第二章-沉积岩的形成与演化课件

1、第二章 沉积岩的形成及演化第一节 母岩的风化作用沉积岩最原始物质的形成第二节 碎屑物质的搬运和沉积作用第三节 溶解物质的搬运和沉积作用 第四节 沉积后作用及其阶段的划分 本章重点风化作用的概念及类型，长石的风化作用及产物，花岗岩和玄武岩风化作用及产物，母岩风化过程中元素的转移顺序，母岩风化的阶段性，母岩的风化产物，风化壳的概念，雷诺数，弗罗德数，龙尔斯特隆图解，碎屑物质在流水中的变化，机械分异作用，正常沉积作用和事件沉积作用，胶体溶液和真溶液的搬运和沉积作用，化学分异作用沉积岩的形成原始物质 沉积物的搬运 沉积后作用形成 和沉积作用原始物质 沉积物 沉积岩搬运 沉积后作用沉积 第一节 母岩的风

2、化作用 沉积岩最原始物质的形成一、风化作用的概念 二、各种造岩矿物的风化及其产物 三、各种岩石的风化及其产物 四、母岩风化过程中元素的转移顺序及母岩风化的阶段性 五、母岩风化产物的类型 六、风化壳 七、沉积物的其它来源 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。一、风化作用的概念是因温度的变化，水以及各种酸的溶蚀作用，生物的作用以及各种地质营力的剥蚀作用等，地壳表层的岩石处于不稳定状态，逐渐遭受破坏，转变为风化产物的过程。 一、风化作用的概念 风化作用是地壳表层岩石的一种破坏作用。 风化作用按其性质可分为：物理风化作用、化学风化作用及

3、生物风化作用。 1、物理风化作用 岩石主要发生机械破碎，而化学成分不改变的风化作用，称为物理风化作用。一、风化作用的概念2、化学风化作用 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，使其分解而产生新矿物的过程称为化学风化作用。水合、水解、氧化、酸 3、生物风化作用 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，也有间接的作用。 例：鲕状、肾状赤铁矿（叠层石）、根劈二、各种造岩矿物的风化及其产物 1.石英在风化作用中稳定性极高，几乎不发生化学溶解作用，一般只发生机械破碎作用。石英是碎屑岩中

4、主要矿物成分。2.长石长石风化稳定性次于石英稳定性由高到低：钾长石、多钠的酸性斜长石、中性斜长石、多钙的基性斜长石沉积岩中钾长石多于斜长石 二、各种造岩矿物的风化及其产物 （1）钾长石 析出K,Si 析出K,Al SiO2nH2O（蛋白石）KAlSi3O8K1Al2(Si,Al)4O10OH2nH2OAl4Si4O10OH8 钾长石 +H2O 水云母 +H2O 高岭石 Al2O3nH2O（铝土矿）（2）斜长石的物与钾长石相似 二、各种造岩矿物的风化及其产物 3.云母白云母（K）的抗风化能力较强。白云母水白云母高岭石黑云母抗风化能力比白云母差。黑云母蛭石绿泥石褐铁矿4.铁镁硅酸盐矿物铁镁硅酸盐矿

5、物抗风化能力比石英、长石、云母差得多，稳定性由高到低：角闪石、辉石（链状）、橄榄石（岛状）二、各种造岩矿物的风化及其产物 5.碳酸盐矿物方解石、白云石等风化稳定性很差，易溶。6.粘土矿物稳定7.硫酸盐矿物、硫化物矿物，卤化物矿物风化稳定性最低，易溶于水中，呈溶液态流失。8.岩浆岩及变质岩中的一些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、金红石、磁铁矿、榍石、十字石、蓝晶石、独居石、红柱石等风化稳定性较大。为什么造岩矿物风化稳定性差别这么大？1.矿物的结晶温度 金刚石？2.矿物化学成分的化学活泼性3.矿物的晶体化学性质 （晶体构造）氧和阳离子之间的键强度总数（cal

6、/mol）三、各种岩石的风化及其产物、花岗岩石 英：机械破碎 砂粒钾长石：K2O 成为碳酸盐、氯化物进入溶液 溶解物质 Al2O3 水化后成为含水硅酸盐 粘土 SiO2 少部分游离出来 溶解物质斜长石：Na2O 成为碳酸盐、氯化物进入溶液 溶解物质 CaO 碳酸盐，溶于水 溶解物质 Al2O3,SiO2 同钾长石三、各种岩石的风化及其产物、花岗岩花岗岩白云母：较少分解 云母碎片黑云母：H2O 水溶液 水溶液 K2O，Al2O3，SiO2 同钾长石 (Mg,Fe)O碳酸盐,氯化物,赤铁矿,褐铁矿 溶解物质及色素副矿物：锆石、磷灰石 重矿物矿物成分化学组分所发生的变化风化产物石英SiO2残留不变砂

7、粒钾长石K2O成为碳酸盐，氧化物进入溶液溶解物质Al2O3水化后成为含水铝硅酸盐粘土6 SiO2少部分SiO2游离出来，溶于水中溶解物质斜长石3Na2O成为碳酸盐、氯化物进入溶液溶解物质CaO成为碳酸盐，溶于含CO2 的水中溶解物质4Al2O3同钾长石粘土20 SiO2溶解物质白云母2H2OK2O3Al2O320 SiO2残留不变云母碎片黑云母H2O水溶液水溶液K2O成为碳酸盐、氯化物进入溶液溶解物质Al2O3生成含水铝硅酸盐粘土2(Mg,Fe)O成为碳酸盐、氯化物进入溶液，碳酸盐氧化为赤铁矿、褐铁矿等溶解物质及色素3 SiO2部分SiO2游离出来，溶于水中溶解物质锆英石ZrO2SiO2残留不

8、变砂粒（重矿物）磷灰石Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)溶解或残留不变溶解物质或砂粒（重矿物）花岗岩的风化作用及其产物三、各种岩石的风化及其产物2、花岗岩、花岗闪长岩、花岗片麻岩、混合花岗岩3、中性和碱性侵入岩同花岗质岩石类、基性和超基性侵入岩易溶元素转移流失；在原地生成蛇纹石、滑石、绿泥石、褐铁矿等。、沉积岩风化作用简单，但差异性大。、盐岩、碳酸盐岩易风化，硅岩、石英砂岩较难风化。四、母岩风化过程中元素的转移顺序及母岩风化的阶段性（一）元素的转移顺序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,Z

9、n3.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（Kx 40 紊流一、流体的一些基本知识和概念3、缓流、急流和佛罗德数（Fr）明渠水流按流动强度：急流、缓流和临界流三种流态。判别标志为佛罗德数（ Fr， Froude number ）Fr惯性力/重力（V2/L）/gV2/（Lg）但一般取Fr V/ Lg 标志惯性力与重力之间的关系 描述流体的运动强度明渠水流河流、湖泊、海洋中的牵引流无压流 一、流体的一些基本知识和概念3、缓流、急流和佛罗德数（Fr） Fr1：缓流，水深流缓下部流动体制，低流态Fr1：临界流，过渡流态Fr1：急流，

10、水浅流急上部流动体制，高流态3、缓流、急流和佛罗德数（Fr）Fr1：缓流，水深流缓下部流动体制，低流态Fr1：临界流，过渡流态Fr1：急流，水浅流急上部流动体制，高流态一、流体的一些基本知识和概念、两类流体及其搬运和沉积作用方式类别牵引流重力流流体性质牛顿流体非牛顿流体密度低高（1.08，海水比重）水动力学机制地形、潮流或风重力液固相分明不分搬运介质流水沉积物搬运动力推力、负荷力重力搬运方式滚动、跳跃、悬浮悬浮运动关系水主动，颗粒被动水被动，颗粒主动搬运物质碎屑物质、溶解物质碎屑物质为主沉积作用流速、能量减小能力减小转化或稀释沉积环境地形变化较小山前或斜坡及其下游方向沉积构造各种类型层理粒序/

11、递变层理二、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用1、搬运方式（1）推移搬运（滚动+跳跃）推移载荷(bed load)（2）悬浮搬运悬移载荷（suspend load）载荷：流体中被搬运的沉积物，也叫负载，负荷。二、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用2、机械沉积作用（1）碎屑颗粒在静水中的沉积作用 在静水条件下，可用斯托克实验公式表示： V=(2(d1-d2)/(9)gr2 V下沉速度（cm）d1颗粒密度d2水介质密度水介质粘度（20时为0.01cp）g重力加速度（980cm/s2）r颗粒半径适用于静水、室温、rV继尤尔斯特隆图解两条曲线：开始搬运曲线继续搬运曲线三个区：剥蚀区，搬运区和沉积区三个段：

12、砾级 难搬易沉 山区d2mm，V开大，V继大，VV开V继，小。粉砂和泥级 易搬难沉 深水 d0.01mm，V开大，V继很小， V很大，砂级 易搬易沉 跳跃 分布最广 0.12mm，V开最小，V继中等， V不大。剥蚀区搬运区沉积区搬运和沉积的决定因素粒径和流速（1）当流动强度为P时，它所能滚动的砾石最大粒径为8cm，同时所能悬浮的最大砂粒为2.2mm。（2）当流动强度略小于P时，可使粒径为8cm的砾石和2.2mm的砂粒同时沉积，从而可能形成双众数的砂砾岩。（3）当流动强度在附近反复变动时，即属持续水流时，则可能形成砂质沉积与砾石质沉积的互层，其平均粒度应分别为2.2mm与cm左右。（）如果流动强

13、度急剧域小，则可能造成分选极差的多众数的砾、砂，粉砂和泥的混合沉积物。（5）沉积砂粒所需的流动强度要比沉积cm砾石所需强度小得多。因此在平均粒度为cm的砾石沉积的孔隙中所充填的1砂，不可能是同时沉积物，后者应是在水流强度减小后的孔隙渗滤充填物。例如冲积扇中的筛状沉积物中的充填物就是这种情况。二、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用3、碎屑物质在流水搬运过程中的变化矿物成分不稳定组分减少稳定组分增加粒度（颗粒大小）变细，分选变好颗粒形状圆度与球度变好二、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用、碎屑物质在流水搬运及沉积作用过程中的分异作用：定义：指碎屑物质在流水中（不限于流水）的搬运过程中，按其物理性质（成

14、分、粒度、圆度、球度等）呈现分别集中的现象，其中以粒度分异最明显。 与分异作用相对的是“掺和作用”或混合作用，混杂作用，是指由于支流搬运物质的注入，沿岸物质的注入，以及其他因素引起的。二、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用、碎屑物质在流水搬运及沉积作用过程中的分异作用：从上游到下游，沉积物将发生：（1）颗粒大小分异，粒度由大到小、分选由差变好；（2）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，如含金砾岩。（3）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易于搬运。（4）矿物成分分异机械沉积分异结果： 随搬运距离的增长，碎屑物质的矿物成分趋向简单、稳定组分增多、

15、重矿物含量减少、粒度变细、分选、磨圆变好三、碎屑物质在海、湖水体中的搬运和沉积作用（一）碎屑物质在海水中的搬运和沉积作用 海洋环境中的主要营力有：波浪潮汐近岸流风暴流浊流等深流三、碎屑物质在海、湖水体中的搬运和沉积作用（一）碎屑物质在海水中的搬运和沉积作用1、波浪浪底/波基面（H）：波浪能影响到的最大水深， H=波长/2波浪作用主要限于滨岸的浅水地带，一般几十m波浪大小决定于风的大小按风的性质：正常浪底，风暴浪底横浪垂直海岸运动纵浪平行海岸运动过渡类型斜交海岸运动 三、碎屑物质在海、湖水体中的搬运和沉积作用（一）碎屑物质在海水中的搬运和沉积作用1、波浪（1）横浪远岸较深水地带，碎屑往返运动的同

16、时，向海运动。近岸较浅水地带，碎屑往返运动的同时，向岸运动。两者之间，海底碎屑只作往返运动三、碎屑物质在海、湖水体中的搬运和沉积作用（一）碎屑物质在海水中的搬运和沉积作用1、波浪（2）纵浪A.交角45，向岸运动碎屑纵向运动过程中遇地形变化，形成海滩、砂嘴、连岛砂坝等沉积体。三、碎屑物质在海、湖水体中的搬运和沉积作用（一）碎屑物质在海水中的搬运和沉积作用2.风暴浪风暴浪底比正常浪底深，可达200m风暴浪对正常浪底附近沉积物冲刷侵蚀风暴回流携带大量碎屑物质形成密度流或重力流深海浊流正常浪底和风暴浪底间是风暴沉积物（岩）三、碎屑物质在海、湖水体中的搬运和沉积作用（一）碎屑物质在海水中的搬运和沉积作用

17、3.近岸流A.沿岸流纵浪引起，波峰线与岸线斜交破浪后产生B.离岸流沿岸流流动一段距离，穿过碎浪带形成三、碎屑物质在海、湖水体中的搬运和沉积作用（二）碎屑物质在湖水中的搬运和沉积作用湖浪、湖流、浊流、风暴流，无潮汐面积小，受各种水动力的影响更大。四、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用1、条件：干旱地区，沙漠或滨岸地区。营力：风2、风力特点：a.风力密度比水小300倍，搬运能力为水的1/300。3、搬运砂和粉砂为主，选择性强。4、搬运过程中表现物理机制，如碰撞，磨蚀等，相对来讲溶解作用不明显。5、搬运方式：牵引流特点，跳跃，蠕动（滚动）。6、沉积物特点：分选好，磨圆好，具霜雨（圆玻璃状），形成各种形

18、状的沙丘，具大型交错层理，颗粒支撑，杂基少，化学胶结为主。四、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用四、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用四、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用五、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用、冰川和浮冰固体搬运和沉积、能力巨大，碎屑为主、整体搬运，混杂堆积，没有分选和磨圆；、冰川擦痕，特征“丁”字痕、“V”形刻蚀坑。、冰川消融，碎屑沉积-冰碛物。按位置分为：底碛、中碛、表碛、前碛、侧碛五、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用五、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用第二节 沉积物的搬运和沉积作用五、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用六、正常沉积作用和事件沉积作用1、正常沉积作用在正常情况或条件

19、下发生的，有明显机械沉积分异作用的，缓慢的、均匀变化的沉积作用，一般发生在河流、湖泊和海洋。2 、事件沉积作用由于重力、洪水、火山爆发、风暴等因素所引起的阵发性的、突然性的或灾变性的（搬运和）沉积作用，也叫幕式沉积作用3、两者关系可发生于同一沉积环境交替进行，互为消长关系垂向上任一剖面可由正常沉积和事件沉积的互层构成第三节 溶解物质的搬运和沉积作用一、概述 二、胶体溶液物质的搬运和沉积作用 三、真溶液物质的搬运和沉积作用 四、生物的搬运和沉积作用 五、化学沉积分异作用 六、两种沉积分异作用的关系及其地质意义 第三节 溶解物质的搬运和沉积作用一、概述溶解物质：Cl、S、Ca、Na、K、Mg、P、

20、Si、Fe等。Ca、Na、Mg的盐类则常呈真溶液搬运 Al、Fe、Mn、Si的氧化物常呈胶体溶液搬运；二、胶体溶液物质的搬运和沉积作用1、胶体溶液：介于粗分散系(悬浮液)和离子分散系(真溶液)间，粒子直径介于1100m间，多呈分子状态。2、胶体质点常带有电荷，（1）正胶体，表面带正电荷，如Fe、Al含水氧化物胶体；（2）负胶体，表面带负电荷，如Si、Mn氧化物，Pb、Cu硫化物；正胶体 负胶体Al(OH)3 Fe(OH)3Cr(OH)3 Ti(OH)4Ce(OH)4 Cd(OH)2CuCO3 MgCO3CaF2PbS,CuS,CdS,As2S3,Sb2S等硫化物S,Au,Ag,Pt粘土质胶体，

21、腐植质胶体SiO2,SnO2MnO2,V2O5二、胶体溶液物质的搬运和沉积作用3、胶体溶液稳定的因素（1）同种电荷的胶体质点之间的相互排斥力。（2）水介质中的腐植酸增加某些胶体（如：铁）的稳定“护胶作用”（3）pH 、Eh等。4、胶体聚集和沉淀的因素（1）正负胶体相遇“相互聚沉”。（2）电解质作用，不同名电荷（电解质）与胶粒电荷中和，胶体降低电动电势，失去稳定性而凝聚。（3）蒸发作用（4）溶液的pH和Eh值（5）温度增加，剧烈振荡，大气放电，毛细管作用等。三、真溶液物质的搬运和沉积作用（一）概念真溶液物质：母岩风化产生的Cl、S、Ca、Na、 K 、 Mg等，部分P、Si、 Al、 Fe、Mn

22、。（二）真溶液物质搬运及沉积作用的控制因素1、溶解度，根本控制因素。溶解度大，易搬难沉；反之，易沉难搬。三、真溶液物质的搬运和沉积作用（二）真溶液物质搬运及沉积作用的控制因素2、介质的酸碱度（pH值）(1)某些溶解物质的溶解度随pH值变化而变化。如：酸性介质条件下，SiO2沉淀而CaCO3溶解，在碱性介质中则相反。(2)随pH值变化，某些溶解物质沉淀形式不同。如：铁,pH23以Fe(OH)3沉淀，pH=5以Fe(OH)2沉淀。pH=67，溶液含CO2，以FeCO3沉淀。Fe2+和Fe3+沉淀时所需Eh值也不同。锰的情况同铁类似。三、真溶液物质的搬运和沉积作用三、真溶液物质的搬运和沉积作用三、真

23、溶液物质的搬运和沉积作用（二）真溶液物质搬运及沉积作用的控制因素3、介质的氧化还原电位（Eh值）Eh值对铁、锰等变价元素的溶解和沉淀影响很大。4、温度和压力（1）一般物质的溶解度随温度升高而增大。（2）压力对溶液中CO2含量影响很大。三、真溶液物质的搬运和沉积作用（二）真溶液物质搬运及沉积作用的控制因素5、溶液中CO2的含量对碳酸盐的沉淀和溶解度有很大的影响。CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2。Pco2升高，即CO2浓度增高，平衡向右移动，CaCO3溶解，反之，向左移动CaCO3沉淀。水中CO2含量与温度、压力有关。6、其它气候、蒸发作用三、真溶液物质的搬运和沉积作用四、生物的搬运

24、和沉积作用1、直接作用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，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。四、生物的搬运和沉积作用2、间接作用（1）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

25、使某些元素沉积。（2）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积物沉淀。五、化学沉积分异作用沉积分异作用概念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；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。五、化学沉积分异作用化学沉积分异作用：溶解物质由于化学活泼性或溶解度的差异，以及受所处环境pH和Eh的影响，将按一定的顺序依次从溶液中沉淀出来的现象。氧化物磷酸盐硅酸盐碳酸盐硫酸盐和卤化物六、两种分异作用的关系及其地质意义

26、1、并存2、机械沉积分异作用早些，化学沉积分异作用晚些。机械沉积分异作用的砂和粉砂阶段，大致与铁的氧化物阶段即化学沉积分异作用的开始阶段相当；机械沉积分异作用的最后阶段即粘土沉积的阶段，大致与化学沉积分异作用的碳酸盐沉积阶段相当；待化学沉积分异作用进行到硫酸盐及卤化物阶段时，机械沉积分异作用已基本结束。3、形成各种类型的碎屑沉积岩和化学沉积岩以及相应的沉积矿产，分异越彻底，对矿产形成越有利。第四节 沉积后作用及其阶段的划分一、基本概念1、沉积后作用：沉积物形成以后到沉积岩的风化和变质作用以前这一演化阶段的所有变化和作用广义的成岩作用2、同生作用：指沉积物刚刚沉积后而且尚与上覆水体相接触时的变化

27、，也称为“海底风化作用”或“海解作用”，“陆解作用”。 3、准同生作用：这一变化发生在同生作用后，沉积物已基本与水体脱离，但基本上还未脱离沉积时的环境主要指潮上带的疏松CaCO3沉积物被高镁粒间水白云化的作用。一、基本概念4、成岩作用：是指沉积物已基本与上覆水体脱离的情况下，由疏松的沉积物转变为固结的沉积岩的作用。真正的成岩作用，也叫狭义的成岩作用。通常所说的成岩作用一般是指广义的成岩作用。5、后生作用：泛指沉积岩形成以后，到遭受其风化和变质作用以前发生的变化或作用。在英美文献中称为“晚期成岩作用”。6、表层后生作用：在接近地表的沉积岩层中，主要是在地下水面附近所发生的一些作用叫“表层后生作用

28、”。同鲁欣（1958）的“退后生作用”、英美文献中的“表生成岩作用”相当。7、深部后生作用：是指地层深部沉积岩的后生作用。深度可达60008000m。同鲁欣（1958）的“进后生作用”和英美文献中的“变生成岩作用”相当。 二、成岩阶段划分方案很多采用石油天然气集团总公司的划分规范三、成岩阶段划分依据或成岩作用标志 1、根据粘土矿物 2、根据煤岩学 3、根据地球化学环境 4、根据埋深 5、其它思考题、试述物理风化作用及其影响因素？、试述化学风化作用中的主要作用及其影响因素？、简述生物风化作用？、试述主要造岩矿物的风化稳定性及其产物？、试述花岗岩、玄武岩的风化作用阶段及其风化产物？、试述母岩风化过程中元素的转移顺序及母岩风化的阶