沉积动力学课件

沉积动力学2012-10沉积动力学2012-10沉积岩的形成沉积动力学的基本概念碎屑物质的搬运和沉积作用溶解物质的搬运与沉积生物的搬运和沉积作用沉积分异作用正常沉积作用和事件沉积作用提纲沉积岩的形成提纲沉积岩的形成原始物质沉积物的搬运沉积后作用阶段形成阶段和沉积作用阶段原始物质沉积物沉积岩搬运沉积后作用沉积沉积岩的形成原始物质沉积物的搬运沉沉积岩的原始物质陆源物质生物源/生源物质深源物质宇宙源物质

↑↑↑↑母岩风化产物生物残骸及有机质火山碎屑+深层卤水陨石★★★★★★★★★★沉积岩原始物质的形成沉积岩原始物质的形成一、母岩风化产物母岩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、变质岩和较老的沉积岩。风化作用是因温度的变化，水以及各种酸的溶蚀作用，生物的作用以及各种地质营力的剥蚀作用等，地壳表层的岩石处于不稳定状态，逐渐遭受破坏，转变为风化产物的过程。

一、母岩风化产物母岩风化作用（按性质）分类物理风化作用化学风化作用生物风化作用机械破碎母岩破碎＋化学变化机械作用＋化学和生物化学作用化学成分不变氧化、水解和溶解直接作用＋间接作用晶体生长、重力氧、水和酸生物、水、冰、风碎屑物质（岩石碎屑＋矿物碎屑）粘土矿物和化学沉淀物质新矿物促进和加速化学风化作用进行一、母岩风化产物风化作用（按性质）分类物理风化作用化学风化作用生物风化作用机二、元素的分化分异在相同的特定风化条件下，各类造岩元素由于从母岩中析出的难易程度不同，而按一定顺序从母岩中分离出来的现象。→某些元素的淋滤分散和另一些元素的残积、富集。二、元素的分化分异在相同的特定风化条件下，各类造岩元素由于从“水迁移系数——kx”衡量元素在风化带中的迁移能力Kx值高，该元素从岩石中淋溶进入水中的量越多，迁移能力愈强（前苏联学者A.M.彼列尔曼（1955）在B.B.波雷诺夫（1934）的元素迁移序列基础上提出。）K=(mx/anx)

·100mx—x元素在河水中的含量（mg/ml）；a—河水中矿物质残渣总量（mg/ml）；nx—x元素在该流域岩石中的平均含量（%）。二、母岩风化产物“水迁移系数——kx”衡量元素在风化带中的迁移能力二、母岩1.最易迁移元素（Kx=n·10～n·102）Cl,Br,I,S等以卤族元素为主；2.易迁移元素（Kx=n～n·10）Ca,Mg,Na,F,Sr,K,Zn3.迁移元素（Kx=n·10-1～n）Cu,Ni,Co,V,Mn,Si（硅酸盐中）,P；4.惰性（微弱迁移）元素（Kx<n·10-1）Fe,Al,Ti,Sc,Y,Tr…5.几乎不迁移元素（Kx≈n·10-10）Si（石英）

二、母岩风化产物1.最易迁移元素（Kx=n·10～n·102）二、母岩风化产1.石英在风化作用过程中稳定性最高，一般只发生机械破碎作用,几乎不发生化学溶解作用。碎屑沉积岩最主要的造岩矿物，在岩石中平均含量达66.8%。在长期的风化作用以及搬运沉积作用过程中，风化稳定性较低的矿物被逐渐破坏而减少了，而风化稳定性高的石英则逐渐相对富集起来。（三）主要造岩矿物的风化1.石英（三）主要造岩矿物的风化2.长石长石风化稳定性仅次于石英,沉积岩中钾长石多于斜长石（三）主要造岩矿物的风化钾长石斜长石中性斜长石稳定多钠的酸性斜长石多钙的基性斜长石蛋白石铝土矿产物2.长石（三）主要造岩矿物的风化钾长石斜长石中性斜长石稳定多3.云母白云母（K）的抗风化能力较强，在沉积岩中较常见。白云母—析出钾，加入水→水白云母→高岭石黑云母（Fe、Mg）的抗风化能力比白云母差得多。黑云母—析出K、Mg，加入水→蛭石＋绿泥石＋褐铁矿（三）主要造岩矿物的风化3.云母（三）主要造岩矿物的风化4.铁镁硅酸盐矿物铁镁硅酸盐矿物抗风化能力比石英、长石、云母差得多橄榄石（岛状）<辉石（链状）<角闪石。在风化产物中很少保留，在沉积岩中少见。遭受风化时，Ca、Mg等首先析出，Si部分或全部析出，大部分元素在风化带中形成褐铁矿、蛋白石等。（三）主要造岩矿物的风化4.铁镁硅酸盐矿物（三）主要造岩矿物的风化5.碳酸盐矿物方解石、白云石等风化稳定性很差，很易溶于水并被迁移。在碎屑岩中很难见到。只有在干旱气候条件下，在距母岩很近的快速搬运和堆积中，才可能看到由它们组成的岩屑。6.粘土矿物很稳定本来就是在风化条件或沉积环境中生成的高岭石>伊利石>蒙脱石→蛋白石、铝土矿（三）主要造岩矿物的风化5.碳酸盐矿物（三）主要造岩矿物的风化7.硫酸盐矿物、硫化物矿物、卤化物矿物石膏、硬石膏、黄铁矿、石盐等风化稳定性最低，最易溶于水中，呈溶液态流失。8.岩浆岩及变质岩中的一些次要矿物或副矿物风化稳定性差别很大石榴石、锆英石、刚玉、电气石、锡石、金红石、磁铁矿、榍石、十字石、蓝晶石、独居石、红柱石等风化稳定性较大

（三）主要造岩矿物的风化7.硫酸盐矿物、硫化物矿物、卤化物矿物（三）主要造岩矿物的风（四）母岩的风化母岩包括岩浆岩、变质岩和沉积岩岩石的风化及产物由矿物的风化情况决定，不同母岩风化阶段基本一致，其风化产物的大类一致（1）碎屑残留物质主要是指母岩的岩屑或矿物碎屑。（2）新生成的矿物主要指在化学风化作用过程中新生成的一些矿物，如水白云母、高岭石、蒙脱石、蛋白石、铝土矿、褐铁矿等。按其成因应为“化学风化物质”；（3）溶解物质主要是指母岩在化学风化过程中被溶解的那些成分，如Cl、S、Ca、Na、Mg、K、Si、Fe、Al、P等。（四）母岩的风化母岩包括岩浆岩、变质岩和沉积岩岩二、沉积物的其它来源（一）生物成因（生物源）的沉积物1.无机成分为主的生物残骸生物的硬体部分——动物的外壳和骨骼、藻类、植物的硅/钙化遗体等，常保存为化石或生物碎片，一般为碳酸盐、磷酸盐和硅质等。2.有机生物残体

植物体和动物的软体部分，主要是C、H、O、N、P等元素组成的碳氢化合物——有机质。一部分转化为石油、天然气、油页岩、煤等，大部分呈分散状态存在于沉积岩中。

二、沉积物的其它来源（一）生物成因（生物源）的沉积物（二）深部来源（深源）的物质火山爆发作用带到地表或水下的火山物质直接堆积成火山碎屑岩，or混入正常的碎屑岩中。沿深断裂流出地表或注入湖泊等水体的地下深层的热卤水、温泉、热气液等盐岩、膏岩、硅岩、铁岩、锰岩等岩石和铅、锌等矿床。（三）宇宙（来）源的物质从宇宙空间落到地球上的陨石及其尘埃→沉积物和沉积岩中，构成沉积岩组成部分，也可为解释某些地质和地史现象提供假想证据二、沉积物的其它来源（二）深部来源（深源）的物质二、沉积物的其它来源沉积岩的形成沉积动力学的基本概念碎屑物质的搬运和沉积作用溶解物质的搬运与沉积生物的搬运和沉积作用沉积分异作用正常沉积作用和事件沉积作用提纲沉积岩的形成提纲（一）牛顿流体和非牛顿流体内摩擦定律在温度不变的条件下，随着流速梯度变化，动力粘滞系数/运动粘滞系数始终保持一常数。牵引流服从内摩擦定律——牛顿流体。重力流不服从内摩擦定律——非牛顿流体。二、沉积动力学的基本概念（一）牛顿流体和非牛顿流体二、沉积动力学的基本概念类别牵引流重力流流体性质牛顿流体非牛顿流体密度低高（>1.08，海水比重）水动力学机制地形、潮流或风重力液固相分明不分搬运介质流水沉积物搬运动力推力、负荷力重力搬运方式滚动、跳跃、悬浮悬浮运动关系水主动，颗粒被动水被动，颗粒主动搬运物质碎屑物质、溶解物质碎屑物质为主沉积作用流速、能量减小能力减小转化或稀释沉积环境地形变化较小山前或斜坡及其下游方向沉积构造各种类型层理粒序/递变层理二、沉积动力学的基本概念类别牵引流重力流流体性质牛顿流体非牛顿流体密度低高（>1.0（二）层流、紊流和雷诺数两种流动型态——层流与紊流/湍流/涡流层流缓慢流动，流体质点平行线状流动，彼此不相掺混。紊流充满旋涡的急湍的流动，流速大小和流动方式随时间变化，流体质点运动轨迹极不规则，彼此掺混。

二、沉积动力学的基本概念（二）层流、紊流和雷诺数二、沉积动力学的基本概念雷诺数（Re,Reynoldsnumbers）层流和紊流的判别标准惯性力与粘滞力之间的关系，描述流体的流动状态Re＝惯性力/粘滞力＝V2d2ρ/Vdμ＝Vdρ/μRe＝1±层流Re＝1～40临界流Re>40紊流二、沉积动力学的基本概念流速流面扬举力剪切力搬运能力分布层流小稳定小小弱下紊流大变化大大强上雷诺数（Re,Reynoldsnumbers）层流和紊二、沉积动力学的基本概念二、沉积动力学的基本概念（三）缓流、急流和佛罗德数（Fr）明渠水流，按流动强度不同可出现急流、缓流和临界流三种流态。判别标志为佛罗德数（Fr，Froudenumber）Fr＝惯性力/重力＝（V2/l）/g＝V2/（lg）——标志惯性力与重力之间的关系描述流体的运动强度明渠水流河流、湖泊、海洋中的牵引流——无压流

二、沉积动力学的基本概念（三）缓流、急流和佛罗德数（Fr）二、沉积动力学的基本概念Fr＜1：缓流，水深流缓——上部流动体制，高流态Fr＝1：临界流，过渡流态Fr＞1：急流，水浅流急——下部流动体制，低流态向下游的流速大于上上游传播的波速。二、沉积动力学的基本概念Fr＜1：缓流，水深流缓——上部流动体制，高流态二、沉积动力沉积岩的形成沉积动力学的基本概念碎屑物质的搬运和沉积作用溶解物质的搬运与沉积生物的搬运和沉积作用沉积分异作用正常沉积作用和事件沉积作用提纲沉积岩的形成提纲风化作用的产物及其它来源的沉积物质除了少量残留原地以外，大部分将进入搬运状态向沉积盆地转移。沉积物在搬运过程中仍会发生机械破碎和化学分解，形成新矿物。介质搬运能力减弱，无力携带所搬运的沉积物时，发生沉积。沉积下来的沉积物可长期固定下来不再移动，也可由于地壳上升，侵蚀基准面下降，流体流速加快，而重新发生侵蚀并被再次被搬运。风化、搬运和沉积是三个连续而又独立的阶，但有时相互交替和重复，尤其是搬运和沉积作用，是一对矛盾。风化作用的产物及其它来源的沉积物质除了少量残留原地以外，大部沉积物发生搬运和沉积的地质营力（搬运介质）流水风（大气）冰川重力生物

沉积动力学ppt课件按沉积物被搬运和沉积的方式不同可以分为：1.机械/物理搬运和沉积作用碎屑+新生成物质+火山碎屑+宇宙源物质2.化学搬运和沉积作用溶解物质、深层卤水生物化学搬运和沉积作用溶解物质＋深层卤水＋生物源物质3.生物搬运和沉积作用生物源物质按沉积物被搬运和沉积的方式不同可以分为：（一）受力分析1.有效重力（w）：颗粒受到的重力和浮力两者之差2.粘结力（Pc）：由颗粒表面的水膜所造成的粘结力3.水平推移力（Px）：水流作用于颗粒顺水流方向的力4.垂直上举力（Py）：垂直向上，产生原因：Py①水体浮力（已计算在有效重力中）；②颗粒上下因流速差而引起的压力差；PcPx③紊流中存在涡流的扬举作用/上举涡力W三、碎屑物质的搬运和沉积作用（一）受力分析三、碎屑物质的搬运和沉积作用（二）流体搬运碎屑物质的方式推移搬运（滚动+跳跃）——床沙载荷(bedload),粗悬浮搬运——悬移载荷（suspendload）,细三、碎屑物质的搬运和沉积作用三、碎屑物质的搬运和沉积作用三个段：砾级难搬易沉山区d>2mm，V开大，V继大，ΔV＝V开—V继，小。粉砂和泥级易搬难沉深水

d<0.01mm，V开大，V继很小，ΔV很大，砂级易搬易沉跳跃分布最广

0.1～2mm，V开最小，V继中等，ΔV不大。搬运和沉积的决定因素粒径和流速三、碎屑物质的搬运和沉积作用搬运和沉积的决定因素粒径和流速三、碎屑物质的搬运和沉积作用（三）搬运中的变化主要是流水的动力不足以克服碎屑的重力时，碎屑物质就会沉积下来。颗粒间的碰撞和摩擦流体对颗粒的分选作用化学分解和机械破碎作用↓碎屑物质在长距离搬运过程中要发生一系列的变化三、碎屑物质的搬运和沉积作用（三）搬运中的变化三、碎屑物质的搬运和沉积作用矿物成分不稳定组分减少，稳定组分增加粒度（颗粒大小）变细，分选变好颗粒形状圆度与球度变好矿物成分流水搬运的碎屑物质最终都要流入海洋、湖泊，那么是否这些物质流入海洋、湖泊中就立即发生沉积呢？海洋、湖泊中除了流水搬运来的碎屑物质外，是否还有其它来源的碎屑物质呢？(四）海、湖水中的搬运(四）海、湖水中的搬运海水中的搬运和沉积作用主要营力波浪潮汐近岸流风暴流浊流等深流……湖水中的搬运和沉积作用湖浪湖流浊流风暴流面积小，受各种水动力的影响更大。海水中的搬运和沉积作用波浪（1）横浪A.远岸较深水地带，碎屑往返运动的同时，向海运动。B.近岸较浅水地带，碎屑往返运动的同时，向岸运动。C.两者之间，海底碎屑只作往返运动。波浪（2）纵浪颗粒沿海岸搬运（3）斜交海岸A.交角<45°，向海运动B.交角=45°，平行海岸C.交角>45°，向岸运动碎屑纵向运动过程中遇地形变化，形成海滩、砂嘴、连岛砂坝等沉积体。（2）纵浪风暴浪——介于牵引流和重力流之间风暴浪底比正常浪底深风暴浪对正常浪底附近沉积物冲刷侵蚀风暴回流携带大量碎屑物质形成密度流或重力流——深海浊流正常浪底和风暴浪底间是风暴沉积物（岩）风暴浪——介于牵引流和重力流之间近岸流——对沉积物有一定搬运和沉积能力A.沿岸流纵浪引起，波峰线与岸线斜交破浪后产生B.离岸流沿岸流流动一段距离，穿过碎浪带形成近岸流——对沉积物有一定搬运和沉积能力（五）在风中的搬运风只搬运碎屑物质搬运能力小，只搬运细颗粒，相同速度，搬运能力只有流水1/300。颗粒分选、磨圆好，常具霜面、棱面。搬运方式：蠕动★★跳跃★★★★悬浮★跳跃<0.5mm；蠕动0.5～2mm；悬移<0.1～0.2mm视风速可互相转化（五）在风中的搬运沉积原因：风速降低、障碍物、超载颗粒降落堆积成沙堆多形成风成砂丘和黄土尘暴的搬运和沉积：<0.05mm的粉砂和粘土沉积在沙漠中，可再次搬运；在沙漠以外沉积，可保存，如我国北方黄土。沉积原因：风速降低、障碍物、超载颗粒降落堆积成沙堆沉积动力学ppt课件沉积动力学ppt课件沉积动力学ppt课件现代冰川覆盖面积约占陆地面积的10%，在地质历史中的一些时期地球上曾有广泛的冰川分布。冰川和浮冰——固体搬运和沉积能力巨大，碎屑为主，数十～数千吨浮于冰上或包于冰中整体搬运，混杂堆积，没有分选和磨圆冰川擦痕，特征“丁”字痕、“V”形刻蚀坑冰川消融，碎屑沉积--冰碛物冰川消融，冰水产生，冰碛物受其改造--冰水沉积物（六）冰川中的搬运沉积现代冰川覆盖面积约占陆地面积的10%，在地质历史沉积岩的形成沉积动力学的基本概念碎屑物质的搬运和沉积作用溶解物质的搬运与沉积生物的搬运和沉积作用沉积分异作用正常沉积作用和事件沉积作用提纲沉积岩的形成提纲搬运物质：溶解物质及部分新生成物质搬运方式：胶体溶液或真溶液Al、Fe、Mn、Si的氧化物难溶于水，常呈胶体溶液搬运；Ca、Na、Mg的盐类则常呈真溶液搬运

搬运物质：溶解物质及部分新生成物质（一）胶体溶液胶体溶液的特点受重力影响极其微弱扩散能力很弱类型有正负之分具有吸附现象（一）胶体溶液（一）胶体溶液胶体溶液稳定的因素——搬运布朗运动可抗衡重力作用，不使胶粒下沉。同种电荷的胶粒之间的排斥力。扩散层和双电子层中反离子和溶剂的亲和作用，形成的溶剂化膜，缓冲和阻碍粒子的碰撞。——溶解物质就可以胶体溶液的形式被搬运走。沉积动力学ppt课件（一）胶体溶液聚集和沉淀的因素正负胶体相遇——“相互聚沉”电解质作用不同名电荷（电解质）与胶粒电荷中和，胶体降低电动电势，失去稳定性而凝聚。海水有大量电解质，河流携的胶体与其相遇，形成凝胶沉淀，三角洲和海岸常见大量粘土及氧化铁胶体沉积物，还能凝集成铁、铝、锰巨大沉积矿床。蒸发作用4.溶液的pH和Eh值

高岭石在酸性介质(pH＝6.6～6.8)中发生凝聚，蒙脱石在碱性介质(pH=7.8)中凝聚。5.温度增加，剧烈振荡，大气放电，毛细管作用等。（一）胶体溶液（一）胶体溶液胶体沉积物的特点凝胶呈胶状、糊状或冻状，固结成岩后常呈贝壳状断口。陈化脱水出现收缩裂隙，易敲击成尖棱角状碎块。常呈钟乳状、肾状、豆状。孔隙度较大，吸收性较强。巨厚层、透镜状、结核状产出。化学成分常不固定。常吸附不定量的水分、有机质及各种金属元素，（一）胶体溶液（二）真溶液真溶液物质：母岩风化产生的Cl、S、Ca、Na、Mg、K等还包括部分Fe、Mn、Al和硅。真溶液物质搬运及沉积作用的根本控制因素是溶解度。溶解度大，易搬难沉；反之，易沉难搬。（二）真溶液除溶解度外，其它影响因素1.介质的酸碱度（pH值）（1）某些溶解物质的溶解度随pH值增大而变化

SiO2pH=5，溶解度109mg/l，pH=6为218mg/l，pH=11为378mg/l。CaCO3pH＝8时溶解度最小。，酸性介质条件下，SiO2沉淀而CaCO3溶解，在碱性介质中则相反。铝在pH＝4～10时以Al(OH)3沉淀，pH＜4或＞10溶解。硼与之类似。（2）随pH值变化，某些溶解物质沉淀形式不同。铁pH＝2～3以Fe(OH)3沉淀，pH=5以Fe(OH)2沉淀。pH=6～7，溶液含CO2，以FeCO3沉淀。Fe2+和Fe3+沉淀时所需Eh值也不同。锰的情况同铁类似。除溶解度外，其它影响因素沉积动力学ppt课件2.介质的氧化—还原电位（Eh值）Eh值对铁、锰等变价元素的溶解和沉淀影响很大。铁、锰氧化条件呈高价赤铁矿、软锰矿沉淀；弱氧化—弱还原形成海绿石、鲕绿泥石；还原条件低价菱铁矿、菱锰矿。强还原则生成黄铁矿、硫锰矿。低价铁、锰矿物溶解度比高价大数十～数千倍，易搬难沉。沉积动力学ppt课件3.温度和压力（1）一般物质的溶解度随温度升高而增大。钙、镁的硫酸盐、钾、钠的碳酸盐、硫酸盐、氯化物（2）压力对溶液中CO2含量影响很大。4.溶液中CO2的含量碳酸盐的沉淀和溶解度有很大的影响。CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2。Pco2升高，即CO2浓度增高，平衡向右移动，CaCO3溶解，反之，向左移动CaCO3沉淀。水中CO2含量与温度、压力有关。3.温度和压力沉积岩的形成沉积动力学的基本概念碎屑物质的搬运和沉积作用溶解物质的搬运与沉积生物的搬运和沉积作用沉积分异作用正常沉积作用和事件沉积作用提纲沉积岩的形成提纲生物作为一种搬运营力意义较小，沉积作用意义重大。一、直接作用-生物遗体直接堆积成岩或沉积矿床有机质部分埋藏下来经生物化学演化，可形成石油、天然气、煤以及油页岩等。无机的生物外壳和骨骼经富集堆积后可形成岩石或矿床，生物作为一种搬运营力意义较小，沉积作用意义重大。叠层石剖面（距今5亿年）山东新汶叠层石剖面（距今5亿年）山东新汶巴楚地区达乌孜塔格-唐王城中上奥陶地层礁滩体礁基礁盖礁核一间房组第三期礁为托盘-海绵障积礁有柄棘皮动物腕足类头足类双壳类腹足类三叶虫介形类造礁生物--托盘类附着生物种类巴楚地区达乌孜塔格-唐王城中上奥陶地层礁滩体礁基礁盖礁核一间二、间接作用1.生物化学沉积作用是指生物的生命活动过程或生物遗体分解过程引起介质物理化学环境变化，使某些溶解物质沉淀，或由于有机质吸附作用使某些元素沉积。煤及黑色页岩中往往富集各种金属元素就是与有机质的吸附作用使得溶液中低浓度元素得以沉淀有关。2.生物物理沉积作用指生物在生命活动中通过捕获、粘结或障积等作用使沉积物沉淀。

二、间接作用沉积岩的形成沉积动力学的基本概念碎屑物质的搬运和沉积作用溶解物质的搬运与沉积生物的搬运和沉积作用沉积分异作用正常沉积作用和事件沉积作用提纲沉积岩的形成提纲母岩风化产物以及其他来源的沉积物在搬运和沉积过程中会按颗粒大小、形状、比重、矿物成分和化学成分在地表依次沉积下来机械分异作用：主要受物理原理支配，见于碎屑岩中；化学分异作用：主要受化学原理