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1、沉积岩石学 一 沉积岩的形成与演化 1 沉积岩 在地壳表层条件下 由母岩的风化产物 火山碎屑 有机物质及宇宙物质等 沉积岩的原始物质成分 经搬运作用 沉积作用及沉积后作用形成的一类岩石 2 沉积岩石学 研究沉积岩的物质成分 结构构造 分类和形成以及沉积分布规律的一 门学科 3 沉积岩的分类 主要由母岩风化产物组成的沉积岩 是最主要的类型 可以根据母岩风化产物的类 型 碎屑物质或溶解物质 及其搬运沉积作用的不同 机械和化学的 再划分为二类 碎屑 岩 化学岩和生物化学岩 碎屑岩可根据其主要的结构特征 粒度 划分为砾岩 砂岩 粉 砂岩和粘土岩 化学岩及生物化学岩可根据其主要成分特征 进一步划分为碳酸
2、盐岩 硫酸 盐岩 卤化物岩 硅岩及其它化学岩 主要由火山碎屑物质和深部卤水组成的沉积岩 不能根据其岩性特征进一步细分 主要由生物遗体组成的沉积岩 即生物岩或有机岩 根据其是否可燃再划分为可燃 生物岩和非可燃生物岩 主要由宇宙物质来源的陨石组成的沉积岩 可称为陨石岩 以上分类系统简述 碎屑岩 砾岩 砂岩 粉砂岩 粘土岩 主要由母岩风化物组成的沉积岩化学岩及生物化学岩 碳酸盐岩 硫酸盐 岩 卤化物岩 硅岩 其它化学岩 沉积岩主要由火山碎屑物质组成的沉积岩 火山碎屑岩 主要由生物遗体组成的沉积岩 可燃生物岩 非可燃生物岩 4 风化作用 地壳表层岩石的一系列破坏作用 物理风化作用 岩石主要发生机械破碎
3、 而化学成分不改变的风化作用 主要因素 温度变化 晶体生长 重力作用 生物的生活活动 水 冰及风的破坏作用 总趋势 使母岩崩解 产生碎屑物质 包括岩石碎屑和矿物碎屑等 化学风化作用 在氧 水和溶于水的各种酸的作用下 母岩遭受氧化 水解和溶滤等化 学变化 使其分解而产生新矿物的过程 总趋势 形成粘土物质和化学沉淀物质 其溶液及胶体溶液物质 5 造岩矿物的风化及其产物 石英是岩石中的主要造岩矿物 石英在风化作用中稳定性极高 几乎不发生化学溶解 作用 一般只发生机械破碎作用 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 多钙的基性斜长石最低
4、因此 在沉积岩中钾长石多于斜长 石 钾长石逐步转变为水白云母 高岭石 蛋白石和铝土矿 斜长石常形成一些在风化带中 相对稳定的新矿物 如蒙脱石 蛋白石 方解石等 在云母类中 白云母的抗风化能力较强 白云母在风化过程中 主要是析出钾和加入 水 先变为水云母 最后可变为高岭石 黑云母的抗风化能力比白云母差很多 黑云母遭受风化后 钾 镁等成分首先析出 同时加入水 常转变为蛭石 绿泥石 褐铁矿等 橄榄石 辉石 角闪石等铁镁硅酸矿物的抗风化能力比石英 长石 云母都低很多 其中以橄榄石最易风化 辉石次之 角闪石又次之 各种粘土矿物 蒙脱石 高岭石 水云母等 本来就是在风化条件下或沉积环境中 形成的 在风化带
5、中相当稳定 各种碳酸盐矿物 如方解石 白云母等 风化稳定性甚小 很易溶于水转移 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 它们的风化稳定性最低 最易溶于水 多呈真溶液流走 6 母岩风化的四个阶段 破碎阶段 I 饱和硅铝阶段 II 酸性硅铝阶段 III 铝铁土阶段 IV 沉积物重力流 是密度流 相对密度可1 0 2 0 是由大小不一的碎屑物质与流体 形成的高密度混合体 其要以悬移载荷方式搬运 7 母岩风化产物的类型 碎屑残留物质 新生成的矿物 溶解物质 8 作为碎屑物质搬运和沉积的流体 自然界中存在两种基本类型 牵引流和沉积物重力 流 泥石流 颗粒流 液化沉积
6、物流 浊流 9 牛顿流体 凡服从牛顿摩擦定律的流体称为牛顿流体 否则称为非牛顿流体 10 雷诺数 Re 表示惯性力和粘滞力之间关系的一个数值 11 佛罗德数 Fr 表示惯性力和重力之间关系的一个数值 12 牵引搬运或牵引作用 指能使碎屑物质作底负载运动的各种作用的总称 牵引流搬运方式 悬移载荷 推移载荷 重力流搬运方式 悬移载荷 沉积物重力流是密度流 相对密度可达1 5 2 0 是由大小不一的碎屑物质与 流体形成的高密度混合体 13 流水搬运碎屑物质的方式 即碎屑载荷的形式 主要有两种 推移搬运 滚动搬 运 推移载荷 悬浮搬运 悬移搬运 悬浮载荷 碎屑物质在流水中的搬运和沉积 流速和颗粒大小之
7、间的关系 尤尔斯特隆图解 流水把处于静止状态的碎屑物质开始搬运走所需要的流速称为开始搬运流速 开始 搬运流速应大于继续搬运流速 1 颗粒开始搬运流速要比继续搬运流速大得多 这是因为始动流速不仅要克服颗粒 本身的重力 还要克服颗粒间的吸附力才能流动 2 0 05 2mm 颗粒所需的始动流速最小 而且始动流速与沉积临界流速相差也不大 说明砂粒质点在流水中搬运时很活跃 容易搬运 也易沉积 故常呈跳跃式前进 3 大于 2mm 的颗粒 其搬运与沉积的两条曲线更接近 但两者的流速值也都随着粒 径的增大而增大 故砾石不能被长距离搬运 并多沿河底呈滚动式前进 4 小于0 05mm的颗粒 两个流速相差很大 因为
8、粉砂和粘土物质一经搬运 就长 期悬浮于水体之中不易沉积下来 而且沉积后又不易呈分散质点再搬运 即使水速发生 急剧改变 也只是冲刷成粉砂质或泥质碎块继续搬运 故在海洋和湖泊的波浪带的沉积 物中冲刷的 泥砾 是常见的 碎屑物质在流水搬运过程中的变化 不稳定成分逐渐变少 粒度逐渐变小 圆度逐渐变好 碎屑物质在流水搬运及沉积作用过程中的分异作用 1 粒度的分异 粒度大的难以搬运 而当其处于搬运状态时 当流速稍有减小 就 会下沉 粒度小的易于搬运 而当其处于搬运状态时 比粒度大的难以沉积 搬运的时 间和距离越长 这种分异作用就越明显 即从上游到下游 出现了粒度由大到小 分选 由差到好的顺序分布 出现了砾
9、 砂 粉砂 粘土的分别集中顺序 2 相对密度分异 密度大的难于搬运易于沉积 而密度小的易于搬运难以沉积 故 从上游到下游 相对密度大的碎屑含量逐渐减少 相对密度小的碎屑含量逐渐增多的现象 3 碎屑物质形状分异 粒状碎屑不如片状碎屑搬运的远 4 成分分异 不同成分的碎屑 在粒度 相对密度 形状上都有所不同 粒度 相 对密度 形状上的分异必然会反映在成分上的分异 14 引起海洋中碎屑物质搬运和沉积的主要营力是波浪和潮汐 其次是海流 引起湖 泊中碎屑物质搬运和沉积的主要营力是湖浪和湖流 浪底 浪基面 波浪作用的下限 即波浪能够影响的最大深度 海底碎屑运动的三种状态 1 在远岸的深水地区 既作往返运动
10、 也作向海方向的运动 2 在近岸的浅水地区 既作往返运动 也作向岸方向运动 3 在二者之间 只作往返运动 即 中立带 憩流期 在涨潮转落潮或落潮转涨潮 海平面处于暂时平衡状态时 潮流流速接 近或等于零 称为憩流期 湖浪对碎屑物质的搬运和沉积作用主要表现在滨岸浅水地带 细的悬浮物质可被 搬运到深水区 湖震 风成湖流和低气压引起的湖水表面大规模的波浪状振荡 15 风是碎屑物质在空气中搬运和沉积的主要营力 风的搬运和沉积作用的特点 风的密度比水得多 因此搬运能力也比水小 在同样的速度下 风的搬运能 力约为流水的1 300 风只能搬运较细粒的碎屑物质 如砂以下的颗粒 只有在特大 的风暴时 才能搬运砂和
11、砾石 由于风的搬运能力有限 因此对搬运物质的选择性较强 故风成沉积物的粒 度分选性较好 由于空气的密度较小 所以碎屑物质在搬运过程中 相互的碰撞和磨蚀 以 及它们与地表的碰撞都比较强烈 所以较粗的风成沉积物 如砂和砾石 的圆度都 较好 具强烈摩擦所致的 霜面 跳跃颗粒一般小于0 5mm 尤其细砂 0 1 0 3mm 跳动的最为活跃 蠕动颗粒 一般在 0 5 2 到 3mm 更大的则原地不动 小于0 1 0 02mm的颗粒可悬浮搬运 风成搬运的最大特点是碎屑成了弓形弹道轨迹跳跃前进 风速越大 碎屑弹跳得 就越高 空气中的悬移载荷可作长距离搬运 如沙尘暴 在距来源地很远的陆地或海洋 中沉积下来 推
12、移载荷多半在来源土 如沙漠或海滩 堆积下来 最主要的堆积形式是 沙丘 16 冰碛物的基本特征 冰碛物是一种由砾 砂 粉砂和粘土组成的混杂堆积 结构疏松 粒度差别悬殊 由几 微米到几米 分选性比泥石流 冲积扇沉积物还差 冰碛物中的砾石磨圆度较差 颗粒形态 各呈棱角状和半棱角状 在砾石表面还常留下磨光面 钉头形擦痕 压坑和压裂等冰蚀作用 痕迹 一般缺乏层理构造 砾石排列有时略具定向性 漂砾长轴与冰川流向基本一致 扁平 面倾向上游 17 溶解物质的搬运和沉积作用的控制因素 引起胶体质点搬运和沉积的主要因素是同种电荷胶体质点之间的相互排斥力 假如胶 体质点的电荷在某种因素的影响下中和了 它们之间的排斥
13、力就会消失 则它们就会凝聚为 大的质点 在重力的作用下迅速下沉 成为胶体沉积物 真溶液物质搬运及沉积作用的主要控制因素是溶解度 即溶解度越大 越易溶解 越 难沉积 溶解度越小 越易沉积 难于搬运 18 生物的搬运和沉积作用有两种方式 一种是生物通过新代作用 另一种是由于生物作用 而引起周围介质条件的改变 从而影响某些物质的搬运和沉积 19 化学分异作用 化学沉积分异作用 原来共存于溶液中的各种成分 在其搬运和沉积作 用的过程中 由于物理化学条件的变化就逐渐地发生沉积作用 并逐渐地分离开来 氧化 磷酸盐 硅酸盐 碳酸盐 硫酸盐及卤化物 20 机械沉积分异作用与化学沉积分异作用的关系 这是自然界中
14、两种既有葂而又并存的沉积分异作用 是沉积物 岩 形成和分布的基本 原理 一般说来 机械沉积作用分异作用进行的较早 化学沉积分异作用进行的较晚 机械 沉积分异作用的砂和粉砂阶段 与化学沉积分异作用的铁的氧化物 既开始阶段 相当 机 械沉积分异的最后阶段 即粘土沉积阶段 大致与化学沉积分异作用的碳酸盐阶段相当 当 化学沉积分异作用进行到硫酸盐及卤化物阶段时 机械沉积分异作用已基本结束了 故在蒸 发岩中很少有碎屑混入物 意义 这两种沉积分异作用的结果 就形成了各种类型的碎屑沉积岩和化学沉积岩及相 应的各种沉积矿产 分异作用进行得越彻底 各种沉积矿产在成分上和结构上的成熟就越高 从而越易形成各种沉积矿
15、产 相反 如果分异作用由于各种因素干扰进行得不彻底 就会大 量出现各种类型的混合沉积岩和过渡类型的沉积岩 这对沉积矿产的生成是不利的 二 碎屑岩 1 碎屑岩 由碎屑成分和填隙物成分 包括杂基和胶结物 组成 2 碎屑成分 石英 a 来源于深成岩浆岩的石英 b 来源于变质岩的石英 c 来源于喷 出岩及热液岩石的石英 d 再旋回石英 长石 重矿物 岩屑 盆碎屑 3 成分成熟度 指以碎屑岩中最稳定组分的相对含量来标志其成分的成熟程度 在重矿物中 锆石 电气石 金红石是最稳定的 这三种矿物在透明重矿物中所占 比例称为 ZTR 指数 也是判别成分成熟度的标志 4 填隙物成分 杂基 碎屑岩中细小的机械成因组
16、分 其粒级以泥为主 也可包括一些细粉砂 杂基 的成分最常见的是高岭石 水云母 蒙脱石等粘土矿物 有时可见灰泥和 云泥 各种细粉砂级碎屑 如绢云母 绿泥石 石英 长石及隐晶结构的 岩石碎屑等也属于杂基围 胶结物 碎屑岩中以化学沉淀方式形成于粒间孔隙的自生矿物 胶结方式 硅质胶结 铁质胶结 钙质胶结 5 碎屑岩的结构 构成碎屑岩的矿物及岩石碎屑的大小 形状及空间组合方式 粒度 碎屑颗粒的大小 粒级划分 mm 巨砾 1000 巨砂1 2 砾粗砾1000 100 砂粗砂1 0 5 中砾100 10 中砂0 5 0 25 细砾10 2 细砂0 25 0 1 粉砂粗粉砂0 1 0 05 粘土 泥 0 005 细粉砂0 05 0 005 球度 度量一个颗粒近于球体的程度 圆球体 椭球体 扁球体 长扁球体 圆度 指碎屑颗粒原始棱角被磨平的程度 棱角状 次棱角状 次圆状 圆状 杂基 原杂基 代表原始沉积状态的杂基 原杂基经成岩作用明显重结晶后转变为正杂基 似杂基 a 淀杂基 在成岩作用过程中 从孔隙水中析出的粘土矿物胶结物 b 外杂基 碎屑沉积物堆积后 在成岩后生期充填于其粒间孔隙中的外来杂基物质 c
