沉积物的来源.doc

第一章 沉积物的来源第一节 概述物源区 原始沉积物质 搬运和沉积作用 原始物质的形成阶段沉积区 松散的沉积物 成岩作用 沉积物的搬运和沉积作用阶段埋藏区 沉积岩 沉积后作用阶段原始沉积物质组成沉积岩的原始沉积物质来源有：由生物的生命活动所产生的沉积物以及来自地壳深部物质组成的沉积物也占有一定的比例，而宇宙来源的沉积物则数量甚微。母岩：是供给沉积岩原始物质成分的岩石，主要是岩浆岩和变质岩，也包括早已形成的沉积岩。物源区（母岩区）：物源（母岩）分布的地区。第二节 沉积物的主要来源母岩风化产物一、风化作用概述风化作用是地壳表层的一种破坏作用；因温度变化、水以及各种酸的溶蚀左右，生物作用以及各种地质营利的剥蚀作用等，地壳表层岩石处于不稳定状态，逐渐遭受破坏，在原地发生变化转变为风化产物的过程。根据作用的性质和因素不同1、物理风化作用：指岩石只发生机械破碎不发生化学变化的一种作用。温度变化，晶体生长，重力作用，水、冰及风的破坏侵蚀作用，都可以使岩石和矿物的发生机械破碎，形成岩石和矿物碎屑。（球形风化现象原理图示）温差作用是因气候变化而导致岩石产生崩解。由于岩石导热性差，不同的造岩矿物有不同的体胀系数。白天太阳照射，热向岩石内部传递，岩石内外之间出现温差，结果在岩石表里之间产生平行裂隙，使岩石表面出现层层脱落。晚上因内热外冷，表里不一，于是出现垂直于岩石表面的裂隙，最后崩解为沙泥。 （水结冰使岩石裂缝扩大图示）冰劈作用是当昼夜气温在0上下变动时，渗透在岩石裂隙中的水，时而冻结，时而溶解。冰冻时因体积增大，使岩石裂隙扩张，最后使岩石崩解 。一般说来，冰冻风化主要发生在弯弯曲曲的岩石裂隙中，因为向上张开的“V”形裂隙，在产生冰劈时，压力会向冰帽方向转移，岩石就不易产生进一步的破坏。在干旱和半干旱地区，由于盐类在岩石裂隙中的过饱和结晶，也同样可以挤碎岩石。 2、化学风化作用：既形成新的矿物和新物质，也形成碎屑物质。 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，使其分解而产生新物质和新矿物的过程称为化学风化作用。化学风化作用包括：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，又有间接的作用。 风化作用的结果是破坏岩石。在地球表面，各种风化作用是同时进行而又相互促进的，只是有主次之分而已。 一方面，是由岩石的性质和外界条件决定的，在遭受风化过程中，岩石本身的性质是内因，它决定风化产物的性质；外界条件是外因，它只决定风化作用的方式和强弱程度，而且是通过内因起作用的。另一方面，由于机械破碎使得母岩产生许多裂隙或破碎成小块，这就增大了岩石与周围介质的接触面，大大促进了化学分解；反过来，化学分解可降低母岩的硬度和强度，又给机械破碎创造了有利条件。但就全部风化作用而言，化学和生物化学风化作用具有重要的意义，尤其是生物化学风化作用更是如此。元素组成矿物集合体岩石二、化学元素的分异在相同的特定风化条件下，各类造岩元素从母体中析出的难易程度不同，从而按照一定的顺序从母体中分离出来的现象。某些元素的淋滤分散和另一些元素的残积、富集水迁移系数(Kx): 衡量元素在风化带中的迁移能力。此系数为河水干渣中的元素含量在该流域岩石中相应元素含量的比值。Kx越大，表明从岩石淋溶进入水中的量越多，即迁移能力越强。1、最易迁移元素 （ Kx=n10n102)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等；3、可迁移元素 （ Kx=n10-1n)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、V、Sc、Y、Tr等；5、几乎不迁移元素 （ Kx 斜长石； 多钠的酸性斜长石中性斜长石多钙的基性斜长石总的说来，长石类矿物抵抗风化的能力不强，故在沉积岩的碎屑长石中新鲜者少见，多少均受到风化。若为新鲜的碎屑长石，则需干燥的气候和迅速堆积埋藏的条件。否则就可能是新鲜而自形的自生长石或为火山坠落物质。（2）风化产物：3、云母4、铁镁硅酸盐矿物（抗风化能力比石英、长石、云母差的多。）橄榄石 辉石 伊利石蒙脱石 蛋白石、铝土矿7、硫酸盐矿物、硫化物矿物、卤化物矿物最易溶于水，呈溶液态流失8、岩浆岩、变质岩次要矿物或副矿物风化稳定性差别很大石榴石、锆英石、刚玉、电气石、锡石等重矿物是风化稳定性较高的矿物，在沉积岩中出现造岩矿物的风化稳定性的影响因素1、造岩元素风化分异作用（元素迁移顺序）2、矿物的结晶温度（鲍文反应系列）矿物的风化稳定性相差很大，一般岩浆晚期形成的矿物稳定性较高，抗风化有力强；岩浆早期形成的矿物抗风化能力较弱。但金刚石？3、矿物的晶体化学性质（晶体结构）四、母岩的风化及其产物1、各种岩石的风化及其产物花岗岩：2、母岩风化的阶段性质造岩矿物因化学性质和物理性质不同，在风化过程中具有明显的阶段性。一种原生矿物随着风化程度的加深，通过一系列中间阶段，依次形成一些过渡性矿物，然后转化为最终产物。 由于造岩矿物风化显示出明显阶段性，因此由造岩矿物组成的母岩，其风化过程的变化也会出现阶段性。前苏联学者波雷诺夫根据元素从风化带中析出的顺序，将结晶岩的风化过程分为四个阶段，不同阶段有其独特的风化产物（以玄武岩为例）。 机械破碎阶段（碎屑阶段）：以物理风化为主，风化产物主要为岩屑或矿物碎屑。组成母岩的元素或化合物成分转移甚微。物理风化为主 岩石或矿物碎屑玄武岩的主要矿物成分以辉石和斜长石为代表饱和硅铝阶段：岩石中如有氯化物和硫酸盐将全部被溶解，Cl-和SO42-全部被带出。然后在O2、CO2和H2O的共同作用下，铝硅酸盐和硅酸盐矿物开始分解，游离出K+、Na+、Ca2+、Mg+2，其中Ca+2和Na+的流失要比K+和Mg2+容易。这些阳离子的存在，使介质呈碱性或中性，并使少量SiO2转入溶液。这个阶段形成的粘土矿物有蒙脱石、水云母、拜来石、绿脱石以及绿泥石等。同时，碱性条件下难溶的碳酸钙开始堆积。a.化学风化开始，氯化物和硫酸盐全部溶解，带出Cl-和SO42-b.O2和H2O共同作用 辉石、斜长石等铝硅酸盐和硅酸岩矿物分解，游离出碱金属 和碱土金属（Na+、K、Ca2+、Mg)离子，Ca2、Na流失比K+、Mg2+快些；c、析出的阳例子使溶液呈碱性或中性，使部分SiO2转入溶液；d、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。酸性硅铝阶段：(粘土型风化作用）碱金属和碱土金属大量被溶滤掉，SiO2进一步游离出来，随着有机质分解形成大量有机酸和CO2，使介质变为酸性，使饱和硅铝阶段形成的矿物(蒙脱石、水云母等)转变在酸性条件下稳定的不含碱和碱土金属的粘土矿物(高岭石、变埃洛石等)。通常将达到这一阶段的风化作用称为粘土型风化作用。a.几乎全部的Ca2+、Na+、Mg2+等碱金属和碱土金属被带走；b.SiO2进一步进入溶液，介质由中、碱性转为酸性；C、形成不含Ca2+、Na+、Mg2+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。铝铁土阶段：（红土型风化作用）这是风化的最后阶段。在此阶段铝硅酸盐矿物被彻底分解，碱和碱土金属全部游离出来，加上有机酸被地表水淋走或冲淡，使介质又呈碱性或中性，SiO2大量流失。此时全部可移动的元素都已被带走，主要剩下铁和铝的氧化物及部分二氧化硅，在原地形成水铝石、褐铁矿、针铁矿、赤铁矿及蛋白石的堆积。由于它是一种红色疏松的铁质或铝质土壤，所以也称红土。达到此阶段的风化作用通常为红土型风化作用。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。风化作用能否达到铝铁土阶段，取决于当时的气候、地形、地壳运动强度、母岩性质和风化时间长短等因素。其中特别是气候因素，如在干旱沙漠地区，母岩风化可长期停留在碎屑阶段；植被发育的温暧潮湿的亚热带，则可达到并长期停留在酸性硅铝阶段；而在潮湿炎热的热带区，则可达到铝铁土阶段。 主要造岩矿物和岩石在风化作用过程中的稳定性 造岩矿物在风化时的稳定性决定于两方面的因素：首先是内因，即造岩矿物对化学风化的稳定程度决定于它的化学成分和内部构造 岩石是由造岩矿物组成的，因而各类岩石在风化时的稳定程度决定于它所含的矿物成分。如超基性岩和基性岩，主要成分是易风化的铁镁矿物和基性斜长石，因而易受风化；酸性岩浆岩则相反，因它主要由石英、钾长石和酸性斜长石等稳定性较高的矿物组成，故抵抗风化的能力也较强，不易受风化；中性岩浆岩的风化性质介于前二者之间。在沉积岩中，砂岩的主要成分为碎屑石英，不易受化学分解，而以机械破碎为主；粘土岩一般也较稳定，但易碎解呈细小碎屑被搬运；石灰岩在干寒地区以机械破碎为主，在湿热地区则以溶解为主；硅质岩则很难发生化学风化。 与岩石结构的均一程度的细密程度有关。一般结构均一的岩石、粒度细小致密的岩石(如流纹岩、安山岩、凝灰岩、千枚岩、粉砂岩等)抗风化能力较强，在沉积岩中广泛分布；粒度粗结构不均一的岩石(如花岗岩、伟晶岩、片麻岩、砾岩、砂砾岩等)抗风化能力较弱，在沉积岩中较少出现且多发育在砾岩、砂砾岩、粗砂岩中。其次是外因，即造岩矿物的风化条件，主要是古地理、古气候条件。各种造岩矿物在风化时的稳定性不同，其风化习性和风化产物也不同。3、母岩风化物的类型地壳表层岩石风化的结果，形成了三种性质不同的风化产物。(1)碎屑残留物质： 主要指母岩的岩石碎屑和矿物碎屑。在风化作用的第一阶段，这种碎屑残留物质最发育。到第四阶段，这种物质就很少了，只有那些风化稳定性很高的石英才可能幸存下来。这种物质在初始阶段大部分残留在母岩区，后来将可能被各种营力搬运走。(2)新生成的矿物： 主要指在化学风化过程中新生成的粘土矿物及氧化物或氢氧化物，如水白云母、高岭石、蒙脱石、蛋白石、铝土矿、褐铁矿等。这些物质在初始阶段也大都存在于母岩的风化带中。(3)溶解物质： 主要指母岩在化学风化过程中被溶解的成分，如Cl、S、Ca、Na、Mg、K、Si、Fe、Al、P等。这些物质大都呈真溶液或胶体溶液状态顺水流走，转移至远离母岩区的湖泊或海洋中去。母岩风化产物是沉积岩最主要的物质来源。这三类风化产物构成了最常见的三类沉积岩的基本物质； 即碎屑残留物质(碎屑物质)是陆源碎屑岩(砾岩、砂岩、粉砂岩)的主要成分； 新生成的矿物中的粘土矿物是陆源碎屑岩中粘土岩的主要成分； 溶解物质则构成了化学岩、生物化学岩或生物礁的主要成分。风化产物的性质影响以后所生成的沉积岩的性质从母岩风化作用开始，沉积岩的形成作用就开始了五、风化壳1、概念：地壳表层岩石风化的产物，除一部分溶解物质流失外，其碎屑残余物质和新生成的化学残余物质大都残留在原来岩石的表层。由风化残余物质组成的地表岩石的表层部分，或者说已风化了的地表岩石的表层部分，就称为风化壳或风化带。2、风化壳的厚度：决定于母岩的性质、气候、地形、构造等因素。3、古风化壳：风化壳分为古代和现代的，以第三系为界古风化壳是没有经过搬运的沉积岩古风化壳具有很重要的地质意义和经济意义第三节 沉积沉积物的其它来源1、生物来源的沉积物（最重要的原始物质）生物死亡后其遗体可以在原地堆积埋藏下来，亦可搬运到异地堆积下来，成为沉积物中有机物质的构成部分。生物遗体除了少量集中堆积形成石油、天然气、沥青、油页岩、煤和中间产物-腐殖酸外，大量分散在沉积岩中。（1）无机为主的生物残骸生物的硬体(内外骨骼)，即各种化石。多为碳酸盐质、硅质、磷质（2）有机生物软体（有机质）动植物的软体，即有机质(碳氢化合物)。可分为类脂质、氨基化合物、碳水化合物、色素(类叶绿素、类叶红素、类黄朊素等)、木质质等。大多数有机质参与有机物的循环，部分保存在沉积物中经变化而成不溶性的干酪根、可溶性的烃类及有机酸。地层中有机质总量约3.81015t,主要在泥页中，煤占1/600；石油天然气占1/19000. 油气和煤的物质来源，是碳酸盐岩的主要成分之一。生物活动也可产生碎屑、新生粘土及溶解物质。2、深部来源的沉积物（是地壳表面局部地区沉积物的重要来源）（1）火山物质火山爆发作用带到地表或水下的火山碎屑物，可直接堆积成火山碎屑岩，也可以混入正常碎屑沉积岩中。（2）深部来源的卤水沿深断裂流出地表或注入地下的热卤水、温泉、热气液等，数量也是可观的，它们对形成某些岩石（如盐岩、硅岩和铁锰岩等）和矿床（如铅、锌等）也有较大的意义。受大地构造和板块运动控制，主要分布在板块边缘地带。是火山碎屑岩的主要物质来源，