沉积学沉积岩形成与演化ya

1,沉积学沉积岩的成因,第二章 沉积岩的形成与演化,1,原始物质 沉积物的搬运 沉积后作用阶段,形成阶段 和沉积作用阶段,原始物质 沉积物 沉积岩,搬运 沉积后作用,沉积,沉积岩形成的阶段性,沉积岩（sedimentary rocks）的概念,组成岩石圈的三大类岩石（岩浆岩、变质岩、沉积岩）之一，是在地壳表层条件下，由母岩的风化产物、火山物质、有机物质等沉积岩的,原始物质,成分，经过,搬运作用、沉积作用,及,沉积后作用,而形成的一类岩石。,2,岩浆岩,岩浆岩,变质岩,沉积岩,沉积物,沉积作用,搬运作用,隆升-暴露,岩浆,变质作用,成岩作用,熔融作用,结晶作用,固结作用,风化作用,岩石循环,3,第一节 沉积岩原始物质的形成,沉积岩的原始物质有4种:,母岩风化产物,生物来源物质,火山物质,宇宙物质,4,一、母岩的风化作用和产物陆源物质形成,（一）风化作用的概念,地壳表层岩石的一种破坏作用；,因温度的变化，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，地壳表层的岩石处于不稳定状态，逐渐遭受破坏，转变为风化产物的过程。,岩石或矿物的一种物理破碎或化学转化作用。,由以下因素所引起:温度变化、水、酸、生物,5,风化作用的类型:,物理风化作用,化学风化作用,生物风化作用,岩石崩解成碎屑,温度变化、重力作用,水、冰、风破坏、,晶体生长,分解成新矿物,氧、水、溶于水中的酸,碎屑、新矿物,生物活动,6,物理风化作用:,冰劈作用,层裂或卸载作用,盐分结晶的撑裂作用,热胀冷缩作用,生物作用,地表岩石发生机械破碎而不改变其化学成分也不形成新矿物的作用。,7,美国，内华达州，Wheeler Park,8,美国，内华达州，Wheeler Park,9,10,水进入岩石,温度降低，水凝结成冰，对岩石产生张力,冰融化，裂缝扩大，岩块从岩体中脱离下来,11,美国，加利福尼亚洲，Yosemite国家公园,12,美国，加利福尼亚洲，Yosemite国家公园,13,美国，加利福尼亚洲，Yosemite国家公园,14,岩体深埋,上覆岩层剥蚀,岩体向外彭胀，形成层裂,15,Marine abrasion of granite preceded and facilitated by rock disintegration through salt weathering in the surf zone (French Mediterranean coast near St. Tropez,16,Developing salt crust through evaporation of salt brine in the surf zone,17,18,19,热胀冷缩作用,20,热胀冷缩作用,21,新疆乌尔禾魔鬼城,22,新疆乌尔禾魔鬼城,23,物理风化作用增大了岩石的表面积,24,断层与解理,25,化学风化作用:,在氧、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。,溶解作用,水化作用,水解作用,氧化作用,26,溶解和未溶解的灰岩,溶解作用,27,花岗岩表面局部溶蚀,水解作用,28,水解作用,29,棱角状到圆状,水解作用,30,氧化作用,31,生物风化作用:,生物活动对岩石所起的机械的或化学的破坏作用。,32,山西省霍州市霍山国家地质公园,33,花岗岩中的根劈,北京房山县,34,（二）元素的风化分异作用,在相同的特定风化条件下，各类造岩元素由于从母岩中析出的难易程度不同，而按一定顺序从母岩中分离出来的现象。,某些元素的淋滤分散和另一些元素的残积、富集。,35,化学成分,岩浆岩平均化学成分（%）,流经岩浆岩地区的河流流水溶解物质的成分,（%）,无素及化合物的相对转移性,SiO,2,59.09,12.8,0.20,Al,2,O,3,15.35,0.90,0.02,Fe,2,O,3,7.29,0.40,0.04,Ca,3.00,14.79,3.00,Mg,2.11,4.90,1.30,Na,2.97,9.50,2.40,K,2.57,4.40,1.25,Cl,-,0.05,6.75,100.00,SO,4,2-,0.15,11.60,57.00,CO,3,2-,-,38.50,-,波雷诺夫，1934，1952,36,转移顺序,元素或,化合物,数量级别,最易转移,Cl,(Br,I),S,n10,易转移,Ca,Na,Mg,K,n,可转移,SiO,2,（硅酸盐）,P,Mn,n10,-1,略可转移,Fe,Al,Ti,n10,-2,基本上不转移,SiO,2,（石英）,n10,-,表2-3 元素的风化转移顺序 （按波雷诺夫，1948）,37,“水迁移系数kx”元素,在风化带中的,迁移能力,1.最易迁移元素（Kx=n10n10,2,）,Cl,Br,I,S等以卤族元素为主；,2.易迁移元素（Kx=nn10）,Ca,Mg,Na,F,Sr,K,Zn,3.迁移元素（Kx= n10,-1,n）,Cu,Ni,Co,V,Mn,Si（硅酸盐中）,P；,4.惰性（微弱迁移）元素（Kxn10,-1,）,Fe,Al,Ti,Sc,Y, Tr,5.几乎不迁移元素（Kxn10,-10,）,Si（石英）,38,（三）矿物的风化及其产物,1.石英,在风化作用过程中稳定性最高，一般只发生机械破碎作用,几乎不发生化学溶解作用。,碎屑沉积岩最主要的造岩矿物，在岩石中平均含量达66.8%。,39,1.石英,2.长石,长石风化,稳定性仅次于石英,钾长石 多钠的酸性斜长石, ,斜长石 中性斜长石稳定,多钙的基性斜长石,沉积岩中,钾长石多于斜长石,40,（,1,）,钾长石,析出K,Si 析出K,Al,SiO,2,nH,2,O,（蛋白石）,KAlSi,3,O,8,K,1,Al,2,(Si,Al),4,O,10,OH,2,nH,2,O,Al,4,Si,4,O,10,OH,8,钾长石,+H,2,O,水云母,+H,2,O,高岭石,Al,2,O,3,nH,2,O,（铝土矿）,（2）,斜长石,蛋白石,斜长石蒙脱石高岭石,铝土矿,41,1.石英,2.长石,3.云母,白云母（K）的抗风化能力较强，在沉积岩中较常见。,析出钾，加入水水白云母高岭石,黑云母（Fe、Mg）的抗风化能力比白云母差得多。,析出K、Mg，加水蛭石绿泥石褐铁矿,42,1.石英,2.长石,3.云母,4.铁镁硅酸盐矿物,抗风化能力比石英、长石、云母差得多,橄榄石辉石伊利石蒙脱石,蛋白石、铝土,44,1.石英,2.长石,3.云母,4.铁镁硅酸盐矿物,5.粘土矿物,6.碳酸盐矿物,风化稳定性很差，很易溶于水并被迁移,45,1.石英,2.长石,3.云母,4.铁镁硅酸盐矿物,5.粘土矿物,6.碳酸盐矿物,7.硫酸盐矿物,风化稳定性最差，很易溶于水，呈溶液状态流失,46,1.石英,2.长石,3.云母,4.铁镁硅酸盐矿物,5.粘土矿物,6.碳酸盐矿物,7.硫酸盐矿物,8.副矿物,石榴石、锆英石、刚玉、电气石、锡石、金红石、磁铁矿、榍石、蓝晶石、独居石、红柱石等风化稳定性较大。,沉积岩中的重矿物,47,为什么造岩矿物风化稳定性差别如此之大？,1.造岩元素风化分异作用,2.矿物的结晶温度（鲍文反应系列）高温矿物抗风化能力差，低温矿物稳定，,但金刚石呢？,3.矿物的晶体化学性质 （晶体构造）,氧和阳离子之间的,键强度总数（cal/mol）,48,Norman L. Bowen,诺尔曼鲍文,1887 - 1956,Bowen, N. L.,The later stages of the evolution of the igneous rocks, Journal of Geology, 23, 1 89, 1915.,Bowen, N. L.,Evolution of the Igneous Rocks, Princeton University Press, Princeton, 1928.,Kingston, Ontario ,Canadian,M. A., Queens University, 1907,B.S. in Mineralogy and Geology, Queens University, 1909,Ph.D. in Geology, Massachusetts Institute of Technology, 1912,D.Sc., Harvard University, 1936,D.Sc., Yale University, 1951,49,鲍文反应系列描述矿物从不同温度及成分的岩浆中结晶的顺序,不连续系列,连续系列,50,1.各种岩石的风化及其产物,岩石是矿物的集合体,不同的岩石矿物组成不同,再加上结构、产状、形成背景等差异,母岩风化的差异性,（四）母岩的风化及其产物,51,花岗岩,石英,： 机械破碎,砂粒,钾长石,：K,2,O 成为碳酸盐、氯化物进入溶液,溶解物质,Al,2,O,3,水化后成为含水硅酸盐,粘土,SiO,2,少部分游离出来,溶解物质,斜长石：,Na,2,O, CaO 碳酸盐、氯化物，溶于水,溶解物质,Al,2,O,3,SiO,2,同钾长石,白云母：,较少分解,云母碎片,黑云母：,H,2,O,水溶液,K,2,O，Al,2,O,3,，SiO,2,同钾长石,(Mg,Fe)O碳酸盐,氯化物,赤铁矿,褐铁,溶解物质及色素,副矿物：锆石、磷灰石 重矿物,52,2.母岩风化作用的阶段性,由于母岩中的各种化学成分,在风化作用中转移性质的不同，母岩的风化作用具有明显的阶段性。,波雷诺夫将,结晶岩的风化过程分为四个阶段,，在各阶段中，各有其独特的风化产物（以玄武岩为例）。,53,A.机械破碎阶段（碎屑阶段）,物理风化为主岩石或矿物的碎屑,玄武岩的主要矿物成分以辉石和斜长石为代表,54,B.饱和硅铝阶段,：,化学风化开始，氯化物和硫酸盐全部被溶解，带出,Cl,-,和,SO,4,2-,；,O,2,和,H,2,O,共同作用,辉石和斜长石等,铝硅酸盐和硅酸盐矿物分解，游离出碱金属和碱土金属（,Na,+, K,+, Ca,2+, Mg,2+,）,离子,，,Ca2+,、,Na+,流失比,K+,、,Mg2+,要快些；,析出的阳离子使溶液呈碱性或中性，并使部分,SiO,2,转入溶液；,形成,少量,粘土矿物,蒙脱石、水云母、,还可出现,拜来石、绿泥石等。碳酸钙开始堆积。,55,C.酸性硅铝阶段：粘土型风化作用,几乎全部的,Ca,2+,、,Na,+,、,K,+,、,Mg,2+,被带走，,SiO,2,进一步进入溶液，介质由中,/,碱性转为酸性，,形成,不含,Ca,2+,、,Na,+,、,K,+,、,Mg,2+,的,高岭石、变埃洛石,等粘土矿物,上个阶段形成的蒙脱石、水云母被破坏,56,D.铝铁土阶段：风化作用的最后阶段,硅酸盐矿物彻底地分解，全部可移动元素都被带走，,铁和铝的氧化物和小部分,SiO,2,以胶体状态在,酸性介质,中聚集，原地,形成水铝矿、褐铁矿、针铁矿、赤铁矿和蛋白石。,堆积物是一种红色疏松的铁质或铝质土壤,也称红土。,到达这个阶段的风化作用通常也称为,红土型风化作用,57,上述四个阶段是一个完整的母岩风化过程，但并不是所有的结晶岩风化作用都能进行到底。,风化作用能否达到最后的铝铁土阶段，取决于,母岩岩性、气候、地形、地壳运动强度、风化时间长短,等因素，尤其是,气候因素,。,58,Chemical weathering,by dissolution,Limestone,Weathering-resistant sandstone yields little soil,Soil,Soil,Soil,Feldspar-rich,granite,Iron-rich,basalt,Chemical,weathering,by,oxidation,Chemical,weathering,by hydrolysis,Factors related to bedrock composition,59,气候对母岩风化作用的景响,60,3.母岩风化产物的类型,（1）碎屑残留物质,母岩岩屑或矿物碎屑，在风化作用的第一阶段最发育,（2）新生成的矿物-,“化学风化物质”,化学风化作用过程中新生成的矿物,水白云母、高岭石、蒙脱石、蛋白石、铝土矿、褐铁矿等,（3）溶解物质,化学风化中被溶解的Cl、S、Ca、Na、Mg、K、Si、Fe、Al、P。,61,三类风化产物构成最重要的三类沉积岩的基本物质,碎屑残留物质化学风化物质（陆源）碎屑物质,碎屑岩主要的原始物质,溶解物质,化学岩和生物化学岩和生物岩,风化产物的性质影响以后所生成的沉积岩的性质,从母岩的风化作用开始，沉积岩的形成作用就开始了,62,1.风化壳或风化带的概念,由风化残留物质组成的地表岩石的表层部分,已风化了的地表岩石的表层部分,2.风化壳的厚度,决定于母岩性质、气候、地形、构造等因素,母岩性质是最根本的因素,气候湿热、地形平坦、构造活动比较稳定,风化壳厚度较大,（五）风化壳,63,3.古风化壳,风化壳分为古代和现代的，以第三纪为界,古风化壳是没有经过搬运的沉积岩,古风化壳有很重要的地质意义和经济意义,地壳上升、沉积间断、不整合的重要标志,古地理、古气候分析的重要依据,蕴藏重要的非金属和金属矿产,在风化壳下或其中还可以形成油气藏,64,（一）生物成因（生物源）的沉积物,1.无机成分为主的生物残骸,生物的硬体部分,保存为化石/生物碎片：碳酸盐、磷酸盐和硅质等,2.有机生物残体,有机质,植物体和动物的软体部分,转化为石油、天然气、油页岩、煤等,分散状态存在于沉积岩中,二、沉积物的其它来源,65,（二）深部来源（深源）的物质,火山物质,直接堆积成火山碎屑岩，或混入正常的碎屑岩中,地下深层的热卤水、温泉、热气液等,盐膏岩、硅岩、铁岩、锰岩等岩石和铅、锌等矿床,（三）宇宙（来）源的物质,陨石及其尘埃,沉积岩组成部分,为解释某些地质和地史现象提供假想证据,恐龙灭绝之谜,66,沉积岩的形成包括哪些阶段？,一、母岩的风化作用和产物,风化作用,元素迁移系列,母岩风化的阶段性及其特征（以玄武岩为例）,母岩风化产物,（,碎屑残留物质、化学风化物质,、,溶解物质）,风化壳,二、沉积物的其它来源,沉积物的几大来源,（母风化产物、生物物质、深源物质、宇宙物质）,67,68,普通辉石,普通角闪石,黑云母,长 石,富钙,富钠,正长石,白云母,石 英,镁橄榄石,1400,1200,1050,800,69,