沉积岩石学——沉积岩的形成及演化

1、第二章 沉积岩的形成及演化学时：6 学时基本内容 ：包括 基本概念：风化作用（物理风化、化学风化、生物风化）、风化壳、牛顿流体、层流、紊流、雷诺数、佛罗德数、沉积分异作用（机械沉积分异和化学沉积分异作用）、正常沉积作用、事件沉积作用、沉积后作用 基本原理：各种造岩矿物、岩石的风化及其产物，母岩风化的阶段性，碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用，两种沉积分异作用的关系，沉积后阶段的划分，沉积岩的分类重点 ：碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用、沉积分异作用、沉积岩的分类难点 ：流体的一些基本知识、尤尔斯特隆图解教学思路：简要回顾地球科学概论中关于风化作用的概念，然后介绍各种造岩矿物、 岩石的风化及其产物

2、、 母岩风化的阶段性。 在简要介绍流体基本知识的基础上， 重点讲解碎屑 物质在流水中的搬运和沉积作用， 简要介绍碎屑物质在海洋、 湖泊、 空气和冰川中的搬运和 沉积作用、 溶解物质的搬运和沉积作用， 对于沉积分异作用的概念、类型、 关系及意义亦进 行重点讲解。 简要介绍沉积后阶段的划分。 在前述沉积岩形成和演化的基础上讲解沉积 岩的分类主要参考书 : 冯增昭主编沉积岩石学上册第二章，石油工业出版社，1993. 曾允孚、夏文杰主编沉积岩石学第二、三、五章，地质出版社，1986. 何幼斌编Sedimentary Petrology（英文辅助教材）第八、九章，江汉石油学院，2003. Selly R

3、 C, An in troduction to sedime ntology, 1985.复习思考题： 试述物理风化、化学风化、生物风化的表现形式及其影响因素？ 试述母岩风化产物的主要类型。 何谓矿物成熟度？并说明它在碎屑岩、粘土岩和重矿物中的表示方式，研究矿物成熟度有何地质意义 ? 何谓牵引流、重力流？二者在搬运和沉积方面各有什么特点？ 试述斯托克沉速公式的含义及其适用条件。 试述影响碎屑物质在流水中搬运和沉积作用的主要因素。 试以龙尔斯特龙图解为例，说明碎屑颗粒的搬运、 沉积与流速的关系。 并说明细砂级颗粒为何分选最好。 何谓沉积分异作用？试述机械沉积分异和化学沉积分异的关系及其在地质中的

4、意义。 试述沉积后作用的概念及其研究的意义。 试述沉积岩分类的原则、依据及岩石类型。并从原始物质、搬运方式、沉积作用及成岩后生作用等方面说明碎屑岩、粘土岩、化学岩和生物化学岩的形成作用及其相互关系。教学内容提要：第一节 沉积岩原始物质的形成、风化作用的概念风化作用是地壳表层岩石的一种破坏作用，引起岩石破坏的外界因素有温度的变化，水以及各种酸的溶蚀作用、生物的作用以及各种地质营力的剥蚀作用等。分类：物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用二、各种造岩矿物的风化及其产物（重点）各种造岩矿物在风化作用条件下的稳定性相同，主要造岩矿物的风化产物如下：石英是岩石的主要造岩矿物，在风化作用中稳定性极高，几

5、乎不发生化学溶解作用，只发生机械破碎作用。长石的稳定性次于石英， 钾长石在风化过程中大多转变为水白云母和高岭石。斜长石经常形成沸石、蒙脱石、蛋白石、方解石。云母抗风化能力较强，风化过程中先形成水白云母，最后变为高岭石。橄榄石、辉石、角闪石等铁镁硅酸盐矿物，风化过程中大部分元素呈溶液状态流失走，一部分元素在风化带中形成褐铁矿、蛋白石等。各种粘土矿物如高岭石、 蒙脱石、水云母等，在风化过程中可转变为更加稳定的矿物，如铝土矿、蛋白石等。各种碳酸盐矿物如方解石、白云石等，风化稳定性甚小，很易溶于水并顺水转移。各种硫酸盐矿物（如石膏、硬石等）、硫化物矿物（如黄铁矿）、卤化物矿物（如石盐）等最 易溶于水，

6、呈溶液状流失走。三、各种岩石的风化及其产物岩石是矿物的集合体，因此岩石的内化其产物主要是由组成它的矿物的风化的情况决定 的。以花岗岩为例，说明如下：花岗岩的风化作用矿物成分化学组分所发生的变化风化产物石英SiO2残留不变砂粒钾长石KAISi3O8K2O成为碳酸盐、氧化物进入溶液溶解物质AI2O3水化后成为含水铝硅酸盐粘土6SiO2少部分SiO2游离出来，溶于水中溶解物质斜长石NaAISj3O8CaAI2Sj2O83Na2O成为碳酸盐、氯化物进入溶解溶解物质CaO成为碳酸盐、溶于含 CO2的水中溶解物质4AI2O3同钾长石粘土20SiO2溶解物质白云母KAI2 （ AISi3O10）（OH）22

7、H2OK2O3AI2O320SiO2残留不变云母碎片黑云母K（ Mg,Fe）3（AISi3O10 ）（OH）2H2O水溶液水溶液K2O成为碳酸盐、氯化物进入溶液溶解物质AI2O3生成含水铝硅酸盐粘土2( Mg,Fe)O成为碳酸盐、氯化物进入溶解，碳酸 盐氧化为赤铁矿、褐铁矿等溶解物质及色素3SiO2部分SiO2游离出来溶于水中溶解物质锆英石ZrSiO4ZrO2SiO2残留不变砂粒（重矿物）磷灰石Ca5 ( PO4)溶解或残留不变溶解物质或砂粒Ca5( P04)3F3( F,（重矿物）ca5( P04)3CICI OH)四、母岩风化过程中元素的转移顺序及母岩风化的阶段性1. 风化过程中元素的析出

8、顺序转移顺序兀素或化合物数量级别1.最易转移的CI, ( Br, I) , SCn .102.易转移的A,Na, Mg,Kn3.可转移的Si02 （硅酸盐），P, Mnn .10-14.略可转移的Fe, AI, Tin .10-25.基本上不转移的SiO2 （石英）n .10-82. 母岩风化的阶段性破碎阶段饱和硅铝阶段酸性硅铝阶段 铝铁土阶段五、母岩风化产物的类型（重点）1. 碎屑残留物质一一碎屑岩的主要特物质来源2. 新生成的矿物3. 溶解物质六、风化壳七、沉积物的其它来源1. 生物成因的沉积物2. 深部来源的沉积物3. 宇宙来源的沉积物第二节 碎屑物质的搬运和沉积作用一、流体的一些基本知

9、识和概念（难点）1. 牛顿流体和非牛顿流体：凡服从牛顿内摩擦定律的流体称做牛顿流体，否则称非牛顿流 体。2. 层流、紊流和雷诺数层流是一种缓慢流动的流体，流体质点作有条不紊的平行的线状运动，彼此不相掺混。紊流是一种充满了漩涡的急湍流动的流体，流体质点的运动轨迹极不规则，其流速大小和流动方向随时间而变化，彼此互相掺混。层流与紊流的流动特点3. 缓流、急流和佛罗德数佛罗德数是表示惯性力与重力之间关系的一个数值，一般用Fr表示，当Fr> 1时，流体的性质为急流或超临界的流动，当Frv 1时，流水性质为静、缓流、或临界以下的流动。4. 两种流体及其搬运和沉积作用方式二、碎屑物质在流水中的搬运和沉

10、积作用（重点）1搬运方式：主要有两种，即推移搬运，（或滚动搬运）和悬浮搬运，（或悬浮搬运）。前者也可称推移载荷，后者也可称悬浮载荷。2.机械沉积作用流水把处于静止状态的碎屑物质开始搬运走所需要的流速叫做开始搬运流速，开始搬运流速要大于继续搬运业已处于搬运状态的碎屑物质所需的流速，即继续搬运流速。 一般来说，开始搬运流速要大于继续搬运流速。1 ooo遊过理is0.001 Qr0l 0.11 .0I o枪毎刺致册初mm1 OOo o O mil碎屑物质在流水中的侵蚀、搬运、沉积与流速的关系（尤尔斯特隆图解）随着流动强度的变化流水所能悬浮和滚动的最大颗粒直径3. 碎屑物质在流水搬运过程中的变化4.

11、碎屑物质在流水搬运及沉积作用过程中的分异作用三、碎屑物质在海、湖水中的搬运和沉积作用1. 碎屑物质在海水中的搬运和沉积作用2. 碎屑物质在湖水中的搬运和沉积作用四、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用（自学为主）五、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用（自学为主）第三节 溶解物质的搬运和沉积作用（简要介绍）一、概述在自然界中胶体溶液与真溶液的分布情况示意图、胶体溶液物质的搬运和沉积作用引起胶体质点搬运和沉积作用的主要因素是同种电荷的胶体质点之间的相互排斥力。这是胶体质点仅在重力的影响下难以沉淀的根本原因。假如胶体质点的电荷在某些因素的影响下被中和了，它们之间的相互排斥力消失了，则它们就会相互凝聚为大的

12、质点，就会在重力的作用下迅速地下沉，成为胶体沉积物；这是胶体溶液物质沉淀的根本原因。胶体沉淀的因素：不同名电解质的加入，不同名胶体的相互作用。三、真溶液物质的搬运和沉积作用真溶液物质的搬运及沉积作用的根本控制因素是它们的溶解度，即溶解度愈大，愈易搬运，愈难沉积，反之，溶解度愈小，则愈易沉积，愈难搬运。四、生物的搬运和沉积作用（自学为主）五、化学沉积分异作用硫酸盐及卤化物岬_=之占|空磷战盐硅酸盐 碳酸盐一¥養事菁aM録混石 海绿石 璘酸钙i 七#镁盐 u/ p, k vsi . 产一，*叫 严4f *爲申r摘尸"-*r -“囁亦-11门化学沉积分异作用图解六、两种沉积分异作

13、用的关系及其地质意义（重点）一般来说机械沉积分异作用与化学沉积分异作用，这是自然界中两种并存的沉积分异作用。一般说来，机械沉积分异作用进行得较早，化学沉积分异作用进行较晚，机械沉积分异作用的砂和粉砂阶段，大致与铁的氧化物阶段即化学沉积分异作用的开始阶段相当，械机沉积分异作用的最后阶段即粘土沉积阶段，大致与化学沉积分异作用的碳酸盐阶段相当，待化学沉积分异作用进行到硫酸盐及卤化物阶段时，械机沉积分异作用已基本结束了，故蒸发岩中很少有碎屑混入物。七、正常沉积作用和事件沉积作用第四节沉积后作用及其阶段划分（简介）一、概述沉积后作用是泛指沉积物形成以后，到沉积岩的风化的作用和变质作用以前这一演化阶 段的所有变化或作用，包括成岩作用和后生作用。二、沉积后作用阶段的划分沉积后作用阶段可进一步分为同生作用、准同生作用、成岩作用、后生作用阶段。沉积岩的形成与演化沉积物形成阶段成岩作用阶段沉积岩后生作用阶段沉积后作用成岩作用后生作用三、有关术语的阐明四、沉积期后的影响因素五、沉积期后阶段的主要成岩作用第五节沉积岩的分类一、沉积岩基本类型划分（重点）首先根据沉积岩的原始物质的来源，将沉积岩划分为三类； 然后再分别根据其岩性特征进步划分。（如下表）原始物质成分来源沉1.主要