普通地质学（PhysicalGeology）第四章外力地质作用与沉积岩Chapter4TheRoleofExternalForceandSedimentaryRock

1、普通地质学（Physical Geology）第四章 外力地质作用与沉积岩Chapter 4 The Role of External Force and Sedimentary Rock 导言 一、沉积岩的类型 沉积岩是指在地壳表层条件下，由母岩的风化产物、生物物质、宇宙物质等，经过搬运、沉积作用和成岩作用而形成的岩石。 沉积岩占地壳总体积的，它主要分布在地壳的表层，在地表出露的三大岩石中，其面积占75，是最常见的岩石。沉积岩还是地下水的主要载体，沉积岩中赋存有煤炭、石油、天然气以及其他金属和非金属矿产，具有重要的经济价值。 引起外力地质作用的因素是大气、水与生物，它们构成了地球系统的三个外

2、部圈层。 第一节 外力地质作用的一般特征 一、引起外力地质作用的因素 第一节 外力地质作用的一般特征 1.大气圈 大气圈的成分主要有氮气（占）、氧气（占）、氩气（占），还有少量的二氧化碳、稀有气体和水蒸汽。大气圈从下向上依次分为对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层等。对流层对地球表面影响大；平流层上部有一臭氧层，大气的循环影响不到平流层。 对流层：高度016km，温度来自底面反射的太阳能；每上升1km降温6.5。 第一节 外力地质作用的一般特征 大气圈具有重要的地质意义： （1）大气成分是主要地质作用得以发生的物质因素。如氧气是氧化作用发生的物质基础，也是生命存在的条件； （2）大气圈是生命的

3、保护层，大气圈中的臭氧层吸收绝大部分的紫外线，保护了地面的生物； （3）大气圈的存在，地球表面才具有适宜的温度。 （4）风的作用 第一节 外力地质作用的一般特征 2.水圈 水圈海洋+河流+湖泊+雨、冰、雪+岩石空隙中的水 水圈是一个连续的物质层圈，与大气圈关系密切。 科里奥力效应（1835年提出） 由于地球自转，地表运动的流体发生偏转，大气、河流受此影响特别明显。 纬度和线速度不同，科氏力作用方向也不同。 第一节 外力地质作用的一般特征 N半球：水体总是偏向前进方向的右侧 S半球：水体总是偏向前进方向的左侧 水圈的作用 （1）破坏岩石:机械破坏（干寒带）、化学破坏（CO2）（温湿带）；（2）搬

4、运岩石；（3）堆积成矿 3. 生物圈 破坏岩石：机械破坏（根劈）；化学破坏（生物有机酸分解矿物） 堆积成矿：形成有机岩、石油、煤等能源和矿产 二、引起外力地质作用的能源 太阳热能是地球外部能量的来源，它使地表温暖，并引起大气的循环、水的运动、生命的活动，从而引起各种外力地质作用的发生。 重力能来源地球的引力，空气、水和生物的存在及其运动离不开重力。在重力条件下才有风、流水、冰川、湖水和海水的运动，才有物质从空中降落和从水中沉淀，才有滑坡、崩塌和泥石流，才有生物界的正常活动和演化。 第一节 外力地质作用的一般特征 日月引力能来源于太阳、月球对地球的引力，它引起海、湖水的潮汐。潮汐对海岸地貌的塑造

5、、物质的搬运与沉积等具有重要作用。 第一节 外力地质作用的一般特征 三、外力地质作用的类型 1.风化作用 地面的岩石发生机械破碎或化学分解的过程。 第一节 外力地质作用的一般特征 2.剥蚀作用 在外力作用下，岩石因机械作用或化学作用而被剥离或蚀去的过程。（如洪流冲刷形成的冲沟） 第一节 外力地质作用的一般特征 3.搬运作用 风化、剥蚀的产物被搬运到他处的作用。搬运介质有：风、水、重力、冰川等。 第一节 外力地质作用的一般特征 4.沉积作用 搬运物在条件适宜的地方发生沉积。由沉积作用沉积下来的物质称为沉积物，沉积物大多是松散的，富含粒间空隙，空隙中含有一定的水分。就其性质可分为四类： 碎屑沉积物

6、：机械沉积作用和火山喷发形成 第一节 外力地质作用的一般特征 第一节 外力地质作用的一般特征 化学沉积物：化学作用形成的物质 第一节 外力地质作用的一般特征 生物沉积物：生物沉积作用形成的物质 第一节 外力地质作用的一般特征 生物化学沉积物：由生物化学沉积作用形成的物质 第一节 外力地质作用的一般特征 5.固结作用 松散的沉积物变为坚硬的岩石，固结成岩作用的主要途径有以下几种。 （1）压实作用 上覆沉积物的自重使得沉积物的空隙减少、变小，其中的水分被挤出，从而使厚度变小，沉积物变硬。这种作用见于所有的沉积物，在泥质沉积物中尤为明显 第一节 外力地质作用的一般特征 （2）胶结作用 某些化学物质填

7、充到沉积物的粒间孔隙之中，胶结固化沉积物，并使之变硬。起胶结作用的化学物质称为胶结物；起填充和固结作用的细碎屑物 称为基质或填充物。 第一节 外力地质作用的一般特征 主要胶结物成分类型 硅质 (SiO2)：硬度大，呈灰色 铁质 (Fe2O3)：硬度较大，呈黄褐色或砖红色，还原条件下呈绿色 钙质 (CaCO3)：硬度较泥质大，呈灰白色，遇稀盐酸剧烈起泡 泥质(粘土矿物)：硬度小，易碎，断面呈土状 第一节 外力地质作用的一般特征 胶结类型：基底胶结、孔隙胶结和接触胶结。 基底胶结：碎屑物质散布于胶结物中，碎屑颗粒互不接触。这种结构表明碎屑颗粒与胶结物是同时沉积的。力学性质完全取决于胶结物的性质。

8、第一节 外力地质作用的一般特征 孔隙胶结：碎屑颗粒互相间直接接触，胶结物充填于碎屑间的孔隙中，胶结物经常是成岩期或成岩以后的沉淀物，这种结构表明其沉积环境为稳定的持续不断的簸选动力环境，如河流的凸岸坝、滨海波浪带的海滩等。其强度与碎屑和胶结物的成分都有关系。 第一节 外力地质作用的一般特征 接触胶结：仅在碎屑的相互接触处有胶结物联结，所以接触胶结的岩石，一般孔隙度都比较大、容重小、吸水率高、强度低、易透水。如果胶结物为泥质，与水作用则容易软化而丧失岩石的强度和稳定性。 第一节 外力地质作用的一般特征 （3）重结晶作用 非晶质或结晶细微的沉积物因为环境改变（沉淀后期脱离大气或水，进入到沉积物覆盖

9、下的增温、增压环境），发生重新结晶，或使晶粒长大、加粗的作用，它能使矿物紧密嵌合。 第一节 外力地质作用的一般特征 （4）新矿物的生长 沉积物中不稳定矿物发生溶解或发生其他化学变化，导致若干化学成分在成岩过程中重新组合变成新矿物的作用。如硅质形成石英，磷质形成磷灰石等。 第二节 沉积岩的特征 一、沉积物的来源 沉积物来源为：母岩（三大岩类）风化产物、生物、火山碎屑及宇宙物质。 二、沉积岩中的矿物 常见矿物：石英、长石、白云母、粘土矿物、方解石、白云石等。 橄榄石、辉石、角闪石、黑云母少见。 造岩矿物均为地表常温、常压条件下的稳定矿物或新生矿物。 第二节 沉积岩的特征 三、沉积物的结构 沉积岩的

10、结构是指沉积岩中颗粒的性质、大小、形态及其相互关系。主要有两类： 1.碎屑结构（碎屑颗粒粒径大小） 砾状结构 2 mm (砾岩) 砂状结构 20.05 mm (砂岩) 粉砂结构 0.005 mm (粉砂岩) 泥质结构 0.005 mm (泥岩) 分选性：碎屑颗粒大小的均匀程度。按粒级成分含量划分：好 、中等和差 。 第二节 沉积岩的特征 分选性的好与差 磨圆度：碎屑颗粒棱角被磨蚀的程度。圆状次圆状次棱角状棱角状 分选性、磨圆度反映了搬运介质的性质及距离的远近。以结构成熟度的高低来综合描述。 通常成熟度高说明分选性、磨圆度好，搬运距离远；成熟度低说明分选性、磨圆度不好，搬运距离近。 第二节 沉积

11、岩的特征 2.非碎屑结构 （1）岩石中的颗粒由化学沉积作用或生物化学沉积作用形成。 （2）无碎屑和填隙物及胶结物之分。 （3）为化学岩、生物化学岩所特有。 （4）类型有晶质结构（全又近等大的沉积晶体所组成，如灰岩的方解石。常见的有碎屑结构、泥质结构、结晶结构、生物结构（由丰富的生物化石碎屑组成）。 第二节 沉积岩的特征 四、沉积构造 沉积构造是指沉积岩各个组成部分在空间的分布状态和排列形式，一般在沉积岩形成的同时或成岩早期生成。 1.层理 沉积岩的成层性，是沉积物的成分、结构、颜色及层的厚度、形状等沿垂直方向变化而显示出来的。是沉积岩中最重要的一种构造特征，由细层、层系和层系组构成。 第二节

12、沉积岩的特征 细层：由成分单一的细微薄片组成，厚度以毫米(mm)为单位，又称纹层。 层系：由结构和产状相似的纹层组合而成的。 层系组：在相似沉积环境下形成的层系组合，代表一套层理的基本单元。 层是最小的岩石地层单位，由成分基本一致的岩石组成。层的厚度变化很大，由几厘米至几米。按层的厚度可分为：块状层（1m）、厚层（1）、中层（）、薄层（）。 第二节 沉积岩的特征 第二节 沉积岩的特征 层理的主要类型有：水平层理、平行层理、波状层理、斜层理、交错层理、递变层理、透镜状层理和韵律层理等。 （1）水平层理 这种层理的细层界面平直且互相平行，并与层面一致。一般是在静水环境中悬浮的粉沙和粘土缓慢沉积面形

13、成的，沉积表面为水平面。 第二节 沉积岩的特征 （2）平行层理 外貌与水平层理相似，是在不稳定的水体条件下形成的，成分以砂质颗粒为主，形成微细的沙脊或沙沟，平行交错排列。 （3）波状层理 这种层理的细层界面呈波状起伏，总体方向平行于层面，波纹可对称或不对称。形成于浅水区的波浪震荡作用。 第二节 沉积岩的特征 （4）斜层理 由一系列与层面斜交的细层组成的，细层的层理向同一方向倾斜并相互平行，与上下层面斜交，上下层面相互平行。它是由单向水流所造成的，多见于河床或滨海三角洲沉积物中。 （5）交错层理 由多组不同方向的斜层理互相交错重叠而成的。是由于水流的运动方向频繁变化所造成的，多见于河流沉积层中。

14、 第二节 沉积岩的特征 （6）递变层理 同一层内碎屑颗粒粒径向上逐渐变细。它的形成常常是因沉积作用发生在运动的水介质中，其动力作用由强逐渐减弱。同一层内碎屑颗粒从下往上逐渐变粗者，称为反递变层理。 第二节 沉积岩的特征 （7）透镜状层理 其特点是砂质透镜体包于泥质层之中，砂质透镜体内部具发育良好前积纹层（细层），纹层的倾向大多是单向的，但透镜状层理有时为双向的。它是水流作用较弱，沙的供应不足，泥的沉积保存条件较沙有利的情况下形成的。 第二节 沉积岩的特征 （8）韵律层理 组成层理的细层或层系，在成分上、结构上以及颜色上作有规律的重复变化。由潮汐变化、季节变化、气候变化、冰川作用等形成。 第二节

15、 沉积岩的特征 2.波痕 沉积岩表面呈现出波状起伏的痕迹，是沉积介质动荡的标志，见于具有碎屑结构岩层的顶面。 当介质做定向运动时所形成的波痕为非对称状，顺流坡较陡逆流坡较缓，是由流水或风引起。 当介质来回运动的波浪时形成对称波痕，其两坡坡角相等。 第二节 沉积岩的特征 3.泥裂 滨海、滨湖沉积物暴露水面而干涸收缩而形成的V型裂纹，平面上为网格状的龟裂纹。泥裂常见于粘土岩和碳酸岩中。可确定岩层的顶底，开口方向为顶，尖灭方向为底。 4.缝合线 岩石剖面中呈锯齿状起伏的曲线。缝合线的起伏幅度一般是数毫米至数十厘米，总的展布方向与层面平行。规模较大的缝合线代表沉积作用的短暂停顿或间断；规模较小的缝合线

16、是压溶作用所形成的。主要见于石灰岩和白云岩中。 第二节 沉积岩的特征 5.结核 沉积岩中自生矿物的集合体，与围岩在颜色、成分和结构上均有明显的差异，常见铁质、硅质、钙质、锰结核等。常为圆球形、椭圆形、透镜状及不规则形态。石灰岩中的燧石结核主要是sio2在沉积物沉积的同时以胶体凝聚方式形成 第二节 沉积岩的特征 6.印模和重荷模 印模是指沉积岩层底面上的突起，有长条状、舌状、鱼鳞状或不规则的疙瘩状等，主要是在沉积作用停顿时，沉积物顶面受到流水冲刷，或受到流水携带物体的刻划，形成沟槽，然后被上覆沉积物充填铸模而成。 沿一个方向伸长且相互平行排列的定向性印模，称为重印模。它是在固结过程中，上覆密度较

17、大的沉积物不均匀地压入下伏密度较低的沉积物，结果在上覆岩层底面产生向下的圆弧突起。 第二节 沉积岩的特征 8.生物痕迹 生物痕迹构造与生物的生命活动有关，均为原地成因。可指示沉积环境，如潜穴，常指示动荡的浅水环境。 一种遗迹化石，指由食泥或穴居的蠕虫、软体动物或其他无脊椎动物等留于沉积物中的管状或柱状洞穴保存而成的化石 第二节 沉积岩的特征 第三节 常见的沉积岩 一、沉积岩的类型 按照岩石的成因，沉积岩分为三大类: （1）陆源碎屑岩:砾岩和角砾岩（2mm）、砂岩（2）、粉砂岩（）及泥岩、页岩（）。 （2）火山碎屑岩：火山集块岩、火山角砾岩、凝灰岩。 （3）内源沉积岩：化学岩（灰岩、白云岩、硅质

18、岩、铝质岩、铁质岩、磷质岩、蒸发岩、可燃性有机岩）和生物化学岩（硅藻岩、放射虫岩）。 第三节 常见的沉积岩 二、常见陆源和内源沉积岩 1. 砾岩和角砾岩 具有砾状结构（粒径2mm），由30岩石含量的砾石、基质、胶结物组成的岩石。形状为圆形或次圆形的称为砾岩，形状为棱角形或次棱角形的称为角砾岩。 第三节 常见的沉积岩 2. 砂岩 具有砂状结构（粒径2）的碎屑岩石，碎屑成分为石英、长石、白云母、岩屑、生物碎屑及粘土矿物，颜色多样，因碎屑成分和填充物成分而异。 3.粉砂岩 具有粉砂结构（）的碎屑岩石。碎屑成分为石英和少量长石与云母。 第三节 常见的沉积岩 4. 粘土岩（泥岩、页岩） 由粘土矿物组成并常具有泥状结构（粒径）的岩石，主要粘土矿物有高岭石、伊利石和蒙脱石等，其中高岭石为常见矿物。 粘土岩中固结微弱者称为粘土 粘土岩中固结较好但没有层理者称为泥岩 固结较好且具有良好层理者称为页岩 第三节 常见的沉积岩 5. 硅质岩 化学成分为SiO2，组成成分为微晶质石英和玉髓，少数情况下为蛋白石。质地坚硬，小刀不能刻划；性脆。如碧玉