第一节 概述
一、沉积相的概念
沉积相(sedimentary facies)定义为沉积环境及在该环境中形成的沉积岩 (物)特征的综合。
沉积环境(sedimentary environment)是在物理上、化学上和生物上均有别于相邻地区的一块地表，是发生沉积作用的场所。沉积环境由下述一系列环境条件(要素)所组成：(1)自然地理条件，包括海、陆、河、湖、沼泽、冰川、沙漠等的分布及地势的高低； (2)气候条件，包括气候的冷、热、干旱、潮湿；(3)构造条件，包括大地构造背景及沉积盆地的隆起与坳陷；(4)沉积介质的物理条件，包括介质的性质 (如水、风、冰川、清水、浑水、浊流)、运动方式、能量大小、水介质的温度和深度；(5)介质的地球化学条件，包括介质的氧化还原电位 (Eh)、酸碱度(pH)、介质的含盐度、化学组成等。上述条件的综合即为沉积环境。
沉积岩特征包括岩性特征 (如岩石的颜色、物质成分、结构、构造、岩石类型及其组合)、古生物特征(如生物的种属和生态)以及地球化学特征。沉积岩特征的这些要素是相应各种环境条件的物质记录，通常构成最主要的相标志。
综上所述，沉积环境是形成沉积岩特征的决定因素，沉积岩特征则是沉积环境的物质表现。换句话说，沉积相和沉积环境是包含关系而不是平行关系。
岩相 (lithofacies)是一定沉积环境中形成的岩石或岩石组合，它是沉积相的主要组成部分。岩相和沉积相是从属关系而不是同义关系。
沉积模式 (sedimentary model) 或相模式 (facies model) 则是以图解、文字或数学等方法表现的一种理想的和概括的沉积相，并能有助于了解复杂的自然现象和作用过程，是对于沉积环境、作用过程及其产物的高度概括。沉积模式既有具广泛概括性和代表性的模式，也有只代表区域性特征的地方性模式。作为一个沉积模式，还必须起到以下四方面的作用：
- (1)作为对比的标准；
- (2)进一步观察的提纲和指南；
- (3)对新区的预测；
- (4)水动力学解释的基础。
还有一个与沉积相比较接近的概念叫“沉积体系”(depositional system)，指的是沉积过程相关环境中形成的三维沉积体，在美国和我国使用得较多。
二、沉积相的分类
沉积相可根据沉积环境中所形成的沉积物质的不同进行分类，如可分为陆源碎屑岩沉积相和碳酸盐岩沉积相。进一步的分类通常以沉积环境中占主导地位的自然地理条件为主要依据，并结合沉积动力、沉积特征和其他沉积条件进行。本教材对陆源碎屑沉积相的划分如表5--1和图5-1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，这将在以后章节中分别介绍。
表5-1 陆源碎屑沉积相的分类
| 相 组 | 陆 相 组 | 过渡 相组 | 海 相 组 |
|---|---|---|---|
| 相 | 残积相 坡积一坠积相 风成 (沙漠)相 冰川相 冲积扇相 河流相 湖泊相 沼泽相 | 三角洲相 辫状三角洲相 扇三角洲相 河口湾 滨岸相 | 浅海陆架相 半深海相 深海相 |
由于篇幅所限，残积相、坡积一坠积相不再介绍，沼泽等相类型在第九章中介绍。
三、沉积相的控制因素
层序地层学的出现为沉积相的研究提供了新的强有力的工具。控制层序的四个主要参数——海平面变化、气候、构造、沉积物的供给也是控制沉积作用和沉积相主要因素，层序地层格架中沉积相类型及其组合是有规律的。
碎屑岩沉积相的变化主要受外部因素控制，其中构造运动就起很重要的作用。隆起的物源区通过河流携带粗碎屑物质，不同类型的河流如曲流河和辫状河产生不同的沉积，其中沉积物的组成和结构差异会非常明显；地震活动的增加导致更多的重力流沉积，同时再沉积作用和沉积后作用对沉积物的改造也很普遍。在断陷和伸展性盆地中，同沉积断裂活动对沉积相和沉积厚度有重要的控制作用。许多沉积体和活动断层有紧密关系，如冲积扇和扇三角洲。板块运动，如断裂形成、洋壳闭合和造山带的隆升，都会影响沉积环境。构造活动在砂岩组成中的重要性已经讨论过，除此之外，构造活动对砂岩孔隙的发育也有重要的影响。
气候变化也起很大作用。气候越干旱，河流就越不稳定，进而产生辩状河，此时可能发育红层沉积、钙结岩、蒸发岩和风成砂岩，地表风化作用 (以物理风化作用为主)产生很多硅质碎屑物质。随着湿度的增加，植物可能会越来越茂盛，进而产生煤；物源区更强烈的化学风化作用会产生更多的粘土物质；在早期成岩阶段，颗粒的分解作用也很普遍。
海平面变化对碎屑物质的沉积有重要的控制作用，比如随着相对海平面的变化，三角洲的旋回沉积能够重复出现，海水可能淹没碎屑海岸并被陆架上的沉积物所覆盖。随着海平面的降低，浊流沉积会越来越发育，这时河流沉积可能推进到陆架边缘地区。
二级到三级海平面变化 (不考虑盆地边缘的沉降)是许多层序产生的原因 (图5-2)。
对于厚达几百米的地层，沉积相序列甚至都可以预测，它们沉积在相对海平面变化曲线某个阶段形成的体系域内 (图5-2)。在相对海平面上升阶段形成的海侵体系域，浅海相、海岸相及海岸平原相沉积体都具有上超(退积)特征。高位体系域主要是加积体和进积体(退覆和下超)，浅海及海岸平原相沉积占主导地位，此后河流和三角洲沉积就会慢慢占据主导地位。在海侵体系域和高位体系域形成时期，外陆架及深海平原地区缺乏沉积物，此时就形成了密集段的水平地层(如海绿石和磷灰石)。此后相对海平面下降，形成层序边界。不同的海平面下降幅度可以产生两种类型的体系域：如果海平面下降到陆架坡折以下，就会形成低位体系域，在陆架上会出现河道下切，在陆架斜坡底部会形成水下扇和扇裙 (低位扇 (LSF)和低位楔状体 (LSW)，见图5-2 )。如果海平面没有下降到陆架坡折以下，就会形成陆架边缘体系域，陆架上就会有海岸、海岸平原及河流碎屑沉积体，它们会随着海平面的再次上升形成上超的沉积体。这些体系域可能是由尺度的海平面变化产生的小旋回(准层序组)组成。
考虑到上文提到的相对海平面变化产生的沉积序列在某种意义上揭示了沉积环境和沉积相模式 (即便是相对海平面变化的特定时期具有局限性)，那么在高位体系域晚期和低位体系域早期，三角洲沉积就比较常见；在低位体系域时期，下切谷、浊积扇和浊积扇裙就比较典型；在海侵体系域和高位体系域早期，滩砂、障壁岛和陆架砂体就比较发育。