第3章 地层形成的沉积环境沉积作用、古地理
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相分析三要素
1、基本素材Material
2、基本原理Principles
3、模式Methodology
Mudcracks+Raindrops
幻灯片4
Induction（归纳），Deduction（演绎）
幻灯片5
五、相对比定律：19世纪末期由德国学者瓦尔特
（J.Walther，1894）提出，“只有
那些目前可以观察到是彼此毗邻
幻灯片7
六、均变论Uniformitarianism
幻灯片8
Mars
幻灯片9
幻灯片10
Deep biosphere
幻灯片11
Uniformitarianism;类比分析
The present is the key to the past
将今论古
将古论今
将古论古
将今论未来
将天论地
将地论天
跨时间域
跨空间域
幻灯片42
Sandy volcanoes
幻灯片43
（二）生物标志
1、指相化石法（珊瑚）：注意化石的类型、化石的组合、丰度和分异度、体态、保存状态
2、形态功能分析法
深入地研究化石基本结构，力求阐明这些构造的功能，并据此重塑古代生物的生活方式，原理是建立在生物的器官构造必须和外界生存条件相适应的基础上。
幻灯片33
Feather crossbedding, J,羌塘
幻灯片34
climbing beddings
幻灯片35
幻灯片36
（3）准同生变形构造
准同生变形构造（penecontemporaneous deformation structure）是指沉积物沉积后，在固结成岩之前，还处于富含孔隙水的状况下，沉积层原始沉积构造发生的不同形态的变化。一般说，这种变形构造是局部性的，基本上局限于未形变层内的一个层，引起沉积物发生变形的作用有差异负荷作用、超负载作用、沉陷作用、滑塌或滑动作用、液化作用、拖曳作用、地震影响等。常见的同生变形构造有重荷模、包卷层理、滑塌构造、砂火山、砂球及砂枕构造、碟状构造、碎屑岩脉等。
3、群落古生态分析方法
根据群落的古生态组合类型来分析古环境，并根据不同生态类型的群落在纵向上的演替来分析推断古环境的演化过程。
幻灯片44
幻灯片45
foraminifer
urchin
Modern distribution of major fossilizable invertebrate and algae in relation to depth of sea. After Heckel (1972)
Coprolite, 250Ma
幻灯片51
幻灯片52
一物多迹
幻灯片53
多物一迹
幻灯片54
Chondrites
Non-preservation of causative organisms
幻灯片55
迹化石的价值Trace fossils’values：
1、再造古环境reconstructing paleoenviron.
幻灯片1
第三章地层形成的沉积环境沉积作用、古地理
第一节沉积古地理学的概念和定律
一、沉积环境：一个具有独特的物理、化学和生物特征的自然地理单元。
二、沉积相：能够反映沉积环境的岩石及古生物特征的综合。或者说，相是形成特定沉积环境的一套有规律岩石和生物特征的组合。
三、相变：地层的岩石特征和生物特征及其所反映的沉积环境和沉积作用在空间（横向）上的变化。
convolute beddings in the lacustrine facies, N2,山旺
幻灯片39
火焰构造：砂所表现的出来的重荷模，泥就像火焰一样烧起来穿插在砂里面成为火焰构造，火焰构造是指泥所表现出来的形态。
幻灯片40
砂岩岩墙和岩床：由于砂的液化作用形成流沙，当流沙贯入裂隙中，可形成岩墙或岩脉（宽1－2cm至几米），如果沿层面贯入，则形成砂岩岩床。
幻灯片16
2、沉积物结构
沉积物结构包括粒度、圆度、分选、球度、定向性和支撑类型等。一般来说，粒度粗、圆度高、分选好、颗粒支撑的岩石反映较高能量的沉积条件。相反，粒度细、圆度低、分选差、杂基支撑的岩石形成于较低能量的水体中。
3、原生沉积构造
（1）层面构造
主要包括反映介质流动的波痕、侵蚀痕（冲刷痕、压刻痕、槽模及各种暴露标志。暴露标志——指形成于沉积作用之后，并能指示沉积物曾暴露于地表的层面构造，如动物的爬痕，足迹，泥裂，雨痕等。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。
Asymmetric ripples,
北戴河潮坪
陆地
ebbing direction
ebbing ripples
幻灯片27
mudcracks, present
Desiccation cracks were caused by the contraction of mud to form downward tapering fissures arranged in polygonal motifs, subsequently infilled by sand.
幻灯片14
（2）成分
沉积物的结构组分可以反映其沉积历史、物源及沉积介质特征。如纯净的石英砂岩形成于浅水高能环境（如海滩）；鲕状灰岩多形成于水质清洁的动荡浅水环境；富含长石、不稳定岩屑的杂砂岩形成于颗粒未经充分筛选的快速沉积场所；以灰泥为主的泥状灰岩则反映低能的沉积环境（如陆棚或泻湖环境）
一些特殊的沉积岩石及沉积矿产的出现不仅对沉积相的确定具有重要意义，而且可以帮助了解地层形成时期古地理、古海洋和古气候特征，如竹叶状灰岩、笔石页岩、煤、白云岩等。
（1）层面构造
主要包括反映介质流动的波痕、侵蚀痕（冲刷痕、压刻痕、槽模及各种暴露标志。暴露标志——指形成于沉积作用之后，并能指示沉积物曾暴露于地表的层面构造，如动物的爬痕，足迹，泥裂，雨痕等。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。
幻灯片25
Ripple marks
幻灯片26
幻灯片46
brackish
Hyperhaline
Modern distribution of major fossilizable invertebrate and algae in relation to salinity. After Heckel (1972)
幻灯片47
Reefs
Stromatopora, D3, Guizhou
幻灯片13
（一）物理标志：
岩性，沉积物结构，层面构造、层理构造，软沉积物变
形构造
1、岩性
（1）颜色
大多数情况下，沉积物颜色与其所含色素类型及多少有关。一般来说，浅色的岩石含有机质低，多形成于浅水、动荡和氧化条件下，如海滩成因的砂岩。而在水深或静水条件下，多形成暗色岩石，如沼泽和深海沉积等。在岩石中具有含铁离子的矿物时，紫红色反映强氧化条件，如红层，而暗绿色则反映相对还原的沉积环境。
The earth is the key to the celestial bodies
幻灯片12
第三章地层形成的沉积环境沉积作用、古地理
第二节沉积环境判别标志
一、相标志：是反映沉积记录成因的各种标志的综合。
二、相标志类型Types of facies indicators
在不同的沉积环境中，沉积物有着不同的标志特征。主要包括：物理标志physic indicators（沉积岩石的颜色、结构、岩性特征及层理和层面构造特征），生物标志biologic indicates（古生物群得面貌），地球化学标志chemic indicators，综合相标志integrated indicators等。
相变：沉积相在空间上横向的变化。
幻灯片2
三、相变：地层的岩石特征和生物特征及其所反映的沉积环境和沉积作用在空间（横向）上的变化。
Sandstone facies
Shale & coal facies
Carbonate facies
Shale facies
Facies changes
幻灯片3
四、相分析(facies analysis)：综合地层的岩石特征和生物特征，推断其成因（沉积环境和沉积作用）
幻灯片23
Oolitic limestone（滇西, Permian）
幻灯片24
2、沉积物结构
沉积物结构包括粒度、圆度、分选、球度、定向性和支撑类型等。一般来说，粒度粗、圆度高、分选好、颗粒支撑的岩石反映较高能量的沉积条件。相反，粒度细、圆度低、分选差、杂基支撑的岩石形成于较低能量的水体中。
3、Байду номын сангаас生沉积构造
2、再造古群落和生物生活方式
reconstructing palecommuni.
3、了解生物的起源和演化unlocking origin
and evolution of metazoan
4、地层的划分和对比stratigraphic correlation
幻灯片15
（3）自生矿物及其它矿物成分
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，通常是介质物化条件的反应。如海绿石、磷灰石主要形成于浅海环境，石膏、岩盐等蒸发岩类矿物形成于盐度过饱和的干旱气候条件下，黄铁矿的出现往往反映缺氧的还原环境。
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有重要作用。
Sponge-reef，O1, Ibex, Utah, USA
bryozoans reef
幻灯片48
幻灯片49
Tuffite with plants and radiolarian;
D3h, W. Junggar
幻灯片50
Stone axes, 1Ma; India
Trace fossils: traces and remains left by organism’s action through time
幻灯片17
inherited
Oxidized
haloes
幻灯片18
幻灯片19
火山灰水解成绿泥石
幻灯片20
幻灯片21
幻灯片22
Autogenous mineral
Ikaite (CaCO36H2O)
Glendonites that form in water with a temperature below 2C
的相和相区，才能原生的重叠在
一起”。并进一步研究认为：岩相
类型在时、空分布上存在着内在
的联系（相变）。相对比定律又
称瓦尔特定律
即在垂向上整合叠置的相是在侧向上相邻的沉积环境中形成的。
幻灯片6
相对比定律:只有那些目前可以观察到是彼此毗邻的相和相区，才能原生的重叠在一起”。并进一步研究认为：岩相类型在时、空分布上存在着内在的联系（相变）。相对比定律又称瓦尔特定律
平行层理
它貌似水平层理，出现在粒度较粗（中粗砂）的砂岩中，常伴有冲刷现象，它形成于急流、水浅的水流条件下，纹层不清晰不连续，沿层面易剥开。
幻灯片31
交错层理：由一系列斜交于层系界面的纹层组成，层系可以彼此重叠、交错、切割的方式组合。
幻灯片32
Wedge-bedding formed by wind, Utah, USA
碟状构造：砂岩中凹面向上的碟状泥质纹层，松散砂质或粉砂质沉积物，由于孔隙水的泄出过程中，破坏了原始沉积物的颗粒支撑关系，而引起颗粒移位和重新排列，形成向上凹的似碟状模糊纹层构造。
幻灯片41
滑塌构造：地震、风暴等因素的影响，松散或半固结的沉积物在重力作用下，沿斜坡发生移动，并产生各种变形和破坏作用。多见于大陆斜坡深水沉积物中，并形成浊积岩或深水碳酸盐岩，为识别古坡向的重要标志。
准同生变形构造发育于快速堆积或具有原始倾斜的沉积层中。
幻灯片37
负载构造（重荷构造）：下层为泥岩，上层为砂岩，在砂层底面上的突起底痕。负载构造是砂层沉积在饱含水的塑性泥层上，在差异负载作用下形成的，多见于浊流沉积中。
幻灯片38
包卷层理：又称旋卷层理，指上、下沉积层未变形，而夹在其中的沉积层明显的变形，其褶曲形态以“宽向斜，窄背斜”为特征。与滑塌构造不同的是旋卷纹层的纹层虽然强烈褶皱但仍非常连续，无断层、滑动及角砾化现象，而且仅限于一个层内，不涉及上下层。其成因主要是由于沉积物的液化作用和液化层的侧向流动的结果。
幻灯片28
古水流流动方向由尖变宽的方向
槽模
幻灯片29
（2）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、大小、形状、结构的垂向变化所显示的层状构造。常见的层理有水平层理（层理）、交错层理、平行层理、递变层理和块状层理等。
幻灯片30
水平层理
细层与层系界面平行，主要形成于粒度细，如泥质岩石中，多见于水流缓慢或平静的环境中形成的沉积物内，纹层清晰且连续
1、基本素材Material
2、基本原理Principles
3、模式Methodology
Mudcracks+Raindrops
幻灯片4
Induction（归纳），Deduction（演绎）
幻灯片5
五、相对比定律：19世纪末期由德国学者瓦尔特
（J.Walther，1894）提出，“只有
那些目前可以观察到是彼此毗邻
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六、均变论Uniformitarianism
幻灯片8
Mars
幻灯片9
幻灯片10
Deep biosphere
幻灯片11
Uniformitarianism;类比分析
The present is the key to the past
将今论古
将古论今
将古论古
将今论未来
将天论地
将地论天
跨时间域
跨空间域
幻灯片42
Sandy volcanoes
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（二）生物标志
1、指相化石法（珊瑚）：注意化石的类型、化石的组合、丰度和分异度、体态、保存状态
2、形态功能分析法
深入地研究化石基本结构，力求阐明这些构造的功能，并据此重塑古代生物的生活方式，原理是建立在生物的器官构造必须和外界生存条件相适应的基础上。
幻灯片33
Feather crossbedding, J,羌塘
幻灯片34
climbing beddings
幻灯片35
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（3）准同生变形构造
准同生变形构造（penecontemporaneous deformation structure）是指沉积物沉积后，在固结成岩之前，还处于富含孔隙水的状况下，沉积层原始沉积构造发生的不同形态的变化。一般说，这种变形构造是局部性的，基本上局限于未形变层内的一个层，引起沉积物发生变形的作用有差异负荷作用、超负载作用、沉陷作用、滑塌或滑动作用、液化作用、拖曳作用、地震影响等。常见的同生变形构造有重荷模、包卷层理、滑塌构造、砂火山、砂球及砂枕构造、碟状构造、碎屑岩脉等。
3、群落古生态分析方法
根据群落的古生态组合类型来分析古环境，并根据不同生态类型的群落在纵向上的演替来分析推断古环境的演化过程。
幻灯片44
幻灯片45
foraminifer
urchin
Modern distribution of major fossilizable invertebrate and algae in relation to depth of sea. After Heckel (1972)
Coprolite, 250Ma
幻灯片51
幻灯片52
一物多迹
幻灯片53
多物一迹
幻灯片54
Chondrites
Non-preservation of causative organisms
幻灯片55
迹化石的价值Trace fossils’values：
1、再造古环境reconstructing paleoenviron.
幻灯片1
第三章地层形成的沉积环境沉积作用、古地理
第一节沉积古地理学的概念和定律
一、沉积环境：一个具有独特的物理、化学和生物特征的自然地理单元。
二、沉积相：能够反映沉积环境的岩石及古生物特征的综合。或者说，相是形成特定沉积环境的一套有规律岩石和生物特征的组合。
三、相变：地层的岩石特征和生物特征及其所反映的沉积环境和沉积作用在空间（横向）上的变化。
convolute beddings in the lacustrine facies, N2,山旺
幻灯片39
火焰构造：砂所表现的出来的重荷模，泥就像火焰一样烧起来穿插在砂里面成为火焰构造，火焰构造是指泥所表现出来的形态。
幻灯片40
砂岩岩墙和岩床：由于砂的液化作用形成流沙，当流沙贯入裂隙中，可形成岩墙或岩脉（宽1－2cm至几米），如果沿层面贯入，则形成砂岩岩床。
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2、沉积物结构
沉积物结构包括粒度、圆度、分选、球度、定向性和支撑类型等。一般来说，粒度粗、圆度高、分选好、颗粒支撑的岩石反映较高能量的沉积条件。相反，粒度细、圆度低、分选差、杂基支撑的岩石形成于较低能量的水体中。
3、原生沉积构造
（1）层面构造
主要包括反映介质流动的波痕、侵蚀痕（冲刷痕、压刻痕、槽模及各种暴露标志。暴露标志——指形成于沉积作用之后，并能指示沉积物曾暴露于地表的层面构造，如动物的爬痕，足迹，泥裂，雨痕等。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。
Asymmetric ripples,
北戴河潮坪
陆地
ebbing direction
ebbing ripples
幻灯片27
mudcracks, present
Desiccation cracks were caused by the contraction of mud to form downward tapering fissures arranged in polygonal motifs, subsequently infilled by sand.
幻灯片14
（2）成分
沉积物的结构组分可以反映其沉积历史、物源及沉积介质特征。如纯净的石英砂岩形成于浅水高能环境（如海滩）；鲕状灰岩多形成于水质清洁的动荡浅水环境；富含长石、不稳定岩屑的杂砂岩形成于颗粒未经充分筛选的快速沉积场所；以灰泥为主的泥状灰岩则反映低能的沉积环境（如陆棚或泻湖环境）
一些特殊的沉积岩石及沉积矿产的出现不仅对沉积相的确定具有重要意义，而且可以帮助了解地层形成时期古地理、古海洋和古气候特征，如竹叶状灰岩、笔石页岩、煤、白云岩等。
（1）层面构造
主要包括反映介质流动的波痕、侵蚀痕（冲刷痕、压刻痕、槽模及各种暴露标志。暴露标志——指形成于沉积作用之后，并能指示沉积物曾暴露于地表的层面构造，如动物的爬痕，足迹，泥裂，雨痕等。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。
幻灯片25
Ripple marks
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幻灯片46
brackish
Hyperhaline
Modern distribution of major fossilizable invertebrate and algae in relation to salinity. After Heckel (1972)
幻灯片47
Reefs
Stromatopora, D3, Guizhou
幻灯片13
（一）物理标志：
岩性，沉积物结构，层面构造、层理构造，软沉积物变
形构造
1、岩性
（1）颜色
大多数情况下，沉积物颜色与其所含色素类型及多少有关。一般来说，浅色的岩石含有机质低，多形成于浅水、动荡和氧化条件下，如海滩成因的砂岩。而在水深或静水条件下，多形成暗色岩石，如沼泽和深海沉积等。在岩石中具有含铁离子的矿物时，紫红色反映强氧化条件，如红层，而暗绿色则反映相对还原的沉积环境。
The earth is the key to the celestial bodies
幻灯片12
第三章地层形成的沉积环境沉积作用、古地理
第二节沉积环境判别标志
一、相标志：是反映沉积记录成因的各种标志的综合。
二、相标志类型Types of facies indicators
在不同的沉积环境中，沉积物有着不同的标志特征。主要包括：物理标志physic indicators（沉积岩石的颜色、结构、岩性特征及层理和层面构造特征），生物标志biologic indicates（古生物群得面貌），地球化学标志chemic indicators，综合相标志integrated indicators等。
相变：沉积相在空间上横向的变化。
幻灯片2
三、相变：地层的岩石特征和生物特征及其所反映的沉积环境和沉积作用在空间（横向）上的变化。
Sandstone facies
Shale & coal facies
Carbonate facies
Shale facies
Facies changes
幻灯片3
四、相分析(facies analysis)：综合地层的岩石特征和生物特征，推断其成因（沉积环境和沉积作用）
幻灯片23
Oolitic limestone（滇西, Permian）
幻灯片24
2、沉积物结构
沉积物结构包括粒度、圆度、分选、球度、定向性和支撑类型等。一般来说，粒度粗、圆度高、分选好、颗粒支撑的岩石反映较高能量的沉积条件。相反，粒度细、圆度低、分选差、杂基支撑的岩石形成于较低能量的水体中。
3、Байду номын сангаас生沉积构造
2、再造古群落和生物生活方式
reconstructing palecommuni.
3、了解生物的起源和演化unlocking origin
and evolution of metazoan
4、地层的划分和对比stratigraphic correlation
幻灯片15
（3）自生矿物及其它矿物成分
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，通常是介质物化条件的反应。如海绿石、磷灰石主要形成于浅海环境，石膏、岩盐等蒸发岩类矿物形成于盐度过饱和的干旱气候条件下，黄铁矿的出现往往反映缺氧的还原环境。
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有重要作用。
Sponge-reef，O1, Ibex, Utah, USA
bryozoans reef
幻灯片48
幻灯片49
Tuffite with plants and radiolarian;
D3h, W. Junggar
幻灯片50
Stone axes, 1Ma; India
Trace fossils: traces and remains left by organism’s action through time
幻灯片17
inherited
Oxidized
haloes
幻灯片18
幻灯片19
火山灰水解成绿泥石
幻灯片20
幻灯片21
幻灯片22
Autogenous mineral
Ikaite (CaCO36H2O)
Glendonites that form in water with a temperature below 2C
的相和相区，才能原生的重叠在
一起”。并进一步研究认为：岩相
类型在时、空分布上存在着内在
的联系（相变）。相对比定律又
称瓦尔特定律
即在垂向上整合叠置的相是在侧向上相邻的沉积环境中形成的。
幻灯片6
相对比定律:只有那些目前可以观察到是彼此毗邻的相和相区，才能原生的重叠在一起”。并进一步研究认为：岩相类型在时、空分布上存在着内在的联系（相变）。相对比定律又称瓦尔特定律
平行层理
它貌似水平层理，出现在粒度较粗（中粗砂）的砂岩中，常伴有冲刷现象，它形成于急流、水浅的水流条件下，纹层不清晰不连续，沿层面易剥开。
幻灯片31
交错层理：由一系列斜交于层系界面的纹层组成，层系可以彼此重叠、交错、切割的方式组合。
幻灯片32
Wedge-bedding formed by wind, Utah, USA
碟状构造：砂岩中凹面向上的碟状泥质纹层，松散砂质或粉砂质沉积物，由于孔隙水的泄出过程中，破坏了原始沉积物的颗粒支撑关系，而引起颗粒移位和重新排列，形成向上凹的似碟状模糊纹层构造。
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滑塌构造：地震、风暴等因素的影响，松散或半固结的沉积物在重力作用下，沿斜坡发生移动，并产生各种变形和破坏作用。多见于大陆斜坡深水沉积物中，并形成浊积岩或深水碳酸盐岩，为识别古坡向的重要标志。
准同生变形构造发育于快速堆积或具有原始倾斜的沉积层中。
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负载构造（重荷构造）：下层为泥岩，上层为砂岩，在砂层底面上的突起底痕。负载构造是砂层沉积在饱含水的塑性泥层上，在差异负载作用下形成的，多见于浊流沉积中。
幻灯片38
包卷层理：又称旋卷层理，指上、下沉积层未变形，而夹在其中的沉积层明显的变形，其褶曲形态以“宽向斜，窄背斜”为特征。与滑塌构造不同的是旋卷纹层的纹层虽然强烈褶皱但仍非常连续，无断层、滑动及角砾化现象，而且仅限于一个层内，不涉及上下层。其成因主要是由于沉积物的液化作用和液化层的侧向流动的结果。
幻灯片28
古水流流动方向由尖变宽的方向
槽模
幻灯片29
（2）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、大小、形状、结构的垂向变化所显示的层状构造。常见的层理有水平层理（层理）、交错层理、平行层理、递变层理和块状层理等。
幻灯片30
水平层理
细层与层系界面平行，主要形成于粒度细，如泥质岩石中，多见于水流缓慢或平静的环境中形成的沉积物内，纹层清晰且连续