第三章 风化和风化带中矿物的稳定性.ppt

1、,第三章 风化和风化带中 矿物的稳定性,一、风化 二、风化带中矿物的稳定性,母岩风化后转变成三种物质:碎屑物质、溶解物质和不溶残余物质。 物理变化: 使先成岩石产生裂隙、并逐渐崩解形成碎屑的过程。 化学变化: 使先成岩石中的某些矿物或成分分解消失，同时产生一些不溶残余的过程。,一、 风化,1. 母岩风化,在大陆地表，化学变化都有水和溶于其中的O2、CO2、和有机酸性物质的参与。 化学变化是处在氧化和中-弱酸性介质条件下进行的。其中最常见的和最重要的就是： A. 水解反应； B. 氧化反应； C. 碳酸盐或重碳酸盐化。,2. 化学风化及其产物,A. 水解反应 e.g. KAlSi3O8+H+OH

2、-1 Al4Si4O10(OH)8 + H4SiO4 + K+ 钾长石 高岭石 可溶性硅酸 KAlSi3O8+H+OH-1 KAl2Si4O10(OH)2 nH2O +H4SiO4+K+ 钾长石 伊利石 可溶性硅酸 CaAl2Si2O8+ Mg2+ H+OH-1=(Ca,Al,Mg)Si4O10(OH)2nH2O+H4SiO4 斜长石 蒙皂土 可溶性硅酸 KAl2Si4O10(OH)2 nH2O +H+Al4Si4O10(OH)8+K+ 伊利石 高岭石 Al4Si4O10(OH)8 +OH-1 +H2O Al2O3 nH2O +H4SiO4 高岭石 三水铝石 可溶性硅酸,2. 化学风化及其产物

3、,水解反应的特点: .水解反应的类型与反应程度与水的酸碱度有关. .形成产物中同时包括难溶解物质和易溶物质. .水解后的易溶物质(可溶成分)将以离子形式随流体迁移. .水解后的难溶物质(不溶残余)将在原地富集或以胶体的形 式随流体迁移.,B.氧化反应 e.g. Fe2Si2O6+O2 2Fe2O3+4SiO2 铁辉石 赤铁矿 Fe2S+O2 Fe2O3+SO2 黄铁矿 赤铁矿 氧化反应的特点: .氧化反应的程度主要与水体中的游离氧有关. .新形成的产物总是具有更高的在水体或空气中的稳定性.,2. 化学风化及其产物,e.g. CaAl2Si2O8+CO2+H2O CaCO3+Al2Si2O5(O

4、H)4 钙长石 方解石 高岭石 CaCO3+CO2+H2O Ca(HCO3)2 方解石 重碳酸盐 反应特点: .与水体中CO2的浓度有关. .新形成的易溶性重碳酸盐可随水体自由迁移. .难溶组分则可以胶体的形式迁移.,C. 碳酸盐或重碳酸盐化,在一般风化条件下(富氧、中偏弱酸性)，尽管总的风化速率比较缓慢，但不同矿物被分解的速率(或抗风化能力)却有很大差别。 可将大陆风化带中的矿物粗略地划分成三个稳定性级别： 1. 不稳定矿物； 2. 次稳定矿物； 3. 稳定矿物。,二、风化带中矿物的稳定性,指易溶盐类矿物以外，一般指易于氧化或碳酸盐、重碳酸盐化的矿物。,1. 不稳定矿物,橄榄石(Ol) 辉石

5、(Py) 、角闪石(Hb) 基性斜长石(Pl) 白云石(Do) 方解石 (Cc) 金属硫化物(Fe2S),指分解方式主要是：水解、轻微氧化或轻微碳酸盐、重碳酸盐化的矿物。,2. 次稳定矿物,白云母 (Ms) 钾长石 (Kf) 中酸性斜长石(Pl) 黑云母(Bi)、伊利石 磁铁矿(Mt)、帘石(All)、磷灰石 (Ap) 榍石(Sph)、十字石(Str)、石榴子石(Grt),A. 水解速率相对较低 (例子：如一个1mm 的斜长石通过水解完全变成高岭石至少需要100 年时间。),2. 次稳定矿物,B. 氧化、碳酸盐、重碳酸盐化速率高一些，但若矿物只含少量低价铁离子(如：Mt、Grt、All等)或所

6、含金属阳离子难以被碳酸根、重碳酸根单方向夺取(如Ap、Sph等)，它们的晶格就不易被彻底破坏。,黑云母含有较多Fe2+，但它的风化仍以水解为主(析出K+)，Fe2+氧化成Fe3+后一部分仍留在晶格中而转变成蛭石。 因此，次稳定矿物的化学稳定性比不稳定矿物高，相对较容易以岩屑或单晶碎屑形式保存下来。,2. 次稳定矿物,3. 稳定矿物,指在一般风化条件下溶解度极小、极难分解的矿物。,石英(Q) 金红石(Rn) 锆石(Zrn) 电气石(Tur) 高岭石 高价铁锰和铝的氧化物或氢氧化物,表12-1 常见造岩矿物在大陆风化带中的稳定性分级,熟记,不 连 续 系 列,连 续 系 列,by N. L. Bo

7、wen, 1928,相同级别中的矿物，其稳定性也有很大差异。以岩 浆岩主要造岩矿物为例：,思考题： 1. 在采集到的月球表面岩石(与地球岩浆岩类似)和“土壤”样品中未发现粘土矿物，这说明月球和地球表生作用有什么本质差异？,第三章 成岩作用,一、成岩作用的阶段划分 二、主要成岩作用及其作用特点,各种沉积作用形成的沉积物最初都是松散的。要变成坚硬岩石，就要经过漫长的时代，上覆沉积物越来越厚，下伏沉积物越埋越深，经过压固、脱水、胶结等成岩作用，逐渐变成坚固的成层的岩石。 成岩作用: 沉积物从沉积下来的那一时刻起一直到变质或风化之前在其表面或内部发生的一切作用总称为成岩作用. 成岩作用也就是在沉积岩三

8、大形成阶段的最后一个阶段即沉积物的固结和持续演化阶段中所进行的全部作用。,广义的成岩作用：是指沉积物从最后沉积下来的那一刻起至变质或风化之前，所发生的一切物理、化学和生物化学作用总称为成岩作用，其间所经历的整个地质时期称为成岩作用期。这个时期又可进一步细分出若干个阶段。,一、成岩作用的阶段划分,几个成岩作用的阶段划分方案,指沉积物固结之前的成岩作用，其作用结果是沉积物的固结。 按作用条件与沉积环境的关系，早期成岩作用可分为同生作用和浅埋成岩作用。,(1) 早期成岩作用(Early diagenesis),指沉积物刚刚沉积、还暴露在沉积环境底层水中、在沉积物一水界面及其以下的一薄层内所发生的一切

9、物理、化学或生物作用。 同生作用中的化学或生物过程实际就是沉积作用在成岩作用中的继续，其作用产物常直接参与沉积结构的形成，常见颗粒状或填隙状海绿石、深海铁锰结核等就是这方面的典型代表。, 同生作用(Syndiagenesis）,浅埋成岩作用 (shallow buried diagenesis),指同生作用之后一直到沉积物固结为止为浅埋成岩阶段，发生在此阶段的一切物理、化学和生物作用称成岩作用。 伴随上覆沉积物厚度的增大，浅埋成岩作用条件的总体变化趋势是温压升高、层间连通性变差，开放系统变为封闭系统，孔隙水和厌氧细菌的间接生物化学作用增强，Eh值降低。,指沉积物固结之后至变质或风化作用开始的为

10、晚期成岩阶段，在此阶段发生的物理、化学作用称晚期成岩作用。 此时，层间封闭系统转化为开放系统，外来物质进入，导致已固结沉积岩的成分、结构和构造等的进一步变化。,(2) 晚期成岩作用(late diagenesis),指已固结的沉积岩在上覆沉积物厚度进一步加大、温压进一步升高直到变质作用之前所经历的所有作用，这时沉积物的埋深相对较大。 在深埋成岩作用中，生物作用一般都已停止，沉积物中的孔隙已大大减少，相互连通性也变差，岩石的成分和结构等都会顺应物化条件的改变而改变。, 深埋成岩作用(Deep buried diagenesis）,指坚固沉积岩因盆地抬升而逐渐上升到潜水面附近时，受渗流和潜流大气降

11、水影响所发生的作用。 作用条件接近地表的常温常压，Eh值较高，盐度很低，pH值则在渗流水中较低(中偏弱酸性)，在潜流水中较高(中偏弱碱性)，作用强度取决于岩石成分和孔隙状况. 主要作用为溶蚀作用、氧化作用。, 表生成岩作用 (epidiagenesis),主要成岩作用有以下几种,它们都是互相联系和互用影响的，其综合效应影响和控制着沉积物(岩)的发育历史。,(1) 压实和压溶作用 (2) 胶结作用 (3) 溶蚀和交代作用 (4) 重结晶作用,二、主要成岩作用及作用特点：,(1) 压实和压溶作用, 压实作用（Compaction）： 指沉积物沉积后在其上覆盖层的重荷下，或在构造形变应力的作用下，发

12、生水分排出，孔隙度降低，体积缩小的作用并逐渐固结。这种单纯机械压缩固化作用称为压实作用。 在沉积物内部可以发生颗粒的滑动、转动、位移、变形、破裂，进而导致颗粒的重新排列和某些结构构造的改变。压实作用在沉积物埋藏的早期阶段表现得比较明显。,1. 原始沉积物，粒间基质富水，体积大2. 压实只是基质体积减小，基质中片状矿物定向排列; 碎屑颗粒坚硬，体积不变，所以砂岩的压实率低3. 进一步压实，颗粒凹凸整合，变为似镶嵌结构,沉 积 物 的 压 实 效 应, 压溶作用(Pressure solution) 沉积物随埋藏深度的增加，碎屑颗粒接触点上所承受的来自上覆层的压力或来自构造作用的侧向应力超过正常孔

13、隙流体压力时，颗粒接触处的溶解度增高，将发生晶格变形的溶解作用。 压溶开始之前，颗粒相互之间多为点接触，有时可为粗糙的面接触，压溶后则可能演变为光滑的面接触、凸凹接触或缝合线接触。压溶的成分全部进入到粒间水溶液中，它们可在邻近压力较低部位重新参与沉淀矿物的形成。,压溶作用改变颗粒相互接触类型,颗粒之间接触类型随压力增大的变化序列 1点接触，2面接触，3凹凸接触，4缝合线接触,/railsback,主要成岩作用有以下几种,它们都是互相联系和互用影响的，其综合效应影响和控制着沉积物(岩)的发育历史。,(1) 压实和压溶作用 (2) 胶结作用 (3) 溶蚀和交代作用 (

14、4) 重结晶作用,二、主要成岩作用及作用特点：,(2) 胶结作用(Cementation) 彼此分立的颗粒被胶结物焊结在一起的作用称为胶结作用。 胶结物：指在成岩过程中，从粒间水溶液中沉淀出来、对分离颗粒起焊结作用的化学沉淀物。松散的碎屑沉积物通过胶结作用变成固结的岩石。,胶结类型： 碎屑和填隙物之间的关系称胶结类型, 胶结类型划分为以下几种:, 基底式胶结 接触式胶结 孔隙式胶结 镶嵌式胶结, 基底式胶结(Basal cement-ation),填隙物含量较多，碎屑颗粒彼此不相接触呈飘浮状或游离状分散在填隙物内,其支撑类型为基质类型，它形成于同生期。 它通常是高密度流(如浊流、泥石流)快速堆

15、积的产物。,基底式胶结, 孔隙式胶结(Porous cementation),颗粒搭成支架状，颗粒之间多呈点状接触。胶结物含量少，只充填在碎屑颗粒之间的孔隙中，这是最常见的颗粒支撑结构。它形成于晚期成岩阶段。,孔隙式胶结, 接触式胶结(Contact cementation),颗粒之间彼此接触，胶结物含量很少,只分布在颗粒之间的接触点附近，颗粒之间的孔隙较发育。, 镶嵌式胶结(Mosaic cementation),这种胶结类型只出现在砂级陆源碎屑沉积物中，颗粒之间因压溶而多呈面接触、凸凹接触或缝合线接触。也称无胶结物式胶结。,胶结物的结构： 指胶结物自身的结晶程度、晶粒大小、晶体生长方式及重

16、结晶程度等特征。 胶结物的结构类型可分为以下几种: 非晶质或隐晶质结构 显晶质结构, 非晶质或隐晶质结构 胶结物为非晶质或隐晶质时，在偏光显微镜下没有光性或隐约显光性，通常是蛋白石、胶磷矿等胶体沉淀。, 显晶质结构 胶结物结晶很好，晶体形态清楚，在偏光下光性特征典型。可形成于整个成岩作用阶段。,显晶结构可进一步划分:,A. 微晶结构 B. 镶嵌粒状结构C. 栉壳状结构 D. 加大边结构E. 嵌晶结构,A. 微晶结构： 胶结物晶体细小(5m), 多个晶体叠置起来才能达到普遍岩石薄片的厚度，因而在偏光显微镜下见到的只是该晶体集合体的特征。,胶结物晶体比较粗大，在一个粒间孔内有两个以上胶结物晶体彼此

17、镶嵌。常见成分是方解石、白云石、石膏、重晶石或石英.,B. 镶嵌粒状结构,C. 栉壳状结构胶结物晶体呈针状、锥状、柱状或片状、板状垂直被胶结颗粒表面生长，在薄片中，它们的长轴彼此平行或大体平行，又称丛生状结构。粘土、绿泥石等硅酸盐和文石、镁方解石、方解石等碳酸盐可形成这种结构。,又称共轴增生状结构，即胶结物与被胶结颗粒的成分相同、晶格连续，就好像被胶结颗粒向着粒间边缘向外加大一样。这种胶结物称为颗粒的自生加大边。,D. 加大边结构,E. 嵌晶结构又称连晶结构，胶结物晶体粗大，多个颗粒镶嵌在一个光性一致的大晶体内。方解石、石膏、硬石膏、重晶石、沸石等胶结物易形成这种结构。,主要成岩作用有以下几种

18、,它们都是互相联系和互用影响的，其综合效应影响和控制着沉积物(岩)的发育历史。,(1) 压实和压溶作用 (2) 胶结作用 (3) 溶蚀和交代作用 (4) 重结晶作用,二、主要成岩作用及作用特点：,(3) 溶蚀和交代作用 溶蚀(Corrosion）沉积物、胶结物或其它矿物在成岩过程中，被水局部溶解称为溶蚀，残留下来的部分就具有溶蚀结构。 溶蚀总是从颗粒表面、颗粒、基质内的裂缝等部位开始再逐渐扩展开来。,1.碎屑石英由表至里被溶蚀；2.碎屑长石顺解理和表面被溶蚀；3.泥晶基质被溶蚀,溶 蚀 作 用, 交代作用(Replacement) 交代作用：指一种矿物代替另一种矿物的现象。 交代作用可以发生于

19、成岩作用的各个阶段乃至表生期。 交代作用还可分为以下4种类型：,.漂浮自形晶结构 .交代残余结构 .交代假像结构 .交代阴影状结构,1. 砂岩中的菱铁矿交代方解石连晶胶结物；2. 砂屑灰岩中六方柱状石英交代方解石；3. 泥晶灰岩中菱面体白云石交代方解石,. 漂浮自形晶结构 交代矿物以其自由的结晶形态彼此分离地出现(或飘浮)在被交代矿物的背景中。,. 交代残余结构 也称蚕食结构，即颗粒、基质或胶结物矿物被交代矿物集合体部分置换，而另一部分则残留，交代和被交代矿物之间有一个不规则的蚕食状分界面。,几种常见的交代残余结构及其交代关系的判别 1. 颗粒(如陆源碎屑)被画竖线的矿物(如胶结物)交代； 2. 画竖线的矿物呈脉状伸进到画斜线矿物内部，则斜线矿物被交代； 3. 如果两个弧岛状斜线矿物属于同一个矿物晶体(可同时消光)，则它通常是被交代矿物，否则无法判别； 4. 竖