第一节(1)总论(概述)(沉积岩)12

1、第二篇第二篇 沉积岩岩石学沉积岩岩石学一一 概述概述1. 沉积岩的概念 沉积岩沉积岩：是组成岩石圈的三大类岩石(岩浆岩、 沉积岩、变质岩)之一，它是在地壳表层条件下，由母岩的风化产物、深部来源物质、有机物质等物质，经过搬运作用、沉积作用及沉积后作用而形成的一类岩石。 沉积岩主要集中分布于地表地壳表层或地表不太深的地方在常温常压条件下母岩的风化产物、火山作用物质、生物作用有机物质、来自宇宙物质等搬运作用、沉积作用和成岩作用（压实、胶结、固成岩作用（压实、胶结、固结）结）：沉积岩体积 4.4亿km3(Pettijohn,1975) , 占岩石圈5%岩浆岩和变质岩(结晶岩)则占95：占陆地面积的大约

2、75,平均厚度1.8km,岩浆岩和变质岩约占25.已探明的海底、洋底几乎全部由沉积岩(物)所组成，平均厚度1km,但各处厚度很不均一，地槽区厚度大，如高加索 地区沉积岩的厚度可达30km，而在地台区较薄：自然界分布最多的是粘土岩（页岩、泥岩）、砂岩和石灰岩，它们约占沉积岩总量的95%以上。地球发展历史：地壳最老岩石的年龄为沉积圈最老岩石的年龄达(前苏联科拉半岛)有生命记载的岩石年龄为(南非)沉积岩是研究不可缺少的宝贵 资料大气圈的下部、岩石圈的上部、水圈和生物圈的全部大气圈的下部、岩石圈的上部、水圈和生物圈的全部称为沉积圈称为沉积圈它是包围地球表面的一个圈层，沉积岩就生成在这个层圈中，所以可以

3、把它称为沉积岩生成圈或沉积圈。 1）温度和压力：同岩浆岩的高温、高压相比，）温度和压力：同岩浆岩的高温、高压相比， 沉积岩形成于常温常压下沉积岩形成于常温常压下 地表的年最高温度地表的年最高温度 最低温度在最低温度在 最大温差在最大温差在50160左右，一般在左右，一般在4050之间之间 成岩温度一般不会超过成岩温度一般不会超过200，否则沉积岩转变为变质岩，否则沉积岩转变为变质岩 沉积物形成带的压力在沉积物形成带的压力在1.011052.02106Pa之间之间 不到不到1.01105Pa 是是1.01105Pa (按计算按计算1.01105Pa/10m ), 可达可达11.11107Pa 压

4、力的大小影响水中气体的含量，也影响沉积物的形成与变化压力的大小影响水中气体的含量，也影响沉积物的形成与变化 绝大多数的沉积作用是 大多数沉积物和沉积岩 水是母岩风化的 水也是风化产物、火山物质、宇宙物质等搬运和沉积的 大气中大气中CO2、H2O也是沉积物和沉积岩形成的主要因素，对于母岩的破坏和沉积作用等都起着重要作用。 2) 水和大气作用水和大气作用对沉积物和沉积岩的形成具有特殊的意义对沉积物和沉积岩的形成具有特殊的意义也可间接地参与沉积物和沉积岩的形成。自地球上生命发生以来，时代越新，生物对沉积物、沉积岩的形成所起的作用就越大。3) 生物和生物化学作用生物和生物化学作用母岩的风化产物；深部来

5、源的沉积物；生物成因的沉积物；宇宙来源的沉积物。搬运介质主要是水和风、冰川、生物等。沉积方式主要以机械沉积和化学沉积为主。只有经过搬运沉积作用形成的岩石才能归属于沉积岩。以压实、固结和胶结作用为主以压实、固结和胶结作用为主一一 概述概述2. 沉积学的概念 沉积学沉积学：是指研究沉积物的科学 沉积物 sediments沉积岩 Sedimentary rocks 沉积学 sedimentology 沉积岩石学 Sedimentary petrology 侧重机理 mechanism侧重岩类lithology 趋于统一 成岩风化成因意义2. (1) 沉积岩的分布 在地壳表面分布甚广，占陆地面积3/4

6、，海洋100%。但以体积而言，沉积岩仅占岩石圈体积的1/20，故在地表沉积岩是最常见的一类岩石。 分布最广的是，其余的沉积岩及沉积矿产仅占(1-2)%。 二二 沉积岩的形成作用沉积岩的形成作用沉积岩的形成过程大致可分为以下几个阶段：沉积岩的形成过程大致可分为以下几个阶段： 1) 沉积物质的来源；2) 沉积岩原始物质的搬运和沉积作用；3) 沉积物的同生、成岩作用和沉积岩的后生作用。 原始物质的生成阶段原始物质的生成阶段. . 原始物质向沉积物的转变阶段原始物质向沉积物的转变阶段. . 沉积物的固结成岩和持续演化阶段沉积物的固结成岩和持续演化阶段. . 原始物质的生成阶段原始物质的生成阶段 母岩风

7、化：指物理、化学和生物风化。 火山物质：指火山喷发而成的固体碎屑产物。 宇宙物质：降落于地球上的天体物质。生物物质：由生物生活动及其遗体分解而生成的有机质。2. 原始物质向沉积物的转变阶段原始物质向沉积物的转变阶段: 母岩风化的产物及其它来源的产物，除少量的留在原地之外，被流水、大气、冰川、风、重力、生物等地质营力（介质）进行搬运并在沉积盆地内形成疏松多孔、富含水分的地表堆积体，即沉积物。3.沉积物的固结成岩和后期改造阶段沉积物的固结成岩和后期改造阶段: 1）从松散的沉积物到沉积岩，还需经过一系列的固结成岩过程。2) 固结成岩后的沉积岩至变质或遭受风化之前，在不同的埋藏深度还会经历各种成岩期后

8、生改造作用.母岩风化提供的原始物质母岩风化提供的原始物质由物理风化由物理风化 形成形成由化学风化 形成 碎屑物质碎屑物质: :由母岩机械崩解形成的岩石或单个晶体的碎块，又称陆源碎屑。 溶解物质溶解物质: :是由母岩释放出来的各种离解离子和胶体离子、是化学或生物化学的作用结果. 粘土物质：粘土物质：母岩在分解过程中残余的或新生成的粘土物质，它们常是化学风化过程中呈胶体状态的、不活泼的物质，在合适的条件下形成粘土矿物.风化作用：风化作用：地壳表层的岩石，在水、空气、太阳能以及生物的作用和影响下，发生机械破碎和化学变化的作用。按其因素和性质分为物理风化作用、化学风化作用、生物理风化作用、化学风化作用

9、、生物风化作用物风化作用 1. 沉积物质的形成作用沉积物质的形成作用*常见造岩矿物在风化中的稳定性常见造岩矿物在风化中的稳定性稳定性决定于两方面的因素： 内因：造岩矿物对、的稳定程度。 外因：造岩矿物所处的风化条件。*常见造岩矿物在风化中的稳定性常见造岩矿物在风化中的稳定性 橄榄石 钙长石 辉石 角闪石 黑云母 钠长石 钾长石 白云母 石英 *常见造岩矿物在风化中的稳定性常见造岩矿物在风化中的稳定性长石长石：在酸的作用下易分解Kf：较稳定，变化：水云母高岭石蛋白石+ 铝土矿Pl：不太稳定，变化：各种沸石、蒙脱石蛋白石铁镁矿物铁镁矿物：橄榄石、辉石、角闪石等在地表不稳定。 铁镁矿物（H2CO3/

10、水解+强碱性/强还原）蒙脱石； （酸性）高岭石 铁镁矿物（H2CO3/水解+弱还原）绿泥石*常见造岩矿物在风化中的稳定性常见造岩矿物在风化中的稳定性云母云母：较稳定白云母水云母高岭石（碱性）蒙脱石黑云母水云母或绿泥石高岭石石英、玉髓、蛋白石石英、玉髓、蛋白石等SiO2，稳定性强。pH9：SiO2+2H2O(pH9)H4SiO4， H4SiO4H+H3SiO4-粘土矿物粘土矿物：地表条件稳定。碳酸盐矿物碳酸盐矿物：在 CO2+H2O条件下溶解。*母岩风化的产物母岩风化的产物分为三类：碎屑物质：石英、长石、其它矿物、 岩屑。粘土物质：Al2O3、SiO2等残留原地形成的粘土矿物。溶解物质：河水带走

11、。形成石灰岩、盐岩，锰、铁、磷质矿物等。火山活动所提供的原始物质火山活动所提供的原始物质a、火山集块和火山角砾(mm) 直接降落到沉积盆地或降落后通过短距离的搬运再沉积到沉积盆地中。 b、细的火山碎屑(2mm的颗粒，其与，而且粒级与两种流速成正相关，因此，砾石很难做长距离的搬运，多沿河底前进。 d=20.0625mm的颗粒所需要的，而且起动流速与沉积临界流速相差也不大。说明砂粒在流水中搬运时极为活跃，既易搬运又易沉积，故常呈跳跃式前进。 d0.0625mm的颗粒、它们的起动流速和沉积临界流速之差最大。故粉砂、尤其是更细的泥级颗粒，一经流水搬运就长期悬浮于水体中，不易沉积下来，大多搬运到比较安静

12、的水域中才慢慢地沉积。而且，它们沉积之后不易再呈分散质点被搬运。4） 碎屑物质在搬运过程中，由于颗粒之间的碰撞和摩擦，以及流水对颗粒的分选和化学分解，使其在矿物成分、粒度、分选性和形状上都要发生变化。 一般是随着搬运距离的加长，其粒度变细；圆度、球度增高；分选变好，不稳定矿物逐渐减少，而稳定矿物相对增多。碎屑物质在风中的搬运和沉积碎屑物质在风中的搬运和沉积 风的搬运和沉积物质主要分布在干旱的沙漠地区，然而，在远洋深海中也能出现尘暴携扬搬运的细粒沉积物，由于风的密度和粘度远小于水，故风的搬运能力比流水弱，一般只能搬运细砂、粉砂和泥质物质，唯有大风才有可能搬运粗砂以至砾石。风的搬运方式也有滚动、跳

13、跃和悬浮三种、其中以跳跃搬运为主。 风运砂的特点：粒度细、分选和圆度好，可形成大型砂丘，以及造成厚度很大的交错层现。 此外，还有冰川、浊流的搬运与沉积作用冰川、浊流的搬运与沉积作用。2.1 碎屑物质的搬运和沉积碎屑物质的搬运和沉积1) 真溶液的搬运和沉积作用 溶解物质的搬运和沉积与物质的溶解度密切有关，其主要受物理化学定律的支配。其根本控制因素是溶解度。在自然界中胶体溶液与真溶液的分布情况示意图在自然界中胶体溶液与真溶液的分布情况示意图 Fe、Mn、Si、Al 等溶解度小，易于沉淀，并受水介质 物理化学条件影响严重，故一般呈胶体溶液被搬运。 Fe2+ 在强酸性条件下 (pH3时沉淀，Fe 3+

14、 pH=5.5-7时，才开始沉淀，故Fe 3+远较Fe +易于搬运。SiO2 要求在弱酸性条件下沉淀CaCO3 需要在弱碱性条件下沉淀Al2O3 只有在pH=4-7时才沉淀2) 胶体物质的搬运和沉积作用 Cl、S、Na、K、Mg等的搬运和沉积受水介质的影响不大。其化合物的溶解度大，易成真溶液被搬运。 在自然界中，化学搬运物质组分的溶解度从小到大依次为：Al2O3Fe2O3MnOSiO2P2O5CaCO3CaSO4NaClMgCl2 1) 生物新陈代谢，吸取一定的物质成分，从而把一些元素富集起来。2) 生物作用引起周围环境介质条件改变，从而影响某些物质的搬运和沉积作用，如排出CO2对碳酸盐岩的影

15、响。对物质的搬运与沉积产生。直接作用：指生物在生活过程中，不断从周围介质中选择吸收某种物质组成自身的骨骼和有机体。生物死亡后，有的可直接堆积形成各种生物成因的岩石或矿产。间接作用：由于生物的生命活动可引起周围介质条件的变化，从而影响某些物质的搬运和沉积。沉积物在搬运和沉积过程中因异而分的现象。母岩风化产物及其它来源沉积物，在搬运和沉积过程中会按照颗粒大小、形状、比重、矿物成分和化学成分在地表依次沉积下来，这种现象称为沉积分异作用。 由于颗粒大小、形状、比重以及搬运介质的性质和速度的差异而发生的沉积分异作用。如：从砾砂粉砂粘土 从金黄铁矿铬铁矿石英石墨琥珀3) 主要按溶解度大小发生的沉积分异作用

16、。如：氧化物磷酸盐硅酸盐碳酸盐硫酸盐卤化物Al2O3Fe2O3MnOSiO2P2O5CaCO3CaSO4NaClMgCl2 自然界影响化学沉淀的因素很多，实际情况往往要比上述模式复杂得多。3. 沉积期后的变化及其作用沉积期后的变化及其作用 指沉积物沉积下来后至前所经受所有变化。沉积物沉积岩变质岩沉积岩，潜水面下同生、准同生作用成岩作用后生作用表生作用风化作用1) 沉积后作用阶段划分 同生、准同生作用阶段成岩作用阶段后生作用阶段表生作用阶段（退后生阶段）3. 沉积期后的变化及其作用沉积期后的变化及其作用 同生作用：同生作用：系指沉积物沉积下来后，与介质还保持着联系，沉积物表层与底层水之间所发生的

17、一系列作用和反映。发生于海底称海解作用，又称海底风化作用；发生于淡水环境称陆解作用。准同生作用：准同生作用：专属性词汇，主要指潮上带的疏松碳酸钙 沉积物被高镁粒间水白云石化的作用。 成岩作用：成岩作用：系指松散沉积物脱离沉积环境而被固结成岩 石期间所发生的作用。后生作用：后生作用：继成岩作用阶段后，在沉积岩转变成变质岩 之前所发生的一切作用和变化。 表生作用：表生作用：指沉积岩抬升到近地表，在潜水面以下常温 常压或低温低压条件下，由于渗透水和浅部 地下水的影响所发生的变化。压实作用、压溶作用、胶结作用、固结作用、重结晶作用、交代作用、自生矿物的形成等。2) 沉积后阶段的主要作用 压实作用：压实作用：沉积物在上覆水体和沉积物负荷压力下，不断排出水份，体积缩小，孔隙度降低的过程。 压溶作用：压溶作用：在压力作用下，沉积物或沉积岩内发生的溶解作用称压溶作用。 胶结作用：胶结作用：指从孔隙溶液中沉淀出矿物质（胶结物）将松散的沉积物粘结成坚硬岩石的过程，是化学和生物化学作用。 固结作用：固结作用：泛指松散沉积物转变成