第三章沉积岩形成过程与结构构造正式

第四章沉积岩及其主要岩石沉积岩风化作用侵蚀搬运沉积沉积物成岩作用沉积岩——各类岩石的风化产物和一些火山喷发物在外力作用(如搬运、沉积、成岩等)下所形成的岩石。

沉积岩，以前也称“水成岩”，但这一概念不甚准确。沉积岩区别与火成岩和变质岩特点是：沉积岩一般是成层的，且是外力作用成因的。但具有成层的岩石不一定全是沉积岩。沉积岩的分布广泛，它在地壳上约占岩石总面积的四分之三。不过按体积说，沉积岩却只占岩石总体积的二十分之一。可见，沉积岩存在的平均深度并不大，主要是分布在地壳的表层。沉积岩是重塑地球历史和恢复古地理环境的重要依据。沉积岩中蕴藏着丰富的矿产资源，如煤、石油、铁、锰、铝土、磷、石膏、钾盐、石灰石、可燃有机物等。因产生于沉积岩和积物中的矿床基本上是外动力作用下形成的，所以叫外生矿床。洼地、盆地和海洋是沉积岩堆积的良好场所第一节沉积岩的形成过程一先成岩石的破坏(风化作用和剥蚀作用)二搬运作用三沉积作用四成岩作用一先成岩石的破坏作用

——风化作用和剥蚀作用

(一)风化作用岩石在地表或接近地表的地方，在温度变化、水及水溶液的作用、大气及生物作用等的影响下发生的破坏作用。风化作用使地壳表层岩石崩裂、破碎、分解，同时也形成新环境条件下的新稳定矿物。风化作用分三种类型：

1、物理风化作用

2、化学风化作用

3、生物风化作用

1、物理风化作用

物理风化作用是指使岩石发生机械破碎，而没有显著的化学成分变化的作用，又称机械风化作用。导致岩石发生物理风化的方式主要有：(1)温差风化——日夜和季节温度变化引起的岩石表里膨胀和收缩存在差异，产生垂直和平行于岩石表明的裂隙，层层剥落。典型例子：花岗岩的球状化。(2)冰冻风化——填充于岩石裂隙和孔隙中的水分因冰冻使岩石机械破碎，也称冰劈作用。常见温差变化较大地区，如高纬度、高海拔地区。。(3)层裂作用——处于地下深处的岩石初露地表后释放巨大的静压力，体积膨胀，也称卸荷裂隙。温差风化冰冻风化层裂作用青藏高原东部地区花岗岩的物理风化2化学风化作用

化学风化作用指地表或接近地表的岩石因与水溶液、气体(氧气、二氧化碳)等发生化学反应而在原地不仅改变其物理状态，而且也可改变其化学成分，发生化学分解，并可形成新矿物的作用。岩石经过化学风化作用，不仅原来成分要发生改变，而且会产生新的矿物。化学风化作用主要方式包括：氧化作用、水解作用、溶解作用、水化作用、碳酸化作用等。以氧化作用和水解作用表现最为突出。(1)氧化作用

岩石中矿物在氧的作用下，使其中低价元素转变成高价元素，低价化合物转变为高价化合物，这种作用称氧化作用。如Fe2＋氧化成Fe3+。在自然界中，由于空气和水中或地下一定深度都含有大量的游离氧，因此，地壳表层的氧化作用普遍且强烈，易形成氧化带。氧化带的下界，称氧界面，大致与地下潜水面的位置相当。在氧界面之上进行氧化作用，在之下进行还原作用。最容易氧化的是含有低价铁的硅酸盐类矿物、如橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等，其中低价铁变为高价铁，颜色由黑变为红褐，同时矿物也就逐渐分解而破坏了。此外，低价氧化物和各种硫化物也易被氧化。2FeS2(黄铁矿)+7O2+2H2O2FeSO4+2H2SO4(硫酸)4FeSO4+2H2SO4+O22Fe2(SO4)3+2H2O2Fe2(SO4)3+9H2O2Fe2O3·3H2O(褐铁矿)+6H2SO4黄铁矿褐铁矿氧化带氧化作用强烈的“老红砂”氧化作用甚弱的海滩砂(2)水解作用

水解作用指矿物与水相遇，引起矿物分解并形成新矿物的作用。由于水中常有一部分水分子离解成为H+及OH-离子,从而使水具有酸性反应或碱性反应,化学活动性很强。各种强酸弱碱或弱酸强碱的盐类矿物溶于水后也发生离解现象。其中的离解物与水中的H+或OH-离子发生化学反应。矿物中的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子很容易被水中的OH-离子所夺取，这样原有矿物的结构就被分解破坏了，同时形成一些新的矿物。实际上，各类硅酸盐和其它盐类都可在水解作用下发生分解和产生新的矿物。在不同的气候条件特别是降水影响下，其水解作用的产物存在区别。(1)降水量少的地区,水解作用可形成蒙脱石：3NaAlSi3O8(钠长石,albite)+2H2O+Mg2+2Na0.5Al1.5Mg0.5Si4O10(OH)2(蒙脱石,Smectite)+2Na++H4SiO40(2)降水量中等地区,水解作用可形成高岭石：2NaAlSi3O8(钠长石,albite)+2H2CO30+9H2O(l)2Na++2HCO3-+Al2Si2O5(OH)4(高岭石,kaolinite)+4H4SiO40(3)降水量丰富地区，水解作用形成水铝石：NaAlSi3O8(钠长石,albite)+H2CO30+7H2O(l)Na++HCO3-+Al(OH)3(水铝石,gibbsite)+3H4SiO40此外，黑云母的水解作用，先形成高岭石和无定形的氢氧铁化物，之后氢氧铁化物转变成稳定的针铁矿：2K[Mg2Fe][AlSi3]O10(OH)2(黑云母,biotite)+10H++0.5O2+6H2OAl2Si2O5(OH)4(高岭石,kaolinite)+2K++4Mg2++2Fe(OH)30(无定形氢氧化铁,amorphousironoxide)+4H4SiO40

(3)水化作用(Hydration)

水化作用，也称水合作用，指水分子以结构水的形式直接参加到矿物中去，使某些矿物变为新的含水化合物。即相当于矿物将整个水分子吸入矿物内，此时矿物化学结构中多了水分子，造成体积膨胀，对岩石产生很大的压力。如CaSO4(硬石膏)变成CaSO4.2H2O(石膏),体积增大30%，可以使周围的岩石破坏。再如,Fe2O3(暗红色的赤铁矿)变成2Fe2O3·3H2O(黄褐色的褐铁矿)等。(4)碳酸化作用

自然界很少有纯水，水中常含有各种酸类(碳酸、硫酸、硝酸等),可加速对各种岩石的破坏作用，特别是含有碳酸的水对于岩石的破坏作用就更为普遍。一方面它可以增加水的溶解能力，因为水中含有CO2多,碳酸盐就会转变为重碳酸盐,而重碳酸盐的溶解度要比碳酸盐大十几倍到几十倍;另一方面它可以加速岩石的分解作用.这是因为碳酸根可以夺取矿物中的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等阳离子形成各种碳酸盐，破坏原来矿物的结构。以正长石为例：

CaCO3+H2O+CO2

Ca(HCO3)24K(AlSi3O8)()+4H2O+2CO22K2CO3+Al4(Si4O10)(OH)8+8SiO2

正长石碳酸钾高岭石硅胶

MgSiO4(铁镁橄榄石,forsterite)+4H2CO30

2Mg2++4HCO3-+H4SiO40CaAl2Si2O8(钙长石,anorthite)+2H2CO30+H2O(l)Ca2++2HCO3-+Al2Si2O5(OH)4(kaolinite)2NaAlSi3O8(钠长石,albite)+2H2CO30+9H2O(l)2Na++2HCO3-+Al2Si2O5(OH)4(kaolinite)+4H4SiO402K[Mg2Fe]AlSi3O10(OH)2(黑云母,biotite)+10H2CO30+0.5O2+6H2OAl2Si2O5(OH)4(kaolinite)+4H4SiO40+2K++4Mg2++2Fe(OH)3(s)(ironhydroxide)+10HCO3-(5)溶解作用

溶解作用即水与岩石相遇,岩石中的矿物因溶解度不一发生不同程度的溶解作用。一般来说,K+、Na+等的氯化物>Ca2+、Mg2+的氯化物和硫酸盐>Ca2+、Mg2+的碳酸盐>Fe3+、Al3+、Si4+等的氧化物和硅酸盐类。岩石受到溶解作用，溶解的物质随水流失，难溶的物质则残留于原地，同时孔隙度增加,为进行物理化学风化作用提供了有利条件。常见造岩矿物的溶解度大小顺序为：方解石>白云石>橄榄石>辉石>角闪石>斜长石>钾长石>黑云母>白云母>石英。当然,矿物的溶解度与水温、压力、CO2含量和pH值等有关。3生物风化作用

生物风化作用指由于生物的活动而对岩石所产生的破坏作用。地球表层、大气圈和水圈中都有生物存在,在其成才、新陈代谢和死亡过程中，都可引起岩石的破碎和分解,因此生物风化作用是相当普遍的。包括生物的物理风化作用和生物的化学风化作用。生物的物理风化作用——引起岩石的机械破坏，如植物根系可以深入岩石裂缝生长，劈开岩石，树根生长对于岩石的压力可达10-15kg/cm2。穴居地下的蚯蚓、鼠类等，经常挖掘洞穴把地下土壤翻到地面，破坏作用很大。

生物的化学风化作用——引起岩石的化学分解，如定居在岩石表面的细菌、蓝绿藻、苔藓、地衣之类，经常分泌出有机酸，分解岩石，吸取养料。菌类利用空气中的氮制造硝酸等，也可以使岩石发生破坏。此外，植物死亡分解可以形成腐殖酸，这种酸分解岩石的能力也很强，并和矿物中的阳离子结合成腐殖酸盐，以胶体形式随水流失。生物风化作用的意义不仅在于它引起岩石的机械和化学破坏，而且特别在于它形成了一种既有矿物质又有机质共同存在的新物质，这就是土壤。4影响风化作用的因素

化学风化作用的速度也决定于岩石性质和外界条件，特别是气候条件,岩石的性质不同，风化速度也不一样。岩性与化学风化的关系:(1)首先是各种造岩矿物的物理化学性质不同，因而抵抗风化的能力也有差异，例如石英是最稳定矿物，在风化过程中几乎不发生分解，只有机械破碎，所以形成大量石英砂；白云母抵抗风化能力也较大，不易分解；各类长石矿物在地壳中分布最广，占到60％左右，在化学风化作用下，极易分解，其中K、Na、Ca等阳离子极易形成可溶盐类而溶失，而其中Al2O3、SiO2等成分则形成不溶的次生矿物，如高岭石、铝土、燧石、蛋白石、玉髓等残留下来。至于橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等铁镁矿物，也特别容易分解，其中Ca、Mg等常形成可溶盐类后溶失，而其中FeO、Al2O3、SiO2等则常形成褐铁矿、高岭土、铝土、燧石、蛋白石、玉髓等不溶的次生矿物。赤铁矿铝土矿钠长石角闪石辉石主要造岩矿物的抗风化强度根据实验推算的矿物的风化速率钙长石霞石透辉石顽辉石钠长石铁镁橄榄石(1)石英:主要的造岩矿物,在风化作用中稳定性极高,它几乎不发生化学溶解作用,只发生机械破碎作用。

(2)云母:白云母抗风化能力较强。白云母在风化过程中,主要是析出钾和加入水,先变成水白云母,最后变为高岭石。黑云母的抗风化能力比白云母差得多,黑云母遭受风化后,钾、镁等成分首先析出,同时加入水,转变为蛭石、绿泥石、褐铁矿等。

(3)橄榄石、辉石、角闪石等镁硅酸盐矿物抗风化能力低,其在风化产物中保留较少,故在沉积岩中较少见。

(4)各种粘土矿物(如高岭石、蒙脱石、水云母等)在风化带中相当稳定。

(5)各种碳酸盐矿物如方解石、白云石等,风化稳定性甚小,极易溶于水并顺水转移。

(6)各种硫酸盐矿物(如石膏、硬石膏)、硫化物矿物(如黄铁矿)、卤化物矿物(如石盐)等,风化稳定性最低,最易溶于水,呈溶液状态流失走。

(7)重矿物:风化稳定性的差别很大,如锆石、金红石、电气石等较稳定,为沉积岩中常见的稳定重矿物。风化过程中元素的迁移顺序

母岩在化学风化过程中表现为某些元素的淋滤分散和另外一些元素的残积富集两个方面。各种元素在特定的风化条件下迁移能力是不一样的，因而造成各种元素按一定顺序从母岩中分离出来——即元素的风化分异。前苏联学者雷波诺夫（1934）首先根据河水中元素的含量与该河流域的岩石中相应元素的含量相比较的办法，了解各种元素迁移的相对活动性，并得出了元素迁移序列。影响造岩矿物风化稳定性的因素(1)与它们的结晶温度有关——在岩浆岩的主要造岩矿物中，橄榄石结晶温度最高，其风化稳定性最低，最易被风化破坏掉。辉石、角闪石、黑云母的结晶温度依次降低，而它们的风化稳定性却依次增高。基性斜长石、中性斜长石、酸性斜长石、钾长石的结晶温度也依次降低，它们的风化稳定性也依次增高。石英的结晶温度最低，故其搞风化能力最强。(2)与其化学成分的化学活泼性(主要是在水中的溶解能力)有关

(3)与其晶体构造特征及化学键强度有关

其次，三大类岩石的形成条件不同，因而抵抗风化的能力也不同。岩浆岩和变质岩主要是在高压高温条件下形成的，所以在地表常压常温条件下极易产生变化；沉积岩主要是在地表条件下形成的，组成的矿物比较稳定，所以抵抗化学风化能力较强。例如花岗岩、片麻岩的露头多呈疏松分解状态，而砂岩等露头则常常良好。岩石的结构和构造也影响风化速度，如粒状结构岩石比致密岩石在物理风化作用下容易产生裂隙，从而可以提供水的渗透条件和促进化学分解。虽然岩石本身具有不同的抵抗化学风化的性质，但不管什么岩石必须在一定条件下才能迅速进行分解。水和温度是最重要的条件。温度可以影响化学系统的活动性，温度每升高10C，化学反应速度便增加为原来的2—3倍。因此，化学风化作用在炎热而潮湿的气候条件下最为显著，但干旱区则有不同5岩石的风化产物

任何暴露地表的岩石和矿物，都不可避免地要遭受风化作用的破坏，母岩的风化产物可归纳为三大类：(1)碎屑物质——包括受风化作用影响很小或受风化作用而未完全分解的岩石碎屑和矿物碎屑，其构成了沉积岩中碎屑岩类的主要成分。

岩石碎屑如以物理风化作用为主的被破碎的大小不等的岩块。岩石碎屑可反映沉积物的物质来源。

矿物碎屑中最常见的为化学性质稳定、抗风化能力石英和白云母，以及锆石、磁铁矿、钛铁矿、金红石、石榴子石、电气石、独居石等。在干旱气候条件下，也可以见到长石碎屑。石英岩碎屑以石英矿物为主的石英沙砾锆石(zircon)

锆石(Zircon)是硅酸盐类矿物(Zr[SiO4])，晶体呈短柱状或四方柱、四方双锥或复四方双锥的聚形。有金刚光泽，无解理，摩氏硬度7.5-8，比重4.4-4.8。颜色多种(如红、黄、橙、褐、绿或无色透明)，无色透明者常当作为宝石的替代品，旧称“锆石英”或“风信子石”。锆石常以副矿物广泛存在于酸性火成岩中，变质岩和沉积岩中也有。其化学性质很稳定，因此常富集于河流的沙砾中。独居石(Monazite)“独居石”名字源于其经常以单斜晶体存在，属一种含有铈和镧的磷酸盐矿物(稀土矿物)，化学通式(Ce,Y,La,Th)PO4。颜色呈棕红、黄、褐黄，有油脂光泽；板状或柱状的单斜晶系，晶面常有条纹；解理完全，摩斯硬度5-5.5，比重4.9-5.5。因成分中含铀、钍元素，具一定放射性，其会放射钍-232，之后会吸收慢中子变成铀-233(铀-233可作核燃料)；也可合成钚-239，被用在核子反应炉或核武器中。但通常量很低，国外常作宝石收藏。独居石常以副矿物产于火成岩和变质岩(花岗岩及花岗伟晶岩;稀有金属碳酸岩;云英岩、石英岩；云霞正长岩、碱性正长伟晶岩；阿尔卑斯型脉；混合岩）以及各类风化壳和砂矿，特别是冲积型或海滨型砂矿床中。(2)溶解物质——主要是化学风化和生物化学风化的产物。岩石中K、Na、Ca、Mg等阳离子，与水溶液中的CaCO3、Cl、OH、SO4等阴离子结合，形成碳酸盐、氧化物、氢氧化物、硫酸盐等以真溶液或胶体的形式随水迁移流失。这些物质在一定的条件下沉积下来，构成了沉积岩中化学岩的主要成分。据统计，每年由河流搬运入海的CaCO3达55800万吨，河流搬运入海的SiO2约为32000万吨。(3)难溶物质——当其它比较活泼的元素先后被带走之后，岩石中的SiO2、Al2O3、Fe2O3等相对不活泼的成分，除在特定条件下(如强酸或强碱条件下以胶体溶液形式)一部分迁移流失外，大部分在原地或近源相对富集起来，形成赤铁矿、褐铁矿、针铁矿、高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石、水铝石、软锰矿等不溶的次生矿物。这些物质是构成沉积岩中粘土岩及其它岩类的成分。6岩石风化产物的综合体现——残积物

地表岩石经长期风化作用后，由物理风化形成的碎屑物质、由化学风化形成的难溶物质以及由生物风化形成的土壤等这些风化作用的综合产物，在一定条件下残留于原地，形成松散的堆积物，称残积物。残积物的成分取决于母岩的成分，如花岗岩风化后的残积物通常以石英砂粒为主，长石风化的残积物以高岭土或粘土为主，黑云母常风化成褐铁矿等。残积物的厚度取决于地形、气候、母岩等。地形平缓的山麓、山坡以及平坦的山顶常形成较厚的沉积物。

残积物的辨别特征：与母岩直接接触，即下伏母岩，两者呈过渡关系；风化程度自上而下由深变浅；其中的碎屑物多具棱角，分选不好(颗粒大小不均匀)，层理不清。7风化壳

岩石的风化作用过程因时因地而异，但其风化作用的总方向一致，即使岩石彻底分解以适应地表环境下呈稳定的状态。一般包括以下步骤:(1)岩石遭受物理风化而机械破碎;(2)岩石中Cl、S、K、Na、Ca、Mg等易溶元素的溶失;(3)难溶的Si、Al、Fe的富集，并合成高岭土等粘土矿物(称高岭土化作用);(4)粘土矿物的进一步分解，失去SiO2，使Al、Fe更加富集，并分别形成铝土和铁矿，使残积物染成砖红色(称砖红土化作用)。因此,在适当气候和地形条件下，发育良好的风化壳在垂直剖面上表现为清楚的分带性,自下而上风化程度越来越深。

概念：指地表表层在风化作用下，形成一层不连续地覆盖于基岩之上的薄的残积物外壳。风化壳的垂直分层

自上而下，风化壳可分为：①、表层为富含腐殖质的土壤层，下为腐殖质较多的亚壤层。②、砖红土残积层；、粘土层或高岭土残积层；④、碎石角砾残积层；⑤、未经风化的基岩。

残积物与风化壳有时是等同概念，此时的风化壳通常就是多层残积层。但由于风化壳还有其它成因，有时两者是有区别的。残积物和“风化壳”残积物“第四纪沉积物”风化壳的类型1、岩屑型风化壳——主要由具棱角的岩屑组成，自上而下由细变粗并逐渐过渡到母岩。该类主要是寒冷气候条件下的物理风化作用形成的。如以冻融风化为主的高纬、高山冻原带。

因气候和其它条件因地不同，各风化壳的风化作用的方式、强度不一，因而形成了不同的风化壳类型。大致可分为四类：2、硅铝—硫酸盐或碳酸盐型风化壳——该类风化壳厚度较小,多发生于干早、半干旱的荒漠或草原地带,以温差风化为主,化学风化作用较弱,K、Na、Ca、Mg等活动性强的元素以易溶盐类(Cl-、HCO-等)形式淋失,而较难溶的硫酸盐或碳酸盐则富集于风化壳中,使其呈灰黄至至黄色。因此,常可在此见到薄膜状或分散状碳酸钙(方解石)、石膏和卤化物。3、硅铝粘土型风化壳——该类风化壳厚度较大,有时可达数十米,多形成于温暖湿润的气候条件下，以处于中期阶段的化学风化作用为主。岩石中的K、Na、Ca、Mg等活动性较高的元素已全部被析出，Si也大量被析出迁移，水溶液呈酸性，使硅酸盐和铝硅酸盐分解，进而形成高岭石、蒙脱石等粘土矿物，并形成少量次生氧化铁和氧氧化铁矿物，使整个剖面被染成棕红色至棕黄色、褐黄色等。4、铁铝土型风化壳——该类风化壳厚度很大,可达百米,多形成于湿热气候条件下,处于化学风化作用晚期,母岩分解彻底，可迁移元素早已全部被淋失，硅酸盐、铝硅酸盐矿物全部被分解，SiO2含量也大为降低，以Al、Fe的氧化物为主，即以铝土矿、赤铁矿、褐铁矿等呈皮壳状、豆状、透镜状、分散状等多种方式沉淀在风化壳中。其因高价铁染成红色—砖红色。

上述四种类型基本上代表了从寒温带、温带－暖温带、亚热带、热带的气候条件下的风化壳类型。若在同一气候条件下，母岩的性质对风化壳的发育程度、阶段等具有极其重要的影响。

可溶性岩石(石灰岩、白云岩、大理岩、石膏等)由于溶解物大部分被水介质搬运走,只有母岩中原有的粘土、铁、铝等杂质聚集成残积粘土层。花岗岩含有较多的硅铝，含钙少,风化时可较快达到硅铝阶段,其风化壳富含石英、高岭石。

玄武岩含钙多,其富钙阶段比花岗岩长,残积物中含较多碳酸钙白色薄膜。橄榄岩等超基性岩含铁量高，在硅铝化阶段就能生成含褐铁矿、针铁矿和水赤铁矿等。页岩、板岩、千枚岩等缺乏钙质，一开始就进入硅铝阶段,形成粘土残积层。石英岩抗化学风化能力极强．一般只受物理风化而形成石英砂。(二)剥蚀作用

剥蚀作用指岩石遭受风化之后，给流水、地下水、冰川和海洋等对岩石的破坏提供了有利的条件；各种外力在运动状态下对地面岩石及风化产物的破坏作用。从外力的类型看，包括风的吹蚀作用、流水的侵蚀作用、地下水的潜蚀作用、海水的海蚀作用、冰川的冰蚀作用等。从剥蚀作用的性质来看，分为机械剥蚀作用和化学剥蚀作用两种方式。1机械剥蚀作用

机械剥蚀作用主要指风、流水、冰川、海洋等都对岩石或地表物质的机械破坏作用。

(1)风的吹蚀作用和磨蚀作用——吹起地表风化碎屑和松散岩屑，同时也携带岩屑磨蚀岩石。

(2)流水的剥蚀作用和磨蚀作用——大陆面积90％都处于流水剥蚀作用下,同时携带的岩屑磨蚀岩石。流水的动能决定于流水的质量m和它的流速v(=0.5mv2)。

(3)冰川的创蚀作用——大陆10％的地区分布着冰川。厚100m冰川的底部岩石就要承受90000-96000kg/m2的压力。运动的冰川可以破坏冰川谷底和谷壁的岩石。

(4)海水的海蚀作用——全世界还有26万千米的海岸线，海水不断地破坏着海岸。海浪打击岩石可以产生38t/m2的压力。这样巨大的力量一面破坏岩石变成碎屑，一面再以碎屑为工具再加速地破坏着岩石。

水流的磨蚀风力的磨蚀2化学剥蚀作用

化学剥蚀作用指除风和冰川外，流水(地表水和地下水)、海洋、湖泊、海洋等对进行着以溶解等方式为主的化学剥蚀作用，也称溶蚀作用。在分布石灰岩、白云岩的地区，这种作用相当显著，通称为喀斯特作用或岩溶作用。

剥蚀作用和风化作用的关系——剥蚀作用和风化作用都是外力破坏作用。但风化作用是相对静止地对岩石起破坏作用。而剥蚀作用是流动着的物质对地表岩石起破坏作用。岩石风化之后便于进行剥蚀，而岩石风化产物被剥蚀后又便于继续风化。二者相互依赖，相互促进，不断地为沉积岩提供充足的物质来源。二搬运作用阶段

搬运作用指风化作用和剥蚀作用的产物被流水、冰川、海洋、风、重力等转移,离开原来位置的作用。包括机械搬运和化学搬运,碎屑物质和粘土物质以机械搬运为主,而胶体和溶解物质以胶体和真溶液形式进行搬运。机械搬运作用含风、流水、冰川、海洋、重力等。

化学搬运作用指除风、冰川等外,流水、湖、海等还进行着化学搬运作用。包括两种方式:一种是以真溶液形式搬运,搬运物质主要来源于岩石风化和剥蚀产物中的Ca、Na、K、Mg等可溶盐类(其中K易被植物吸收或粘土吸附,搬运距离较小),如CaCO3、CaSO4、NaCl、MgCl等;一种是以胶体溶液形式搬运,搬运物质主要来源于岩石风化和剥蚀产物中的Fe、Mn、Al、Si等所形成的胶体物质和不溶物质。据克拉克计算，每年通过河流化学搬运入海的物质总量为27亿多吨，占全部沉积物质的8％。化学搬运的物质是组成化学岩的基本物质。机械搬运作用

机械搬运作用对碎屑物质起两种明显的作用:(1)分选(异)作用，主要表现在颗粒大小随着搬运距离远近出现有规律的变化,即碎屑砾顺着搬运方向逐渐变小。(2)磨圆作用是指碎屑在搬运过程中互相磨擦失去棱角变圆的作用。碎屑的磨圆度和搬运距离以及碎屑本身的大小、比重、软硬等有关。一般地讲，颗粒大、比重大、硬度大,搬运距离长的,磨圆度较好;反之,则磨圆度较差。搬运介质对于分异作用及磨圆作用有很密切的关系。流水、风、海水等可以产生良好的分异作用和磨圆作用，特别是海水搬运可以反复进行，风向可经常变化，往往比单一方向的流水有更好的分异作用和磨圆作用(如海砂比河砂纯净,磨圆度高);而冰川及重力搬运，则一般没有分异作用和磨圆作用,碎屑大小混杂,多具棱角。1、风的机械搬运作用——主要在干旱及半干旱地区和滨海地区。一般说来，细小的碎屑(<0.05mm)呈悬浮状态搬运,即浮运;而粗大的碎屑(0.05-2mm)则沿地表滚动、滑动或跳跃式前进，也就是底运。所谓飞砂走石，恰当描绘了风的搬运情景。风的分选(异)作用，即依风速、风力大小对碎屑颗粒按大小、形状、比重等进行自然分异，使其堆积的颗粒大致均等。如我国西北的戈壁－沙漠－黄土的排列。风的磨圆作用，即碎屑在搬运途中相互冲撞摩擦，颗粒形态逐渐圆化。2、重力机械搬运——碎屑物质在重力作用下，沿斜坡由高向低移动。这种作用在有山崩、滑坡、泥石流处表现尤为明显。在重力影响下沿斜坡移动的碎屑物质分选不好，多具棱角。

据R.A.拜格诺和Pye等研究，风沙运动依风力、颗粒大小和质量的不同,可分为悬移、跃移和表层蠕移等形式。野外风沙实验和观察证实,以跃移为最主要，且大多数风沙颗粒跃移的高度都<2m,以0~20cm最为集中。风洞实验研究进一步表明，>500μm的沙粒都是以蠕移方式运动；500~70μm的颗粒呈跃移,其中100~150μm的细砂粒级最易以跃移方式运动，100~70μm为变性跃移;70~20μm的颗粒以短期悬浮为主；<20μm的颗粒可以长期悬浮被搬运至较远距离。Tsoar和Pye通过计算得出:中等风暴条件下(u=15m/s),>20μm的粉尘颗粒不大可能被搬运到离源区30km以外，<10μm的颗粒则可能被搬运到数千千米之远。3、流水的机械搬运——其对碎屑物质同样起到分选作用和磨圆作用。也可分为浮运(悬浮)和底运，底运又可分为滚动、滑动及跳动等方式。搬运方式主要决定于颗粒大小、比重大小和碎屑的球度。颗粒小、比重小、球度低的碎屑，多以悬浮状态搬运；而颗粒大、比重大、球度高的碎屑，容易沿水底滚动或滑动前进，有时跳动前进。流水的搬运能力与流速有关(砾石V=cV6或一般沉积物cV4)。因此,水流速度越大,则搬运力越强，搬运的碎屑物质粗大而且量多;流速越小,则搬运力越弱,搬运的碎屑物质少而且细小。粗大、比重大的碎屑物搬运得较近，细小、比重小的碎屑物搬运得较远,流水机械搬运量以浮运量为最大，在平原地区底运物质一般不超过浮运量的10%，在山区可能达到30%~40%。

4、冰川的机械搬运——冰是一种固体物质，其搬运能力及搬运量并不受流动速度及碎屑大小的影响，因此冰川具有很大的搬运能力。冰川搬运的大量碎屑物质,主要来自两方面:一部分是从山坡滚落到冰川上的碎屑;一部分是冰川本身进行剥蚀的产物。它们往往大小混杂地固结于冰川之中，随冰川流动而被载运前进。当冰川融化时，碎屑便堆积下来。因此，碎屑物的特点是未经分选和未受机械磨蚀圆化，这是冰碛物不同于流水、风、湖和海沉积物之点。

5、海洋的机械搬运——海洋具有强大搬运力,其搬运物质大部分是从大陆上河流搬运来的,部分来源于海水对海岸的侵蚀。主要方式有海浪、潮汐、海流和浊流。海浪是风作用于海面引起的。其机械作用力随着海水加深而递减。在海面以下20m地方只相当表面海浪作用的1/5,在50m深的地方则只相当表面的1/50,大约在200m深的地方,已经达到波浪作用的极限。因此,海浪搬运作用的范围仅仅是靠近海岸的浅海地区。

海流一般只能从浅海或半深海底搬运细小淤泥和悬浮物质,但搬运距离很远，可以达到几千千米以上。潮汐具很大搬运力,但只在海岸线一带搬运碎屑物。

浊流是指地震、海底火山爆发、河流洪水、海啸、大风浪等可以搅动海底泥砂，使海底斜坡(如大陆坡)失去平衡，使其上沉积物顺坡下滑,形成一种稳定或阵发性的含大量泥砂和悬浮物质的高密度混浊水流。浊流可以把近岸海底的陆源物质搬运到远距离的深海地区。三沉积作用

沉积作用指母岩风化和剥蚀的产物在外力的搬运途中，由于水流速度或风速、冰川融化以及其它物理条件的改变，使外力的搬运能力减弱，导致被搬运的物质逐渐沉积。按发生地点分为海洋沉积(滨海、近海、半深海和深海)和大陆沉积(河流、湖泊、沼泽、冰川)。沉积作用按其沉积方式分为机械沉积作用、化学沉积作用和生物沉积三种。（一）机械沉积作用

机械沉积作用是在碎屑的重力大于水流、风的搬运力时，便先后沉积下来。由于流水的流速、流量不定，碎屑本身的大小、形状、比重不同，故沉积顺序有先后之分。从碎屑大小上看，最先沉积的是颗粒粗大的碎屑，依次过渡到最小的碎屑；从碎屑比重上看，比重大的颗粒沉积先于比重小的颗粒。这样，在沉积的过程中，使原来粗、细、轻、重混杂在一起的物质，按一定顺序依次沉积下来，这种作用称机械沉积分异作用。这种作用的结果使沉积物按照砾石一砂一粉砂一粘土的顺序，沿搬运的方向，形成有规律的带状分布，因此，沉积物固结后分别形成砾岩、砂岩、粉砂岩和粘土岩。但必须指出，自然界影响分异的因素很多，如流速变化、支流汇入、地形起伏以及风化速度变化等，因而常常造成分异过程错综复杂的现象。冰川的机械沉积作用

第一,冰川沉积没有分异作用,形成的冰碛物颗粒大小混杂,层理不清楚;山地冰川在其形成过程中可以形成“U”形谷。若泥和砾混在一起,称为泥砾。有时冰川能搬运巨大的石块,体积可达到几千立方米,称为冰川漂砾。第二,冰碛碎屑大部分都未经磨圆作用,带有棱角。有时冰碛石上带有钉子头状长条擦痕,称冰川擦痕。第三，当冰川前端融化，或在冰川底部流出水流时，则具有一部分流水沉积的特征，称为冰水沉积。如果冰川前端汇水成湖，在湖中经常沉积着细泥。春夏之际,融水较多,沉积物稍粗,有机质多,颜色略深;秋冬之际,融水较少,沉积物稍细,有机质少,颜色略浅,冬季冰川不再融化,沉积也暂告中断。如此周而复始，便形成薄层的、条带状的、有节奏的沉积物，称为纹泥。根据纹泥可以计算冰川活动的年龄。（二）化学沉积作用1、胶体溶液沉积——胶体颗粒极小(<0.001mm)，一般不受重力作用影响,搬运很远,沉积很慢。同时,胶体质点带有电荷,如Al2O3、Fe2O3、CaCO3、MgCO3等带有正电荷,称正胶体;SiO2、MnO2、粘土、腐殖质等带有负电荷,称负胶体。在一定介质中带有相同电荷的胶体质点由于互相排斥,可以长时间保持悬浮状态。但当胶体溶液中加入一定量不同名的电解质时,即发生中和作用,并在重力影响下引起胶体沉淀。如在海岸地带,携带胶体的大陆淡水与富含电解质的海水混合时，常发生胶体沉淀。许多浅海相的沉积铁矿、锰矿多是这样形成的。在河海口交会处,常形成盐楔。此外，在干燥气侯条件下，胶体溶液因蒸发脱水也可引起沉淀。2真溶液沉积

溶解于水中的物质是多种多样的，由于溶解质的溶解度不同，以及溶液的性质、温度、PH值等因素的影响，真溶液物质沉积也有先后远近的顺序，这种作用叫化学沉积分异作用。一般说来,浅海地区的化学沉积分异规律大致依次为：即氧化物(Fe2O3、MnO2、SiO2)、铁的硅酸盐(海绿石等)、碳酸盐(CaCO3、CaMg[CO3]2)、硫酸盐(CaSO4)和卤化物(NaCl、KCl和MgCl2)。即:(1)处于胶体状态的氧化铁和氧化锰因受含电解质的海水的影响首先沉积下来,并常形成有价值的矿产。但锰的沉积往往比铁离岸远一些,因此常是氧化铁与砂共生,而氧化锰往往与泥质沉积物在一起。

(2)在铁锰氧化物析出后,大量的呈胶体状态的SiO2即沉淀下来,此外还有部分SiO2可游离到远海地方,与氧化铁化合成铁的硅酸盐(海绿石)，因此海绿石是代表浅海环境的典型矿物。(3)继SiO2沉积之后,碳酸盐类开始沉积,依次形成石灰岩、白云岩等。在石灰岩和白云岩中几乎不包含碎屑物质。这说明碳酸盐的沉积是在机械分异作用基本结束之后进行的。

(4)最后是石膏、硬石膏等硫酸盐和卤化物(岩盐、钾盐、镁盐)由于溶解度最大，在海水中停留的时间最久。除非在海水变浅和强烈的蒸发作用下才有沉积的可能，所以是化学分异作用的后期产物。我国一些内陆湖泊也有时具有如海洋的化学沉积分异作用。其中一些盐湖沉积孕育了丰富的外生矿床。其堆积发生阶段可以巴丹吉林沙漠的湖泊为例。机械沉积分异作用和化学沉积分异作用合称沉积分异作用。上述作用只是沉积岩和沉积矿产形成和分布的一般规律。(三)生物沉积作用(biologicaldeposition)1、生物遗体的沉积——生物死亡后，其骨骼、硬壳堆积形成磷质岩、硅质岩和碳酸盐等。

2、生物化学沉积——生物在新陈代谢中引起周围介质物理化学条件的变化,从而促进某些矿物质的沉积。例如,海生藻类进行光合作用，由于吸收海水中的CO2,对石灰岩沉积起很大的作用。事实上，引起自然界化学作用的各种因素如O2、CO2、H2S等的消耗和增长，都与生物化学作用有密切关系，因此化学岩和生物化学岩二者之间并没有真正的界限。四、成岩作用阶段

岩石的风化剥蚀物质经过搬运、沉积形成的沉积物，必须经过一定的物理的、化学的、生物化学的以及其他的变化和改造，如水分排出，孔隙度减少，密度加大，胶结，重结晶，产生新矿物等，才能变成固结的岩石。这种促使疏松的沉积物变成固结岩石的作用称成岩作用。广义的成岩作用还包括沉积过程中及固结成岩后所发生的一切变化和改造。

成岩作用是沉积岩形成的最后阶段。沉积物的成岩作用是很复杂的。主要有以下几个方面：压固作用(黏土沉积物成岩的主要方式)、脱水作用(成岩过程中伴随着)、胶结作用(碎屑沉积物成岩)、重结晶作用(化学岩和生物化学岩成岩)。(一)压固作用(compaction)和脱水作用

(squeezingoutofwater

)

上覆沉积物逐渐增厚，下伏沉积物受到的压力也不断增大,使沉积物孔隙度减少,体积缩小,密度加大,水分排出,使得颗粒之间的联系力增强,进而使沉积物固结变硬。这种压固作用是粘土沉积物成岩的主要方式。例如,新鲜粘土孔隙度约80%,压固成岩后可减少至20％。随着压力的增长,温度也有增加,在温度和压力作用之下,不仅排出沉积物颗粒之间的附着水,而且许多含水胶体和含水矿物也会产生失水作用而变为新矿物。例如,蛋白石SiO2.nH2O变为玉髓SiO2,褐铁矿Fe2O3.nH2O变为赤铁矿Fe2O3，石膏CaSO4.2H2O变为硬石膏CaSO4等。矿物失水也可引起沉积物体积收缩现象。因此,脱水作用一方面使沉积物体积缩小,也使其硬度增大。黄土高原洛川剖面的第四纪黄土－第三纪红粘土(二)胶结作用(cementation)

沉积物中有大量孔隙,在沉积过程中或固结成岩后,孔隙被矿物质所填充,将分散的颗粒粘结在一起,称为胶结作用。最常见的胶结物质有硅质SiO2、钙质CaCO3、铁质Fe2O3、粘土质和火山灰等。这些物质或者与沉积物同时形成，或者是在成岩过程中形成的新矿物，或是由以后地下水带来的。胶结作用是碎屑沉积物成岩的主要方式，如砾和砂胶结后形成砾岩、砂岩或砂砾岩。胶结作用形成的砂砾岩钙质、沙粒和红柳枯枝等胶结而成的钙板(三)重结晶作用(recrystallization)

沉积物受温度和压力影响,使非结晶物质变成结晶物质(胶化作用),使细粒结晶物质变成粗粒结晶物质,这种作用称重结晶作用。一般说,颗粒细、易溶解的沉积物,容易产生重结晶作用。重结晶后,沉积物孔隙减少,密度增大,形成坚硬的岩石。重结晶作用是各类化学岩和生物化学岩(石灰岩、白云岩等)成岩的主要方式，以泥晶灰岩为例。晶粒大小不等的沉积物(泥晶灰岩和亮晶灰岩之间)针状沉积物(如针状泥晶灰岩)的重结晶泥晶灰岩与淀积粘土重结晶成纤维状第二节沉积岩的特征一沉积岩的成分(一)沉积岩的化学成分

沉积岩组成物质主要来源于先成的各种岩石碎屑及溶解物质，归根结底是来源于最原生的岩石——岩浆岩。因此，沉积岩的化学成分和岩浆岩相近似。即都以SiO2、Al2O3等为主。但两者也有不同之处,主要体现在：

1、沉积岩中Fe2O3>FeO,而岩浆岩中FeO>Fe2O3(沉积岩主要是在氧化条件下形成的)。

2、沉积岩中一般Al>Ca+Na+K，而岩浆岩中Al<Ca+Na+K，因为岩石风化后常形成富含A1的矿物（如粘土矿物、铝土等）。3、沉积岩中富含H2O和CO2,岩浆岩中则很少,因为沉积岩是在地表H2O、CO2等作用下形成的。4、沉积岩中常含有较多的有机质成分，而在火成岩中则缺少有机质成分。5、在沉积岩中K>Na，而岩浆岩中Na>K，因为岩石风化所形成的胶体矿物（如粘土矿物）对于K有很强的吸附作用,而Na则多汇入海洋，长期成溶解状态。沉积岩与岩浆岩的平均化学成分含量的对比（二）沉积岩的矿物成分

组成沉积岩的矿物达160种以上，而最常见的不过20余种。每种沉积岩一般由1-3种主要矿物组成，最多不超过5—6种。沉积岩矿物根据成因可分三类：

1、碎屑矿物(继承矿物)——母岩经风化后继承下来抵抗风化能力较强的矿物，包括石英、钾长石、钠长石、白云母等。

2、粘土矿物——母岩化学风化后形成的新生矿物，如高岭石、蒙脱石、水云母、铝土矿等。

3、化学和生物成因的矿物——从溶液或胶体溶液中沉淀出来的或生物作用形成的矿物，如方解石、白云石、铁锰的氧化物或氢氧化物以及石膏、石盐等。沉积岩与岩浆岩的矿物平均含量的对比

沉积岩矿物组成与岩浆岩有显著差别：

1、岩浆岩中最常见的是暗色矿物(橄榄石、角闪石、辉石、黑云母、钙长石等)；由于这些暗色矿物的稳定性差，极易被化学分解，因此它们在沉积岩中很少见到。

2、沉积岩和岩浆岩中皆有出现的矿物(石英、白云母、钾长石、钠长石、磁铁矿、钛铁矿及含钛矿物等)，但其含量在沉积岩中一般都较岩浆岩中明显减少；只有石英、白云母这两种最不容易被风化的矿物有所增多。

3、粘土矿物、铁质沉积矿物、白云石、方解石、石膏、磷酸盐矿物、有机物质等一般在沉积岩里才有的矿物，这些大多来自岩石风化的最终稳定矿物。二沉积岩的颜色

主要决定于构成沉积岩的矿物成分和化学成分以及混入杂质的颜色或沉积后的次生变化。根据成因可分三类：

1、继承色——岩石的颜色主要继承了原来母岩风化后碎屑的颜色，如长石砂岩为肉红色，是继承了正长石的颜色；纯石英砂岩为灰白色，是继承了石英的颜色等。

2、次生色——沉积岩在风化过程中所产生的颜色。次生色特点是颜色不均匀，分布与层理不一致。如绿色页岩在风化过程中铁的氧化程度不一致，可产生一些红色斑点；湖相沉积中的红色斑点。

3、原生色——在沉积作用中从溶液中沉淀出来的各种矿物以及成岩作用中新生矿物所表现的颜色。如红色砂岩、海绿石砂岩。

若沉积岩中混入一些色素微量成分，则会呈现相应颜色。如混入Fe2O3会显红色；含有少量FeO会呈现绿色；含有微量的MnO2、有机碳质等会呈灰或灰黑色。不含色素的铝土、高岭土、石灰岩、白云岩、石膏、岩盐等，一般呈白色和灰白色。此外，研究表明，沉积物中Fe3+与Fe2+的比值对沉积岩颜色有重要影响:Fe3+/Fe2+>3.0，显红色、棕红色、红棕色;1.6-3.0呈紫色、砖红色、棕色；<1.6，呈浅绿灰色、灰色;近于0，显黑色。以网纹红土为例。沉积物的颜色是沉积岩命名的主要依据之一，如黑色页岩、红色砂岩等、描述其颜色常用复合命名法，前面为次要颜色，后面为主要颜色，有时加入深或浅字样，如灰黄色、暗棕色、紫红色等。根据沉积岩的颜色可以提供找矿的线索，如黑色碳质页岩可以提供找煤的线索；也可以大致推断沉积岩的化学、矿物成分及其沉积时的古地理环境。红色、黄褐色多因富含Fe2O3或褐铁矿,反映氧化环境。绿色、灰绿色多因富含FeO，灰色、黑色多因富含碳质、沥清质和分散的硫化铁，反映还原环境；又如海绿石砂岩是绿色，反映浅海环境。长石砂岩江西新余一白色湖相沉积中的红色斑点堆积于湖泊边缘的水下古砂丘砂三沉积岩的结构

沉积岩的结构是指沉积岩组成物质的形状、大小和结晶程度。其主要决定于沉积岩的成因，包括碎屑结构、泥质结构、化学岩结构和生物岩结构。(一)、碎屑结构——碎屑物质被胶结物胶结而成的结构，具有这种结构的岩石叫碎屑岩。碎屑结构由碎屑物质和胶结物质组成。

1、碎屑物质——包括矿物碎屑(长石、石英、白云母)和岩石碎屑。

2、胶结物质——填充于碎屑孔隙之间的物质,最常见的为各种化学沉淀物或胶体物质，如钙质(方解石、白云石)、硅质(玉髓、蛋白石、石英等)、铁质(赤铁矿、褐铁矿等)、石膏、海绿石和有机质等，还包括基质为细碎屑物质(如细砂、粉砂、泥等)。

描述碎屑的术语——粒度、分选性和圆度

碎屑岩结构包括颗粒大小、颗粒形状、胶结形式等。

(1)粒度,即碎屑颗粒大小——也称机械组成，其是碎屑岩的基本结构,不但是碎屑岩的分类根据,而且也是研究其成因的重要标志。根据不同的研究领域(如土壤学、海洋沉积学、黄土学等)有不同的划分标准。比较常用的是根据颗粒大小与水力学性质的内部联系，分为砾状结构(粒径d>2mm,多为以底部滚动为主的岩屑)、砂状结构(d在2~0.05mm,多为以跃移搬运为主的矿物碎屑)、粉砂结构(d在0.05~0.005mm,多为以悬浮搬运为主的矿物碎屑)和泥状结构(d<0.005mm的粘土为主,有布朗运动现象和明显的凝聚现象)。(2)分选性——即颗粒的均匀程度。若碎屑颗粒大小近于相等,或其中某一颗粒碎屑含量大于75%,即分选性好;若碎屑粒级相差悬殊或没有一级颗粒含量达到50%，则是分选性差。碎屑的分选性好可以用来指示其形成条件和环境。如风力的分选性最好,其形成的风成砂或黄土都是颗粒相对均匀的；河流、湖泊、海洋等带来的碎屑的分选性要视具体情况而定。(3)圆度——即碎屑颗粒的棱角

被磨蚀圆化的程度。

棱角状—棱角尖锐——一般为火山碎屑和断层角砾所具有；次棱角状—具有自然棱角或稍被磨蚀，反映搬运距离不远；次圆状—棱角皆被磨蚀，但磨圆度很差，说明已经经过一定的搬运距离和机械加工；圆状—棱角皆被磨蚀，但尚未达到滚圆程度，说明搬运距离或时间很长；极圆状—棱角全被磨蚀，外形圆滑，说明经过长久或反复搬运加工。(4)胶结形式基底胶结—颗粒散布在胶结物之间，互相不接触，呈颗粒为胶结物所包围的状态。反映胶结物与颗粒是同时沉积的。这种胶结方式通常很牢固（A）。接触胶结—只是在颗粒的接触处才有胶结物存在，岩石中有很多孔隙，透水性强。此种胶结方式最不牢固（B）。孔隙胶结—胶结物充填在颗粒的孔隙之间，颗粒互相接触。这种胶结方式的牢固性较第一种稍差（C）。(二)泥质结构

由极细小的碎屑和粘土矿物组成的、比较均一致密的、质地较软的结构。具有这种结构的岩石叫泥质岩或粘土岩。在其沉积过程中,粘土质点围绕核心凝聚而成的同心圈层结构,称鲕状或豆状结构。泥质结构以化学风化过程中形成的碎屑分解后形成的新生的粘土矿物为主,因粘土矿物在沉积过程中常平行定向排列,层层积累,因而往往具有清楚的薄层层理构造,致密不透水,常保存有良好的动植物化石。(三)化学结构和生物结构

化学结构和生物结构是由化学成因(如粒状或鲕状等)和生物遗体所构成的结构,如贝壳结构、珊瑚结构等。具有这种结构的岩石,称化学岩或生物化学岩。四沉积岩的构造和特征

沉积岩的构造指沉积岩在沉积过程中,或在沉积岩形成后的各种作用下,使其各种物质成分形成特有的空间分布和排列方式。其构成了沉积岩的重要宏观特征，也可以据此恢复沉积岩的形成环境。主要包括层理构造、层面构造、结核和生物遗脊构造。(一)层理构造——沉积物由于成分、颜色、结构的不同而形成的层状构造，称层理构造。在一定环境中所形成的沉积物，在其沉积过程中必然经历季节和气候等周期性的变化，这种变化又必然引起搬运介质的变化（如水的