沉积岩的形成及演化

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1、提问： 1、流水搬运碎屑物质的方式？ 2、机械沉积分异作用包括哪几个方面的分异？,三、碎屑物质在海、湖水体中的搬运和沉积作用：,（一）碎屑物质在海水中的搬运和沉积作用： 1、波浪： 浪底（波基面）：指波浪所能影响的最大深度位置。一般4060米，最深不超过200米。 波浪通过时，水质点的运动特征：海水作波浪式运动时，其中水质点基本是在原地作圆周运动，而很少向前移动。,波浪作用机理：,横向搬运：假定波浪的运动方向是垂直海岸的，而海底又位于浪底之上。由于海底常有一定的坡度，波浪向岸方向的推力和向海方向的回返力在海岸带的不同位置其关系是不同的，从而使碎屑物质在波浪作用下呈现三种运动状态： 在远岸的较深

2、水地区：上推力回返力重力，碎屑既作往复运动，也作向海方向的运动。 在较浅水地区：上推力=回返力重力，碎屑只作往复运动，位置不变。 在近岸的更浅水地区：上推力回返力重力，碎屑既作往复运动，也作向岸方向的运动。,纵向搬运：在大多数情况下，海浪运动方向与海岸是斜交的，此时海底碎屑的运动路线不再是简单的直线式往返，而是呈复杂的“之”字形轨迹，总趋势是大致平行海岸移动。,沉积：由于波浪和潮汐的作用，可在滨海带形成广泛分布的沙滩、沿岸沙堤及水下沙坝沉积；碎屑在纵向运移过程中，若遇河口、海湾处，或是外侧有岬角、岛屿遮掩，使流速减低，都会沉积下来，形成各种形状的海滩、砂嘴、连岛砂坝等滨岸沉积。,风暴浪： 风暴

3、浪可构成比正常波浪更深的浪基面，其最深可达200米。由于风暴浪的作用，可使原来沉积的浅海沉积物被冲刷，并携带进行再搬运沉积，形成风暴沉积物。,2、潮汐： 潮汐作用可以冲刷海底，清扫河口，搬运泥沙，在海洋地质作用中占有重要的地位。 水体大规模的涨潮和落潮也使水底碎屑物质作相应的往返运动，也冲刷部分海底沉积物向岸或向海搬运，这一点近似波浪。 其不同于波浪的地方是有“憩流期”（即涨潮转落潮或落潮转涨潮时，潮流流速近于零），可在河口海湾或平坦开阔海岸地区形成大面积泥质沉积 。,3、近岸流： 当波浪运动方向斜交于海岸时，进流与退流不在同一方向上往复，形成沿岸流。近岸流对滨岸带碎屑物质的搬运和沉积作用以及

4、岸线变动都有较大的影响。,波长变小，波高增大，前坡变陡后坡变缓，波形越来越不对称,（二）碎屑物质在湖水中的搬运和沉积作用：,1、湖浪：湖浪的浪基面一般小于20米，因此，湖浪的搬运和沉积作用主要表现在滨岸的浅水地带，其作用机理与海浪相近似。 由于湖浪的搬运和沉积作用，使湖泊中碎屑物质的机械分异作用明显。 2、湖流：湖流通常由于风的拖曳力、大气压不平衡、河水注入的惯性等因素引起，影响碎屑物质的搬运和沉积。,四、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用： （一）与流水的搬运及沉积作用相比，风的搬运与沉积作用有以下特点： 1、搬运能力比水小，一般只搬运细粒碎屑（砂以下）。 2、风成沉积物的粒度分选性较好。 3

5、、较粗的风成沉积物圆度较好，颗粒常见“霜状”表面。,（二）风的三种搬运方式： 1、跳跃：为主，占7080%，一般是0.5毫米颗粒，尤其细砂（0.10.3毫米）最为活跃。 2、蠕动（滚动）：20%，一般是0.52、3毫米颗粒，更大的颗粒一般原地不动。 跳跃和蠕动搬运距离近，多在来源地附近堆积形成砂丘。 3、悬浮：10%，小于0.10.2毫米的颗粒，可搬运很远。 （三）常见的风成沉积： 沙漠沙丘、滨海沙丘、滨湖沙丘、河漫沙丘和黄土等。,（四）沙丘的形成与移动： 形成：在风速降低时，超载荷的颗粒降落堆积聚集成彼此分散的沙堆。沙堆形成后就起障碍作用，可逐步加高增大发展成沙丘。,移动：当砂的供给很充足时

6、，迎风坡和背风坡均有沉积；当供应不充足时，迎风坡被侵蚀而背风坡沉积，沙丘就不断向前移动。,第三节：溶解物质的搬运和沉积作用,一、概述： 母岩风化产物中的溶解物质，主要为Cl、S、Ca、Na、K、Mg、P、Si、Al、Fe等，呈真溶液或胶体溶液在河水或地下水中向湖泊和海洋中转移。,二、胶体溶液物质的搬运和沉积作用： 1、溶解度较小的物质，如Si、Al、Fe、Mn等多呈胶体溶液搬运，胶体质点带有电荷。,2、导致胶体质点沉淀的主要因素： 胶体质点之间的相互排斥力变化是控制胶体质点搬运和沉积的主要因素： 不同电荷电解质的加入： 这是自然界胶体溶解物质沉淀的主要原因和方式。 例如：河流搬运的Si、Al、

7、Fe、Mn等胶体物质之所以一进入海洋就大都在近岸地区迅速下沉，就是因为海水中的各种电解质中和了它们的电荷所致。 目前世界上发现的海相沉积的大型铁、锰、铝等矿床都是胶体凝聚沉积而成的。,不同电荷胶体的相互混合作用： 这是自然界胶体物质沉积的重要原因 例如：二氧化硅的胶体（负胶体）与氧化铝的胶体（正胶体）相遇，就会相互作用，电荷中和，形成一些粘土矿物（如高岭石等）而沉淀。这是海（湖）粘土岩形成的重要原因之一。,介质的PH和Eh值： 不同名电解质的加入可不同名电荷胶体的中和使胶体凝聚而沉积，必须有一定的PH和Eh值的介质条件。如胶体物质沉积所要求的PH和Eh值得不到满足，即使有不同名电荷的电解质或胶

8、体相混合，也不发生沉淀。 例如：SiO2和Al2O3胶体中和生成高岭石所需的PH值为4.55.2，如果不满足这个条件，即使这两种胶体混合也不发生沉淀。,其它因素： 腐植酸的“护胶作用”：如果介质中含有一定量的腐植质，腐植质与胶体质点相结合，可增加胶体溶液的稳定性，使胶体质点不易凝聚下沉，有利于胶体物质的长途搬运。 在大陆流水中，腐植质一般都较多，这就是河水中搬运的胶体物质较多，而河流沉积中胶体沉积物少的重要原因。 胶体溶液的浓缩：胶体溶液在蒸发时由于浓度加大，使分散相质点非常接近，相互接触而凝聚沉积。 如干燥气候下湖泊干涸时，泥质岩类的沉积，主要由此原因引起。,三、真溶液物质的搬运和沉积作用：

9、 母岩风化产物中的真溶液物质主要是Cl、S、Ca、Na、K、Mg等，P、Si、Al、Fe、Mn等也可部分地呈真溶液状态。 真溶液物质的搬运和沉积作用的根本控制因素：是溶解度：即溶解度大的物质不容易沉淀，溶解度小的首先沉淀。 而物质的溶解度又受PH值、Eh值、温度、压力和CO2含量等一系列因素的影响。所以，水介质的物理化学条件会影响溶解物质的搬运和沉积作用，对溶解度较小的Si、Al、Fe、Mn等的搬运和沉积作用影响尤其重要。,1、水介质的PH值及Eh值： PH值：水介质的PH值对Fe、Si、Ca、Al的溶解度有很大影响，但对易溶解的盐类则影响不大。 Fe3只有在强酸性(PH23）的水介质中才稳定

10、，才能作长距离的搬运；当PH3时，Fe3就开始沉淀。 Fe2则不同，它在PH5.57时才开始沉淀。 CaCO3要在弱碱性的环境才沉积。 Al2O3的沉积环境更为特殊，它只在PH值为47时才能沉淀，4或7时均不能沉淀。 SiO2的溶解度随PH值增大而增加，其沉淀需弱酸性条件。,Eh值：Eh值对某些变价元素（如Fe、Mn）的氧化物影响较大，而对另一些元素（如Si、Al）的影响较小。 Fe、Mn为变价元素，在氧化条件下（Eh值为正值）多呈高价（如赤铁矿、软锰矿、褐铁矿）；在还原条件下（Eh值为负值）则多呈低价（如黄铁矿、硫锰矿）。,2、介质的温度和CO2的含量： 介质中CO2的含量：对碳酸盐矿物的溶

11、解和沉淀有很大影响。若水溶液中CO2的含量增多，碳酸盐矿物的溶解度也就增大，不易沉淀。当水中CO2的含量减少时则利于碳酸盐沉淀。 温度及蒸发作用对盐类矿物的沉淀有特殊影响： 对Cl、S、Na、K、Mg等溶解度大的物质，水介质的物化条件对其搬运沉积影响不大。它们只有在干热、蒸发的条件下，才沉积下来，形成石膏、硬石膏、钠盐等。所以这些盐称为蒸发岩。,四、生物的搬运和沉积作用： 在各类生物中，尤以藻类和细菌等微生物在沉积岩和沉积矿产形成作用中的作用更大。因为它们繁殖快、分布广、数量多、适应性强，而且在地质历史中出现很早，是最早的生命记录。 生物的搬运和沉积作用有两种方式： 1、生物通过新陈代谢作用，

12、在其生活的过程中不断地从周围介质中吸取一定物质成分，从而把一些元素富集起来。当生物死亡后，其遗体的堆积物就可以形成特定的有机岩或有机矿产。如煤、石油等。,2、由于生物作用而引起的周围介质条件的改变，从而影响某些物质的搬运和沉积。 例如由生物作用排出CO2，对碳酸盐的溶解和沉积有很大的影响。又如原生沉积物包含大量细菌，而细菌的生命活动改变着沉积物中介质的物理化学条件。,五、化学沉积分异作用： （一）概念：原来共存于溶液中的各种溶解物质，在搬运沉积作用过程中按一定的先后次序逐渐沉淀分离出来的作用称为化学沉积分异作用。,1、 铁、锰、铝氧化物首先析出。 2、铁、锰、铝氧化物析出后，大量的二氧化硅开始

13、沉淀。大部分的二氧化硅是呈胶体状，在海岸或三角洲地带沉淀下来。另外还有少部分二氧化硅搬至离海岸较远的地带，在弱还原的环境下，与氧化亚铁（低价铁）化合生成铁的硅酸盐矿物海绿石、鲕绿泥石等而沉淀。 3、继二氧化硅析出后，碳酸盐类（石灰岩、白云岩等）开始沉淀。当铁的硅酸盐海绿石、鲕绿泥石沉淀之后，剩余的氧化亚铁将以碳酸盐菱铁矿的形式沉淀下来。 4、硫酸盐及卤化物（比如石膏、硬石膏、岩盐、钾盐、镁盐等）是化学沉积分异的最后期产物。,化学沉积分异图解,（二）化学沉积分异的原因： 根本原因是各种化学元素的化学性质，主要是其在溶液中的化学活泼性或溶解度的大小不同。同时也受介质性质、气候条件、构造条件、有机物

14、等诸多因素的影响。,六、两种沉积分异作用的关系及其地质意义： 关系：二者是并存的。一般机械沉积分异作用进行较早，化学沉积分异作用进行较晚；机械沉积分异作用的砂和粉砂阶段，大致与铁的氧化物阶段相当；机械沉积分异作用的最后阶段（即粘土沉积阶段），大致与化学沉积分异作用的碳酸盐沉积阶段相当；待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，故蒸发岩中很少有碎屑混入物。 意义：机械沉积分异作用与化学沉积分异作用是沉积物形成和分布的基本原理。分异作用进行的越彻底，各种类型的沉积岩成分越纯，越易形成矿产。,第四节：沉积后作用及其阶段的划分 沉积后作用：是泛指沉积物形成以后，到沉积

15、岩的风化作用或变质作用以前这一演化阶段的所有变化和作用。 1、同生作用：是指沉积物形成初期，尚与上覆水体相接触时所发生的变化。,环境特征：当质点A处于波基面之下，并固定于沉积物表面时，即为同生作用阶段的开始。此时沉积物处在开放的系统中，介质条件一般为弱酸性、氧化性质，物质（如质点A）与底层水发生作用。,产物： 同生作用阶段生成的矿物叫同生矿物，如海绿石、沸石及铁锰结核等。它们多沿层理面分布。 同生作用阶段由于沉积物的滑动滑塌作用产生一系列同生变形构造。底栖生物钻孔、生物扰动构造等也在这个阶段形成。,2、成岩作用： 松散的沉积物转变成固结岩石的作用，称为沉积物的成岩作用，或简称成岩作用。,环境特

16、征：当质点A被一薄层沉积物复盖以后，即与底层水隔绝，而沉积物主要与软泥中的水（叫软泥水）发生作用。此时沉积物处于封闭系统中，无外来物质加入，其温度、压力不大。介质呈碱性和还原性质，这样就破坏了沉积物（如质点A）与软泥水间的平衡，引起本层物质的重新分配和组合，以建立新的平衡。,产物： 在成岩作用阶段生成的矿物叫成岩矿物。如球状黄铁矿，少量的菱铁矿，以及CaCO3等。这些矿物颗粒不大，其分布常受层理控制。 由于成岩矿物的沉淀，及沉积物受压缩、孔隙度减小，并被胶结成为固结的岩石。,3、后生作用：在沉积物固结成坚硬的岩石之后，直至岩石风化或变质之前所发生的一切作用，称为沉积岩的后生作用，或简称为后生作用。 环境特征：后生作用是在温度较高、压力较大、有外来物质（来自深部的气相、液相物质）加入的开放系统中进行的。最常见的现象是交代、重结晶、次生加大等。由于压力较大，岩石可产生节理、裂隙，有助于水溶液的流动，促进后生变化的进行。 产物：由于温度、压力高、作用时间长，故形成的后生矿物晶体粗大，晶形完好