浅海陆棚沉积环境及沉积相

1.定义

陆棚（shelf）或称大陆架，位于正常浪基面之下，水深约130～200m的大陆斜坡拐点之上的平缓广阔的浅海区（图5-13）。现代陆棚水深约为10～20m以下，至水深130～200m以上，以风暴浪基面为界，陆棚可分为内陆棚（浅水陆棚）和外陆棚（深水陆棚）。陆棚向海方向即进入大陆斜坡半深水地区。大陆架与大陆斜坡最主要区别除了海水的深度不同之外，还在于地形坡度的明显不同：大陆架地形较为平坦，地形坡度较小，一般均小于4°；而大陆斜坡地形坡度较陡，多大于5°，甚至可达到十几度。

2.沉积特征及识别标志

根据将今论古的原则，首先对现代海洋中的浅水陆棚或大陆架沉积环境与沉积物特征进行较为详细的调查与研究。虽然现代陆棚的沉积宽度变化较大，但是相对于现代滨岸或潮坪沉积环境来说，陆棚还是属于非常广阔、平坦的地理单元，因此，陆棚沉积物的最大特征就是呈席状、面状、毯状分布，地层单层延伸较远；砂泥质沉积物多呈互层状、夹层状产出。陆棚沉积剖面结构的纵向变化为当海侵时沉积物粒度向上变细，单层厚度变薄；当海退时沉积物粒度向上变粗，单层厚度变厚。从沉积物颗粒的粒度结构上看，陆棚沉积物主要为面状或席状分布的中薄层细粒砂质、粉砂质和泥质互层或夹层。陆棚中的透镜状细砂质和粗粉砂质沉积物通常是“强大海流”和“暴风浪”作用形成的产物，称为“水道相砂岩”或“风暴岩相砂岩”。这类砂岩中普遍发育正粒序构造，砂体产状以透镜状或楔状为主。

一般情况下，假如在一套面状分布的中薄层砂泥质互层或夹层地质体中没有发现浅水暴露沉积构造标志和深水浊流沉积构造标志，同时有发育底栖型海洋生物化石，那么，我们都将这套面状分布的砂泥质沉积物视为浅海陆棚环境沉积。

综上所述，浅海陆棚环境沉积物的识别标志主要包括：①陆棚砂泥质沉积物呈面状、板状或席状分布，单层为中薄层产出，砂体形态简单；②岩石中常含海绿石、鲕绿泥石、胶磷矿等代表正常盐度海水的广海环境下的自生矿物；③砂泥质沉积物中颗粒以石英和长石为主，岩屑颗粒和不稳定的矿物较少，颗粒分选性和磨圆度较好，成分成熟度与结构成熟度较高，泥质杂基含量低；④正常情况下，陆棚沉积物颗粒粒度分布与滨岸带的距离有一定的关联性。距离滨岸带越近，沉积物颗粒粒度越粗；反之，距离滨岸带越远，沉积物颗粒粒度越细。尤其是在正常浪基面之下，沉积物粒度更细，主要为粉砂质和泥质。陆棚上的微地貌对沉积物的粒度分布也有明显的控制作用。如凸起的沙滩和槽沟的水道相沉积物粒度相对较粗；⑤陆棚沉积物中沉积构造主要发育沙纹层理、水平层理、中小型斜层理、波痕等，其中交错层理以中小型为主，沙纹层理多以小型爬升沙纹层理、浪成沙纹层理为主。波痕可以是对称的，也可以是不对称的，甚至可以是干涉波痕。在风暴浪形成的“风暴岩”中可以出现冲刷面构造和正粒序构造；⑥陆棚沉积物中经常产各种海相生物化石，尤其是发育一些底栖型窄盐度的广海生物，如海百合碎片、珊瑚、腕足、有孔虫、苔藓虫和牙形石等；⑦陆棚沉积物中生物遗迹化石较丰富，尤其是发育水平虫孔和生物觅食遗迹化石。

3.风暴岩沉积特征及识别标志

无论是现代还是古代海洋中，飓风和台风造成的海面风暴浪是一种非常普遍的自然现象。在飓风和台风形成期间，会引起大片海水面迅速升高，海水面流速迅速增大，海面波浪的传播深度也会急剧加深。根据研究，一个相当于10级左右的台风形成的风暴涌浪可使海水面升高5m，海水的流速增加好几倍，波浪传播的海水深度可达130m。一个12级台风影响的海水深度甚至可达200m（Ewing，1973）。风暴涌浪引起的悬浮沉积物搬运量通常超过正常情况的10倍甚至更高。风暴浪引起的涨潮流和退潮流可以产生海水密度流，向海或向陆方向流动的密度流可达几十千米甚至数百千米（Noward et Nelson，1983），并在深水陆棚区形成正粒序的风暴岩沉积。因此，陆棚环境下的风暴涌浪是产生陆棚密度流沉积的一种主要地质营力，它可以形成特殊的正粒序层和介壳生物层，以及丘状、洼状交错层理等沉积构造。风暴岩沉积在垂向沉积层序中形成与“浊积岩”相类似的剖面结构。

Ager（1973）最早提出“风暴岩”的概念，专指由风暴浪形成的风暴流沉积物组合。一个完整的风暴流事件对应于一个风暴岩沉积序列，沉积厚度从几厘米到几十厘米不等，一般不会超过1m，沉积序列具有粒度向上变细、层理变薄的正粒序结构。而完整的风暴岩沉积序列发育的沉积构造包括侵蚀冲刷面、正粒序层、丘状或洼状交错层理、浪成沙纹层理等（图5-20）。

图5-20 陆棚环境下理想的风暴岩沉积序列和沉积构造示意图

（据刘宝珺，1980）

一个风暴岩沉积序列主要由四部分组成：a.风暴流形成的底冲刷及侵蚀作用面；b.正粒序层和介壳生物碎屑的杂乱堆积层；c.交错层理段，包括发育的平行层理、丘状或洼状交错层理、浪成沙纹层理等砂岩、粉砂岩；d.泥岩层。

风暴岩序列的a-d段分别代表了一个风暴流从高峰期的冲刷、侵蚀到风力逐渐减弱，水体流态和沉积水动力从高能到低能的变化的沉积过程。最上部的泥岩层代表风暴流减弱或退却之后，风暴流形成的悬浮状细粒沉积物和非风暴期（平静期）悬浮沉积物形成粉砂质与泥质互层沉积，经常伴随有生物潜穴等遗迹化石。

由于风暴引起的海水搅动强度和波浪震荡水流运动强度是随着海水深度的增加而迅速减弱，因此，风暴流对浅水陆棚环境的影响远比深水陆棚要强，也就是说，浅水陆棚风暴岩比深水陆棚风暴岩要发育得多，但由于后期海水波浪对风暴岩的不断改造和破坏，使浅水陆棚中的风暴岩很难完整保存下来，因此，古代地层中保存下来的风暴岩往往发育在深水陆棚环境。