現(xiàn)代碳酸鹽沉積環(huán)境課件

現(xiàn)代碳酸鹽沉積環(huán)境第一節(jié)碳酸鹽沉積物形成的控制因素第二節(jié)現(xiàn)代碳酸鹽的分布與沉積環(huán)境1

第一節(jié)碳酸鹽沉積物形成的控制因素

一、碳酸鹽沉積物的形成條件(一)初始碳酸鹽沉積物均是化學(生物化學)成因的當海水對CaCO3飽和及過飽和時則有CaCO3沉淀，即：

Ca2++2HCO-3=CaCO3↓+H2O+CO2↑現(xiàn)已證明，促使上述反應向右進行的因素有：1、藻類光合作用吸收CO2，引起碳酸鈣沉淀：

6CO2+6H2O光合作用

C6H12O6+6O22、PH值增加和碳酸鹽濃度的增高，有利于碳酸鹽沉淀。23、細菌破壞作用產(chǎn)生氨，增加了水體的PH值，對CaCO3沉淀起促進作用。4、溫度增加和蒸發(fā)作用的使CaCO3過飽和，使其發(fā)生大量沉積。5、海水從高壓區(qū)向低壓區(qū)上升CO2的分壓降低，有利于CaCO3的沉淀。3(二)、生物在碳酸鹽沉積過程中有極重要作用1、絕大部分的灰泥是有機來源的

1）底棲生物的死亡和破碎

2）較大碳酸鹽顆粒的磨蝕形成

3）浮游生物群(動物及植物)的堆積

4）海水的直接沉淀作用42、生物形成大量多種碳酸鹽顆粒(生物顆粒)

如腹足類、綠藻、珊瑚以及多數(shù)有孔蟲提供文石質(zhì)點；部分有孔蟲、紅藻以及棘皮動物，則提供高鎂方解石。少量低鎂方解石來自腕足類、苔蘚蟲、介形蟲、有孔蟲、三葉蟲、珊瑚

等。56783、造礁生物直接形成礁灰?guī)r如珊瑚、海綿動物、古杯動物、層孔蟲、苔蘚蟲、厚殼蛤和水螅等。94、生物的活動消耗CO2。加快碳酸鹽沉積藻類光合作用吸收CO2，引起碳酸鈣沉淀：

6CO2+6H2O光合作用

C6H12O6+6O2細菌破壞作用產(chǎn)生氨，增加了水體的PH值，對CaCO3沉淀起促進作用。5、生物的粘結(jié)作用和障積作用有利碳酸鹽沉積10綜上述：保障碳酸鹽飽和及過飽和、保障生物生存及大量繁殖是形成碳酸鹽沉積物必須的環(huán)境條件。凡具備這樣的條件即有碳酸鹽沉積物的形成，也有碳酸鹽巖的沉積與堆積，否則無或少碳酸鹽沉積。11二、碳酸鹽巖形成有利的環(huán)境條件1．清澈的無大量陸源物注入的水體是首要條件海水清澈不混濁，有利于生物生存繁殖；無陸源物注入也無淡水注入，可保持水體飽和及過飽和；是碳酸沉積的前要條件。否則幾乎無碳酸鹽物的沉積。陸源碎屑巖與碳酸鹽巖有相互排斥的現(xiàn)象

2、透光的氧氣充足的淺水環(huán)境最有利于碳酸鹽的形成與沉積透光的淺水，陽光和氧氣充足，有利于生物生存繁殖；淺水溫度較高而壓力較小，碳酸鹽因溶解度降低而過飽和，因此有利于碳酸鹽的沉積。一般淺水環(huán)境內(nèi)碳酸鹽巖類型多樣、厚度巨大。12133、溫暖淺海最有利于多種碳酸鹽的沉積?，F(xiàn)代海洋碳酸鹽沉積主要分布區(qū)，主要集中分布在南北緯30°之間的。兩極地區(qū)也可有沉積。有冷水和暖水之分。144、透光帶及含氧帶以下、CCD(碳酸鹽補償)界面以上也可有碳酸鹽沉積(即界面以下無碳酸鹽沉積物分布)。深水區(qū)溫度較低而壓力大，CaCO3不飽和；深水區(qū)生物難以生存繁殖；不利于碳酸鹽質(zhì)點的形成。但海水表層的浮游生物和淺水碳酸鹽沉積區(qū)崩落或由重力流搬運來的異地碳酸鹽碎屑，當未被全部溶解時也可形成碳酸鹽巖的沉積，但類型少數(shù)量亦少。

CCD界面的深度受二種因素的控制，一是淺水區(qū)碳酸鹽質(zhì)點的產(chǎn)能(量)；二是深水區(qū)對碳酸鹽質(zhì)點的溶解能力。致使世界各海區(qū)CCD的深度各不相同。一般熱帶深(達4~5Km)，寒帶淺(<1Km);遠洋較深而近陸較淺。15三、各類碳酸鹽沉積物的分布受水動力條件控制

在波浪、潮汐作用的濱岸高能帶和濱外高能帶，形成粗顆粒的各種砂礫屑灘、介殼灘、沿岸砂壩、砂嘴、潮汐三角洲和潮汐砂壩等。由于水動力條件強，細粒物質(zhì)不能沉積。碳酸鹽灰泥及粉屑一般堆積在低能帶，即：陸棚邊緣或障壁砂壩前緣的較深水盆地、瀉湖及潮坪區(qū)。深水盆地中也有少量硅質(zhì)和粘土沉積。瀉湖及潮坪區(qū)，水循環(huán)受到限制，如果天氣炎熱干燥，則可以出現(xiàn)絮凝球?；夷?、白云巖、甚至出現(xiàn)膏鹽沉積。礁灰?guī)r因造礁生物具有搞浪性且為獲取更多更好的食物，常形成在迎風浪的高水能環(huán)境，并常聚集成為礁體，厚度大于同期沉積物。16第二節(jié)現(xiàn)代碳酸鹽的分布與沉積環(huán)境一、現(xiàn)代濱岸碳酸鹽沉積二、巴哈馬臺地的碳酸鹽巖沉積三、現(xiàn)代生物礁沉積四、現(xiàn)代深海碳酸鹽沉積五現(xiàn)代白云石的沉積環(huán)境六、現(xiàn)代湖泊碳酸鹽沉積17

現(xiàn)代碳酸鹽沉積物主要以發(fā)育于海洋環(huán)境，少量見于非海洋環(huán)境（湖盆環(huán)境）。從淺海至深海均有碳酸鹽沉積物發(fā)育。淺水海洋環(huán)境是指水深小于20m（50m）的各種海洋環(huán)境，包括潮坪、礁、瀉湖、潮汐三角洲、潮溝、灘、壩、堤、島各種有障壁的環(huán)境。深度大于50m,并在浪基面以下就應屬于淺海陸棚環(huán)境，超過200m是深海環(huán)境。

18現(xiàn)代淺水碳酸鹽主要發(fā)育在南緯和北緯30°之間。如加勒比海的巴哈馬地區(qū)、波斯灣、洪都拉斯、孟加拉灣以及我國的南海等海域。19

碳酸鹽沉積物的沉積速率較快，常大于地殼沉降速率，其自身沉積作用也常改變環(huán)境條件。因此，環(huán)境碳酸鹽巖沉積環(huán)境的分布組合相當復雜多樣；在清水前提下，水深、水動力條件、鹽度及循環(huán)條件是控制碳酸鹽巖沉積的主要因素，也是劃分環(huán)境的主要依據(jù)。

20碳酸鹽沉積物一般在溫暖（暖水）條件下堆積，在冷水條件下也有少量沉積。21(1)無障壁濱岸碳酸鹽沉積一、現(xiàn)代濱岸碳酸鹽沉積

我國海南島沿岸發(fā)育大量現(xiàn)代碳酸鹽沉積。水溫25.6－30℃；含鹽度在海南島區(qū)域表層為3.2%,較開闊海域為3.3%。動動力條件以波浪、潮汐作用為主，還有較明顯的海流。在前濱帶，以發(fā)育成行排列的富含介殼的碳酸鹽海灘巖為特征。海灘巖為潮間帶的碳酸鹽沉積物在早期膠結(jié)成巖作用下形成的巖石，主要由各種鈣質(zhì)生物碎屑組成，其厚度（1—4)m。海灘巖有時呈現(xiàn)層次。22

海南省崖縣鹿回頭珊瑚碓及其碎屑堆積物組成的平臺剖面，自岸向海依次為:（1）潮上坡積帶；（2）潮間帶上部的濱岸海灘巖帶；（3）礁坪帶：平坦寬闊，主要由珊瑚體及一些其他生物碎屑組成；（4）潮間－潮下礁體生長帶：極淺水高能帶發(fā)育珊瑚礁及其一些其他生物，向海地形變陡，沿斜坡前有大的潮溝。（5）較深水潮下帶：有破碎珊瑚堆積下來。一、無障壁濱岸碳酸鹽沉積23

(2)有障壁濱岸碳酸鹽沉積波斯灣的南部海岸是一個發(fā)育現(xiàn)代碳酸鹽沉積的廣闊區(qū)域。氣候極端干旱，在阿布扎比的開闊陸棚的表面水溫為23－24℃。瀉湖為22－26℃。蒸發(fā)作用強，故鹽度很高，在阿布扎比的瀉湖以達4.5%，而在瀉湖內(nèi)可達5.4－6.7%。海灣的阿布扎比一側(cè)是一個廣闊的向北微傾斜的碳酸鹽的碳酸鹽大陸架，延岸地區(qū)及附近的水下大陸架。是各種碳酸鹽和蒸發(fā)的沉積環(huán)境。這些環(huán)境包括潮上鹽沼（薩布哈）、潮間帶、潮下瀉湖、濱外灘及珊瑚礁（迎風一側(cè)），以及開闊大陸架，在大量軟體動物骨骼正在沉積。

24AB波斯灣南岸現(xiàn)代碳酸鹽沉積25波斯灣南岸現(xiàn)代碳酸鹽沉積26波斯灣南岸碳酸鹽沉積相分帶27以潮汐起主導作用的陸源物貧乏的淺水海岸區(qū)域稱為潮坪環(huán)境。以碳酸鹽為主。以平均高潮面和平均低潮面為界，將潮汐環(huán)境分為潮上(坪或帶)、潮間(坪或帶)和潮下(坪或帶)三個亞環(huán)境。潮坪環(huán)境既可沿碳酸鹽臺地的濱岸發(fā)育，也可環(huán)繞著由暴露的灘、丘和礁形成的島嶼發(fā)育。

根據(jù)濕度與鹽度，碳酸鹽潮坪又分為超咸(干旱)潮坪與正常(潮濕)潮坪兩類。以前者常見。生物主要是原地生長的藍綠藻類沉積物主要是潮汐、波浪帶來的顆?；夷嗉霸氐脑孱惓逼撼练e環(huán)境2829波斯灣南岸(左)碳酸鹽干旱氣候潮坪、馬哈馬群島(右)潮濕氣候沉積模式3031小巴哈馬灘加勒比海中小巴哈馬灘周圍沉積物分布情況。32AB33馬哈馬地區(qū)洋舌海槽周圍臺地斜坡下小型濁積扇朵體裙34

三、現(xiàn)代生物礁沉積

現(xiàn)代生物礁是與碳酸鹽與碳酸鹽沉積有關(guān)的一種特殊環(huán)境。它主要出現(xiàn)在濱岸－淺水碳酸鹽沉積環(huán)境中。淺水（30－40m）、溫暖（23－270）、正常鹽度（3－4％）和清潔是決定珊瑚礁分布環(huán)境。珊瑚多分布于波浪作用強烈的地區(qū)，因為波浪作用可以帶來養(yǎng)分和氧氣。同時可以帶走泥砂，而過多的泥砂會窒息珊瑚。

35現(xiàn)代海洋生物礁的分布363738(一)生物礁的發(fā)育的控制因素1、溫度和鹽度大多數(shù)現(xiàn)代和古代造礁生物，都在正常鹽度的熱帶－亞熱帶海水中生長最好。板塊運動進入高緯度時礁冷死。2、強烈的海浪和波濤；3、透光性好，光合作用。4、沉積作用較弱，如果發(fā)生大規(guī)模的沉積作用，就會造成細粒沉積物阻塞進食器官，而使生物迅速死亡。5、基底沉降與生物建礁和沉積速度的消長平衡關(guān)系。海平面相對變化改變水深對礁有明顯的控制作用。海平面相對快速下降時，礁露出水面干死；海面相對快速上升，礁進入深水中淹死；海平面若保持相對穩(wěn)定，礁體可以向側(cè)向發(fā)展。39海南島崖縣鹿回頭小東海礁沉積40(二)礁的類型按礁的形態(tài)可分為：點礁＿也稱補丁礁，是較低平的孤立的小的礁體。塔礁＿是較高的呈錐狀的孤立的礁體，主要生長在斜坡帶、開闊陸棚。環(huán)礁、馬蹄礁＿礁體呈近圓形的環(huán)狀，中心形成瀉湖，常形成于開闊的深水的火山上。發(fā)育不對稱時呈馬蹄狀礁。岸礁＿直接與海岸相連接，常沿海岸呈線狀分布。堤礁（又稱堡礁）＿為平行于海岸或沿斜坡坡折帶呈線狀展布的礁體。其迎風一側(cè)形成較陡的礁斜坡，背風一側(cè)形成淺灘或瀉湖。41早在一個世多紀以前，達爾文就提出礁基下沉的學說，以解釋岸礁、堤礁、環(huán)礁的生成、發(fā)展、及演化。44我國南海的珊瑚礁島45我國南海的珊瑚礁島46現(xiàn)代海洋溫暖淺海發(fā)育珊瑚礁。澳大利亞大堡礁是世界上最大的礁組合，沿昆士蘭陸架延伸1900公里，約有2500個獨立的礁體，大部分礁體都不大于幾平方公里。我國南海熱帶海域中也廣泛發(fā)育珊瑚礁。4748

現(xiàn)代深海海底的三分之一以上的地區(qū)，都覆蓋著含有30%以上的軟泥。最常見的是深海碳酸鹽沉積物是浮游有孔蟲軟泥、顆粒軟泥和翼足類軟泥。赤道附近養(yǎng)分較多，微體、超微體鈣質(zhì)浮游生物發(fā)育。在深水斜坡及遠洋水深碳酸鹽沉積物中，還常見有鈣質(zhì)重力流沉積。陸隆區(qū)，有可能出現(xiàn)等深流沉積。深水碳酸鹽沉積體系，與碎屑巖的結(jié)構(gòu)和分布相似。

四、現(xiàn)代深海碳酸鹽沉積49方解石的補償深度—CCD（CCD——CalciteCompensationDepth）隨水深增加，由于水溫降低和壓力增加，使碳酸鈣溶解的飽和度增大，方解石和文石的溶解速度也增加。在某一深度上碳酸鹽沉積物的溶解速度和供應速度達到平衡。在此深度之下，碳酸鹽沉積物被溶解而不能沉積下來，粘土質(zhì)和硅質(zhì)便相對得到富集。現(xiàn)代海洋的CCD在4500m之下。Ca2++2HCO3ˉ=CaCO3↓+H2O+CO2↑50深海碳酸鹽溶解作用與方解石補償深度51現(xiàn)代熱帶海洋中文石和方解石溶解度與分帶現(xiàn)象52正常沉積作用在深水沉積體系中，除了事件沉積作用之外，深海盆地發(fā)育主要受靜態(tài)物理化學作用控制的正常沉積體系。在開闊大洋，深水碳酸鹽軟泥，主要常是來自遠洋的浮游生物及深水底棲碳酸鹽生物介殼所組成的混合沉積。海洋中碳酸鹽的溶解分帶：⑴非溶解帶，⑵弱溶解帶，⑶中等溶解帶，⑷強溶解帶，⑸完全溶解帶

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事件沉積作用

大陸坡帶是淺海陸棚與深海盆地之間的過渡相帶。大致可分為兩種地形，一種是陡峭的懸崖，另一種是較緩傾的斜坡。較陡峭的斜坡上容易發(fā)生重力流碳酸鹽沉積。而較緩傾的斜坡上則以原地沉積的物質(zhì)為主。碳酸鹽重力流搬運沉