沉积岩沉积作用课件

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1、第一节沉积岩的形成作用,copyrighttyut,1,一 风化作用,是指地表或近地表的岩石，在外地质营力（大气、温度、水、生物、冰川等）作用下发生破坏（物理、化学、生物）的过程。 沉积物的来源 1.陆源物质 母岩风化产物，如砂砾碎屑、化学溶解物、不溶残余物。是形成沉积物的主要来源。物质供给区域称为“物源区”或“陆源区”。 2.生物源物质 生物遗体（贝壳、骨骼）、有机质。 3.深源物质 火山喷发带来的气、液、碎屑，以及来自深大断裂带的富多金属元素的热卤水等。 4.宇宙源物质-陨石,第四章 总论,copyrighttyut,2,（一）物理风化作用,由于大气、温度、流水、冰川等作用下（根劈、冰劈、

2、重力效应、盐晶生长），使母岩发生机械破坏，形成不同大小的碎屑（岩屑、矿屑），并不改变化学成分。 主要出现在特殊地区，例如寒冷的高原地区、两极地带等，与化学风化作用相比较次要。 （二）化学风化作用 在大气、水、有机酸的作用下，使岩石破坏、矿物分解，发生化学变化，形成新物质的过程。 主要发育在潮湿、温暖环境中，作用广泛而强烈，是自然界主要风化作用之一。 常见方式：1.氧化作用2.水化（合）作用3.水解作用（离子交换反应） 5.溶解作用 4.碳酸化作用,物理风化滚石坡（一号冰川，4044m）,第四章 总论,copyrighttyut,3,（三）生物风化作用 1.生物物理风化作用 例如：根劈作用、动物

3、潜穴活动等。 2.生物化学风化作用 生物的生命活动（新陈代谢、光合作用、生物化学分解作用）以及生物死亡后，以粘液、粪便、气体、有机体腐化等形式，产生大量的有机酸、CO2、H2S等成份，直接腐蚀岩石。 人类工程活动对岩石的破坏，如资源滥采、爆破、污水排放等。 物理风化作用使母岩形成裂隙、碎块， 化学风化作用使母岩强度、硬度降低，生物风化作用有利于化学风化作用和物理风化作用的加速进行。三种风化作用相互联系、互相促进、互相影响。 自然界，化学风化作用和生物化学风化作用最具有地质意义。,苏州天平山花岗岩根劈,第四章 总论,copyrighttyut,4,（四）岩石风化带发育的阶段性,根据元素在风化带迁

4、移的分移性，将结晶岩石完整风化过程分为四个阶段 1.碎屑阶段 以物理风化为主，形成岩石和矿物碎屑。如干旱沙漠地区。 2.饱和硅铝阶段 化学风化初期阶段。形成碱性条件下稳定的蒙脱石、水云母、拜来石、绿脱石、绿泥石等。 3.酸性硅铝阶段 化学风化中期阶段。转变成酸性条件下稳定的高岭石、变埃落石等。例如植被发育的温暖潮湿地区。 该作用通常又被称为“粘土型风化作用” 4.铝铁土阶段 风化作用的最后阶段。铝硅酸盐矿物彻底分解，形成水铝石、水铝矿、褐铁矿、针铁矿、赤铁矿、蛋白石、玉髓等混杂一起的土状堆积物红土。例如潮湿炎热地区。该作用通常又被称为“红土型风化作用”,第四章 总论,copyrighttyut

5、,5,（五）主要造岩矿物在风化带中的稳定性,矿物的稳定性主要取决于它的化学成分、物理性质、晶体构造和气候条件等因素。 1.长石 主要在碳酸的作用下分解，析出Ca2+、Na+、K+ ，水化为水云母，在碱性介质中进一步分解为蒙托石，在酸性介质中分解为高岭石，在湿热气候条件下，进一步分解为水铝石、水铝矿、蛋白石、玉髓。 长石抗风化能力较低，其中，钾长石比斜长石稳定，酸性斜长石比基性斜长石稳定。所以，沉积岩中常见钾长石和酸性斜长石。是干燥气候、造山带或火山喷发环境的指示矿物。 2.铁镁矿物 在酸的作用下，析出Ca2+、Mg2+、Fe2+，在强氧化和碱性介质中进一步水解为蒙托石，在弱还原条件下变为绿泥石

6、，蒙托石在酸性介质中可再次分解为高岭石，在湿热气候条件下，进一步分解为褐铁矿、蛋白石、玉髓的红土堆积。所以，铁镁矿物在沉积岩中含量少，常以重矿物出现。 风化稳定性： 橄榄石 辉石 角闪石 黑云母,第四章 总论,6,3.云母类 白云母稳定性高于黑云母，沉积岩中常见。 白云母 水云母 蒙托石 高岭石 黑云母 蛭石或绿泥石 蒙托石 高岭石 4. SiO2矿物 包括石英、玉髓、蛋白石、方英石、鳞石英等。在碱性条件下发生水解而迁移析出。,第四章 总论,copyrighttyut,7,（六）岩石在风化带中的稳定性,（1）超基性岩、基性岩、和偏基性的深度变质岩-铁镁矿物和基性斜长石 酸性岩和浅变质岩石英、钾

7、长石、酸性斜长石和白云母 （2）砂岩不易化学风化，机械破碎为主长石砂岩弱于石英砂岩。 （3）粘土岩相对稳定，但易碎解 石灰岩化学溶解为主，硅质岩较难风化 （七）风化产物类型 1. 碎屑陆源碎屑岩（外源沉积岩） 2. 粘土（化学风化残余物）泥质岩（外源沉积岩） 3. 化学溶解物化学或生物化学岩（内源沉积岩）,第四章 总论,copyrighttyut,8,二、沉积物的搬运和沉积作用,风化产物及其他沉积物除部分残留原地外，大部分将被搬运到沉积盆地沉积下来。 搬运介质 水（河、湖、海、地下水等）、 空气（风）、生物 、冰川 搬运与沉积方式 1. 机械搬运与沉积作用 对象：碎屑、粘土以及内源颗粒（鲕粒、

8、生物碎屑等） 。 方式：滑动式、滚动式、跳跃式和悬浮式。 机理：受流体力学定理支配。 2. 化学搬运与沉积作用 对象：化学溶解物（真溶液、胶体）。 方式：真溶液、胶体或络合物形式。 机理：受化学、物理化学定理支配。 3. 生物搬运与沉积作用（后者大于前者） 对象：岩石、水、大气中的元素。 方式：光合作用、新陈代谢等形式。 机理：受生物物理、生物化学、生物生理定理支配。,第四章 总论,copyrighttyut,9,（一）机械搬运与沉积作用,（1） 牵引流 介质里含有少量沉积物质，在介质的推动下运动，沉积物处于被动状态，大多情况下沉积物由高处向低处运移，有时也可以由低处向高处运移。例如风流、河流

9、、湖流、海流、波浪流、潮汐流、等深流等。 （2） 沉积物重力流 介质里含有大量沉积物质，呈悬浮态高密度混合一起，在重力下运动，沉积物处于主动状态，沉积物都是沿斜坡由高处向低处运移。例如泥石流、浊流等。 搬运力重力。,第四章 总论,copyrighttyut,10,1.碎屑搬运、沉积与流体流速的关系 碎屑在牵引流中的搬运与沉积，与颗粒大小有关，而颗粒大小又与流体流速相关。其相互关系见尤尔斯特隆图。,经森德伯格修改的尤尔斯特龙图解（ASundborg，1956）,第四章 总论,11,水力学意义 1）沉积物的侵蚀（始动）速度大于搬运速度。 2）2mm的砾石，要求始动速度和沉积速度都很高，差值不大，说

10、明砾石难以侵蚀，极易沉积，不易长距离搬运。多沿河床底部滚动式推移前进。 3）0.052mm的砂粒，要求始动速度最小，与沉积速度相差不大，易搬运、易沉积，极为活跃。多呈跳跃式搬运。 4）0.05mm的泥粒，要求始动速度很高，但沉积速度很低，一旦侵蚀起 来后，长期悬浮，很难沉积，在平静的沉积盆地里沉积下来。 5）在一定流速下，所搬运的颗粒是一个群体，而不是某粒级，既有悬 浮体，也有跳跃体，甚至滚动体。 6）随流速降低，碎屑颗粒从粗到细依次沉积沉积分异。但是，流 速频繁变换，则形成混杂堆积。 注：随流速增大，颗粒的运动方式可以变化,第四章 总论,copyrighttyut,12,2.风的机械搬运与沉

11、积作用,是仅次于水的搬运与沉积介质。可以将内陆砂尘搬运到海洋，也可以将海滩砂搬运到内陆。 仅能搬运碎屑。 密度和粘滞性小于水。 在相同流速里，风搬运的粒度约为水体的1/30，大大小于水体。一般仅搬运砂级以下颗粒，故往往砾石滞留于原地，粗砂靠近物源地。 搬运方式以跳跃为主，呈弓形轨迹，角度一致（1016）。 空气密度小，风速变化快，搬运的砂粒粒径范围窄，一旦减速便沉积，故颗粒大小较均匀分选好。 颗粒活跃，碰撞较多，表面较圆，具“沙漠漆”。 作用的空间范围大，从低处到高处。 形成大型交错层理，层系厚度达几十厘米几米。 当砂粒足量供给，迎风坡和背风坡均有沉积；供给不足，迎风坡遭侵蚀，背风坡沉积，导致

12、沙丘向前移动。,砂丘迁移示意图,第四章 总论,13,3.重力流/浊流搬运与沉积作用,是指介质里含有大量沉积物质，呈悬浮态（自悬浮）高密度与介质混合一起，在重力下沉积物沿斜坡由高处向低处运移，沉积物处于主动状态。例如泥石流、浊流等。 根据颗粒的支撑机理和堆积的沉积物类型，将沉积物重力流分成泥石流、颗粒流、液化沉积物流和浊流。 （1）泥石流（碎屑流） 水介质中含有大量的粘土和砂（水含量仅4060%），高度混合，形成具有一定密度和支撑强度（屈服强度）的载体（砂泥浆），将砾石、岩块悬浮搬运。如含砾泥岩。 （2）颗粒流 介质中主要含有砂粒，少量粘土和砾石，由于颗粒之间相互碰撞产生的支撑应力，使颗粒悬浮于

13、流体中。 例如：西部地区的岩块崩塌流、雪崩流（底部气垫、前部气浪）；火山碎屑流（底部气垫、前部气浪） ；风成砂丘突然崩塌，沿坡体形成的砂流；,（,第四章 总论,copyrighttyut,14,（3）液化沉积物流 当碎屑缓慢堆积时，其重量由下覄沉积物所支撑，孔隙压力等于静水压力。 当大量碎屑快速堆积，下覄沉积物难以支撑上覆急剧增加的重量，部分碎屑重量传递给孔隙流体，孔隙压力大于静水压力，形成超孔隙压力，使颗粒悬浮、“沸腾”、液化，形成高密度流体。 砾石孔隙大，粉砂、粘土凝聚性较好，不易形成超孔 隙压力。液化沉积物流常发育于中细碎屑岩中。 （4）浊流 沉积物靠紊流或由紊流的向上分力（上举力）支撑

14、悬浮，在重力作用下搬运，与介质组成高密度流体。如砾、砂、泥的沉积组合体。 引发原因：地震、海啸、暴风浪、构造运动等震动、或失重。,第四章 总论,copyrighttyut,15,（二）化学搬运、沉积作用与沉积物,1.胶体搬运与沉积作用 100% 胶体溶液 真溶液 0% Al Fe Mn SiO2 P2O5 CaCO3 CaSO4 NaCl MgCl2,溶解度,第四章 总论,copyrighttyut,16,溶解度低的Fe、Mn、Al、Si等组分，常呈胶体形式搬运与沉积。 （1）胶体特征 粒度小1100um 、表面积大带电荷、具有很强的选择性吸收。通常正胶体吸附各种酸根以及络阴离子团，负胶体常吸

15、附各种金属离子。 （2）胶体沉积物特征 1）未脱水时呈凝胶状、冻状，成岩后具贝壳状断口。 2）粒度小、表面积大、具有很强的选择性吸收。呈放射状、扇状、鲕状、肾状、以及结核状等结构，重结晶后具微晶结构。 3）脱水后具龟裂纹，裂隙发育，敲击后碎屑易显棱角。 4）产状常为结核状、透镜状、层状产出。 5）吸附能力与离子交换能力强，导致其颜色、化学成分不定。,第四章 总论,copyrighttyut,17,2.真溶液搬运与沉积作用 溶解度高的K、Na、Ca、Mg等组分，常呈离子形式溶于水中，呈真溶液搬运与沉积。其溶解或沉淀晶出取决于该物质的溶解度（溶度积），只有当离子浓度大于或等于其溶解度时，才能晶出。 影响溶解度的因素： （1）ph值 1）溶解度随ph值增高而增高。 如SiO2在碱性条件易溶解搬运，酸性条件易沉淀。 2）溶解度随ph值增高而降低。 如CaCO3、Fe2+或Fe3+的氢氧化物在碱性条件易沉淀，酸 性条件易溶解搬运。 因此，常见石英与方解石、铁质矿物之间的交代。,25时，pH值与方解石、非晶质SiO2和石英的溶解度关系图（Blatt，1972）,第四章 总论,copyrighttyut,18,3）溶解度随ph值增高而变化