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1、课 时 教 学 实 施 方 案课程：沉积岩及沉积相 授课班级：资源专 1201-1202 授课学期：2012-2013 学年 2 学期课 题 第二章 沉积岩的成因 计划学时 8教 学 目 的1 了解沉积岩最原始物质的形成 2 掌握机械搬运和沉积作用 3 掌握化学和生物的搬运和沉积作用 4 掌握沉积分异作用 5 了解并掌握沉积后作用 6 了解沉积岩的分类 重 点 1.理解并掌握沉积沉积分异作用难 点 1.沉积岩的分类 2.沉积物的机械搬运作用和沉积作用教具准备 多媒体教 学 后 记教 学 进 程 设 计（包括教学要点、步骤、方法、时间安排及板书设计、作业布置等）导入新课：在沉积岩中蕴藏着十分丰富
2、的沉积矿产，那么，它们是如何形成的呢？一、沉积岩原始物质的形成1.沉积岩定义：2.沉积圈的定义：二、沉积岩的特点1.陆源物质2.生物来源的物质3.深部来源的物质4.宇宙来源的物质三、机械搬运和沉积作用1.水的机械搬运和沉积作用2.凤的机械搬运和沉积作用3 冰的机械搬运和沉积作用4.生物和化学的机械搬运和沉积作用四、沉积分异作用1.机械沉积分异作用2.化学沉积分异作用3.生物沉积分异作用四、沉积后作用1.沉积期后阶段的划分和特点2.沉积后变化的影响因素五、沉积岩的分类沉积岩的分类原则归纳为成因分类和物质来源分类作业的布置：1.沉积物的搬运方式及其特点2.沉积分异作用的优缺点备注教 案第二章 沉积
3、岩的成因沉积岩的形成一般要经过三个阶段，首先要有沉积岩的原始物质，第二，这些物质要经过搬运和沉积作用，最后这些沉积物还要发生沉积后作用。第一节 沉积岩原始物质的形成沉积岩原始物质是形成沉积岩的物质基础，其来源有四种，即陆源物质、生物源物质、深源物质及宇宙源物质。 一、陆源物质 地壳上先形成的出露（或曾出露）的岩石叫做母岩,可以是岩浆岩、变质岩或沉积岩；母岩分布的地区叫做母岩区。陆源物质是母岩风化作用的产物，是沉积岩原始物质最主要的来源。 （一） 风化作用的概念 沉积岩的原始物质有母岩的风化产物、火山物质、有机物质以及宇宙物质等，其中母岩的风化产物是最主要的。 风化作用是地壳表层岩石的一种破坏作
4、用。引起岩石破坏的外界因素有温度的变化、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。在这些因素的共同影响下，地壳表层的岩石就处于新的不稳定状态，逐渐地遭受破坏，转变为风化产物。这些风化产物就是最主要的沉积岩的原始物质成分。 风化作用按其性质可分为：物理风化作用、化学风化作用及生物风化作用。1. 物理风化作用 岩石主要发生机械破碎，而化学成分不改变的风化作用，称为物理风化作用。 引起物理风化作用的主要因素有：温度的变化、晶体生长、重力作用、生物的生活活动，水，冰及风的破坏作用。 物理风化的总趋势是使母岩崩解，产生碎屑物质，其中包括岩石碎屑和矿物碎屑等。 2. 化学风化作用 在
5、氧、水和溶于水中的各种酸的作用下，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称为化学风化作用。 化学风化作用不仅使母岩破碎，而且使其矿物成分和化学成分发生本质的改变。它们在适当的条件下就形成粘土物质和化学沉淀物质（真溶液及胶体溶液物质）。 3. 生物风化作用 在岩石圈的上部、大气圈的下部和水圈的全部，几乎到处都有生物的存在。故生物，特别是微生物在风化作用中能起到巨大的作用。生物对岩石的破坏方式既有机械作用，又有化学作用和生物化学作用；既有直接的作用，也有间接的作用。 生物的作用可以促进和加速化学作用的进行。实际上，几乎所有的化学风化作用均有生物的参与，在许多情况下，岩石的风
6、化作用是由生物的活动开始的。菌类、藻类及其它微生物对岩石的破坏作用是巨大的，它不仅直接对母岩进行机械破坏、化学分解（吸收某些元素，生成新矿物），而且本身分泌出的有机酸，有利于分解岩石或吸取某些元素转变成有机化合物。生物对大气的组分（如 CO2 、N2 、O2）也有很大的影响，也影响着风化作用的强度。 生物的作用愈来愈受到重视，生物风化作用也随着地质历史发展而愈来愈显著。 （二）各种造岩矿物的风化及其产物 各种造岩矿物抵抗风化作用的能力，亦即它们在风化条件下的稳定性是很不相同的。 石英是岩石的主要造岩矿物。石英在风化作用中稳定性极高，它几乎不发生化学溶解作用，一般只发生机械破碎作用。在长期的风化
7、作用以及搬运和沉积作用的过程，风化稳定性较低的一些矿物就逐渐破坏从而相对地减少了，而风化稳定性高的石英却逐渐地相对地富集起来。因此，石英就成了碎屑沉积岩的最主要的造岩矿物。长石的风化稳定性次于石英。在长石中，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。因此，在沉积岩中钾长石多于斜长石。 钾长石的风化过程及其产物如下： KAISi3O8K 1 时水流为急流，也称超临界的流动状态或高流态，它代表一种水浅流急的流动特点。 2）床沙形体 床沙（bed）表面可随水流强度变化而出现各种类型的床沙形体，每一类型的床沙形体不是固定不动的，而是通过组成床沙的沙砾颗粒的滚动、
8、滑动或跳跃移动而使床沙形体发生顺流或逆流移动，这种现象在水力学上称作沙波运动。 明渠水流随着流动强度加大在床面上会依次出现下列床沙形体：无颗粒运动的平坦床沙沙纹沙浪沙丘过渡型（或低角度沙丘）平坦床沙逆行沙丘流槽和凹坑。由于床沙形体与层理之间的成因关系密切，有关床沙形体特征和福劳德数之间的关系。 3. 层流、紊流与雷诺数 自然界任何流体的流动特点有层流与紊流（或称湍流）两种流动形态。层流（laminar flow）是一种缓慢的流动，流体质点作有条不紊和平行和线状运动，彼此不相掺混。紊流(turbulent flow)是一种充满了漩涡的急湍的流动，流体质点的运动轨迹极不规则，其流速大小和流动方向随
9、时间而变化，彼此互相掺混（图 22）。层流和紊流的水力学性质及对沉积物的搬运和沉积特点是不一样的。层流与紊流具有不同的力学特点。紊流不仅具粘滞切应力，而且还有流体质点的紊乱流动而引起的附加切应力（或称惯性切应力）。而层流只有粘滞切应力。因此紊流的搬运能力要强于层流。并且紊流还有漩涡扬举作用，这是可使沉积物呈悬浮搬运的主要因素。 从沉积物沉积时遭受的阻力来说，紊流兼有粘滞阻力和惯性阻力，层流则只有粘滞阻力，因此沉积物不易从紊流中沉积下来，而在层流中则如同在静水中一样很容易沉积下来。 自然界中绝大多数水体是紊流运动。不过任何紊流的水体在与固体边界接触处（如河道底和两壁），由于固体边界效应，在紧靠固
10、体边界处的流动仍是粘滞力起主导作用下的流动，即流体运动型态仍属层流，所以称此层为层流底层（或叫粘性底层，图 23）。层流底层的厚度是随雷诺数的增加而减小的。层流底层的存在对沉积物的搬运和沉积起着重要作用，使得沉积物与流体之间界面上不断发生的沉积和搬运的交替作用非常活跃。二、牵引流的机械搬运和沉积作用两种流体的差别，在机械搬运和沉积方式的机理上表现得最为明显。牵引流不但可以搬运碎屑物质，而且还可搬运溶解物质；不仅有机械沉积作用，而且还广泛进行着化学和生物沉积作用。而重力流占绝对优势的是机械搬运和沉积作用。 （一） 单向流水的机械搬运和沉积作用 碎屑颗粒在流水中的搬运和沉积，主要与水的流动状态关系
11、密切，是层流还是紊流，是急流还是缓流；还与碎屑颗粒本身特点，如大小、比重、形状等都有关系。由雷诺公式和福劳德公式可看出，水流状态的变换，在很大程度上取决于流速，并且还与水的粘度、密度、水深、水量、边界条件等因素有关。可见，受到多种因素的影响和制约，碎屑颗粒的搬运和沉积机理是个相当复杂的问题。 1. 碎屑颗粒在流水中的搬运作用 碎屑颗粒由静止状态进入运动状态时的临界水流条件称作碎屑颗粒的起动条件。碎屑颗粒之所以能起动是由于促使颗粒运动的力超过了阻止颗粒运动的力，因此要研究起动条件必须首先分析颗粒在水中的受力状况；也正由于受力状况不同，可出现滑动、滚动、跳动和悬浮的各种搬运方式。 （二） 空气的机
12、械搬运和沉积作用 空气是仅次于水的一种很重要的搬运营力和沉积介质。它不仅在大陆沙漠中搬运大量的砂，也可将海滩砂携至内陆，或将粉砂和粘土以尘暴形式经长距离搬运到远洋沉积下来。 空气与流水在搬运和沉积机理上有相同之处，也有一些重要的差别。首先空气只能搬运碎屑物质，而通常不能搬运溶解物质。其次是空气与水的密度不同，从而导致空气搬运和沉积的某些独有特点。第三为空气的作用空间大，不受固体边界限制，也不象流水那样明显受重力控制，所以也可将沉积物由地势低处移向高处。 1 碎屑颗粒在空气中的搬运作用 由于空气的密度（15时为 0.00122g/cm）比水（1g/cm）小得很多（1：800），这就决定了空气搬运
13、不同于水的一系列特征。首先由于空气流动产生的风的搬运动力比水小得多，在同一速度下只有水的搬运能力的 1/300。但这种差异随粒级变小而不明显。 一颗石英相当于同体积水重量的 2.65 倍，却相当于同体积空气重量的 2000 倍，因此要移动同一石英颗粒，风速要比水速大得多才行，据计算需要大 283 倍，这样才能获得相同的推移力。亦即在同一速度下风能移动的颗粒比水小得多。所以空气一般只能搬运细小的碎屑物质，主要是砂及更细物质，只有狂风时才能移动砾石，其所能搬运的最大粒径比水要小得多。据巴格诺尔德（Bagnold,1941）观察，沙漠砂的粒径一般在 0.150.30mm 之间；没有小于 0.08mm
14、 的颗粒，因为它们都已作为尘埃而被吹走。 由于风速受地形、地物影响大而有突然变化、加以密度小，因此能搬运的粒径范围较窄，风速一旦减小，则相应地有粒径比较一致的碎屑沉积下来，所以风成沉积物的分选性一般比流水为好。 当风速为水速的 28.3 倍时，则相应风的动能是 28.321/2m,亦即同一大小的颗粒移动时，风作用于碎屑的动能为水的 800 倍。加上空气的粘度低，只有水的 1.7610,因此不象在水中颗粒那样表面有一层水膜起着明显的缓冲作用。这就很好的解释了为什么在风中搬运比在水中有更大的磨蚀作用。库南（P.H.Kuenen）据实验认为砂在空气中搬运的重量损失比在水中快 1001000 倍。所以
15、风成砂的磨圆度要比水成的好。 空气的搬运能力还受碎屑湿度的影响，例如，要搬运 0.51mm大小的颗粒，如含 3%的水，则风速要比搬运干的增加一倍。若颗粒愈细则这种影响也愈大。 巴格诺尔德根据实验研究和对风成砂的观察，发现碎屑在空气中的搬运方式主要是跳跃，其次是悬浮和滚动（在风搬运中常称为蠕动）。 由于空气密度低，粘滞性大为降低，而惯性作用则增加；因此碎屑在空气中移动要比在水中自由得多，颗粒的跳跃运动就非常活跃。当跳跃的颗粒冲击地面碰到基岩或大石块时，它就可以反弹起，很少失去动能，活动得几乎象弹性体。当跳跃颗粒冲击在干燥松散的砂质物上时就形成一个小凹坑，消耗了能量，并将附近较细的砂粒冲击跳起，就
16、这样产生多次重复，跳跃颗粒的这种溅泼现象在空气搬运中有着重要意义。被撞击的若是较粗粒砂，就会产生蠕动。假如被撞击的是粉砂，就会发生扰动扬起，称为扬尘作用。这种溅泼和扬尘作用极大地增加了碎屑进入气流的数量。 2碎屑颗粒在空气中的沉积作用 空气中的悬移载荷可作长距离搬运，在距来源地很远的大陆或海洋中沉积下来；推移载荷则多半在来源地（沙漠或海滩）附近堆积下来，其最主要的堆积形式是沙丘。 有各种原因可引起风携物质沉积。常见的是由于风速降低，使得推移力降低或有效重力超过垂直上举力而使碎屑沉积。当风沙流运行遇到障碍物（陡崖、植被、大砾石等）时，因遇阻而减速使碎屑沉积下来，称为障碍堆积。 但世界上多数沙丘所在的平坦大沙漠中没有什么障碍物，这种沙丘的形成过程可能如下：一粒石英比同体积的空气重 2000 倍，因此要加速一粒石英使之达到能跳动起来的速度，所需要的从风力吸取的能量，相当于完全停止在同样速度中移动的 2000 倍体积的空气所需的能量。因此跳动着的砂
