沉积岩岩石学(一)

沉积岩岩石学

SedimentaryPetrology第三篇沉积岩岩石学第一章总论第二章沉积岩特征第三章陆源碎屑岩(他生沉积岩)第四章内源沉积岩(自生沉积岩)第五章沉积相及其分析第六章沉积建造第二篇沉积岩岩石学第一章总论第一节沉积岩概念第二节沉积物的形成过程第三节风化产物的搬运和沉积第四节成岩作用沉积岩(Sedimentaryrocks)第一章总论：沉积岩的形成过程及其特征第一节沉积岩概念(Sedimentaryrocks)一、定义沉积岩——是在地壳表层常温常压条件下，由母岩风化作用、生物作用和某些火山作用形成的物质，经过搬运、沉积和成岩等一系列地质作用而形成的岩石。地壳表层:

大气圈下层、水圈和生物圈的全部以及岩石圈的上层.地壳表层条件:常温、常压、水、大气、生物、重力作用

①温度：常温85℃～-70℃②压力：常压一般在1-20atm③大气和水的作用

④生物及生物化学作用

⑤重力作用母岩：各种先成的岩石，岩浆岩、变质岩、沉积岩沉积物(Sediment)：松散的堆积物，未成岩沉积岩石学

(SedimentoryPetrology)

定义：简单说是研究沉积岩的一门学科。它研究沉积岩的特征(成分、结构、构造)、形成、沉积环境及其时空分布规律的一门地质科学。沉积学(Sedimentology)

定义：是指研究沉积物的科学

沉积物sediment沉积岩Sedimentaryrock

沉积学sedimentology

沉积岩石学Sedimentarypetrology

侧重机理mechanism侧重岩类lithology

趋于统一成岩风化成因意义二、沉积岩石学的重要性1、分布广－陆地3/4、海洋100%；2、陆地平均厚度1.8km，最大达13km。海底厚度平均1km；3、占岩石圈体积的5%；4、沉积岩的已知时代最老，是研究地球发展演化历史的宝贵资料有最老年龄——地球最老岩石是沉积岩：如冀东曹庄变质沉积岩是3.8Ga；鞍山群也测出了30多亿年的同位素年龄；苏联科拉半岛变质沉积岩的同位素年龄是36亿年。

5、矿产

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能源矿产：煤，石油，天然气

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盐类:K,Na,Li,

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砂矿：Au，Mn

结核，Fe,Al,Cu等

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非金属矿产

一、沉积物的来源1.沉积物——构成沉积岩的物质2.沉积物包括母岩风化产物——先成岩石（三大岩）经风化作用形成的物质——主要生物物质——生物生活、活动及其遗体分解生成的有机质

——分布广含量少火山物质和宇宙物质——火山喷发的固体碎屑物，仅在火山口附近——少 宇宙物质指陨石，很少第二节沉积物的形成过程二、风化作用1.定义：风化作用——地表或者接近地表的岩石，在温度、水、空气及生物的作用和影响下所发生的破坏作用。 分为 物理风化作用 化学风化作用2.物理风化作用(1)定义——指岩石只发生机械破碎而化学成分未改变的风化作用。(2)主导因素——温度变化，水，冰，风，生物作用(3)结果——形成各种碎屑物质(4)位置——极地，沙漠，高山区在高寒山区，昼夜温差变化很大，岩石体积急剧收缩与膨胀，导致其首先沿着节理裂隙破碎。昼夜温差之变化对于节理不是特别发育的岩石，则常常形成球形风化，其结果也是导致岩石形成大小不一的碎块。球形风化球形风化水在获得势能与动能之后，对岩石的冲击力常常导致其形成各种形状的碎块。流水的冲刷狂风卷起砂砾，不仅造成对岩石的撞击，而且具有研磨作用，使洞穴不断扩大，造成对岩石的破坏。风沙的磨蚀作用冰川的运动将会导致其底部和两侧岩石被切削。冰川的切削当冰雪存在时，会增大昼夜温差变化，加速出露岩石的破碎。冰雪的作用也会加速岩石破碎冰的胀裂作用生物的物理风化作用植物的根系深深插入岩石裂缝，在其长大过程中造成对岩石的侧向应力，迫使岩石碎成小块。物理变化只是使先成岩石产生裂隙、再逐渐崩解形成大大小小的碎屑（即陆源碎屑）。这种碎屑最后经过沉积作用变为沉积岩，反过来，沉积的陆源碎屑也就成了推测先成岩石（母岩）性质的重要依据。物理风化的产物3.化学风化作用

(1)定义：指岩石在氧、水和溶于水的各种酸及生物的作用下，发生化学分解的风化作用。

(2)作用方式 氧化作用——价态变高，形成新矿物，Ol

褐铁矿/赤铁矿 水解作用—— 例如 Mg-Ol+H2O分解为离子

Or+H2O+CO2

高岭石 矿物分解

阳离子易溶，被水带走； 粘土矿物，如蒙脱石，高岭石，则残存 化学溶解——易溶于水 生物作用——生物分泌有机酸，加速岩石化学分解， 还可以产生大量O2，CO2，也影响风化作用(3)结果：原来矿物岩石被破坏，形成新矿物——粘土矿物(4)位置：高温潮湿的热带地区，水，植被非常发育三、主要造岩矿物和岩石在风化过程中的稳定性稳定性——指抗风化的能力，若抗风化能力强，则其稳定性高1.长石类:水K+,Na+,Ca2+ K,Na,Ca-Al硅酸盐 分解水云母 高岭石（酸性） 蒙脱石（碱性）2.Fe,Mg矿物：稳定性Ol<Py<Am

Ol,Py,Am+CO3——分解出氧离子，Ca2+,Mg2+,Fe2+,被水带走

氧化

——Fe2+Fe3+

，形成氧化铁矿物（红-褐-棕色）3.

石英（Q）:最稳定，只机械破碎，不易溶解4.云母类:Bi含水的氧化铁矿物、粘土矿物5.粘土矿物：地表条件下形成，只发生机械破碎，相对稳定6.碳酸盐矿物： 方解石(CaCO3)

在酸性水中易溶解，干燥时只物理风化 白云石(MgCO3)7.岩石的风化——与成分、结构、构造的关系(1)超基性，基性———中性———酸性 易风化—————————不易风化(2)砂岩，硅质岩难风化(3)粗粒容易，细粒难(4)具有板理、片理、层理的岩石易于风化8.决定矿物稳定性的因素（1）矿物性质——成分、结构、物理性质（2）外部条件——古地理、古气候四、风化产物母岩——经过风化作用后形成3类物质1.碎屑物质——机械破碎产生各种岩石、矿物碎屑2.不溶残余物质——指新生成的矿物，

粘土矿物，氧化硅，氧化铝，氧化铁矿物3.溶解物质——化学风化产生的 活泼金属元素，K,Na,Ca,Mg——进入溶液 溶解度低的，Al,Fe,Si的氧化物和氢氧化物

——形成胶体第三节风化产物的搬运和沉积前面讲过风化产物：

1.少量残留原地，大部分由水，风，冰搬运——进入沉积盆地2.碎屑物质——机械搬运和沉积 3.溶解物质——化学搬运和沉积一、碎屑物质的机械搬运和沉积按照搬运介质与环境不同，分为在流水中，水盆地中，风，冰川、浊流中搬运1.碎屑物质在流水中搬运和沉积(1)影响因素——碎屑物质的比重、粒度、形状、相互引力、摩擦力 流水的流速、流量、性质 流水动力>

碎屑重力、摩擦力、引力——则搬运

流水动力<

碎屑重力、摩擦力、引力——则沉积(2)搬运方式 滚动搬运——沿底面，>粒径2mm

跳跃搬运——间歇离开底面，跳跃前进，2-0.05mm

悬浮搬运——不沉淀，悬浮状态前进，<0.05 (3)搬运结果 随搬运距离加长，沉积物粒度变细，圆度和球度增高，分选变好，稳定矿物增加

水的搬运作用2.在水盆地中搬运和沉积(1)水盆地——海洋、泻湖、湖泊(2)海水盆地中的动力 波浪——波浪大小取决于风的强度和潮汐。发生在浅海浪基面以下， 垂直或平行于海岸方向。在沉积物表面造成对称或不对称的 波纹。

海流——常搬运悬浮物质、溶解物质，主要在大陆架地区 潮汐—— (3)结果 由于往返运动，导致沉积物磨蚀分选好、圆度好、稳定矿物多海南博鳌海滩3.在风中搬运和沉积 风是仅次于水的重要搬运营力(1)能力——比流水弱，只搬运细纱，粉砂，泥质（大风暴－粗砂和砾石）(2)地点——干旱之沙漠地区，远洋深海－尘爆(3)搬运方式——3种：滚动、跳跃、悬浮——一般以跳跃为主(4)结果与特点——风运砂，粒度细、分选和圆度好——大型沙丘4.冰川的搬运和沉积(1)方式——碎屑物质浮于冰上或者被包在冰中，呈固体形式，还有的在山谷底部被拖运。可以搬运直径达数十米、重达数千吨的岩块(2)特点——既无分选又无磨圆，棱角状，有擦痕、压坑，大小混杂(3)分布地区——高寒、高海拔、高纬度地区，现代冰川覆盖面积为陆地的10％。在冰川中搬运和沉积5.浊流搬运和沉积浊流是一种含有大量碎屑物质的底流，是靠液体的湍流和重力作用下发生流动。海盆地大陆斜坡地震，构造运动沉积物重力滑塌海底地形倾斜区暴风浪浊流沿着海底峡谷或斜坡向下流动在大陆斜坡底部或深海平原沉积后形成浊积物二、溶解物质的搬运和沉积溶解物质的搬运和沉积受物理化学规律的支配——主要是物质的溶解度。如溶解度由小到大：Al2O3—Fe2O3—MnO—SiO2—P2O5—CaCO3—CaSO4—NaCl—MgCl21.胶体溶液的搬运和沉积(1)胶体特点：质点小，重力影响小，质点带电，具吸附能力(2)胶体凝聚：为多相系统，若热力学不稳定，则失去平衡发生凝聚作用（絮状，团块状），沉积其他导致凝聚的因素——电解质加入、正负胶体混合、胶体溶液的浓缩(3)胶体沉积物（沉积岩）特点——胶状/贝壳状断口/吸水性强/化学成分不稳定等胶体溶液真溶液2.真溶液的搬运和沉积取决于溶解度，而溶解度决定于pH、Eh、T、P、CO2等。(1)pH:酸碱度影响物质溶解度，为溶液中H＋对数的负值

SiO2溶解度随pH，而。愈到碱性SiO2溶解度愈高。(2)Eh

：主要影响变价元素（Fe,Mn）化合物

Fe,Mn

氧化条件下——赤铁矿，软锰矿（高价） 还原条件下——黄铁矿(FeS),菱铁矿(FeCO3),

菱锰矿(MnCO3) (低价)(3)CO2含量：主要影响碳酸盐类矿物的溶解和沉淀。

CaCO3+CO2+H2O

Ca2++2HCO3—

若CO2增加，CaCO3溶解，反应正向进行 若CO2降低，CaCO3沉淀，反应反向进行(4)T、P

：一般来说，溶解度随T增加而增大地表变化不大，对物质溶解度影响不大。但是对于蒸发盐类很重要。SiO2、方解石溶解度随pH变化溶液的Eh值Eh值愈大，氧化性愈强，Eh值愈小，还原性愈强。Eh＞0视为氧化条件，Eh＜0视为还原条件。Eh值只对变价元素如Fe、Mn、S等化合物的溶解度有影响。Eh值即溶液的氧化-还原电位,是溶液氧化性或还原性强弱的衡量指标。Fe、Mn等高价态化合物（Fe2O3、MnO2）比低价态化合物（如FeO、MnO）溶解度小得多，因此，在氧化条件下，溶液中的Fe、Mn就易以高价态化合物沉淀。3.生物搬运和沉积作用包括：直接的——生活过程中，从周围介质中选择吸收某种物质构成其骨骼和有机体，死亡后成为各种生物成因的岩石、矿产，如生物礁灰岩、磷块岩，等。间接的——生命活动引起周围介质条件的变化，来影响物质搬运和沉积。如：藻类——光合作用吸收CO2

，会导致CaCO3

三、沉积分异作用1.沉积分异作用——母岩的风化产物在搬运过程中，因其各自性质不同，在外界条件的影响下，按一定顺序分别沉淀下来的现象。分为： 机械沉积分异作用

化学沉积分异作用2.机械沉积分异作用定义——碎屑物质在搬运过程中，随介质流速的减小和动能的减弱，由于粒度、比重、形状等差异而按一定顺序沉积的现象。是受物理因素支配的分异作用。(1)按粒度大小分异：如砾—砂—粘土(2)按密度大小分异：密度大的先沉积(3)形状：片状云母比同样大小的粒状石英搬运得远。(4)稳定性：距离愈远，不稳定矿物愈少因此：临近母岩地区——碎屑物成分复杂，远离母岩地区——碎屑物成分简单，多为稳定矿物(5)机械沉积分异的结果： 形成砾岩—砂岩—粉砂岩—泥质岩 这些粒度不同的岩石3.化学沉积分异作用定义——溶解物质在搬运过程中，由于各种元素和化合物的溶解度不同而发生先后沉积的现象。它受矿物溶解度和外界物理化学条件支配。见分异作用图解为一般规律化学沉积分异作用图解第四节成岩作用一、概念成岩作用—沉积物堆积下来之后，被后继的沉积物所覆盖，也就进入了与原介质隔绝的新环境，并由此开始逐渐转变成为沉积岩。在这一过程中，沉积物和沉积岩的物质成分和结构构造均发生一系列的变化。通常把这些变化，统称为成岩作用。成岩作用早期成岩作用同生作用EarlyDiagenesis固结之前的成岩作用，结果使得沉积物固结。浅埋成岩作用Syndiagenesis沉积物刚刚沉积，在沉积物－水界面及其以下薄层内发生的一切物理、化学和生物作用。晚期成岩作用深埋成岩作用（变质过渡）同生作用后直到沉积物固结所发生的一切物理、化学及生物作用。同生成岩作用（风化过渡）沉积物固结之后的成岩作用，是已固结沉积物的成分、结构和构造等的进一步变化。成岩阶段划分二、成岩作用中沉积物的几种主要变化类型1.压固作用——由于上覆沉积物的静水压力而使松散沉积物的体积缩小、含水量减少、密度增加的作用。泥质沉积物：受压固作用影响大，新鲜者孔隙度90%——页岩仅为20%

砂岩、碳酸盐———————小 压固作用沉积物沉积岩 排出水分、孔隙度下降、密度增加、颗粒紧密、硬度增大压固作用的结果(1)导致溶解如石英颗粒的锯齿状、石灰岩中的缝合线(2)改变片状、针状、柱状矿物的颗粒排列方向，如页岩中页理(1)胶结作用——松散的沉积物颗粒由化学沉淀物质或其它物质粘结而变成坚固岩石的作用。(2)化学沉淀物质——称为胶结物常见的胶结物：碳酸盐质（方解石、白云石）， 硅质（Q，玉髓，蛋白石）， 铁质（赤铁矿、褐铁矿等）， 硫酸盐质（石膏、硬石膏、重晶石）(3)胶结物来源：粒间溶液、沉积物的溶解产物 通过粒间沉淀和粒间反应实现(4)结果：使沉积物固结成岩、减少孔隙度2.胶结作用（1）常见的胶结物：硅质矿物（石英）、方解石、赤铁矿、粘土、海绿石、石膏等，其次是菱铁矿、绿泥石、重晶石、沸石等（2）胶结类型（CementationType）：基底式胶结（Basalcementation)

孔隙式胶结（Porouscementation)

接触式胶结（Contactcementation)

悬挂式胶结（Pendantcementation)

镶嵌式胶结（Mosaiccementation)（3）胶结物的结构：胶结物的结晶程度、晶体大小、形态、排列等形貌特征称为胶结物的结构。非晶质结构/隐晶质结构/显晶质结构(1)定义——矿物成分借溶解、局部溶解和固体扩散等作用而重新排列组合的现象。(2)作用强弱决定于：物质成分、质点大小、比重、成分均一性——表面能物质成分——易溶者，如CO3、盐类，易于发生。质点大小和比重——颗粒小、比重大、分子体积小、结晶能力强者先重 结晶，如黄铁矿（FeS2))、白钛矿、白云石等均一性——愈均一者，愈容易重结晶(3)结果：固结成岩，破坏沉积物原生结构构造——形成新 构造，原有的层理可以消失3.重结晶作用(1)定义—成岩作用过程中，对已经存在的矿物进行化学替换，伴随物质的带入和带出，产生新矿物的作用。(2)交代结构类型：

漂浮自形晶结构//交代残余结构交