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第二章第二章 沉积岩的形成及演化沉积岩的形成及演化 Formation and evolution of sedimentary rocks 第1页/共99页 沉积岩的形成及其形成后的演化的全部历史过程大致沉积岩的形成及其形成后的演化的全部历史过程大致可分为以下几个阶段：可分为以下几个阶段： 1、沉积岩原始物质、沉积岩原始物质（主要是母岩风化产物）（主要是母岩风化产物）的的形成阶段形成阶段 2、沉积岩原始物质的搬运和沉积阶段、沉积岩原始物质的搬运和沉积阶段（即沉（即沉积物的形成阶段）积物的形成阶段） 3、沉积后作用阶段、沉积后作用阶段（包括沉积物的同生作用和准（包括沉积物的同生作用和准同生作用阶段、沉积物的成岩作用阶段、沉积岩的后生作同生作用阶段、沉积物的成岩作用阶段、沉积岩的后生作用阶段）用阶段）第2页/共99页第一节第一节 母岩的风化作用母岩的风化作用沉积岩最原始物质的形成沉积岩最原始物质的形成 Weathering of source rocksformation of the most primitive materials of sedimentary rocks 第3页/共99页一、风化作用的概念一、风化作用的概念 风化作用风化作用（weathering）是地壳最表层的岩是地壳最表层的岩石在温度变化、大气、水、生物等因素的作用下，石在温度变化、大气、水、生物等因素的作用下，发生机械破碎和化学变化的一种作用。发生机械破碎和化学变化的一种作用。 风化作用是地壳表层岩石的一种破坏作用。风化作用是地壳表层岩石的一种破坏作用。 第4页/共99页风化作用按其性质可分为三种类型：风化作用按其性质可分为三种类型： 物理风化作用（物理风化作用（physical weathering ）化学风化作用（化学风化作用（chemical weathering ）生物风化作用（生物风化作用（biological weathering ）第5页/共99页二、各种造岩矿物的风化及其产物二、各种造岩矿物的风化及其产物 石英石英（quartz）：主要的造岩矿物，在风：主要的造岩矿物，在风化作用中稳定性极高，它几乎不发生化学溶解作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。用，一般只发生机械破碎作用。 Weathering and products of various rock-forming minerals 第6页/共99页 长石长石（feldspar）：稳定性次于石英，风化：稳定性次于石英，风化稳定性由高到低的顺序是：钾长石、多钠的酸性斜稳定性由高到低的顺序是：钾长石、多钠的酸性斜长石、中性斜长石、基性斜长石。长石、中性斜长石、基性斜长石。 KAlSi3O3 (钾长石) K1Al2(Si，Al) 4O10OH 2nH2O (水白云母 ) Al4Si4O10OH 8 (高岭石 ) SiO2nH2O (蛋白石) / Al2O3nH2O (铝土矿) 最先析出的成分是最先析出的成分是钾钾，其次是其次是硅硅，最后才是，最后才是铝铝第7页/共99页云母云母（mica）：）： 白云母抗风化能力较强白云母抗风化能力较强 白云母在风化过程中，主要是析出钾和加入水，白云母在风化过程中，主要是析出钾和加入水，先变成水白云母，最后变为高岭石先变成水白云母，最后变为高岭石 黑云母的抗风化能力比白云母差得多。黑云黑云母的抗风化能力比白云母差得多。黑云母遭受风化后，钾、镁等成分首先析出，同时加母遭受风化后，钾、镁等成分首先析出，同时加入水，转变为蛭石、绿泥石、褐铁矿等入水，转变为蛭石、绿泥石、褐铁矿等第8页/共99页 橄榄石、辉石、角闪石橄榄石、辉石、角闪石等镁硅酸盐矿物抗等镁硅酸盐矿物抗风化能力低。风化能力低。 这些矿物在风化产物中保留较少，这些矿物在风化产物中保留较少，故在沉积岩中较少见。故在沉积岩中较少见。 各种粘土矿物各种粘土矿物（如高岭石、蒙脱石、水（如高岭石、蒙脱石、水云母等）在风化带中相当稳定。云母等）在风化带中相当稳定。 各种碳酸盐矿物各种碳酸盐矿物如方解石、白云石等，风如方解石、白云石等，风化稳定性甚小，极易溶于水并顺水转移。化稳定性甚小，极易溶于水并顺水转移。第9页/共99页 各种各种硫酸盐矿物硫酸盐矿物(如石膏、硬石膏如石膏、硬石膏)、硫化硫化物矿物物矿物(如黄铁矿如黄铁矿)、卤化物矿物卤化物矿物(如石盐如石盐)等，风化等，风化稳定性最低，最易溶于水，呈溶液状态流失走。稳定性最低，最易溶于水，呈溶液状态流失走。 重矿物重矿物（heavy mineral）： 风化稳定性的风化稳定性的差别很大，如锆石、金红石、电气石等较稳定，差别很大，如锆石、金红石、电气石等较稳定，为沉积岩中常见的稳定重矿物。为沉积岩中常见的稳定重矿物。第10页/共99页影响造岩矿物风化稳定性的因素影响造岩矿物风化稳定性的因素与它们的结晶温度有关与它们的结晶温度有关 与其化学成分的化学活泼性（主要是在与其化学成分的化学活泼性（主要是在水中的溶解能力）有关水中的溶解能力）有关 与其晶体构造特征及化学键强度有关与其晶体构造特征及化学键强度有关 第11页/共99页三、各种岩石的风化及其产物三、各种岩石的风化及其产物 岩石是矿物的集合体，因此岩石的风化及其岩石是矿物的集合体，因此岩石的风化及其产物主要由组成它的矿物的风化情况决定的产物主要由组成它的矿物的风化情况决定的 。 Weathering and products of various rocks 第12页/共99页美国科罗拉多州鲍尔德附近密西西比纪美国科罗拉多州鲍尔德附近密西西比纪花岗闪长岩的风化剖面花岗闪长岩的风化剖面第13页/共99页花花岗岗岩岩的的风风化化及及其其产产物物第14页/共99页 中性和碱性侵入岩中性和碱性侵入岩的风化情况大体与花岗质岩石相的风化情况大体与花岗质岩石相似似 基性和超基性侵入岩基性和超基性侵入岩主要由较易风化的橄榄石、辉主要由较易风化的橄榄石、辉石、基性斜长石组成，远比花岗质岩石易风化石、基性斜长石组成，远比花岗质岩石易风化 火山岩及火山碎屑岩火山岩及火山碎屑岩由于含有相当多的甚至大量的由于含有相当多的甚至大量的玻璃质或火山灰，故其风化速度相当快玻璃质或火山灰，故其风化速度相当快 沉积岩沉积岩的风化情况比较简单，其中以蒸发岩最易溶的风化情况比较简单，其中以蒸发岩最易溶解、最易风化，碳酸盐岩次之，粘土岩、石英砂岩、硅解、最易风化，碳酸盐岩次之，粘土岩、石英砂岩、硅岩等最难风化岩等最难风化第15页/共99页四、母岩风化过程中元素的转移顺序四、母岩风化过程中元素的转移顺序及母岩风化的阶段性及母岩风化的阶段性 Transportation sequence of elements in the course of weathering of source rocks，and stages of weathering 第16页/共99页1、风化过程中元素的析出顺序、风化过程中元素的析出顺序 母岩在化学风化过程中表现为某些元素的淋母岩在化学风化过程中表现为某些元素的淋滤分散和另外一些元素的残积富集两个方面。各滤分散和另外一些元素的残积富集两个方面。各种元素在特定的风化条件下迁移能力是不一样的，种元素在特定的风化条件下迁移能力是不一样的，因而造成各种元素按一定顺序从母岩中分离出因而造成各种元素按一定顺序从母岩中分离出来来即即元素的风化分异元素的风化分异。 第17页/共99页 前苏联学者前苏联学者雷波诺夫雷波诺夫(1934)首先根据河水中元素的首先根据河水中元素的含量与该河流域的岩石中相应元素的含量相比较的办含量与该河流域的岩石中相应元素的含量相比较的办法，了解各种元素迁移的相对活动性，并得出了元素法，了解各种元素迁移的相对活动性，并得出了元素迁移序列。迁移序列。 彼列尔曼彼列尔曼(1955)在在雷波诺夫雷波诺夫的研究基础上提出了的研究基础上提出了水水迁移系数迁移系数Kx，用来衡量元素在风化带中的迁移能力。，用来衡量元素在风化带中的迁移能力。 第18页/共99页将风化带中的元素分为五类：将风化带中的元素分为五类： 最易迁移元素最易迁移元素(Kx=n10n102)：CI，Br，I，S易迁移元素易迁移元素(Kx=nn10)：Ca，Mg，Na，F，Sr，K，Zn可迁移元素可迁移元素(Kx=n10-1n)：Cu，Ni，Co，V，Mn，Si(硅酸盐硅酸盐)，P惰性惰性(微弱迁移元素微弱迁移元素) (Kx 40时，出现时，出现“卡卡门涡街门涡街”，紊流，紊流(涡流涡流) （ ）a从层流过度到紊流（ ）cR e = 4 0 1 2 0（ ）bR e = 1 4 0在背流尾迹中具有不规则旋涡的层流层流R e 1，急流，超临界流，水浅流急，急流，超临界流，水浅流急 Fr=1，临界流，临界流 Fr1，静流，缓流或临界以下的流动，静流，缓流或临界以下的流动，水深流缓水深流缓 第34页/共99页 床沙表面可随水流强度变化而出现各种类型床床沙表面可随水流强度变化而出现各种类型床沙形体，一种类型的床沙形体不是固定不动的，而沙形体，一种类型的床沙形体不是固定不动的，而是通过组成床沙的砂砾颗粒的滚动、滑动或跳跃移是通过组成床沙的砂砾颗粒的滚动、滑动或跳跃移动而使床沙形体发生顺流或逆流移动。动而使床沙形体发生顺流或逆流移动。 这种现象在水力学中称为这种现象在水力学中称为沙波运动沙波运动。 第35页/共99页 明渠水流随着流动强度的加大，在床面上明渠水流随着流动强度的加大，在床面上会依次出现下列床沙形体：会依次出现下列床沙形体：无颗粒运动的平坦床沙、无颗粒运动的平坦床沙、沙纹、沙纹、沙浪、沙浪、沙丘、沙丘、过渡型过渡型(低角度沙丘低角度沙丘)、平坦床沙、平坦床沙、逆行沙丘、逆行沙丘、流槽和凹坑。流槽和凹坑。第36页/共99页4. 两种流体及其搬运和沉积作用方式两种流体及其搬运和沉积作用方式 牵引流牵引流(Traction current)符合牛顿流体定符合牛顿流体定律的流体。其搬运机制是流体动能拖曳牵引沉积律的流体。其搬运机制是流体动能拖曳牵引沉积物一起运动，如河流、风流和波浪流等。物一起运动，如河流、风流和波浪流等。 沉积物重力流沉积物重力流(Gravity flow)在重力作用在重力作用下发生流动的弥散有大量沉积物的高密度流体。下发生流动的弥散有大量沉积物的高密度流体。 第37页/共99页 牵引搬运牵引搬运(牵引作用牵引作用)能使碎屑物质作底负载移动能使碎屑物质作底负载移动的各种作用的各种作用 牵引流的搬运力牵引流的搬运力包括包括推力推力和和载荷力载荷力。推力推力(牵引力牵引力)与流速有关，与流速有关，载荷力载荷力(负荷力负荷力)与流量有关。推力大不与流量有关。推力大不一定负荷力大，反之亦然。一定负荷力大，反之亦然。 牵引流搬运方式牵引流搬运方式： 溶解载荷、悬移载荷、推移载溶解载荷、悬移载荷、推移载荷或床沙载荷。荷或床沙载荷。 重力流重力流搬运的驱动力主要起因于重力搬运的驱动力主要起因于重力 第38页/共99页二、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用二、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用 Transportation and sedimentation of clastic materials in water flow 碎屑颗粒在流水中的搬运和沉积，主要与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密切，是层流还紊流，是急水的流动状态关系密切，是层流还紊流，是急流还缓流；流还缓流； 还与碎屑颗粒的本身特点还与碎屑颗粒的本身特点(大小、大小、相对密度和形状等相对密度和形状等)有关。有关。 第39页/共99页1. 搬运方式搬运方式 推移搬运推移搬运(滚动搬运，包括跳跃搬运滚动搬运，包括跳跃搬运) 悬浮搬运悬浮搬运(悬移搬运悬移搬运) 2. 机械沉积作用机械沉积作用 处于搬运状态的碎屑物质，在一定的条件下，处于搬运状态的碎屑物质，在一定的条件下，主要是当流水的动力不足以克服碎屑的重力时，主要是当流水的动力不足以克服碎屑的重力时，碎屑物质就会沉积下来。碎屑物质就会沉积下来。 第40页/共99页 碎屑物质在静水中下沉情况可用碎屑物质在静水中下沉情况可用斯托克实验公式斯托克实验公式表示，表示，1850)： (适用于粒径的球形颗粒适用于粒径的球形颗粒)其中：其中：V 颗粒下沉速度颗粒下沉速度(cm/s)， d1-颗粒密度，颗粒密度， d2 水介质密度，水介质密度， g 重力加速度重力加速度(980cm/s2)， r 颗粒半径颗粒半径(cm) V= gr2 92 21dd 第41页/共99页 极细砂下沉极细砂下沉30m约需约需2h，而细粘土则约需，而细粘土则约需1年；如下沉年；如下沉30004000m，极细砂约需，极细砂约需10d，细粘土则约需，细粘土则约需100年。年。碎屑颗粒在静水中下沉速度与颗粒半径平方成正比碎屑颗粒在静水中下沉速度与颗粒半径平方成正比 碎屑颗粒在静水中下沉速度与其相对密度成正比碎屑颗粒在静水中下沉速度与其相对密度成正比 第42页/共99页 斯托克公式只有在静水或层流的条件下才适斯托克公式只有在静水或层流的条件下才适用。用。 斯托克公式是在假定颗粒为球形的情况下斯托克公式是在假定颗粒为球形的情况下求得的，假如颗粒不是球形，其沉速有所不同。求得的，假如颗粒不是球形，其沉速有所不同。实验证明，假设球形颗粒的沉速为实验证明，假设球形颗粒的沉速为100，则椭球形，则椭球形颗粒的沉速为颗粒的沉速为8461，立方体为，立方体为74，长柱体为，长柱体为50，片状颗粒为片状颗粒为8038； 第43页/共99页粒径对数坐标，m m流速对数坐标，c m /s继续搬运流速曲线开 始搬运流速曲线1 0 0 01 0 01 01 .00 .10 .0 0 10 .0 10 .11 .01 01 0 0尤尔斯特隆图解尤尔斯特隆图解 碎屑物质在流水中的搬运和沉积，流速和颗粒大碎屑物质在流水中的搬运和沉积，流速和颗粒大小之间的关系最为关键。小之间的关系最为关键。 第44页/共99页砾砂粉砂侵蚀 未固结的粘土和粉砂沉积搬运尤尔斯特隆的曲线（）1 9 3 9森德伯格的修正曲线（）1 9 5 6固结粘土和粉砂颗粒直径，-6-4-2024680 .512481 63 26 41 2 82 5 65 1 2流速，c m /s经森德伯格经森德伯格(Sundborg，1956)修改过的尤修改过的尤尔斯特隆图解尔斯特隆图解 第45页/共99页可滚动的床砂载荷的最大粒径，c m24681 000 .51 .01 .502 .02 .5可悬浮的砂粒最大粒径，c m流动强度增加P沃克沃克(Walker，1975)的图解的图解 当流动强度为P时，它所能滚动的砾石最大粒径为8cm，同时所悬浮的颗粒最大粒径为。 当流动强度略小于P时，可使粒径为8cm和的砾石同时沉积，从而形成双众数的砾岩。 当流动强度在P附近反复变动时，则可能形成粗、细砾石沉积的互层，其平均粒度分别为8cm和。 如果流动强度急剧减少，则可能造成分选极差的多众数的砾、砂、粉砂和泥的混合沉积物。 沉积1mm砂粒所需的流动强度要比沉积7cm砾石所需强度小得多，因此，在平均粒度为7cm的砾石沉积的孔隙中所充填1mm的砂，不可能是同时沉积物。 第46页/共99页3. 碎屑物质在流水搬运过程中的变化碎屑物质在流水搬运过程中的变化 成分上的变化：不稳定组分逐渐减少，稳定组分则成分上的变化：不稳定组分逐渐减少，稳定组分则相应增加，同其它组分也就变得更加简单了。相应增加，同其它组分也就变得更加简单了。 碎屑颗粒度逐渐变小碎屑颗粒度逐渐变小 碎屑颗粒的圆度逐渐碎屑颗粒的圆度逐渐变好变好 碎屑颗粒的球度也有碎屑颗粒的球度也有所增高所增高 第47页/共99页4. 碎屑物质在流水搬运及沉积作用碎屑物质在流水搬运及沉积作用过程中的分异作用过程中的分异作用 沉积分异作用沉积分异作用(Sedimentary Differentiation)母岩在风母岩在风化产物在搬运和沉积过程中根据本身特性，在外部条件的化产物在搬运和沉积过程中根据本身特性，在外部条件的影响下，按照一定顺序分别堆积在一定程度上是可以分开影响下，按照一定顺序分别堆积在一定程度上是可以分开的地表沉积带内。的地表沉积带内。 母岩风化产物以及其它来源的沉积物，在搬运和沉积母岩风化产物以及其它来源的沉积物，在搬运和沉积过程中按照颗粒大小、形状、比重、矿物成分和化学成分过程中按照颗粒大小、形状、比重、矿物成分和化学成分在地表依次沉积下来，这种现象称作在地表依次沉积下来，这种现象称作地表沉积分异作用地表沉积分异作用。 第48页/共99页沉积分异作用包括：沉积分异作用包括： 粒度分异粒度分异 相对密度的分异相对密度的分异 形状上的分异，片状碎屑颗粒较粒形状上的分异，片状碎屑颗粒较粒状碎屑颗粒搬运远，状碎屑颗粒搬运远， 成分分异成分分异第49页/共99页 机械沉积分异作用机械沉积分异作用(mechanical sedimentary differentiation)碎屑物质在搬运和沉积过程中，碎屑物质在搬运和沉积过程中，当介质运动的速度和运移的能力在一定的方向上作有当介质运动的速度和运移的能力在一定的方向上作有规律的变化时，它们也相应按照颗粒大小、密度和形规律的变化时，它们也相应按照颗粒大小、密度和形状发生分异，依次沉积。状发生分异，依次沉积。 与沉积分异作用相对立的是与沉积分异作用相对立的是“掺和作用掺和作用”或或“混合作用混合作用”、“混杂作用混杂作用”。 第50页/共99页三、碎屑物质在海、湖水中的搬三、碎屑物质在海、湖水中的搬运和沉积作用运和沉积作用 Transportation and sedimentation of clastic materials in sea and lake water 陆地表面流水搬运的碎屑物质，大部分都陆地表面流水搬运的碎屑物质，大部分都注入海洋，其次是湖泊。海、湖是流水搬运碎注入海洋，其次是湖泊。海、湖是流水搬运碎屑物质的最终场所。屑物质的最终场所。 第51页/共99页1. 碎屑物质在海水中的搬运和沉积作用碎屑物质在海水中的搬运和沉积作用 引起海洋中碎屑物质搬运和沉积的营引起海洋中碎屑物质搬运和沉积的营力主要是波浪和潮汐，其次是海流。力主要是波浪和潮汐，其次是海流。 第52页/共99页 波浪波浪主要由风引起，波浪的大小主要取主要由风引起，波浪的大小主要取决于风的大小。决于风的大小。 波基面波基面(浪底浪底) (wave base)波浪作用的波浪作用的下限，即波浪所影响的最大深度。下限，即波浪所影响的最大深度。 除正常天气情况下，碎屑物质在横向和纵向波浪作除正常天气情况下，碎屑物质在横向和纵向波浪作用下的搬运和沉积作用外。还有阵发性的用下的搬运和沉积作用外。还有阵发性的风暴浪风暴浪将浅海沉将浅海沉积物卷起而重新搬离或搬向海岸，形成积物卷起而重新搬离或搬向海岸，形成风暴沉积物风暴沉积物。 第53页/共99页 潮汐作用潮汐作用对滨岸地区的碎屑物质影响很大，对滨岸地区的碎屑物质影响很大，在潮汐作用带，水体作大规模地涨潮和落潮运动，在潮汐作用带，水体作大规模地涨潮和落潮运动，因此也使水底的碎屑物质作相应的往返运动。因此也使水底的碎屑物质作相应的往返运动。 第54页/共99页 近岸地带的近岸地带的海流海流或深海的或深海的浊流浊流、等深流等深流、内潮汐流内潮汐流、冷流冷流、暖流暖流、赤道洋流赤道洋流和和上返洋流上返洋流等对碎屑物质的搬运和沉积均有一定的作用等对碎屑物质的搬运和沉积均有一定的作用 。 第55页/共99页 海洋中碎屑物质在波浪、潮汐等的海洋中碎屑物质在波浪、潮汐等的长期作用下，也会发生成分、粒度、圆度长期作用下，也会发生成分、粒度、圆度上的变化以及分异作用。上的变化以及分异作用。 第56页/共99页2. 碎屑物质在湖水中的搬运和沉积作用碎屑物质在湖水中的搬运和沉积作用 与海洋相比，湖泊面积小，缺乏潮汐作用，与海洋相比，湖泊面积小，缺乏潮汐作用，因此，湖浪和湖流是潮泊中搬运和沉积碎屑物因此，湖浪和湖流是潮泊中搬运和沉积碎屑物质的主要营力。质的主要营力。 第57页/共99页四、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用四、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用 自学为主自学为主 Transportation and sedimentation of clastic materials in air 第58页/共99页风是碎屑物质在空气中搬运和沉积的主要风是碎屑物质在空气中搬运和沉积的主要营力力 在干旱地区，这种搬运和沉积作用是主要的在干旱地区，这种搬运和沉积作用是主要的 空气只能搬运碎屑物质，而不能搬运溶解物质空气只能搬运碎屑物质，而不能搬运溶解物质第59页/共99页五、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用五、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用 Transportation and sedimentation of clastic materials in glacier 自学为主自学为主 第60页/共99页 在寒冷的两极地区和高寒山区，冰在寒冷的两极地区和高寒山区，冰川的搬运及沉积作用是主要的。川的搬运及沉积作用是主要的。 第61页/共99页冰川的搬运与堆积冰川的搬运与堆积冰碛物冰碛物冰川冰川携带的碎屑物质携带的碎屑物质冰川具有巨大的搬运能力冰川具有巨大的搬运能力南极大陆冰盖南极大陆冰盖第62页/共99页冰碛物的基本特征：冰碛物的基本特征： 结构疏松，大小混杂，分选极差；结构疏松，大小混杂，分选极差；冰碛物中砾石磨圆极差；冰碛物中砾石磨圆极差；一般缺乏层理构造。一般缺乏层理构造。 第63页/共99页第三节第三节 溶解物质的搬运和沉积作用溶解物质的搬运和沉积作用 Transportation and sedimentation of dissolved materials 第64页/共99页一、概述一、概述(Introduction) 母岩风化产物中的溶解物质，主要为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。等。 前面的溶解度较大，前面的溶解度较大，多呈真溶液；多呈真溶液； 后面的溶解后面的溶解度较小，多呈胶体溶液。度较小，多呈胶体溶液。 它们均呈溶解状态，在河水或地下水中，向湖泊和海洋中转移。它们均呈溶解状态，在河水或地下水中，向湖泊和海洋中转移。 第65页/共99页二、胶体溶液物质的搬运和沉积作用二、胶体溶液物质的搬运和沉积作用 Transportation and sedimentation of colloid solution materials 胶体胶体：一种物质的细微质点分散在另一种：一种物质的细微质点分散在另一种物质中的不均匀分散体系。物质中的不均匀分散体系。 胶体质点一般介于胶体质点一般介于1001m之间，多呈分之间，多呈分子状态。子状态。 胶体质点常有电荷。胶体质点常有电荷。 第66页/共99页 胶体沉积物的特征：胶体沉积物的特征： 常呈钟乳状、肾状、豆状、胶冻状等常呈钟乳状、肾状、豆状、胶冻状等常具贝壳状断口常具贝壳状断口多为含水矿物，且含水量很不固定多为含水矿物，且含水量很不固定其化学成分也不够固定其化学成分也不够固定常具离子交换性及吸附性常具离子交换性及吸附性常失水干裂老化或重结晶常失水干裂老化或重结晶第67页/共99页三、真溶液物质的搬运和沉积作用三、真溶液物质的搬运和沉积作用 Transportation and sedimentation of true solution materials 母岩风化产物中的真溶液物质主要是母岩风化产物中的真溶液物质主要是Cl、S、Ca、Na、K、Mg等，等，P、Si、Al、Fe、Mn等也等也可部分呈真溶液状态。可部分呈真溶液状态。 第68页/共99页 真溶液物质的搬运及沉积作用的根本控制因真溶液物质的搬运及沉积作用的根本控制因素是它们的溶解度素是它们的溶解度 溶解度越大，越易搬运，越难沉积。溶解度越大，越易搬运，越难沉积。 溶解度越小，越易沉积，越难搬运。溶解度越小，越易沉积，越难搬运。 第69页/共99页 Fe、Mn、Si、Al等溶解物质的溶解度较小，等溶解物质的溶解度较小，易于沉淀，在它们的搬运和沉积作用中，水介质易于沉淀，在它们的搬运和沉积作用中，水介质的各种物理化学条件的影响十分重要。的各种物理化学条件的影响十分重要。 各种铁、锰矿物生成时所需要的PH值及EH值第70页/共99页SiO2及CaCO3的溶解度与介质PH值的关系Al2O3的溶解度与介质PH值的关系第71页/共99页 对于溶解度大的物质的搬运和沉积作用，水介质的影对于溶解度大的物质的搬运和沉积作用，水介质的影响不大。它们只有在干热的气候条件下，在封闭或半封闭的响不大。它们只有在干热的气候条件下，在封闭或半封闭的盆地中，或在水循环受限制的潮上地带，即在蒸发条件下，盆地中，或在水循环受限制的潮上地带，即在蒸发条件下，才能沉积下来。如石膏、硬石膏、钠盐、钾盐、镁盐等。才能沉积下来。如石膏、硬石膏、钠盐、钾盐、镁盐等。第72页/共99页四、生物的搬运和沉积作用四、生物的搬运和沉积作用 Transportation and sedimentation by organisms 生物生物在母岩风化产物的搬运和沉积过程中起在母岩风化产物的搬运和沉积过程中起着重要的作用，不少沉积岩和沉积矿产的形成都与着重要的作用，不少沉积岩和沉积矿产的形成都与生物作用有关，或直接由生物作用而形成。如碳酸生物作用有关，或直接由生物作用而形成。如碳酸盐岩、磷酸盐岩、沉积铁矿、硅藻土、白垩、煤、盐岩、磷酸盐岩、沉积铁矿、硅藻土、白垩、煤、油页岩和石油等。油页岩和石油等。 第73页/共99页 在各类生物中，尤以在各类生物中，尤以藻类藻类和和细菌细菌等微生物等微生物在沉积岩和沉积矿产形成作用中的意义较大。在沉积岩和沉积矿产形成作用中的意义较大。 生物的搬运和沉积作用有两种方式：生物的搬运和沉积作用有两种方式： 生物通过新陈代谢作用，在其生活过程中不断地生物通过新陈代谢作用，在其生活过程中不断地从周围介质中吸取一定的物质成分，从而把一些元素从周围介质中吸取一定的物质成分，从而把一些元素富集起来富集起来 。 另一种方式是由于生物作用而引起的周围介质条另一种方式是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。件的改变，从而影响某些物质的搬运和沉积。 第74页/共99页五、化学沉积分异作用五、化学沉积分异作用 Chemical sedimentary differentiation 化学沉积分异作用化学沉积分异作用受化学原理支配的分异作用受化学原理支配的分异作用 母岩风化产物中的溶解物质，在搬运和沉积过程中，由母岩风化产物中的溶解物质，在搬运和沉积过程中，由于各元素和化合物彼此在化学性质上的差异于各元素和化合物彼此在化学性质上的差异(主要是化学活泼主要是化学活泼性或溶解度大小性或溶解度大小)，它们从溶液中按一定先后顺序沉淀出，它们从溶液中按一定先后顺序沉淀出来，从而逐渐产生了分异。来，从而逐渐产生了分异。 第75页/共99页第76页/共99页六、两种沉积分异作用的关系及其地质意义六、两种沉积分异作用的关系及其地质意义 1. 关系关系 机械沉积分异作用进行得较早，化学沉积分异作机械沉积分异作用进行得较早，化学沉积分异作用进行得较晚用进行得较晚 第77页/共99页机械沉积分异作用机械沉积分异作用 化学沉积分异作用化学沉积分异作用 砂和粉砂阶段砂和粉砂阶段 铁的氧化物阶段铁的氧化物阶段 粘土沉积阶段粘土沉积阶段 碳酸盐阶段碳酸盐阶段 已基本结束已基本结束硫酸盐及卤化物阶段硫酸盐及卤化物阶段 第78页/共99页2. 意义意义 两种沉积分异作用的结果，就形成了各种类两种沉积分异作用的结果，就形成了各种类型的机械沉积岩和化学沉积岩以及相应的各种型的机械沉积岩和化学沉积岩以及相应的各种沉积矿产。沉积矿产。 分异作用进行越彻底，各种类型的沉积岩在分异作用进行越彻底，各种类型的沉积岩在成分上和结构上的成熟度就越高，从而越易形成分上和结构上的成熟度就越高，从而越易形成各种沉积矿产。成各种沉积矿产。 第79页/共99页七、正常沉积作用和事件沉积作用七、正常沉积作用和事件沉积作用 Normal sedimentation and event sedimentation 正常沉积作用正常沉积作用：正常情况或条件下发生的搬运和：正常情况或条件下发生的搬运和沉积作用，这一作用过程是缓慢的、均变的。沉积作用，这一作用过程是缓慢的、均变的。 事件沉积作用事件沉积作用：指事件性的、阵发性的或灾变性的搬：指事件性的、阵发性的或灾变性的搬运和沉积作用。这类作用的发生和发展可能是瞬间的、短运和沉积作用。这类作用的发生和发展可能是瞬间的、短暂的，但其作用过程是快速的暂的，但其作用过程是快速的。 第80页/共99页 事件作用所挟带的大量砂、砾、泥等碎屑物质一事件作用所挟带的大量砂、砾、泥等碎屑物质一旦沉积下来，一般就不再被搬运了。旦沉积下来，一般就不再被搬运了。 如沉积物重力流、泥石流和洪水流、火山喷发如沉积物重力流、泥石流和洪水流、火山喷发碎屑流、风暴流、地震、陨石雨降落等碎屑流、风暴流、地震、陨石雨降落等。 与正常沉积作用相比，事件沉积作用及其产物肯有与正常沉积作用相比，事件沉积作用及其产物肯有明显的明显的等时性等时性，所以，这一作用也叫，所以，这一作用也叫幕式沉积作用幕式沉积作用。 正常沉积和事件沉积可发生于同一沉积环境，正常沉积和事件沉积可发生于同一沉积环境，二者交替进行。二者交替进行。 第81页/共99页第四节第四节 沉积后作用及其阶段划分沉积后作用及其阶段划分 Postsedimentation process and stage division Sedimentary PetrologyP4146第82页/共99页一、概述一、概述(Introduction) 沉积物的形成阶段沉积物的形成阶段：母岩风化产物以及其它：母岩风化产物以及其它来源的物质成分，在搬运和沉积作用之后，就变来源的物质成分，在搬运和沉积作用之后，就变成了沉积物。成了沉积物。 沉积后作用：沉积后作用：泛指沉积物形成之以后，到泛指沉积物形成之以后，到沉积岩遭受风化作用和变质作用之前这一演化沉积岩遭受风化作用和变质作用之前这一演化阶段的所有变化或作用。亦称为阶段的所有变化或作用。亦称为广义的成岩作广义的成岩作用用。 第83页/共99页母岩母岩沉积物形成阶段沉积物形成阶段成岩作用阶段成岩作用阶段沉积岩沉积岩风化作用风化作用变质作用变质作用沉沉积积岩岩的的形形成成与与演演化化后生作用阶段后生作用阶段沉沉积积后后作作用用成岩作用后生作用第84页/共99页 广义的成岩作用包括广义的成岩作用包括狭义的成岩作用狭义的成岩作用和和后生后生作用作用两个阶段。两个阶段。 成岩作用成岩作用(diagenesis)：沉积物转变沉积岩所：沉积物转变沉积岩所发生的一系列变化。发生的一系列变化。 后生作用后生作用(catagenesis)：沉积物形成以后到遭：沉积物形成以后到遭受风化作用或变质作用以前的变化。受风化作用或变质作用以前的变化。 沉积后作用的沉积后作用的上限上限为沉积物表面或潜水面为沉积物表面或潜水面沉积后作用的沉积后作用的下限下限为变质岩带顶为变质岩带顶(220，1000bar) 第85页/共99页二、沉积后作用阶段的划分二、沉积后作用阶段的划分 沉积后作用阶段的划分，到目前为止也还没有一个沉积后作用阶段的划分，到目前为止也还没有一个公认的、统一的划分方案。公认的、统一的划分方案。 1.根据粘土矿物成分来划分根据粘土矿物成分来划分2.根据煤岩学来划分根据煤岩学来划分3.根据地球化学不环境来划分根据地球化学不环境来划分4.根据埋深来划分根据埋深来划分5.综合划分方案综合划分方案 第86页/共99页成岩作用阶段的划分和对比成岩作用阶段的划分和对比 第87页/共99页三、有关术语的阐明三、有关术语的阐明 1. 埋藏成岩作用埋藏成岩作用(buried diagenesis)：碎屑沉积物随：碎屑沉积物随埋深增加，主要由于机械压实作用和化学胶结作用，致埋深增加，主要由于机械压实作用和化学胶结作用，致使岩石逐渐变致密、孔隙度减小、物性变差等一系列物使岩石逐渐变致密、孔隙度减小、物性变差等一系列物理和化学变化直到变质作用。理和化学变化直到变质作用。 2. 沉积后作用沉积后作用(postsedimentation process)：泛指沉：泛指沉积物形成以后到沉积岩遭受风化作用和变质作用以前这积物形成以后到沉积岩遭受风化作用和变质作用以前这一演化阶段的所有变化和作用。一演化阶段的所有变化和作用。 第88页/共99页 3. 同生作用同生作用(syngenesis)：指沉积物刚刚形成以后而：指沉积物刚刚形成以后而尚与上覆水体相接触时的变化。如尚与上覆水体相接触时的变化。如海解作用海解作用、海海底风化作用底风化作用及及陆解作用陆解作用等等 。 4. 准同生作用准同生作用(penesyngenesis)：主要是指潮上带的：主要是指潮上带的疏松碳酸钙沉积物被高镁粒间盐水白云化的作用疏松碳酸钙沉积物被高镁粒间盐水白云化的作用 。 5. 成岩作用成岩作用(diagenesis)：指上覆沉积物不断增加使早：指上覆沉积物不断增加使早期沉积物逐渐被掩埋，直至基本上与上覆水体脱离，使沉期沉积物逐渐被掩埋，直至基本上与上覆水体脱离，使沉积物在新的物理化学条件下，产生新的平衡，致使疏松的积物在新的物理化学条件下，产生新的平衡，致使疏松的沉积物固结成岩的全部变化过程。沉积物固结成岩的全部变化过程。 第89页/共99页 6. 后生作用后生作用(anadiagenesis / catagenesis)：继成岩作用：继成岩作用阶段之后，在沉积岩转变为变质岩之前或遭受风化作用阶段之后，在沉积岩转变为变质岩之前或遭受风化作用之前所产生的一切作用和变化。之前所产生的一切作用和变化。 7. 表生作用表生作用(epigenesis)：指沉积物抬升到近地表，：指沉积物抬升到近地表，在潜水面以下常温常压或低温低压条件下，由于渗透在潜水面以下常温常压或低温低压条件下，由于渗透水和浅部地下水水和浅部地下水(包括上升水包括上升水)的影响下所发生的变化。的影响下所发生的变化。 第90页/共99页四、沉积期后的影响因素四、沉积期后的影响因素 沉积物脱离沉积环境进入沉积期后变化阶段，沉积物脱离沉积环境进入沉积期后变化阶段，实质上是沉积物在新的条件下，重新建立起新的平实质上是沉积物在新的条件下，重新建立起新的平衡的过程。衡的过程。 影响这一平衡过程的因素主要有：影响这一平衡过程的因素主要有： 沉积物沉积物的成分、温度、压力、以及层间水溶液的性质的成分、温度、压力、以及层间水溶液的性质(溶度积、自由度、溶度积、自由度、PH值、值、Eh值、浓度、溶解气值、浓度、溶解气体的状况等体的状况等) 。 第91页/共99页五、沉积后作用主要类型五、沉积后作用主要类型 1. 压实作用(compaction) 2. 压溶作用(pressure-solution) 3. 胶结作用(cementation)和固结作用(consolidation) 4. 重结晶作用(recrystallization)和矿物的多相转变作用(neomorphism of mineral) 5. 交代作用(replament) 6. 溶解作用(dissolution) 第92页/共99页第五节第五节 沉积岩的分类沉积岩的分类 Classification of sedimentary rocks第93页/共99页原始物质成分来源 砾岩 砂岩 粉砂岩 碎屑岩 按粒度划分 粘土岩 碳酸盐岩 硫酸盐岩 卤化物岩 硅岩 1.主要由母岩风化产物形成的沉积岩(按母岩风化产物的类型和其搬运沉积作用不同，再划分为两类) 化学岩 按成分划分 其它化学岩 2.主要由火山碎屑物质组成的沉积岩 火山碎屑岩 可燃生物岩 沉沉 积积 岩岩 3.主要由生物遗体组成的沉积岩 按可燃性划分 非可燃生物岩 一、沉积岩基本类型划分一、沉积岩基本类型划分 第94页/共99页二、一些问题的说明二、一些问题的说明 1. 关于粘土岩关于粘土岩 为什么将粘土岩划归碎屑岩中为什么将粘土岩划归碎屑岩中? 沉积岩中的粘土物质基本上是母岩风化的产物经过机械沉积岩中的粘土物质基本上是母岩风化的产物经过机械搬运和沉积作用而来的，基本上是陆源的，由化学作用在搬运和沉积作用而来的，基本上是陆源的，由化学作用在沉积环境中新生成的粘土矿物为量很少。沉积环境中新生成的粘土矿物为量很少。 2. 碳酸盐岩碳酸盐岩 虽然颗粒石灰岩的沉积机理主要是机械的，但其颗粒虽然颗粒石灰岩的沉积机理主要是机械的，但其颗粒的生成还是化学作用或生物作用为主的。的生成还是化学作用或生物作用为主的。 第95页/共99页 3. 关于生物化学岩关于生物化学岩 实际上是生物岩与化学岩之间的过渡岩石类型，如生实际上是生物岩与化学岩之间的过渡岩石类型，如生物石灰岩、礁石灰岩、白垩、硅藻岩等。物石灰岩、礁石灰岩、白垩、硅藻岩等。 4. 关于附生岩关于附生岩 象含铜、铀、硫、沸石、海绿石以及其他特殊元象含铜、铀、硫、沸石、海绿石以及其他特殊元素或矿物的沉积岩，由于其经济意义较大，常受人们素或矿物的沉积岩，由于其经济意义较大，常受人们的格外重视，并常被称作的格外重视，并常被称作“含铜岩含铜岩”、“含铀岩含铀岩”、“含海绿石岩含海绿石岩”等。等。 第96页/共99页 5. 关于异地岩和原地岩关于异地岩和原地岩 异地岩异地岩-指其沉积物是外来的。指其沉积物是外来的。 原地岩原地岩-指其沉积物是当地生成的。指其沉积物是当地生成的。 6. 关于内源岩和外源岩关于内源岩和外源岩 外源岩外源岩-指其物质成分来自沉积环境以外。指其物质成分来自沉积环境以外。 内源岩内源岩-指其物质成分来自沉积环境以内。指其物质成分来自沉积环境以内。 第97页/共99页沉积岩的形成母岩沉积物火成岩变质岩沉积岩构造运动地壳抬升风化和剥蚀作用碎屑物质溶解物质残余物质搬运沉积岩浆作用火山活动火山活动火山碎屑生物演化死亡、堆积死亡、堆积生物遗体搬运沉积搬运沉积宇宙物质坠落成岩作用第98页/共99页感谢您的观看！第99页/共99页