第章 沉积岩的形成及演化二

《沉积岩石学》第二章沉积岩的形成及演化沉积岩的形成及其形成后的演化的全部历史过程大致可分为以下几个阶段沉积岩原始物质的形成阶段主要是母岩的风化产物，还有火山物质、有机物质以及宇宙物质等沉积岩原始物质的搬运和沉积阶段即沉积物的形成阶段沉积后作用阶段其中又包括沉积物的同生作用和准同生作用阶段、沉积物的成岩作用阶段以及沉积岩的后生作用阶段

一、风化作用的概念：

母岩：是供给沉积岩原始物质成分的岩石，主要是岩浆岩和变质岩，也包括早已形成的沉积岩。

风化作用：暴露于地表及其附近的岩石，在大气、温度、水和生物的联合影响下，使原来岩石的物理性质或化学成分发生改变的地质作用称为风化作用。

第一节：母岩的风化作用～沉积岩最原始物质的形成（一）物理风化作用：

指岩石在风化过程中，只改变物理状态，不改变化学成分的破坏作用。

物理风化的产物：是产生岩石碎屑和矿物碎屑。

物理风化的因素：温度、压力、水、重力、风、雷电等。

（南京地校P78图4～2、图4～4）

（二）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、产生新矿物的过程称为化学风化作用。

1、氧化作用：

空气和水中的游离氧是地表最重要的氧化剂。氧化作用最易破坏的是硫化物、有机化合物和含有氧化亚铁、氧化亚锰、钒、钴的矿物。

例如：由硫化矿物组成的矿床，经过氧化作用以后，常常形成以褐铁矿为主要成分的疏松多孔的堆积体，这种堆积体称为铁帽。在铁帽的下部，往往可以找到较富的原生矿床。

4FeS2＋14H2O＋15O2=2(Fe2O3·3H2O)＋8H2SO4黄铁矿水氧褐铁矿硫酸2、CO2的化学风化作用：

CO2比其它气体易溶于水，在河水和地下水中，CO2的含量为大气圈中的1700～2700倍。富有游离碳酸的水比纯水破坏碳酸盐和原生铝硅酸盐矿物更为剧烈。

（1）石灰岩与二氧化碳的作用：石灰岩遇到含有CO2的水时，就会形成可溶于水的Ca(HCO3)2,因而石灰岩被风化了。

CO2的化学风化作用举例：CaCO3＋CO2＋H2O=Ca(HCO3)2石灰岩（不溶于水）（溶于水）（2）正长长石与二氧氧化碳的作作用：正长石与含含二氧化碳碳的水作用用后，能使使正长石分分解。4KAlSi3O8＋2CO2＋4H2O=Al4Si4O10(OH)8＋8SiO2＋2K2CO3正长石高高岭岭石3、水的化化学风化作作用：（1）水解解作用：矿物与含有自由由离子H＋和[OH]－的水作用，能使使矿物的阳离子子形成氢氧化物物，从矿物中解解脱出来，因而而破坏了矿物。。例如：正长石与与水作用，可使使正长石中的钾钾形成KOH溶溶于水中，正长长石最后变为高高岭石而被破坏坏。4KAlSi3O8＋6[H＋＋(OH)－]=Al4Si4O10(OH)8＋8SiO2＋4KOH正长石离离解解水高高岭岭石（2）水化作用用：有些矿物与水起起反应，吸收水水分子形成新的的矿物。例如：硬石膏与与水作用后形成成石膏，体积增增大60%，对对周围岩石产生生很大压力，因因而促进了物理理的破坏作用。。CaSO4＋2H2O=CaSO4·2H2O硬石膏石石膏经过水化作用而而形成的石膏较较硬石膏的溶解度要大得多多，加速了石膏膏被水的溶解。。（3）含硫酸水水的作用：硫化物氧化后，，经常产生大量量的硫酸，含硫硫酸的水对矿物物岩石的化学风风化作用能力很很强，从而破坏坏岩石。例如：含硫酸的的水与石灰岩作作用，也能使石石灰岩产生溶蚀蚀现象。CaCO3＋H2SO4=CaSO4＋CO2＋H2O石灰岩硬硬石膏膏（4）含碱质水水的作用：长石经过化学风风化后，可产生生K2CO3、Na2CO3及KOH等，它它们都易溶解于于水，使水呈碱碱性。含碱质的水能加加大对SiO2的溶解度，促进进硅质岩石的风风化。（三）生物风化化作用：1、生物物理风风化作用：2、生物化学风风化作用：例如，有些微生生物新陈代谢时时，要汲取矿物物中的某些元素素。如磷细菌、、硅细菌，它们们的生命活动就就是靠分解矿物物中的磷和硅，，因而含磷矿物物和含硅矿物就就被它们破坏了了。菌类、藻类及其其他微生物通过过它们的生命活活动能放出CO2、O2、H2S等气体，这些些气体能对矿物物岩石进行强烈烈的化学风化作作用。生物本身分泌出出的有机酸能腐腐蚀和溶解岩石石，使岩石遭到到破坏（如地衣衣、植物的根等等）。二、各种造岩矿矿物的风化及其其产物：1、石英（SiO2）：在风化作用中稳稳定性极高，它它几乎不发生化化学溶解作用，，一般只发生机机械破碎作用。。2、长石：长石的风化稳定定性次于石英。在长石类矿物中中，钾长石的稳稳定性较高，多多钠的酸性斜长长石次之，中性性斜长石又次之之，多钙的基性性斜长石稳定性性最低。因此，在沉积岩中钾长长石多于斜长石石。钾长石的风化过过程及其产物如如下：铝土矿是钾长石石风化的最终产产物，是风化带带中很稳定的矿矿物。但是，只只有在十分有利利的条件下，钾钾长石才能完全全风化成铝土矿矿，在一般情况况下，钾长石大大都转变为水白白云母和高岭石石。3、云母：白云母的抗风化化能力较强，所所以它在沉积岩岩中相当常见。。黑云母的抗风风化能力比白云云母差的多。白云母（KAl2[AlSi3O10](OH)2）：白云母在风化过过程中，主要是是析出钾和加入入水，先变为水白云母母，最后可变为为高岭石。黑云母（K(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH,F)2）：黑云母遭风化后后，钾、镁等成成分首先析出，，同时加入水，，常经过水黑云云母、绿泥石Mg5Al[AlSi3O10](OH)8(Fe3O4)、最终变为褐铁矿矿或高岭石等粘粘土矿物。在海底风化条件件下，黑云母可变成海绿石：：(K,HO)(Fe,Mg,Al)2[(Si,Al)Si3O10](OH)24、铁镁硅酸盐盐矿物橄榄石(Mg,Fe)2SiO4；辉石Ca(Mg,Fe,Al)[Si,Al]2O6；角闪石Ca2Na(Mg,Fe)4(Al,Fe)[(Si,Al)4O11](OH)2]：它们的抗风化能能力比石英、长长石、云母都低低得多，所以在在沉积岩中较少少见，其中以橄橄榄石最易风化化，辉石次之，，角闪石又次之之。这些矿物在遭受受风化时，铁、、镁、钙等易溶溶元素首先析出出，硅也部分或或全部地析出，，大部分元素呈溶溶液状态流失走走，一部分元素素在风化带中形形成褐铁矿、蛋蛋白石等。故这类矿物在沉沉积岩中含量很很少，一般多呈呈重矿物的形式式存在。5、粘土矿物（（如高岭石、蒙蒙脱石、水云母母等）：粘土矿物本来就就是在风化条件件下或者沉积环环境中生成的，，在风化带中相相当稳定。但是，在一定的的条件下，它们们也还会发生变变化，转变为更更加稳定的矿物物，如铝土矿、蛋白石石等。6、碳酸盐矿物物（如方解石、、白云石等）：：风化稳定性甚小小，很易溶于水水并转移，因此此在碎屑沉积岩岩中很难见到它它们。只有在干旱的气气候条件下，在在距母岩很近的的快速搬运和堆堆积的沉积物中中，才可能看到到由它们组成的的岩屑。7、硫酸盐矿物物（如石膏、硬硬石膏）、硫化化物矿物（如黄黄铁矿）、卤化化物矿物（如石石盐）等：它们的风化稳定定性最低，最易易溶于水，多呈呈真溶液状流失失走。三、各种岩石的的风化及其产物物：岩石是矿物的集集合体，因此岩岩石的风化及其其产物主要是由由组成它的矿物物的风化情况决决定的。（一）岩浆岩：：1、花岗岩风化化作用及其产物物：花岗质的岩浆岩岩及变质岩（包包括花岗岩、花花岗闪长岩；花花岗片麻岩等））是分布最广的的岩浆岩及变质质岩，它们的风风化作用具有代代表性。花岗岩风化后的的产物可分为三三类：溶解物质质、粘土矿物（（新生成的矿物物）和残留物质质。2、花岗闪长岩岩风化作用及其其产物：3、基性和超基基性侵入岩：主要由较易风化化的橄榄石、辉辉石、基性斜长长石组成，远比比花岗质岩石易易风化。风化后后，除部分易溶溶元素转移流失失外，常在原地地形成一些化学学残余矿物，如如蛇纹石、滑石石、绿泥石、褐褐铁矿等。4、火山岩及火火山碎屑岩：由于含有相当的的甚至大量的玻玻璃质或火山灰灰，故其风化速速度大都相当快快。（二）沉积岩：：以蒸发岩（主要要由卤化物及硫硫酸盐矿物组成成）最易溶解，，最易风化。碳碳酸盐岩次之，，粘土岩、石英英砂岩、硅岩等等最难风化。砂岩的主要成分为碎碎屑石英，不易易受化学分解，，而以机械破碎碎为主；粘土岩一般也较稳定，，但易破碎呈细细小碎屑被搬运运；石灰岩在干旱地区以机机械破碎为主，，在湿热地区则则以溶解为主；；硅质岩则很难受化学风风化。四、母岩风化过过程中元素的转转移顺序及母岩岩风化的阶段性性：（一）元素的转转移顺序：（二）母岩风化化的阶段性（以以玄武岩为例））：由于母岩的各种种化学成分在风风化作用中从风风化壳中淋出的的顺序有先有后后，所以母岩的的风化作用过程程就呈现出了阶阶段性。波雷诺夫将结晶晶岩的风化过程程分为四个阶段段。在各阶段中中，各有其独特特的风化产物。。1、破碎阶段：以物理风化作作用为主，形成成岩石或矿物的的碎屑。2、饱和硅铝阶阶段：新生成的矿物：：蒙脱石、水云云母、拜来石、、绿泥石等。都都是不含或微含含Ca2＋、Na＋，且K＋、Mg2＋含量也下降了的的矿物。3、酸性硅铝阶阶段（粘土型风风化阶段）：新生成的矿物：：K＋、Mg2＋的再次析出使得得上个阶段所形形成的矿物（蒙蒙脱石、水云母母等）又被破坏坏而形成在酸性性条件下稳定的的、不含Ca2＋、Na＋、K＋、Mg2＋盐基的粘土矿物物～高岭石等。。4、铝铁土阶段段（红土型风化化阶段）：硅酸盐矿物被彻彻底分解，全部部可移动的元素素都被溶液带走走，主要剩下Fe、Al、Si的氧化物残残留原地，形成成铝土矿、褐铁铁矿和蛋白石的的堆积（红土））。五、母岩风化产产物的类型：1、碎屑残留物物质：主要是母岩的岩岩石碎屑或矿物物碎屑。在风化作用的第第一阶段最发育育，到第四阶段段，这种物质就就很少了，只有有那些风化稳定定性最高、极难难风化的石英才才能保留下来。。这种物质质的初始始阶段大大都残留留在母岩岩区，后后来就可可能被各各种营力力搬运走走。2、新生成的的矿物（（化学风风化矿物物）：主要是指指在风化化作用过过程中新新生成的的一些矿矿物，如如水云母母、高岭岭石、蒙蒙脱石、、蛋白石石、铝土土矿、褐褐铁矿等等。这些物质质在初始始阶段也也大都存存在于母母岩的风风化带中中，所以以也常称称为“化化学残余余物质””。后来来，它们们也将被被各种营营力搬运运走。3、溶解解物质：主要是指指母岩在在化学风风化作用用过程中中被溶解解的那些些成分（（如Cl、S、、Ca、、Mg、、K、Si、Fe、Al、P等）。。这些物质质大都呈呈真溶液液或胶体体溶液状状态被流流水搬运运走，转转移至远远离母岩岩区的湖湖泊或海海洋中去去，在一一定的条条件下沉沉积下来来，形成成化学岩岩沉积。。六、风化化壳：1、风化壳的的概念：：地壳表层层岩石风风化的结结果，除除一部分分溶解物物质流失失外，其其碎屑残残余物质质和新生生成的化化学残余余物质大大都残留留在原来来岩石的的表层。。这个由由风化残残余物质质组成的的地表岩岩石的表表层部分分，或者者说已风风化了的的地表岩岩石的表表层部分分，就称称为风化化壳或风风化带。。风化壳基基本特征征：风化化壳一般般分三层层，上层层土壤、、中层为为残积物物和半风风化的岩岩石、下下层为未未风化的的基岩。。2、风化壳的的厚度：：可以由几几米～一一、二百百米，通通常为几几米或几几十米。。与气候候、地形形、构造造等因素素有关。。一般说来来，在气气候潮湿湿、地形形平坦、、构造活活动比较较稳定的的地区，，风化作作用较强强，剥蚀蚀作用较较弱，风风化残余余物质易易于保存存，故风风化壳厚厚度较大大。在相相反的条条件下，，风化壳壳厚度就就较小，，以至为为零。3、古风风化壳：：地壳下降降，沉积积物沉积积在风化化壳上，，把风化化壳埋藏藏在地层层之中，，即成为为古风化化壳4、古风风化壳的的意义：：古风化壳壳是地壳壳上升、、沉积间间断、不不整合的的重要标标志；是是古气候候、古地地理分析析的重要要依据；；是当前前划分层层序地层层界面的的主要标标志；风风化壳中中常蕴藏藏着一些些重要的的金属和和非金属属矿床（（如高岭岭石矿、、铝土矿矿、铁矿矿、镍矿矿等）；；在风化化壳中还还可以形形成油气气藏。七、沉积积物的其其他来源源：1、生物物成因的的沉积物物：生物物遗体。。2、深部部来源的的沉积物物：火山山碎屑物物。3、宇宙宙来的沉沉积物：：陨石及及其尘埃埃。提问：1、元素素或化合合物在风风化过程程中的转转移顺序序？2、风化化产物类类型？一、牵引引流和沉沉积物重重力流的的搬运和和沉积：：（一）牵牵引流：：河流、、海湖浅浅水、风风等1、搬运运：搬运运力表现现在二方方面：（1）推推力（即即牵引力力）。推推力的大大小主要要取决于于流体的的流速。推力越越大则能能搬运的的碎屑颗颗粒越大大。（2）负负荷力（（即负载载沉积物物的能力力）。负负荷力的的大小取取决于流流体的流量。负荷力力越大则则能搬运运的沉积积物数量量就越多多。2、沉积积：随着着牵引流流流速的的降低，，流量的的减小，，流体的的推力和和载荷力力就要减减弱，从从而形成成超载而而发生沉沉积。第二节：：碎屑物物质的搬搬运和沉沉积作用用（二）重重力流：：沉积物重重力流是是密度流流，相对对密度可可达1.5～2.0，，是大小小不一的的碎屑物物质与流流体形成成的高密密度混合合体。1、搬运运：在重力的的作用下下，主要要以悬移移载荷方方式搬运运，沿斜斜坡由高高处向低低处移动动。2、沉积积：当坡度变变缓，流流速降低低时，沉沉积物重重力流会会发生骤骤然卸载载，故在在沉积盆盆地的斜斜坡根部部常形成成各种类类型的重重力流沉沉积。有有些重力力流可沿沿盆地底底部扩展展到深水水平原的的广大地地区发生生沉积。。二、碎屑屑物质在在流水中中的搬运运和沉积积作用：：1、搬运运方式：：流水搬运运碎屑物物质的方方式主要要有三种种：滚动搬运运：即较粗粗粒的碎碎屑沿流流水的底底部呈移移动、滚滚动式地地前进。。跳跃搬运运：碎屑一一边跳跃跃一边向向前搬运运。比如如砂级的的碎屑。。（滚动搬运运和跳跃跃搬运也也可统称为为滚动搬搬运）悬浮搬运运：对细碎屑屑，如粉粉砂、粘粘土等。。极细砂下沉30米约需2小时，而细粘土则约需1年；如要下沉3000～4000米，极细砂约需10天，细粘土则约需100年。2、机械械沉积作作用：颗粒下沉沉速度与与相对密密度、颗颗粒半径径成正比比，与流流体粘度度成反比比。所以以，大而而轻的颗颗粒可以以和小而而重的颗颗粒同时时沉积。。斯托克公公式适用用于：粒粒径小于于0.1毫米米球形颗颗粒，表表面光滑滑，水温温200C，静水水或层流流条件。。假如颗粒粒不是球球形，则则沉速会会有所不不同，实实验证明明，假定定球形颗颗粒的沉沉速为100，，则椭球球形颗粒粒的沉速速为84～61（体积积相同的的前提下下），立立方体为为74，，长柱体体为50，片状状颗粒为为80～～38。。由此可见见，球形形颗粒沉沉速最大大，片状状颗粒沉沉速最小小，所以以，片状矿物物（如白白云母））常被搬搬运的很很远，与与较细的的粉砂、、粘土沉沉积在一一起。（2）尤尤尔斯特特隆图解：：由图可以以看出：：①始动流速速比继续续搬运流流速大。。②0.05～2毫毫米颗粒粒：易搬搬运、易易沉积，，常呈跳跳跃式前前进。③＞2毫毫米的颗颗粒：不不易搬运运、易沉沉积，多多呈滚动动式搬运运。④＜0.05毫毫米颗粒粒：不易易搬运、、不易沉沉积，呈呈悬浮式式搬运。。l经森德伯伯格修改改过的尤尤尔斯特特隆图解解：始动流速速被分为为二条：：未固结结的和固固结的。。由图可可知固结结的始动动流速高高于未固固结的。。且未固固