沉积古地理105沉积环境的主要判别标志.docx
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沉积古地理105沉积环境的主要判别标志
沉积古地理课程
o第一章绪论
o第二章沉积物的来源
o第三章沉积学相关的流体力学基本原理
o第四章沉积物的搬运和沉积作用
o第五章沉积环境的主要判别标志
o第六章大陆环境及相模式
o第七章海陆过渡环境及相模式
o第八章海洋环境及相模式
o第九章板块构造与沉积作用
o第十章沉积盆地及古地理分析
本章内容
o第一节沉积构造标志
o第二节岩石结构和粒度标志
o第三节岩矿成份和地球化学标志
o第四节判别沉积环境的生物标志
o第五节古水流的判别标志及其环境意义
第五章 沉积环境的主要判别标志
第一节沉积构造标志
一、沉积构造的概念及分类
沉积环境(相)分析:
对指示环境的标志进行分析,与沉积环境模式进行比较,从而恢复古代沉积环境的方法。
成因标志:
指具有成因意义,能反映其形成环境条件的各种特征。
包括沉积岩的颜色、成分、结构、构造、化石、古生态、接触关系、沉积序列(剖面)以及沉积岩体的形态分布等,但概括起来可归属为物理的、化学的、生物的三方面标志。
沉积构造:
由沉积物的颜色、成分、结构的不均一性而形成的岩石宏观特征。
其规模一般较大,多在野外露头上及岩芯中可直接进行观察和测量。
根据其形成时间划分为:
原生沉积构造和次生沉积构造。
根据沉积构造的成因性质可分为三类:
物理成因的沉积构造
化学成因的沉积构造
生物成因的沉积构造
原生沉积构造:
沉积物沉积时、沉积后不久、固结前形成的构造。
能反映沉积时的沉积介质类型和能量条件。
是判别沉积相(沉积环境)的重要标志。
次生沉积构造:
在沉积物压实或成岩过程中生成的沉积构造,它反映成岩环境。
物理成因的沉积构造:
在流体流动、重力等物理因素作用下而产生的沉积构造(原生)。
化学成因的沉积构造:
由结晶、溶解、沉淀等化学作用形成的沉积构造,其中,大多数是在沉积物压实和成岩过程中生成的,属于次生沉积构造。
生物成因的沉积构造:
生物活动或生长而形成的构造(原生)。
二、物理成因的沉积构造
(一)流动构造
(1)层面构造
1.波痕
2.细流痕
3.剥离线理
4.冲刷痕
5.压刻痕
(2)层理构造
1.层理构造的术语
2.层理构造的类型
(3)再作用面构造
(二)准同生变形构造
(三)暴露构造
(一)流动构造
是沉积物在搬运和沉积过程中,由于介质的流动而在沉积物表面或内部形成的构造。
流动构造是最重要和最常见的沉积构造。
(1)层面构造
在沉积岩的顶面或底面上形成的构造。
如:
波痕、细流痕、剥离线理、冲刷痕、压刻痕。
1.波痕
由水流、波浪或风的作用,在沉积物表面形成的波状起伏痕迹。
波痕形态要素
脊点(C,D):
最高点
谷点(A,B):
最低点
向流面:
面向流动方向的缓倾斜面
背流面:
背向流动方向的陡倾斜面
波长(L):
相邻的两个脊点之间的水平距离
波高(H):
波痕的脊点与谷点之间的垂直距离
波痕指数(RI):
波长与波高之比(L/H)
对称指数(RSI):
向流面水平投影长度与背流面水平投影长度之比(L1/L2)
波痕的内部构造及形成机理及实例
前积纹层形态及其控制因素
随介质能量的减弱和悬浮载荷的增加,前积纹层形态:
直线型→切线型→凹型→S型
波痕的类型:
波痕的大小、形态、对称性、介质类型各有不同。
按介质类型分为:
A.水流波痕;
B.波浪波痕;
C.干涉波痕和改造波痕;
D.弧立波痕;
E.风成波痕
A.水流波痕(由单向水流产生)
按大小,分4类:
小型水流波痕、大型水流波痕、巨型水流波痕、逆行砂丘。
按波脊形态,分为5-6类:
随水深减小和流速增大,直线形→波曲形→链形→舌形→新月形→菱形。
窗体顶端
窗体底端
水流波痕按大小分为:
大型水流波痕:
波长60~30cm,波高为6~1.5m,波痕指数大于15。
主要产生于中、粗粒床沙中。
巨型水流波痕:
波长大于30m,波高可达数米,波痕指数大于30。
波脊以直线形为主,多分布在较深的浅海和大型河流中。
逆行砂丘:
浅水急流(Fr>1),其水面波形与底形波痕一致(属同相波),与一般波痕形成作用相反,背流面一侧侵蚀,向流面一侧进行堆积。
所以实际上它是向上游方向移动的,故称为逆行沙丘。
它多见于海滩、潮坪、河流环境。
B、波浪波痕是由波浪作用于床沙表面而产生的波痕,据其对称程度可分为:
对称波浪波痕和不对称波浪波痕。
对称波浪波痕:
是由水体振荡运动形成、流体质点在表面呈园形轨道,向下变为来回运动,反复作用结果形成“人”字形内部构造和对称形态。
不对称波浪波痕:
是由水体运动时往复速度不同而造成的。
在滨岸地区,由于水体运动受海底摩擦作用的影响,波浪向陆的速度大于向海运动的速度,故波痕形成方式和单向水流的波痕相似,内部只有一个方向的前积层。
可以按直线形流水波痕的描述方法进行。
不对称浪成波痕和水流波痕的区别:
①浪成波痕的波脊多出现分叉与会合的特点,水流波痕波脊则多中断并被别的脊代替;
②浪成波痕的波长多小于4.5cm,波痕指数(RI)<15,而水流波痕的RI>15,浪成波痕的对称指数RSI<3.8,而水流波痕的RSI>3.8;
③浪成波痕的前积纹层往往表现为成束的分枝状,并且通过波谷延伸到相邻波痕的翼部上。
C.干涉波痕和改造波痕
干涉波痕:
浅水区不同方向的波浪或水流,同时或基本同时地联合作用形成干涉波痕。
由于作用强度、方向、先后不同,形成格子状、梯状、网格状状等干涉波痕。
改造波痕:
在水流及浪基面变化的情况下,先生成的波痕受到改造而形成改造波痕,如双脊波痕,削顶波痕。
干涉波痕和改造波痕常出现于前滨或潮间带。
D.孤立波痕:
在泥质物表面上由于沙供应不足而形成的不连续底形,弧立波痕与正常波痕相似,但它们发育不全,波高较低,因此波痕指数较大,构成透镜状层理。
E.风成波痕:
有直、长而平行的脊,形态不对称。
L=2.5-25cm,H=0.5-1cm,RI=10-70。
其内部构造和水流波痕相似,但内部构造不清楚(砂为主),粗颗粒分布在波脊。
发育于沙漠、海岸、干旱—半干旱气候下的河流等环境。
A-3(waverip,单向水流波痕作用).mov-“见动画”
2.细流痕
由细小水流的刻蚀作用所形成的表面侵蚀痕迹。
当沉积物表面暴露时,水便从沉积物中溢出,形成细水流,侵蚀而形成细流痕。
细流痕具有不同的形状,如树枝状、网状。
指示沉积物表面间歇短期暴露。
常见于潮间带、海滩、湖滨、泛滥平原。
3.剥离线理
彼此平行的线状浅沟和低脊或颗粒弱定向排列而成。
与平行层理伴生出现,即分布在平行层理的层面上,是急流环境的良好标志。
分布于海滨、湖滨、三角洲平原和浊流沉积中。
4.冲刷痕
水流在泥质沉积物表面冲蚀出来的痕迹称为冲刷痕,风化露头上,在其上覆砂岩层的底面以凸起的铸型保留下来。
包括槽铸型(槽痕)、纵向脊(沟铸型)。
槽铸型:
由舌状突起体组成,突起的上游一端呈浑圆状,突起稍高,向下游端变宽和变缓。
大量发育于浊流环境中,是良好的古流向标志。
纵向脊(沟铸型):
由一系列平行水流方向的紧密排列的连续低脊。
5.压刻痕
水流携带的物体在松软的沉积物表面运动时所刻蚀出来的痕迹(工具痕)。
可分为:
沟痕(铸型)、V型痕(铸型)、戳痕(铸型)、弹跳痕(铸型)。
最常见的是沟痕,它是物体在沉积物表面连续刻划而形成的沟,在上覆砂岩底面保存铸型。
压刻痕主要见于河流环境。
(2)层理构造
层理构造定义:
垂直于层面方向,由沉积物的成分、颜色、粒度等显示出来的纹理特征。
1.层理构造的术语
组成层理构造的单位包括:
纹层(细层)、层系(单层)、层系组(层组)
纹层:
最小单元,其上、下被纹层面所限,一个纹层有比较均一的成分和结构,厚度1mm到数毫米,纹层断面有直线形、切线形、凹形、S形,纹层与层面的关系可以是平行的,也可是斜交的。
层系:
基本单元,由形状相似的纹层组合而成。
层系内成分和结构也较一致或具粒序。
相邻的层系被层理面(或层面)分开。
层理面代表最小级别的沉积间断面。
层理面可以是平行的或倾斜的,层系厚度数毫米到数米,它们是在物理条件大致不变的情形下形成的。
层系组:
由2个或2个以上的层系组成,相邻层组以层系组面(岩层面)为界,代表比层理面间断面时间稍长的间断面。
测量地层产状的面,分层面。
2.层理的分类
按成分层和结构,分为简单层理和复合层理
简单层理:
由2个或2个以上成份相似的层系(层理)叠置而成。
如交错层理。
复合层理:
由2个或2个以上成份不同,但成因上有联系的层系(层理)组成。
如脉状、波状、透镜状层理。
按综合因素,分为:
1)交错层理 2)爬升波痕层理 3)递变层理 4)平行层理 5)水平层理 6)均匀层理 7)脉状、波状、透镜状层理 8)砂泥互层水平层理 9)韵律层理
1)层理的分类·交错层理
由一系列与层理面斜交的纹层组成的沉积单元,主要见于碎屑岩和颗粒碳酸盐岩中,是高能的产物。
交错层理的分类:
根据交错层理单位大小(即层系厚度)分为:
小型交错层理:
层系厚度小于5cm
大型交错层理:
层系厚度5cm-1m
根据交错层理单位的界面分为:
板状、楔状、槽状、波状交错层理。
板状交错层理:
层系间界面呈平面,相互平行,层系内纹层倾向相同,大致反映单向水流,垂直水流方向剖面上,似“水平层理”(粒度、能量)。
(右图a)
楔状交错层理:
层系间界面呈平面,但其界面之间互不平行,使层系呈楔形。
平行水流方向,纹层与界面斜交,垂直于水流方向,与界面大致平行或斜交。
(右图b)
槽状交错层理:
层系界面为曲面,上下界面之间相互平行或斜交,层理本身为一槽状,纹层平行于层系面(弯曲)。
平行水流方向,纹层呈较缓弧形,倾向一致,垂直水流方向上纹层呈槽状。
(右图c) 波状交错层理:
层系界面呈波状,层系内的纹层可与界面相交,也可与底面大致平行的波状面。
属小型交错层理。
确定交错层理的类型,要在三度空间进行观察和描述,因同一类型的交错层理在不同断面上反映的形态是不同的。
(下图)
C-1(rswave,板状交错层理).mov-“见动画”
C-2(rdune,楔状交错层理).mov-“见动画”
C-3(rcflow,槽状交错层理).mov-“见动画”
窗体顶端
窗体底端
2)层理的分类·爬升波痕层理
由向上相互叠覆的波痕组成。
条件是悬浮沉积物丰富,使波痕向前迁移,并向上相互叠覆。
分为:
同相位爬升波痕层理和迁移爬升波痕层理。
同相位的爬升层理:
纵向上叠置(像叠层石),表明迁移不明显。
迁移的爬升波痕层理:
纵向上斜列(叠瓦状),表明迁移不明显。
A-3(waverip,单向水流波痕作用).mov-“见动画”
C-4(clmbrip,爬升波痕层理).mov-“见动画”
3)层理的分类·递变层理
也叫粒序层理。
以粒度递变为特征。
一组递变层的厚度几厘米-几十厘米。
可分为正向递变层理和反向递变层理。
正向递变层理:
下粗上细,常见于浊流、河流、海滩、三角洲环境。
又细分为两种:
粒序递变层理(A)和粗尾递变层理(C)。
1)交错层理
2)爬升波痕层理
3)递变层理
4)平行层理
5)水平层理
6)均匀层理
7)潮汐层理(脉状、波状、透镜状层理)
8)砂泥互层水平层理
9)韵律层理
粒序递变层理(下部不含细粒基质,牵引流成因)
粗尾递变层理,(普遍含细粒基,浊流成因)
浊积岩中递变层理
洪积物(泥石流)中的递变层理(上)和风暴沉积的粒序层理(口袋状构造)(下)
4)层理的分类·平行层理
强水流条件,相互平行的、水平的、由中粗砂、砾石组成的层理。
识别标志:
纹层平行、颗粒粗、伴生剥离线理,与大型交错层理共生。
见于河流、海滩、浊流环境。
平行层理实例
1)交错层理
2)爬升波痕层理
3)递变层理
4)平行层理
5)水平层理
6)均匀层理
7)潮汐层理(脉状、波状、透镜状层理)
8)砂泥互层水平层理
9)韵律层理
5)层理的分类·水平层理
细粒沉积物的层理类型,纹层(1-2mm)彼此平行,呈水平状。
是低能或静水环境的标志之一。
见于湖泊、河滩、潮坪、泻湖、浅海、半深海、浊流等环境。
6)层理的分类·均匀层理
也称块状层理,用“肉眼甚至借助仪器”也辨认不出纹理的沉积物,在砂砾岩和泥质岩中都有分布。
不同的成因解释有3种:
①快速堆积无分选的沉积,如由洪水、浊流、液化沉积物流沉积形成;
②安静环境中沉积,如深海泥岩;
③生物扰动,使原始层理被破坏。
7)层理的分类·脉状、波状、透镜状层理
属于复合层理,也成为潮汐层理。
这三种层理常共生在一起,是在潮汐环境中,泥、砂都有供应。
在湖滨、三角洲前缘、河流等环境中也可见到。
强动能时沉积具有前积纹层的砂层,强动能时沉积了悬浮的泥层。
依据砂、泥层的比例和分布的连续性,分为:
脉状层理、波状层理、透镜状层理三种。
脉状层理:
水动力强,砂充分,泥少,泥呈脉状分布于砂的波谷中,“砂包泥”。
波状层理:
介于脉状与透镜状层理之间的过渡类型,是在泥砂都有供应,是砂层与泥层呈交替的波状连续层。
透镜状层理:
与脉状层理相反,水动力较弱,砂不足,泥多,砂质透镜体被包围在泥岩之中,“泥包砂”。
脉状、波状、透镜状层理实例
窗体顶端
窗体底端
8)层理的分类·砂泥互层水平层理
水平的砂质层和泥质层相间出现,单层厚度数毫米至数厘米,可以等厚也可不等厚,形成动力条件比波状层理弱,见于潮汐、三角洲、湖泊等。
9)层理的分类·韵律层理
砂泥互层的水平层理中,单层厚度小于4-5mm时,则为纹层状互层,称为韵律层理。
可由潮汐变化,季节性变化或基它原因(气候变化、冰川纹层)等形成。
灰岩与泥灰岩韵律(L-M韵律)
韵律层理实例
最小的旋回:
季候纹泥层对,为(美国)康涅狄格州冰期湖泊沉积,每一层对代表一年,浅色为夏季,深色为冬季
(3)再作用面构造
指交错层理中某些层组内的一个冲蚀成因的倾斜面。
在此面的上、下相邻的前积纹层具有相同的倾向。
再作用面的倾向与前积纹层相同,但倾角较小,而且一般较平滑。
常见于潮汐和河流环境中。
思考:
再作用面与层系面的区别?
再作用面的形成示意图
A-由水位变化造成的再作用面;B-与潮流的时间-速度不对称性有关的再作用面
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