第三章 地层的沉积方式及沉积环境

曲流河
河流作用为主的三角洲
海滩
碎屑岩潮坪
第二节
沉积相有关概念及主要相标志
一、沉积环境和沉积相
沉积环境：具有独特的物理、化学和生物条件的自然地理单元 （河流环境、湖泊环境、滨海环境等） 沉积相：特定的沉积环境中形成的岩石特征和古生物特征的综合 (沉积记录的物质表现）
相变：沉积相在横向或纵向上的变化。
注意：地质作用赖以进行的环境条件是 随时间的推移不断变化的，在运用现实 主义原理进行相分析时，不可机械的套 用现代模式，不仅要注意古、今地质作 用的相似性，还要考虑其差异性，而且 距今年代越久远，差异越大。
瓦尔特相律（相序递变规律）——
(J Walther，1894) :只有那些彼此毗邻的相和相区，才 能原生地重叠在一起; 即可以根据相邻沉积相在纵向上 或横向上的变化预测其在横向上或纵向上的变化。
颜色
• 浅色岩石有机质含量低，多形成于浅 水、动荡和氧化条件下，如海滩沉积 的砂岩；
• 暗色岩石形成于深水或净水和还原环 境中，如沼泽和深海沉积； • 岩石中含有Fe2O3时，呈红色，反映强 氧化环境，如红层；岩石中含少量FeO， 呈现绿色，反映还原环境
Fe2+和Fe3+含量比例 不同，可以出现不同颜 色。
上变粗的剖面结构见于三角洲相、湖泊相、 无障壁海岸相、海滩亚相等。
沉积环境（相）研究方法 沉积岩的颜色是 沉积岩最醒目的 标志，它反映了 岩石的成分、结 构和成因等。地 质工作者对颜色 比较重视，描述 岩石时总把颜色 放在最前面，并 把它作为分层、 对比和推断古地 理条件的重要标 志之一。
岩性标志-颜色
球度: 颗粒近于球体的程度。取决于粒度大小、物理性质及 磨蚀历史。石英无解理，故搬运愈远，球度愈大; 云母虽经远距离 搬运，其球度也可能较低。 颗粒表面结构: 是颗粒表面的形态特征。主要包括颗粒表面磨 光程度和刻蚀痕迹。
形状、圆度、球度
圆度高——水动力较强的环境
形状、圆度、球度
支撑类型、结构成熟度
渭南黄土剖面
结构
沉积岩的结构是指沉积岩组成物质的形状、大 小、结晶程度。可分为碎屑结构、泥质结构、化学 结构和生物结构。 • 粒度
• 圆度
• 分选性
• 定向性
• 支撑类型
粒度分选及粒度结构反映了水动力条件、流体力学性质
分选好——水动力较强的环境 分选差——较低能的水体中
磨圆度：颗粒原始棱角被磨圆的程度。取决于粒度大小、物 理性质及磨蚀历史。在一定距离内，较大的颗粒一般较小颗粒圆 化得好；硬度较小的颗粒比大的颗粒圆化好；经长距离（或长时 间）搬运的颗粒比短距离（或短时间）搬运的颗粒磨圆度好。另 外, 搬运介质和搬运方式对颗粒圆度也有影响,如颗粒在风中搬运 要比在水中更容易磨圆，而冰川的搬运则不易发生圆化作用。
沉积构造的几种主要类型 ：
(１)层理： 由于季节性气候的变化，沉积环境 的改变，使先后沉积的物质在颗粒 大小、排列方式、形状、颜色和成 分上发生相应变化，从而在垂向上 显示出来的成层现象。大都与沉积 同时形成，所以能很好地反映水动 力条件。
多数层理由牵引流形成。即水 在流动过程中使水底松散的颗粒 产生波痕，并因波痕的移动而形 成各种层理，主要有交错层理， 水平层理和平行层理。
沉积环境（相）研究方法
包括地层厚度、岩体形态、接触关系
及剖面结构(即剖面层序)、相律、相模式 等方面来判断沉积相。其中最重要的是剖 面结构—它是综合研究岩性、粒度、沉积 构造和厚度等在剖面上的变化层序。不同
沉积相在剖面上的变化层序是一样的，如
向上变细的剖面结构见于河流相、潮坪相、 河口湾相、浊积岩相、风暴岩相等。而向
红色、紫红色、褐红色、黄棕色：由 于含有铁的氧化物或氢氧化物之故。 表明当时沉积介质为氧化及强氧化条 件，其中黄色常见于炎热干燥气候条 件下的陆相沉积物中，而红色常见于 炎热潮湿气候条件下的陆相或海相沉 积物中。
绿色：由于含Fe2+和Fe3+的硅酸盐 矿物 ( 海绿石、鲕绿泥石 ) 。代表 弱氧化或弱还原介质条件。碎屑 岩中若含角闪石、绿帘石、绿泥 石等碎屑矿物多时也可呈绿色。 蓝色、青色 ：是硬石膏、天青石、 石膏、石盐等特有的颜色。有时 蓝色是由蓝铁矿和蓝铜矿引起的。 紫色 ：与氧化铁或氧化锰有关， 有时则由含土状萤石之故。岩石 的颜色除与成分有关外，还与粒 度、干湿情况有关：粒度愈细则 相应的颜色要显得深一些；湿的 标本比干的颜色要深些。
（4） 旋回沉积作用
旋回沉积作用：一定的沉积环境中由于环 境单元的变迁，或在一定的沉积作用过 程中由于作用方式的变化导致地层沉积 单元纵向上规律重复的沉积作用。
旋回沉积作用形成的旋回沉积序列不仅是 确定地层层序、建立地层单位的重要基 础，也是沉积相分析的重要依据。
不同环境的水动力条件及其变化规律不同， 形成的旋回沉积序列也不同。
利用粒度 分析资料分析 沉积环境的方 法，目前还不 够完善，有些 问题还存在多 解性。因此必 须同其它地质 资料，如沉积 构造、剖面上 的成因层序等 相配合，才能 得出比较符合 实际的结论。
沉积构造
沉积物在搬运和沉积过程中，以至固结成岩 以前，在层面和层内所形成的一些沉积构造， 它们能够较好地反映沉积物沉积时的水动力 条件，故这些沉积构造是识别环境的良好标 志。
第三章 地层的沉积方式及沉积环境
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第一节、地层的沉积方式

垂向加积也称纵向堆积作用，是最早被人们认 识的地层形成方式，是指沉积物在地球重力场 作用下从沉积介质中自上而下的降落和堆积。 通常形成“千层糕式”的地层记录。
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垂向加积作用主要发生在悬浮沉积的情况下， 深湖及远洋悬浮沉积、火山灰沉积等是垂向加 积的主要盛行场所。垂向加积形成的地层通常 具有三方面的特征：原始沉积的地层水平或近 水平、侧向连续和上新下老。 地层学三定律的沉积学基础是垂向加积作用； 垂向加积作用形成的地层时间界面水平或近水 平，与岩性界面一致或平行。 垂向加积作用形成的地层通常粒度细(细砂— 泥级)，层厚薄(薄层—纹层状)，侧向延伸远， 空间上变化小，沉积速率低。
Fe3+∶Fe2+ ＞ 3.0 ， 则岩石显红色。 Fe3+∶Fe2+=3-1.6 ， 呈紫色、砖红色、棕色 等。 Fe3+∶Fe2+ ＜ 1.6 ， 呈浅绿灰色或灰色。 Fe3+∶Fe2+ 近 于 0 ， 则呈黑色。
白色：一般不含色素，如质纯的碳酸 盐岩、盐岩、石英砂岩、高岭土、蛋 白石等。 灰色、黑色 ：由于含有机质 ( 炭质、 沥青质)、分散状硫化铁(黄铁矿、白 铁矿 ) ，这些物质含量愈高，颜色就 愈深。并表明岩石形成于还原或强还 原条件下。
控制地层旋回沉积作用的因素主要有环 境单元变化造成的水动力条件、物理化学 条件、生物条件的变化、海平面升降、沉 积物源性质、盆地基底的构造活动、古气 候的变化等。
根据成因，旋回沉积作用可分为不同的 类型，例如生物筑积作用等沉积体自身作 用为主的旋回沉积作用、曲流河的侧向加 积作用、三角洲等由于沉积盆地内环境单 元变迁形成的旋回沉积作用等。
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原始沉积的地层既不水平，侧向延伸也不远，并非 在任何时空尺度上都服从上新下老的原则。
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侧向加积作用也称横向堆积作用，是指碎屑颗粒在搬运 过程中沿搬运方向移动，随着搬运介质的能量衰减而沉 积下来，即沉积物从一个点开始，沿着侧向逐渐沉积。
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侧向加积作用是沉积地层形成的主要方式。 沉积物是否原始水平与盆地底盘的地形尤其是 地层的沉积方式有关。 滨海、滨湖、河流、三角洲和大陆斜坡等是侧 向加积的主要盛行环境。 侧向加积作用形成地层的特征：地层岩性界面 通常与时间界面不一致或斜交。
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（3）生物沉积与地层形成
生物筑积作用：是生物礁地层形成的一 种特殊形式。原地生物形成生物格架， 之后别的填隙物充填。 地层特征：地层一般呈丘状隆起，岩层多 具块状构造。在形式上，可以表现为侧 向加积或垂向加积。 生物筑积作用主要受海平面变化、生物礁 增长速度、沉积基地的构造沉降等因素 控制。
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穿时普遍性原理：在所有侧向堆积作用 过程中形成的岩石地层必然是穿时的。
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在曲流河的发展过程中，河道受侧向侵蚀向凹岸 迁移并在凸岸沉积，导致凸岸点沙坝向凹岸方向 迁移，同时天然堤、洪泛平原等也随之迁移，造 成沉积物的时间界面倾斜、与岩性界面有一定的 角度。
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碳酸盐岩相
页岩相
砂岩相
页岩或煤相
相
变
相分析：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）。
陆上、半干旱环境
相分析的基本思路
“将今论古”“现在是了解过去的钥匙” ——现实主义原理（莱伊尔） 现实主义原理是相分析的主要理论依据。 为了要对地层进行相分析，首先必须了解现 代沉积的不同结构、构造及其形成的环境条 件，然后以历史比较的观点，对古代地层的 相应特征作出环境条件的推论。
沉积环境（相）研究方法
应用岩石或生物介壳中的微量元素(如B、 B/Ga、Sr/Ba、Br、Br/Cl…)、同位素(O、 C、S、H等)及有机地球化学资料来判断沉 积环境。
沉积环境（相）研究方法
包括地球物理测井(自然电位、自然伽玛、
视电阻率等 ) 曲线和地震地层学 ( 地震相 ) 标志。 应该指出，以上几方面的判别标志，应综 合考虑，不能仅据某一点作结论，因某些不同 的相可出现一些相似的特征。
牵引流:由于水的流动而引起沉 积物颗粒运动的形式。
交错层理: 可有多种形态，有的形态可在多种环 境中形成，但不同环境常具不同的形态特征。如河流 环境，因水呈定向流动，常形成单向斜层理；海洋环 境由于潮汐来回作用，形成鱼骨状交错层理；海滩环 境的冲洗层理以大型，倾角小(<10˚)和砂粒成分纯净为 特征；风成交错层理则以厚度大、倾角大(可>30˚)，分 选好及磨圆度高为特征。陆棚浅海中的风暴流则可以 形成特殊的丘状层理。
transgression
如陆相、滨海 相、浅海相、 深海相可以在 平面上依次出 现，在垂向上 他们也可以依 次出现。
• 时间上的相随反映空间上的并列 • 指导和检验相分析工作
（覆盖区）
瓦尔特相律
Vertical sequences of sedimentary facies result from superposition of laterally adjacent depositional environments
灰岩
页岩
泥质粉砂岩
砂岩
礁
泻湖
近滨
海滩
海侵（Marine Trangression） 海
陆
Walther’s Law
礁 泻湖 近滨 海滩
海退（Marine Regression） 海 陆
相模式
以相序递变规律为基础，以现代沉积环 境和沉积特征的研究为依据，从大量的研究 实例中，对沉积相的发育和演化加以高度概 括，归纳出带有普遍意义的沉积相空间组合， 称为相模式。 相模式可以起到标准和预测的作用，将 地层剖面与相模式比较，即可推断其为何种 沉积相乃至亚相和微相。
二、沉积环境的主要
识别标志
相标志：一定沉积环境内独特的物 理、化学和生物作用形成的能反映 沉积环境条件的沉积特征。
沉积环境（相）研究方法
矿物成分 和岩石类型 沉积岩层 的构造
岩石 的颜色
岩石 的结构
沉积环境（相）研究方法
古生物的种类和生态不仅可确定海相与非海 相，而且还可指示水域的深度、盐度、温度 和浊度等。近年来不仅重视遗体化石，而且 还用遗迹化石资料来判断沉积环境。
颗粒的支撑类型——判断介质水体的流动性质：
颗粒支撑——牵引流，水动力较强的环境；
杂基支撑——密度流、重力流。
碎屑颗粒支撑
泥质杂基支撑
粒度大小是受流水作用营力强度控制的，与沉积物形成的环境关系极为 密切，碎屑岩的粒度特征是判断自然地理环境和水动力条件的良好标志之一。 因此，粒度分析的资料广泛地运用来研究沉积岩的成因，作为研究沉积环境 的方法之一。50年代末期以来，应用粒度分析解释成因环境的方法很多，比 较有效的是概率成因图解、CM图、粒度参数离散图以及因子分析、判别分析 等方法。
地层界面与时间界面关系不定。
当海平面相对下降时， 生物要正常生长，必然 向深水区迁移以保持适 当的水深，造成生物礁 向深水区侧向加积。
当海平面相对稳定时， 生物要持续生长，也必 然向深水区侧向加积。
这两种情况形成的地层岩性界面和时间界 面都不一致（具有穿时性）。
当海平面相对上升时，生物为了维持生存，要向上生长， 从而进行垂向加积，此时地层的时间界面和岩性界面基 本一致。