沉积作用和沉积物课件

第第4 4讲讲 沉积作用和沉积物沉积作用和沉积物岩石学精品课程 沉积岩岩石学第4讲 沉积作用和沉积物岩石学精品课程 沉积岩岩石学沉积作用（Deposition/sedimentation）由地表各种营力（水、风等）搬运的物质，由于介质动能减小或条件发生改变以及在生物作用下，在新的场所堆积下来的作用。（狭义）沉积物（Sediments）：地壳表层常温常压下疏松或固结的堆积体。分类：物理、化学、生物、复合沉积作用定 义沉积作用（Deposition/sedimentation物理沉积作用:只受宏观力学规律支配的物质搬运和堆积过程，也称机械沉积作用。形成碎屑沉积物。第一节 物理沉积作用和碎屑沉积物物理沉积作用:只受宏观力学规律支配的物质搬运和堆积过程，也一、流体基本概念自然界，沉积物的搬运及沉积流体主要有流水、大气、冰川、重力流等。按力学性质可分为牛顿流体和非牛顿流体1、牛顿流体和非牛顿流体牛牛顿流体流体（Newtonian fluid）：服从牛顿内摩擦定律的流体（即流体粘滞系数为常数，如空气、水等）非牛非牛顿流体流体（non-Newtonian fluid）：不服从牛顿内摩擦定律的流体(聚合溶液、含有悬浮粒杂质或纤维的流体)。一、流体基本概念F F 流体层接触面上的内摩流体层接触面上的内摩擦力，擦力，N N；A A流体层间的接触面积，流体层间的接触面积，m m2 2；du/dydu/dy垂直于流动方向上垂直于流动方向上的速度梯度，的速度梯度，1/s1/s；动力黏度，动力黏度，PaPas s。dyduFF，yuAFddm=牛顿内摩擦定律牛顿内摩擦定律F 流体层接触面上的内摩擦力，N；dyduFF，yuAFd2.层流与紊流牵引流按其流动特点可分两种流动形态：层流流（laminar flow）：缓慢流动的流体，流体质点作有条不紊的平行线状运动，彼此不相掺混。紊流紊流（turbulent flow）：充满了漩涡、多湍流的流体，流体质点的运动轨迹极不规则，流速大小和流动方向随时间变化，彼此相互混杂。自然界中绝大数水体是紊流流态。2.层流与紊流3.缓流、急流和佛罗德数 在明渠水流（类似自然界的河流、海湖浅水环境中的牵引流）实验中，按流动强度的不同可分急流、缓流和临界流三种流态流态，以佛罗德数（Fr）判别。V：水流流速，：水流流速，g：重力加速度：重力加速度D：水深：水深qFr1：静流、缓流，河流下游（水深流缓），能量低。qFr1：急流，河流上游（水浅流急），能量高。qFr=1：临界流，为转折点。3.缓流、急流和佛罗德数V：水流流速，Fr1：静流、缓4.牵引流与重力流牵引流引流（tractive current）：低粘度、低密度的牛顿流体。一般河流、海(湖)的波浪流、沿岸流、潮汐流等均属牵引流。其搬运机制是流体动能拖曳牵引沉积物一起运动。重力流重力流（gravity flow）：一种高密度、高黏度的、涌浪式流动的非牛顿流体，其搬运的驱动力主要是沉积物的重力，不服从牛顿内摩擦定律。4.牵引流与重力流重力流（gravity flow）：一种二.牵引流的搬运和沉积作用搬运机制：流体动能拖曳牵引qd2 mm：v1与v2接近，与粒度正相关，难以长距离搬运，滚动式尤尔斯特隆图解尤尔斯特隆图解Hjulstrms diagram v v1 1v v2 2 二.牵引流的搬运和沉积作用搬运机制：流体动能拖曳牵引尤尔斯特1.牵引流搬运的对象：砾石、砂、粘土、溶解物2.牵引流的搬运方式悬浮搬运：粒径为0.05-0.005mm；跳跃搬运：粒径为2-0.05mm；滚动搬运：粒径大于2mm牵引流搬运的对象：砾石、砂、粘土、溶解物2.牵引流的搬运方牵引流的搬运能力：u牵引力 取决于流速u载荷力 取决于流量u牵引力大不一定载荷力大，反之亦然牵引流的搬运能力：3.牵引流的分选作用分选性：碎屑颗粒大小均匀程度。产生分选的原因：不同流速的水流搬运不同大小颗粒，当流速减小或水深加大，就有一定大小范围的碎屑颗粒沉积下来。3.牵引流的分选作用 牵引流的分选：以河流的分选作用为例，从上游、中游至下游，发生以下分选（分异）：u成分上的分异：碎屑物成分趋向简单、稳定组分增多、重矿物减少。u粒度的分异：粒度从大到小、分选由差到好。u相对密度的分异：密度大的碎屑减少，密度小的逐渐增多.u形状上的分异：片状碎屑比粒状碎屑搬运得更远。牵引流的分选：以河流的分选作用为例，从上游、中游至下游，发生 4.牵引流的沉积构筑方式及类型高流态低流态极低流速静水 4.牵引流的沉积构筑方式及类型高流态低流态极低流速静水1.1.重力流分重力流分类根据支撑支撑类型型可分四种：碎屑流(泥石流)（Debris flow)浊流(Turbidity flow)颗粒流(Grain flow)液化流(fluidized flow)三.重力流的搬运和沉积作用重力流分类三.重力流的搬运和沉积作用2.浊 流流定义：由水、泥、砂等近于均匀混合，以紊乱状态流动的重力流。沉积特征：在深海或深湖泥岩中，形成具鲍马序列的浊积岩。浊流沉积产出位置浊流沉积产出位置：u大陆坡脚部及其相邻的深海平原u大河口、海底峡谷口外。如恒河口外的浊积扇，延伸2k公里u岛屿外缘深海区。u边缘盆地及海沟地带2.浊 流浊流沉积产出位置：*浊流沉积形成的鲍马序列(Bouma sequence,Bouma,1962)水平层理粉砂、泥波纹交错层或变形纹层粉、细砂平行层理砂粒序层理砂、底部含砾石，发育槽模*浊流沉积形成的鲍马序列(Bouma sequence,鲍马系列常常发育不完整，原因是：q较细的段比其下较粗段具有更大的展布面积q后一次浊流将前一次浊流的上部系列冲走鲍马系列常常发育不完整，原因是：Omarollark 浊积岩，加拿大槽模-A段波状纹层-C段波痕-C段Omarollark 浊积岩，加拿大槽模-A段波状纹层-C段四、空气的搬运和沉积作用 q只能搬运碎屑物质，不能搬运溶解物质q空气密度小，搬运力弱，跳跃搬运为主q选择性强，分选好q颗粒搬运时碰撞、磨蚀作用强，圆度好四、空气的搬运和沉积作用 只能搬运碎屑物质，不能搬运溶解物质q在寒冷的两极地区和高寒山区占主导地位q冰川侵蚀力大，搬运力强，可向上搬运q整体搬运，整体沉降，分选极差五、冰川(glacier)的搬运和沉积作用 在寒冷的两极地区和高寒山区占主导地位五、冰川(glacier冰碛物（冰碛物（till）的基本特征）的基本特征u结构疏松，大小混杂，分选极差u砾石磨圆差u缺乏层理构造 现代冰碛物，哥伦比亚冰川7亿年前的冰碛岩，湖南冰碛物（till）的基本特征结构疏松，大小混杂，分选极差现代“雪球地球雪球地球”假说假说（the Snowball Earth Hypothesis)EuropaEuropa（木卫二）木卫二）7亿年前。亿年前。EuropaEuropa的冰壳的冰壳“雪球地球”假说（the Snowball Earth Hy六.碎屑沉积物和碎屑结构1.1.碎屑沉积物的结构碎屑沉积物的结构：在一定动力条件下共生的碎屑颗粒所在一定动力条件下共生的碎屑颗粒所具有的内在具有的内在形貌特征形貌特征的总和，包括的总和，包括粒度、分选度、圆度、支粒度、分选度、圆度、支撑类型和孔隙撑类型和孔隙等。等。*杂基：碎屑岩中与粗碎屑一起沉积下来的细粒填隙组分，粒度一般小于杂基：碎屑岩中与粗碎屑一起沉积下来的细粒填隙组分，粒度一般小于0.03mm0.03mm。六.碎屑沉积物和碎屑结构碎屑岩的结构组分碎屑物填 隙 物孔碎屑物填 隙 物孔隙1）粒度（grain size）：常用最大视直径 D 的毫米值或 值来度量。和毫米值间的换算关系为：=log2D上：自然粒级标准；下：伍登-温特华斯（Udden-Wentworth）标准1）粒度（grain size）：常用最大视直径 D 的毫米 2)圆度（roundness）：碎屑颗粒棱和角被磨平的程度或表面的光滑程度。q它是颗粒在沉积作用过程中累积磨蚀强度的衡量指标。q肉眼可定性划分成5个级别：2)圆度（roundness）：碎屑颗粒棱和角被磨平的程)分选性（sorting）：碎屑颗粒大小的均匀程度。它是流体在沉积作用中对粒度累积分异强度的衡量指标。u分选好：某一粒级颗粒达75以上；u分选中等：某一粒级颗粒为75-50；u分选差：某一粒级颗粒未超过50，多级别颗粒共存。)分选性（sorting）：碎屑颗粒大小的均匀程度。它4)支撑类型（Supporting style）：沉积物所受压力在沉积物内部的分布状况，取决于基质和较大颗粒的相对含量。1 1颗粒支撑；颗粒支撑；2 2过渡支撑；过渡支撑；3 3基质支撑基质支撑 4)支撑类型（Supporting style）：沉积物所颗粒支撑颗粒支撑（Grain-support）q基质含量低，较大碎屑颗粒直接相互接触，搭成格架，粒间孔中分布少量基质。q沉积物所受压力主要分布在较大颗粒接触部位。颗粒支撑（Grain-support）基质含量低，较大碎屑颗基基 质质 支支 撑撑（Matrix-suppot）据据A.E.Adams，et.al，1884基质含量很高，较大颗粒“漂浮”在基质背景中。基 质 支 撑（Matrix-suppot）据A.E.Ad过过 渡渡 支支 撑撑（Transitional support）基质含量中等，较大颗粒有的相互接触，有的被基质隔开。过 渡 支 撑（Transitional support）5)孔隙（Porosity）：沉积物（或沉积岩）中未被固态物质占据的空间。原生孔隙次生孔隙5)孔隙（Porosity）：沉积物（或沉积岩）中未被固态七.碎屑沉积物的成熟度1.成分成熟度：碎屑组分在风化、搬运、沉积作用改造下接近最稳定终极产物的程度。2.结构成熟度：碎屑岩接近分选好、磨圆好和无基质的程度。湖南泥盆纪石英砾岩主楼门口的角砾岩q成熟度反映物源区地质条件、风化程度、搬运距离远近、沉积环境七.碎屑沉积物的成熟度湖南泥盆纪石英砾岩主楼门口的角砾岩q结构成熟度是指示沉积环境的重要标志。如周口店“三好”砾岩（分选好、磨圆好和胶结好）v.s.“豆腐块”砾岩图片据11072班任宇君，罗亮等结构成熟度是指示沉积环境的重要标志。如周口店“三好”砾岩（分成熟度分级成熟度分级结构特征构特征可能的沉积环境可能的沉积环境圆度圆度分选分选基质基质 含含量（量（%）极不成熟极不成熟差差差差1515大陆泥石流、洪积、冰碛大陆泥石流、洪积、冰碛不成熟不成熟差差差差5-155-15洪积、河流、浅湖洪积、河流、浅湖次成熟次成熟差差中等中等5 5洪积、河流、浅湖、风成砂丘洪积、河流、浅湖、风成砂丘成熟成熟中等中等好好5 5河流、风成砂丘、海滩河流、风成砂丘、海滩极成熟极成熟好好好好5 5风成砂丘、海滩风成砂丘、海滩*碎屑沉积物结构成熟度分级及其环境意义碎屑沉积物结构成熟度分级及其环境意义成熟度分级结构特征可能的沉积环境圆度分选基质 含量（%）极不 化学沉积作用化学沉积作用：在地壳表层，在化学和物理化学规律支配下，物质以离子或胶体状态离子或胶体状态迁移、再结合成固态物质的过程。第二节第二节 化学沉积作用和化学沉积物化学沉积作用和化学沉积物1.1.真溶液的搬运和沉积作用真溶液的搬运和沉积作用q真溶液的搬运真溶液的搬运：化学风化产物中，易溶解的盐类矿物被分解成离子化学风化产物中，易溶解的盐类矿物被分解成离子(K，Na，Ca，Mg，Fe，Sr，Ba，Cl，Mn，Si，Al等等)在水中呈真溶液状在水中呈真溶液状态被搬运。态被搬运。化学沉积作用：在地壳表层，在化学和物理化学规律支配q真溶液沉淀作用真溶液沉淀作用：真溶液物质被搬运到海洋、湖泊后，蒸发量补给量时，离子浓度达饱和，沉淀。q受Ph、Eh、温度、压力等控制：Fe3+当Ph3就沉淀；Fe2+当Ph=5-7开始沉淀；SiO2弱酸性条件下沉淀；CaCO3弱碱性时沉淀v化学沉淀顺序化学沉淀顺序：碳酸盐（方解石、菱铁矿、白云石）硫酸盐（天青石、石膏）卤化物（钾盐、食盐）柴达木盆地盐湖真溶液沉淀作用：真溶液物质被搬运到海洋、湖泊后，蒸发量补给 2.2.胶体溶液的搬运和沉积作用胶体溶液的搬运和沉积作用q胶体溶液的搬运：胶体溶液的搬运：溶解度低的氧化物溶解度低的氧化物（Al2O3、SiO2、Fe2O3，MnO、P2O5)常以胶体形式搬运。微米常以胶体形式搬运。微米-纳米级，靠布朗运动支撑，常带电荷。纳米级，靠布朗运动支撑，常带电荷。q胶体沉积胶体沉积作用：作用：正负胶体相遇、介质正负胶体相遇、介质PHPH变化，导致胶体电性中和，凝聚、变化，导致胶体电性中和，凝聚、沉淀（沉淀（胶体絮凝胶体絮凝）。）。u化学成因的硅质岩、铝土岩、锰质岩、化学成因的硅质岩、铝土岩、锰质岩、铁质岩等多为胶体沉积成因铁质岩等多为胶体沉积成因。2.胶体溶液的搬运和沉积作用第三节第三节 生物沉积作用和生物沉积物生物沉积作用和生物沉积物第三节 生物沉积作用和生物沉积物生物作用生物作用主要通过三种方式来实现物质的搬运和沉积：主要通过三种方式来实现物质的搬运和沉积：q生物化学作用产生生物骨骼、硬壳和有机质生物化学作用产生生物骨骼、硬壳和有机质q改变环境条件，如藻类光和作用消耗改变环境条件，如藻类光和作用消耗CO2pH值升高、细菌消耗值升高、细菌消耗O2降低降低Eh值值q机械捕集或粘结机械捕集或粘结（如（如,叠层石）叠层石）叠层石据据Munnecke,2014生物作用主要通过三种方式来实现物质的搬运和沉积：叠层石据M生物搬运作用据据Munnecke,2014生物搬运作用据Munnecke,2014第四节第四节 复合沉积作用和复合沉积物复合沉积作用和复合沉积物复合（或复杂）沉积作用复合（或复杂）沉积作用：由物理、化学和生物作用共同实现的物质迁移和聚集过程。原始物质原始物质物理沉积作用 生物沉积作用化学沉积作用 中间产物中间产物沉积物沉积物 搬运 机械沉积泥晶泥晶(micrite)自生颗粒自生颗粒(grain)第四节 复合沉积作用和复合沉积物复合（或复杂）沉积作用：由 1.1.泥晶泥晶(mud)(mud):呈机械性运移和沉积,d 5 m的碳酸盐质点。与亮晶相对而言。泥晶来源：自生化学沉淀、自生颗粒的机械磨蚀、生物体q亮晶亮晶(spar)(spar)：在同生、成岩期沉淀的结晶方解石胶结物,清洁明亮。生物壳生物壳泥晶泥晶亮晶亮晶亮晶亮晶泥晶泥晶 1.泥晶(mud):呈机械性运移和沉积,d2 mm)2 mm).砂屑（粒径为砂屑（粒径为2-0.05 mm)2-0.05 mm).粉屑（径为粉屑（径为0.05-0.005mm)0.05-0.005mm).泥晶（粒径泥晶（粒径0.005mm2 mm)竹叶状砾屑灰岩竹叶状砾屑灰岩薄片中的内碎屑薄片中的内碎屑 3)鲕粒鲕粒（ooid)：具具核心和同心状包壳核心和同心状包壳的球形碳酸盐岩的球形碳酸盐岩颗粒。其核心常为内碎屑、生屑；包壳多为泥晶方解石。颗粒。其核心常为内碎屑、生屑；包壳多为泥晶方解石。q真鲕真鲕：包壳的厚度大于核心半径，又称厚皮鲕：包壳的厚度大于核心半径，又称厚皮鲕q薄皮鲕薄皮鲕：包壳的厚度小于核心半径：包壳的厚度小于核心半径，又称表鲕，又称表鲕q复鲕复鲕：几个几个鲕粒由被大的包壳包裹鲕粒由被大的包壳包裹*鲕粒与豆粒(pisoid)：鲕粒2mm 3)鲕粒（ooid)：具核心和同心状包壳的球形碳酸盐岩颗巴哈马现代鲕粒滩，据巴哈马现代鲕粒滩，据Munnecke,2014巴哈马现代鲕粒滩，据Munnecke,20141.1.放射状真鲕放射状真鲕2.2.同心状真鲕同心状真鲕3.3.复鲕复鲕4.4.放射状表鲕放射状表鲕5.5.同心状表鲕同心状表鲕6.6.偏心鲕偏心鲕鲕粒的成因：鲕粒的成因：核心扰动水体核心扰动水体CaCO3过饱和过饱和 在动荡条件下，波浪牵引核心颗粒运动，在运动中逐层裹上包壳，使颗粒越来越大，直至大到波浪能量不能驱动它为止。复鲕和厚皮鲕代表高能环境，薄皮鲕代表相对低能条件。1.放射状真鲕鲕粒的成因：核心扰动水体CaCO3过饱和4 4）团粒（球粒，团粒（球粒，pellet）：）：无核心和内部结构无核心和内部结构的球形颗粒。的球形颗粒。成因：成因：生物粪粒、磨圆的内碎屑。生物粪粒、磨圆的内碎屑。常出现于常出现于气候温暖的碳酸盐台气候温暖的碳酸盐台地地环境。环境。藻团粒（左）藻团粒（左）粪团粒（右）粪团粒（右）4）团粒（球粒，pellet）：无核心和内部结构的球形颗粒。似团粒粪团粒似团粒粪团粒5 5）凝块石）凝块石（clot）：）：低等蓝绿藻等生物相互粘结形成的无定形块体颗粒特征特征：颗粒表面具粗、细孔或斑状结构颗粒表面具粗、细孔或斑状结构内部为泥晶质，有机质含量高，色暗内部为泥晶质，有机质含量高，色暗凝块石，比例尺长1mm 5）凝块石（clot）：低等蓝绿藻等生物相互粘结形成的无定形6 6）核形石）核形石（oncoid）：）：具核心和藻具核心和藻包壳包壳（藻粘液粘结形成藻粘液粘结形成）的颗的颗粒。粒。特征：特征：通常包壳不对称，包壳形态随核心形状变化，粒度较大。产于潮间带潮池环境或泻湖环境。注意与鲕粒区别。注意与鲕粒区别。1、2、3为核形石宏观形态，大小约3cm。1：同心圆状，2：花瓣状，3：双向弧瓣状，4：微管状蓝藻加积形成的微观形态，包壳最厚处约0.4mm。6）核形石（oncoid）：具核心和藻包壳（藻粘液粘结形成）核形石核形石核形石coral核形石豆粒coral核形石豆粒q泥晶结构泥晶结构泥晶堆积而成q自生颗粒结构自生颗粒结构 (6(6种种)生物碎屑结构内碎屑结构鲕粒结构团粒结构凝块石结构核形石结构复合沉积物的结构泥晶结构泥晶堆积而成复合沉积物的结构本章重点内容本章重点内容牵引流的沉引流的沉积作用作用浊流沉流沉积的特点的特点碎屑沉碎屑沉积物和碎屑物和碎屑结构构自生自生颗粒的粒的类型型本章重点内容牵引流的沉积作用请描述以下露头和薄片的结构特征：照片总长度5mm请描述以下露头和薄片的结构特征：照片总长度5mm复习思考题复习思考题1.何谓牵引流、重力流？2.试分析牵引流的沉积分选（分异）作用。3.牵引流有哪些搬运方式？4.浊流沉积具有什么特征？5.碎屑沉积物的结构包括哪些方面？6.简述碎屑颗粒粒级划分标准。7.试分析碎屑沉积岩成分成熟度、结构成熟度的意义。8.自生颗粒有哪些类型？成因如何？9.简述生物碎屑结构的常见类型及代表性生物。复习思考题何谓牵引流、重力流？