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经典地质图集,彻底搞明白湖泊相!

发表时间:2020-08-08 08:01:00  来源:野望文存  浏览:次   【】【】【



湖泊在世界上发育广泛,

数量众多,各具特色,

是大陆上地形相对低洼和

水流汇集的地区。


(图源@Dipanjan Mukherjee)

湖泊沉积物具有重要的经济价值,
除了富含油气资源外,
也是油页岩、蒸发矿物以及
铁矿的沉积场所。

油页岩(图源@CMFE Insights)

油页岩(图源@Georgialh)

那么,湖泊沉积如何形成?
又具有什么特征?





01


湖泊成因类型多种多样

构造活动和气候变化常是

湖泊生成、发展的最主要控因素。


(图源@  Ben Girardi/Getty Images)

湖泊的水动力作用主要表现为
波浪和岸流作用,缺乏潮汐作用
这是与海洋的重要区别之一。
在特别大的湖泊中
可能存在潮汐作用,
但难以产生较明显的湖流。

(图源@ Buriris)

作为侵蚀和搬运沉积物的动力,
湖浪在滨浅湖地区表现较为明显。
当湖浪推进方向与
湖岸斜交时,可形成沿岸流。

浪蚀湖岸(图源@Daily Mining Gazette)

湖浪和沿岸流的冲刷和
搬运作用可形成
各种侵蚀地形和沉积砂体,
如浪蚀湖岸以及湖滩、
沙坝、沙嘴、堤岛等。

湖滩(图源@ Openlands)

对部分湖泊来说,河流的影响
可超过湖浪和岸流作用。
当众多河流注入湖泊,
可能会导致大量碎屑物倾入湖盆。
而河道在湖底可以继续延伸,
从而改变砂体的分布。

河流入湖(图源@ Mike de Moree)

在湖泊沉积过程中,
常存在重力流沉积作用
在较深湖地区,重力流是
搬运沉积物的主要水动力类型。

重力流示意图(图源@文献[2])

湖水含盐度变化较大,
由小于1%至大于25%。
其汇集了来自不同源区河流的流水,
故湖泊的地球化学性质
在一定程度上反映了
源区物质和盆地气候条件的特征。

(图源@bristolbaylandtrust.org)




02


湖泊类型众多,

但其亚相划分原则基本相同。


陆相湖盆沉积模式

根据沉积岩的颜色、
成分、结构、沉积构造、
厚度等沉积标志以及
洪水面、枯水面、浪基面的位置,
考虑气候背景,
可将湖泊相划分为
深湖和半深湖、滨浅湖、
扩张湖等亚相类型

湖泊亚相划分(图源@文献[1])


半深湖和深湖沉积




深湖和半深湖亚相位于

浪基面以下的水体较深部位,

为缺氧的还原环境。


浪基面

岩性以灰黑色、深灰色、
灰褐色泥页岩为特征,
常见油页岩、薄层泥灰岩或
白云岩夹层,发育
水平层理及细波状层理。

泥页岩(图源@douglasfossils.com)

化石较丰富保存较好,
以浮游生物为主,
底栖生物不发育。
可见菱铁矿和黄铁矿等自生矿物。
岩性横向分布稳定,
垂向上常具连续的完整韵律,
沉积厚度大。

铁菱铁矿的形成(图源@文献[3]

长期稳定持续下沉、
沉积中心与沉降中心吻合的
大型湖盆中深湖亚相
沉积厚度大、分布广。
但有些气候干旱、
面积小的内陆湖盆,
不发育甚至缺少深湖亚相。

San Nicandro Fm厚粉质矿床剖面(深湖相)(图源@文献[4])


滨、浅湖和扩张湖沉积




浅湖亚相指位于

枯水期最低水位线至

正常浪基面之间的地带。

基本位于水下,波浪和

湖流作用较强,

属弱还原到弱氧化环境。


东营凹陷下第三系某层岩相古地理图(图源@文献[1])

岩性为浅灰、灰绿色
粉砂质泥岩和粉细砂岩的薄互层,
经常夹有鲕粒灰岩和
生物碎屑灰岩薄层,
常含菱铁矿或
鲕绿泥石的细条带。

鲕粒灰岩(图源@James St. John)

砂岩成熟度高,常为钙质胶结。
显水平、波状、斜波状、
中小型交错层等多种层理。
常见浪成波痕、虫孔、
水下收缩裂纹等沉积构造。

湖相交错层理(图源@Outside The Interzone)

滨湖亚相位于湖岸线附近,
是经常受湖水进退影响,
时而为湖水淹没,
时而出露水面的地区。

(图源@文献沉积岩石学)

这里的水动力虽然很强,
但具间歇性,为氧化环境。
岩性特点为泥岩呈红色、
紫色杂灰绿色、常见泥裂、
雨痕、气泡等暴露标志。

泥裂(图源@darthjenni)

由于滨湖亚相的宽度较窄,
对于古代湖相沉积来说,
很难将其与浅湖亚相完全分开,
故经常合称滨一浅湖亚相

陆相湖盆控砂模式图

扩张湖或称为洪水漫湖亚相
指枯水期湖面与洪水期湖面
之间宽缓的沉积地带,
主要在气候较干旱的
洪水期发生堆积。

(图源@文献[1])

在地层剖面上表现为
河流砂砾岩、泥质岩与
分布稳定的湖相杂色泥岩、
泥灰岩的频繁互层。

湖相泥岩与灰岩(图源@文献[5] )

气候干旱、沉降缓慢、
地形平缓、面积较大的
坳陷盆地易形成
大面积扩张湖沉积,
而断陷湖泊不易
发育扩张湖沉积。

坳陷盆地湖泊(图源@Nojos88 )




03


湖泊沉积鉴别的标志

主要包括以下几种:



自生矿物及其组合与
海水形成的组合不同。
岩石类型以粘土岩、砂岩和
粉砂岩为主,砾岩较少,
仅分布于滨湖地区,
多由击岸浪的剥蚀作用形成。

湖相沉积(图源@douglasfossils.com)

砂岩一般比海相的复杂,
各种类型都有出现,
与河流相相比,
矿物成熟度高,
石英含量可达70%以上。

湖相沉积(图源@douglasfossils.com)

粘土岩在碎屑湖泊沉积中
广泛分布,
且由湖岸向中心增多。
形成于较深水还原环境的
湖相粘土岩常含丰富的有机质,
成为良好的生油岩系。

湖相沉积(图源@Gaianauta)

由于湖泊的范围有限,
浪基面深度小,
湖泊广大地区多处于浪基面以下,
故在此地区的粘土岩
多发育水平层理,
有时亦为块状层理。
在近岸地区可见交错层理、
斜波状层理等。

交错层理(图源@NASA)

常见的生物种类如
介形虫、瓣鳃类、腹足类等,
没有海相生物化石。
藻类也是湖泊中较发育的生物。

介形虫(图源@lakeneosho.org)

轮藻为淡水环境所特有,
蓝绿藻、硅藻和部分绿藻
也是常见的类型。
其中蓝绿藻与海相见到的
呈叠层状构造者不同,
常呈树枝状或
分离的结核团块状构造。

轮藻(图源@watershedcouncil)

此外,陆生植物的根、干、
叶、孢子花粉等大量出现
也是湖相的重要特征,
尽管海相也出现植物化石,
但以其种属和数量远离滨岸
越来越少这种梯度变化来加以鉴别。

湖底含化石钙质页岩(图源@lakeneosho.org)





参考资料:

[1]赵澄林, 朱筱敏. 沉积岩石学 (第三版)[M]// 沉积岩石学, (第三版). 石油工业出版社, 2001.


[2] Rafael Manica. Sediment Gravity Flows: Study Based on Experimental Simulations[M]// Hydrodynamics - Natural Water Bodies. InTech, 2012.


[3] K Hler I , Konhauser K O , Papineau D , et al. Biological carbon precursor to diagenetic siderite with spherical structures in iron formations[J]. Nature Communications.


[4] Cosentino D , Giaccio B , Gliozzi E , et al. Lacustrine deposits of the late Piacenzian-Gelasian L'Aquila intermontane basin (central Italy)[M]// Field Trips - GUIDE BOOK, 34th IAS Meeting of Sedimentology, Rome (Italy) September 10-13 2019. 2019.


[5]NEIL, S, JONES, et al. Warwickshire Group (Pennsylvanian) red-beds of the Canonbie Coalfield, England–Scotland border, and their regional palaeogeographical implications[J]. Geological Magazine, 2010.


lakeneosho.org、YouTube、维基百科、搜狐、百度百科等



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责任编辑:蔡学森