第三部分岩相古地理研究

第三部分岩相古地理研究为了突出沉积环境中的古地理条件和沉积物特征中的岩性特征，通常把“岩相”和“古地理”这两个术语联系在一起,以表示沉积相中最本质的内容，叫“岩相古地理”。

岩相古地理学是恢复古沉积环境，研究沉积相的学科，它涉及到构造地质学、地层学、地球化学、地球物理学、古生物学、水动力学及地貌学等方面。

所以，如何运用上述各学科的研究成果，并通过综合分析，划分沉积相和进行岩相古地理研究，是一项很艰巨的工作。

应用钻孔资料进行相分析，有时就更困难。

就是取心井，由于岩心体积小，各种沉积标志不如露头上看得清楚，如欲恢复岩体形态、接触关系、纵横向变化，就需要在积累较多钻孔及其它录井资料之后，才能作出较为可靠的结论。

有些层段从勘探到开发经过多年分析研究，其相类型还难以定论。

与露头资料比较，钻孔资料更来之不易，除仔细观察描述外，分析化验更要加强，以尽快取得各项第一性资料，作为相分析的基础。

地震和测井资料中蕴含着沉积相，砂体形态等大量的有效信息，20世纪七十年代以来兴起的地震地层学和测井沉积学已广泛应用于油区沉积相研究中。

第十三章相标志相标志是指最能反映沉积相的一些标志，它是相分析及岩相古地理研究的基础。

在上述有关章节的基础上，可归纳为岩性、古生物、地球化学和地球物理四种相标志类型。

第一节岩性标志1．颜色颜色是沉积岩最直观、最醒目的标志。

观察和描述中要注意区分继承色，自生色和次生色。

继承色主要决定陆源碎屑颗粒的颜色，一般不反映沉积环境。

自生色主要决定于岩石中含铁自生矿物及有机质的种类及数量，粘土岩、化学岩和生物化学岩的自生颜色对古水介质的物理化学条件有良好的反映，是良好的地球化学指标，次生色是在后生作用阶段或风化过程中，岩石的原生组分发生次生变化所引起的，不反映沉积条件。

2．岩石类型陆源碎屑岩本身（如砂岩和粘土岩等）不是鉴别沉积相的良好标志，因此必须首先对其它证据，如化石、自生矿物和结构构造等进行鉴定，才能确定陆源碎屑岩的沉积相。

常与陆源碎屑岩共生的碳酸盐岩、硅岩、蒸发岩和红色岩层等具一定的指相性（图13－1）。

各类岩石的百分比或比率具有重要指相意义，以此类数据编制的岩石类型图是编制油区岩相古地理图的重要基础图件。

由特定沉积环境和流动机制所形成的岩石组合，诸如各类浊积岩、风暴岩等均具良好指相性。

图13－1主要沉积环境岩石类型及某些自生矿物的现代分布（据赫克尔，1972）3．自生矿物自生矿物（沉积矿物、同生矿物、成岩矿物）在陆源碎屑岩中含量虽小，却具良好指相性（图13－1），常见的有鲕绿泥石、海绿石、磷灰石和锰结核等。

鲕绿泥石和海绿石都是含铁的硅酸盐矿物，在碎屑岩中常呈分散粒状或胶结物出现。

二者虽均可为海相标志，但形成温度及水深有差别。

图13－2所示，为海绿石和鲕绿泥石的现代分布。

形成鲕绿泥石水偏浅、温度偏高；海绿石水偏深、温度偏低。

有人认为：鲕绿泥石是暖水矿物，海绿石是凉水矿物。

我国华北地区中、上元古界青白口系龙山组主要由海绿石石英砂岩组成，分布稳走，其中粒状海绿石可以富集成层；寒武系徐庄组、张夏组中的石灰岩和砂岩也富含海绿石，均为正常浅海相沉积。

图13－2尼日尔河三角洲鲕绿泥石与海绿石的分布及其与水深和温度的关系（据波伦加，1967）近海湖泊相中出现海绿石，总是与短暂的海水侵入有关，如我国东部中、新生代盆地及委内瑞拉马拉开波盆地等。

湖相海绿石具有低铁、低钾、高铝的特点。

海绿石和其它含铁矿物在不同沉积环境中的分布大致如图13－3。

海绿石的海相性是由其形成时的古地理、古构造及水介质条件等方面所决定的。

图13－3海绿石和其它铁质矿物的沉积环境理想剖面（据伯纳，1971）自生粘土矿物可反映水介质条件。

大陆环境主要是酸性介质，以高岭石为主；但对湖泊要作具体分析；海洋环境粘土沉积多以伊利石和蒙脱石为主，更重要的是粘土矿物沉淀时要吸取水介质中的大量微量元素，它们具有良好指相性，但要注意剔除埋藏成岩作用的影响。

自生磷灰石或隐晶质胶磷矿是海相标志。

陆相的磷质矿物主要由脊椎动物的骨骼组成。

大量锰结核目前主要分布在深海和开放大洋洋底环境，湖泊和浅海环境少见。

一般认为，自生长石、自生沸石是湖相标志，钾长石次生加大是海相标志，天青石、萤石和重晶石是咸化泻湖环境标志。

由于它们分布规律还不十分清楚，用在指相时还应慎重。

4．碎屑颗粒结构碎屑颗粒的粒度、圆度、球度、表面特征及其定向分布等均具一定指相性。

粒度参数鉴别沉积环境的判别函数，不同沉积环境砂质沉积物的粒度概率特征，以及不同沉积相的C一M图和粒度概率等，请参看本书有关章节。

(1)粒度在油气勘探与开发中，应用粒度参数鉴别沉积相，甚至三级相和微相，已得到广泛应用。

其基本原理，就是碎屑沉积物主要有三种搬运模式：滚动的、跳动的和悬浮的。

不同沉积环境具有不同搬运模式，并形成不同的粒度分布持证。

但也应注意下述方面：①不同沉积环境可能具有类似的水动力条件，形成近似的粒度参数；②沉积环境变化多端，有过渡，也有极端情况，因之粒度分布也常变得复杂；③成岩作用也会影响粒度分布；④它只能提供一般的水动力条件和判定滚动、跳动和悬浮的相对沉积作用比例，所以不能过分强调粒度参数在相分析中的使用效果，而应与其它相标志结合起来使用。

（2）颗粒的形态和圆度形态和圆度取决于搬运介质和搬运模式。

但沉积物的组成和内部固有的构造，以及颗粒的原始形态也是重要的控制因素。

目前砾石的形态和圆度用于相分析的意义最大（表13－1）。

（3）颗粒定向颗粒定向有时也归入构造特征，如砾石、石英、云母、有机颗粒等的长轴排列方向和对于水平面的倾斜，可以用于相分析。

最有意义的仍属砾石（图13－4）。

长条形砂粒和砾石一样，也有趋向于平行水流方面的优选方位，例如具有薄纹层的平行层理砂岩，在急流态水流机制作用下，长形颗粒普见定向组构，同时伴有由大致平行的沟和脊构成的剥离线理。

图13－4各种环境中的砾石方位示意图表13－1 各种环境中碳酸盐岩砾石的扁平度和圆度平均值基质（或杂基）少于10％或15％，一般指示牵引流水流体系；基质（或杂基）大于10％或15％，一般指示块体流、密度流，或沉积物重力流水流体系。

碎屑沉积物遭受较强化学成岩作用和物理成岩作用后，这种组构特征可依然保存，故具重要指相意义。

（5）颗粒表面结构用扫描电镜研究石英颗粒表面特征，可以识别的环境有：①滨海环境（高能海滩、中能海滩、低能海滩）；②风成环境（热带沙漠、沙丘）；③冰川环境（冰川、冰水）。

5.原生沉积构造沉积岩的构造特征是沉积时水动力条件的直接反映，又较少受沉积后各种作用的影响，故具良好指相性。

主要沉积构造类型与沉积环境的关系归纳于图13－5中。

6.相序相序或相层序指的是沉积相的垂向构成，包括成分、结构、构造、亚（微）相，因此一个相序相当于传统的一个韵律或旋回，在层序地层学上叫一个准层序。

按照其粒度结构特征，相序可分为向上变粗 (CU ）和向上变细（ FU ）两种类型。

常见的向上变粗相序有三角洲、扇三角洲、水下扇、无障壁海岸、滩坝等，向上变细的相序有河流、冲积扇、潮坪、沟道重力流沉积等，一般来说一个相序自下而上水深总是变浅的。

图13－5 主要沉积环境中各种沉积构造的分布（据赫克尔，1972）第二节 古生物标志生物与其生活环境是不可分割的统一体。

不同类别的生物对环境因素的要求是不一样的，因而在不同的环境中，生物类别也是有差异的。

即便在同水域不同地段，由于环境的差异，不仅在生物类别方面有区别，就是在生物数量多寡和形态--构造方面也是有区别的，甚至还有明显的不同。

因此，不同的生物群落或化石组合面貌，就大致可以表明其所属的生活环境或沉积相。

化石是区分海相和非海相沉积环境的重要标志。

无脊椎动物是海相所特有的，或主要是海相的，它们包括有孔虫、放射虫、腔肠动物、苔藓动物、腕足动物、掘足动物、头足动物、笔石、三叶虫和棘皮动物等。

无脊椎动物中非海相包括有部份的双壳动物、腹足动物、介形虫、海绵、昆虫等。

环境再造中藻类使用最广泛，可以提出海相和非海相的差别。

蓝藻或绿藻的形态呈叠层状是潮坪泻湖及半咸水环境的特征，树枝状和结核团块是淡水河流和湖泊的特征。

绿藻既有海相又有非海相，海松类和粗枝藻类的绿藻是海相。

红藻是海相。

轮藻是淡水藻类。

因此它被广泛用来确定非海相沉积环境。

某些轮藻可生活在半咸水边缘环境。

一、大陆沉积环境的化石特征1．湖泊相化石特征在淡水湖泊中生物化石丰富，具有淡水的生物化石常有腹足动物、瓣鳃动物、介形虫、叶肢介、鱼、昆虫等化石。

根据沉积的位置，滨湖沉积物中化石很少，在层面上可见少量植物碎片。

浅水湖泊沉积物中植物化石不多，且不完整，但有较多的淡水动物化石。

深湖沉积物中有比较多的淡水动物化石。

在盐湖沉积物中含有瓣鳃动物、介形虫、植物碎片及硬鳞鱼类的鳞甲、龟类等化石。

2．河流相的化石特征在河床沉积物中一般没有动物化石，原因是河水经常流动，动物尸体不易保存。

同样，植物化石亦没有完整的，但在煤系的河床主流线沉积中可含较多的大的植物碎片。

河床浅滩部份可沉积更小的植物碎片。

往往在煤系地层的河床相最底部常有硅化木，可作为河床相的鉴定标志，硅化木的排列方向可指示水流的方向。

在河漫滩沉积物中没有动物化石，植物化石呈碎片出现，有时在淤泥中有完整的树叶。

在牛轭湖沉积物中出现有较丰富的生物化石，具有大量的植物叶片化石和软体动物中的瓣鳃动物和腹足动物的介壳等。

二、过渡沉积环境的化石特征1．三角洲相化石特征三角洲相主要生物门类化石包含有壳变形虫、陆相介形虫、海相介形虫、棘皮动物、海胆刺、蛇尾类的骨针。

双壳动物、腹足动物、苔藓动物及少量有孔虫和植物碎片等。

在三角洲体系中，不同的环境中生物化石特征：三角洲平原亚相中具有海相介形虫与陆相介形虫混杂，其中海相介形虫壳体细小。

并有腹足动物和双壳动物的贝壳、植物碎片、虫孔遗迹化石等。

三角洲前缘亚相中含有大小虫穴遗迹化石及丰富的生物扰动构造层、介壳沉积普遍。

海相介形虫和有孔虫含量增加，壳体也增大。

海胆刺和蛇尾类骨片增多。

三角洲相外带（海方）海相化石较丰富，有双壳动物、腹足动物、介形虫、海胆、有孔虫、掘足类、苔藓虫等。

陆内（陆方）有陆相介形虫、有孔虫、双壳动物以及少量的海胆等。

2．陆缘近海湖相化石特征陆缘近海湖相生物门类组合有鱼类、双壳动物、腹足动物、有孔虫、介形虫和藻类及孢粉等组成。

其主要特色表现：具有海相生物与陆相生物混生标志，典型的陆相化石有壳变形虫，轮藻，淡水植物的种子，孢粉与海相有孔虫，半咸水介形虫混生。

例如，原地埋葬的广盐性有孔虫砂杆虫、希望虫，半咸水介形虫正星介等。

异地埋葬的河流上游搬运来的轮藻藏卵器。

潮水冲来具有强烈磨损的海相介形虫花室虫等。

广盐性生物发育丰富，具有大量广盐性有孔虫、介形虫、硅藻等。

例如，广盐性钙质壳有孔虫希望虫、诺宁虫、卷转虫、假上穹虫等。