第二章-沉积岩的形成过程

1、沉积学沉积学 Sedimentology 沉积岩石学及岩相古地理沉积岩石学及岩相古地理 Sedimentary petrography and lithofacies paleogeography 王艳忠王艳忠 地球科学与技术学院地球科学与技术学院 个人简历 u 王艳忠，讲师，王艳忠，讲师，2004年获中国石油大学（华东）资源勘查工程专业学士学位，年获中国石油大学（华东）资源勘查工程专业学士学位，2007 年获中国石油大学（华东）地质学硕士学位，年获中国石油大学（华东）地质学硕士学位，2010年获中国石油大学（华东）地质年获中国石油大学（华东）地质 学博士学位，学博士学位，2010年年7月留校

2、从事教学科研工作。月留校从事教学科研工作。 u 发表发表论文及申请专利情况论文及申请专利情况 l 在在地质科学地质科学、石油学报石油学报、沉积学报沉积学报、中国石油学报中国石油学报、 AAPG会议会议等发表学位论文等发表学位论文20余篇。余篇。 l 申请国家发明专利申请国家发明专利4项。项。 u 获奖情况获奖情况 l 山东省科技进步一等奖，山东省科技进步一等奖，2012。 l 中国石油和化学工业学会科技进步三等奖，中国石油和化学工业学会科技进步三等奖，2009。 l 中国石油大学（华东）地学院青年教师讲课比赛第一名，中国石油大学（华东）地学院青年教师讲课比赛第一名，2011。 u 科研情况科研

3、情况 l 国家自然科学国家自然科学基金：断陷湖盆陡坡带近岸水下扇沉积成因模式及其规模量化预基金：断陷湖盆陡坡带近岸水下扇沉积成因模式及其规模量化预 测研究测研究 l 山东省自然科学山东省自然科学基金：东营凹陷古近系中深层有效储层采出和成藏物性下限研基金：东营凹陷古近系中深层有效储层采出和成藏物性下限研 究究 l 中国中国石油大学创新石油大学创新基金：碎屑岩储层地质历史时期孔隙度演化研究基金：碎屑岩储层地质历史时期孔隙度演化研究 u 办公室：工科楼办公室：工科楼C-718 u Telu E-mail： 总计总计48学时：沉积岩石学学时：沉积岩石学32学时，岩相古地理学时

4、，岩相古地理16学时学时 教学计划教学计划 沉积相沉积相基本概念和分类基本概念和分类 1学时学时 冲积扇相冲积扇相 1学时学时 河流相河流相 2学时学时 湖泊相湖泊相 2学时学时 三角洲相三角洲相 2学时学时 海相沉积模式海相沉积模式 2学时学时 重力重力流概念、特征流概念、特征 2学时学时 碳酸盐碳酸盐沉积环境（相）沉积环境（相） 2学时学时 课堂讨论及复习总结课堂讨论及复习总结 2学时学时 绪论绪论 2学时学时 沉积岩的形成沉积岩的形成 4学时学时 陆源碎屑岩的成分陆源碎屑岩的成分 2学时学时 碎屑岩结构及碎屑岩结构及粒度分析粒度分析 2学时学时 碎屑岩构造和颜色碎屑岩构造和颜色 6学时学

5、时 陆源碎屑岩各论陆源碎屑岩各论 4学时学时 陆陆源碎屑岩的沉积后作用源碎屑岩的沉积后作用 2学时学时 碳酸盐岩概论碳酸盐岩概论 4学时学时 碳酸盐岩各论碳酸盐岩各论 4学时学时 碳酸盐岩的沉积后作用碳酸盐岩的沉积后作用 2学时学时 第二章第二章 沉积岩的形成过程沉积岩的形成过程 沉积岩的形成：沉积岩的形成： 原始物质原始物质 沉积物沉积物 沉积岩沉积岩 搬运搬运 沉积后作用沉积后作用 沉积沉积 沉积岩的原始物质沉积岩的原始物质 陆源物质陆源物质 生物源物质生物源物质 深源物质深源物质 宇宙源物质宇宙源物质 母岩风化产物母岩风化产物 生物残骸及有机质生物残骸及有机质 火山碎屑火山碎屑+深层卤水

6、深层卤水 陨石陨石 第一节第一节 沉积岩原始物质的形成沉积岩原始物质的形成 一、陆源物质的形成一、陆源物质的形成 母岩的风化产物。母岩的风化产物。 母岩：母岩：地表上出露的先期岩石，能够为沉积岩提供原始物质。地表上出露的先期岩石，能够为沉积岩提供原始物质。 母岩分布区：母岩区母岩分布区：母岩区或或陆源区、陆源区、物源区物源区，简称简称源区。源区。 风化作用分类风化作用分类 物理风化作用物理风化作用 化学风化作用化学风化作用 生物风化作用生物风化作用 机械破碎机械破碎 化学分解化学分解 机械作用化学和生物化学作用机械作用化学和生物化学作用 温度、晶体生长、温度、晶体生长、 重力生物、重力生物、

7、氧、水和酸氧、水和酸 直接作用间接作用直接作用间接作用 水、冰、风水、冰、风 化学成分不变化学成分不变 氧化、水解和溶解氧化、水解和溶解 碎屑物质（岩石碎屑物质（岩石 新矿物新矿物 促进和加速化学风化作用进行促进和加速化学风化作用进行 碎屑矿物碎屑）粘土矿物和化学沉淀物质碎屑矿物碎屑）粘土矿物和化学沉淀物质 （一）母岩（一）母岩风化中元素的转移顺序风化中元素的转移顺序 元素的风化分异：元素的风化分异： 一定条件下，因元素从母岩中析出的难易程度不同，一定条件下，因元素从母岩中析出的难易程度不同， 使得不同元素在分离时有一定的顺序。使得不同元素在分离时有一定的顺序。 受原子与离子特性、矿物特征、介

8、质受原子与离子特性、矿物特征、介质pH、Eh、生、生 物及气候条件等的影响。物及气候条件等的影响。 温湿条件下（波雷诺夫，温湿条件下（波雷诺夫，1934；彼列尔曼，；彼列尔曼，1955） 1.1.最易迁移元素最易迁移元素 2.2.易迁移元素易迁移元素 3.3.可迁移元素可迁移元素 4.4.惰性（微弱迁移）元素惰性（微弱迁移）元素 5.5.几乎不迁移元素几乎不迁移元素 （二）主要造岩矿物的风化及其产物（二）主要造岩矿物的风化及其产物 1.石英石英 稳定性高，一般只发生机械破碎作用。稳定性高，一般只发生机械破碎作用。 碎屑岩的主要造岩矿物碎屑岩的主要造岩矿物 2.长石长石 稳定性仅次于石英稳定性仅

9、次于石英 钾长石钾长石 酸性斜长石酸性斜长石 斜长石斜长石 中性斜长石中性斜长石 基性斜长石基性斜长石 （1）钾长石）钾长石 析出析出K,Si 析出析出K,Al SiO2nH2O（蛋白石）（蛋白石） KAlSi3O8K 1Al2(Si,Al)4O10OH2nH2OAl4Si4O10OH8 钾长石钾长石 +H2O 水白云母水白云母 +H2O 高岭石高岭石 Al2O3nH2O（铝土矿）（铝土矿） （2）斜长石）斜长石 的的 产物同钾长石相似产物同钾长石相似 蛋白石蛋白石 斜长石斜长石蒙脱石、黝帘石、绿帘石、方解石蒙脱石、黝帘石、绿帘石、方解石高岭石高岭石 铝土矿铝土矿 3.3.云母云母 白云母（白

10、云母（K K）的抗风化能力较强。）的抗风化能力较强。 析出钾，加入水析出钾，加入水水白云母水白云母高岭石高岭石 黑云母（黑云母（FeFe、MgMg）的抗风化能力弱。）的抗风化能力弱。 析出析出K K、MgMg，加入水，加入水蛭石绿泥石褐铁矿蛭石绿泥石褐铁矿 4.4.铁镁硅酸盐矿物铁镁硅酸盐矿物 抗风化能力较差。抗风化能力较差。 橄榄石橄榄石 辉石辉石 伊利石伊利石蒙脱石蒙脱石蛋白石、铝土矿蛋白石、铝土矿 7.硫酸盐矿物、硫化物矿物，卤化物矿物：硫酸盐矿物、硫化物矿物，卤化物矿物： 最易溶于水中。最易溶于水中。 8.岩浆岩及变质岩中的一些次要矿物或副矿物：岩浆岩及变质岩中的一些次要矿物或副矿物：

11、 差别很大差别很大 锆英石、金红石、电气石、石榴石、刚玉、锡石、磁铁矿、锆英石、金红石、电气石、石榴石、刚玉、锡石、磁铁矿、 榍石、十字石、蓝晶石、独居石、红柱石等风化稳定性榍石、十字石、蓝晶石、独居石、红柱石等风化稳定性 较大较大 沉积岩中的沉积岩中的重矿物重矿物 为什么造岩矿物风化稳定性差别如此之大？为什么造岩矿物风化稳定性差别如此之大？ 1.1.造岩元素风化分异作用造岩元素风化分异作用 2.2.矿物的结晶温度矿物的结晶温度 （鲍文反应系列）（鲍文反应系列） 高温矿物，低温矿物，高温矿物，低温矿物， 但金刚石呢？但金刚石呢？ 3.3.矿物的晶体化学性质矿物的晶体化学性质 （晶体构造）（晶体

12、构造） （三）岩石的风化及其产物（三）岩石的风化及其产物 母岩的矿物组成不同，风化产物也不同。母岩的矿物组成不同，风化产物也不同。 母岩风化作用的阶段性：母岩风化作用的阶段性： 由于各化学成分由于各化学成分在风化作用中转移性质不同，风化作用在风化作用中转移性质不同，风化作用 具有明显的阶段性。具有明显的阶段性。 波雷诺夫将玄武岩的风化过程分为四个阶段。波雷诺夫将玄武岩的风化过程分为四个阶段。 1.1.机械破碎阶段机械破碎阶段 物理风化为主物理风化为主岩石或矿物的碎屑岩石或矿物的碎屑 2.饱和硅铝阶段：饱和硅铝阶段： 氯化物和硫酸盐全部溶解；氯化物和硫酸盐全部溶解； 在在COCO2 2、H H2

13、 2O O作用下，作用下，铝硅酸盐矿物中的铝硅酸盐矿物中的K K+ +,Na,Na+ +,Ca,Ca2+ 2+,Mg ,Mg2+ 2+ 开 开 始游离，始游离，使溶液呈中使溶液呈中- -碱性，碱性，促使一部分促使一部分SiOSiO2 2转入溶液。转入溶液。 3.3.酸性硅铝阶段：酸性硅铝阶段： 几乎全部的几乎全部的CaCa2+ 2+、 、NaNa+ +、K K+ +、MgMg2+ 2+被带走， 被带走， SiOSiO2 2进一步进入溶液，进一步进入溶液，介质开始转为酸性，介质开始转为酸性， 形成高岭石形成高岭石、变埃洛石、变埃洛石等粘土矿物等粘土矿物 4.4.铝铁土阶段：铝铁土阶段： 硅酸盐矿

14、物彻底地分解，原地形成水铝矿、褐铁矿、针铁硅酸盐矿物彻底地分解，原地形成水铝矿、褐铁矿、针铁 矿、赤铁矿和蛋白石。堆积物也称红土。矿、赤铁矿和蛋白石。堆积物也称红土。 风化作用一般并不完整。风化作用一般并不完整。 能否达到铝铁土阶段，能否达到铝铁土阶段，取决于取决于母岩岩性、气候、地形、地壳运母岩岩性、气候、地形、地壳运 动强度、风化时间长短动强度、风化时间长短等等多种因素多种因素，尤其是尤其是气候因素气候因素。 干旱沙漠地区干旱沙漠地区 植被发育的温湿地区停留在酸性硅铝阶段植被发育的温湿地区停留在酸性硅铝阶段 湿热地区可达到铝铁土阶段湿热地区可达到铝铁土阶段， （四）母岩风化产物的类型（四）

15、母岩风化产物的类型 1. 1. 碎屑残留物质：碎屑残留物质： 母岩的岩屑或矿物碎屑。母岩的岩屑或矿物碎屑。 2.2.新生成的矿物：新生成的矿物： 水白云母、高岭石、蒙脱石、蛋白石、铝土矿、褐铁矿等水白云母、高岭石、蒙脱石、蛋白石、铝土矿、褐铁矿等。 3.3.溶解物质：溶解物质： 如如ClCl、S S、CaCa、NaNa、MgMg、K K、SiSi、FeFe、AlAl、P P等。等。 不同风化产物形成不同的沉积岩：不同风化产物形成不同的沉积岩： 碎屑残留物质化学风化矿物碎屑残留物质化学风化矿物 陆源碎屑岩陆源碎屑岩 溶解物质溶解物质 化学岩和生物化学岩和生物岩化学岩和生物化学岩和生物岩 母岩的风

16、化程度不同，沉积物的成分复杂程度也不同。母岩的风化程度不同，沉积物的成分复杂程度也不同。 （五）风化壳（五）风化壳 1.1.概念概念 由风化残余物质（包括新生成的化学风化矿物）组由风化残余物质（包括新生成的化学风化矿物）组 成的岩石地表部分。成的岩石地表部分。 完整风化壳的结构完整风化壳的结构：底部基岩：底部基岩 半风化的残积层半风化的残积层 上部的土壤层上部的土壤层 2.2.风化程度风化程度 表层风化程度较深，深处风化程度较浅，表层风化程度较深，深处风化程度较浅， 最终过渡到未风化的母岩最终过渡到未风化的母岩 酸性铝硅阶段酸性铝硅阶段 铝铁土阶段铝铁土阶段 机械破碎阶段机械破碎阶段 饱和铝硅

17、阶段饱和铝硅阶段 3.3.风化壳的厚度风化壳的厚度 决定于母岩性质、气候、地形、构造等因素。决定于母岩性质、气候、地形、构造等因素。 气候湿热、地形平坦、构造活动稳定，则风化壳厚度气候湿热、地形平坦、构造活动稳定，则风化壳厚度 较大；较大； 古风化壳的地质意义和经济意义：古风化壳的地质意义和经济意义： 地壳上升、不整合的重要标志地壳上升、不整合的重要标志 古地理、古气候分析的重要依据古地理、古气候分析的重要依据 铁、铝、高岭土等矿产；铁、铝、高岭土等矿产； 可以形成油气藏。可以形成油气藏。 二、沉积岩原始物质的其它来源二、沉积岩原始物质的其它来源 （一）生物成因的沉积物（一）生物成因的沉积物

18、1.无机成分为主的生物残骸无机成分为主的生物残骸 是生物的硬体部分是生物的硬体部分常保存为化石，成分为碳酸盐、常保存为化石，成分为碳酸盐、 磷酸盐和硅质等。磷酸盐和硅质等。 2.2.有机生物残体有机生物残体 动植物的软体部分动植物的软体部分有机物有机物（碳氢化合物）（碳氢化合物）。 经埋藏成岩后：经埋藏成岩后： （1 1）不溶物质）不溶物质干酪根：不溶于有机溶剂的固体有机质。干酪根：不溶于有机溶剂的固体有机质。 （2 2）可溶物质）可溶物质烃类、沥青等。烃类、沥青等。 一部分转化为石油、天然气、油页岩、煤等，一部分转化为石油、天然气、油页岩、煤等， 大部分呈分散状态存在于沉积岩中。大部分呈分散

19、状态存在于沉积岩中。 （二）深部来源（深源）的物质（二）深部来源（深源）的物质 火山碎屑火山碎屑 沿深断裂流出的地下深层热卤水、温泉、热气液等沿深断裂流出的地下深层热卤水、温泉、热气液等 形成盐岩、膏岩、硅岩、铁岩、锰岩等岩石和铅、锌等矿床。形成盐岩、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（三）宇宙（来）源的物质 陨石、宇宙尘埃陨石、宇宙尘埃 第二节 沉积物的机械搬运和沉积作用 风化作用的产物及其它来源的沉积物质除了少量残风化作用的产物及其它来源的沉积物质除了少量残 留原地以外，大部分将进入搬运状态向沉积盆地转留原地以外，大部分将进入搬运状态向沉积盆地转 移。移

20、。 母岩风化：碎屑物质、新生成物质、溶解物质母岩风化：碎屑物质、新生成物质、溶解物质 生物来源：生物硬体、生物软体生物来源：生物硬体、生物软体 深部来源：岩浆、卤水、气热液深部来源：岩浆、卤水、气热液 宇宙来源：宇宙来源：陨石陨石 n 沉积物沉积物发生物质搬运和沉积作用的介质（搬运介质）发生物质搬运和沉积作用的介质（搬运介质） l流水、大气、流水、大气、冰川冰川 n 搬运搬运动力：动力： l风、重力、流水、波浪、潮汐风、重力、流水、波浪、潮汐 n 沉积物的搬运和沉积作用的沉积物的搬运和沉积作用的方式方式 l机械机械搬运和沉积作用搬运和沉积作用 碎屑碎屑+ +新生成物质新生成物质+ +火山碎屑火

21、山碎屑+ +宇宙源物质宇宙源物质 l化学化学搬运和沉积作用搬运和沉积作用 溶解溶解物质、深层卤水物质、深层卤水 l生物生物搬运和沉积作用搬运和沉积作用 生物生物源物质源物质 一、流体的几个基本概念和基础知识 一）牛顿流体和非牛顿流体一）牛顿流体和非牛顿流体 内摩擦定律内摩擦定律 在温度不变的条件下，随着流速梯度变化，动力在温度不变的条件下，随着流速梯度变化，动力 粘滞系数粘滞系数/ /运动粘滞系数始终保持一常数。运动粘滞系数始终保持一常数。 服从内摩擦定律服从内摩擦定律牛顿流体牛顿流体牵引流（含少量泥牵引流（含少量泥 砂的流水：河流、波浪流、潮汐流、大气流等）砂的流水：河流、波浪流、潮汐流、大

22、气流等）。 不服从内摩擦定律不服从内摩擦定律非牛顿流体非牛顿流体-重力流（浊流、重力流（浊流、 泥石流、风暴流、狂风流等）泥石流、风暴流、狂风流等）。 第二节 沉积物的机械搬运和沉积作用 类别类别牵引流牵引流重力流重力流 流体性质流体性质牛顿流体牛顿流体非牛顿流体非牛顿流体 密度密度低低高（高（1.08，海水比重），海水比重） 液固相液固相不分不分 搬运介质搬运介质流水流水沉积物沉积物 搬运动力搬运动力推力、负荷力推力、负荷力重力重力 搬运方式搬运方式滚动、跳跃、悬浮滚动、跳跃、悬浮悬浮悬浮 运动关系运动关系水主动，颗粒被动水主动，颗粒被动水被动，颗粒主动水被动，颗粒主动 搬运物质搬运物质碎屑

23、物质、溶解物质碎屑物质、溶解物质碎屑物质为主碎屑物质为主 沉积作用沉积作用流速、能量减小流速、能量减小能力减小转化或稀释能力减小转化或稀释 沉积环境沉积环境地形变化较小地形变化较小山前或斜坡及其下游方向山前或斜坡及其下游方向 沉积构造沉积构造各种类型层理各种类型层理粒序粒序/递变层理递变层理 牵引流和重力流的区别牵引流和重力流的区别 二）沉积物机械搬运的方式和床沙形态 （一）（一）碎屑颗粒在流水中的受力分析碎屑颗粒在流水中的受力分析 1.有效重力（有效重力（w）：颗粒受到的重力和浮力两者之差）：颗粒受到的重力和浮力两者之差 2.粘结力（粘结力（Pc）：由颗粒表面的水膜所造成的粘结力）：由颗粒表

24、面的水膜所造成的粘结力 3.水平推移力（水平推移力（Px）：水流作用于颗粒顺水流方向的力）：水流作用于颗粒顺水流方向的力 4.垂直上举力（垂直上举力（Py）：垂直向上，产生原因：）：垂直向上，产生原因： Py 水体浮力（已计算在有效重力中）；水体浮力（已计算在有效重力中）； 颗粒上下因流速差而引起的压力差；颗粒上下因流速差而引起的压力差； Pc Px 紊流中存在涡流的扬举作用紊流中存在涡流的扬举作用/上举涡力上举涡力 W 紊流的上举力大于层流。 （二）沉积物的搬运方式、载荷（二）沉积物的搬运方式、载荷 载荷：流体载荷：流体中被搬运的沉积物（中被搬运的沉积物（Load） 载荷量：单位时间内流经某

25、一横断面的沉积物总量载荷量：单位时间内流经某一横断面的沉积物总量 搬运方式：搬运方式： 溶解溶解物质物质-化学化学-溶解载荷（溶解载荷（solutional load) 碎屑碎屑物质物质 滚动、跳跃搬运滚动、跳跃搬运-推移（床沙）载荷推移（床沙）载荷(bed load),粗粗 悬浮搬运悬浮搬运悬移载荷（悬移载荷（suspended load）,细细 （三）福劳德数（三）福劳德数（FrFr）与床沙形态）与床沙形态 1.1.佛罗德数（佛罗德数（FrFr）-判断水流状态的参数判断水流状态的参数 FrFr惯性力惯性力/ /重力（重力（V V2 2/L/L）/g/gV V2 2/ /（LgLg） 标志惯

26、性力与重力之间的关系、描述流体的运动标志惯性力与重力之间的关系、描述流体的运动强度强度 明渠明渠水流：河流、湖泊、海洋中的牵引流水流：河流、湖泊、海洋中的牵引流无压流无压流 FrFr1 1：缓流，水深流缓：缓流，水深流缓上部流动体制，低流态上部流动体制，低流态 FrFr1 1：临界流，过渡流态：临界流，过渡流态 FrFr1 1：急流，水浅流急：急流，水浅流急下部流动体制，高流态下部流动体制，高流态 2.2.床沙（床沙（bedbed）形态（底形）形态（底形）-bedform-bedform -流水在床沙表面流动时形成的几何形态，受流动强度（流水在床沙表面流动时形成的几何形态，受流动强度（FrFr

27、）控制）控制 明渠水流随流动强度加大在床面依次出现下列床沙形态：明渠水流随流动强度加大在床面依次出现下列床沙形态： 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-平坦底床平坦底床-逆逆 行沙丘行沙丘-槽、坑槽、坑 （四）层流、紊流和雷诺数（四）层流、紊流和雷诺数 两种流动型态两种流动型态层流与紊流层流与紊流/涡流涡流 层流层流 缓慢流动，流体质点平行线状流动，彼此不相掺混。缓慢流动，流体质点平行线状流动，彼此不相掺混。 紊流紊流 充满旋涡的流动，流速大小和流动方式随时间变化，充满旋涡的流动，流速大小和流动方式随时间变化， 流体质点运动轨迹极不规则，彼此掺

28、混。流体质点运动轨迹极不规则，彼此掺混。 层流层流 紊流紊流 雷诺数（雷诺数（Re, Reynolds numbers Reynolds numbers ）-判断层流和紊流的参数判断层流和紊流的参数 惯性力与粘滞力之间的关系，描述流体的流动状态惯性力与粘滞力之间的关系，描述流体的流动状态 Re惯性力惯性力/粘滞力粘滞力V2d2/VdVd/ Re1 层流、层流、Re140 临界流、临界流、Re 40 紊流紊流 流速流速 流面流面 扬举力扬举力 剪切力剪切力 搬运能力搬运能力 分布分布 层流层流 小小 稳定稳定 小小 小小 弱弱 下下 紊流紊流 大大 变化变化 大大 大大 强强 上上 自然界中流水

29、多为紊自然界中流水多为紊 流，使沉积物得以搬流，使沉积物得以搬 运，层流类似于静水，运，层流类似于静水， 易发生沉积易发生沉积 二、碎屑颗粒在牵引流中的搬运和沉积作用 一）碎屑颗粒在单向水流中的搬运、沉积作用一）碎屑颗粒在单向水流中的搬运、沉积作用 1、碎屑、碎屑颗粒的搬运、沉积作用的条件颗粒的搬运、沉积作用的条件 受力分析受力分析： 动力：上举力：流速、水深动力：上举力：流速、水深 水平推力：大小、密度水平推力：大小、密度 -流速、颗粒大小流速、颗粒大小 -尤尔斯特隆用图解方式定量表示了颗粒大小、流速与搬尤尔斯特隆用图解方式定量表示了颗粒大小、流速与搬 运、沉积的关系运、沉积的关系 -尤尔斯

30、特隆图解尤尔斯特隆图解 上举力 水平推力 阻力 有效重力 碎屑颗粒在流水中的搬运和沉积与流速和颗粒大小的关系碎屑颗粒在流水中的搬运和沉积与流速和颗粒大小的关系 尤尔斯特隆图解尤尔斯特隆图解 几个概念：几个概念： 开始搬运速度（开始搬运速度（V开）：开）： 流水把处于静止状态的碎屑物质开始搬运走所需的流速流水把处于静止状态的碎屑物质开始搬运走所需的流速 继续搬运速度（继续搬运速度（V继）：继）： 流水维持碎屑物质继续搬运所需要的流速。流水维持碎屑物质继续搬运所需要的流速。 V开开V继继 尤尔斯特隆图解 两条曲线：两条曲线： 开始搬运曲线开始搬运曲线 继续搬运曲线继续搬运曲线 三个区：三个区： 剥

31、蚀区，搬运区和沉积区剥蚀区，搬运区和沉积区 三个段：三个段： 砾级砾级 难搬易沉难搬易沉 山区山区d2mm，V开 大，V继大，VV开V继，小。 粉砂和泥级粉砂和泥级 难难搬搬难沉难沉 深水深水 d0.1mm 0.1mm 的颗粒，下沉速度与其半径平方成正的颗粒，下沉速度与其半径平方成正 比。根据实验极细砂下沉比。根据实验极细砂下沉30m30m约约2 2小时，细粘土则需小时，细粘土则需 要要1 1年；下沉年；下沉300030004000m4000m，极细砂需要，极细砂需要1010天，细粘天，细粘 土需要土需要100100年年 二）、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用 1.1. 特点：特点： 1 1）

32、风只搬运碎屑物质）风只搬运碎屑物质 2 2）搬运能力小，只搬运）搬运能力小，只搬运细颗粒；相同细颗粒；相同速度，搬运能速度，搬运能 力只有流水力只有流水1/3001/300。 3 3）颗粒分选、磨圆好，常具霜面、棱面。）颗粒分选、磨圆好，常具霜面、棱面。 4 4）作用空间大）作用空间大 二）、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用 2.2.搬运方式：搬运方式： 跳跃跳跃0.5mm0.5mm（70-80%70-80%）；）； 滚动滚动0.50.52mm2mm（20%20%）；）； 悬移悬移0.10.10.2mm0.2mm（10%10%） 视风速可互相转化视风速可互相转化 搬运作用的控制因素：搬运作用的

33、控制因素： 1 1）风速）风速 2 2）碎屑颗粒的湿度）碎屑颗粒的湿度 3 3）颗粒的大小）颗粒的大小 尘暴的搬运和沉积：尘暴的搬运和沉积：0.05mm0.05mm的粉砂和粘土的粉砂和粘土 3.3.沉积作用沉积作用 风速降低：障碍物风速降低：障碍物-障碍堆积障碍堆积 两股风相遇两股风相遇 问题：在平坦的沙漠中沙丘如何形成？问题：在平坦的沙漠中沙丘如何形成？ 沙丘形成以后，沙丘形成以后， 起到障碍作用，起到障碍作用， 可逐渐加高。可逐渐加高。 沙丘的沉积：沙丘的沉积： 砂供给充足时，砂供给充足时， 迎风面和背风迎风面和背风 面均发生沉积面均发生沉积 不足时，不足时， 迎风面侵蚀迎风面侵蚀 背风面

34、沉积背风面沉积 三)碎屑物质在海湖水体中的搬运和沉积作用 Question: 1. 流水搬运的碎屑物质最终都要流入海洋、湖泊，那么是否流水搬运的碎屑物质最终都要流入海洋、湖泊，那么是否 这些物质流入海洋、湖泊中就立即发生沉积呢？这些物质流入海洋、湖泊中就立即发生沉积呢？ 2. 海洋、湖泊中除了流水搬运来的碎屑物质外，是否还有其海洋、湖泊中除了流水搬运来的碎屑物质外，是否还有其 它来源的碎屑物质呢？它来源的碎屑物质呢？ 三）碎屑物质在海湖水体中的搬运和沉积作用 海洋主要营力海洋主要营力: 波浪波浪 潮汐潮汐 近岸流近岸流 风暴流风暴流 浊流浊流 等深流等深流 湖泊主要营力湖泊主要营力: 波浪波浪

35、 湖流湖流 风暴流风暴流 浊流浊流 三、沉积物重力流的 机械搬运与沉积作用 沉积物重力流（沉积物重力流（sediment gravity flow)sediment gravity flow)： 在重力作用下，发生流动的弥散有大量沉积物的高密度在重力作用下，发生流动的弥散有大量沉积物的高密度 流体。流体。 类型：类型： 水上重力流：岩崩、颗粒流（火山碎屑流）水上重力流：岩崩、颗粒流（火山碎屑流） 水下重力流：水下重力流： 泥石流、颗粒流、沉积物液化流、浊流泥石流、颗粒流、沉积物液化流、浊流 四、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用 现代冰川覆盖面积约占陆地面积的现代冰川覆盖面积约占陆地面积的10%

36、10%，在地质历史中的一些，在地质历史中的一些 时期地球上曾有广泛的冰川分布。时期地球上曾有广泛的冰川分布。 特点：特点： 1.1.冰川和浮冰冰川和浮冰固体搬运和沉积固体搬运和沉积 2.2.能力巨大，碎屑为主，数十数千吨浮于冰上或包于冰中能力巨大，碎屑为主，数十数千吨浮于冰上或包于冰中 3.3.搬运作用：搬运作用： 1 1）塑性流动）塑性流动冰冰川自身重力使其下部处于塑性状态。川自身重力使其下部处于塑性状态。 2 2）滑动）滑动底底部存在冰融水的现象部存在冰融水的现象 3 3）破裂面）破裂面内内部部 整体搬运整体搬运 4.沉积作用：沉积作用： 冰川消融，碎屑沉积冰川消融，碎屑沉积-冰碛物。冰碛

37、物。 特点：特点： 1 1）混杂堆积，没有分选和磨圆）混杂堆积，没有分选和磨圆 2 2）冰川擦痕，特征）冰川擦痕，特征“丁丁”字痕、字痕、“V V”形刻蚀坑。形刻蚀坑。 五、碎屑颗粒在搬运和沉积作用中变化 1.1.矿物成分矿物成分 不稳定组分减少，稳定组分不稳定组分减少，稳定组分 增加增加 2.2.粒度（颗粒大小）粒度（颗粒大小） 变细，分选变好变细，分选变好 3.3.颗粒形状颗粒形状 圆度与球度变好圆度与球度变好 第三节 化学和生物的搬运和沉积作用 搬运物质：溶解物质及部分新生成物质搬运物质：溶解物质及部分新生成物质 搬运方式：胶体溶液或真溶液搬运方式：胶体溶液或真溶液 AlAl、FeFe、

38、MnMn、SiSi的氧化物难溶于水，常呈胶体溶液搬运；的氧化物难溶于水，常呈胶体溶液搬运； CaCa、NaNa、MgMg的盐类则常呈真溶液搬运的盐类则常呈真溶液搬运 一、溶解物质的化学搬运和沉积作用一、溶解物质的化学搬运和沉积作用 （一）胶体溶液的特点（一）胶体溶液的特点 1. 受重力影响极其微弱；受重力影响极其微弱； 2. 扩散能力很弱；扩散能力很弱； 3. 类型有正负之分类型有正负之分 1）正）正胶体，表面带正电荷，如胶体，表面带正电荷，如Fe、Al含水氧化物胶体；含水氧化物胶体； 2）负）负胶体，表面带负电荷，如胶体，表面带负电荷，如Si、Mn氧化物，氧化物，Pb、 Cu硫化物；硫化物；

39、 4. 具有吸附具有吸附现象现象元素富集元素富集 一）胶体溶液物质的搬运与沉积 一、胶体溶液物质的搬运与沉积 （二）胶体溶液稳定的因素（二）胶体溶液稳定的因素搬运搬运 1.1. 布朗运动可抗衡重力作用，不使胶粒下沉。布朗运动可抗衡重力作用，不使胶粒下沉。 2.2. 同种电荷的胶粒之间的排斥力。同种电荷的胶粒之间的排斥力。 3.3. 扩散层和双电子层中反离子和溶剂的亲和作用，形成的扩散层和双电子层中反离子和溶剂的亲和作用，形成的 溶剂化膜，缓冲和阻碍粒子的碰撞。溶剂化膜，缓冲和阻碍粒子的碰撞。 溶解物质就可以胶体溶液的形式被搬运走。溶解物质就可以胶体溶液的形式被搬运走。 （三）促使胶体聚集和沉淀

40、的因素（三）促使胶体聚集和沉淀的因素沉积原因沉积原因 1.1. 正负胶体相遇正负胶体相遇“相互聚沉相互聚沉”。SiOSiO2 2胶体同氢氧化铝胶体相遇胶体同氢氧化铝胶体相遇 后电荷中和，形成如高岭石沉淀。后电荷中和，形成如高岭石沉淀。 2.2. 电解质作用电解质作用-不同名电荷（电解质）与胶粒电荷中和，胶体降低不同名电荷（电解质）与胶粒电荷中和，胶体降低 电动势电动势，失去稳定性而凝聚。海水有大量电解质，河流携的胶体，失去稳定性而凝聚。海水有大量电解质，河流携的胶体 与其相遇，形成凝胶沉淀，三角洲和海岸常见大量粘土及氧化铁与其相遇，形成凝胶沉淀，三角洲和海岸常见大量粘土及氧化铁 胶体沉积物，还

41、能凝集成铁、铝、锰巨大沉积矿床。胶体沉积物，还能凝集成铁、铝、锰巨大沉积矿床。 3.3. 蒸发作用蒸发作用一方面促使胶体浓度增加，胶粒间的碰撞机会增加，另一方面促使胶体浓度增加，胶粒间的碰撞机会增加，另 一方面也增大了胶体溶液中电解质的浓度。一方面也增大了胶体溶液中电解质的浓度。 4.4. 穿透能力较强的辐射线穿透能力较强的辐射线-如带负电荷的如带负电荷的射线可使正胶体凝聚。射线可使正胶体凝聚。 5.5. 溶液的溶液的pHpH和和EhEh值变化值变化-胶体沉淀时都有一定的胶体沉淀时都有一定的pHpH和和EhEh值。高岭石值。高岭石 在酸性介质在酸性介质(pH(pH6.66.66.8)6.8)中

42、发生凝聚，蒙脱石在碱性介质中发生凝聚，蒙脱石在碱性介质 (pH=7.8)(pH=7.8)中凝聚。中凝聚。 6.6. 温度增加温度增加，剧烈振荡，大气放电，毛细管作用等。，剧烈振荡，大气放电，毛细管作用等。 （四）（四）胶体沉积物的特点胶体沉积物的特点 1. 呈贝壳状断口。呈贝壳状断口。 2. 因脱水因脱水出现收缩裂隙，易敲击成尖棱角状碎块。出现收缩裂隙，易敲击成尖棱角状碎块。 3. 常呈钟乳状、肾状、豆状。常呈钟乳状、肾状、豆状。 4. 孔隙度较大，吸收性较强。孔隙度较大，吸收性较强。 5. 巨厚层、透镜状、结核状产出。巨厚层、透镜状、结核状产出。 6. 化学成分常不固定化学成分常不固定。常吸

43、附不定量的水分、有机质及各种金属元素， 二、真溶液物质的搬运和沉积作用 真溶液物质：母岩风化产生的真溶液物质：母岩风化产生的ClCl、S S、CaCa、 NaNa、MgMg、K K等还包括部分等还包括部分FeFe、MnMn、AlAl和硅。和硅。 真溶液物质搬运及沉积作用的根本控制因素真溶液物质搬运及沉积作用的根本控制因素 是溶解度。是溶解度。 溶解度大，易搬难沉；反之，难搬易沉。溶解度大，易搬难沉；反之，难搬易沉。 除溶解度外，其它影响因素除溶解度外，其它影响因素 1.1.介质的酸碱度（介质的酸碱度（pHpH值）值） （1 1）某些溶解物质的溶解度）某些溶解物质的溶解度 随随pHpH值增大而变

44、化值增大而变化 酸性介质条件下，酸性介质条件下，SiOSiO2 2沉淀而沉淀而 CaCOCaCO3 3溶解，溶解， 碱性介质中则相反。碱性介质中则相反。 （2 2）随）随pHpH值变化，某些溶解值变化，某些溶解 物质沉淀形式不同。物质沉淀形式不同。 如：如：AIAI在在pH=4-10pH=4-10时最稳定，时最稳定， 发生发生AlAl（OHOH）3 3沉淀沉淀 pH4pH1010时则易溶解时则易溶解 2.2.介质的氧化介质的氧化还原电位（还原电位（EhEh值）值） EhEh值对铁、锰等变价元素的溶解和沉淀影响很大。铁、锰值对铁、锰等变价元素的溶解和沉淀影响很大。铁、锰氧化氧化条条 件呈高价赤铁

45、矿、软锰矿沉淀；弱氧化件呈高价赤铁矿、软锰矿沉淀；弱氧化弱还原形成海绿石、鲕弱还原形成海绿石、鲕 绿泥石；绿泥石；还原条件还原条件低价菱铁矿、菱锰矿。强还原则生成黄铁矿、低价菱铁矿、菱锰矿。强还原则生成黄铁矿、 硫锰矿。低价铁、锰矿物溶解度比高价大数十数千倍，易搬难硫锰矿。低价铁、锰矿物溶解度比高价大数十数千倍，易搬难 沉。沉。 3.3.温度和压力温度和压力 （1 1）一般物质的溶解度随温度升高而增大。）一般物质的溶解度随温度升高而增大。 （2 2）压力对溶液中）压力对溶液中COCO2 2含量影响很大。含量影响很大。 4.4.溶液中溶液中COCO2 2的含量的含量 碳酸盐的沉淀和溶解度有很大的

46、影响。碳酸盐的沉淀和溶解度有很大的影响。 CaCOCaCO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O=Ca(HCOO=Ca(HCO3 3) )2 2。PcoPco2 2升高，即升高，即COCO2 2浓浓 度增高，平衡向右移动，度增高，平衡向右移动，CaCOCaCO3 3溶解，反之，溶解，反之， 向左移动向左移动CaCOCaCO3 3沉淀。沉淀。 水中水中COCO2 2含量与温度、压力有关。含量与温度、压力有关。 5.5.其它其它：离子吸附、气候：离子吸附、气候、蒸发作用、蒸发作用 第四节 生物的搬运和沉积作用 生物作为一种搬运营力意义较小，沉积作用意义重大。生物作为一种搬运营力意义较小，沉积作用

47、意义重大。 藻类和细菌等微生物沉积作用巨大，不仅数量多、分布广、繁殖快、适应性强，而且在地质历史上,其它生 物还没有大量出现前就参与沉积作用。叠层石与藻类有关，早在25亿年前太古代末就有叠层石。 一、直接作用一、直接作用生物遗体直接堆积成岩或沉积矿床生物遗体直接堆积成岩或沉积矿床 光合作用或吸取养料形成有机体，吸取介质中钙、磷、硅无机盐通过生物分泌作用形成外壳和骨骼。 有机质部分埋藏下来经生物化学演化，可形成石油、天有机质部分埋藏下来经生物化学演化，可形成石油、天 然气、煤以及油页岩等。然气、煤以及油页岩等。 无机的生物外壳和骨骼经富集堆积后可形成岩石或矿床无机的生物外壳和骨骼经富集堆积后可形

48、成岩石或矿床， 如生物骨骼石灰岩、生物磷块岩、硅藻土、白垩等。有些生物原来就营群体生活，在生活过程中 通过生物分泌作用以及生物粘结作用形成坚固骨架，不需要经过成岩作用就能直接成为岩石，如 礁灰岩。 第四节 生物的搬运和沉积作用 二、间接作用二、间接作用 1.生物化学沉积作用生物化学沉积作用 是指生物的生命活动过程或生物遗体分解过程引起介质是指生物的生命活动过程或生物遗体分解过程引起介质 物理化学环境变化，使某些溶解物质沉淀，或由于有机物理化学环境变化，使某些溶解物质沉淀，或由于有机 质吸附作用使某些元素沉积。质吸附作用使某些元素沉积。生物产生大量H2S、NH3、CH4、O2等气体或吸收大 量C

49、O2气体，影响介质环境的物理化学条件，使某些物质溶解或沉淀。有机质分解使介质变成还原环境。煤及黑 色页岩中往往富集各种金属元素就是与有机质的吸附作用使得溶液中低浓度元素得以沉淀有关。 2.生物物理沉积作用生物物理沉积作用 指生物在生命活动中通过捕获、粘结或障积等作用使沉指生物在生命活动中通过捕获、粘结或障积等作用使沉 积物沉淀。积物沉淀。 藻类分泌的粘液捕获和粘结水中的碳酸盐颗粒，使之沉积于藻体表面，当一层藻席被新沉积物覆盖时，藻丝体就会穿过 上覆沉积物并繁殖于其表面，重新形成新的藻席。周而复始，形成富藻纹层和富屑纹层交替的叠层石类沉积物。 当流水流经丛生的枝状珊瑚或枝状藻类时，流速降低，流水

50、中携带的沉积物就会障积成岩。植物造成风沙的障碍堆积， 也生物障积作用。 第五节 沉积分异作用 沉积分异作用概念（沉积分异作用概念（sedimentary differentiation)sedimentary differentiation) 母岩风化产物以及其他来源的沉积物在搬运和沉积过程母岩风化产物以及其他来源的沉积物在搬运和沉积过程 中会中会按颗粒大小、形状、比重、矿物成分和化学成分在按颗粒大小、形状、比重、矿物成分和化学成分在 地表依次沉积下来地表依次沉积下来的现象，也叫地表沉积分异作用。的现象，也叫地表沉积分异作用。 机械分异作用：主要受物理原理支配，见于碎屑岩中；机械分异作用：主要

51、受物理原理支配，见于碎屑岩中； 化学分异作用：主要受化学原理支配，见于溶解物质化学分异作用：主要受化学原理支配，见于溶解物质 沉积过程。沉积过程。 一、机械沉积分异作用一、机械沉积分异作用 碎屑物质在流水搬运和沉积的过程中，将按粒度、密度、碎屑物质在流水搬运和沉积的过程中，将按粒度、密度、 形状、成分等差异发生有序沉积的现象形状、成分等差异发生有序沉积的现象 1.1.颗粒大小分异颗粒大小分异从上游到下游，粒度由大到小、分选由差变好；从上游到下游，粒度由大到小、分选由差变好； 2.2.比重分异比重分异: :体积小比重大和比重小体积大的沉积物可能一起堆积，如含金砾体积小比重大和比重小体积大的沉积物

52、可能一起堆积，如含金砾 岩。岩。 3.3.形状分异形状分异: :片状颗粒比等轴粒状颗粒搬运得远；圆度和球度高的滚动颗粒更片状颗粒比等轴粒状颗粒搬运得远；圆度和球度高的滚动颗粒更 易于搬运。易于搬运。 4.4.矿物成分分异矿物成分分异: :由于颗粒的比重和形状同矿物成分密切相关，颗粒大小与矿由于颗粒的比重和形状同矿物成分密切相关，颗粒大小与矿 物的物性有关，如脆性、解理、硬度等物的物性有关，如脆性、解理、硬度等 颗粒粒度分异颗粒粒度分异 矿物比重分异矿物比重分异 含金砾岩含金砾岩 第五节 沉积分异作用 机械沉积分异结果机械沉积分异结果 随搬运距离的增长随搬运距离的增长 碎屑物质的矿物成分趋向简单碎屑物质的矿物成分趋向简单 稳定组分增多稳定组分增多 重矿物含量减少重矿物含量减少 粒度变细粒度变细 分选、磨圆变好分选、磨圆变好 第五节 沉积分异作用 二、化