沉积岩石学-第1章kong 沉积岩绪论

沉积岩石学Sedimentary Petrology,任课教师：孔凡梅,变质岩石学Metamorphic Petrology,岩石学,2017/12/29,2,课程性质、学时及地位,课程内容及要求,内容：课程内容包括沉积岩石学、变质岩石学两部分，学习难度大。要求：掌握沉积岩石学、变质岩石学的基本理论、基本知识和基本技能；掌握各大类岩石的成分、结构、构造、产状、分类、及常见沉积、变质岩石类型的基本特征；会观察和鉴定这两类岩石。,课堂纪律和考核,笔试、平时成绩和实验,沉积岩石学Sedimentary Petrology,第 二 篇,任课教师：孔凡梅,2017/12/29,4,使用教材:沉积岩石学，2008第4版，朱筱敏主编，石油工业出版社.pp483. 主要参考书：沉积学，2003，姜在兴主编，石油工业出版社沉积岩石学（上、下）第二版，冯增昭主编， 石油工业出版社。油区岩相古地理，1999，赵澄林编著，石油工 业出版社 沉积岩和沉积相模式及建造，1987，何镜宇、 孟祥化主编，地质出版社。,2017/12/29,5,1、沉积岩石学，刘宝珺主编，地质出版社，1982. 2、碎屑岩沉积相及沉积环境，孙永传、李蕙生编，地质出版社，1986. 3、碳酸盐岩沉积相及沉积环境，贾振远、李之琪编，地质大学出版社，1989. 4、碳酸盐岩石学及岩相古地理学，冯增昭编著，石油工业出版社，1989. 5、沉积岩和沉积相模式及建造，何镜宇、孟祥化主编，石油工业出版社，1994 6、沉积成岩作用，刘宝珺、张锦泉主编，科学出版社，1992. 7、岩相古地理基础和工作方法，刘宝珺、曾允孚主编，地质出版社，1985. 8、Origin of sedimentary rocks(2nd ed.)，Harvey Blatt, Gerard Middleton and Raymond Murray，Prentice-Hill, Inc. 1980. 9、Petrology of the sedimentary rocks(7th ed.) ，Greensmith J T，Unwin Hyman，1989. 10、Sedimentary PetrologyAn introduction to the origin of sedimentary rocks(2nd ed.)，Maurice E Tucker， Blackwell science，1991.,2017/12/29,6,1、沉积岩的基本概念及特征,（一）沉积岩的概念 沉积岩(sedimentary rock)是在地壳表层条件下，由母岩的风化产物、火山物质、有机物质等原始物质组分，经过搬运作用、沉积作用以及沉积后作用而形成的一类（层状）岩石。 沉积岩是组成岩石圈的三大类岩石(火成岩、沉积岩、变质岩)之一。,2017/12/29,7,第一章 绪 论,*1. 沉积岩的基本概念与特征*2. 沉积岩石学及其研究内容 3. 沉积岩石学的研究方法 4. 沉积岩石学的发展,2017/12/29,8,8,1.地壳表层：指大气圈的下层、水圈和生物圈的全部以及岩石圈的上层，称“沉积岩生成圈”或“沉积圈”。,定义说明：,地壳表层条件的特点：温度 常温条件 （-70-+85）压力 常压条件 （0.1-2MPa-1-20atm),大气圈,2017/12/29,10,10,2 水和大气的作用,水成岩、风成岩、冰碛岩,生物化学作用“生物化学岩”,4 事件作用,洪水、泥石流、水底滑塌、雪崩、地震,2017/12/29,11,定义说明：5 物质来源：风化作用的产物、生物作用的 产物、某些火山作用的产物.6 形成过程：风化作用阶段，搬运、沉积阶段，固结成岩阶段.7 产出状态：多为层状产出,2017/12/29,12,12,母岩 地表上出露的供给沉积岩原始物质成分的岩石，主要指早于该沉积岩而存在的岩浆岩、变质岩和较老的沉积岩。,母岩所分布的地区叫作母岩区或陆源区、物源区，简称源区。,2017/12/29,13,13,沉积岩的原始物质成分,A. 母岩的破坏（风化）产物-陆源物质 ,a.物理风化和机械破坏生成的碎屑物质,b.化学分解生成的粘土物质,B.其它,a.地表水和潜水溶液中的化学沉淀物质 ,b.火山喷出的碎屑物质 ,c.生物物质 ,d.宇宙物质 ,2017/12/29,14,母岩风化产物 +火山物质 +有机物质等 沉积岩的原始物质成分 搬运作用 沉积作用 沉积后作用 沉积岩,2017/12/29,15,*（二）沉积岩的基本特征,1、沉积岩的一般特征 2、矿物成分特征 3、化学成分特征 4、构造特征 5、沉积岩的分布 6、沉积岩与矿产,1、沉积岩的一般特征,母岩风化,沉积岩,风化、搬运、沉积、成岩,包括物质成分、结构、构造不同于岩浆岩 思考形成条件、方式不同有何不同？在物质成分方面：因此，2个因素母岩性质和沉积作用过程使其与母岩化学与矿物成分既相同，又不同。,2017/12/29,17,2、矿物成分特征已经发现：沉积岩中矿物160多种，常见的仅为20多种，一般一种沉积岩所含的矿物只有I一3种，通常不超过56种。常见的矿物主要有：石英、长石、云母、黄铁矿、白铁矿、海绿石、菱铁矿、方解石、白云石、石膏、硬石膏、Fe/Mn/Al的氧化物和氢氧化物，粘土矿物等。,(2)岩浆岩中数量很多，沉积岩中也广泛存在的矿物。如钾长石、酸性斜长石及石英，在沉积岩中的相对含量甚至可超过在岩浆岩中的含量。由于中、基性斜长石在地表均不稳定，所以在沉积岩中少见，这就造成沉积岩中长石总量比在岩浆岩中少得多。(3)沉积作用过程中新生成的矿物。如某些氧化物和氢氧化物、粘土矿物、盐类矿物、碳酸盐矿物，它们是沉积岩主要矿物成分之一，但在岩浆岩中极少或缺乏。,(1)岩浆岩中大量存在，沉积岩中很稀少的矿物。如橄榄石、普通辉石、普通角闪石等铁镁矿物以及基性斜长石。,与岩浆岩比较的不同之处：,2017/12/29,19,2017/12/29,20,可见，沉积岩和岩浆岩在矿物成分上既存在有继承性，又有差异性。继承性反映了两者的历史渊源，岩浆岩的风化产物是沉积岩的主要来源；差异性主要由于二者生成条件的不同所决定的，这种差异性突出地反映了沉积岩形成于地表条件这一特点。,2017/12/29,21,3、化学成分特征沉积岩、岩浆岩主要化学成分特征差异：1. 尽管铁的总量大体相等，沉积岩中 Fe2O3FeO，而岩浆岩中Fe2O3Na2O， 岩浆岩中 K2ONa2O. 原因是：粘土矿物 吸附K,含K矿物，如白云母，水云母在 地表稳定，而Na进入海水，不易形成沉 积矿物。,2017/12/29,23,3.沉积岩中碱金属的含量远低于岩浆岩；这是由于它们在地表条件下易于从母岩中析出，大量流失并进入到海水中；尤其是钠，成为氯化物、硫酸盐等可溶性盐类，浓集于海水中。4.沉积岩中富H2O、CO2、有机质，原因是 地表条件，生物参与，水圈，大气圈5.不同沉积岩类型化学成分差异大。,2017/12/29,24,3、 结构特征 沉积岩的结构类型和特点取决于形成方式,由机械搬运和机械沉积形成的沉积岩具有如下的结构，即由机械破碎的陆源碎屑组成的岩石具“碎屑结构”；,2017/12/29,25,25,由火山喷发的碎屑组成的岩石具“火山碎屑结构”；由化学风化形成的陆源粘土组成的岩石具“泥状结构”。,2017/12/29,26,26,由机械、化学作用形成的内源岩则具有“粒屑结构”；,2017/12/29,27,由化学和生物化学作用形成的岩石具有“结晶粒状(晶粒)结构”；由生物作用形成的岩石则具有“生物结构”。,2017/12/29,28,28,可见沉积岩的结构要比岩浆岩更为多样，其中碎屑结构、粒屑结构、生物结构都是沉积岩所特有的；晶粒结构虽与岩浆岩的结构相似，但它们形成的热力学条件迥然不同。,2017/12/29,29,4、构造特征沉积岩的构造总称为沉积构造（Sedimentary structure），指在沉积作用或成岩作用中在“岩层”内部或表面形成的某种形迹特征，这里的“岩层”是指由区域性或较大范围沉积条件改变而形成的构成沉积地层的基本单位。绝大部分沉积物是在流体(空气、水)中进行搬运和沉积的，因此沉积岩呈层状产出，常具有各种层内构造及层面构造。尤其是层理构造，在岩浆岩中除少数情况(层状火成岩)外很少见到，所以层理构造是沉积岩的最基本构造特征。此外，各种层面构造、缝合线、叠锥、结核、叠层构造等也都是沉积岩所特有的。,2017/12/29,30,30,2017/12/29,31,31,2017/12/29,32,5、沉积岩的分布,陆地面积的大约3/4为沉积岩所覆盖，而海底的面积几乎全部为沉积物所覆盖，约占岩石圈体积的5%。沉积岩的厚度变化很大，0几十公里，地槽区厚，地台区薄。其平均厚度为735m (Pettijohn，1975)。沉积岩的类型在自然界分布最多的是粘土岩（页岩、泥岩），其次是砂岩和石灰岩，它们约占沉积岩总量的95%以上。地球最老的沉积岩，3.8 Ga, 如冀东鞍山、崆岭群，研究地球发展演化历史的宝贵资料.,2017/12/29,33,6、沉积岩与矿产世界资源总储量的7585%是沉积和沉积变质成因的。石油、天然气、煤等可燃性有机矿产以及盐类矿产几乎均为沉积成因。铁矿的90%、铅锌矿的4050%、铜矿的2530%、锰矿和铝矿的绝大部分以及其它许多金属和非金属矿产均为沉积或沉积变质成因的。,2017/12/29,34,2、沉积岩石学及其研究内容一. 概念,（一）沉积岩石学（Sedimentary Petrology） 是研究沉积岩（包括沉积矿产）的物质成分、结构构造、分类和形成作用，以及沉积环境分布规律的一门地质科学。是岩石学的一部分，但又是一门独立的学科。 （二）沉积学（Sedimentology） 研究沉积物和沉积作用的科学。包括研究未曾石化和已经石化的天然沉积物及自然环境中沉积作用的过程和作用。,2017/12/29,35,二主要研究内容,1）全面地研究沉积岩（物）的物质组分、结构、构造、分类命名、产状和岩层之间的接触关系，为阐明其成因与分布规律提供依据。2）探讨沉积岩石的形成机理，包括风化作用、搬运作用、沉积作用以及沉积后的变化等，研究沉积岩（物）及其中的有用矿产（包括有机可燃矿产中的石油和天然气等）的形成机理、富集和储存规律。,2017/12/29,36,3）进行古沉积环境和沉积条件分析，根据沉积岩的原生特点以及时空分布和变化特点，用以恢复沉积岩形成时的古气候条件、古地理条件、古介质条件以及大地构造条件等。4）全面研究沉积岩的基本特征和沉积条件，可作为地层学、层序地层学、古地理学、油气地质学等学科的基础，并为矿产资源勘查供科学依据和信息。,2017/12/29,37,5）通过沉积岩石学的学习，增加对沉积物（岩）形成、演化、分布及其与人类生存等重大问题的了解，紧紧把握“地球科学与灾害预测”，将是沉积岩石学和沉积学发展的长远主题。,3、研究方法,(1)野外研究 常规方法：系统测制沉积相剖面，并进行区域相剖面的分析和对比;现代沉积考察,2017/12/29,39,（2）室内分析方法常规分析方法 薄片分析沉积岩薄片鉴定。 粒度分析粒度曲线与 CM图。 重矿物分析确定物源区。先进仪器分析 扫描电镜微观分析沉积岩成分结构等特征 阴极发光确定矿物的结构和世代关系 电子探针确定组成矿物的化学成分 包体温度测定确定沉积岩的成岩古温度 同位素分析及其它方法,2017/12/29,40,40,其它方法：遥感技术、钻探技术、深海钻探及采取长岩心、各种测井技术、反射地震波谱(地震地层学、层序地层学) 等。,2017/12/29,41,综合国内外沉积岩石学和沉积学发展趋势的历史和现状，面向21世纪科学技术的发展，该学科总的发展趋势表现为以下几点。 1充实和发展岩类学 2扩大和完善沉积作用机理研究 3加强成岩作用研究 4多学科交叉渗透，形成了一些新的分支学科 5发展着眼于全球变化的沉积学理论 6面向21世纪人类生存问题,4、沉积岩石学的发展,2017/12/29,42, 二十世纪6070年代然后出现的风暴岩和风暴流沉积、等深流沉积、震积作用，以及90年代出的内波和内潮汐沉积等学说，都是继浊积岩之后的重大进展。 板块构造观点与沉积作用的结合对沉积盆 地分析出现了新的热潮，产生了构造沉积学。 国际性和区域性学术讨论会日趋频繁,2017/12/29,43,(一)、沉积岩石学的历史与现状 人类对于沉积岩的认识和利用，早在石器时代就开始了。 18世纪下半叶，近代地质学建立的初期，发生了水成学派(德国Werner A. G.，17491817)与火成学派(英国Hutton J.，17261797)的大论战。 19世纪后半叶，沉积岩石学作为一门独立的地质学科出现。1850年英国地质学家索比(Sorby，18261908)首先使用显微镜研究沉积岩，沉积岩的研究由宏观-微观，这是一个革命性的发展。,2017/12/29,44, 20世纪上半叶，沉积岩石学有了较全面的发展， 出现了一系列沉积岩石学的专著。 1913年，Hatch的沉积岩石学，标志着沉积岩石学作为一门独立的地球科学分支学科的诞生； 1922年Milner所著沉积岩石学导论问世； 1925年由Twenhofel主编的沉积作用教程问世，6年后沉积作用教程再版，以后又多次重版 ； 1949年Pettijohn编写了沉积岩。,2017/12/29,45, 20世纪50年代，在沉积岩石学领域里有两个重大的甚至可以说是革命性的进展 。 第一个进展是Kuenen and Miliorini (1950)关于浊流学说的提出。浊流理论创新了深海碎屑沉积物研究, 而且因为浊流理论为沉积学建立了新的方法学将现代沉积、古代岩石和实验室的实验相结合的综合研究方法（浊积岩）。 第二个进展是Folk (1959，1962)关于碳酸盐岩中异化颗粒和异化沉积观点以及石灰岩新分类方案的提出 。,2017/12/29,46,国际沉积学家协会（International Association of Sedimentologists）简称IAS 总部设在荷兰协会的宗旨是：开展学术交流，通过国际合作促进沉积学的发展。 主要活动为组织学术会议，每4年一次召开国际沉积学大会和不定期的专题性和地区性的沉积学学术会议。 出版物双月刊Sedimentology,2017/12/29,47,SEPM ( Society of Economic Paleontologists and Mineralogists，美国),2017/12/29,48,第16届国际沉积学大会于2002 年7 月8 日至12 日在南非约翰内斯堡举行,本次大会的主题是: 沉积作用的35 亿年。这是非洲大陆首次举办这类会议,同时也是国际沉积学家协会成立的五十周年纪念,因此显得非常隆重。第17届国际沉积学大会于2006年8月27日至9月1日在日本福冈市召开。做为四年一次的国际沉积学盛会，大会讨论了微生物过程和沉积成岩作用、深海与陆缘沉积过程及产物、沉积记录与重大地质环境演化、火山一沉积大地构造，以及与人类活动密切相关的环境沉积学与资源问题等热点领域.,2017/12/29,49,华裔瑞士人许靖华教授，曾任美国纽约州立大学和加利福尼亚大学副教授，瑞士苏黎世高级工学院副教授、教授、系主任等。19711979年任国际沉积学家协会学报沉积学主编，19781982年任国际沉积学家协会主席。叶连俊，中科院院士、研究员。沉积地质学家，沉积矿床学家。曾任国际沉积协会理事；地科联沉积委员会委员；国际地质对比计划委员会中国委员会副主席；世界石油大会中国国家委员会委员。孙枢，中科院院士、研究员。在沉积学、区域地质学和大地构造学领域以及科研管理岗位上作出了重大贡献。先后当选为国际沉积学家协会理事，国际地质对比计划第199项国际工作组主席，太平洋科学协会理事、执行局委员和太平洋科学协会中国国家委员会副主席。,2017/12/29,50,国际性沉积学相关杂志,Sedimentology (美国，1963)Sedimentary Geology (荷兰，1962)Society of Sedimentary Geology (美国)Journal of Sedimentary Petrology (美国，1931)Clays and Clay Minerals (美国)Clay Mineral (英国),2017/12/29,51,布拉特(H.Blatt)、米德尔顿(G.B.Middlleton)和默里(R.C.Murray)合著的沉积岩成因(1972)；德国学者赖内克(H.E.Reineck)与印度学者辛格(I.B.Singh)合著的陆源碎屑沉积环境(1973)；威尔逊(L.I.Wilson)著的地质历史中的碳酸盐相(1975)；英国学者里丁(H.G.Reading)主编的沉积相与沉积环境(1978)；美国学者弗里德曼(G.M.Freidman)与桑德斯(J.E.Sanders)合著的沉积学原理(1978)。,代表性的著作：,2017/12/29,52,(二) 我国沉积岩石学的历史与现状 我国的沉积岩石学及沉积学起步较晚， 是在国外沉积岩石学及沉积学的影响下才逐步发展起来的。,2017/12/29,53,1949年以前，主要学习英美50年代以前的著作，成果不大 。 1949以后（解放初期），主要学习苏联 1961年北京石油学院岩矿教研室编写出版了我国第一本沉积学方面的教科书沉积岩石学 20世纪70年代初期，一些学者开始翻译引进国外先进的沉积学专著,2017/12/29,54,20世纪70年代后期开始，我国沉积学才开始快速发展并进入国际沉积学界 。 1979年召开了第一次全国性沉积学学术会议，成立了中国矿物岩石地球化学学会沉积学会和中国地质学会沉积地质专业委员会 1995年成立了中国矿物岩石地球化学学会岩相古地理专业委员会,2017/12/29,55,1988年在我国召开了国际沉积矿产学术会议 2001年在武汉召开了第一届中国沉积学大会 至今已召开了12届全国性古地理学及沉积学学术会议,2017/12/29,56,1983年正式出版了沉积学报 1999年正式出版了古地理学报 成都地质矿产研究所主办的岩相古地理（现为沉积与特提斯地质） 出现了一大批沉积岩石学和沉积学方面的教科书和专著,2017/12/29,57,(三). 沉积学的主要进展1、对各类沉积岩的性质和成因有了深入了解，其中对碳酸盐的成因有了较深刻的认识。碳酸盐中机械作用对碳酸盐的形成意义重大。碎屑岩中可利用轻矿物指示物源。自生矿物的成因、成岩作用与岩石物性关系密切。粘土矿物的特征与粘土矿物（碎屑粘土与自生粘土） 的成岩转化。火山碎屑岩的形成机理。,2017/12/29,58,2、沉积作用机理的研究有很大进展由于浊流等深流、风暴岩沉积的发现，提出 了牵引流和重力流两种流体类型。依据水槽实验，利用运动学和动力学理论解 释了沉积构造的作用。沉积岩成岩中矿物的转化、自生矿物的形成、孔隙溶液的迁移等研究取得进展。,2017/12/29,59,3、沉积环境和沉积相分析中提出了一系列了沉积模式，加强了沉积作用的时空研究。4、沉积相分析中，除了常规资料分析之外，而且采用了地球物理方法，如测井和地震资料解释。5、进行盆地分析，将沉积学与大地构造学结合起来，进行综合分析。6、新型沉积矿床的发现和成矿理论研究不断深入。如浊积岩中石油的发现。7、新的沉积学理论和研究方法逐渐深入，层序地层学研究已广泛应用于生产实践。8、数理统计和计算机技术在沉积学研究中得到大规模应用。,2017/12/29,60,四. 沉积学展望,地球科学除发挥原有作用外，尚需帮助解决社会发展中面临的诸如资源短缺、环境恶化及全球变化等重大问题。沉积学作为地球科学的主要基础学科之一，其重点和前沿将围绕资源、环境、灾害和全球变化四个主题展开。这对沉积学的要求无论从深度或广度上均大大超过了现有沉积学、也超越了沉积地质学的知识体系。预期在21世纪，除了层序地层学、储层沉积学、事件沉积学、全球旋回地层学、盆地分