地史學(xué)-沉積相和古地理恢復(fù)

沉積相和古地理恢復(fù)對(duì)地層進(jìn)行劃分、對(duì)比，給我們提供了一個(gè)研究地球演化歷史的時(shí)間標(biāo)尺。這只是地史學(xué)研究的第一步。地質(zhì)歷史時(shí)期的古地理面貌和自然環(huán)境變化是地史學(xué)研究中一個(gè)十分重要的內(nèi)容。地層作為地質(zhì)歷史的物質(zhì)記錄，不但記錄了地質(zhì)歷史發(fā)展的時(shí)間屬性，也同時(shí)記錄了地質(zhì)歷史時(shí)期自然環(huán)境演變的各種信息。地質(zhì)學(xué)家通常是通過對(duì)保存在地層中的沉積巖的原生沉積結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征和生物化石特征來推論這些巖層的生成環(huán)境條件。這種方法稱為沉積相分析或巖相分析?！?.1現(xiàn)代沉積環(huán)境類型及其特征沉積環(huán)境是指具有特定物理、化學(xué)、生物條件的，并有沉積作用發(fā)生的自然地理單元。沉積環(huán)境中的物理、化學(xué)、生物條件及其自然地理和氣候條件決定了其內(nèi)各種沉積的性質(zhì)。有些沉積物是完全在沉積環(huán)境中形成的，如水體中化學(xué)沉淀形成的沉積物，組成它們的礦物是在同一個(gè)地點(diǎn)形成；而有些沉積物是源自其他地方，通過流體介質(zhì)被搬運(yùn)到沉積的地點(diǎn)。因此沉積物的類型和特征對(duì)認(rèn)識(shí)沉積環(huán)境來說十分重要。1.現(xiàn)代沉積環(huán)境類型及其環(huán)境和沉積特征現(xiàn)代地表的沉積環(huán)境可分為三大類：海洋環(huán)境（marine）陸地環(huán)境（continental）海陸過渡環(huán)境（transitional）。每一大類內(nèi)又包含了一系列次級(jí)的沉積環(huán)境。現(xiàn)代沉積環(huán)境類型示意圖沉積環(huán)境1）海洋環(huán)境（marineenvironment）淺海（shallowmarine）：與大陸架（continentalshelves）對(duì)應(yīng)的海域大陸斜坡（continentalslope）深海（deepmarine）海洋環(huán)境濱海帶淺海帶半深海帶深海帶大陸斜坡200m4100m大陸架淺海環(huán)境（shallowmarine）：a.環(huán)境特征：

波浪、潮汐和水流作用強(qiáng)烈，沉積物分選作用明顯。各種類型的生物豐富。陽(yáng)光可以穿透水體到達(dá)海底，因此藻類和其他類型的植物繁盛，成為游泳和底棲動(dòng)物的重要食物來源。海洋環(huán)境b.影響沉積物類型的因素：

鄰近陸地源巖的性質(zhì)物源區(qū)的海拔高度和距海岸的距離能分泌碳酸鹽的生物存在情況等。海洋環(huán)境c.沉積物特征：

分選、磨圓好，與海洋較深部分相比，沉積物相對(duì)較粗。常見的沉積物有砂、粉砂和粘土。在陸源碎屑物質(zhì)供應(yīng)很少而又相對(duì)比較溫暖情況下，生物化學(xué)成因的碳酸鹽灰泥（limemud）成為重要的沉積物類型。

珊瑚礁也是溫暖淺海的特征沉積。大陸斜坡濁流沉積示意圖

a.環(huán)境特征：

無明顯的波浪和流水作用；遠(yuǎn)離海岸，沉積物供應(yīng)微弱。ii.大陸斜坡（continentalslope）和iii.深海（deepmarine）b.沉積物特征：大陸斜坡：多為細(xì)砂、粉砂和粘土。通常是通過濁流（turbiditycurrent）被搬運(yùn)到沉積的地點(diǎn)。大陸斜坡的沉積物還包括從水體之外而來的細(xì)粒粘土物質(zhì)和在重力作用下發(fā)生的滑塌堆積。

深海：沉積速率緩慢，沉積物組成主要是非常細(xì)的粘土，火山灰和鈣質(zhì)或硅質(zhì)微生物的遺骸，它們構(gòu)成了海底的軟泥。還可能有鐵、錳結(jié)核等沉積。

與海洋環(huán)境相比，沉積環(huán)境類型更具復(fù)雜性和多樣性。沉積環(huán)境條件變化劇烈，影響沉積作用的因素復(fù)雜多變，特別是氣候和地形。2）陸地環(huán)境i.山麓和山間盆地ii.河流沖積平原（floodplain）iii.湖泊（lake）iv.風(fēng)成環(huán)境（eolian）v.冰川（glacier）i.山麓和山間盆地：

山區(qū)地勢(shì)起伏懸殊，高差和坡度較大，沉積作用以快速堆積為特征。往往形成巨厚的沖積扇（alluvialfan）。

沉積物以粗礫為主，多棱角狀，兼有泥、砂；分選和磨圓較差。從扇根向外，粒度逐漸變細(xì)，層理一般不發(fā)育。地勢(shì)較為平坦，河曲發(fā)育。河道沉積和洪泛平原沉積交替出現(xiàn)。河道底部的滯留沉積一般以礫和粗砂為主，并明顯定向排列；邊灘沉積一般以砂-粉砂為主，分選和磨圓較好，但礦物成熟度較低，具有板狀、槽狀交錯(cuò)層理和平行層理；ii.河流沖積平原（floodplain）天然堤和河漫灘沉積以粉砂和粘土為主，發(fā)育小型波狀、水平層理。

以粉砂和粘土為主；沉積物分布呈環(huán)帶狀。湖泊生物繁盛。

干旱地區(qū)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)季節(jié)性湖泊--干鹽湖（playalake）蒸發(fā)鹽類沉積iii.湖泊（lake）：iv.風(fēng)成環(huán)境（eolian）：沙漠：風(fēng)是唯一的沉積介質(zhì)。砂和粉砂，分選和磨圓很好v.冰川（glacier）：冰磧物（till）：無分選、磨圓極差；礫、砂、泥混雜堆積。冰川紋泥（varvedclay）：明暗相間的水平紋層。冰川（glacier）：頂積層前積層底積層三角洲平原三角洲前緣前三角洲三角洲結(jié)構(gòu)示意圖i.潮坪（tidalflat）：海岸線附近非常平坦的地區(qū)，受潮汐作用影響，時(shí)而被海水浸漫，時(shí)而暴露。ii.

瀉湖（lagoon）：海岸線附近與廣海隔離的淺水區(qū)域

水動(dòng)力條件復(fù)雜，同時(shí)受河流沉積作用和海洋波浪、潮汐作用改造。iii.

三角洲（delta）：江河的入?？趨^(qū)域3）海陸過渡環(huán)境

過去的沉積環(huán)境隨著地質(zhì)歷史中的古地理變遷早已不復(fù)存在了，但是古代沉積環(huán)境的信息通過在其內(nèi)形成的巖石和生活在其內(nèi)的生物而保留在了地質(zhì)記錄之中。地質(zhì)學(xué)家就是根據(jù)這些巖石特征和生物特征獲得有關(guān)過去沉積環(huán)境的信息?！?.2沉積相和古地理環(huán)境的恢復(fù)1．沉積相（facies）和相變（facieschange）1）沉積相（facies）定義：形成于特定古沉積環(huán)境條件的一套有規(guī)律的巖石特征和生物化石特征的組合。能夠反映沉積環(huán)境特點(diǎn)的物質(zhì)特征，包括巖石特征和生物化石特征。相不是沉積環(huán)境本身，而是沉積環(huán)境條件的一種“物質(zhì)表現(xiàn)”。特定的環(huán)境有其特定的“物質(zhì)表現(xiàn)”。2）相變（facieschange）

自然界的沉積環(huán)境內(nèi)部各種沉積條件在不同部位是不均一的，但是連續(xù)過渡的。這種沉積條件的不均一性和連續(xù)過渡的特點(diǎn)自然會(huì)體現(xiàn)在其內(nèi)沉積物和生物的特征上，即沉積相特征。我們把這種沉積相在橫向上的變化現(xiàn)象稱為相變（facieschange）。相變實(shí)際反映了沉積環(huán)境條件在空間上的差異和過渡。查明某一時(shí)代地層的巖相變化，就能相應(yīng)獲得該時(shí)代地理景觀的一般面貌。沉積相和相變的研究是再造古地理的基本手段。

對(duì)于地史時(shí)期的沉積相研究，往往從地層剖面入手，從地層的垂向順序上分析沉積相的更疊。對(duì)于連續(xù)的沉積來說，沉積相在垂向（時(shí)間）順序上的更疊反映了沉積環(huán)境條件隨時(shí)間而發(fā)生的變化，與其在橫向（空間）上的相變存在密切的聯(lián)系，有規(guī)律可循。沉積相相對(duì)比定律（瓦爾特定律）：“只有那些現(xiàn)在可以觀察到的彼此相鄰的相和相區(qū)才能原生地重疊在一起”。即相鄰沉積相在垂向上的依次變化與其在橫向上的變化是一致的。

相對(duì)比定律告訴我們過去的環(huán)境變化實(shí)際上是有規(guī)律可循的。相對(duì)比定律示意圖相分析通過地質(zhì)時(shí)期的巖石和古生物的“物質(zhì)表現(xiàn)”與環(huán)境聯(lián)系起來分析和恢復(fù)古沉積環(huán)境的方法相分析的基本方法主要是“將今論古”的現(xiàn)實(shí)主義方法。2沉積環(huán)境識(shí)別標(biāo)志沉積巖的形成是風(fēng)化、搬運(yùn)及沉積作用的綜合產(chǎn)物，這一過程在地質(zhì)時(shí)期往復(fù)進(jìn)行原始碎屑和粘土的搬運(yùn)、沉積，遵循沉積介質(zhì)（水、冰、風(fēng)等）中的機(jī)械分選的力學(xué)定律；而溶解物質(zhì)則遵循化學(xué)定律，以化學(xué)沉積作用方式形成沉積物；此外某些物質(zhì)（化學(xué)物質(zhì)）在生物作用下形成有機(jī)沉積物。1）沉積巖顏色的環(huán)境意義反映沉積作用發(fā)生時(shí)沉積環(huán)境的氧化—還原狀態(tài)。i.黑色和深灰色：

特別是對(duì)頁(yè)巖和泥巖來說，表明有大量有機(jī)質(zhì)未被分解。還可能與黃鐵礦（pyrite）有關(guān)。反映靜水環(huán)境：海洋，湖泊，瀉湖，沼澤等。ii.紅色：沉積巖呈現(xiàn)紅、褐、綠等顏色與沉積物中的鐵（Fe）有密切關(guān)系。鐵一般以二價(jià)鐵或三價(jià)鐵化合物的形式存在于沉積物中。三價(jià)鐵化合物，如赤鐵礦（hematite），使沉積物呈現(xiàn)紅色、褐色、紫色；二價(jià)鐵化合物使沉積物呈現(xiàn)灰色和綠色；含水的三價(jià)鐵氧化物--褐鐵礦（limonite）通常是黃色。紅層：沖積平原、沖積扇、三角洲。紅層和蒸發(fā)鹽在一起時(shí)，往往指示溫暖干旱的氣候條件。2）沉積巖組成和結(jié)構(gòu)的環(huán)境意義i.碎屑成分：

反映物源區(qū)的性質(zhì)和搬運(yùn)距離遠(yuǎn)近。巖屑可以解釋母巖的性質(zhì)，追溯源區(qū)。礦物成熟度低的沉積物多屬于短距離搬運(yùn)。石英含量高、分選性好的沉積物多屬于遠(yuǎn)源沉積。純凈的石英砂則是海灘反復(fù)沖洗的標(biāo)志。長(zhǎng)石一般在干旱和寒冷氣候帶或地形高差大的近源地區(qū)才能大量保存。ii.顆粒粒度和分選性粒度反映了搬運(yùn)介質(zhì)的能量。能量大所搬運(yùn)的顆粒也大。水環(huán)境中體現(xiàn)了流速。分選性反映搬運(yùn)介質(zhì)的性質(zhì)和沉積方式。風(fēng)成環(huán)境、濱海環(huán)境常形成分選性好的沉積；山麓沉積和冰川沉積，以及濁流沉積分選性差。iii.顆粒形態(tài)和磨圓度：

反映搬運(yùn)方式和搬運(yùn)距離。冰磧物中的顆粒基本無磨圓，多呈棱角狀。風(fēng)成、湖泊、海洋環(huán)境的沉積物多具有較好的磨圓度。河流沉積物的磨圓度與其搬運(yùn)距離有關(guān)，如沖積扇中的沉積物磨圓度較差，而沖積平原地區(qū)的沉積物磨圓度較好。

沉積結(jié)構(gòu)和構(gòu)造iv.顆粒的定向排列：

指示水流的方向。河流沉積的礫石和砂粒的長(zhǎng)軸方向一般與水流方向平行，并沿水流方向傾斜，形成疊瓦狀構(gòu)造。濱岸地帶的礫石長(zhǎng)軸方向多與海岸線平行，疊瓦狀構(gòu)造方向垂直礫石長(zhǎng)軸。通過定向采樣可以獲得顆粒定向的信息i.泥裂和雨痕：

指示暴露或半暴露的環(huán)境。泥裂同時(shí)還可能說明氣候比較干燥。3）原生沉積構(gòu)造ii.波痕：

只出現(xiàn)在風(fēng)成、有水體運(yùn)動(dòng)的（如海洋和湖泊的淺水區(qū)域以及河流）沉積環(huán)境?？梢灾甘境练e介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)方向。iii.層理：交錯(cuò)層理：是最常見的層理類型之一。反映介質(zhì)能量較強(qiáng)的沉積環(huán)境。多見于碎屑巖中。常見于濱岸淺水、河流、三角洲和沙漠等環(huán)境。但在不同的環(huán)境中常具有不同的形態(tài)。河流環(huán)境常出現(xiàn)單向板狀或槽狀交錯(cuò)層理；濱岸帶由于潮汐作用，常出現(xiàn)特征的魚骨狀交錯(cuò)層理；海灘環(huán)境的沖洗層理則以低傾角（<10°）的板狀、楔狀交錯(cuò)層理為特征，如果水流流向不穩(wěn)定，則可形成槽狀交錯(cuò)層理。風(fēng)成交錯(cuò)層理厚度大，傾角高（>30°），多向性，砂粒分選好，磨圓度高。。沉積結(jié)構(gòu)和構(gòu)造河流環(huán)境中形成的槽狀交錯(cuò)層理水平層理：沉積作用緩慢的低能和靜水環(huán)境。一般出現(xiàn)在海洋湖泊相對(duì)較深水區(qū)域，瀉湖，冰川湖等環(huán)境。平行層理：多見于河流邊灘和海灘等環(huán)境。反映急流條件。粒序?qū)永恚河芍亓α餍纬?/p>

4）自生礦物

沉積時(shí)形成的礦物與沉積環(huán)境中的特定的物理、化學(xué)條件有關(guān)。海綠石和鮞綠泥石：海洋環(huán)境的標(biāo)志。鮞狀赤鐵礦：水深數(shù)十米的動(dòng)蕩淺海環(huán)境。磷塊巖：水深30-300米左右的海洋環(huán)境。蒸發(fā)鹽類礦物（如石膏、硬石膏、巖鹽、白云石等）一般是干旱氣候條件下濱海瀉湖、潮坪和內(nèi)陸咸水湖環(huán)境的產(chǎn)物。在濱淺海環(huán)境，大量碳酸鹽的形成與溫暖的氣候有關(guān)。5）生物化石的種類和生態(tài)組合許多生物對(duì)環(huán)境的物理、化學(xué)條件（如溫度、鹽度、水深、基底性質(zhì)等）十分敏感，它們只生活在適合它們生存的環(huán)境之中。因此，每種沉積環(huán)境中都會(huì)有一些特征的生物。我們可以從生物化石的種類、結(jié)構(gòu)、生活方式、活動(dòng)痕跡等方面都可以獲得一些與環(huán)境和氣候相關(guān)的信息。能夠指示特定環(huán)境特征的化石---指相化石。種類：多數(shù)生物是生活在特定的環(huán)境之中。狹溫生物和廣溫生物；狹鹽生物和廣鹽生物；結(jié)構(gòu)：植物的年輪和葉形；貝殼的厚度；特殊的結(jié)構(gòu)構(gòu)造等。生活方式：底棲、游泳、浮游；底棲固著活動(dòng)痕跡（遺跡化石）：海洋環(huán)境中的遺跡化石可以指示水體的深度變化。地理學(xué)：研究地球變面地理環(huán)境的結(jié)構(gòu)分布及其發(fā)展變化的規(guī)律性以及人地關(guān)系的學(xué)科。古地理學(xué)：研究地球地質(zhì)時(shí)期表面地理環(huán)境的結(jié)構(gòu)分布及其發(fā)展變化的規(guī)律的學(xué)科古地理圖：將地質(zhì)時(shí)期的地理情況按照一定比例尺和花紋在平面上表現(xiàn)出來稱為古地理圖2．古地理環(huán)境的恢復(fù)和古