第一章-沉积岩的形成过程

1、1 第一节第一节 沉积岩的物质来源沉积岩的物质来源 第二节第二节 沉积物的搬运与沉积作用沉积物的搬运与沉积作用 第三节第三节 沉积分异作用沉积分异作用 第四节第四节 沉积成岩作用沉积成岩作用 第一章第一章 沉积岩的形成过程沉积岩的形成过程 2 形成沉积岩的物质基础形成沉积岩的物质基础沉积物的沉积物的四种来源四种来源 一、一、陆源陆源物质物质母岩风化的产物母岩风化的产物 二、二、生物源生物源物质物质生物残骸和有机物质生物残骸和有机物质 三、三、深源深源物质物质火山碎屑和深部卤水火山碎屑和深部卤水 四、四、宇宙源宇宙源物质物质陨石陨石 其中，母岩风化的产物是沉积物其中，母岩风化的产物是沉积物最主要

2、的物质来源最主要的物质来源；生物；生物 物质具有物质具有指示沉积环境的作用指示沉积环境的作用；深源物质量很少，但能；深源物质量很少，但能指示指示 火山活动和深部构造活动事件火山活动和深部构造活动事件；宇宙源物质用来宇宙源物质用来研究天体演研究天体演 化和地壳沉积物沉积速率、沉积间断化和地壳沉积物沉积速率、沉积间断等具有重要意义等具有重要意义 第一节第一节 沉积物质的来源沉积物质的来源 3 风化作用的概念、方式和产物风化作用的概念、方式和产物 1 1、风化作用的风化作用的概念：概念： 地壳表层岩石（母岩）在大气、水、生物、地壳表层岩石（母岩）在大气、水、生物、 冰川等地质营力的作用下，使得岩石松

3、散、破碎、冰川等地质营力的作用下，使得岩石松散、破碎、 分解的地质作用。其产物为各种岩石碎屑、矿物分解的地质作用。其产物为各种岩石碎屑、矿物 碎屑、生物碎屑和溶解物质。碎屑、生物碎屑和溶解物质。 4 风化作用的概念、方式和产物风化作用的概念、方式和产物 2 2、风化作用风化作用方式：方式：物理风化、化学风化、生物风化物理风化、化学风化、生物风化 1 1）物理风化：）物理风化：主要发生主要发生机械破碎机械破碎，而，而化学成分不改化学成分不改 变变的风化作用。的风化作用。 2 2）化学风化：）化学风化： 在在氧、水和溶于水中的各种酸氧、水和溶于水中的各种酸的作用下，母岩遭的作用下，母岩遭 受氧化、

4、水解和溶滤等化学变化，使其分解而产生新受氧化、水解和溶滤等化学变化，使其分解而产生新 矿物的过程。矿物的过程。 3 3）生物风化：）生物风化：生物生物对岩石的破坏方式既有机械作用，对岩石的破坏方式既有机械作用， 又又有化学作用和生物化学作用有化学作用和生物化学作用； 5 差 异 膨 胀差 异 膨 胀 引 起 的 物引 起 的 物 理 风 化 作理 风 化 作 用用 冰劈作用冰劈作用 1）物理风化：）物理风化： 6 3）生物风化：）生物风化： 7 8 4 4、风化作用的产物：、风化作用的产物： a a 碎屑物质：碎屑物质：母岩机械破碎的产物，主要指矿物碎屑和岩石碎屑母岩机械破碎的产物，主要指矿物

5、碎屑和岩石碎屑 b b 不溶残积物：不溶残积物：母岩分解过程新生成的不溶物质母岩分解过程新生成的不溶物质, ,如粘土和氧化如粘土和氧化 物等物等 c c 溶解物质：溶解物质：以溶解状态被带走的成分。以溶解状态被带走的成分。 碎屑物质碎屑物质是构成是构成陆源碎屑岩陆源碎屑岩的主要成分的主要成分 溶解物质溶解物质是构成是构成内源沉积岩内源沉积岩的主要物质成分的主要物质成分 9 6 6、沉积物的其它来源、沉积物的其它来源Other sources of sediments 生物成因的沉积物：生物成因的沉积物：生物遗体，一部分为无生物遗体，一部分为无 机成分为主的生物残骸，另一部分为有机生机成分为主的

6、生物残骸，另一部分为有机生 物残体，即动植物的软体（有机质）。物残体，即动植物的软体（有机质）。 深部来源的沉积物：深部来源的沉积物：由火山爆发作用带到地由火山爆发作用带到地 表或水下的火山碎屑物，沿深断裂流出地表表或水下的火山碎屑物，沿深断裂流出地表 或注入地下的热卤水、温泉、热气液等。或注入地下的热卤水、温泉、热气液等。 1.1. 宇宙来源的沉积物：宇宙来源的沉积物：从宇宙空间落到地球上从宇宙空间落到地球上 的陨石及其尘埃。的陨石及其尘埃。 10 第二节第二节 沉积物的搬运与沉积作用沉积物的搬运与沉积作用 沉积物发生的搬运和沉积的地质营力：主沉积物发生的搬运和沉积的地质营力：主 要是流动水

7、和风为主，其次是冰川、重力和要是流动水和风为主，其次是冰川、重力和 生物。由于沉积物性质的差异，常见的搬运生物。由于沉积物性质的差异，常见的搬运 方式有：方式有： 一、机械搬运和沉积一、机械搬运和沉积 二、化学搬运和沉积二、化学搬运和沉积 三、生物搬运和沉积三、生物搬运和沉积 11 搬运对象搬运对象：陆源碎屑颗粒：陆源碎屑颗粒 搬运介质搬运介质：牵引流牵引流( (Traction currentTraction current）：）： 符合牛顿流体定律的流体。其搬运机制是流体动符合牛顿流体定律的流体。其搬运机制是流体动 能能拖曳牵引拖曳牵引沉积物一起运动，如河流、风流和波浪流沉积物一起运动，如

8、河流、风流和波浪流 等。等。 重力流重力流(gravity flow)(gravity flow)： 在在重力作用重力作用下发生流动的弥散有大量沉积物的高下发生流动的弥散有大量沉积物的高 密度流体。密度流体。 浊流浊流（turbidites flowturbidites flow） 泥石流泥石流 (debris flow)(debris flow)、 颗粒流颗粒流(grain flow)(grain flow)、 液化沉积物流液化沉积物流(fluidized sediment flow(fluidized sediment flow），）， 一一 机械搬运和沉积机械搬运和沉积 12 1、流水的

9、机械搬运和沉积作用、流水的机械搬运和沉积作用 搬运方式搬运方式：推移搬运推移搬运（或滚动搬运）（或滚动搬运）推移载荷推移载荷 悬浮搬运悬浮搬运悬浮载荷悬浮载荷 跳跃搬运跳跃搬运介于上述二者之间介于上述二者之间 机械搬运和沉积作用：流水把处于静止状态的碎屑物质开始搬机械搬运和沉积作用：流水把处于静止状态的碎屑物质开始搬 运走所需要的流速叫做开始搬运流速，开始搬运流速要大于继运走所需要的流速叫做开始搬运流速，开始搬运流速要大于继 续搬运业已处于搬运状态的碎屑物质所需的流速，即继续搬运续搬运业已处于搬运状态的碎屑物质所需的流速，即继续搬运 流速。一般来说，开始搬运流速要大于继续搬运流速。流速。一般来

10、说，开始搬运流速要大于继续搬运流速。 一、机械搬运和沉积一、机械搬运和沉积 13 碎屑物质在流水中的侵蚀、搬运、沉积与流速的关系碎屑物质在流水中的侵蚀、搬运、沉积与流速的关系 （尤尔斯特（尤尔斯特 隆图解）隆图解） 14 1） 颗粒开始搬运的水流速度要比继续搬运所需的流速 大，这是因为始动流速不仅要克服颗粒本身的重力，还要克 服颗粒间的吸附力才能发生移动。 2）0.05-2mm的颗糙所需的始动流速最小，而且始动流 速与沉积临界流速相差也不大。这说明砂粒质点在流水中搬 运时很活跃，容易搬运，也易沉积，故常呈跳跃式前进。 3）大于2mm的颗粒，其搬运与沉积的两个流速曲线更接近， 但两者的流速值也都

11、是随着粒径的增大而增加。故砾石不能 长距离被搬运，并多沿河底呈滚动式前进。 4）小于0.05mm的颗粒，两个流速相差很大，因而粉砂 （0.050.005mm）和粘土（小于0.005mm）物质一经流水搬 运，就长期悬浮于水体之中不易沉积下来。而且它们沉积之 后又不易呈分散质点再搬运，即使水速发生急剧改变，也只 是冲刷成粉砂质或泥质碎块继续搬运，故在海洋和湖泊的波 浪带的沉积物中冲刷的“泥砾”是常见的。 15 4 4、碎屑颗粒在机械搬运过程中的变化、碎屑颗粒在机械搬运过程中的变化 1 1）物质成分上的变化：随着搬运距离的增加，由于化）物质成分上的变化：随着搬运距离的增加，由于化 学分解、机械破碎和

12、磨蚀作用学分解、机械破碎和磨蚀作用, ,不稳定组分相对减少不稳定组分相对减少, ,稳稳 定组分相对增加定组分相对增加 2 2）粒度和分选型的变化：随着搬运距离的增加，一般）粒度和分选型的变化：随着搬运距离的增加，一般 粒度越来越细，分选越来越好粒度越来越细，分选越来越好 3 3）颗粒形状的变化）颗粒形状的变化: : 随着搬运距离的增加，由于磨蚀随着搬运距离的增加，由于磨蚀 作用，颗粒的圆度和球度越来越好。作用，颗粒的圆度和球度越来越好。 一、机械搬运和沉积一、机械搬运和沉积 16 17 搬运对象：搬运对象：溶解于水的化学物质溶解于水的化学物质 溶解物质在自然界中存在的方式：溶解物质在自然界中存

13、在的方式：胶体和真溶液胶体和真溶液 在自然界中胶体溶液与真溶液的分布情况示意图在自然界中胶体溶液与真溶液的分布情况示意图 二、化学搬运和沉积二、化学搬运和沉积 18 1) 1) 胶体的搬运与沉积作用胶体的搬运与沉积作用 胶体：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。 胶体质点一般介于1100m之间，多呈分子 状态。 胶体质点带有电荷。 由于胶体自身的特点，当其处于稳定状态时， 就是胶体的搬运状态；当条件发生变化，胶体失去 稳定性时，胶体发生凝絮作用，即沉积作用。 二、化学物质的搬运和沉积二、化学物质的搬运和沉积 19 刘家场水岩屋寒武系覃家庙组白云岩裂缝中的玛瑙（刘家场水岩屋寒

14、武系覃家庙组白云岩裂缝中的玛瑙（SiO2胶体沉淀）胶体沉淀） 20 2 2）真溶液的搬运与沉积作用）真溶液的搬运与沉积作用 可溶物质的溶解与沉淀作用主要取决于可溶物质的溶解与沉淀作用主要取决于溶解度；溶解度； 溶液中的某种物质浓度达到过饱和，则发生沉溶液中的某种物质浓度达到过饱和，则发生沉 淀作用（沉积）；反之，则发生溶解作用（搬运）。淀作用（沉积）；反之，则发生溶解作用（搬运）。 二、化学搬运和沉积二、化学搬运和沉积 21 Fe、Mn、Si、Al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 介质的各种物理化学条件的影响十分重要。 22 对于溶解度大的物质的搬运和沉积，水介

15、 质的影响不大。它们只有在干热气候条件 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， 才能沉积下来，如石膏、硬石膏、钠盐、 钾盐、镁盐等。 23 生物的搬运作用：生物的搬运作用：既可是物理方式也可是化学方式既可是物理方式也可是化学方式 生物的沉积作用：生物的沉积作用： 直接作用：直接作用：生物骨骼堆积成岩石或矿床，如生物灰生物骨骼堆积成岩石或矿床，如生物灰 岩、礁灰岩、磷块岩、硅藻土及白垩等；生物遗体岩、礁灰岩、磷块岩、硅藻土及白垩等；生物遗体 中有机质转化而成，如石油、天然气、油页岩及煤中有机质转化而成，如石油、天然气、油页岩及煤 等。等。 间接作用：间接作用：

16、生物活动引起周围介质条件改变，影响生物活动引起周围介质条件改变，影响 某些物质的搬运和沉积。生物遗体腐烂分解能产生某些物质的搬运和沉积。生物遗体腐烂分解能产生 大量的大量的H H2 2S S、NONO3 3、CHCH4 4等气体，影响沉积介质氧化等气体，影响沉积介质氧化- -还还 原条件，影响沉积物质的溶解或再分配。原条件，影响沉积物质的溶解或再分配。 三、生物的搬运和沉积三、生物的搬运和沉积 24 碎屑物质的机械沉积分异图碎屑物质的机械沉积分异图 机械沉积分异作用： 按粒度：砾岩、砂岩、粘土岩； 按比重：金19.3、黄铁矿5、铬铁矿4.5、石英 2.65、石墨2.16、琥珀1.07）； 第三

17、节第三节 沉积分异作用沉积分异作用 25 溶解物质的化学沉积分异图溶解物质的化学沉积分异图 化学沉积分异作用： 溶解物质达到过饱和时按溶解度由小到大 依次沉积（氧化物、磷酸盐、硅酸盐、硫酸 盐、卤化物）。 26 2.2.两种沉积分异作用的关系及其地质意义两种沉积分异作用的关系及其地质意义 （1）关系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。 机械沉积分异作用化学沉积分异作用 砂和粉砂阶段铁的氧化物阶段 粘土沉积阶段碳酸盐阶段 已基本结束 硫酸盐及卤化物阶段 27 砂和粉砂阶段铁的氧化物阶段 28 一、概述（Introduction） 沉积物的形成阶段：母岩风化产物以及 其它来源

18、的物质成分，在搬运和沉积作用之 后，就变成了沉积物。 沉积后作用：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 演化阶段的所有变化或作用。亦称为广义的 成岩作用。 第四节第四节 沉积成岩作用沉积成岩作用 29 30 广义的成岩作用包括狭义的成岩作用和后生 作用两个阶段，等同于沉积后作用。 成岩作用（diagenesis）：沉积物转变沉积 岩所发生的一系列变化。 后生作用（catagenesis）：沉积岩形成以后 到遭受风化作用或变质作用以前的变化。 31 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 也还没有一个公认的、统一的划分方案。 1.根据粘土矿物成分来划

19、分 2.根据煤岩学来划分 3.根据地球化学不环境来划分 4.根据埋深来划分 5.综合划分方案 32 成岩作用阶段的划分和对比 33 三、有关术语的阐明 1. 埋藏成岩作用（buried diagenesis）：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。 2. 沉积后作用（postsedimentationprocess）： 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一演化阶段的所 有变化和作用 34 3. 同生作用（syngenesis）：指沉积物刚刚形 成以后而尚与上覆水体相接触

20、时的变化。如 海解作用、海底风化作用及陆解作 用等。 4. 准同生作用（penesyngenesis）：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。 5. 成岩作用（diagenesis）：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。 35 6. 后生作用（anadiagenesis/ catagenesis）： 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之前所产生的一切作用和 变化。 7. 表生作用（epigenesis）：指沉积物抬升到

21、 近地表，在潜水面以下常温常压或低温低压条 件下，由于渗透水和浅部地下水（包括上升水） 的影响下所发生的变化。 36 常见成岩作用现象常见成岩作用现象 压实作用压实作用(compaction):(compaction):静压力下沉积物排气、排水、体积缩小、孔静压力下沉积物排气、排水、体积缩小、孔 隙度降低、密度增加。压溶作用隙度降低、密度增加。压溶作用(pressure-solution):(pressure-solution):压力下沉积物压力下沉积物 颗粒间或沉积岩内部发生溶解。如，缝合线构造，是压实作用的极限颗粒间或沉积岩内部发生溶解。如，缝合线构造，是压实作用的极限 状态状态 胶结作用胶结作用(cementation):(cementation):孔隙水过饱和沉淀出矿物质（胶结物孔隙水过饱和沉淀出矿物质（胶结物 cement),cement),将沉积物粘结成岩石。将沉积物粘结成岩石。 交代作用交代作用(replacement):(replacement):外来组分取代原组分。如，白云石化，外来组分取代原组分。如，白云石化，SiOSiO2 2 与与CaCOCaCO3