沉积相是什么？关于沉积相的科普介绍

相这一概念最早由丹麦地质学家Steno（1669）引入地质文献，并认为相是在一定地质时期内地表某一部分的全貌。1838年瑞士地质学家格列斯利（Gressly）开始把相的概念用于沉积岩，他认为“相是沉积物变化的总和，它表现为这种或那种岩性的、地质的或古生物的差异”。

20世纪以来，相的概念随着沉积岩石学、古地理学的发展而广为流行，形成了不同的观点和学派，一派认为，相是地层的概念，把相看着是“地层的横向变化”；另一派把相理解为环境的同义词，认为相即环境；还有一派认为相是岩石特征和古生物特征的总和（R.C.Selley）。

简介

沉积相是反映一定自然环境特征，具有一定岩性和古生物标志的地层单元。从沉积物(岩)的岩性、 结构、 构造和古生物等特征可以判断沉积时的环境和作用过程。沉积相概念首先由瑞士A·Gressly于1838年提出。他认为具有相似的岩性和古生物两方面特征的岩石单元才能作为同一个“相”。以后由于从不同角度运用“相”这个术语，出现了不同的提法。表示岩性特征的，如“砂岩相”；表示沉积物与大地构造关系的，如造山后期“磨拉石相”；表示沉积时的作用过程的，如“浊积相”；表示沉积环境的，如“浅海相”。现今一般学者主要从沉积环境和作用过程来理解相的涵义。沉积环境主要指海、陆、河、湖、沼泽、冰川、沙漠等分布及其地势高低。因此，它是地貌学研究的重要内容。

目前较为普遍的观点是，相的概念应包含沉积环境和沉积特征这两方面的内容，把相理解为沉积环境及在该环境中形成的沉积岩（物）特征的综合。

沉积环境由下列环境要素（条件）组成：1）自然地理条件；2）气候条件；3）构造条件；4）沉积介质的物理条件；5）介质的地球化学条件。

沉积岩特征包括：岩性特征（岩石的颜色、物质成分、结构、构造、岩石类型及组合）、古生物特征（生物的种属和生态）以及地球化学特征。

因此，沉积环境是沉积岩特征的决定因素，沉积岩特征是沉积环境的物质表现。在沉积学中，相就是沉积相。

与相的概念同时存在的还有沉积相（sedimentary facies）、岩相（lithofacies）等概念和名词。岩相是一定沉积环境中形成的岩石或岩相组合，构成沉积相的主要组成部分。

分类

陆相组

①残积相（eluvial facies）是陆相沉积类型之一，是基岩经物理风化和化学风化作用后，残留在原地的风化产物。沿剖面向下，它逐渐过渡为基岩。主要由基岩碎屑及铁质、红土质（铁铝质）、粘土质沉积物组成。无分选性，层理也不清楚；

②坡积—坠积相：坡积相（slope wash facies）是陆相沉积类型之一，是高地基岩的风化产物，由于雨雪等的作用，借助于重力沿斜坡滚动，堆积在山坡上形成的沉积物。坡积相主要由砂砾岩、粉砂岩等组成，碎屑物分选差，呈棱角状，常具与斜坡平行的层理；

③沙漠（风成）相：沙漠相按成因可划分为岩漠沉积物、戈壁沉积物、风成沙沉积物、旱谷沉积物、沙漠湖及内陆盐碱滩沉积物等。其中风成沙是沙漠环境的最主要沉积物，它的特征是分选好，风成交错层理（巨型板状或槽状交错层理）广泛发育，生物化石稀少（尤其是植物化石），有时在分选差的粗粒砂岩中可找到风棱石；

④冰川相（glacial facies）是陆相沉积类型之一，是由冰川作用堆积形成的沉积物，形成于年平均温度很低的地区。它是通过冰川携带各种大小不同的岩石碎屑，如巨砾、砾石、砂、粘土等在冰川运动时或消融时直接堆积而成；

⑤冲积扇相：冲积扇（alluvial fan）是发育在山谷出口处，主要由暂时性洪水水流冲刷形成，范围局限、形状近似于圆锥状的山麓粗碎屑堆积物；

⑥河流相：指由陆上河流或其它迳流作用沉积的一套沉积物或沉积岩形成的沉积相；

⑦湖泊相：湖泊是大陆上地形相对低洼和流水汇集的地区根据洪水面、枯水面和浪基面，把湖泊相划分为滨湖亚相、浅湖亚相、半深湖亚相和深湖亚相，平面上它们大致呈环带状分布，另外，还可划分出湖湾亚相；

⑧沼泽相（swamp facies）是陆相沉积类型之一，是在沼泽环境形成的沉积物。

过渡相组

①三角洲相：三角洲是海（湖）陆交互地带近河口处，河流携带沉积物倾泻入海（湖）形成的冲击平原，它在平面上呈顶尖朝向陆地的三角沉积体，其上有错综分布向海（湖）三开的分支河道：

②河口湾相：河口湾又称三角港。潮汐作用强烈、海洋动力为主的喇叭形河口。通常分布在海岸沉降带潮汐动力强、河流沙量小的滨海地区。

海相组

①滨岸相：又称海岸相或海滩相，位于潮上至波基面之间，包括无障壁海岸相和障壁型海岸相（障壁岛相、泻湖相、潮坪相等）；

②浅海陆棚相：位于波基面以下的陆棚区，向陆方向与滨岸相衔接，向海与半深海相毗邻；

③半深海相：半深海又称次深海，位置和深度相当于大陆坡，是浅海陆棚与深海环境的过渡区；

④深海相：深海分布于深海平原或远洋盆地中，通常是一些较平坦的地区，水深在2000米以下，平均深度4000米。

识别标志

岩石学标志

1、颜色：自生色主要决定于岩石中含铁自生矿物及有机质的种类和数量，粘土岩、化学岩和生物化学岩的自生颜色对古水介质的物理化学条件有良好的反映，是良好的地球化学指标。 

2、岩石类型及矿物成分：其中尤以原生沉积的自生矿物可指示沉积环境，重矿物可指示物源区母岩的性质。岩

石类型除了在一定程度上可以指示沉积环境外，还可指示沉积环境的构造状况及古气候条件。

生物标志

1、实体化石。

2、遗迹化石。

原生沉积构造及其组合

原生沉积构造可提供有关沉积时期的沉积介质性质和能量方面的信息。目前国内外已广泛用于原生沉积构造及其组合或序列作为沉积环境的重要标志。  

1、床砂的水力学行为、层理及波痕的形成。

2、波痕的形态。

3、层理。       

地球化学标志

1、微量元素：在沉积作用过程中，沉积物与介质之间存在着复杂的地球化学平衡，如沉积物与沉积介质之间的物质交换，沉积物对某些元素的吸附等。这种吸附与交换作用除与元素本身的性质有关以外，还受到各种环境的一系列物理化学条件的限制。因此，在不同的环境中，元素的分散与聚集的规律也不相同。如B、Rb、Sr、Br、Cl、I等元素的含量在海洋沉积物中往往比大陆沉积物中要高。因此这些元素的含量多少或某些元素比值的大小，就可作为区分海陆沉积的地球化学标志。

2、稳定同位素：据研究，海水中的氧同位素18O及碳同位素13C都比淡水中要多。沉积物中的自生矿物（碳酸盐矿物）反映了这种差别，因此，可以利用稳定同位素比值作为判断沉积环境的标志。

海相沉积物中的13C/12C比值高于非海相沉积物，且差别明显。因而有机质及石灰岩中碳元素的13C/12C比值是较好的指相标志。也可以利用页岩中菱铁矿结核的13C/12C比值来区分海、陆相沉积。海水中的18O/16O比值受水体温度的影响较大，故不是一种可靠的指相标志。海相与陆相成因的烃类中，硫同位素34S/32S的比值也有所不同。

3、有机组分：异戊间二烯类中的植烷和姥鲛烷可用作区别海相和陆相沉积的标志。

①銣（Rb）和钾（K）

海水中的含盐度高，粘土矿物吸附的碱金属离子的量较碱土金属的量要多，因此沉积物中銣、钾的含量及其比值，常可作为沉积时水的含盐度的标志。据F A Camphell 等的研究，正常的海相页岩中，Rb/K比值平均为0.006，微咸水页岩中的Rb/K比值平均为0.004，淡水河流中的沉积物， Rb/K比值平均为0.0026。

②硼（B）和镓（Ga）

海成粘土（泥岩）硼的含量高，大陆或淡水泥岩或页岩中，镓较为富集。大陆沉积的粘土岩中，B/Ga比值一般小于3.3，而海洋沉积的粘土岩中，B/Ga比值大于4.5~5，过渡性沉积则介于二者之间。

③锶（Sr）和钡（Ba）

Sr/Ba比值随盐度的提高有明显增大的趋势。据研究，该比值大于1者为海洋沉积，小于1者为大陆沉积。

其它标志

1、沉积序列（垂向沉积序列）

根据沃尔索相律，可利用垂向沉积序列的研究来推断和预测可能出现的沉积相或沉积环境的横向变化关系。反之，也可以根据现代和古代沉积环境横向上的岩相资料来建立垂向沉积序列。

近几十年来，人们发现不同的沉积环境各自具有其独特的垂向沉积序列（相模式）。迄今已概括出主意沉积环境的一般性（标准）序列模式。这些沉积序列模式在研究和判断沉积环境方面具有很大作用（R。G。Walker）。

①沉积序列模式可以起到一个对比标准的作用；

②在观察和研究地层剖面时，沉积序列模式可以起到提纲和指南的作用；

③在一个新的地区，沉积序列模式可以起到“预测”的作用。

 2、砂体的几何形态

砂体的形态和分布不仅可以提供油气储集的条件，而且也是判断沉积环境的标志之一。这是因为砂体的形态、大小和分布通常时对某些主要的地形或沉积作用的反映，因而与沉积环境有直接的联系。

砂体的几何形态包括其形状和大小两方面的内容，其形状既有平面的内容，又有剖面形态。

①砂体的平面形态：

通过编制同一地层单位的砂岩等厚图来了解，根据砂岩厚度等值线所反映的形态，可大致了解砂体形态。

A. 席状（层状）砂体——平面分布面积较大，长/宽比值近于1：1，厚度稳定。如陆棚砂、海滩砂等。

B. 扇状或垛状砂体——分布面积中-大，其长/宽比值近于1，或小于3，砂体向盆地方向减薄，并呈扇形散开，或呈垛叶状。如：冲积扇、海底扇、三角洲砂体等。         

C.长形砂体——平面面积中-大，长/宽比3~20，厚度不稳定，根据其形态可进一步分为：i-条带状砂体，长/宽比大于3，可高达20：1或更大；ii-树枝状砂体：一般比较弯曲，并有分支；iii-带状砂体：由于测向移动，条带状砂体与树枝状砂体结合起来形成带状砂体。

长形砂体多出现在沿岸砂坝、障壁岛、三角洲平原及海沟沉积中。

D. 透镜（豆荚）状砂体——分布面积小，长/宽比小于3：1。

②砂体的剖面形态：

通过编制砂体横剖面图来了解，常见的砂体横剖面形态有：

A. 上平下凸状——河流成因的砂体属此类，底部常有冲刷面。

B. 下平上凸状——沿岸沙坝、障壁坝。    

C. 楔状——冲积扇、海底扇砂体常属此类，其砂体厚度向盆地方向逐渐变薄。

D. 透镜状砂体——如三角洲的指状砂坝，常呈双凸形的透镜状砂体。

意义

一个地区的沉积层受到该区物理、化学和生物等方面的综合影响，使其具有独特的特征。所谓沉积相，就是能够反映沉积环境的岩石特征和古生物特征的总和。包括岩性特征(岩石的颜色、物质成分、结构、构造、岩石类型与组合)、古生物特征(生物的种属和生态)和地球化学特征。这些特征就是相标志。根据这些相标志可以重塑古环境，研究古地理。

由于环境和外营力作用有序地变化，沉积物的综合特征也随之发生变化，称为相变。早在1894年，德国J.瓦尔特就提出“相的连续定律”来阐述沉积相在横向上变化与垂向上变化的关系。他指出：垂向上所见到的沉积相序列也可在横向上见到。在连续沉积的情况下，只有那些并列出现的相和相区，才能在垂向剖面中互相叠置，而没有间断。这种相序关系使人们在勘探中，可以从垂向上出现的沉积相序列来推断相邻地区横向上的类型和系列，为勘探油气、 煤炭、 地下水和其他沉积矿床服务。沉积相的研究，也能推动地貌学、古地理学和沉积学研究的深入。以相序递变规律为基础对某沉积环境归纳出的带有普遍意义的沉积相的空间组合形式，称为相模式。相模式和相标志是恢复和再现沉积环境的两把钥匙。

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