沉积岩石学(经典中经典)

1、 第二篇 沉积岩 第一章 沉积岩的形成过程及其特征 邵龙义 讲授（1.中国矿业大学（北京）煤炭资源教育部重点实验室及资源与地球科学系， 北京 100083）ShaoL目录第一节 沉积岩的概念第二节 沉积物的形成过程 一、沉积物的来源 二、风化作用第三节 风化产物的搬运和沉积 一、碎屑物质的搬运和沉积二、溶解物质的搬运和沉积三生物作用的搬运和沉积的影响四、沉积分异作用第一节 沉积岩的概念 沉积岩是在地表和地表下不太深的地方形成的地质体。它是在常温常压条件下，由风化作用、生物作用和某些火山作用产生的物质经搬运、沉积和成岩等一系列地质作用而形成的。第二节 沉积物的形成过程 一、沉积物的来源 组成沉积

2、岩的沉积物，有母岩的风化产物、生物物质、火山物质及宇宙物质。母岩的风化产物是指先形成岩石经风化作用所形成的物质，这是组成沉积岩的主要物质。生物物质是由生物生活动及其遗体分解而生成的有机质，这类物质在沉积岩中分布广泛，却含量不多，但在特殊条件下能集中沉积。火山物质系指火山喷发而成的固体碎屑产物，它们在沉积岩中的分布不广，仅在火山活动地区及附近才有大量的堆积； 宇宙物质指的是降落于地球上的天体物质，如陨石等。二、风化作用 地表和接近地表的岩石，在温度变化、水、空气及生物的作用和影响下所发生的破坏作用，称为风化作用。可分成两种主要类型： 1、物理风化作用：是指岩石只发生机械破碎而化学成分未改变的风化

3、作用。物理风化的结果是形成各种碎屑物质。 2、化学风化作用：指岩石在氧、水和溶于水中的各种酸、以及生物的作用下，发生化学分解的风化作用。 3.生物风化作用生物在生命过程中对岩石的破坏作用，既可以是机械的，也可以是化学的。生物的机械风化作用生物的化学风化作用 1）长石类 1) 长石类 在物理风化作用下，长石易沿解理面破碎。在化学风化作用下,受各种酸的作用而分解： 长石 水云母K+、Na+、Ca2+ 高岭石（蒙脱石）+SiO2 蛋白石三水铝石 不同种类的长石中，钾长石比斜长石稳定，酸性斜长石又较基性斜长石稳定。4、造岩矿物和岩石在风化过程中的稳定性 这类矿物的稳定性较低，其中以橄榄石最易风化，辉石

4、次之，再其次是角闪石。在化学风化作用下，尤其是在碳酸的作用下，这类矿物首先分解出Ca2、Mg2、Fe2阳离子，形成重碳酸盐，溶于水中被带走；在氧化作用下,这类矿物中的低价铁氧化成高价铁，形成含水的氧化铁矿物而残积在风化地区、故其风化产物多呈红色、褐色及棕色。2）铁镁矿物 3）石英 为最稳定的造岩矿物，在风化过程中几乎只发生机械破碎，不易发生溶解。 4)云母类 白云母稳定性较黑云母高，故在沉积岩中前者较常见。白云母在化学风化作用下可以分解而转变成为水云母以至高岭石；黑云母风化后形成含水的氧化铁矿物及粘土矿物，其部分阳离子则被淋滤。 为沉积岩的重要造岩矿物。由于此类矿物是在地表条件下形成的，故在一

5、般风化作用下只发生机械破碎，而无化学分解现象。 6）碳酸盐矿物 主要为方解石和白云石。这类矿物在酸性水中极易溶解，而在极干燥的气候条件下，可由物理风化作用破碎成碳酸盐碎屑。 5）粘土矿物 5、岩石的风化及影响因素 1）矿物成分， 2）结构构造， 3）气候条件 岩石破碎 Ca、Na、Mg、K带出 水云母或蒙脱石 高岭石 含水氧化铁+蛋白石+铝土矿。6、风化产物 母岩风化后形成的产物按其性质可分为三类： 1）碎屑物质 这是母岩机械破碎的产物。 2）不溶残余物质 是母岩在分解过程中新生成的矿物。 3）溶解物质 在化学风化过程中，母岩中活泼性较大的金属元素分解出来溶于水中，组成真溶液或胶体。第三节 风

6、化产物的搬运和沉积 母岩的风化产物除少部分残留于原地之外，大部分由水、风、冰等介质搬运到沉积盆地中去。由于风化产物的性质不同，其搬运和沉积的方式也不同。 一种是碎屑物质的搬运和沉积，称为机械搬运和沉积作用； 另一种是溶解物质的搬运和沉积，称为化学搬运和沉积作用。 碎屑物质在水、风、冰、及重力等作用下，以机械方式进行搬运和沉积。 1碎屑物质在流水中的搬运和沉积 1）碎屑物质搬运的影响因素 碎屑物质的比重、粒度、形状、相互引力和摩擦力、流水的流速、流量和性质。当流水动力大于碎屑重力、并克服了摩擦力和引力时，碎屑物质被搬运，反之则沉积。 一、碎屑物质的搬运和沉积 2）碎屑物质的搬运方式 滚动搬运、跳

7、跃搬运和悬浮搬运。 滚动搬运是指碎屑颗枚在流水的作用下沿底面而呈悬浮状态前进。 跳跃搬运系指碎屑颗粒间歇性地离开底面而沿流向跳跃前进。 悬浮搬运指碎屑颗粒在水中保持不沉淀到底面而呈悬浮状态前进。 （1）颗粒从静止时开始搬动（侵蚀）所需要的起动流速要大于继续搬运时的流速，因为起动流速不仅要克服颗粒本身的重力，而且还要克服颗粒间的引力及摩擦力， （2）大于2毫米的颗粒，其起动流速与沉积临界流速相差最小，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，多沿河底呈滚动式前进。3）颗粒大小与水流速度的关系 （3）2一0.05毫米的颗粒所需要的起动流速最小，而且起动流速与沉积临界流速相差也不大。

8、这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。 （4）小于0.05毫米的颗粒、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。 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。4）碎屑颗粒在流水搬运中的变化 2、碎屑物质在水盆地中的搬运和沉

9、积 水盆地包括海洋、泻湖、湖泊等水体，其中以海水盆地较为重要。在海水盆地中，碎屑物质由波浪、潮汐及海流搬运与沉积。波浪对碎肩物质的搬运能力和搬运容量主要取决于波浪的大小，而波浪的大小则决定于风的强度和潮汐作用的影响。波浪搬运碎屑物质主要发生在浅海浪基面以上，碎屑物质或垂直于海岸方向移动，或平行于海岸方向运动，波浪在沉积物表面上造成对称或不对称的波纹。海流对海底的粗碎屑物质影响较小，而常搬运的是上部的悬浮物质和溶解物质，海流的搬运主要发生在浅海大陆架地区。潮汐作用对海岸沉积物的改造和形成、对陆源碎屑和盆内碎屑沉积物则均有很大影响。 碎屑物质在水盆地中的搬运多是往返运动（如波浪、潮汐），碎屑物质受

10、到较好的磨蚀和分选，故海相碎屑沉积物分选、圆度较好）稳定矿物多。3、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、跳跃和悬浮三种、其中以跳跃搬运为主。 风运砂的特点是粒度细、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。 冰川分布于高寒地区，其搬运方式是以碎屑物质浮于冰上或包于冰中呈固体形式搬运，部分碎屑物质则沿谷底被冰拖运。因此，冰川沉积物既无分选又无磨圆，多呈棱

11、角状，碎屑上往往有“丁”字形擦痕和压坑。 载有碎泥物质的冰川入海后，碎屑物质随着冰的逐渐溶解而陆续沉降，形成冰川一海洋沉积，这种冰川一海洋沉积物不受海洋深度的影响。4冰川的搬运和沉积作用 5.浊流的搬运和沉积作用 浊流是一种含有大量碎屑物质的高密度底流。在海盆地的大陆斜坡及海底地形倾斜的地区上，沉积物由于地震、构造运动、暴风浪等引起重力滑塌，即可形成浊流。浊流沿海底峡谷或斜坡向下流动，把大量碎屑物质带到大陆斜坡的底部以至深海平原。随着浊流能量的逐渐消失，碎屑物质陆续沉积下来成为浊积物。二、溶解物质的搬运和沉积 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。在自然界中，

12、化学搬运物质组分的溶解度从小到大依次为： A12O3Fe2O3MnOSiO2P2O5 CaCO3CaSO4NaC1 MgC12。 由于A1、Fe、Mn、Si等的氧化物难溶于水，故一般呈胶体溶液被搬运；而Ca、Na、Mg的化合物的溶解度大，易成真溶液被搬运。1、胶体溶液的搬运和沉积 胶体溶液的搬运和沉积胶体质点很小，胶体质点的大小介于粗分散系（悬浮液）和离子分散系（真溶液）之间，因受重力影响甚微，扩散能力很弱。胶体质点带有电荷，而且普遍具有吸附能力。 当胶体溶液失去平衡时，就会发生凝聚作用，聚集成絮凝状、团块状的块体，在重力作用下就会沉积下来。电解质的加入、正负胶体的混合及胶体溶液的浓缩等均可引

13、起胶体物质的凝聚和沉积。胶体凝聚沉淀而成的沉积物和沉积岩有如下特点： 未脱水硬化的凝胶呈胶状，固结成岩后具贝壳状断口； 胶体沉积物形成的岩石，颗粒细小，吸收性强；常呈钟乳状、结核状、透镜状，有时成层状、龟背状及蜂巢状； 离子交换能力较强及吸收有不定量的水分，故其化学成分常不稳定。2真溶液的搬运和沉积 主要取决于物质的溶解度，溶解度小者先从溶液中析出，而溶解度大者则较后沉淀。 物质的溶解度又与pH值（酸碱度）、Eh值（氧化一还原电位）、温度、压力和CO2的含量等一系列因素有关系。）介质的pH值 介质的pH值对大部分溶解物质的沉淀有显著的影响，但对易溶盐类的影响不大。各种溶解物质沉淀时均要有一定的

14、pH值。 金属氧化2）介质的Eh值 介质的Eh值对某些变价元素（如Fe、Mn等）的化合物影响很大，而对另一些元素（如Al、Si等）的化合物影响则很小。Fe、Mn元素在氧化条件下易成高价氧化物或氢氧化物沉淀，如赤铁矿、软锰矿等；在还原条件下则成低价化合物沉淀，如黄铁矿、菱铁矿、菱锰矿等 3）CO2的含量 水中CO2的含量变化对碳酸盐类矿物的溶解或沉淀影响很大。 CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+ + 2HCO3- 当水中CO2的浓度增大时，反应向右进行，CaCO3 溶解；当水中CO2含量减少时，反应向左进行，而出现CaCO3沉淀。4）温度、压力 温度和压力对物质的溶解度有不同程度的影响。多数化合物的溶解度随温度的升高而增大。温度是蒸发盐类矿物沉淀的重要条件之一。如Ca、Mg的硫酸盐，K、Na的碳酸盐、硝酸盐及氯化物等，都是在具有一定封闭条件的水盆地中，由于气候炎热干燥、蒸发作用强烈才沉淀的。 三生物的搬运和沉积的影响 生物活动对物质的搬运与沉积产生直接或间接的作用。 直接作用是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。 间接作用则是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