海洋環(huán)境及其相模式-3-(碳酸鹽海相)

1第八章海洋環(huán)境及其相模式第一節(jié)概述第二節(jié)陸源碎屑海洋環(huán)境和相模式第三節(jié)海洋碳酸鹽巖沉積環(huán)境和相模式

2WorldwideDistributionofCarbonates40°20°20°40°0°ReefsShelf

carbonate30°30°3分布地帶：碳酸鹽沉積主要分布于低緯度（南北緯30o左右）的清澈、溫暖、濱淺海地帶。條件：淺水、暖水、清水、陽光充分、沒有大量細碎屑沉積物的注入。生物：鈣藻大量繁殖，珊瑚礁發(fā)育。沉積物：主要是兩類沉積物：（1）顆粒碳酸鹽（貝殼砂、鮞粒砂、葡萄狀團塊、球粒）；（2）造礁生物粘結(jié)巖。少量灰泥。現(xiàn)代碳酸鹽巖的分布特征在南北緯40o之間的深海盆地底部，有大量浮游生物碳酸鹽沉積。4

在水深

15m中所產(chǎn)生的CaCO3比深陸緣海每單位面積的CaCO3多幾倍。這主要與淺水綠藻及藍綠藻特別豐富有關。由于藻類的光合作用，從海水中吸收大量CO2，從而促使海水中的CaCO3過飽和而沉淀出文石質(zhì)灰泥。并且鈣藻的外殼也是文石質(zhì)灰泥(成為顆粒的主要供給者)。藻類繁盛提供了大量碳酸鹽沉積物。淺海碳酸鹽的發(fā)育與藻類有密切關系5藻類的生活需要溫暖、淺水、清潔透光的環(huán)境。海水渾濁妨礙光合作用，阻止鈣藻生長，堵塞底棲生物的攝食器官，影響其繁衍（妨礙了大量碳酸鹽顆粒的產(chǎn)生）。海水太深，陽光和氧氣不足，對藻類和底棲無脊椎動物生長都不利。海水太深，水壓大，溶解CO2多，CaCO3不飽和，因此深水不會有大量碳酸鹽的產(chǎn)生。淺海碳酸鹽的發(fā)育與生物有密切關系深水碳酸鹽沉積物主要靠海水表層浮游生物（顆石藻、有孔蟲、翼足類等）和淺水陸棚區(qū)漂運來的灰泥或粉屑。6在海岸高能帶，由于波浪、潮汐、海流等作用，使碳酸鹽沉積物發(fā)生簸選，將細粒碳酸鹽帶走，而留下各種砂礫級碳酸鹽顆粒，形成各種砂礫屑灘、介殼灘、沿岸砂壩、砂咀、濱外砂堤、砂洲、潮汐三角洲、潮汐砂壩等（西沙群島）。內(nèi)(源)碎屑：盆地內(nèi)準同生改造的碳酸鹽顆粒。內(nèi)(盆內(nèi))：直接來源與準同生改造；成分：碳酸鹽。碳酸鹽的組成-顆粒和灰泥細粒碳酸鹽(灰泥、粉屑)沉積在：(1)較深水盆地區(qū)：陸棚邊緣、障壁砂壩前緣的較深水區(qū)(灘前、灘間)。(2)較低能的淺水區(qū)：障壁后的瀉湖及潮坪區(qū)。7碳酸鹽沉積物主要是生物成因的，包括生物作用和生物造巖。有些生物能適應高能環(huán)境，具有抗浪的生態(tài)本能，它們在高能環(huán)境下原地生長聚集成為礁體。在高能帶，由于向岸的波浪和潮汐作用，較深部的海水能夠沿著斜坡上升到淺水區(qū)，使其溫度劇然升高，水壓降低，CO2迅速釋放，促進了CaCO3大量沉淀。同時，從深水帶來大量養(yǎng)料，有利于造礁生物的生長。因此，在沿岸高能帶常形成岸礁，在濱外或陸棚邊緣高能帶常出現(xiàn)堤礁或堡礁（Barrierreef）。碳酸鹽的組成-生物和生物礁碳酸鹽巖工廠碳酸鹽沉積的核心地區(qū)熱帶，水深10~15m。ThemoderncarbonatefactoryanalogpresentedbelowisthewestsideofAndrosIslandontheGreatBahamaBank.Theactiveareasthatproducecarbonatesedimentshavebeentermedthe“carbonatefactory”byJames(1979).Itisimportanttonotethatmostcarbonatesedimentisproducedintheshallow-marineenvironmentwithinafewtensofmetersofthewatersurface.Thesedimenteitherremainswhereitwasproducedoritcanbetransportedlandwardontotidalflatsorintobeach/eoliandunecomplexes.Italsocanbetransportedoffshoreintodeeperwaterandbedepositedinthedeepslopeorbasinenvironment,alongwiththesedimentderivedfromtheshallowpartoftheopen-oceanwatercolumn.CarbonateFactoryBiologicalCarbonateFactory10Chemicalprecipitates:oolitesCarbonateFactory11Planktonicforamnifera(Globerginid)CoccospheresCoccolithsCarbonateFactory12無生物礁的高能地帶，持續(xù)地保持高能條件，同時，碳酸鈣又過飽和，這就使造礁生物不能大量繁衍。出現(xiàn)明顯的碳酸鹽的沉積作用、膠結(jié)作用、顆粒的包殼作用等。產(chǎn)生被亮晶膠結(jié)的顆?；?guī)r。顆粒類型：鮞粒、砂屑、球粒、團塊、核形石、生物碎屑等。13在炎熱干燥區(qū)，蒸發(fā)作用使瀉湖咸化，正常海水化學沉淀CaCO3（文石）。咸化到一定程度就沉淀高鎂方解石（轉(zhuǎn)變?yōu)榘自茙r）及蒸發(fā)巖（膏鹽、鹽巖）沉積。生物很貧乏，僅有某些廣鹽性生物。在障壁（礁或碳酸鹽砂堤）后的瀉湖及潮坪：是水循環(huán)受到限制的低能條件。在溫暖潮濕區(qū)，瀉湖的鹽度變化不大，可出現(xiàn)大量綠藻、鈣質(zhì)海綿、苔蘚蟲及腕足類等，為碳酸鹽沉積提供大量顆粒。14在潮坪地帶由于間歇性的潮汐泛濫及陸上暴露干涸，形成白云巖以及鳥眼、干裂、藻紋層、膏鹽晶體假象等沉積構(gòu)造。在熱帶多雨區(qū)，潮間坪沉積物里出現(xiàn)淡水沉積透鏡體，造成富含半咸水植物的沼澤，或出現(xiàn)微喀斯特地貌，沉淀結(jié)殼狀淡水方解石等。15如右圖所示，由于灰?guī)r結(jié)構(gòu)是不同作用過程相互作用的產(chǎn)物，因而就會存在一個寬松的譜系。

右圖還表明了灰?guī)r主要結(jié)構(gòu)類型之間的相互關系。16灰?guī)r的

成因-結(jié)構(gòu)分類17第三節(jié)海洋碳酸鹽巖沉積環(huán)境和相模式一、碳酸鹽巖沉積相模式二、潮坪碳酸鹽巖沉積相模式三、臺地邊緣淺灘相碳酸鹽巖沉積特征四、生物礁沉積特征五、風暴成因的淺海碳酸鹽巖沉積六、大陸斜坡碳酸鹽巖沉積特征七、遠洋深水碳酸鹽巖沉積特征

18碳酸鹽沉積受生物、水文和自然地理等多種條件的控制，沉積作用因素復雜，給建立碳酸鹽沉積相帶模式帶來困難。碳酸鹽巖沉積相和沉積環(huán)境的理想序列，至今似乎還沒有一個完整無缺的模式。目前關于海洋碳酸鹽巖沉積相模式較多，擇2種簡要介紹。一、碳酸鹽沉積相模式19陸表海陸緣海面積廣闊，幾百—幾千km，四周多被大陸包圍（內(nèi)陸海）位于大陸邊緣(大陸架),窄，150—500km坡度平緩，

1/5000較陡，1/500-1/2000深度淺，30-50m，

200m達200-350m陸表海與陸緣海形成古代碳酸鹽沉積物的海洋并不像現(xiàn)代的許多陸緣海性質(zhì),而是屬于陸表海，如華北地臺和揚子地臺古生代的淺海都屬于陸表海。20第三節(jié)海洋碳酸鹽巖沉積環(huán)境和相模式一、碳酸鹽巖沉積相模式

1、按能量帶劃分的沉積相模式

2、威爾遜沉積相模式二、潮坪碳酸鹽巖沉積相模式三、臺地邊緣淺灘相碳酸鹽巖沉積特征四、生物礁沉積特征五、風暴成因的淺海碳酸鹽巖沉積六、大陸斜坡碳酸鹽巖沉積特征七、遠洋深水碳酸鹽巖沉積特征

21Shaw(1964)把淺海碳酸鹽沉積區(qū)劃分為陸表海和陸緣海兩種類型，論述了陸表海的水能量特征，提出陸表海碳酸鹽沉積分異主要取決于海水的能量。陸表海內(nèi)波浪、海流、潮汐作用是控制碳酸鹽分帶主要因素。Irwin(1965)根據(jù)Shaw的理論，進一步提出了陸表海沉積模式。按照能量，把陸源物質(zhì)輸入很少的陸表海(清水碳酸鹽盆地)從廣海到海岸方向劃分為X、Y、Z三個帶。1、按能量帶劃分的模式22X帶：浪基面以下（淺海）。以粉屑、灰泥沉積為主(粉屑灰?guī)r、灰泥巖)。較深水、靜水、氧氣不足，藻的生長受到限制。沉積物色暗，發(fā)育水平層理。23Y帶：潮下帶。波浪和潮汐作用都十分活躍，陽光、氧氣、養(yǎng)料豐富，底棲生物及藻類大量繁盛。形成生物礁。大量碳酸鹽顆粒（鮞粒、生物碎屑、內(nèi)碎屑）。多為亮晶顆?；?guī)r。交錯層理發(fā)育。24Z帶：潮間帶+潮上帶。波浪作用小，灰泥為主，干旱氣候形成白云巖和蒸發(fā)巖。巖石有泥晶灰?guī)r、紋層狀灰?guī)r、白云巖。常見干裂、鳥眼構(gòu)造、扁平礫石、潛穴、鉆孔等沉積構(gòu)造。生物豐度和分異度低，僅見藍綠藻、介形蟲、腹足類、雙殼類等。25Laport(1967,1969)修改了Shaw和Irwin的模式，認為潮汐作用在海水動力能量分帶上起重要作用。發(fā)現(xiàn)由于潮汐面頻繁變動經(jīng)常引起能量帶的復雜遷移，因而形成各相帶的變化。把碳酸鹽的能量分帶與潮汐分帶結(jié)合起來，劃分出四個相帶。能量帶+潮汐劃分的模式26ABCD:平均高潮線C：平均海平面B：平均低潮線A：浪基面潮下帶1：潮上及潮間帶：相當于Irwin的Z帶；2：淺的潮下帶：位于浪基面以上，相當于Irwin的Y帶；3：無陸源沉積的潮下帶，位于浪基面以下，無細粒陸源碎屑物(主要指粘土)，相當于Irwin的X帶的上部；4：有陸源沉積的潮下帶：位于浪基面之下，有陸源粘土沉積物，相當于Irwin的X帶的下部。

平均潮線潮下帶無陸源碎屑D427

實際上，Laport對Irwin能量相帶，特別是潮下帶進行了詳細劃分。將潮下帶劃分為三個相帶：分別相當于Y帶、X2、X1帶。能量帶+潮汐劃分的模式28第三節(jié)海洋碳酸鹽巖沉積環(huán)境和相模式一、碳酸鹽巖沉積相模式

1、按能量帶劃分的沉積相模式

2、威爾遜沉積相模式二、潮坪碳酸鹽巖沉積相模式三、臺地邊緣淺灘相碳酸鹽巖沉積特征四、生物礁沉積特征五、風暴成因的淺海碳酸鹽巖沉積六、大陸斜坡碳酸鹽巖沉積特征七、遠洋深水碳酸鹽巖沉積特征

29威爾遜(Wilson，1975)綜合了古代及現(xiàn)代碳酸鹽的大量沉積模式，吸收了按能量、潮汐劃分碳酸鹽相帶的優(yōu)點，根據(jù)海底地形、潮汐、波浪、氧化界面、鹽度、水深、海水循環(huán)、氣候條件等因素建立了綜合的碳酸鹽沉積的標準相帶模式。把海洋碳酸鹽劃分為三大相區(qū)和九個標準相帶，還提出九個標準相帶的24種微相類型。2、威爾遜沉積相模式30盆地相區(qū)臺緣相區(qū)臺地相區(qū)

Wilson模式9個相帶的劃分比較詳細和系統(tǒng)，是一個比較完善的綜合性模式，已被普遍使用。它的基本格局仍是低能—高能—低能這3大相區(qū)。

盆地相區(qū)的1、2、3相帶與Irwin的X帶相當。其海底深度均位于浪基面之下，屬低能帶。

臺緣相區(qū)的4、5、6相帶與Irwin的Y帶相當（其是礁灘的模式）。其海底深度均位于波基面之上，波浪作用強烈，均屬高能帶。

臺地相區(qū)的7、8、9相帶與Irwin的Z帶相當。均位于臺地邊緣相區(qū)之后（靠陸一側(cè)），這里波浪能量消失（潮汐為主），水體運動均比較弱，屬低能帶。311、盆地2、陸棚3、深陸棚邊緣位置和條件氧化界面以下(100m左右)——200m左右的克拉通盆地，外陸棚海，低能靜水，滯流缺氧和過咸化均可能存在(下部淺海)氧化界面100m至最大風暴浪基面(40m左右)(中部淺海)(內(nèi)陸棚)，低能碳酸鹽臺地斜坡腳，盆地邊緣(上部淺海)，氧化界面以上，正常浪基面以下巖性和生物泥質(zhì)、硅質(zhì)、浮游生物殘?。ò瞪幽嗑Щ?guī)r、暗色頁巖、粉砂巖、薄層石膏層），不利于底棲生物生長，浮游生物為主，不利于碳酸鹽的形成粉屑灰?guī)r、粒泥灰?guī)r、灰泥巖，少量風暴影響，生物豐富，保存完整遠洋浮游生物及相鄰碳酸鹽臺地的細碎屑，生物豐富，保存完整沉積構(gòu)造水平層理、韻律層理、塊狀層理水平、小型交錯層理水平、小型交錯層理其他碳酸鹽濁積巖相：由斜坡的灰質(zhì)角礫、灰質(zhì)砂等組成異地碳酸鹽巖。非補償盆地相：異地碳酸鹽堆積。泥晶灰?guī)r、放射蟲硅質(zhì)巖。遠洋生物，暗色沉積。克拉通盆地（陸棚）碳酸鹽巖相：暗色薄層灰?guī)r、暗色頁巖或粉砂巖。遠源風暴巖近源風暴巖盆地相區(qū)324、臺地前斜坡5、臺地邊緣生物礁6、臺地邊緣淺灘位置和條件深水陸棚邊緣與臺地的過渡地帶，斜坡，可達30

浪基面-平均低潮線之間，高能生物礁，從浪基面之上到平均低潮線左右，高能礁與礁后開闊臺地之間，灘，從浪基面之上到平均低潮線左右，高能。鹽度正常，循環(huán)好，氧氣充足巖性和生物生物豐富，含廣海生物，但保存多不完整。生物碎屑灰?guī)r、角礫灰?guī)r、礁前塌積角礫灰?guī)r斜坡碳酸鹽泥和生物碎屑沉積、生物碎屑的圓丘礁緩坡、生物骨架灰?guī)r（礁環(huán)）碳酸鹽砂，呈砂洲、海灘，扇狀或帶狀的濱外壩。亮晶砂屑灰?guī)r。沉積構(gòu)造塊狀層理、變形層理、滑塌構(gòu)造塊狀層理交錯層理、平行層理標志底質(zhì)移動不利于生物生活臺地邊緣相區(qū)337、開闊臺地8、局限臺地相9、臺地蒸發(fā)巖位置和條件

臺地邊緣內(nèi)的瀉湖和海灣（外側(cè)或周邊），潮下帶為主（幾米到幾十米）（低能），平均低潮線與浪基面，鹽度正常

瀉湖相（中部或靠陸一側(cè)），可包括潮間帶，海水循環(huán)受到限制，海水一般比較淺，鹽度變化較大，淡化和咸化均有

潮上帶為主（海平面之上），僅在特大高潮或特大風暴時才被海水淹沒，水動力弱，強氧化條件巖性和生物

各種生物，無窄鹽度生物。含相當數(shù)量的灰泥，結(jié)構(gòu)變化不大。含完整貝殼泥灰?guī)r、生屑粒泥灰?guī)r、柱狀疊層石灰?guī)r等

潮間坪和瀉湖中為灰泥、白云巖、藻席灰?guī)r（白云巖）。粗沉積物出現(xiàn)在潮汐水道或海灘上。淡水和海洋植物均有發(fā)育

白云巖、石膏，巖石中含陸源碎屑，并有風成及紅層沉積，原地生長的生物很少沉積構(gòu)造水平層理，小型交錯層理水平層理、鳥眼、藻疊層石、交錯層理水平層理、泥裂、藻疊層，發(fā)育有同生及成巖期的變形構(gòu)造，如結(jié)核、腸狀構(gòu)造標志白云巖化，7和8可以是平面關系，也可以是演化關系可暴露于水面上，氧化和還原均可，白云巖化干旱地區(qū)的潮上鹽沼地或薩布哈沉積是典型特征臺地相區(qū)343536

關士聰模式塔克(Tucker)模式里德(Read)模式3、