百合及腕足动物在晚古生代广泛居住于浅海，而现 代浅海中仅有少数残留，大多数迁移到深海中去了。只有那些在古代和现代都 很繁盛的生物应用效果较好。还应注意，并非所有地层都能找到指相化石，而 且化石群埋藏的地方和反映沉积环境的生物群也可能不一致。必须对各种标志 综合分析，才能进行正确判断。目前古生物标志主要用来划分大的沉积环境， 如大陆、海陆过渡及海洋地区等。
第三节 山麓－洪积相 一、概述 山麓－洪积相发育在山谷出口处，主要由暂时性的洪水水流形成的山麓堆积物组成。 它由山谷口向盆地方向呈放射状散开，其平面形态呈锥形、朵形或扇形，称为冲积 扇（图5-9）。冲积扇面积变化较大，其半径可从小于100m到大于150km以上， 但通常小于10km。 冲积扇沉积是陆上沉积体系中粒度最粗、分选最差的近源沉积。现代冲积扇广泛分 布于干旱和半干旱地区。单个冲积扇的古水流形式通常是较规则、简单的，由相邻 冲积扇结合形成的冲积扇群，可产生复杂的古水流形式。冲积扇的分支河道较浅， 它们可呈辫状、直的或弯曲状。其沉积物分为泥石流、水携两类。 泥石流是冲积扇的主要沉积类型之一，最大特点是分选极差，层理不发育，一般呈 块状，但有时可见不明显的递变层理。 水携沉积物是指暂时切入冲积扇的河道沉积物、因水流漫出河道形成的漫流沉积物、 粗粒被砾石筛挡形成的筛积物等。 二、冲积扇的几何形态 冲积扇的几何形态，分为楔状体、透镜状体和反楔状体。楔状体是紧靠山前沉积厚， 远离山前沉积薄或尖灭，反映了山脉的升降发生在冲积扇形成之前；透镜状体是扇 体向山前和远离山前沉积厚度都变薄，反映了冲积扇形成期山脉不断上升；反楔状 体与楔状体相反，山前沉积较薄，而远离山前沉积突然增厚，常发育在构造活动趋 于稳定的地区。 冲积扇分扇根、扇中和扇端三个亚相（图5-9）。扇根在冲积扇顶部断崖处，发育 单一或2—3个直而深的主河道；扇中辫状河道发育，沉积物比扇根有所变好，但仍 然较差；扇端在冲积扇趾部，具有较平缓的地形和最低的沉积坡角，其砂岩粒级变 细，分选性变好。
五）、粒度分布 碎屑物的搬运和沉积作用受水动力条件控制，粒度大小及分布特征，可用来判 断沉积时期的水动力条件，是判别沉积环境的重要的相标志。粒度分析方法主 要有直接测量法、薄片粒度法和筛析法三种。 表5-1粒级划分
名称
岩块
巨砾
中砾
细砾
砂
粉砂
粘土பைடு நூலகம்
粒径 （mm）
>1000
1000100
100-10
10-1
二）、准同生变形构造 准同生变形构造是在同生期或成岩期以前，当沉积物 还处于塑性状态时，在无机作用影响下发生变形而形 成的构造。尤其在复理石沉积或浊流沉积中常见。 负载构造：是指分布在覆于泥岩层之上的砂岩层底面 上的一种底痕。 球状和枕状构造：分布在泥岩层之上的砂岩层底部常 被分割成的许多椭球状或枕状岩体。 旋卷层理或纹理：旋卷层理主要产在细砂岩和粉砂岩 中，它们是处在未变形层之间的一个岩层内，其纹层 具有显著盘回褶曲或复杂揉皱的一种构造。 滑塌构造：是沉积物主要在重力作用下沿斜坡发生移 动而产生的各种变形构造。广泛分布在浊流、风成沙 丘、冰川、曲流沙坝沉积中。 砂岩岩墙和岩床：在某些情况下，由于液化作用形成 流沙，流沙灌入裂隙中，可形成岩墙或岩脉；若沿层 面灌入，则形成砂岩岩床。 碟状构造：碟状构造是指粉砂岩或砂岩中向上弯曲的 形似“碟状”的泥质纹层。 （三）、暴露构造 暴露构造是指沉积物表面间歇性暴露于大气中所形成 的各种沉积构造。包括干裂、雨痕、冰雹痕和泡沫痕 等。
生物与盐度的关系：就盐度而言，除淡水与正常海水外，还有半咸水、超咸水，生物对盐 度的适应能力是区别海洋和非海洋环境的决定因素。 淡水生物组合：包括轮藻、带壳变形虫及少数瓣腮类、介形虫、硅藻等窄盐生物，可以多 种组合形式出现。 半咸水生物组合：包括耐盐度较高的生物门类中的几个类别，如腕足类、介形虫、硅藻、 腹足类动物等。 正常海水生物组合：包括钙质红藻和绿藻、钙质有孔虫、放射虫、海绵、棘皮动物、珊瑚 等。 超咸水生物组合：一般与半咸水生物组合类似。但当盐度很高时，只有腮足亚纲的无甲目、 蓝绿藻和介形类等生存。 除了化石的门类和种属组合是判断古盐度的首要标志外，尚可参考生物的生活方式、化 石形态、化石群的分异度等。只有综合生物、化学等特征，才能可靠地分析、推断古沉积 环境。 二、岩矿标志 岩矿标志主要是用显微镜等对岩石和矿物进行微观观察，以提供相标志。主要分四个方面： （一）、陆源碎屑成分 主要根据碎屑成分和矿物标型特征来研究沉积物来源、方向及物 源区的母岩类型。 （二）、自生矿物和特殊岩石 用来说明沉积时期水体介质的物理、化学条件及特殊环境 类型。 （三）、陆源碎屑结构 包括粒级大小、排列、分选、磨圆、基质性质及含量等，可反映 沉积环境的水动力条件。 （四）、生物碎屑成分 通过对生物碎屑的矿物成分及钙质显微结构的研究，确定生物碎 屑所属门类及其生态特征。 但是，由于影响矿物和岩石形成的因素很多，特别是在成岩后生过程中，矿物成分经常发 生变化，产生新矿物，就造成环境的多解性。故使用时要注意。
（四）、生物成因构造 生物成因构造是由于生物活动或生长而在沉积物 表面或沉积物内部遗留下的各种生物痕迹。包括 生物遗迹构造（遗迹化石）、生物扰动构造、生 物生长构造和植物根迹等。生物遗迹构造：生物 遗迹构造是生物生活期间因居住、运动或觅食等 行为而在沉积物表面或内部遗留下的、具有一定 形态的生物遗迹，又称遗迹化石。可作为当时沉 积环境的相标志。最常见的有足迹、爬痕、停息 痕、多种形态的潜穴（图5-5）等。 生物扰动构造：是生物为穴居或觅食而强烈挖掘 沉积物，致使岩层的原始层理几乎完全遭受破坏 或变形而产生的一种无定形的生物遗迹构造。 植物根痕：在大陆的沼泽、冲积平原、三角洲平 原甚至滨海平原的沉积物中，常见到植物根痕。
三、物理标志 沉积构造是沉积岩的重要特征之一，它们是由沉积物的成分、结构、颜色的不均一 性而引起的岩石宏观特征。由于规模一般较大，多在野外露头上及岩心中直接进行 观察和测量。根据其形成时间可划分为原生沉积构造及次生沉积构造，下面主要介 绍原生沉积构造。 原生沉积构造是指在沉积物沉积时或者沉积后不久，以及在其固结以前所形成的那 些构造。它们可提供有关沉积时期的沉积介质性质和能量方面的信息。目前国内外 已广泛利用原生沉积构造及其沉积组合或序列，作为判断沉积相的重要标志。 （一）、流动构造 流动构造是最常见的一类沉积构造，是沉积物在搬运、沉积过程中，由于介质的流 动在沉积物表面及内部形成的各种构造现象。 表面痕迹：表面痕迹即层面构造，主要代表类型有 再作用面：是指交错层理中某些层组内的一个冲蚀波痕、细流痕、剥离线理等。 底面印痕：是在松软的泥质沉积物表面上，由于 水流的侵蚀或水流携带物的压刻形成的形状不同、 大小不一的痕迹。 层理：层理是岩石性质沿沉积物堆积方向发生变 化而形成的层状构造（图5-3）。是绝大部分沉 积物或沉积岩的外貌特征之一，也是沉积岩区别 于岩浆岩和部分变质岩的主要标志。 成因的倾斜面（图5-4）。再作用面一般较平滑， 常见于河流和潮汐沉积中。
最常见的沉积环境按自然地理景观或地貌单位分类：（图5-2） 大陆环境组：冰川环境、沙漠环境、洪积扇环境、河流环境、沼泽环境、湖 泊环境；海陆过度环境组：三角洲环境、河口湾环境；海洋环境组：海滨 （海岸）环境、浅海环境、半深海环境、深海和浊流环境等。 目前各家对沉积环境类型的划分虽不尽相同，但差别不大。沉积相的划分， 与沉积环境基本一致。本章选择了与油气关系较密切的沉积相进行介绍，包 括：山麓－洪积相、河流相、湖泊相、三角洲相、海相、泻湖相、浊积相、 生物礁相、碳酸盐岩台地相、湖泊碳酸盐相等十种。
三、冲积扇的沉积特征 （一）、岩性：冲积扇在岩性上差别较大，是由于源区母岩性质不同造成的。 （二）、结构：粒度粗、成熟度低、分选差、圆度不好是冲积扇沉积的重要特征。 （三）、沉积构造及颜色：层理发育较差或中等。垂向上，表现为流水沉积物与泥 质复杂交互的构造序列。 （四）、生物化石：几乎不含动植物化石，很少有机质。 （五）、沉积相组合：横向上，向源区方向与残积、坡积相邻接；向沉积区常与冲 积平原组合相接，与河流或湖泊、沼泽沉积呈超覆或舌状交错接触。 四、冲积扇砂砾岩体与油气的关系 当冲积扇砂砾岩体邻近油气源区时，有可能成为油气聚集的良好场所。岩体两侧变 细变薄，扇体中部砂砾岩粒度适中，分选好，胶结疏松，孔隙性和渗透性好， 为油气聚集的有利地带。 河流相 在大陆环境中，河流是很重要的地质营力之一。河流沉积广泛分布于现代和古代的 地层中，研究较充分。已陆续在河流相砂体中发现了一些次生油气藏，如黄骅 坳陷的上第三系等。 通常一个河流体系分为上游、中下游和河口区三部分。在冲积平原上，河流形成河 谷，河谷按地貌单元又分为河道（床）、天然堤、泛滥平原、决口扇及废弃河 道等。其中河道不仅是搬运沉积物的通道，也是河流发生侵蚀和沉积作用的主 要场所。