沉积岩的风化作用

1、. .1 1第二章第二章 沉积岩的形成与演化沉积岩的形成与演化. .1 1原始物质原始物质 沉积物的搬运沉积物的搬运 沉积后作用阶段沉积后作用阶段形成阶段形成阶段 和沉积作用阶段和沉积作用阶段原始物质原始物质 沉积物沉积物 沉积岩沉积岩搬运搬运 沉积后作用沉积后作用沉积沉积第一节第一节 沉积岩的基本概念沉积岩的基本概念 沉积岩（沉积岩（sedimentary rockssedimentary rocks）的概念）的概念沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1 母岩母岩 地表上出露的供给沉积岩原始物质成分的岩石，地表上出露的供给沉积岩原始物质成分的岩石，主要指早于该沉积岩而存在的岩浆岩、

2、变质岩主要指早于该沉积岩而存在的岩浆岩、变质岩和较老的沉积岩。和较老的沉积岩。 一、风化作用的概念一、风化作用的概念沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1沉积岩与岩浆岩的区别沉积岩与岩浆岩的区别 形成条件：形成条件：沉积岩：沉积岩：地表或离地表不深的地带地表或离地表不深的地带，有丰富的水、氧、，有丰富的水、氧、二氧化碳和生物参加的条件下形成。沉积岩的形成过二氧化碳和生物参加的条件下形成。沉积岩的形成过程太阳能及由太阳能转化的生物能和机械能均起着直程太阳能及由太阳能转化的生物能和机械能均起着直接的作用。由地球内能所引起的地壳构造运动，直接接的作用。由地球内能所引起的地壳构造运动，直接控

3、制了侵蚀区和沉积区的分布，地貌条件也为沉积岩控制了侵蚀区和沉积区的分布，地貌条件也为沉积岩的形成提供了必要的条件的形成提供了必要的条件岩浆岩岩浆岩：是由岩浆凝结形成的岩石，约：是由岩浆凝结形成的岩石，约占地壳总体积的占地壳总体积的65%65%。岩浆是在地壳深处或上地幔产生的高温炽热、。岩浆是在地壳深处或上地幔产生的高温炽热、粘稠、含有挥发分的硅酸盐熔融体粘稠、含有挥发分的硅酸盐熔融体在在地球地表地球地表，有，有70%70%的岩石是沉积岩，但如果从地球表的岩石是沉积岩，但如果从地球表面到面到1616公里深的公里深的整个岩石圈整个岩石圈算，沉积岩只占算，沉积岩只占 5%5%。沉积学沉积学沉积岩的成

4、因沉积岩的成因. .1 1沉积岩沉积岩岩浆岩岩浆岩矿物成分矿物成分成分简单，富含氧、二氧化碳成分简单，富含氧、二氧化碳和水。和水。特有矿物：粘土矿物、盐类矿特有矿物：粘土矿物、盐类矿物、煤、石油物、煤、石油1 1、大部分为块状的、大部分为块状的结晶岩石，部分为结晶岩石，部分为玻璃质岩石玻璃质岩石2 2、特有的矿物和结、特有的矿物和结构构造，如霞石、构构造，如霞石、白榴石等矿物和气白榴石等矿物和气孔构造和杏仁构造孔构造和杏仁构造3 3、岩体与围岩有明、岩体与围岩有明显的界限，产状多显的界限，产状多样样4 4、岩体中常含围岩、岩体中常含围岩碎块碎块5 5、岩浆岩中没有生、岩浆岩中没有生物遗迹物遗迹

5、结构结构取决于产生某一类沉积岩的那取决于产生某一类沉积岩的那些形成作用些形成作用碎屑结构、生物结构碎屑结构、生物结构和晶粒结和晶粒结构等构等构造构造成层构造、具有泥裂、波痕、成层构造、具有泥裂、波痕、缝合线缝合线其它其它常含生物化石，颗粒间存在孔常含生物化石，颗粒间存在孔隙隙沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1沉积岩的研究意义沉积岩的研究意义 1 1、沉积岩记录了地球演化历史、沉积岩记录了地球演化历史 地球约有地球约有4646亿年历史，最古老沉积岩亿年历史，最古老沉积岩3636亿年，这亿年，这3636亿年的沉积亿年的沉积记录对研究地球的演化和发展有着十分重要的理论价值。记录对研究地

6、球的演化和发展有着十分重要的理论价值。 根根据沉积岩的各种特征及其在空间和时间上的分布关系，可作地据沉积岩的各种特征及其在空间和时间上的分布关系，可作地层划分和地质剖面对比的基础，并能恢复它们堆积时的古地理、层划分和地质剖面对比的基础，并能恢复它们堆积时的古地理、古地球化学、物理化学和其他条件古地球化学、物理化学和其他条件 2 2、沉积岩（物）蕴藏着占世界矿产资源总储量的、沉积岩（物）蕴藏着占世界矿产资源总储量的8080 能源矿产：石油、天然气、煤和油页岩能源矿产：石油、天然气、煤和油页岩 、金属和非金属矿产资、金属和非金属矿产资源：铝土矿、锰矿、各种盐类矿产等几源：铝土矿、锰矿、各种盐类矿产

7、等几 乎全为沉积类型乎全为沉积类型 ，极，极大部分铁矿、磷矿亦都属于沉积或沉积变质类型大部分铁矿、磷矿亦都属于沉积或沉积变质类型 3 3、与大型水利工程、港口、国防军事等建设密切相关、与大型水利工程、港口、国防军事等建设密切相关 通过沉积岩研究可以寻找地下蓄水层，解决水库、大型水坝、通过沉积岩研究可以寻找地下蓄水层，解决水库、大型水坝、电站、港口和河流的冲淤及土壤的侵蚀、地基的牢固性等问题电站、港口和河流的冲淤及土壤的侵蚀、地基的牢固性等问题 在国防上军港设计、潜艇和海底导弹基底的建设等均与沉积岩在国防上军港设计、潜艇和海底导弹基底的建设等均与沉积岩（物）的研究密切相关（物）的研究密切相关 沉

8、积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1沉积岩的研究意义沉积岩的研究意义 4 4、油气勘探、开采、开发等问题的突破与沉积岩（学）、油气勘探、开采、开发等问题的突破与沉积岩（学） 还有油气勘探领域的圈闭问题、石油的二次采油向三次采油、还有油气勘探领域的圈闭问题、石油的二次采油向三次采油、减少地层伤害、开采剩余油、提高采收率以效益为中心的转移减少地层伤害、开采剩余油、提高采收率以效益为中心的转移等，沉积岩（学）的研究正发挥重大的作用等，沉积岩（学）的研究正发挥重大的作用 5 5、与人类生存环境、灾害预警、与人类生存环境、灾害预警 沉积岩（学）的研究与人类生存和可持续发展密不可分，地质沉积岩（

9、学）的研究与人类生存和可持续发展密不可分，地质灾害预测研究和环境保护中也正发挥着越来越大的作用灾害预测研究和环境保护中也正发挥着越来越大的作用 . .1 1第一节第一节 沉积岩的形成及演化沉积岩的形成及演化u 母岩的风化作用母岩的风化作用风化作用的概念风化作用的概念沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 11 1、物理风化作用、物理风化作用是地壳表层岩石的一种是地壳表层岩石的一种机械破坏作用机械破坏作用。它是一种使岩石破碎、。它是一种使岩石破碎、崩解成各种不同大小的碎块，而崩解成各种不同大小的碎块，而不发生化学成分变化也不形不发生化学成分变化也不形成新矿物成新矿物的作用。的作用。 引起母

10、岩发生机械破裂的因素引起母岩发生机械破裂的因素: :温度变化、冰劈作用、重力作温度变化、冰劈作用、重力作用和岩石裂隙中溶解盐类的结晶作用用和岩石裂隙中溶解盐类的结晶作用沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1物理风化作用物理风化作用 冰劈作用冰劈作用 层裂或卸载作用层裂或卸载作用 盐分结晶的撑裂作用盐分结晶的撑裂作用 热胀冷缩作用热胀冷缩作用 生物作用生物作用沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1 冰劈作用冰劈作用：由于气温的变化，：由于气温的变化，岩石裂隙中的水反复结冰和融岩石裂隙中的水反复结冰和融化，从而造成岩石裂隙不断扩化，从而造成岩石裂隙不断扩大，使岩石发生崩解的作用

11、。大，使岩石发生崩解的作用。主要发生在高纬度地区和高山主要发生在高纬度地区和高山区区沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1 水的冻融水的冻融 当温度下降到摄氏零度以下当温度下降到摄氏零度以下时，贮藏在地表岩石空隙中的液时，贮藏在地表岩石空隙中的液态水就会结冰，因态水就会结冰，因结冰后其体积结冰后其体积将增大将增大1 111 11左右，左右，故在岩石空隙故在岩石空隙中产生巨大的中产生巨大的膨胀压力膨胀压力（冰劈作（冰劈作用）用） ，造成岩石的崩裂。，造成岩石的崩裂。 沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1 在地下深处的岩石承受巨大静压力，其潜在膨胀力是十分惊人。在地下深处的岩

12、石承受巨大静压力，其潜在膨胀力是十分惊人。岩石从地下深处变到地表条件时由于岩石从地下深处变到地表条件时由于上覆静压力减小而产生张应力上覆静压力减小而产生张应力形成一系列形成一系列与地表平行的与地表平行的宏观和微观的内部破裂面。形成这种裂隙宏观和微观的内部破裂面。形成这种裂隙构造的作用称为剥离作用。构造的作用称为剥离作用。岩石的释荷岩石的释荷沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1 岩石的热胀冷缩岩石的热胀冷缩 温差大温差大的地区，在白天当的地区，在白天当太阳光直射时，岩石太阳光直射时，岩石表层增温表层增温而而膨胀膨胀，而，而内部膨胀小内部膨胀小甚至未发生甚至未发生变化。到了变化。到了夜

13、晚夜晚气温骤降，岩石气温骤降，岩石表面收缩表面收缩。这样使其岩石表面与。这样使其岩石表面与内部产生应力差。这种应力差就内部产生应力差。这种应力差就会使岩石破裂。会使岩石破裂。 沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1盐分结晶的撑裂作用：盐分结晶的撑裂作用：大量的大量的盐类矿物盐类矿物溶解溶解于岩石裂隙的水中，于岩石裂隙的水中，水分蒸发后水分蒸发后会会达到饱和达到饱和，盐类再结晶体积增大盐类再结晶体积增大会对周围的裂隙壁产生会对周围的裂隙壁产生膨胀压力膨胀压力，由于岩石裂隙中的盐类反复结晶、由于岩石裂隙中的盐类反复结晶、 潮解，使岩石崩解的作用，多发生在潮解，使岩石崩解的作用，多发生在干

14、旱及干旱及半干旱地区半干旱地区沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1盐类结晶造成的干裂盐类结晶造成的干裂 美国美国沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1 物理风化作用产物特征：物理风化作用产物特征：碎屑粗细不等，棱角显著，没有层理；碎屑粗细不等，棱角显著，没有层理；多分布在分水岭上或斜坡上；多分布在分水岭上或斜坡上；碎屑物的成分与下覆基岩成分一致碎屑物的成分与下覆基岩成分一致。沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 12 2、化学风化作用、化学风化作用是母岩的一种是母岩的一种化学分解化学分解作用作用。在。在氧、水氧、水和溶于水中和溶于水中的的各种酸各种酸的作用下，母岩

15、遭受的作用下，母岩遭受氧化氧化、水解水解、和、和溶滤溶滤等等化学变化化学变化，使其分解并产生在表生环境下稳定的，使其分解并产生在表生环境下稳定的新矿物组合新矿物组合的过程。的过程。引起母岩发生化学风化的因素引起母岩发生化学风化的因素: :溶解溶解作用、作用、水化水化作用、作用、水解水解作用、作用、氧化氧化作用、作用、酸的酸的作用作用沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1化学风化作用化学风化作用: :氧化作用（氧化作用（氧的作用氧的作用）水解作用水解作用水化作用水化作用 酸的酸的作用作用胶体作用及离子交换反应胶体作用及离子交换反应水的作用水的作用沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因.

16、.1 1 氧化作用氧化作用 大气圈中氧含量为大气圈中氧含量为20201 1。当岩石和矿物。当岩石和矿物暴露于地表暴露于地表或位于地或位于地表层时，表层时，与氧充分接触与氧充分接触，将发生一系列，将发生一系列氧的化学反应氧的化学反应。氧化作用是地壳表层氧化作用是地壳表层最常见最常见的一种化学反应。的一种化学反应。氧化作用主要是氧化作用主要是游离氧游离氧造成，是含有造成，是含有变价元素（铁、锰）变价元素（铁、锰）的矿物，的矿物，在在氧和水氧和水的作用下，它们的的作用下，它们的低价氧化物、硅酸盐、硫化物低价氧化物、硅酸盐、硫化物变成变成高高价氧化物、氢氧化物和含氧盐价氧化物、氢氧化物和含氧盐的过程，

17、如黄铁矿氧化形成褐铁矿，的过程，如黄铁矿氧化形成褐铁矿，其中的硫氧化后形成其中的硫氧化后形成H2SO4H2SO4并流失。并流失。沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1氧化作用氧化作用2FeS2 + 7O2+ 2H2O 2FeSO4 + 2H2SO4 Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3 黄铁矿 硫酸亚铁 硫酸铁 褐铁矿 矿物中的变价元素从低价变成高价： 4Fe3O4 +O2 + 18H2O 12Fe(OH)3 磁铁矿 褐铁矿沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1 水解作用水解作用 水解作用的实质是水解作用的实质是水中电离的矿物水中电离的矿物阴离子和阳离子与阴离子和阳离子与H

18、2OH2O的的电离产物电离产物(H(H+ +及及OHOH- -) )相互结合，分别取代阳离子和相互结合，分别取代阳离子和阴离子，从而使阴离子，从而使矿物解体矿物解体形成形成新的含水矿物新的含水矿物的过程的过程 。当水。当水中含有溶质，尤其是中含有溶质，尤其是酸性物质酸性物质时，水的破坏作用就明显加时，水的破坏作用就明显加强，其中最常见的是强，其中最常见的是CO2CO2溶于水形成碳酸的溶蚀作用溶于水形成碳酸的溶蚀作用4K(AlSi3O8) + 6H2O Al4(Si4O10)(OH)8 + 8SiO2 + 4KOH ( 钾长石 ) ( 高岭石 ) (蛋白石胶体)Al4(Si4O10)(OH)8

19、+ nH2O Al2O3. nH2O +4SiO2 + 4H2O( 高岭石 ) 水铝石（铝土矿）沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1水化作用水化作用水化是指水化是指水直接参加到矿物中去水直接参加到矿物中去，使某些矿物变成，使某些矿物变成含水矿物含水矿物，如硬石膏变为石膏等，如硬石膏变为石膏等CaSO4 + 2H2O CaSO42H2O ( 硬石膏 ) ( 石膏 ) 沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1溶解作用溶解作用岩石中岩石中矿物溶解于水矿物溶解于水而产生而产生分解和碳酸化分解和碳酸化的作用，岩的作用，岩石中石中可溶性可溶性矿物被水溶解矿物被水溶解带走带走，岩石的，岩

20、石的孔隙度增大孔隙度增大，硬度降低硬度降低 溶解作用溶解作用 矿物溶解导致岩石结构的破坏矿物溶解导致岩石结构的破坏 矿物溶解度能力的排序。矿物溶解度能力的排序。方解石方解石 白云石白云石 橄榄石橄榄石 辉石辉石 角闪石角闪石 长长石石 石英石英 水的温度、压力以及水的温度、压力以及PHPH值等对矿物的溶解度影值等对矿物的溶解度影响明显。响明显。沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1 溶解风化产物：溶解风化产物：离子离子胶体胶体难溶物质难溶物质 沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1溶解和未溶解的灰岩溶解和未溶解的灰岩溶解作用溶解作用沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .

21、1 1酸的作用酸的作用自然界中常见的酸是自然界中常见的酸是碳酸和腐殖酸碳酸和腐殖酸等弱酸。它们对等弱酸。它们对硅酸盐和硅铝酸盐矿物的分解起着极其重要的作用。硅酸盐和硅铝酸盐矿物的分解起着极其重要的作用。这些矿物与这些矿物与碳酸碳酸发生反应时，其中的阳离子（发生反应时，其中的阳离子（FeFe2+2+、CaCa2+2+ 、 K K+ + 、 NaNa+ +）常形成）常形成碳酸盐和重碳酸盐碳酸盐和重碳酸盐，SiO2SiO2被分解出来被分解出来。沉积学沉积学沉积岩的成因沉积岩的成因. .1 1胶体作用及离子交换反应胶体作用及离子交换反应硅酸盐和铝硅酸盐矿物遭受风化，使矿物中的硅酸盐和铝硅酸盐矿物遭受风化，使矿物中的AlAl2 2OO3 3、SiOSiO2 2的连接力键遭到完全破坏而被游离的连接力键遭到完全破坏而被游离出来。以及由含铁硅酸盐矿物分解出来的出来。以及由含铁硅酸盐矿物分解出来的FeFe2 2O O3 3，他们的溶解度比较小而形成胶体，胶体他们的溶解度比较小而形成胶体，胶体间的相互作用间的相互作用 、凝聚和晶华形成粘土矿物，、凝聚和晶华形成粘土矿物，胶体还具有从介质溶液中吸附离子的能力胶体还具有从介质溶液中吸附离子的能力带正电荷的铁