【任务描述】 ①正确了解并叙述沉积相的概念；②了解沉积相分类并记住常见沉积相；③熟记常见沉积相标志；④根据典型岩相分析实例，进行常见岩相分析。
一、沉积环境和沉积相
（一）沉积环境
沉积地层占地层的绝大部分，它们是在一定的沉积环境中，通过一定的沉积作用形成的。沉积环境是一个发生沉积作用的、具有独特的物理化学和生物特征的地貌单元（如河流环境、湖泊环境、滨海环境等）。
沉积学研究的对象是沉积岩，是古代沉积环境的产物。古代沉积环境和古地理面貌现在已不能直接观察到，只能通过保存于地层中的信息去分析和恢复。
地层形成的沉积环境包括沉积环境内部的物理特征、化学特征、生物特征和古地理背景。由于地层形成时间跨度长、空间分广、内容丰富，因此在沉积环境分析中必须利用多种方法进行多学科的综合和概括。地层学的许多基本原理和基本概念都是从对沉积作用过程的认识和理解中提出的。
（二）沉积相
长期以来，对于沉积相的概念存在着不同的理解。目前大多数学者趋向于把“相”理解为“沉积环境的古代产物”（R.C.Selley，1976），专指环境的“物质表现”。所谓沉积相就是指沉积环境及在该环境中形成的沉积岩（沉积物）特征的综合。沉积相在空间上的横向变化称为相变。每一种相都在地层序列中占有一定的位置。通过对地层中古代岩石和古生物的“物质表现”与环境的相应联系来分析和恢复古沉积环境，这就是相分析或岩相分析。
（三）相变
沉积相在横向（空间）上和纵向（时间）上的变化称为相变，是由于沉积环境的纵向或横向变化导致的。对于地史时期的沉积相研究，往往从研究地层剖面入手，从垂向层序中分析相的更替。
（四）沉积相的分类
沉积相可根据沉积岩原始物质的不同，分为碎屑岩沉积相和碳酸盐岩沉积相。前者以砂、粉砂、黏土等碎屑物质为主，沉积介质以浑水为特征，岩性以碎屑岩为主；后者以化学溶解物质为主，介质以清水为特征，岩性以碳酸盐岩为主。
陆源碎屑沉积相的划分如表4-1所示。分类表中的“相组”和“相”分别为一级相和二级相，在此基础上可进一步划分出“亚相”和“微相”，即三级相和四级相。
表4-1 碎屑岩沉积相的分类
二、沉积相分析的原则
相分析的方法是以研究现代各种地质作用及其所产生的物质记录作为基础，来分析判断地质时期沉积物的沉积环境，即所谓“将今论古”的现实主义原则。在运用现实主义原则时，应考虑到自然地理条件和生物条件在地史中的演变，不能机械地把古代和现代等同起来。一般说来，对距现代不太远的新生代或中生代地层，相分析时运用将今论古的方法不会发生重大问题，但古生代或更老的地层，在相分析时运用现实主义原则就要十分慎重。
三、沉积相的识别标志
（一）岩性标志
岩性标志包括颜色、岩石类型、自生矿物、岩屑颗粒的结构、原生沉积构造、沉积韵律（旋回）等相标志。
沉积岩中各种结构的组分如岩屑、石英、长石、重矿物等都具有环境意义。如岩屑可用以解释母岩的性质，追踪陆源区。粗大的岩屑一般反映地势高峻的古陆剥蚀区距沉积区较近。石英含量较高、分选较好的沉积层，一般为远源区的沉积，纯净的石英砂岩则是海滩反复冲洗的标志。长石易风化、分解，一般在干旱和寒冷气候带或地形高差大的近源地区才能大量保存。石榴子石硬度大（摩氏硬度6.5～7.5），但易风化，仅在冰川成因重矿物中富集。
沉积岩层的结构，包括颗粒本身的结构、充填物的结构以及颗粒与充填物间的关系。所谓碎屑颗粒本身的结构是指粒度、形状、球度、圆度和颗粒表面的特征。充填物是指化学的胶结物及细小的杂基，而颗粒与充填物间的关系是指胶结类型（或支撑类型）。当杂基很少时，颗粒成点状接触，粒间孔隙被化学胶结物（钙质、硅质、海绿石质、铁质等）充填，它们是颗粒埋藏后成岩期（或后生期）的形成物，形成孔隙胶结（或颗粒支撑）结构，说明其为牵引流搬运沉积。当杂基很多时，颗粒被杂基所包裹，造成基底胶结（或杂基支撑）结构，这是重力流的常见结构。
有些特殊的岩石类型可以指示这类岩石沉积时的水能量条件、水化学环境和气候特征。大规模、稳定的碳酸盐岩一般出现在温暖的滨浅海；海绿石、鲕绿泥石、磷块岩主要形成于陆棚浅海环境；冰碛物和冰川纹泥显示了冰期的寒冷气候；煤、赤铁矿、铝土矿的大面积沉积则反映潮湿气候；石膏和各种盐类的形成则表明气候干旱；鲕粒结构代表海浪强烈搅动的高能环境，富含有机质和黄铁矿微晶的碳质、硅质、泥质岩类，则形成于深水或滞流还原海盆。
沉积岩的原生沉积构造是鉴别沉积环境的重要标志，如层理、波痕、生物遗迹、干裂、结核等。这些构造是沉积物成分、结构、颜色等不均一性而显示出来的岩石宏观特征，能很好地提供搬运介质（水、风、冰等）性质及其动力状况的信息。由于在露头上和钻孔岩心中易于直接地观察和测量，因而常被广泛用作判别环境的重要标志。
（二）古生物标志
根据对现代各种环境中生物群的观察，不同门类生物的生活习性、生存方式、居住条件、繁殖传播等均受周围环境的制约，生物的生存与化石的保存既依赖于环境，又构成整个环境的一部分。因而可以根据一些特有的生物种类及其保存特征来鉴别其生存环境，如
有些生物对海水含盐度要求严格，只能在正常海水（含盐度35‰）中生活，称狭盐度生物，如珊瑚、菊石、腕足类等。有些则对水体盐度的变化有较广的适应性，可以在较广泛的环境中生活，称广盐度生物，如某些腹足、双壳类等。有些生物对气候敏感，只能生活在特定的气候区（带），如造礁珊瑚、多数藻类、海绵及层孔虫等属于喜暖生物，一般只生活在水温＞20℃的热带、亚热带浅水海域；而某些小型单体珊瑚、厚壳的腕足和双壳类等，则见于高纬度冷温水区。现代陆地上的棕榈、樟树等常绿阔叶林，不显年轮，是热带气候的指示性植物；柏松和银杏等落叶林分布于温带区，其年轮清晰，表明季节性明显。
水体的深度、含氧量和透光度明显地影响着生物的分布。在含氧丰富和透光良好、海水深达0～50 m的地带，底栖生物丰富，可有大量底栖的有孔虫、三叶虫、腕足类、灰质海绵、层孔虫和块状珊瑚等。水深达100 ～200 m时生物逐渐减少，但有很多苔藓虫、具铰纲腕足类、海绵和海胆。一些薄壳腕足类、硅质海绵、枝状苔藓虫等则生活在200 m以下的较深水海域。
遗迹化石群落也可用以判断水的深度，一般来说由于浅水区动力强度较大，常见垂直生物潜穴，生物以食悬浮物质为主。而较深水区，水动力强度较小，生物潜穴从倾斜变为水平，生物以食沉积物为主（图4-1）。
图4-1 遗迹化石的环境分带
（据刘本培等，2005）
此外，还可根据生物化石在地层中保存的完好程度来判断水动力的强弱和搬运的远近。一般认为化石保存完好，无磨损或保持原位生长状态，表示为原地埋葬；化石破损，则表示经搬运后异地埋葬，这种埋葬环境有时与生活环境相差不大（如同属滨浅海），但有时可以相差甚远（如掉下陆坡）。
（三）地球化学标志
地层中自生矿物（指原始沉积时期或固结成岩以前形成的矿物）的形成，与沉积环境中的特定地球化学条件有关。如海绿石、磷块岩、鲕状赤铁矿、鲕绿泥石和针铁矿等均可在海洋环境中以自生矿物形式出现，前两者一般见于浅海陆棚区，后三者一般形成在较浅水区（包括湖盆中）。
沉积岩中稀土、微量元素的含量和稳定同位素的测定，对于研究沉积环境、生物作用、陆源区性质（母岩成分）、古气候特点和古地理再造都有重要作用。J.Murray 等（1991）根据硅质岩和页岩的稀土元素总量，特别是其中铈（Ce）的含量分为三类沉积环境：近洋中脊区（距离在400 km以内）的铈含量为0.29 × 10 -6 ，洋盆为0.55 × 10 -6 ，大陆边缘为（0.90～1.30）× 10 -6。
四、典型岩相分析实例
（一）风化型“红土岩”
这是一种铁、铝、锰、硅的氧化物和黏土等的复杂综合体，是残积形成物。它的母岩经过大陆侵蚀，岩石中的钾、钠、钙、镁等元素都淋失了，剩下铁、锰、铝、硅等元素。这是一种湿热气候下的残积物。
（二）含植物印痕的碳质页岩
代表温湿气候下的沼泽堆积，沉积物是以黏土质居多数，有大量植物遗体。这是由于植物死后还在还原条件下腐烂、分解，造成大量的碳质分散在沉积物中，固结成岩后形成碳质页岩，另一部分植物体腐烂后碳质没有分散，而形成植物的碳质印痕保留在岩石中。
（三）含陆相植物化石和海相动物化石，具斜层理的粉砂岩和砂岩
代表河口三角洲沉积。因为河口地带沉积物多具斜层理，同时河水带来的陆地上的植物遗骸在此可以和海生生物一起保存为化石。
（四）砾石有紫红色氧化圈的竹叶状灰岩
竹叶状灰岩是在潮间带以至潮上带形成的同生砾岩，是高能环境下多次暴露在水面以上的沉积产物。在滨海海滩的已固结的灰质层体，受到海浪冲刷而破碎、磨蚀成扁砾，当砾石在水面之上时，可以形成紫红色氧化边缘，当再度沉积固结时，扁砾有的保持水平位置，有的受波浪影响成雁行状或放射状排列。
（五）含三叶虫碎屑的鲕状灰岩
鲕粒大小不等，与三叶虫碎屑混生，鲕粒的核心有时是石英粒，有时为三叶虫碎屑。此类灰岩常具有滨海型斜层理，层面保留大型波痕。绝大多数是高能条件下的潮间带生物碎屑沉积。
（六）礁状珊瑚灰岩
根据对现代造礁珊瑚的研究，在它们的组织中具有共生的单细胞藻类，这种藻类为吸收珊瑚的新陈代谢的废物提供了一个有效的机理，并有助于钙化，促使珊瑚快速而大量地生长，从而使造礁珊瑚可以构成十分庞大的群体。由于造礁珊瑚需要依靠共生藻类，所以只限于透光带，在不到20 m的深度上最为发育，同时也需要较高的温度，故礁状珊瑚灰岩形成环境应是海水深度40～50 m左右或更浅的地带，水温大于22℃的热带海洋中，要求光线充足，食物丰富，水流畅通。
（七）具石盐假晶的红色泥岩
当泥质沉积物中含有石盐晶体时，在成岩过程中沉积物被压缩失水，泥质物质的体积收缩较晶体大，造成晶体突出于岩层表面，并嵌入到上覆岩层中去，形成石盐晶体的印痕。此类晶体后被水溶去，留下空洞，再被新的沉积物充填，或成岩后，由于地下水的作用将石盐晶体溶解，而其空洞为其他物质所充填，形成假晶。石盐晶体的形成以及红色泥质物都反映出它们形成时的环境是干热、氧化状态。
（八）含笔石的黑色页岩
保存笔石化石的岩石多数为黑色页岩，在其中很少见有其他化石共生。一般认为含笔石的黑色页岩是淡化海的产物。因为在此类海盆的上层浅水地带，光线充足，又有丰富微小的漂浮生物可作为笔石虫的食物，且黑色有机质淤泥沉积很慢，有利于笔石的生活。此类海盆的海底水层缺乏氧气，并多硫化氢，因而不利于底栖生物的发育；上层水体中营漂浮生活的笔石在死亡后，尸体落入海底，就不易被其他动物破坏而得以共存。因此，含笔石的黑色页岩是一种水流不畅的还原环境下淡化海沉积物。
五、技能训练——岩相分析
（1）教师示范：对下列地层资料进行岩相分析（表4-2）。
表4-2 课堂练习
（2）学生训练：对下列地层资料进行岩相分析（表4-3）。
表4-3 岩相分析表