《沉積地質學》大學筆記目錄第一章：沉積地質學概論 1第二章：沉積物與沉積巖 3第三章：物理沉積作用 5第四章：化學與生物化學沉積作用 7第五章：沉積盆地與沉積體系 9第六章：沉積相與沉積環境分析 10第七章：沉積構造與沉積相模式 12第八章：古氣候與古海洋環境的沉積記錄 13第九章：沉積作用與油氣資源 15第十章：沉積盆地與大地構造背景 16第十一章：沉積作用與古地理重建 18第十二章：沉積地質學與地球系統科學 19第一章：沉積地質學概論1.1沉積地質學的定義與研究范疇沉積地質學是研究沉積物和沉積巖的形成、演化及其與地球表面過程相互關系的科學。它涉及沉積作用、沉積物的搬運與沉積、沉積巖的成巖作用以及沉積盆地的形成與演化等多個方面。沉積地質學的研究范疇廣泛，包括物理沉積作用、化學與生物化學沉積作用、沉積盆地分析、層序地層學、沉積體系與沉積相等。表1-1沉積地質學的主要研究內容序號研究內容描述1沉積作用沉積物在風、水、冰、重力等搬運介質下的搬運與沉積過程2沉積物沉積物的來源、分類、搬運機制及其在不同環境下的沉積特征3沉積巖沉積巖的形成、類型、結構與構造特征，以及成巖作用過程4沉積盆地沉積盆地的形成、演化、分類及其內部沉積體系的發育與分布5層序地層學利用沉積序列和層序界面劃分地層，研究沉積盆地充填歷史與古環境6沉積體系與沉積相不同沉積環境下形成的沉積體系及其沉積相特征，以及沉積相分析方法1.2沉積地質學在地球科學中的重要性沉積地質學不僅是地質學的一個重要分支，也是地球科學中不可或缺的一部分。它為我們提供了理解地球表面過程、地球歷史、地球環境變遷以及資源勘探與開發等方面的關鍵信息。沉積地質學的研究成果在油氣勘探、礦產資源評價、水資源管理、地質災害防治以及環境保護等領域具有廣泛的應用價值。1.3沉積作用的基本過程與類型1.3.1搬運介質對沉積物的影響沉積物的搬運與沉積過程受到多種搬運介質的影響，包括風、水、冰和重力等。不同搬運介質下，沉積物的搬運機制、沉積特征以及沉積物的類型均有所不同。例如，在水流作用下，沉積物主要通過懸浮、推移和跳躍等方式進行搬運；而在風力作用下，沉積物則主要通過懸浮和躍移方式進行搬運。1.3.2沉積作用類型根據沉積作用的動力學特征和沉積環境的不同，沉積作用可以劃分為物理沉積作用、化學沉積作用和生物化學沉積作用三種類型。物理沉積作用是指沉積物在搬運介質的作用下，通過機械方式沉積下來的過程；化學沉積作用是指溶解在水中的物質在特定條件下發生沉淀，形成沉積物的過程；而生物化學沉積作用則是指生物體通過新陳代謝作用產生沉積物，或者生物遺體在沉積過程中形成化石沉積物的過程。第二章：沉積物與沉積巖2.1沉積物的來源與分類2.1.1沉積物的來源沉積物的來源主要包括巖石風化產物、火山噴發物、生物遺體以及宇宙物質等。巖石風化產物是沉積物的主要來源之一，包括物理風化、化學風化和生物風化產生的碎屑物質。火山噴發物則可以形成火山灰、火山渣等沉積物。生物遺體在沉積過程中可以形成化石沉積物，而宇宙物質如隕石等也可以成為沉積物的來源。2.1.2沉積物的分類根據沉積物的成分、結構和成因特征，可以將其劃分為碎屑沉積物、化學沉積物和生物化學沉積物三大類。碎屑沉積物主要由巖石碎屑組成，包括砂、粉砂和黏土等；化學沉積物主要由溶解在水中的物質沉淀而成，如石膏、巖鹽等；生物化學沉積物則主要由生物遺體或生物活動產生的物質組成，如珊瑚礁、貝殼層等。2.2沉積物的搬運與沉積機制2.2.1搬運機制沉積物的搬運機制主要包括懸浮、推移和跳躍等方式。懸浮是指沉積物顆粒在水中或空氣中被搬運的狀態；推移是指沉積物顆粒在搬運介質的作用下沿地表滾動或滑動；而跳躍則是指沉積物顆粒在搬運過程中因受到沖擊力而跳躍前進。2.2.2沉積機制沉積機制主要取決于搬運介質的性質、沉積物的性質以及沉積環境的特征。在水流作用下，沉積物主要通過懸浮和推移方式沉積下來；而在風力作用下，沉積物則主要通過懸浮和跳躍方式沉積。沉積物的沉積過程還受到地形、水流速度、沉積物顆粒大小等多種因素的影響。2.3沉積巖的形成與特征2.3.1沉積巖的形成沉積巖是由沉積物經過成巖作用而形成的巖石。成巖作用主要包括壓實作用、膠結作用和交代作用等。壓實作用是指沉積物顆粒在重力作用下相互擠壓，使顆粒間的空隙減小，形成致密的巖石；膠結作用是指溶解在水中的礦物質在沉積物顆粒間形成膠結物，將顆粒牢固地結合在一起；交代作用則是指沉積物中的某些成分被其他成分所取代，形成新的礦物。2.3.2沉積巖的特征沉積巖具有層理構造、結核、波痕等特征。層理構造是沉積巖中最常見的構造特征之一，它反映了沉積物沉積時的層狀結構；結核則是沉積巖中常見的圓形或橢圓形團塊，由某種礦物或巖石碎屑組成；波痕則是沉積巖中由水流或風等外力作用形成的波狀起伏痕跡。2.4常見沉積巖類型及其識別標志2.4.1碎屑巖碎屑巖是由巖石碎屑組成的沉積巖，包括砂巖、粉砂巖和黏土巖等。砂巖主要由砂粒組成，顆粒間有明顯的空隙；粉砂巖則由粉砂粒組成，顆粒間空隙較小；黏土巖則主要由黏土礦物組成，具有細膩的質地和可塑性。2.4.2化學巖與生物化學巖化學巖是由溶解在水中的物質沉淀而成的沉積巖，如石膏、巖鹽等。生物化學巖則是由生物遺體或生物活動產生的物質組成的沉積巖，如珊瑚礁、貝殼層等。這兩類沉積巖在成分、結構和成因特征上均有明顯的區別。第三章：物理沉積作用3.1搬運介質對沉積物的影響3.1.1水流作用水流是沉積物搬運與沉積的主要動力之一。水流作用下，沉積物主要通過懸浮、推移和跳躍等方式進行搬運。水流速度、水深以及沉積物顆粒大小等因素均會影響沉積物的搬運與沉積過程。例如，在水流速度較快的情況下，沉積物主要以懸浮方式搬運；而在水流速度較慢的情況下，沉積物則主要以推移和跳躍方式搬運。3.1.2風力作用風力作用下，沉積物主要通過懸浮和跳躍方式進行搬運。風力大小、風向以及沉積物顆粒大小等因素均會影響沉積物的搬運與沉積過程。在風力較強的地區，沉積物可以被搬運到較遠的距離；而在風力較弱的地區，沉積物則主要在近源地區沉積。3.2沉積構造與沉積環境分析3.2.1沉積構造沉積構造是沉積巖中反映沉積過程和沉積環境的各種構造特征。常見的沉積構造包括層理構造、波痕、結核、沖刷面等。這些構造特征不僅可以幫助我們識別沉積巖的類型和成因，還可以為我們提供關于沉積環境和沉積過程的重要信息。3.2.2沉積環境分析通過對沉積構造、沉積物類型以及沉積序列等特征的綜合分析，我們可以推斷出沉積巖的形成環境和沉積過程。例如，通過層理構造的傾斜方向和傾斜角度，我們可以判斷沉積巖的沉積方向；通過沉積物顆粒的大小和形狀，我們可以推斷出沉積時的水流速度和水深條件；通過沉積序列中的層序界面和沉積相的變化，我們可以了解沉積盆地的充填歷史和古環境的變化。3.3海灘、河口、湖泊等環境下的沉積特征3.3.1海灘沉積海灘是海洋與陸地之間的過渡地帶，其沉積特征受到海浪、潮汐和河流等多種因素的影響。海灘沉積物主要由砂粒組成，顆粒間有明顯的空隙。在海灘上，我們可以觀察到波浪形成的波痕、潮汐形成的潮汐韻律層以及河流帶來的河流沉積物等特征。3.3.2河口沉積河口是河流與海洋交匯的地方，其沉積特征受到河流和海洋雙重作用的影響。河口沉積物主要由砂、粉砂和黏土等組成，顆粒大小分布較廣。在河口地區，我們可以觀察到河流帶來的河流沉積物與海洋帶來的海相沉積物相互交錯的現象，以及潮汐作用形成的潮汐韻律層等特征。3.3.3湖泊沉積湖泊是內陸水體，其沉積特征受到湖泊水位、水流速度、湖泊形態以及氣候條件等多種因素的影響。湖泊沉積物主要由黏土、粉砂和砂等組成，顆粒大小分布較均勻。在湖泊中，我們可以觀察到由于水位變化而形成的層理構造、由于水流作用而形成的波痕以及由于生物活動而形成的生物遺跡等特征。第四章：化學與生物化學沉積作用4.1化學沉積作用的基本原理4.1.1溶解與沉淀化學沉積作用主要涉及溶解在水中的物質在特定條件下發生沉淀的過程。這些物質可能來源于巖石的風化、火山活動或生物體的新陳代謝等。當這些物質溶解在水中后，隨著水流搬運到適宜的環境（如溫度、壓力、pH值等條件發生變化），它們會發生沉淀，形成化學沉積物。4.1.2沉積物的類型化學沉積物主要包括碳酸鹽巖、硫酸鹽巖、鹵化物巖等。其中，碳酸鹽巖是最常見的化學沉積巖之一，主要由方解石、白云石等礦物組成；硫酸鹽巖則主要由石膏、硬石膏等礦物組成；鹵化物巖則以巖鹽為代表。表4-1化學沉積物的主要類型及其特征序號沉積物類型主要礦物形成條件典型實例1碳酸鹽巖方解石、白云石溫暖、淺水、富含CO?的水體石灰巖、白云巖2硫酸鹽巖石膏、硬石膏蒸發作用強烈的環境石膏層、硬石膏層3鹵化物巖巖鹽干旱、蒸發作用強烈的環境巖鹽礦4.2生物化學沉積作用4.2.1生物體的作用生物化學沉積作用是指生物體通過新陳代謝作用產生沉積物，或者生物遺體在沉積過程中形成化石沉積物的過程。生物體在生長過程中會吸收周圍環境中的物質，如CaCO?、SiO?等，這些物質在生物體內以骨骼、貝殼等形式存在。當生物體死亡后，它們的遺體或遺骸在沉積過程中會逐漸礦化，形成化石沉積物。4.2.2沉積物的類型與特征生物化學沉積物主要包括珊瑚礁、貝殼層、硅質巖等。珊瑚礁是由珊瑚蟲等生物體在海洋中形成的鈣質沉積物，具有多孔、輕質、抗壓強度高等特點；貝殼層則是由貝類等生物體的殼體在沉積過程中堆積而成的沉積物，具有層狀結構；硅質巖則是由硅藻等生物體在海洋中形成的硅質沉積物，具有細膩的質地和豐富的生物遺跡。第五章：沉積盆地與沉積體系5.1沉積盆地的類型與特征5.1.1沉積盆地的類型沉積盆地是地球表面接受沉積物堆積的低洼地區。根據成因和形態的不同，沉積盆地可以分為構造盆地、侵蝕盆地和火山盆地等類型。構造盆地是由地殼運動形成的低洼地區，如裂谷盆地、坳陷盆地等；侵蝕盆地則是由河流、冰川等外力作用侵蝕形成的低洼地區；火山盆地則是由火山活動形成的低洼地區。5.1.2沉積盆地的特征沉積盆地具有明確的邊界、相對穩定的沉積環境和一定的沉積厚度。在沉積盆地內部，沉積物按照一定的層序堆積，形成了具有層理構造、波痕、結核等特征的沉積巖。同時，沉積盆地還常常伴隨著巖漿活動、構造變形等現象。5.2沉積體系的類型與特征5.2.1沉積體系的類型沉積體系是指具有相似沉積特征和成因聯系的沉積物組合。根據沉積環境和沉積物的不同，沉積體系可以分為河流沉積體系、湖泊沉積體系、三角洲沉積體系、濱海沉積體系、淺海沉積體系等類型。5.2.2沉積體系的特征不同類型的沉積體系具有不同的沉積特征和成因聯系。例如，河流沉積體系主要由河床沉積、河漫灘沉積等組成，具有層理構造、波痕、沖刷面等特征；湖泊沉積體系則主要由湖岸沉積、湖底沉積等組成，具有細膩的質地、豐富的生物遺跡等特征；三角洲沉積體系則是由河流進入海洋或湖泊時形成的沉積物組合，具有分選性好、層理構造發育等特征。5.3沉積盆地的演化與沉積序列5.3.1沉積盆地的演化沉積盆地的演化是一個復雜的地質過程，涉及地殼運動、氣候變化、海平面升降等多種因素。在沉積盆地的演化過程中，沉積環境、沉積物類型和沉積速率等都會發生變化。這些變化在沉積序列中得到了記錄，為我們了解沉積盆地的演化歷史提供了重要依據。5.3.2沉積序列的劃分沉積序列是指按照一定的層序堆積的沉積巖組合。根據沉積物的類型、成因和沉積環境的不同，可以將沉積序列劃分為不同的層序單元。這些層序單元在沉積盆地中呈現出一定的規律性分布和演化趨勢，為我們研究沉積盆地的演化歷史提供了重要線索。第六章：沉積相與沉積環境分析6.1沉積相的概念與分類6.1.1沉積相的概念沉積相是指具有一定的沉積特征和成因聯系的沉積物組合所代表的古沉積環境。它是沉積地質學研究中的重要概念之一，用于描述和解釋沉積物的形成環境和沉積過程。6.1.2沉積相的分類根據沉積環境和沉積物的不同，沉積相可以分為陸相、海相和過渡相等類型。陸相沉積相主要包括河流相、湖泊相、冰川相等；海相沉積相則包括濱海相、淺海相、深海相等；過渡相則是指河流與海洋或湖泊之間的過渡地帶形成的沉積相，如三角洲相等。6.2沉積相的特征與識別標志6.2.1沉積相的特征不同類型的沉積相具有不同的沉積特征和成因聯系。例如，河流相沉積物通常具有層理構造、波痕、沖刷面等特征；湖泊相沉積物則常常具有細膩的質地、豐富的生物遺跡等特征；冰川相沉積物則具有分選性差、層理構造不發育等特點。6.2.2沉積相的識別標志沉積相的識別標志主要包括沉積物的類型、結構、構造以及化石等。沉積物的類型可以反映沉積環境的類型和特征；沉積物的結構和構造則可以反映沉積過程中的物理和化學作用；而化石則可以提供關于生物群落和古環境的重要信息。6.3沉積環境分析的方法與應用6.3.1沉積環境分析的方法沉積環境分析的方法主要包括沉積學研究、地球化學分析、古生物學研究等。沉積學研究主要通過對沉積物的類型、結構、構造等特征進行分析，推斷沉積環境的類型和特征；地球化學分析則通過對沉積物中元素的含量和分布特征進行分析，了解沉積環境的地球化學特征；古生物學研究則通過對沉積物中的化石進行分析，了解生物群落的演化和古環境的變化。6.3.2沉積環境分析的應用沉積環境分析在油氣勘探、礦產資源評價、水資源管理、地質災害防治以及環境保護等領域具有廣泛的應用價值。通過對沉積環境的研究和分析，我們可以了解沉積盆地的演化歷史、沉積物的來源和搬運機制以及古環境的變化等信息，為這些領域的決策提供科學依據。第七章：沉積構造與沉積相模式7.1沉積構造及其分類7.1.1沉積構造的定義沉積構造是指沉積物在沉積、成巖過程中形成的各種物理、化學和生物成因的結構和構造特征。這些特征記錄了沉積物堆積時的環境條件和沉積過程。7.1.2沉積構造的分類沉積構造主要分為原生沉積構造和次生沉積構造兩大類。原生沉積構造：在沉積物堆積過程中形成的構造，如層理構造、波痕、沖刷面等。次生沉積構造：沉積物堆積后，在成巖過程中或后期改造過程中形成的構造，如結核、縫合線等。7.2層理構造及其類型7.2.1層理構造的定義層理構造是沉積巖中最常見的一種構造，表現為沉積巖中成層狀的結構。它記錄了沉積物堆積時的水流方向、沉積速率等信息。7.2.2層理構造的類型層理構造主要包括水平層理、平行層理、交錯層理等類型。水平層理：層面平行且均勻，無波紋，常見于靜水或低能水流環境中。平行層理：由一系列平行且微傾的細層組成，常見于高能水流環境中，如河流、海灘等。交錯層理：細層相互交錯，形成“之”字形或楔形等形態，記錄了水流方向的改變，常見于河流、潮汐等環境中。表7-1層理構造類型及其特征序號層理構造類型特征描述典型環境1水平層理層面平行均勻，無波紋靜水或低能水流環境2平行層理細層平行且微傾，無交錯高能水流環境，如河流、海灘3交錯層理細層相互交錯，形成特定形態河流、潮汐等環境7.3沉積相模式7.3.1沉積相模式的定義沉積相模式是對特定沉積環境下沉積物特征和沉積過程的高度概括和總結。它有助于我們理解和預測沉積環境的變化。7.3.2沉積相模式的類型根據沉積環境的不同，沉積相模式可以分為河流相模式、湖泊相模式、三角洲相模式、濱海相模式、淺海相模式等。每種模式都詳細描述了該沉積環境下沉積物的類型、結構、構造以及沉積過程等信息。第八章：古氣候與古海洋環境的沉積記錄8.1古氣候的沉積記錄8.1.1沉積物中的氣候信息沉積物中的礦物成分、粒度分布、化學元素含量等信息可以反映古氣候的特征。例如，紅層中的鐵氧化物含量可以反映古溫度和古濕度；黃土中的粒度分布可以反映古風力和降水強度。8.1.2氣候旋回與沉積層序氣候旋回是指氣候在長時間尺度上的周期性變化。這種變化在沉積記錄中表現為沉積層序的周期性交替。通過研究這些層序，我們可以了解古氣候的演變歷史。8.2古海洋環境的沉積記錄8.2.1海洋沉積物的類型與分布海洋沉積物主要包括碳酸鹽巖、硅質巖、黏土巖等類型。它們的分布受到洋流、水深、生物活動等多種因素的影響。8.2.2古海洋環境的重建通過研究海洋沉積物中的微體化石、同位素比值、化學元素含量等信息，我們可以重建古海洋環境的溫度、鹽度、氧化還原條件等參數。這些信息對于理解地球歷史和氣候變化具有重要意義。8.3沉積記錄與古環境演化的關系沉積記錄是古環境演化的重要載體。通過研究沉積物中的氣候信息、海洋環境信息等，我們可以了解地球歷史時期的古環境特征、氣候變化規律以及生物群落的演化歷史。這些信息為我們理解當前地球環境的變化提供了重要的歷史背景和科學依據。第九章：沉積作用與油氣資源9.1沉積作用與油氣儲層的形成9.1.1油氣儲層的定義油氣儲層是指能夠儲存和產出石油、天然氣的巖層。它們通常具有良好的孔隙度和滲透率，使油氣能夠在其中流動和儲存。9.1.2沉積作用對油氣儲層的影響沉積作用通過控制沉積物的類型、結構、構造以及沉積環境等因素，影響了油氣儲層的形成和分布。例如，高能水流環境下的沉積物通常具有較好的分選性和磨圓度，有利于形成高質量的油氣儲層；而低能水流環境下的沉積物則可能形成低質量的油氣儲層或蓋層。9.2沉積相與油氣勘探9.2.1沉積相與油氣藏的關系沉積相與油氣藏的形成和分布密切相關。不同沉積相下的沉積物具有不同的儲集性能和蓋層性能。通過研究沉積相的特征和分布規律，我們可以預測油氣藏的位置和規模。9.2.2沉積相在油氣勘探中的應用在油氣勘探中，沉積相的研究可以幫助我們確定勘探目標層位、預測油氣藏類型和規模、優化勘探部署等。同時，沉積相的研究還可以為油氣田的開發提供重要的地質依據。9.3沉積作用與油氣資源的可持續開發9.3.1沉積作用對油氣資源開發的影響沉積作用不僅影響了油氣儲層的形成和分布，還對油氣資源的開發產生了重要影響。例如，沉積物的壓實作用可能導致儲層的孔隙度和滲透率降低；沉積物的膠結作用可能形成致密的蓋層，影響油氣的運移和聚集。9.3.2沉積作用與油氣資源可持續開發的關系為了實現油氣資源的可持續開發，我們需要深入研究沉積作用對油氣儲層的影響機制，優化油氣田的開發方案，提高油氣采收率。同時，我們還需要加強沉積地質學的研究和應用，為油氣資源的勘探和開發提供更加準確和可靠的地質依據。第十章：沉積盆地與大地構造背景10.1沉積盆地的定義與分類10.1.1沉積盆地的定義沉積盆地是指地殼上接受沉積物堆積并形成沉積巖系的低洼地區。它們記錄了地球表面長期的沉積作用和構造演化歷史。10.1.2沉積盆地的分類沉積盆地根據成因和構造背景可以分為多種類型，包括克拉通盆地、裂谷盆地、前陸盆地、弧后盆地等。每種類型的盆地都有其獨特的沉積特征和演化歷史。表10-1沉積盆地類型及其特征序號盆地類型特征描述典型實例1克拉通盆地位于古老克拉通內部，長期穩定，沉積物厚度薄，巖性單一北美地臺、非洲地臺等2裂谷盆地由于地殼拉伸斷裂形成，沉積物厚度大，巖性多樣，常含火山巖東非大裂谷、紅海裂谷等3前陸盆地位于板塊碰撞帶前緣，沉積物快速堆積，巖性復雜，常含陸源碎屑阿爾卑斯前陸盆地、喜馬拉雅前陸盆地4弧后盆地位于島弧或火山弧后方，沉積物厚度中等，巖性以海相為主，含火山巖西太平洋島弧后盆地等10.2沉積盆地與大地構造的關系10.2.1沉積盆地的形成與大地構造活動沉積盆地的形成與大地構造活動密切相關。地殼的拉伸、擠壓、旋轉等構造運動都會導致盆地的形成和演化。例如，克拉通盆地的形成與地殼的長期穩定有關；裂谷盆地的形成則與地殼的拉伸斷裂有關。10.2.2沉積盆地的演化與大地構造背景沉積盆地的演化過程記錄了大地構造背景的變化。通過研究沉積盆地的沉積序列、沉積相和構造特征，我們可以了解盆地所在地區的大地構造演化歷史。10.3沉積盆地與油氣資源的關系10.3.1沉積盆地與油氣生成沉積盆地中的有機質在特定的溫度和壓力條件下可以轉化為油氣。因此，沉積盆地的沉積環境和演化歷史對油氣的生成具有重要影響。10.3.2沉積盆地與油氣儲集沉積盆地中的沉積巖系通常具有良好的儲集性能和蓋層性能，為油氣的儲集提供了有利條件。不同類型的沉積盆地具有不同的油氣儲集特征，如克拉通盆地中的古生界碳酸鹽巖儲層、裂谷盆地中的中生界碎屑巖儲層等。第十一章：沉積作用與古地理重建11.1沉積作用與古地理格局11.1.1沉積作用對古地理格局的影響沉積作用通過控制沉積物的分布和堆積形態，影響了古地理格局的形成和演化。例如，河流沉積作用可以形成河流網絡，影響陸地的水文和地貌特征；海洋沉積作用則可以形成海底地形和沉積體系，影響海洋的地理格局。11.1.2古地理格局的重建通過研究沉積物的類型、結構、構造以及沉積相等信息，我們可以重建古地理格局。這有助于我們了解地球歷史時期的地理環境和氣候變化規律。11.2沉積體系與古地理單元11.2.1沉積體系的定義與分類沉積體系是指具有相似沉積特征和成因聯系的沉積物組合。根據沉積環境和沉積物的類型，沉積體系可以分為河流沉積體系、湖泊沉積體系、三角洲沉積體系、濱海沉積體系、淺海沉積體系等。11.2.2古地理單元的劃分古地理單元是根據沉積體系和古地理格局劃分的地理區域。它們具有相似的沉積特征和地理環境，是研究古地理格局和沉積作用的重要基礎。11.3古地理重建的方法與應用11.