普通地质学ecit04第四章-外力地质作用与沉积岩

普通地质学ecit04第四章-外力地质作用与沉积岩第1页/共67页4.1.1引起外力地质作用的因素一、大气大气圈的地质意义：

①O2—氧化作用，生命的存在；CO2—植物制造有机质、生物成岩，参与化学反应；H2O—风化作用，流动成风，动力。②大气圈是生命的保护圈。③由于大气圈的存在，地表才有了适宜的温度。4.1外力地质作用的一般特征第2页/共67页

二、水

水具有特殊的物理化学性质，水在地球温度变化范围内的三态变化和水是一种良好的溶剂，是水作为一种很重要的地质营力的保证。三、生物植物的根劈作用；生物体通过光合作用——吸收CO2、放出O2；

生物本身就是某种矿产和岩石的组成物质，如：煤、石油和生物碎屑灰岩等。第3页/共67页Halite（岩盐） Na+isattractedtoOH-sideofwatermolecules Cl-isattractedtotheH+sideofwatermoleculesWatercanalsoreactwithanothercompoundtoformanacid.H2O+CO2H2CO3(Carbonicacid)Theacidcanthendecomposeminerals.H2CO3+CaCO3Ca+2+2HCO3-(Bicarbonate) RemovedbyerosionCalcite第4页/共67页HYDROLYSIS（水解作用）H+andOH-ionsinwaterdisplaceotherionsina mineralstructureproducinganewmineral.Feldsparsarereadilychangedbyhydrolysis.2KAlSi3O8+2H++9H2O

Al2Si2O5(OH)4+4H4SiO4+2K+OrthoclaseFeldsparKaoliniteSilicicAcid第5页/共67页ROOTWEDGING（根劈作用）Treesgrowincracksinrocksandtheforcerelatedto expansionwithgrowthbreakstherocks.第6页/共67页LIVINGORGANISMSMixupsoilexposingmorematerialtosurfacefor weatheringreactions.第7页/共67页FROSTWEDGINGWaterexpandswhenfrozen.Expands~9%.Watertrappedincracks freezesandexpands.Activelyfracturestherock.Worksbestwheretemperatures fluctuateaboveandbelow 0C(32F).Whenwatermelts,itseeps deeperintothecrackand thenrefreezes.

第8页/共67页太阳能：使地表温暖，并引起大气的循环、水的运动、生命的活动等，从而引发各种地质作用的发生；重力能：重力支配下形成风、流水、冰川、湖水和海水的运动，物质降落和沉淀，山崩、地滑，生物生长和演化等；日月引力能：形成海水潮汐，从而对海岸改造。4.1.2引起外力地质作用的能源第9页/共67页4.1.3外力地质作用的类型一、风化作用（weathering）

岩石受外部因素作用后发生机械崩解和化学分解，使坚硬的岩石变为松散的碎屑及土壤。第10页/共67页风化作用的类型根据风化作用的方式和特点，风化作用可分为:物理风化作用(PhysicalWeathering)化学风化作用(ChemicalWeathering)生物风化作用(OrganismWeathering)第11页/共67页自然界中各类矿物抗风化能力顺序：

氧化物、氢氧化物＞硅酸盐＞碳酸盐＞硫化物＞卤化物、硫酸盐常见矿物抗风化能力顺序：Quartz石英＞Muscovite白云母＞AlkaliFeldspar钾长石＞Biotite黑云母＞Amphiboles角闪石＞Pyroxenes辉石＞Ca-richplagioclase富钙斜长石

＞Olivine橄榄石第12页/共67页二、剥蚀作用（Denudation）

剥蚀作用指各种运动的介质在其运动过程中，使地表岩石产生破坏并将其产物剥离原地的作用。剥蚀作用按方式有机械、化学和生物剥蚀作用三种。由于其产生的营力特点不同，剥蚀作用又可进一步划分为地面流水、地下水、海洋、湖泊、冰川、风等的剥蚀作用。第13页/共67页WEATHERINGandtheBREAKDOWNofROCKS第14页/共67页三、搬运作用(Transportation)

搬运作用自然界中的风化、剥蚀产物被运动介质从一个地方转移到另一个地方的过程称为搬运作用。主要包括机械搬运（流水、风）和化学搬运（真溶液、胶体），生物搬运作用意义较小。第15页/共67页四、沉积作用(Sedimentation)

被运动介质搬运的物质到达适宜的场所后，由于介质条件变化而发生沉淀、堆积的过程称为沉积作用。由沉积作用形成的松散物质叫沉积物。陆地和海洋是地球表面最大的沉积单元。沉积方式基本可分为3种类型，即机械沉积（流速、风速的降低）、化学沉积（介质物理、化学条件发生变化）和生物沉积（生物遗体）。第16页/共67页沉积物按其性质可分为以下几类：①碎屑沉积物(ClasticalSediment)：机械沉积作用形成的物质。②化学沉积物(ChemicalSediment)：化学沉积形成的沉积物质。③生物沉积物(BiologicalSediment)：生物沉积作用形成。④生物化学沉积物(Bio-ChemicalSediment)：生物化学沉积作用形成的物质。第17页/共67页五、固结(成岩)作用(Consolidation)

由松散的沉积物转变为沉积岩的过程称为固结成岩作用。由沉积物经成岩作用形成的岩石称为沉积岩。固结成岩作用的主要原因：压固作用(Compression)胶结作用(Cementation)重结晶作用(Recrystalliation)新矿物的生长第18页/共67页第19页/共67页4.2沉积岩的特征4·2·1沉积岩中的矿物及组成

沉积岩的矿物及组成有四类：一、矿物和岩石碎屑：岩石风化破碎后的产物。二、胶结物：胶结碎屑的物质。三、自生矿物：在沉积和成岩过程中生成的矿物。四、生物碎屑和化石：沉积物中的动、植物遗体或碎片。第20页/共67页矿物和岩石碎屑（1）石英、钾长石、钠长石、白云母。（2）粘土矿物、方解石、白云石、石膏（岩浆岩中不出现）。（3）赤铁矿、褐铁矿、玉髓、蛋白石、胶结物。（4）橄榄石、辉石、黑云母、角闪石、中性及基性斜长石（沉积岩中少见）。第21页/共67页4.2.2沉积岩的结构定义：是指沉积岩组成物质的颗粒组成、性质、形状、大小、磨园度和胶结方式等。分为：碎屑结构、非碎屑结构。碎屑结构由碎屑物质、基质和胶结构物质三部分组成。基质（杂基）胶结物第22页/共67页碎屑结构按颗粒大小划分：

砾状（gravelly）粒径>2mm

砂状（sandy）粒径2－0.05mm

粗砂结构粒径2－0.5mm

中砂结构粒径0.5－0.25mm

细砂结构粒径0.25－0.05mm

粉砂状（silty）粒径0.05－0.005mm

泥状（mudy）粒径<0.005mm近远第23页/共67页碎屑结构按颗粒棱角磨损程度（磨圆度）划分：棱角状次棱角状次圆状圆状第24页/共67页搬运由远到近碎屑结构按分选性划分：分选好，颗粒大小以同一粒级为主分选中等，由相邻粒级组合而成分选差，颗粒大小跨粒级混杂第25页/共67页化学沉积的晶质结构

非碎屑结构

颗粒由化学沉积作用或生物、生物化学沉积作用形成的结构。大多是晶质或隐晶质，或由生物体搭成骨架。

第26页/共67页生物沉积形成的生物骨架结构

第27页/共67页一、成分颗粒：

岩屑——原先岩石的碎块，见于砾岩、粗砂岩中。

矿屑——石英、长石、白云母等。

生物碎片，火山碎屑。胶结物：钙质、硅质、铁质、泥质。。

4.2.3沉积岩的成分和颜色第28页/共67页二、颜色Color成份：

铁质胶结——红色钙质、硅质胶结——白、灰色含炭质——黑色。胶结物：氧化环境——红色；还原环境——黑色Ironoxidesandsulfidesalongwithburiedorganicmattergiverocksadarkcolor.Indicatesdepositioninareducingenvironment.Depositioninoxidizingenvironmentproducesredcoloredironoxides.第29页/共67页4.2.4沉积岩的构造岩石各组成部分的空间分布与排列形式称为构造。沉积物（岩）的构造又称沉积构造。沉积岩在解释地球历史时显得特别重要，地质学家能根据岩石的原生构造，推断出岩石的历史，包括原岩的组成、搬运的形式和距离以及颗粒成岩时的自然环境，即沉积环境。沉积岩在地球表面沉积，因此能保存并提供原物质聚集地的物理、化学和生物环境情况的线索，进而追溯其历史。沉积构造的类型有：层理构造、层面构造、结核构造、生物扰动构造、变形构造

第30页/共67页一、层理（Bedding）沉积物（岩）中不同的颜色、成分、结构、定向性等性质在垂向上显示的特征称层理构造。层理构造是沉积物（岩）成层性的表现，是沉积物（岩）最基本、最特征的构造类型。层理构造由纹层（细层）、层系、层系组构成。可分为：平行层理(ParallelBedding)、斜层理(SlopeBedding)、交错层理(CrossBedding)、递变层理(GradedBedding)。第31页/共67页斜层理水平（平行）层理交错层理第32页/共67页CrossBedding-Setsofbedsthatareinclinedrelativetooneanother.Thebedsareinclinedinthedirectionthatthewindorwaterwasmovingatthetimeofdeposition.Boundariesbetweensetsofcrossbedsusuallyrepresentanerosionalsurface.Verycommoninbeachdeposits,sanddunes,andriverdepositedsediment.第33页/共67页递变（粒序）层理

在动能特强的水流条件下，粗大的砂砾和细粒的泥，均在水中呈悬浮状态，当水动能突然下降时，碎屑颗粒在重力分选作用下迅速下沉，所形成的碎屑粒径向上逐渐变细的层理称递变层理。第34页/共67页第35页/共67页二、层面构造SurfaceFeatures包括：波痕、泥裂、印痕、雨痕、生物痕迹。

波痕是沉积介质动荡的标志。更重要的是波痕还可用来判断岩层的顶底，出现波痕的一侧为顶。地质学家能通过波痕的形状来判断沉积时流水或风的运动方向。

单向动力条件形成的波痕双向动力条件形成的波痕第36页/共67页RippleMarks

Characteristicofshallowwaterdeposition.Causedbywavesorwinds.第37页/共67页泥裂是由岩层表面垂直向下的多边形裂缝。泥裂的产生表明当时的沉积环境是在干燥与湿润之间变化的。当暴露于空气中时，湿泥蒸干、萎缩形成裂痕。泥裂经常与浅湖和沙漠盆地相联系，即是滨海或滨湖地带的泥质沉积物，暴露水面后失水变干收缩而成。利用泥裂也可以确定岩层的顶底，开口方向为顶，尖灭方向为底。Mudcracks-resultfromthedryingoutofwetsedimentatthesurfaceoftheEarth.Thecracksformduetoshrinkageofthesedimentasitdries.第38页/共67页印痕恐龙足迹第39页/共67页生物痕迹雨痕第40页/共67页三、结核构造后生结核

在固结成岩作用后形成的结核，结核切割层理。同生结核

在沉积过程中形成的结核，层理围绕结核。成岩结核在固结成岩过程中形成的结核，切割层理，但结核顶底层理围绕结核。第41页/共67页四、缝合线岩石剖面中呈踞齿状起伏的曲线。发育于易溶蚀的石灰岩、白云岩及钙质砂岩。规模较大的缝合线是沉积作用短暂仃顿或间断时在沉积物表面发生溶蚀作用形成的溶沟、溶槽及石牙，后被同类沉积物充填覆盖而成。第42页/共67页4.3主要的沉积岩

由机械沉积作用产生的碎屑沉积物所形成的岩石称碎屑岩。分为：砾岩与角砾岩、砂岩、粉砂岩、粘土岩。沉积岩按其成因及组成物的不同分为碎屑岩、化学岩和生物岩三大类4.3.1碎屑岩第43页/共67页

碎屑岩按组成岩石的主要碎屑物的粒径及成分进行分类命名，按粒径大小分四类：

砾岩与角砾岩粒径>2mm的砾石占50％以上

砂岩

粒径2－0.05mm的砂粒占50％以上（肉眼可明显分辨碎屑颗粒）

粉砂岩粒径0.05-0.005mm的粉粒占50％以上（用放大镜才能分辨碎屑颗粒）

粘土岩粒径<0.005mm的粘粒占50％以上（用放大镜也不能分辨颗粒，需用显微镜及电子显微镜观察）

第44页/共67页一、砾岩与角砾岩

以园－次园状砾石为主，称砾岩(conglomerate)。

以棱角－次棱角状砾石为主，称角砾岩（breccia)。

再根据砾石的主要成分作进一步命名：

如砾石主要是石英，称石英质砾（角砾）岩。角砾岩

砾岩第45页/共67页

二、砂岩（sandstone）

砂岩按其粒径大小作进一步分类：

粗砂岩粒径2－0.5mm的砂粒占50％以上。

中砂岩粒径0.5－0.25mm的砂粒占50％以上。

细砂岩粒径0.25－0.05mm的砂粒占50％以上。

再根据碎屑、胶结物及基质成分进行命名：细砂岩中碎屑以石英为主，长石次之，CaCO3胶结，称细粒钙质长石石英砂岩。粗砂岩中碎屑以岩屑为主，其次是长石，泥质胶结，称粗粒泥质长石岩屑砂岩。细砂岩中碎屑以长石为主，石英次之，硅质胶结，称细粒硅质石英长石砂岩。第46页/共67页

三、粉砂岩(siltstone)

粉砂岩为远源细粒沉积，碎屑成分都以石英为主、少量长石和其它成分。进一步的命名，着重考虑胶结物成分及颜色。

CaCO3胶结，称钙质粉砂岩泥质胶结，称泥质粉砂岩

SiO2胶结，称硅质粉砂岩

沉积岩的不同颜色可反映不同的沉积环境：褐红色泥质粉砂岩→灰黄色钙质粉砂岩→

极浅水、强氧化→浅水、弱氧化

→灰绿色钙质粉砂岩→灰黑色硅质粉砂岩

较浅水、弱还原

→较深水、强还原

第47页/共67页

四、粘土岩

主要由粘土矿物组成。固结微弱者，称粘土（clay)；

固结较好，但无层理者，称泥岩(mudstone)；

固结好，且具良好层理者，称页岩（shale)。

粘土岩中除粘土矿物外常混入粉砂、细砂及CaCO3、SiO2、Fe2O3·nH2O、有机质等化学与生物沉积物。粘土岩因混入物的不同而具有不同的颜色，因此，粘土岩以颜色和混入物的成分，作进一步的命名：棕红色泥岩、黄绿色钙质泥岩、黑色硅质页岩

浅水、强氧化→弱氧化→弱还原→深水、强还原

泥岩第48页/共67页4.3.2化学岩

由化学沉积作用，产生的硅质（SiO2）、钙质（CaCO3）、白云质（MgCO3）、铝质（Al2O3·nH2O）、铁质（Fe2O3·nH2O）、锰质（MnO·MnO2·nH2O）、磷质（P205·nH2O）等化学沉积物，形成的岩石，称为化学岩。化学岩按其主要成分分类有：硅质岩、灰岩、白云岩、铝质岩、铁质岩、锰质岩、磷质岩等。第49页/共67页硅质岩的主要组成矿物是微粒石英、玉髓，少量蛋白石。主要鉴定特征是硬度大于小刀。

主要产于较深水－深水强还原环境，大多含有机质，故色呈灰黑色；呈结核状产出时，称硅质结核，又称燧石结核。在浅水氧化－弱还原环境中形成的含氧化铁的硅质岩，有时带红色色调，有时带黄色或绿色色调，称碧玉(Jasper）；当呈同心园状构造时称为玛瑙（Agate)。

在溶洞、裂隙中形成的质轻多孔的硅质岩，称硅华（Siliceoustufa）。

硅质岩与粘土岩的过渡类型为硅质页岩（Siliceousshale）一、硅质岩（Siliceousrock)第50页/共67页Composedlargelyofsilica(SiO2).Mostareinorganic. PrecipitatefromSiO2-richwaters.Canoccurasnodules.Cavitiesinlimestoneordolomitefillwithsilica.第51页/共67页简称灰岩，主要由方解石组成。鉴别特征是硬度小于小刀，遇稀酸剧烈起泡(放出CO2）。

碎屑结构的灰岩中，碎屑成分都是CaCO3，有三种类型的碎屑：(1)海盆先固结的碳酸钙被波浪打碎后形成的碎屑，又称内碎屑；(2)从海水中凝聚形成的浑圆状或团块状CaCO3碎屑；(3)动植物的介壳、骨骼、茎叶被波浪打碎形成的生物碎屑。二、石灰岩（Limestone）第52页/共67页LIMESTONEComposedofCalcite(CaCO3).Originateinwarm,marineenvironments.OrganismsextractCa+2andCO2fromwatertomake skeletons.Upondeath,skeletalmaterialaccumulatesforming

LIMESTONE.Mostlimestonesforminshallowwatersoncontinental shelvesinequatorialregions.Canalsoformindeepwater.第53页/共67页碎屑结构的灰岩按碎屑及胶结物特征命名：内碎屑形状似竹叶，命名为竹叶状灰岩；由球粒或团块构成，分别称球粒或团块灰岩；由鲕粒或豆粒构成，分别称鲕粒或豆粒灰岩；由生物碎屑构成，称生物碎屑灰岩。第54页/共67页SEDIMENTATIONANDSEDIMENTARYROCKSLIMESTONEFossiliferousLimestone第55页/共67页SEDIMENTATIONANDSEDIMENTARYROCKSLIMESTONELithographicLimestoneorMicrite第56页/共67页主要由白云石组成。主要鉴别特征是硬度小于小刀；遇冷酸不起泡，但粉末点酸起泡）放出（C02）。

白云岩与灰岩的化学成分相近，又成因上有联系，因此两者中存在许多过渡类型，按方解石和白云石的相对含量的大小进行命名：灰岩→白云质灰岩→灰质白云岩→白云岩

方解石100％→→→→→→→→→→→→0％

白云石0％←←←←←←←←←←←←←100％三、白云岩第57页/共67页SEDIMENTATIONANDSEDIMENTARYROCKSCHEMICALSEDIMENTARYROCKSDOLOMITEComposedofthemineraldolomite(Ca,Mg(CO3)2).Similartolimestoneinappearance.Notreallyexactlysurehowitisdeposited.第58页/共67页

四、盐岩

石盐，钾石盐、石膏、芒硝、苏打、硼砂等。4.3.3生物岩

碳质可燃有机岩：煤、泥炭沥青质可燃有机岩：石油、天然气、地蜡、沥青等。

第59页/共67页4.4沉积环境不同的沉积岩形成于不同的沉积环境中，因此可以根据沉积岩判断这些岩石形成时的沉积环境。如石灰岩形成于海相沉积环境；而红色砂岩形成于干旱的陆相沉积环境。第60页/共67页

沉积地层往往是在