沉积岩的形成演化(1)

1、第二章 沉积岩的形成与演化第1节 物质来源母岩的风化产物第2节 碎屑物质的搬运与沉积作用第3节 溶解物质的搬运与沉积作用第4节 沉积后作用及其阶段的划分 1第第1 1节节 物质来源母岩的风化产物物质来源母岩的风化产物2一、母岩的风化产物 （一）风化作用及其特点 （二）风化带中矿物的稳定性 （三）各种矿物的风化及其产物 （四）母岩风化过程中元素的转 移顺序及母岩风化的阶段性 （五）母岩风化产物的类型 （六）影响风化产物形成的因素 二、沉积物的其它来源3风化作用的概念及类型各种矿物抗风化能力的强弱（重点）各类沉积岩抗风化能力的强弱（重点）风化过程中元素的转移顺序（重点）母岩风化的阶段性母岩风化的产

2、物类型（重点）影响风化产物形成的因素风化壳的概念4 母岩风化产物是沉积物最主要的来源。供给这类沉积物地区，即母岩存在的地区，称作物源区物源区。5一、母岩的风化产物一、母岩的风化产物（一）风化作用及其特点 沉积岩的形成作用发生于地壳表层或沉积圈，它的特点是低温、低压，富含水、氧和二氧化碳，生物活动强烈。67891011风化作用风化作用生物风化作用生物风化作用物理风化作用物理风化作用化学风化作用化学风化作用指岩石在风化过程中，只改变物理状态，不改变化学成只改变物理状态，不改变化学成分的破坏作用分的破坏作用。 物理风化的产物物理风化的产物：是产生岩石碎屑和矿物碎屑。 物理风化的因素物理风化的因素：温

3、度、压力、水、重力、风、雷电、冰等。 1.物理风化作用物理风化作用12 在氧、水和溶于水中的各种酸的作用在氧、水和溶于水中的各种酸的作用下，母岩遭受氧化、水解和溶滤等化学变下，母岩遭受氧化、水解和溶滤等化学变化，使其分解、产生新矿物的过程称为化化，使其分解、产生新矿物的过程称为化学风化作用。学风化作用。 2.2.化学风化作用化学风化作用13（1 1）氧化作用：）氧化作用： 空气和水中的游离氧空气和水中的游离氧是地表最重要的氧化剂。氧化作用最易破坏的是硫化物、有机化合物和含有氧化亚铁、氧化亚锰、钒、钴的矿物。 （2 2）COCO2 2的化学风化作用：的化学风化作用： 富有游离碳酸的水比纯水破坏碳

4、酸盐和原生铝硅酸盐矿物更为剧烈。 （3 3）水的化学风化作用）水的化学风化作用水解作用与水化作用 143.3.生物化学风化作用生物化学风化作用生物的生命活动及其分解或分泌的物质对岩石所引起的破坏作用，叫生物风化作用。生物对岩石的破坏方式既有直接的机械作用，又有间接的化学作用和生物化学作用。 风化作用的结果是破坏岩石。 在地球表面，各种风化作用是同时进行而又相互促进的，只是有主次主次之分而已。 岩石的性质岩石的性质是内因，决定风化产物的性质；外界条件是外因，只决定风化作用的方式方式和强弱程度强弱程度，而且是通过内因起作用的。同时，由于机械破碎使得母岩产生许多裂隙或破碎成小块，这就增大了岩石与周围

5、介质的接触面，大大促进了化学分解；化学分解可降低母岩的硬度和强度，又给机械破碎创造了有利条件。15*（二）各种造岩矿物的风化及其产物 风化带中矿物的稳定性：各种造岩矿物在风化时的稳定性不同，其风化习性和风化产物也不同。 矿物的稳定性分级不稳定矿物次稳定矿物稳定矿物橄榄石辉石角闪石基性斜长石白云石方解石金属硫化物白云母钾长石中酸性斜长石黑云母磷灰石十字石石榴子石石英电气石金红石锆石高岭石高价铁、锰、铝的氧化物或氢氧化物16 1.不稳定矿物： 一般指易发生氧化或碳酸盐化、重碳酸盐化的矿物（除易溶盐类矿物以外）。 这类矿物抗风化能力弱，风化反应进行较快，一般不会以独立碎屑（单晶）形式出现在沉积物中，

6、但有时可以岩屑的形式保存下来。 2.次稳定矿物： 分解方式主要以水解、轻微氧化或轻微碳酸盐、重碳酸盐化的矿物。 次稳定矿物的化学稳定性较不稳定矿物高，相对容易以岩屑或以单晶碎屑的形式保存下来。17 3.稳定矿物： 指在一般风化条件下溶解度极小，极难分解的矿物。 这类矿物由于抗风化能力极强，因此较容易以单矿物碎屑的形式保留下来，特别是随着风化程度的增强，不稳定和次稳定矿物的逐步消失，稳定矿物会逐渐富集起来。 上述矿物稳定性分级是在一般性的风化条件下，实际的风化条件及其复杂，因此矿物的风化作用会因地而异，也是十分复杂的。1819造岩矿物在风化时的稳定性决定于两方面的因素：首先是内因，即造岩矿物对化

7、学风化的稳定程度决定于它的化学成分和内部结构化学成分和内部结构，对物理风化的稳定程度则决定于矿物的物理性质物理性质，如解理、硬度等；其次是外因，即造岩矿物的风化条件，主要是古地理、古气候条件。20 1、石英（、石英（SiO2）：）：在风化作用中稳定性极高，它几乎不发生化学溶解作用，一般只发生机械破碎作用。 2 2、长石：、长石：长石的风化稳定性次于石英长石的风化稳定性次于石英。 在长石类矿物中，钾长石的稳定性较高，多钠的酸性斜长石次之，中性斜长石又次之，多钙的基性斜长石稳定性最低。 因此，在沉积岩中钾长石多于斜长石在沉积岩中钾长石多于斜长石。 21 钾长石的风化过程及其产物如下： 铝土矿是钾长

8、石风化的最终产物，是风化带中很稳定的矿物。但是，只有在十分有利的条件下，钾长石才能完全风化成铝土矿，在一般情况下，钾长石大都转变为水白云母和高岭石。 22 3、云母：、云母：白云母的抗风化能力较强，所以它在沉积岩中相当常见。黑云母的抗风化能力比白云母差的多。 白云母（白云母（KAl2AlSi3O10(OH)2）：）：白云母在风化过程中，主要是析出钾和加入水，。 黑云母（黑云母（K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH,F)2）：）： 黑云母遭风化后，钾、镁等成分首先析出，同时加入水，常经过水黑云母、绿泥石Mg5AlAlSi3O10(OH)8(Fe3O4)、。 在海底风化条件下，黑云母在海底风化

9、条件下，黑云母(K,HO)(Fe,Mg,Al)2(Si,Al)Si3O10(OH)223 4、铁镁硅酸盐矿物、铁镁硅酸盐矿物橄榄石橄榄石(Mg,Fe)2 SiO4；辉石；辉石Ca(Mg,Fe,Al) Si, Al 2O6；角闪石；角闪石Ca2Na (Mg,Fe)4( Al, Fe)( Si, Al)4 O11(OH)2： 它们的抗风化能力比石英、长石、云母都低得多，所以在沉积岩中较少见，其中以橄榄石最易风化，辉石次之，角闪石又次之。 这些矿物在遭受风化时，铁、镁、钙等易溶元素首先析出，硅也部分或全部地析出，。 故这类矿物在沉积岩中含量很少。 245 5、粘土矿物（如高岭石、蒙脱石、水云母等）、

10、粘土矿物（如高岭石、蒙脱石、水云母等）： 粘土矿物本来就是在风化条件下或者沉积环境中生成的，在风化带中相当稳定。 但是，在一定的条件下，它们也还会发生变化，转变为更加稳定的矿物，如等。 256 6、碳酸盐矿物（如方解石、白云石等）：、碳酸盐矿物（如方解石、白云石等）： 风化稳定性甚小，很易溶于水并转移，因此在碎屑沉积岩中很难见到它们。 只有在干旱的气候条件下，在距母岩很近的快速搬运和堆积的沉积物中，才可能看到由它们组成的岩屑。 7、硫酸盐矿物（如石膏、硬石膏）、硫、硫酸盐矿物（如石膏、硬石膏）、硫化物矿物（如黄铁矿）、卤化物矿物（如化物矿物（如黄铁矿）、卤化物矿物（如石盐）等：石盐）等： 它们

11、的风化稳定性最低，最易溶于水，多呈真溶液状流失走。 26各种造岩矿物在风化时的稳定性不同，其风化习性和风化产物也不同。如长石类中的钾长石比斜长石稳定，斜长石中的酸性斜长石又较基性斜长石稳定。因此，在沉积岩中比较常见的碎屑长石是钾长石和酸性斜长石。总的说来，长石类矿物抵抗风化的能力不强，故在沉积岩的碎屑长石中新鲜者少见，多少均受到风化。若为新鲜的碎屑长石，则需干燥的气候和迅速堆积埋藏的条件。否则就可能是新鲜而自形的自生长石或为火山坠落物质。27铁镁矿物的稳定性比长石要低得多。其中以橄榄石最易风化，辉石次之，角闪石再次之。故这类矿物在沉积岩中含量很少，一般多以重矿物形式存在。石英是在地表最稳定的造

12、地表最稳定的造岩矿物岩矿物，在风化过程中几乎只有机械破碎。母岩风化愈彻底，风化产物中石英的相对含量愈高，所形成的沉积物的矿物矿物/ /成分成熟成分成熟度度愈高。白云母稳定性较大，故在沉积岩中比较常见。黑云母不稳定，常经过水黑云母、绿泥石，最终变为细分散的氧化铁、氢氧化铁或高岭石等矿物。2829（三）各种岩石的风化及其产物30岩石是矿物的集合体，因此岩石的风化及其产物主要是由组成它的矿物组成它的矿物的风化情况决定的。31岩石是由造岩矿物组成的，因而各类岩石在风化时的稳定程度决定于它所含的矿物成分。如超基性岩和基性岩，主要成分是易风化的铁镁矿物和基性斜长石，因而易受风化；酸性岩浆岩则相反，因它主要

13、由石英、钾长石和酸性斜长石等稳定性较高的矿物组成，故抵抗风化的能力也较强，不易受风化；中性岩浆岩的风化性质介于前二者之间。在沉积岩中，砂岩的主要成分为碎屑石英，不易受化学分解，而以机械破碎为主；粘土岩一般也较稳定，但易碎解呈细小碎屑被搬运；石灰岩在干寒地区以机械破碎为主，在湿热地区则以溶解为主；硅质岩则很难发生化学风化。32花岗闪长岩风化作用及其产物： （四）母岩风化过程中元素的转移顺序及母岩风化的阶段性33元素的风化分异元素的风化分异由于各种元素在特定的风化条件下迁移（从母岩中析出）能力不同，而造成的不同元素按一定的顺序从母岩中先后分离出来的现象。元素的风化分异的结果表现为某些元素的淋滤分散

14、和另一些元素的富集水迁移系数水迁移系数某元素在河水中的含量与该元素在河流流域岩石中含量的比值。用来比较元素在风化带中的迁移能力。34元素的风化分异的结果表现为某些元素的淋滤分散和另一些元素的富集。35母岩风化作用的阶段性母岩风化作用的阶段性造岩矿物因化学性质和物理性质不同，在风化过程中具有明显的阶段性。一种原生矿物随着风化程度的加深，通过一系列中间阶段，依次形成一些过渡性矿物，然后转化为最终产物。由于造岩矿物风化显示出明显阶段性，因此由造岩矿物组成的母岩，其风化过程的变化也会出现阶段性。前苏联学者波雷诺夫根据元素从风化带中析出的顺序，将结晶岩的风化过程分为四个阶段，不同阶段有其独特的风化产物。

15、 36碎屑阶段：以物理风化为主，风化产物主要为岩屑或矿物碎屑。组成母岩的元素或化合物成分转移甚微。饱和硅铝阶段：岩石中如有氯化物和硫酸盐将全部被溶解，Cl和SO2全部被带出。然后在O2、CO2和H2O的共同作用下，铝硅酸盐和硅酸盐矿物开始分解，游离出K+、Na+、Ca2+、 Mg2+，其中Ca+2和Na+的流失要比K+和Mg2+容易。这些阳离子的存在，使介质呈碱性或中性，并使少量SiO2转入溶液。这个阶段形成的粘土矿物有蒙脱石、水云母、拜来石、绿脱石以及绿泥石等。同时，碱性条件下难溶的碳酸钙开始堆积。37酸性硅铝阶段：碱金属和碱土金属大量被溶滤掉，SiO2进一步游离出来，随着有机质分解形成大量

16、有机酸和CO2，使介质变为酸性，使饱和硅铝阶段形成的矿物(蒙脱石、水云母等)转变在酸性条件下稳定的不含碱和碱土金属的粘土矿物(高岭石、变埃洛石等)。通常将达到这一阶段的风化作用称为粘土型风化作用。38铝铁土阶段：这是风化的最后阶段。在此阶段铝硅酸盐矿物被彻底分解，碱和碱土金属全部游离出来，加上有机酸被地表水淋走或冲淡，使介质又呈碱性或中性，SiO2大量流失。此时全部可移动的元素都已被带走，主要剩下铁和铝的氧化物及部分二氧化硅，在原地形成水铝石、褐铁矿、针铁矿、赤铁矿及蛋白石的堆积。由于它是一种红色疏松的铁质或铝质土壤，所以也称红土。达到此阶段的风化作用通常为红土型风化作用。39 I、机械破碎阶

17、段、机械破碎阶段 、饱和硅铝阶段、饱和硅铝阶段 、酸性硅铝、酸性硅铝阶段阶段 、铝铁土阶段、铝铁土阶段2、风化过程的阶段性、风化过程的阶段性40能否达到铝铁土阶段，取决于当时的气候、地形、地壳运动强度、母岩性质和风化时间长短等因素。其中特别是气候因素，如在干旱沙漠地区，母岩风化可长期停留在碎屑阶段；植被发育的温暧潮湿的亚热带，则可达到并长期停留在酸性硅铝阶段；而在潮湿炎热的热带区，则可达到铝铁土阶段。 （五）母岩风化产物的类型 1.风化产物的类型 1)碎屑残留物质（碎屑物质）：母岩机械破碎的产物，这类物质包括未遭受分解的矿物碎屑和岩石碎屑，如石英砂、云母碎片、锆石砂，花岗岩岩屑等。 2)新生成

18、的矿物（不溶残余物质）：母岩在分解过程中新生成的矿物，如粘土矿物、铝土矿、褐铁矿等，但以粘土矿物为主。 3)溶解物质：母岩在化学风化作用过程中被溶解的那些成分，大都呈真溶液或胶体溶液状态被流水搬运走，转移到远离母岩区的湖泊或海洋中去， 如Cl，S，Ca，Na， K，Si，Fe，Al，P等。41 母岩风化产物是沉积岩最主要的物质来源。这三类风化产物也就构成了最常见的三类沉积岩的基本物质； 碎屑物质是陆源碎屑岩（砾岩、砂岩、粉砂岩）的主要成分; 新生成矿物中的粘土矿物是陆源沉积岩中泥质岩的主要成分； 溶解物质则构成了化学和生物化学岩（内源沉积岩）。可见，风化产物的性质无疑会影响到以后所生成的沉积岩

19、的性质。4243风化产物的性质影响以后所生成的沉积岩的性质风化产物的性质影响以后所生成的沉积岩的性质 从母岩的风化作用开始，从母岩的风化作用开始，沉积岩的形成作用就开始了沉积岩的形成作用就开始了44六、影响风化产物形成的因素（补充内容） 风化产物的性质及各类产物间的数量比取决于母岩的性质、风化作用类型及母岩的风化程度。影响风化产物形成的因素 有些岩石风化后主要形成碎屑物质，如石英岩；有的主要形成溶解物质，如石膏岩、盐岩。物理风化只能形成碎屑物质，化学风化才能形成不溶残积物质和溶解物质。母岩风化程度不同，风化产物也不同，如长石初期风化产物为水云母，进一步风化生成高岭石或蒙脱石，风化程度很深时则出

20、现氧化铝。45 1）母岩性质的影响 岩石是矿物的集合体，因此母岩的风化及其产物主要由组成组成它的矿物的风化情况所决定。46 2）气候背景对风化的影响 气候背景是指一个较长时间段内出现在大气中的物理现象的总和，其中最有影响力的是气温和降水。 气温和降水通过控制风化作用的性质、风化速率和动植物的分布，控制最重要的原始物质的类型和数量。 在炎热多雨的气候中，物理风化和化学风化都很强烈，母岩会很快解体，不稳定组分会很快分解消失，相对稳定的组分也会大量溶蚀，从而形成较多溶解物质和不溶残余物质，碎屑物质也偏细。47 3）构造背景对风化作用的影响 构造背景是指包括母岩区到相关盆地的整个区域所在的构造部位及其

21、活动阶段。 一般情况下，如果某地处于构造持续抬升部位，那么风化剥蚀将会使该地下面的岩石由浅到深依次称为母岩，不同深度的岩石类型取决于该地地壳的岩石构成。 母岩成分和母岩类型基本上是随抬升部位地壳演化史和抬升速率和抬升幅度而变的。4849七、风化壳50 风化壳基本特征：风化壳一般分三层，上层土壤、中层为残积物和半风化的岩石、下层为未风化的基岩。 51 2、 风化壳的厚度：风化壳的厚度： 可以由几米一、二百米，通常为几米或几十米。与气候、地形、构造等因素有关。 一般说来，在气候潮湿、地形平坦、构造活动比较稳定的地区，风化作用较强，剥蚀作用较弱，风化残余物质易于保存，故风化壳厚度较大。在相反的条件下

22、，风化壳厚度就较小，以至为零。 3、古风化壳：、古风化壳： 地壳下降，沉积物沉积在风化壳上，把风化壳埋藏在地层之中，即成为古风化壳 52 4、古风化壳的意义：古风化壳是地壳上升、沉积间断、不整合的重要标志；是古气候、古地理分析的重要依据；是当前划分层序地层界面的主要标志；风化壳中常蕴藏着一些重要的金属和非金属矿床（如高岭石矿、铝土矿、铁矿、镍矿等）；在风化壳中还可以形成油气藏。 二、沉积物的其它来源二、沉积物的其它来源 1. 生物成因的沉积物 生物死亡后的遗体，可以成为沉积岩的组成部分。生物遗体包括两个部分： 一是无机成分为主的生物残骸，即动物的外壳和骨骼，藻类、植物的钙化遗体。 二是有机生物残体，即植物体和动物的软体部分