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1、石油与天然气工程学院石油与天然气工程学院2011.2.102011.2.10沉积岩石学多媒体教程第一节第一节 碳酸盐沉积作用的基本特点碳酸盐沉积作用的基本特点第二节第二节 碳酸盐沉积环境碳酸盐沉积环境第三节第三节 碳酸盐岩沉积相模式碳酸盐岩沉积相模式第二十五章第二十五章 碳酸盐岩沉积环境与碳酸盐岩沉积环境与沉积相沉积相一、概述一、概述二、碳酸盐岩沉积环境二、碳酸盐岩沉积环境三、碳酸盐岩沉积作用三、碳酸盐岩沉积作用第一节第一节 碳酸盐岩沉积环境和沉积作用碳酸盐岩沉积环境和沉积作用一、概一、概 述述 INTRODUCTION碳酸盐岩占地质记录中沉积岩的四分之一碳酸盐岩占地质记录中沉积岩的四分之一提
2、供地球历史和环境的信息提供地球历史和环境的信息作为石油和一些金属元素的容岩作为石油和一些金属元素的容岩1.重要性重要性地史时期地史时期碳酸盐岩多碳酸盐岩多宽阔的陆表海有广泛宽阔的陆表海有广泛的碳酸盐岩沉积（古的碳酸盐岩沉积（古生代华北地台、杨子生代华北地台、杨子地台和北美大陆内部）地台和北美大陆内部），其沉积机制只有用，其沉积机制只有用地质记录的碳酸盐岩地质记录的碳酸盐岩本身来研究本身来研究。现代碳酸盐岩陆棚面现代碳酸盐岩陆棚面积较小：积较小：作为研究碳作为研究碳酸盐岩沉积机制（结酸盐岩沉积机制（结构和基本沉积作用）构和基本沉积作用）的天然实验室。的天然实验室。2.古今差异古今差异特性：特性：
3、形成于盆地之内，主要发育于正常海相环境形成于盆地之内，主要发育于正常海相环境 岩相分布与河流输入没有直接关系（自源特点）岩相分布与河流输入没有直接关系（自源特点）生物及生物化学作用要求清洁透光的海相环境生物及生物化学作用要求清洁透光的海相环境 生物骨架的作用准同生胶结作用导致有高于碎屑生物骨架的作用准同生胶结作用导致有高于碎屑沉积物的坡度和地形起伏沉积物的坡度和地形起伏碳碳酸酸盐盐岩岩沉沉积积层层序序的的发发育育及及堆堆积积样样式式也也受受相相对对海海平平面面波波动动的的影影响响。海海平平面面的的波波动动也也会会导导致致碳碳酸酸盐岩沉积体系发生系统性变化。盐岩沉积体系发生系统性变化。3.3.碳
4、酸盐岩与碎屑岩的异同点碳酸盐岩与碎屑岩的异同点共性：共性：碳酸盐沉积物碳酸盐沉积物硅质碎屑沉积物硅质碎屑沉积物主要产在热带浅水环境中主要产在热带浅水环境中主要是海相的主要是海相的颗粒大小一般反映的是生物骨骼和钙颗粒大小一般反映的是生物骨骼和钙化坚硬部分的大小化坚硬部分的大小钙质软泥的存在表明生物大量繁殖钙质软泥的存在表明生物大量繁殖浅水砂质砂体主要是局部的物理化学浅水砂质砂体主要是局部的物理化学或生物作用形成的碳酸盐或生物作用形成的碳酸盐沉积物局部聚集不是水动力条件变化沉积物局部聚集不是水动力条件变化引起的，但能改变周围的环境的性质引起的，但能改变周围的环境的性质沉积物通常被胶结在海底上沉积物
5、通常被胶结在海底上沉积物在沉积过程周期性出露导致强沉积物在沉积过程周期性出露导致强烈的成岩作用，特别是胶结作用和重烈的成岩作用，特别是胶结作用和重结晶作用结晶作用不同沉积相的特点经浅变质作用后消不同沉积相的特点经浅变质作用后消失失气候不限，见于全球各种环境气候不限，见于全球各种环境海相和陆相海相和陆相颗粒大小反映的是沉积环境水动力能颗粒大小反映的是沉积环境水动力能量的大小量的大小软泥的存在表明悬浮沉降作用软泥的存在表明悬浮沉降作用浅水砂质砂体是由水流和波浪相互作浅水砂质砂体是由水流和波浪相互作用形成的用形成的沉积环境的变化一般是水动力变化引沉积环境的变化一般是水动力变化引起的起的沉积物在沉积环
6、境和海底上仍未固结沉积物在沉积环境和海底上仍未固结沉积物在沉积过程周期性的出露对沉沉积物在沉积过程周期性的出露对沉积物的影响不大积物的影响不大不同沉积相的特点经浅变质作用后仍不同沉积相的特点经浅变质作用后仍能保存下来能保存下来碳酸盐沉积物和硅质碎屑沉积物异同点碳酸盐沉积物和硅质碎屑沉积物异同点海相：海相：海海相相温温水水型型：现现代代碳碳酸酸盐盐岩岩陆陆棚棚主主要要位位于于低低纬纬度度热热带带、亚亚热热带带少少有有陆陆源源物物质质进进入入的的清清洁洁的的浅浅海海，大大多多数数生生产产碳碳酸酸盐盐岩岩的的陆陆棚棚都都与与大大陆陆相相连连，如如Florida Florida Bay Bay 和和A
7、ustraliaAustralia西西部部，只只有有少少数数陆陆棚棚才才在在大大洋洋岛岛屿屿周周围围，如如巴巴哈哈马马台台地地和和太太平洋环礁。平洋环礁。海海相相冷冷水水型型：温温带带（冷冷水水）碳碳酸酸盐盐岩岩见见于于南南纬纬32-4032-40澳澳大大利利亚亚以以南南陆陆棚棚，西西北北欧欧陆陆棚棚的的部部分分地地区区，以以及及苏苏格格兰兰东东北北的的OrkneyOrkney陆棚。陆棚。海相深水型：海相深水型：钙质软泥和沉积物重力流沉积钙质软泥和沉积物重力流沉积 非海相：非海相：形成于湖泊、河流、洞穴、土壤和沙漠的非海相环境，可形成于湖泊、河流、洞穴、土壤和沙漠的非海相环境，可作为古环境的指
8、标，但它们在地质记录中所占的体积很小作为古环境的指标，但它们在地质记录中所占的体积很小4.地理分布类型地理分布类型一、概述一、概述二、碳酸盐岩沉积环境二、碳酸盐岩沉积环境三、碳酸盐岩沉积作用三、碳酸盐岩沉积作用第一节第一节 碳酸盐岩沉积环境和沉积作用碳酸盐岩沉积环境和沉积作用二、碳酸盐岩沉积环境二、碳酸盐岩沉积环境CARBONATE ENVIRONMENTS1.几种常用的术语几种常用的术语碳酸盐建隆碳酸盐建隆(carbonate buildup)：指在原地形成的横向上局限、呈指在原地形成的横向上局限、呈凸起地形的碳酸盐体凸起地形的碳酸盐体,它不涉及内部的组成：它不涉及内部的组成：(1)生物格架
9、礁：生物格架礁：由抗浪的生物格架组成，该术语通常也称生物礁；由抗浪的生物格架组成，该术语通常也称生物礁；(2)生生物物滩滩：主主要要由由生生物物碎碎屑屑堆堆积积而而成成，大大部部分分是是由由于于陷陷落落或或阻阻挡挡作用而堆积，但也有一部分是由波浪和水流机械堆积的；作用而堆积，但也有一部分是由波浪和水流机械堆积的；(3)灰灰泥泥丘丘：灰灰泥泥基基质质超超过过了了其其它它组组分分，如如生生物物粘粘结结岩岩和和生生物物碎碎屑屑组分。因此它的形成兼有水动力学堆积和原地生物产生的作用；组分。因此它的形成兼有水动力学堆积和原地生物产生的作用；(4)沉积物堆积沉积物堆积(分选、磨蚀的骨骼分选、磨蚀的骨骼)建
10、隆：建隆：指任意形态的沉积物堆指任意形态的沉积物堆积，其内部组成表明，它主要是移动质点的机械堆积作用形成的。积，其内部组成表明，它主要是移动质点的机械堆积作用形成的。也有人用滩表示这一含义，如鲕粒滩、生物碎屑滩、砂屑滩、砾屑也有人用滩表示这一含义，如鲕粒滩、生物碎屑滩、砂屑滩、砾屑滩等。滩等。碳碳酸酸盐盐缓缓坡坡(carbonate ramp)：指指从从岸岸线线向向盆盆地地缓缓慢慢倾倾斜斜的的大大型型碳碳酸酸盐盐沉沉积积体体，其其坡坡度度很很小小(20C)绿藻珊瑚组合绿藻珊瑚组合（光合珊瑚光合珊瑚）生物对现代碳酸钙生产的作用与古代碳酸钙的形成不生物对现代碳酸钙生产的作用与古代碳酸钙的形成不一定
11、完全相同。下图说明显生宙各形成碳酸盐一定完全相同。下图说明显生宙各形成碳酸盐岩的岩的生物群生物群的相对重要性，主要碳酸盐岩生物是随时间变化的。的相对重要性，主要碳酸盐岩生物是随时间变化的。生物的分布特征：生物的分布特征：有助于碳酸钙沉积物的生产有助于碳酸钙沉积物的生产 陆棚上水的循环从深水区带来生物生长所需要的养分陆棚上水的循环从深水区带来生物生长所需要的养分 障壁岛波浪破碎使水与大气作用而增加水中的含氧量障壁岛波浪破碎使水与大气作用而增加水中的含氧量 由于水压的降低而降低由于水压的降低而降低CO2的含量的含量（2）物理作用）物理作用 Physical Processes 因此，现代的礁体在波
12、浪搅动带最发育，因此，现代的礁体在波浪搅动带最发育，生物成因生物成因的碳酸钙沉积物总的来说是波浪运动刺激的结果。的碳酸钙沉积物总的来说是波浪运动刺激的结果。动荡的动荡的水体是鲕粒形成的关键因素，水体流动导致水下增生和胶水体是鲕粒形成的关键因素，水体流动导致水下增生和胶结也有助于葡萄石和粪球粒的形成与保存；结也有助于葡萄石和粪球粒的形成与保存；对碳酸盐岩物质的改造和搬运作用对碳酸盐岩物质的改造和搬运作用在沉积物的重新悬浮和搬运过程中的主要营力：在沉积物的重新悬浮和搬运过程中的主要营力：波浪、水流、风暴、沉积物重力流波浪、水流、风暴、沉积物重力流波浪和水流：波浪和水流：对碳酸盐岩沉积物的搬运和簸选
13、在高能的对碳酸盐岩沉积物的搬运和簸选在高能的陆棚台地外缘特别常见；礁体前缘强波浪的击打导致礁陆棚台地外缘特别常见；礁体前缘强波浪的击打导致礁石的破碎，产生被向海向陆搬运的生物碎屑；石的破碎，产生被向海向陆搬运的生物碎屑；波浪和水流波浪和水流把碳酸盐岩泥从粗粒沉积物中簸选出把碳酸盐岩泥从粗粒沉积物中簸选出来并搬运到陆棚台地和其它局限的陆棚地区。来并搬运到陆棚台地和其它局限的陆棚地区。粗粒沉积物粗粒沉积物本身可以作为簸选后的滞留沉积，本身可以作为簸选后的滞留沉积，形成砂或砾石坪，也可以被搬运沉积形成浪形成砂或砾石坪，也可以被搬运沉积形成浪成坝和浅滩、海滩、砂嘴，或者潮汐三角洲成坝和浅滩、海滩、砂嘴
14、，或者潮汐三角洲和潮汐坝。和潮汐坝。风暴、沉积物重力流：风暴、沉积物重力流：风暴对陆棚碳酸盐岩沉积物的改造与对硅质风暴对陆棚碳酸盐岩沉积物的改造与对硅质碎屑沉积物的改造一样；沉积在斜坡和盆地的深水环境深水碳酸盐碎屑沉积物的改造一样；沉积在斜坡和盆地的深水环境深水碳酸盐岩，除了远洋碳酸盐岩（侏罗纪以后的钙质浮游生物：有孔虫、绿岩，除了远洋碳酸盐岩（侏罗纪以后的钙质浮游生物：有孔虫、绿藻、微体腹足类等）外，主要是被藻、微体腹足类等）外，主要是被风暴、沉积物重力流风暴、沉积物重力流搬运到深水搬运到深水环境的浅水碳酸盐岩环境的浅水碳酸盐岩生物在碳酸盐形成中的重要作用生物在碳酸盐形成中的重要作用水动力条
15、件对碳酸盐沉积的控制水动力条件对碳酸盐沉积的控制碳酸盐沉积基本上是在原地形成的碳酸盐沉积基本上是在原地形成的碳酸盐沉积主要形成于温暖、清洁、透光的浅水碳酸盐沉积主要形成于温暖、清洁、透光的浅水环境环境碳酸盐的沉积作用迅速，但容易受到抑制碳酸盐的沉积作用迅速，但容易受到抑制2.2.碳酸盐沉积的基本条件碳酸盐沉积的基本条件（1 1）生物在碳酸盐形成中的重要作用）生物在碳酸盐形成中的重要作用生物可以把壳体，死生物可以把壳体，死亡后沉积于水底，直亡后沉积于水底，直接由生物形成的碳酸接由生物形成的碳酸盐组分数量很大，其盐组分数量很大，其中有灰泥、碳酸盐颗中有灰泥、碳酸盐颗粒及原地生物礁等粒及原地生物礁等
16、海洋生物可以通过吸海洋生物可以通过吸收大量收大量CO2改变介质改变介质的条件，促进碳酸钙的条件，促进碳酸钙的沉淀的沉淀生物扰动等遗迹化石生物扰动等遗迹化石（2 2）水动力条件对碳酸盐沉积的控制）水动力条件对碳酸盐沉积的控制灰泥总是堆积在灰泥总是堆积在安静的环境中安静的环境中较粗的颗粒如砾较粗的颗粒如砾屑、砂屑、生物屑、砂屑、生物碎屑等沉积在水碎屑等沉积在水动力条件较强的动力条件较强的水体中水体中有一些碳酸盐沉有一些碳酸盐沉积如生物礁等，积如生物礁等，呈块状的原地生呈块状的原地生物格架产出在水物格架产出在水动力条件活跃的动力条件活跃的地区地区碳碳酸酸盐盐沉沉积积物物基基本本上上是是在在原原地地或
17、或者者是是在在盆盆地内形成的地内形成的在在高高能能环环境境仅仅留留下下颗颗粒粒，在在安安静静环环境境中中颗颗粒与灰泥并存粒与灰泥并存在在碳碳酸酸盐盐沉沉积积中中，每每一一类类颗颗粒粒都都有有其其特特定定的形成条件的形成条件（3 3）碳酸盐沉积基本上是在原地形成的）碳酸盐沉积基本上是在原地形成的（4 4）碳酸盐主要形成于温暖、清洁、透光的浅水环境）碳酸盐主要形成于温暖、清洁、透光的浅水环境温暖的气候温暖的气候是碳酸盐沉是碳酸盐沉积的一个有积的一个有利条件利条件浑浊水体对浑浊水体对碳酸盐沉淀碳酸盐沉淀的抑制作用的抑制作用水浅温度高，水浅温度高，透光性好，透光性好，有利于生物有利于生物繁衍繁衍（5
18、5）碳酸盐的沉积作用迅速，但容易受到抑制）碳酸盐的沉积作用迅速，但容易受到抑制碳酸盐岩可容空间分布样式主要受碳酸盐岩可容空间分布样式主要受四个主要变量控制四个主要变量控制：（a）构造沉降：构造沉降：产生沉积物可容空间的；产生沉积物可容空间的；（b）全球海平面升降变化全球海平面升降变化：地层分布模式和岩相分布的主要控地层分布模式和岩相分布的主要控 制因素；制因素；（c）沉积速率：沉积速率：控制古水深；控制古水深；（d）气候：气候：是控制沉积物类型的主要因素，其中降雨量和温度是控制沉积物类型的主要因素，其中降雨量和温度 控制了碳酸盐岩、蒸发岩的分布。控制了碳酸盐岩、蒸发岩的分布。这这几几个个因因素
19、素的的相相互互配配置置和和综综合合构构成成相相对对海海平平面面波波动动。容容易易起起主主导导作作用用影影响响可可容容空空间间变变化化进进而而决决定定碳碳酸酸盐盐岩岩层层序序分分布布样样式式的的主主要要是是构构造造沉沉降降和和气气候候变变动动。要要造造成成巨巨厚厚的的碳碳酸酸盐盐沉沉积积，盆盆地地的的沉沉降降速速率率必必须须与与沉沉积积速速度度相相适适应应，气气候候、清清水水环环境境和和生生物物繁繁殖殖要要适适宜宜第一节第一节第一节第一节 碳酸盐岩沉积环境和沉积作用碳酸盐岩沉积环境和沉积作用碳酸盐岩沉积环境和沉积作用碳酸盐岩沉积环境和沉积作用第二节第二节第二节第二节 碳酸盐岩沉积相模式碳酸盐岩沉
20、积相模式碳酸盐岩沉积相模式碳酸盐岩沉积相模式第三节第三节第三节第三节 浅水碳酸盐岩的沉积浅水碳酸盐岩的沉积浅水碳酸盐岩的沉积浅水碳酸盐岩的沉积第四节第四节第四节第四节 生物礁和生物丘沉积生物礁和生物丘沉积生物礁和生物丘沉积生物礁和生物丘沉积第五节第五节第五节第五节 与浅水台地毗邻的深水碳酸盐沉积与浅水台地毗邻的深水碳酸盐沉积与浅水台地毗邻的深水碳酸盐沉积与浅水台地毗邻的深水碳酸盐沉积第五章第五章 海洋碳酸盐沉积体系海洋碳酸盐沉积体系第二节第二节 碳酸盐沉积相模式碳酸盐沉积相模式一、陆表海清水沉积作用一、陆表海清水沉积作用相模式相模式二、潮汐作用相模式二、潮汐作用相模式三、混积型沉积相模式三、混
21、积型沉积相模式四、威尔逊相模式（综合相模式）四、威尔逊相模式（综合相模式）五、浅水碳酸盐岩台地模式、深水相模式五、浅水碳酸盐岩台地模式、深水相模式 和生物礁相模式（专门讨论）和生物礁相模式（专门讨论）一、陆表海清水沉积相模式一、陆表海清水沉积相模式ShawShaw（19641964）把碳酸盐岩的主要沉积场所分为：把碳酸盐岩的主要沉积场所分为：陆缘海陆缘海和和陆表海陆表海陆表海：陆表海：没有陆表海台地的现代例子，但古生代和部没有陆表海台地的现代例子，但古生代和部分中生代确常有分中生代确常有几百至几千公里宽，覆盖几百万平方几百至几千公里宽，覆盖几百万平方公里的浅水台地公里的浅水台地；我们只能我们只
22、能推测推测在这种宽阔陆棚上的水动力作用：在这种宽阔陆棚上的水动力作用：与广与广海相连，风暴和波浪强烈影响水循环，潮汐作用也很海相连，风暴和波浪强烈影响水循环，潮汐作用也很重要，陆源碎屑输入少。重要，陆源碎屑输入少。（1 1）X X带带(低能带低能带)位于浪底或浪基面以下位于浪底或浪基面以下（2 2）Y Y带带(高能带高能带)从波浪冲击海底的地点起，直到波从波浪冲击海底的地点起，直到波浪及潮汐的能量大部被消耗掉为止浪及潮汐的能量大部被消耗掉为止（3 3）Z Z带带(低能带低能带)位于位于Y Y带的向岸方向，直到滨岸为止带的向岸方向，直到滨岸为止(1)X(1)X带带(低能带低能带)沉积物主要来自沉
23、积物主要来自Y Y带的细粒物质即带的细粒物质即灰泥灰泥底栖生物和藻类都不发育底栖生物和藻类都不发育沉积物多呈暗色沉积物多呈暗色这一环境有利于生油这一环境有利于生油（2 2）Y Y带带(高能带高能带)向海方向一侧，由于向海方向一侧，由于营养物质及氧均较充营养物质及氧均较充分，各种生物分，各种生物(包括造包括造礁生物礁生物)发育，常形成发育，常形成生物礁生物礁向陆一侧是各种较粗向陆一侧是各种较粗的颗粒堆积的有利场的颗粒堆积的有利场所所碳酸盐岩都是良好的碳酸盐岩都是良好的石油和天然气的储集石油和天然气的储集岩岩（3 3）Z Z带带(低能带低能带)此带水很浅此带水很浅波浪及潮汐作用很弱，其能量大多被波
24、浪及潮汐作用很弱，其能量大多被海底摩擦消耗掉海底摩擦消耗掉水循环也很弱水循环也很弱形成白云石以及各种盐类矿物的沉积形成白云石以及各种盐类矿物的沉积在此带形成的岩石主要是泥晶石灰岩、在此带形成的岩石主要是泥晶石灰岩、泥晶白云岩以及蒸发岩泥晶白云岩以及蒸发岩化石少见，但叠层藻席却相当发育化石少见，但叠层藻席却相当发育二、潮汐作用相模式二、潮汐作用相模式潮上带潮上带潮间带潮间带局限潮下带局限潮下带开阔潮下带开阔潮下带（1 1）潮上带）潮上带主要由白云岩、白云质泥晶石灰主要由白云岩、白云质泥晶石灰岩、球粒泥晶石灰岩组成岩、球粒泥晶石灰岩组成在高潮或风暴时，沉积物沉积在在高潮或风暴时，沉积物沉积在有藻席
25、覆盖的潮坪上有藻席覆盖的潮坪上在低潮时，沉积物的上层和藻席在低潮时，沉积物的上层和藻席发生干裂、风蚀以及后来的再改造，发生干裂、风蚀以及后来的再改造，就可以形成砾石级或细小的内碎屑就可以形成砾石级或细小的内碎屑白云石是毛细管浓缩白云化作用白云石是毛细管浓缩白云化作用的产物的产物(2)(2)潮间带潮间带潮潮间间带带的的上上部部,其其干干燥燥和和泥泥裂作用与潮上带相同裂作用与潮上带相同在在潮潮间间带带下下部部，风风暴暴和和潮潮汐汐能能量量形形成成内内碎碎屑屑及及生生物物碎碎屑屑堆积堆积潮间带上部藻席茂盛潮间带上部藻席茂盛潮潮间间带带下下部部柱柱状状叠叠层层石石以以及及藻灰结核常见藻灰结核常见虫虫孔
26、孔常常见见,潮潮间间带带上上部部多多为为垂垂直直虫虫孔孔，下下部部多多为为水水平平虫虫孔孔潮间带也可有白云化现象潮间带也可有白云化现象（3 3）开阔潮下带）开阔潮下带为高能量环境，波浪和潮汐可以为高能量环境，波浪和潮汐可以搅动和簸选底部的沉积物搅动和簸选底部的沉积物主要沉积是清洁的主要沉积是清洁的(即无灰泥的即无灰泥的)内碎屑石灰岩或生物碎屑石灰岩内碎屑石灰岩或生物碎屑石灰岩可出现低角度斜层理可出现低角度斜层理各种海洋生物如棘皮类、珊瑚、各种海洋生物如棘皮类、珊瑚、腕足类、三叶虫以及软体动物均腕足类、三叶虫以及软体动物均很发育很发育（4 4）局限潮下带）局限潮下带此带为较低能的环境此带为较低能
27、的环境此带的岩石主要是轻微冲刷的内碎屑生物此带的岩石主要是轻微冲刷的内碎屑生物碎屑石灰岩和致密的内碎屑生物碎屑石灰碎屑石灰岩和致密的内碎屑生物碎屑石灰岩，其基质主要是灰泥即泥晶，也有亮晶岩，其基质主要是灰泥即泥晶，也有亮晶此带也和开阔潮下带一样有多变的生物群此带也和开阔潮下带一样有多变的生物群在此带的较浅部位，还可出现由生物泥晶在此带的较浅部位，还可出现由生物泥晶石灰岩和粘结岩组成的生物丘石灰岩和粘结岩组成的生物丘三、混积型相模式三、混积型相模式 MIXED CARBONATE-SILICICLASTIC SYSTEMS 事事实实上上，地地层层序序列列中中经经常常出出现现碳碳酸酸盐盐岩岩和和硅
28、硅质质碎碎屑屑岩混积现象，岩混积现象，阿阿姆斯特姆斯特朗（朗（ArmstrongArmstrong，19741974）：）：碎屑岩碳酸盐岩混积相模式碎屑岩碳酸盐岩混积相模式 碳酸盐岩相模式碳酸盐岩相模式空空间间变变化化：由由能能产产生生碳碳酸酸盐盐岩岩和和硅硅质质碎碎屑屑岩岩侧侧向向指指状状交交错的侧向相变（环境的空间变化）形成的；错的侧向相变（环境的空间变化）形成的；时时间间变变化化：由由于于海海平平面面变变化化和和/或或沉沉积积物物供供给给变变化化导导致致地层序列的垂向相变（称作时间变化）的结果；地层序列的垂向相变（称作时间变化）的结果；因因此此硅硅质质碎碎屑屑岩岩相相可可以以是是碳碳酸酸
29、盐盐岩岩侧侧向向指指状状交交错错相相变变，也也可可以以是是碳碳酸酸盐盐岩岩序序列列中中的的特特征征夹夹层层；碳碳酸酸盐盐岩岩硅硅质质碎碎屑屑岩岩的的转转换换是是环环境境变变化化（如如海海岸岸到到内内陆陆棚棚、中中陆陆棚棚到到外外陆陆棚棚等等）的的结结果果，可可以以出出现现在在温温带带或或热热带带的的陆陆棚环境。棚环境。四、威尔逊相模式四、威尔逊相模式盆地盆地沉积区沉积区 盆地相盆地相 开阔陆棚（广海陆棚）相开阔陆棚（广海陆棚）相 碳酸盐岩台地的斜坡脚（盆地边缘）相碳酸盐岩台地的斜坡脚（盆地边缘）相台地边缘台地边缘沉积区沉积区 碳酸盐岩台地的前斜坡（台地前缘斜坡）相碳酸盐岩台地的前斜坡（台地前缘
30、斜坡）相 台地边缘生物礁相台地边缘生物礁相 簸选的台地边缘砂（台地边缘浅滩）相簸选的台地边缘砂（台地边缘浅滩）相台地沉积区台地沉积区 开阔台地（陆棚泻湖）相开阔台地（陆棚泻湖）相 局限台地相局限台地相 台地蒸发岩（蒸发岩台地）相台地蒸发岩（蒸发岩台地）相WilsonWilson（19751975）归纳陆棚、台地边缘斜坡和盆地碳酸归纳陆棚、台地边缘斜坡和盆地碳酸盐岩沉积类型的地理分布规律而提出的理想化的综合模式盐岩沉积类型的地理分布规律而提出的理想化的综合模式A.A.盆地沉积区盆地沉积区（1 1）盆盆地地相相-不不利利于于底底栖栖生生物物的的生生长长和和碳酸盐的沉积：碳酸盐的沉积：浊浊积积灰灰岩
31、岩相相：由由来来自自邻邻近近陆陆棚棚及及陆陆棚棚斜坡的碳酸盐岩碎屑组成的异地石灰岩斜坡的碳酸盐岩碎屑组成的异地石灰岩深深海海瘦瘦地地槽槽相相：主主要要为为薄薄的的深深海海沉沉积积物物。常常见见有有放放射射虫虫岩岩、红红色色生生物物泥泥晶晶石石灰灰岩及红色结核石灰岩等岩及红色结核石灰岩等克克拉拉通通盆盆地地碳碳酸酸盐盐相相：为为暗暗色色薄薄层层石石灰岩。纹理发育灰岩。纹理发育(2)(2)开开阔阔陆陆棚棚相相-是是较较深深水水浅浅海海沉沉积积环环境境。主主要要为为富富含含化化石石的的石石灰灰岩岩与与泥泥灰灰岩岩。层层理理明显明显 (3)(3)碳碳酸酸盐盐台台地地的的斜斜坡坡脚脚相相-位位于于碳碳酸
32、酸盐盐台台地地的的斜斜坡坡的的末末端端，。主主要要为为薄薄层层的的细细粒粒石石灰灰岩岩。生生物物群群为为广广海海陆陆棚棚的的正正常常海海洋洋的的生物生物B.B.台地边缘沉积区台地边缘沉积区(4)(4)碳碳酸酸盐盐台台地地前前缘缘斜斜坡坡相相-位位于于深深水水陆陆棚棚与与浅浅水水碳碳酸酸盐盐台台地地过过渡渡带带。为为各各种种石石灰灰岩岩，有有大大型型的的滑滑塌塌构构造造(5)(5)台台地地边边缘缘生生物物礁礁相相-主主要要为为块块状状的的石石灰灰岩岩及及白白云云岩岩，几几乎乎全由生物骨骼组成全由生物骨骼组成(6)(6)簸簸选选的的台台地地边边缘缘砂砂相相-主主要要呈呈沙沙洲洲、沙沙滩滩、扇扇状状
33、或或带带状状的的滨外坝或风成沙丘岛滨外坝或风成沙丘岛C.C.台地沉积区台地沉积区(7)(7)开开阔阔台台地地相相-适适合合各各种种生生物物生生长长。主主要要为为各各种种石石灰灰岩岩。沉沉积积物物的的球球粒粒化化及潜穴作用常见及潜穴作用常见(8)(8)局局限限台台地地相相-泻泻湖湖相相。海海水水循循环环受受到到很很大大限限制制。主主要要为为泥泥晶晶灰灰岩岩，也也有有白白云云岩岩。纹纹理理、鸟鸟眼眼、藻藻叠叠层层石石、小小型型的的递递变变层层理理、白白云云石石壳壳及及钙钙质质结结壳壳等等构构造发育造发育(9)(9)台台地地蒸蒸发发岩岩相相-潮潮上上带带。主主要要为为白白云云岩岩及及石石膏膏或或硬硬
34、石石膏膏。纹纹理理发发育育，有有泥裂、叠层石等泥裂、叠层石等第一节第一节第一节第一节 碳酸盐岩沉积环境和沉积作用碳酸盐岩沉积环境和沉积作用碳酸盐岩沉积环境和沉积作用碳酸盐岩沉积环境和沉积作用第二节第二节第二节第二节 碳酸盐沉积相模式碳酸盐沉积相模式碳酸盐沉积相模式碳酸盐沉积相模式第三节第三节第三节第三节 浅水碳酸盐岩的沉积序列浅水碳酸盐岩的沉积序列浅水碳酸盐岩的沉积序列浅水碳酸盐岩的沉积序列第四节第四节第四节第四节 生物礁和生物丘生物礁和生物丘生物礁和生物丘生物礁和生物丘第五节第五节第五节第五节 与浅水台地毗邻的深水碳酸盐沉积与浅水台地毗邻的深水碳酸盐沉积与浅水台地毗邻的深水碳酸盐沉积与浅水台
35、地毗邻的深水碳酸盐沉积第五章第五章 海洋碳酸盐沉积体系海洋碳酸盐沉积体系第三节第三节 浅水碳酸盐岩的沉积序列浅水碳酸盐岩的沉积序列一、碳酸盐岩台地环境一、碳酸盐岩台地环境二、浅水碳酸盐岩的沉积序列二、浅水碳酸盐岩的沉积序列三、碳酸盐岩台地沉积实例三、碳酸盐岩台地沉积实例图图12.5展示现代镶边碳酸盐岩陆棚亚环境分布特征展示现代镶边碳酸盐岩陆棚亚环境分布特征一、碳酸盐岩台地环境一、碳酸盐岩台地环境 Subenvironments of Carbonate Platform Settings外陆棚为外陆棚为高能环境高能环境，以，以在台地边缘在台地边缘生物礁生物礁向陆向陆方向发育方向发育砂质、砾质席
36、砂质、砾质席和浅滩和浅滩为特征，为浅水为特征，为浅水生物（珊瑚、钙藻、苔生物（珊瑚、钙藻、苔藓）的骨骼碎屑和藓）的骨骼碎屑和/或鲕或鲕粒、球粒的滞留沉积；粒、球粒的滞留沉积；骨骼碎屑主要来自邻近骨骼碎屑主要来自邻近的生物礁，并被波浪磨的生物礁，并被波浪磨圆，砂质浅滩沉积分选圆，砂质浅滩沉积分选好、具交错层；古代的好、具交错层；古代的岩相为生物碎屑和鲕粒岩相为生物碎屑和鲕粒的颗粒灰岩和泥粒灰岩。的颗粒灰岩和泥粒灰岩。中陆棚中陆棚低能环境：低能环境：主要位于浪基面以下（局部主要位于浪基面以下（局部的点礁、浅滩和堤坝的点礁、浅滩和堤坝 可位于浪基面以上；可位于浪基面以上；碳酸盐岩缓坡可能会有高能环境
37、，发育碳酸盐岩缓坡可能会有高能环境，发育碳酸盐岩台地和砂滩）碳酸盐岩台地和砂滩）；水循环随陆棚条件由开放到局限水循环随陆棚条件由开放到局限：中陆：中陆棚外部开放，内部局限；是骨骼砂、灰棚外部开放，内部局限；是骨骼砂、灰泥、球粒、葡萄石等碳酸盐岩沉积物高泥、球粒、葡萄石等碳酸盐岩沉积物高生产带；生产带；正常海相生物正常海相生物广泛发育（腕足类、瓣腮广泛发育（腕足类、瓣腮类、腹足类、海百合、海胆类、钙藻、类、腹足类、海百合、海胆类、钙藻、苔藓和底栖有孔虫，在岩石中还有菊石苔藓和底栖有孔虫，在岩石中还有菊石和鹦鹉螺）和鹦鹉螺），在陆棚局限区域会有较高，在陆棚局限区域会有较高的忍耐性；生物扰动广泛；的
38、忍耐性；生物扰动广泛；沉积物分选差，高泥晶物质；沉积物分选差，高泥晶物质；古代岩相古代岩相以泥晶灰岩、骨屑或球粒泥晶灰岩，局以泥晶灰岩、骨屑或球粒泥晶灰岩，局部有分选好的颗粒灰岩和泥晶颗粒灰岩，部有分选好的颗粒灰岩和泥晶颗粒灰岩，这种岩相在地质记录中非常普遍这种岩相在地质记录中非常普遍内陆棚内陆棚大多数碳酸盐岩环境的大多数碳酸盐岩环境的内陆棚是内陆棚是低能的潮坪环低能的潮坪环境境，以沉积细粒沉积物，以沉积细粒沉积物为特征；然而，对于缓为特征；然而，对于缓坡台地来说，会出现以坡台地来说，会出现以发育碳酸盐岩海滩和钙发育碳酸盐岩海滩和钙质砂浅滩为特征的高能质砂浅滩为特征的高能近岸带。近岸带。潮下带
39、和潮间带下部沉积：潮下带和潮间带下部沉积：（类似于中陆棚内部）（类似于中陆棚内部）沉积生物潜穴和扰动发育的沉积生物潜穴和扰动发育的球球粒泥晶灰岩和骨屑泥晶灰岩粒泥晶灰岩和骨屑泥晶灰岩；盐度基本正常盐度基本正常，潮池、潮溪和，潮池、潮溪和其它水体可能会成为局限水体；其它水体可能会成为局限水体；腹足类和有孔虫非常繁盛腹足类和有孔虫非常繁盛，腹，腹足类蚕食蓝绿藻使其不能形成足类蚕食蓝绿藻使其不能形成发展为藻席，在腹足类不能生发展为藻席，在腹足类不能生存的高盐度地区，藻席就会繁存的高盐度地区，藻席就会繁盛。盛。潮间带的中上部：潮间带的中上部：以可能为风暴沉积的薄层以可能为风暴沉积的薄层灰色泥灰岩和藻席
40、为特征，灰色泥灰岩和藻席为特征，干裂发育，层理不规则；干裂发育，层理不规则；纹层状叠层石：纹层状叠层石：藻席生长藻席生长捕捉细粒灰泥沉积物和风捕捉细粒灰泥沉积物和风暴粒序层互层；暴粒序层互层；窗格孔隙或纹层状窗格窗格孔隙或纹层状窗格（鸟眼构造）：（鸟眼构造）：部分藻席部分藻席在埋藏过程中腐烂而留下在埋藏过程中腐烂而留下近于水平的不规则伸长状近于水平的不规则伸长状孔隙；孔隙；内碎屑：内碎屑：泥坪和潮道间歇泥坪和潮道间歇性暴露的泥壳破碎并被后性暴露的泥壳破碎并被后继潮流或暴风浪改造成；继潮流或暴风浪改造成；潮上带潮上带类似于潮间带上部类似于潮间带上部长期的暴露会导致风长期的暴露会导致风暴沉积层形成
41、几厘米暴沉积层形成几厘米厚的硬壳并破裂为厚的硬壳并破裂为不不规则的泥裂；规则的泥裂；含有含有白云石，与方解白云石，与方解石、文石构成组合石、文石构成组合；在高盐度环境出现在高盐度环境出现石石膏、硬石膏和岩盐；膏、硬石膏和岩盐；帐篷构造：帐篷构造：由沉积物由沉积物内部蒸发矿物结晶产内部蒸发矿物结晶产生的膨胀形成。生的膨胀形成。潮坪沉积的特征潮坪沉积的特征：粗粒沉积物相对较少：粗粒沉积物相对较少：除了潮道的泥片和内碎屑外，除了潮道的泥片和内碎屑外，主要为不规则到纹层状藻席和不规则的薄层粒序风主要为不规则到纹层状藻席和不规则的薄层粒序风暴层，暴层，暴露标志：暴露标志：干裂，以及其它雨痕、动物或鸟足迹
42、、干裂，以及其它雨痕、动物或鸟足迹、窗格孔隙等；窗格孔隙等；岩石类型：岩石类型：以球粒微晶灰岩、均质泥灰岩、窗格纹以球粒微晶灰岩、均质泥灰岩、窗格纹层状泥灰岩、泥晶内碎屑灰岩、叠层石、以及石膏层状泥灰岩、泥晶内碎屑灰岩、叠层石、以及石膏和硬石膏。和硬石膏。没有障壁的碳酸盐岩缓坡台地没有障壁的碳酸盐岩缓坡台地在台地内部边缘发育在台地内部边缘发育高能的砂质浅滩相高能的砂质浅滩相；海滩上的碳酸盐岩；海滩上的碳酸盐岩颗粒有骨屑、鲕粒、球粒以及由原先沉积的水下胶结灰泥破颗粒有骨屑、鲕粒、球粒以及由原先沉积的水下胶结灰泥破碎的内碎屑。碎的内碎屑。Inden and Moore（1983）对障壁海滩和大陆海
43、对障壁海滩和大陆海滩研究表明：滩研究表明：下临滨下临滨的沉积物通常为分选差的粗砂，杂基支的沉积物通常为分选差的粗砂，杂基支撑，具槽状交错层；撑，具槽状交错层；上临滨上临滨的沉积物为分选较好的砂和砾，的沉积物为分选较好的砂和砾，具板状交错层和主要倾向海洋的倾角小于具板状交错层和主要倾向海洋的倾角小于15前积层；现代大前积层；现代大陆碳酸盐岩海滩的例子是波斯湾海岸。陆碳酸盐岩海滩的例子是波斯湾海岸。内陆棚内陆棚 许多陆表海沉积似乎都是由许多陆表海沉积似乎都是由几米到几百米厚的向几米到几百米厚的向上变浅的旋回序列上变浅的旋回序列组成，多数序列以高能的碳酸盐岩组成，多数序列以高能的碳酸盐岩砂和砾开始，
44、由下到上接着是低能的潮下开阔陆棚、砂和砾开始，由下到上接着是低能的潮下开阔陆棚、潮间带、潮上带和可能的非海相沉积；有些旋回还以潮间带、潮上带和可能的非海相沉积；有些旋回还以蒸发盐沉积结束；蒸发盐沉积结束；这种基本的海退进积序列主要是由于这种基本的海退进积序列主要是由于碳酸盐岩沉碳酸盐岩沉积速率超过盆地沉降速率或海平面上升速率，沉积物积速率超过盆地沉降速率或海平面上升速率，沉积物向上向海平面生长的结果；向上向海平面生长的结果；当沉积物表面向海平面方当沉积物表面向海平面方向加积时沉积物就沉积在不断变浅的水体中，从而产向加积时沉积物就沉积在不断变浅的水体中，从而产生向上变浅的序列。生向上变浅的序列。
45、二、二、浅水碳酸盐岩的沉积序列浅水碳酸盐岩的沉积序列浅水台地上的碳酸盐向上变浅的序列浅水台地上的碳酸盐向上变浅的序列D.D.潮潮上上带带：为为长长期期暴暴露露地地表表产产生生的的沉沉积积特特征征，如如纹纹层层状状粉粉晶晶白白云云岩岩、白白云云化化石石灰灰岩岩、干干裂裂及及平平铺铺层层面面的的扁扁平平角角砾砾、窗窗孔孔构构造造、岩岩溶溶空空洞洞、钙质结壳、岩盐与石膏层等钙质结壳、岩盐与石膏层等；C.C.潮潮间间带带：间间歇歇暴暴露露的的标标志志丰丰富富，如如干干裂裂、鸟鸟眼眼构构造造；纹纹层层构构造造发发育育，如如叠叠层层石石、皱皱褶褶状状纹纹层层；暴暴露露与与沉沉积积交交替替出出现现的的证证据
46、据常常见见；人人字字形形交交错错层层和和压压扁扁层层理理、波波状状层层理理与与透透镜镜状层理；状层理；B.B.潮下带：潮下带：厚层厚层-块状泥晶灰岩、各块状泥晶灰岩、各种粒屑灰岩或礁灰岩。含丰富的正种粒屑灰岩或礁灰岩。含丰富的正常海相化石，生物扰动构造发育常海相化石，生物扰动构造发育A.A.滞滞留留沉沉积积：代代表表海海进进初初期期的的基基底底薄层灰质砂和砾。薄层灰质砂和砾。1.现代碳酸盐岩台地例子现代碳酸盐岩台地例子Examples of Modern Carbonate Platforms现代碳酸盐岩陆棚包括缓坡、无镶边台地、镶边台地和孤立台地现代碳酸盐岩陆棚包括缓坡、无镶边台地、镶边台地
47、和孤立台地热带无镶边陆棚和碳酸盐岩缓坡的例子：热带无镶边陆棚和碳酸盐岩缓坡的例子：the eastern Gulf of Mexico off the Florida coastthe Yucatan Shelf,Mexico,in the southern part of the Gulf of Mexicothe Trucial Coast of the Persian Gulf.冷水型碳酸盐岩主要在无镶边陆棚沉积冷水型碳酸盐岩主要在无镶边陆棚沉积镶边陆棚的例子：镶边陆棚的例子：Florida Bay,the Belize Shelf in the western Caribbean of
48、f Guatemala the Great Barrier Reef area of Australia.孤立台地的例子：孤立台地的例子：the Bahama Platform(an isolated platform)三、碳酸盐岩台地沉积实例三、碳酸盐岩台地沉积实例Mollusc-rich siliciclastic(quartz)sands dominate the inner ramp down to about 60 m depth,grading downslope into coralline algal carbonate sands.Relict oolitic sands w
49、ith pelagic and benthic foraminifers dominate between 80-100 m,and planktonic foraminiferal oozes are common in deeper water.（1）无镶边陆棚和缓坡台地）无镶边陆棚和缓坡台地Florida Bay(Fig.12.7)is a good example of a rimmed shelf.The inner shelf margin is marked by the Florida Keys,an emergent Pleistocene reef-ooid-shoal c
50、omplex.Florida Bay lies inboard from the Keys,bordered on its northern margin by coastal swamps of the everglades.Florida Bay is filled with carbonate mud and muddy carbonate sands enriched in molluscs and foraminifers.The belt of muddy carbonate sands lying between the Keys and the outer reef tract