海洋碳酸盐沉积相模式
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发布时间：2022-05-14 03:50
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时间：2024-02-23 14:50
海洋碳酸盐沉积受生物、水文和自然地理等多种条件的控制，沉积作用因素复杂，给建立碳酸盐沉积相带模式带来困难。碳酸盐沉积相和沉积环境的理想序列，至今尚没有一个完整无缺的模式。目前关于海洋碳酸盐沉积相模式较多，择几种简述如下。
1.按能量带划分的沉积相模式
肖（Shaw，1964）把浅海碳酸盐岩沉积区划分为陆表海和陆缘海两种类型，首次论述了陆表海的水能量特征，提出陆表海碳酸盐沉积分异主要取决于海水的能量；陆表海内波浪、海流以及潮汐作用是控制碳酸盐分带的主要因素。
欧文（Irwin，1965）根据肖的理论，进一步提出了陆表海沉积模式和能量带的理想序列，按照能量把没有或仅有很少陆源物质输入的陆表海（清水盆地）从海岸到广海方向划分为X、Y、Z三个带（图8-26）。
图8-26 欧文的碳酸盐沉积相模式
（据欧文，1965）
X带（低能带）广海浪基面以下，宽约数百千米。该带很少受到扰动，只有海流才能作用于海底。沉积物主要是从高能带（Y）带来的细粒碎屑物质，形成粉屑灰泥沉积。该带氧的供应相对不足，使底栖生物和藻的生长受到*。该带水体较深，水温较低，不利于灰泥形成，一般沉积速率较慢，沉积物厚度较小。沉积物一般呈暗色，发育典型的水平层理。
Y带（高能带）宽约数十千米，波浪和潮汐作用都十分活跃，阳光充足，氧气充分，底栖生物及藻类大量繁盛，常形成生物礁或生物滩。向滨岸一侧，由于水动力较强形成各种较粗的碳酸盐异化颗粒，如鲕粒、生物碎屑和内碎屑等。粒屑主要由砂砾级粗碎屑组成，泥质很少。粗颗粒大都被磨蚀分选，原始孔隙度高，多为亮晶胶结物所充填。由于生物碎屑或鲕粒受到波浪和水流的牵引、簸选，往往形成具交错层理的、分选良好的颗粒灰岩。
Z带（低能带）宽度可达数百千米，该带海水较浅，不超过几米，海水循环不畅，主要受潮汐的影响，波浪的作用已经很小，只有风暴才能引起局部的波浪作用。Z带海底坡度很小，或近于平坦，水浅，因而分布广泛。在靠近滨岸地带，如气候干燥炎热，水流停滞，可使海水蒸发，盐度不断增高，形成白云岩、硬石膏、石膏以及各类盐类沉积物。此带的碳酸盐沉积物主要是低能的灰泥。其中一部分是从高能带中搬运而来的；另一部分是以物理化学方式从海水中直接沉淀下来的。所形成的岩石主要是泥晶灰岩或纹层状灰岩及白云岩。Z带内形成的沉积岩中普遍富含球状颗粒，常见干裂和鸟眼构造、扁平砾石、蠕虫钻孔及生物垂直潜穴等沉积构造，据此区别于X带的碳酸盐沉积。由于Z带海水较浅，循环又受局限，盐度和温度变化都比较大，因此生物极不发育，数量也极为稀少，仅见蓝绿藻、介形虫、腹足类等少量生物化石。
拉波特（L.F.Laport，1967，1969）继承并进一步修改了肖和欧文所建立的模式，认为潮汐作用在海水动力能量分带上起重要作用。他发现由于潮汐面频繁变动经常引起能量带的复杂迁移和变换，因而形成各相带的变替和穿插。因此把碳酸盐的能量相带与潮汐分带结合起来，划分出四个相带（图8-27）：①潮上及潮间带，相当于欧文的Z带；②浅的潮下带，位于浪基面以上，相当于欧文的Y带；③无陆源沉积的潮下带，位于浪基面以下，无细粒陆源碎屑物（主要指黏土），相当于欧文的X带的上部；④有陆源沉积的潮下带，位于浪基面之下，有陆源黏土沉积物，相当于欧文的X带的下部。拉波特对欧文能量相带，特别是潮下带进行了详细划分，将潮下带划分为三个相带：分别相当于Y带、X2、X1带。
图8-27 拉波特（1967，1969）碳酸盐沉积模式
（转引自刘宝珺和曾允孚，1985）
2.碳酸盐缓坡沉积相模式
在归纳已有海相碳酸盐沉积模式的基础上，Read（1989）、Burchette（1992）提出了碳酸盐缓坡沉积相模式。在Read的模式中，又将缓坡分成等斜缓坡和远端变陡缓坡两种类型。
（1）等斜缓坡模式
等斜缓坡系指具有比较均一和平缓的、从岸线逐渐进入盆地的缓慢倾斜的斜坡，与较深水的低能环境之间无明显的坡折，波浪搅动带位于近岸处（图8-28）。现代实例包括波斯湾（Parser，1973）和沙克湾（Logan et al.，1974）。等斜缓坡由岸向海划分为4个相带：①潮坪和潟湖相；②浅滩或鲕粒（团粒）沙滩的浅水组合；③较深水缓坡泥质粒泥灰岩或灰泥灰岩，含各种完整的广海生物群化石、结核状层理、向上变细的风暴层序和生物潜穴，斜坡下部也可具海底胶结的碳酸盐建隆；④斜坡和盆地的灰泥灰岩和具页岩夹层的灰泥灰岩，重力流成因的角砾岩和部分浊积岩。Read认为，拉波特模式就是这种等斜缓坡模式。Carozzi甚至提出，欧文（lrwin，1965）所提出的X、Y、Z三带划分的清水碳酸盐沉积模式也属于等斜缓坡模式。
图8-28 等斜缓坡模式
（据Read，1989）
（2）远端变陡缓坡模式
远端变陡的缓坡在近岸处类似于等斜缓坡模式，而在远岸较深水处，由于加积和滑塌作用可形成较明显的坡折，从而具有台地的一些特征（图8-29）。然而，远端变陡的缓坡不同于下述的镶边陆棚或孤立台地，后两者的坡折带与陆棚边缘高能带重合，而前者高能带则位于近岸处，不仅坡折带不与高能带重合，其坡折带位于水下较深处的低能带，因而，此类缓坡的坡折带与浅水高能带之间有较远的距离，堆积在变陡缓坡末端或盆地边缘的深水角砾状灰岩主要来自浪基面之下的深水缓坡或斜坡滑塌的碎屑物，并以缺乏浅水礁或滩的碎屑为前后两者的主要区别。远端变陡缓坡的沉积相划分与等斜缓坡类似，一般也分为4个相带，前三个相带沉积特征与等斜缓坡一致，在斜坡和盆地边缘相带的沉积物类型则不同于等斜缓坡，岩层内不含有大量层内冲刷充填构造，夹有斜坡相碎屑的角砾状灰岩，浅水相的碎屑罕见。角砾状灰岩呈槽状或席状，同时还有一些互层状的浊流和等深流成因的异地颗粒灰岩。这些特征均反映了进入斜坡的坡度较陡。古代实例以Cook et al.（1977）描述的美国西部上寒武统-下奥陶统的沉积层序为例，现代实例为犹卡坦半岛为例。
3.碳酸盐台地沉积相模式
碳酸盐台地这一术语尽管在国内外得到广泛应用，但不同学者对它的认识却不完全一致。这里所指的碳酸盐台地引用的是Read（1989）的概念，主要指具有水平的顶和陡峻的陆棚边缘的碳酸盐沉积海域，在这个边缘上具有“高能量”沉积物，而不管该海域是否与陆地毗连和其延伸范围。
图8-29 远端变陡缓坡模式
（据Read，1989）
依据碳酸盐台地的定义，Read在1985年所建立的镶边陆棚和孤立台地（包括海洋环礁）都属于碳酸盐台地相模式中的类型。实际上，如果不考虑是否与陆地毗连，孤立台地（海洋环礁）也可视作镶边的陆棚。Tucker＆Wright（1990）提出的碳酸盐台地分类和概念模式如图8-30所示。
图8-30 碳酸盐台地的分类和概念模式
（据Tucker＆Wright，1990；转引自周江羽等，2010）
镶边碳酸盐陆棚是一种典型的浅水台地，其特征是：外部扰动边缘是以坡度明显增加（可达60°或更大）而进入深水盆地，并以此与碳酸盐缓坡模式相区别，并以沿陆棚边缘有连续到半连续的镶边或障壁礁或滩*着海水循环和波浪作用，向陆一侧则形成局限的陆棚或低能潟湖（Ginsburg＆James，1974）。全新世镶边陆棚的实例有澳大利亚大堡礁（Maxwell，1968），伯利兹陆棚、南佛罗里达陆棚（Enos＆Penkins，1977）和昆士兰淹没陆棚。国内外古代的镶边陆棚模式就更多。
孤立台地和海洋环礁的四周都被深达数百至数千米的海水所包围。其边缘和内部的沉积特征和相带划分与前述的镶边陆棚较为类似，都具有堆积塌积物为主的边缘陡崖（60°或更大）和发育于台地边缘坡折带上的高能带，以沉积生物礁或鲕粒滩为主。区别是孤立台地边缘可以迎风也可以背风，并围绕台地呈环状分布。如巴哈马台地即属于一种典型的孤立台地，它发育在由于断裂所引起的地垒上，其基底可能是陆壳或过渡壳。海洋环礁属孤立台地的特殊类型，常发育在隆起的大洋火山上，周缘水深可达近千米至数千米。我国南沙群岛中的永兴岛属于此类型的现代实例，古代实例以广西南丹泥盆系龙头山马蹄形环礁为例（田洪均，1985）。
4.综合碳酸盐沉积相模式
（1）威尔逊沉积相模式
威尔逊（J.L.Wilson，1975）综合了古代及现代碳酸盐的大量沉积模式，吸收了按能量划分碳酸盐相带的优点，根据海底地形、潮汐、波浪、氧化界面、盐度、水深、海水循环、气候条件等因素建立了综合的碳酸盐沉积的标准相带模式。把海洋碳酸盐沉积划分为三大相区和九个标准相带，还提出九个标准相带的22种微相类型（图8-31，表8-2）。
图8-31 威尔逊（1975）碳酸盐沉积相模式
（转引自刘宝珺和曾允孚，1985）
1）盆地相：指远海深水盆地相，不利于底栖生物生长和碳酸盐岩的沉积，其沉积作用取决于黏土质和硅质的流入量以及浮游生物残骸的注入量。滞流缺氧和过咸化条件均可能存在。盆地相又可分为下列几种类型。
碳酸盐浊积岩相 由邻近陆棚及陆棚斜坡的钙质角砾、微角砾、灰砂等组成的异地来源的碳酸盐组成。其岩性及厚度变化都很大。
深水非补偿地槽相 主要是异地碳酸盐堆积。常见的岩石类型有放射虫硅质岩、红色生物泥晶灰岩及红色结核灰岩、浅色远洋泥晶灰岩、暗色盆地泥晶灰岩、海绵骨针灰岩，以及含菊石、放射虫、有孔虫、远洋双壳类和棘皮类的微球粒泥晶灰岩等。
克拉通盆地（非补偿的和滞流缺氧的）碳酸盐相 这是一个位于氧化面以下的静水沉积环境。水深至少为30m，一般几百米。主要岩石类型为暗色薄层灰岩、暗色页岩或粉砂岩及薄石膏层。发育有毫米级的纹理，也有波状交错层。陆源碎屑岩为薄层石英粉砂岩及页岩，与石灰岩互层出现，常见有燧石。生物群主要为游泳及浮游生物，大型生物化石有笔石、菊石、海绵骨针等，微体化石有钙藻、放射虫和硅藻等。
2）开阔陆棚相：这是典型的较深的浅海沉积环境，水深几十米到100m，一般为氧化环境，盐度正常，水循环良好。海底一般在浪基面以下，但是大的风暴也可以影响底部沉积物。陆棚较宽阔，沉积作用相当均匀。
表8-2 威尔逊（1975）碳酸盐沉积相模式几个标准相带的微相类型
（转引自刘宝珺和曾允孚，1985）
3）台地斜坡脚相：位于碳酸盐台地的斜坡末端，其沉积物由远洋浮游生物及来自相邻的碳酸盐台地的细碎屑物质组成，海底一般位于浪基面以下，但在氧化界面以上。
4）台地前斜坡相：此相带位于深水陆棚与浅水碳酸盐台地的过渡地带，斜坡的角度可达30°，从浪基面之上一直延续到浪基面以下，但一般位于氧化面的下限以上。化石十分丰富，发育有广海生物。
5）台地边缘生物礁相：其生态特征取决于海水的能量、斜坡坡度、生物的产生能力、造礁生物的数量、黏结作用、捕集作用、出露水面的频率以及后来的胶结作用。可分三种类型：下斜坡碳酸盐泥和生物碎屑堆积、有生物碎屑的圆丘礁缓坡及生物骨架建筑的礁环。
6）台地边缘滩相：此相带碳酸盐颗粒主要呈沙洲、海滩、扇状或带状的滨外坝产出。沉积物经潮汐水流和岸流的簸选而比较洁净。此带盐度正常，海水循环良好，氧气充足。但由于底质常变动，因此不利于海洋生物生活。
7）开阔台地相：此相带位于台地边缘内的海峡、潟湖以及海湾中，水较浅，几米到几十米。盐度近于正常或略偏高。海水循环中等。这种环境条件适合各种生物生长，但无窄盐度生物。沉积物中含有相当数量的灰泥，结构变化不大。
8）局限台地相：这是一种潟湖相，还包括潮间带环境。海水循环受到*，海水一般比较浅，盐度变化较大，淡水、盐水、超盐水均有。此带的天然堤、潮间坪、潟湖及池沼中，主要沉积灰泥。粗沉积物出现在潮汐水道中或局部的海滩上。有些地方可暴露于水面以上，氧化和还原环境均可产生。淡水植物和海洋植物均有发育。沉积物的成岩变化显著。主要岩石类型为灰泥沉积，也发育有白云岩，岩石颜色浅。发育纹理和鸟眼构造，为具藻叠层石、小型递变层理、白云石及钙质层壳等的潮汐水道的砂沉积，还出现交错层理。陆源碎屑少，但局部地区有风成碎屑物质堆积，常呈分选良好的砂层。动物及植物化石均很少。
9）台地蒸发岩相：即潮上相带，干热地区的潮上盐沼地或萨布哈沉积是该相的典型代表。台地蒸发岩相经常位于海平面之上，仅在特大*或特大风暴时才被海水淹没。主要岩石类型为白云岩及石膏或硬石膏，它们很可能是交代成因的，常与红层共生。陆源碎屑极为普遍，主要为风成及红层沉积。纹理发育，常有泥裂、藻叠层等构造，还发育有同生及成岩期的变形构造，如结核、肠状构造、羽状构造等。原地生长的生物很少。
威尔逊模式九个相带的划分比较详细系统，是一个比较完善的综合性模式，已被普遍使用。它的基本格局仍是低能—高能—低能这三大相区。威尔逊盆地相区的1、2、3 相带，其海底深度均位于浪基面之下，水体运动很弱或处于静海状态，属低能带，与欧文的X相带相当。威尔逊的台地边缘相区的4、5、6相带，其海底深度均位于浪基面之上，波浪作用强烈，均属高能带，并且这三个相带亦均较窄，与欧文的Y相带相当。威尔逊的台地相区的7、8、9相带，均位于台地边缘相区之后，这里波浪能量消失，水体运动均比较弱，属低能带，大致与欧文模式的Z相带相当。但是开阔台地相台（7相带）也可能有部分地区海底水动能较高。
（2）塔克碳酸盐相模式
塔克碳酸盐相模式（Tucker，1981）认为，一个典型而完整的碳酸盐相模式应具有如下特征（图8-32）：在近岸潮间-潮上带，以碳酸盐泥坪为主，如果处在干燥气候带，向陆方向过渡为萨布哈及盐沼的蒸发沉积；在浅水到深水陆棚区，为碳酸盐砂屑及泥晶沉积为主，其中，陆棚或沿陆棚边缘发育的高能浅水区是鲕粒等颗粒生成的场所，由鲕粒和骨骼砂可以形成沙堤、海滩或浅滩；沿着沙堤岸线，在沟通潟湖与开阔陆棚的主要潮汐通道口上，可以发育碳酸盐潮汐三角洲，也是鲕粒生成场所；沿着陆棚边缘，礁和其他碳酸盐岩隆经常发育，可形成障壁地形，导致礁后陆棚静水潟湖的形成，海水循环受*；在陆棚或开放潟湖内，常形成小的斑礁；沿陆棚边缘，来自礁及滩的碳酸盐碎屑可以通过碎屑流及浊流被搬运进邻近盆地。
在很少陆源物注人盆地的条件下，则可有异地搬运的远海碳酸盐沉积作用发生。塔克模式的主要特点是将碳酸盐沉积作用与7个主要环境联系起来划分成潮上-潮间坪、潟湖及局限海湾、潮间-潮下浅滩区、开阔陆棚及台地（由浅水至深水）、礁及碳酸盐岩隆、前缘斜坡和盆地7个相带，其中盆地包括其他欠补偿的远海碳酸盐沉积区和碳酸盐浊积盆地。塔克碳酸盐相模式又将前五种环境划归碳酸盐台地-陆表海，将后两种划归盆地较深水区或斜坡区。该模式同威尔逊模式相比较，不同点在于塔克模式中将盆地与陆棚放在一起，台地边缘生物礁与浅滩合并。在碳酸盐台地中则将潟湖（局限台地）与潮坪分开，开阔台地内又分出浅水碳酸盐沙滩，局部出现斑（点）礁及泥丘。相对威尔逊模式，塔克这个模式更切合陆表海碳酸盐沉积作用。
图8-32 主要的碳酸盐沉积物的沉积环境及其相特征
（据Tucker，1981；转引自周江羽等，2010）
