第二十四章碳酸盐岩沉积相.docx

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第二十四章碳酸盐岩沉积相

第二十四章碳酸盐岩沉积相

§24-1碳酸盐岩沉积环境和沉积作用

一、碳酸盐岩沉积环境和沉积特征

●主要形成于温暖气候条件的浅海环境。

以化学、生物化学、生物、机械多种机制综合形成的一类化学岩及生物化学岩。

颗粒和灰泥（相当于杂基）的比例及其组合而成的多种岩石类型，是浅海相碳酸盐岩沉积环境的重要标志。

深水碳酸盐岩多起因于风暴条件，形成于大陆坡及深水盆地中。

具有叠覆递变的角砾化碳酸盐岩、具有鲍玛层序的典型浊积岩和深水超微化石及遗迹化石的组合层序是鉴别深水碳酸盐岩的重要相标志。

碳酸盐岩的形成和分布不仅受制于沉积环境，也与成岩环境和成岩作用密切相关。

碳酸盐岩具有易溶性和易变性。

二、碳酸盐岩沉积过程和沉积作用

●潮坪碳酸盐岩——缺乏陆源输入物、海浪被阻止、潮汐为主的碳酸盐岩盆地环境，——古今分布最广的一类碳酸盐岩沉积。

潮汐沉积作用带主要发生在：

1）潮下带环境——高能、低能沉积带。

2）潮间沉积带——具间歇能所形成的岩石类型和相标志。

3）潮上沉积带——具暴露蒸发和交代作用标志。

潮坪环境中以物理—生物作用为特征所形成的藻叠层及其形态分带是划分潮坪环境（相）的主要相标志。

●海滩碳酸盐岩——主要处于缺乏障璧的开阔浅海（无广阔藻席）；其次主要受制于波浪能量大小，在不同古地形和水动力条件作用下，形成鲕粒滩（岩）、内碎屑滩（岩）和生屑滩（岩）等，其中有发育的冲洗层理和交错层理，以及生物扰动构造。

视岩性、结构和构造特征的变化，它们可分别组合成不同类型的相层序。

●生物礁碳酸盐岩——具格架的珊瑚礁碳酸盐岩，特定形成条件：

1）造礁生物在迎浪带原地生长营造起来的。

2）具水下凸起的地貌，沉积厚度比相邻地区大。

3）具生物格架或只有造礁生物原地生长的痕迹。

4）于海面～水深200m以下，可延伸到400～500m，取决于造礁生物所需的温度、阳光而定。

正确识别生物礁沉积体不同带的岩石学特征是划分亚相和微相的主要标志。

不同相带的礁碳酸盐岩具有不同的生储条件。

●浅海风暴流及其沉积作用特征明显，具有良好的指相性。

在风暴流控制的浅海碳酸盐台地，分为正常天气和风暴天气，从而双向或出现由于风暴波能的巨大的风暴潮，一般风暴潮差在6m以上。

风暴潮冲刷岸滩或浅滩产生潮水回流，变化于正常浪底之下，形成风暴沉积物。

风暴岩具有类似鲍玛层序的相层序，但底模（钵模）构造、丘状交错层理和生物逃逸是鉴别风暴沉积物（岩）的重要相标志。

●大陆坡碳酸盐沉积

——其主要由正常的远洋超微化石（翼足类、海绵骨针、放射虫等）的软泥相组成，间夹有来自大陆架浅水环境的重力流角砾岩和有递变—无递变的石灰质浊积岩相组成。

根据大陆坡上的相对位置、边缘性质（沉积的还是叠积的）以及它们的构造背景，可划分不同类型的大陆坡碳酸盐岩沉积序列。

●深海碳酸盐岩盆地沉积

指平均海水深度大于200m的碳酸盐沉积环境。

└→包括大陆坡、陆隆、海沟、海底狭谷、海岭、洋中脊和深海平原等

水深大于1500m或2000m的静态下深水碳酸盐沉积起决定性控制因素的主要是水体深度。

海洋水层深度分层（带）、海水柱的密度分层、滞水无氧深度、碳酸钙沉积补偿深度（CCD）以及硅质沉积物补偿深度（QCD），都是具有广泛而又有普遍控制意义的深水碳酸盐沉积作用的平衡面。

现代深海沉积物大约在超过CCD面以下的400m水深中巳不存在碳酸盐软泥，而残留的是100％由陆源泥组成的“红粘土相”。

在部分现代大洋QCD界面以下的4500m的海底沉积物中，则大量出现由硅质超微化石细成的软泥，这些深水成因的硅泥岩在许多深水碳酸盐岩序列中以形态各异（层状、纹层状、条带状、结核状）的硅质岩与深海泥晶碳酸盐岩共生。

最近发现许多深水硅质岩中具有递变纹理。

深水蒸发盐沉职作用模式已被不少实例加以证实。

巨厚的蒸发盐沉积物内部没有浅水和暴露标志，而有黑色页岩和纹层状碳酸盐岩夹层。

深水蒸发盐沉积物（岩）主要由纹层状碳酸盐岩、纹层状石盐组成，除夹黑色页岩和纹层状碳酸盐沉积物（岩）外，有时夹深水重力流泥质沉积物（岩）。

三、碳酸盐岩沉积相标志

众多类型的碳酸盐岩构造是恢复岩相古地理条件的重要相标志。

正确划分层理类型是确定古水流类型、古流向的重要标志。

▲浅水环境——以牵引流水流机制为特征。

依据颗粒床沙形态，形成各种类型的交错层理、波状－斜波状层理和平行层理等，以及形成于低能环境的水平层理。

特殊的沉积构造特征有助于反映特定的沉积条件，如竹叶状砾屑组构是风暴流沉积的标志，丘状交错层理是风暴沉积的标志，递变和叠覆递变层理是深水重力流沉积的标志，泄水、滑动—滑塌层理是液化流、震积作用的主要沉积标志。

▲上、下层面的流痕及印模构造，具有良好的指向性。

如顶层面的不同形态、大小规模不一的波痕和流痕，是潮汐—波浪带浅水沉积作用的重要沉积标志；底面印模构造中的槽模和沟模，可以有效地指示碳酸盐沉积物重力流水流机制；特殊形态的铸模或口袋构造是指示风暴流沉积初期的相标志。

▲碳酸盐岩中丰富的生物化石和遗迹化石是碎屑岩所不能比拟的相标志。

正确区分底牺、浮游和游泳生物化石及其比例，对恢复古水深、古水动力条件十分重要。

根据生态学进一步划分种属组合类型，对划分亚相和微相至关重要。

▲遗迹化石或生物扰动构造的正确划分和识别，对碳酸盐沉积环境和地质历史事件的恢复具有良好效果。

▲碳酸盐岩中的溶解、渗滤和暴露标志以及其他化学成因的构造，也是碳酸盐岩中所特有的，它们可以有效地指示沉积一同生期所发生的各种变化，指示特定的沉积环境。

§24-2碳酸盐岩沉积相模式

●三种国外常用的浅水碳酸盐岩沉积相模式划分方案。

三为重点

一、陆表海沉积相模式

肖（Shaw，1964）首先把碳酸盐的主要沉积场所——浅海——划为陆表海和陆缘海两个类型。

●陆表海（epeiricsea，或内陆海、陆内海、大陆海）:

是位于大陆内部或陆棚内部的、低海底坡度（＜1ft／mile，0.3048m/1609.344m＝、范围广阔（宽×00～×000mile）、很浅（仅×0m）浅海。

●陆缘海（pericontinental，或大陆边缘海）:

是位于大陆边缘或陆棚边缘或大洋边缘、坡度较大（约2～10ft／mile）、范围较小（宽100～300mile）、深度较大（200～350m）的浅海。

地质历史中——大都是陆表海。

但现代浅海——都是陆缘海。

肖第一次论述了陆表海的水体能量特征，——奠定了陆表海碳酸盐岩沉积环境分析的理论基础。

欧文（Irwin，1965）在肖的陆表海能量分布模式的基础上，提出了陆表海清水沉积作用的一般原理：

指没有或很少有陆源物质流入的陆表海环境中的碳酸盐沉积作用。

即缺少砂泥陆源物质、水体清澈——是陆表海碳酸盐沉积作用的必不可少的环境因素之一。

并潮汐、波浪能量——划出三个能量带：

远离海岸的X带（低能带）

稍近海岸的Y带（高能带）

靠近海岸的Z带（低能带）

二、混积型沉积相模式

阿姆斯特朗（Armstrong，1974）据北美阿拉斯加北极地区石炭系两种不同的沉积组合，拟定了两个沉积模式：

即碎屑岩—碳酸盐岩沉积模式

碳酸盐岩沉积模式

●碎屑岩—碳酸盐岩沉积模式（图24-3）代表一个海进组合。

1．陆相——主要为滨海的咸水至淡水沼泽沉积。

黑色碳质页岩、粉砂岩及砂岩，夹薄煤层，含大量植物化石，具冲刷－充填构造。

2．局限台地相——又分近岸和远岸亚相带。

▲近岸带：

以陆源碎屑为主，为暗灰色页岩、粉砂岩、细砂岩和泥岩，化石少。

▲远岸带：

以含海绵骨针的泥岩为主，含粘土质，常含棘皮类、苔藓类碎屑。

3．开阔台地相——分为向岸和向海亚相带。

▲向陆带：

主要为含粪粒、球粒的颗粒质泥岩及泥质颗粒岩，含一些粘土及粉砂，苔藓类、腕足类、有孔虫类以及丛状珊瑚发育。

▲向海带：

主要为棘皮类及苔藓类碎屑的泥质颗粒岩和颗粒质泥岩，含粘土很少，近岸浅滩处有大量多角状珊瑚，但丛状珊瑚较少。

另外，浅滩相主要为鲕粒及生物碎屑的颗粒岩，具有交错层理。

这一模式对陆源碎屑岩与碳酸盐岩组成韵律地层进行相分析时颇有参考价值。

●碳酸盐岩沉积模式

代表一个碳酸盐岩台地的沉积，陆源碎屑含量极少。

此模式的九个相带是：

①停滞缺氧盆地；②潮汐陆棚；③斜坡脚；④前斜坡；⑤开阔海陆棚；

浅滩水；⑦开阔台地（或陆棚澙湖）相；⑧局限台地相；

潮间—潮上带。

这是一个综合性的碳酸盐岩台地模式。

三★、碳酸盐岩综合相模式——威尔逊（Wilson，1975）模式

目前国内外流传也比较广，这是一个理想化的碳酸盐岩综合模式。

他归纳了陆棚上碳酸盐岩台地和边缘温暖浅水环境中碳酸盐岩沉积类型的地理分布规律，把碳酸盐岩划分为：

三个大沉积区、九个相带、24个标准微相。

以横切陆棚边缘的剖面，从海至陆九个相带依次是：

①盆地相；②开阔陆棚（广海陆棚）相；③碳酸盐岩台地的斜坡脚（或盆地边缘）相；④碳酸盐岩台地的前斜坡（或台地前缘斜坡）相；⑤台地边缘的生物礁相；⑤簸选的台地边缘砂（或台地边缘浅滩）相；⑦开阔台地（或陆棚澙湖）相；

局限台地相；⑨台地蒸发岩（或蒸发岩台地）相。

有关各相带的沉积特征如图24－5所示。

1．盆地相

▲静水还原环境：

位于波基面和氧化界面以下，水深×0～×00m。

▲不适于底栖生物生长：

因水深光暗。

▲沉积物：

从外带入的细粒泥质和硅质，及浮游生物。

▲停滞缺氧的和过咸化条件均可出现。

按沉积特征盆地相可分为：

1）石灰岩浊积岩相：

来自陆棚或陆棚斜坡带的碳酸盐角砾、微角砾及砂屑等内碎屑（异化颗粒），也常含外来岩块或漂砾，夹有深海结核和泥质岩层，厚度较大，但常有变化。

因强烈拗陷及沉积物不稳定性→具复理石结构和构造的巨厚深海沉积。

2）深海瘦地槽相：

深海沉积物为主，无大量异地石灰岩堆积。

当粘土注入量很少且水深超过碳酸盐补偿深度时，常聚集硅质沉积。

常见放射虫岩、红色泥晶石灰岩及红色结核石灰岩、浅色远洋泥晶石灰岩、暗色盆地泥晶石灰岩、骨针石灰岩，以及含有菊石、放射虫、管状有孔虫、远洋瓣鳃类和棘皮类的微球粒泥晶石灰岩等。

红色是因细粒物质缓慢沉积，且缺乏有机物质，高价铁未能还原所致。

3）克拉通盆地（欠补偿和停滞缺氧的）碳酸盐岩相：

▲位于氧化界面以下的静水沉积环境。

▲缺少底栖生物生长：

水太深（水深＞30m，多为几百米）、太暗。

▲底部水体停滞缺氧:

来自周围陆棚的底流可为超盐度、较大密度，不易上流所致。

▲主要岩石类型：

薄层暗色石灰岩、暗色页岩或粉砂岩，及一些薄层石膏，色多样，纹层发育，也有波状交错层理。

陆源碎屑呈薄层，石英粉砂岩、页岩与石灰岩互层出现。

燧石也较常见。

▲生物群：

主要为自游及浮游生物；大型生物化石有笔石、浮游瓣鳃类、菊石、海绵骨针等；微体化石有钟纤虫、钙球、硅质放射虫、硅藻等。

2．开阔陆棚相（或广海陆棚相）

典型的较深的浅海沉积环境：

▲水深×0～l00m，一般为氧化环境。

盐度正常，水体循环良好。

▲海底一般在波基面以下，但大风暴可影响底部沉积物。

▲陆棚较宽阔，沉积作用相当均匀。

▲主要岩石类型——富含化石的石灰岩与泥灰岩；

▲呈灰、绿、红及棕等色，视氧化和还原条件而异；

▲普遍见生物扰动构造。

▲层理薄～中，或呈波状～结核状。

泥灰岩——见球状或流动状构造，还可见泥丘和尖塔礁。

陆源物质有石英粉砂岩、页岩等，与石灰岩互层，成层性好。

▲生物群：

代表正常盐度的介壳化石，狭盐性动物群的腕足类、珊瑚、头足类及棘皮类等很发育。

▲与开阔台地相很相似，常难加以区别。

3．碳酸盐岩台地的斜坡脚相（或盆地斜坡相或盆地边缘相）

▲位于碳酸盐岩台地的斜坡末端；

▲水体深度：

与开阔陆棚相相似，一般位于波基面以下，但高于氧化界面。

▲沉积物：

由远洋浮游生物及来自相邻的碳酸盐岩台地的细碎屑组成；为薄层、层理完好的碳酸盐岩，夹少量粘土质及硅质夹层。

此岩石类似盆地相沉积物，但含泥质较少，厚度较大。

▲某些韵律性或类似复理石层理的薄层石灰岩可达数百米，有滑塌现象。

4．碳酸盐岩台地的前斜坡相（或台地前缘斜坡相）

为深水陆棚和浅水碳酸盐岩台地的过渡沉积。

▲波基面之上～波基面以下，但一般位于含氧海水下限之上；

▲此斜坡的角度可达30°；

▲主要由各种碎屑（灰砂，或细粒碳酸盐岩）组成，堆积在向海的斜坡上。

▲沉积物不稳定，其大小和形状变化极大——可呈层状，有细粒层，也有巨大的滑塌构造，或为前积层及楔形体岩层。

▲广海生物十分丰富。

5．台地，边缘的生物礁相

▲生态特征：

取决于水体的能量、斜坡陡峻程度、生物繁殖能力、造架生物的数量、粘结作用、捕集作用、出露水面的频率以及后来的胶结作用。

▲生物建造可分为三种类型：

①灰泥丘或生物碎屑丘：

②圆丘礁台或斜坡；

③格架建筑的环礁。

主要由块状石灰岩和白云岩组成，几乎全由生物组成，也有许多生物碎屑。

6．簸选的台地边缘砂相（或碳酸盐岩台地边缘浅难相）

▲主要呈砂洲、海滩、扇形或带状的滨外坝或潮汐坝，或风成砂丘岛。

▲一般位于海平面之上到5～10m水深的范围内。

▲颗粒受波浪、潮汐或沿岸海流的簸选，比较洁净。

▲此带盐度正常，循环良好，氧气充足。

▲因底质经常变动，因此不适于海洋生物繁殖。

7．开阔台地相

▲位于台地边缘之后的海峡、澙湖及海湾中，因此也可以用陆棚澙湖或台地澙湖来命名。

▲此环境水较浅（×～×0m），正常～略偏高盐度，水流环境中等。

▲适合各种生物生长，但无狭盐性生物。

▲沉积物结构变化大，但含相当数量的灰泥。

8．局限台地相（半封闭一封闭的台地）

▲真正的澙湖，海水循环受到很大限制，盐度显著提高。

▲可分为堤礁（堡礁）之间或堤礁（堡礁）之后的澙湖；沿岸砂嘴之后的澙湖环礁内的澙湖；还包括潮间带环境。

▲主要沉积物：

灰泥，堆积于天然堤、潮汐坪、澙湖内。

粗粒沉积物见于潮汐沟以及局部海滩内。

▲海水盐度变化较大，淡水、盐水、超盐水均有。

有的地区可暴露于水面以上，氧化和还原环境均有。

▲海水沼泽植物，也有淡水沼泽植物。

9．台地蒸发岩相

▲为潮上带，干热地区的潮上盐沼地或萨巴哈沉积均为此带典型代表。

▲此带经常位于海平面之上，仅在特大高潮或特大风暴时才被水淹没。

▲主要岩石类型为白云岩及石膏或硬石膏，可是交代成因。

常与红层共生。