4第四章 海相碎屑岩层序地层学

第四章第四纪沉积层的形成及其工程地质特征【教学基本要求】1. 理解风化作用的类型 ; 岩石风化程度的划分及风化的产物。

2. 理解地表流水的地质作用及坡积、洪积、冲积层。

3. 理解海洋的地质作用及海相沉积层。

4. 了解湖泊的地质作用及湖沼沉积层。

5. 知道冰川的地质作用及冰渍层。

6. 知道风的地质作用及风积层。

【学习重点】1．风化作用及残积层。

2. 地表流水的地质作用及坡积土、洪积土、冲积土。

3. 海洋的地质作用及海相沉积层。

4. 湖泊的地质作用及湖沼沉积层。

【内容提要及学习指导】4.1 风化作用及残积层第四纪是地质年代中新近的一个纪。

第四纪沉积物是由地壳的岩石风化后，经风、地表流水、湖泊、海洋、冰川等地质作用的破坏，搬运和堆积而成的近代沉积物。

其沉积历史不长，是一种松散的沉积物。

在大气、水和生物活动等因素影响下，地表或接近地表的岩石，发生物理的和化学的变化，致使岩体崩解、剥落、破碎，变成松散的碎屑性物质，这种作用称为风化作用。

风化作用在地表最为明显。

风化后的岩石改变了原有的物理力学性能，强度大大降低，变形增加，直接影响作为建筑物地基的工程特性。

风化作用使岩石产生裂隙，破坏岩石的整体性，影响地基边坡的稳定性。

根据风化作用的性质及其影响因素，岩石的风化可分为物理风化、化学风化和生物风化。

昼夜和季节的温度变化是物理风化作用的主要因素。

化学风化是指岩石在水和各种水溶液的作用下所引起的破坏作用。

这种作用不仅使岩石在块体大小上发生变化，更重要的是使岩石成分发生变化。

生物风化作用是指岩石在生物活动作用下所引起的破坏。

注意理解各种风化之间的联系与区别。

岩石风化后产生的碎屑物质，在被风和大气降水带走一部分后，残留在原地，这种残留在原地的碎屑物称为残积土。

残积土主要分布在岩石暴露于地表而受到强烈风化作用的山区、丘陵及剥蚀平原。

残积土从上到下沿地表向深处颗粒由细变粗。

由于残积物是未经搬运的，颗粒不可能被磨圆或分选，一般不具层理，碎块呈棱角状，土质不均，具有较大孔隙，厚度在山坡顶部较薄，低洼处较厚。

沉积岩学基础目录第二章沉积岩的形成及演化第三章碎屑岩的成分第四章碎屑岩的结构及粒度分析第二章沉积岩的形成及演化沉积岩的形成及其形成后的演化的全部历史过程大致可分为以下几个阶段，即沉积岩原始物质（主要是母岩的风化产物）的形成阶段、沉积岩原始物质的搬运和沉积阶段（即沉积物的形成阶段）、沉积后作用阶段（其中又包括沉积物的同生作用和准同生作用阶段、沉积物的成岩作用阶段以及沉积岩的后生作用阶段）。

第一节母岩的风化作用—沉积岩最原始物质的形成第二节碎屑物质的搬运和沉积作用第三节溶解物质的搬运和沉积作用第四节沉积后作用及其阶段的划分第一节母岩的风化作用—沉积岩最原始物质的形成一、风化作用的概念二、各种造岩矿物的风化及其产物三、各种岩石的风化及其产物四、母岩风化过程中元素的转移顺序及母岩风化的阶段性五、母岩风化产物的类型六、风化壳七、沉积物的其他来源一、风化作用的概念沉积岩的原始物质有母岩的风化产物、火山物质、有机物质以及宇宙物质等，其中母岩的风化产物是最主要的，所以这里就着重介绍母岩的风化作用及其产物的形成，其他原始物质简述之。

母岩，如前所述，是供给沉积岩原始物质成分的岩石，主要是岩浆岩和变质岩，也包括早已形成的沉积岩。

风化作用是地壳表层岩石的一种破坏作用。

风化作用（weathering）是指由于温度的变化，大气、水和水溶液以及生物的生命活动等因素的影响，使地壳表层的岩石、矿物在原地发生物理的或化学的变化，从而形成松散堆积物的过程。

引起岩石破坏的外界因素有温度的变化、水以及各种酸的溶蚀作用、生物的作用、各种地质营力的剥蚀作用等。

在这些因素的共同影响下，地壳表层的岩石就处于新的不稳定状态，逐渐地遭受破坏，转变为风化产物。

这些风化产物就是最主要的沉积岩的原始物质成分。

风化作用按其性质可分为：物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用。

1．物理风化作用温度的变化以及岩石空隙中水和盐分的物态变化，使地壳表层的岩石、矿物在原地发生机械破碎而不改变其成分的过程叫物理风化作用（physical weatherring）。

一．名词解释1. 层序地层学：(Sequence Stratigraphy)研究以不整和面或与之相对应的整和面为边界的年代地层格架中具有成因联系的、旋回岩性序列间相互关联的地层学分支学科。

2. 层序：(Sequence)一套相对整一的、成因上存在联系的、顶底以不整和面或与之相对应的整和面为界的地层单元。

3. I型层序边界面：一个区域型不整合界面，是全球海平面下降速度大于沉积滨线坡折带处盆地沉降速度时产生的。

即I型层序界面是在沉积滨线坡折带处，由海平面相对下降产生。

4. II型层序边界面：全球海平面下降速度小于沉积滨线坡折带处盆地沉降速度时产生的，在沉积滨线坡折带处未发生海平面的相对下降。

5. I型层序：底部以I型层序界面为界，顶部以I型层序或II型层序界面为界的层序。

6. II型层序：底部以II型层序界面为界，顶部以I型层序或II型层序界面为界的层序。

7. 沉积滨线坡折带：(Depositional shoreline break)陆架剖面上的一个位置，是沉积作用活动的地形坡折，在此坡折向陆方向，沉积表面接近基准面，而向海方向沉积表面低于基准面。

8.陆棚坡折带：(Shelf-break)大陆架与大陆斜坡之间的过渡地带。

9. 体系域：(Systems tract)一系列同期沉积体系的集合体。

10. 低位体系域： (Lowstand systems tract，简称LST) I型层序中位置最低、沉积最老的体系域，是在相对海平面下降到最低点并且开始缓慢上升时期形成的。

在具陆棚坡折的深水盆地的沉积背景中，低位体系域是由海平面相对下降时形成的盆底扇、斜坡扇和海平面相对上升时形成的低位前积楔状体以及河流深切谷充填物组成的。

低位体系域以初次海泛面为顶界，其上为海进体系域。

11. 海进体系域：（Transgressive systems tract，简称TST）：是I型和II型层序中部的体系域，是在全球海平面迅速上升与构造沉降共同产生的海平面相对上升时期形成的，由一系列向陆推进的退积准层序组成，沉积作用缓慢。

层序地层学是研究旋回式、成因上有联系的、以侵蚀面或者与其可以对比的整合面为界的年代地层格架，以及沉积层序内部地层、岩相分布模式的地层学分支学科。

层序地层学通过对地震、测井和露头资料的分析，研究在构造运动、海面升降、沉积物供应和气候等因素控制下，造成相对海平面的升降变化及其与地层层序、层序内部不同级次单位的划分、分布规律；研究其相互之间的成因联系、界面特征和相带分布。

以建立更精确的全球性地层年代对比、定量解释地层沉积史和更科学地进行油藏以及其他沉积矿产的钻前预测。

层序的基本概念在18世纪晚期即已提出，认为地层的顶、底界是不整合的单位。

但第一次明确提出层序一词，并用于北美大陆古生代地层划分的是斯洛斯。

到了20世纪50年代后期，美国地质学家韦尔等，在研究了大量资料的基础上，于1965年提出了第一代的全球海平面相对变化曲线和地震地层学基本原理，成功地解决了北海盆地的中生代地层划分，引起了石油地质界的重视，并于1977年出版了《地震地层学在油气勘探中的应用》一书。

它标志着地震地层学的诞生和层序地层学的奠基。

1987年，美国哈克、韦尔、哈登博尔等，在总结各项成果的基础上，提出第二代海平面相对变化曲线，并系统地提出层序地层学的基本理论与概念。

出版了《层序地层学原理》，它标志着层序地层学进入成熟和蓬勃发展阶段。

层序地层学是在地震地层学的基础上发展起来的，它概括了地震地层学的基本概念和方法，并综合了生物地层学、同位素地层学、磁性地层学、沉积学和构造地质学的最新成果。

其基本原理是构造运动、全球绝对海平面的变化和沉积物供应速度综合作用的结果，产生了地层记录，也可称作地层信号。

这些记录反映了上述诸作用的规模、强弱、持续时间和影响范围。

其中，构造作用与海平面变化的结合，引起了全球性相对海平面变化，它控制了沉积物形成的潜在空间。

构造作用与气候变化的结合，控制了沉积物的类型和沉积数量，以及可容纳空间中被沉积物充填的比例。

而河流和海洋环境中的沉积作用，又由于水流与地形和水深间的相互影响而引起不同的岩相分布。

层序地层学层序地层学( sequence stratigraphy):研究旋回式的、成因上有联系的、以侵蚀面( 或无沉积作用面) 或者与其可以对比的整合面为界的年代地层格架, 以及沉积层序内部地层、岩相分布模式的学科,是地层学的分支学科。

——就是根据露头、钻测井和地震资料，结合有关沉积环境和岩相古地理解释，对地层层序格架进行地质综合解释的地层学分支学科。

曲线对比的共同点:1、突变界面2、沉积旋回3、沉积背景第一章绪论第一节层序地层学的形成和发展一、层序地层学的萌芽阶段——概念萌芽阶段（1949－1977）20世纪70年代以前，主要建立了层序地层学赖以发展的地质基础，包括以生物地层学、岩石地层学、年代地层学及动力地貌学为依据建立的一些层序、旋回及均衡剖面理论等。

1、地质学的核心－地层学；地层学的核心——国际地层表（或国际地质年代表）成了讨论任何与沉积地质学有关问题的准绳和尺度。

2、国际地层表的根本问题：①地层表中各代、纪、世、期的命名没有反映出各地质时代的地质特征和它们内在成因联系，存在人为的主观因素。

部分“系”是两分的，部分“系”是三分的。

②地层划分指南中提出的生物地层、年代地层和岩石地层是一个三元分类系统。

没有把此三元分类系统统一到带有纵向成因演化特征的“年代地层单元”这一最根本的客观标准上3、层序地层学的诞生和发展首先得益于“层序”概念的提出。

1）Hutton （1788）首次指出“不整合面”是区分隆起、剥蚀和沉积旋回的物理界面。

2) Lyell和Agassiz（1835，1840）提出的冰川理论中就初步讨论了海平面变化与构造作用之间的关系；3)Suess （1906）发展了冰川理论并进一步讨论了海平面升降与沉积物上超和下超之间的关系。

4)Chamberlin （1909）论述了地壳运动控制了世界范围内海平面变化。

从这个意义上说，可以认为Chamberlin 是当代层序地层学的先驱。

4、层序的概念：“层序是以主要区域不整合为边界的地层集合体”二、地震地层学形成发展阶段——孕育阶段（1977－1988）1、新理论和新方法的出现1) 精确定年方法：同位素年代定年；古地磁测量定年；超微生物分带定年2）板块构造理论发展成熟——深海钻探计划（ODP）的实施（1）地球物理和盆地分析方法去分析地壳的垂向升降、横向伸缩以及各种构造活动、（2）火山活动、重大地质事件发生的时代和规模（3）不同板块演化阶段和不同板块部位发育不同沉积类型组合3）古地理背景研究古沉积：沉积体系的概念和地质与地球物理资料研究古水深：沉积岩性、古生态学、特殊矿物古气候：孢粉组合、沉积岩性以及颜色古水温和古盐度：碳氧同位素、微量元素和包裹体4）高分辨率数字地震勘探技术的发展地质学家可以得到比较精确的、能够反映地下地层形态、岩性、物性、流体性质的不同维数的图像。