地球科学概论第五章_外力作用与沉积岩.ppt

1、第五章 外力地质作用与沉积岩,一.简介,沉积岩：暴露在地表的岩石，受到各种外力作用的破坏，破坏所成的碎屑物质在原地或经搬运沉积下来，再经过复杂的成岩作用形成的岩石 。,特点：分布最广，尽管总体积只占所有岩石的7.9%，但是面积占到地表出露岩石的75，富含各种沉积矿产，尤其是有机能源矿产几乎全部蕴藏其中。其中蕴涵了丰富的古地理古环境信息。,第一节 概述,第二节 沉积岩的形成过程,一.先成岩石的破坏过程（风化作用与剥蚀作用）,风化作用：暴露在地表或接近地表的各种岩石，在温度变化、水、大气以及生物的作用下在原地发生破坏作用，称为风化作用。,（1）类型：物理风化作用、化学风化作用与生物风化作用三类。,

2、物理风化作用,是指由于气温频繁升降的反复变化，使岩石在原地发生碎裂，形成岩石、矿物碎屑，并不改变岩石化学成分的一种机械破坏作用。,温差风化：由于地面上的温度变化（日温差可达4060度），以及岩石中各种矿物膨胀系数的不同，就产生了膨胀收缩的差异，天长日久岩石就产生裂隙，小裂隙串成大裂隙乃至网裂隙，导致岩石表层的逐层剥离。这个过程称为剥离作用。,冰劈作用：岩石孔隙和裂隙中的水，当温度下降到0 度 以下时就会结冰，体积就会膨胀9.2%对裂隙周围产生很大的挤压力。在零下22度时，每平方厘米面积上可产生960kg的压力，致使裂隙不断扩大，岩石破裂成碎块。在高寒地区和温带冬季冰劈作用特别突出。,层裂或卸载

3、作用：深部的岩石处于上覆岩石的强大压力之下，一旦因上覆岩石剥去，压力解除，岩石随之而产生向上或向外的膨胀，形成平行于地面的层状裂隙。,盐劈作用：岩石中含有的盐类在夜间吸收大气中的水分而潮解，溶液渗入岩石内部，白天在日照下水分蒸发，盐类结晶，对周围岩石产生压力，使岩石崩裂，在崩裂的碎块上常可见到细小的盐类晶体。,化学风化作用,是指岩石在大气，水以及水中溶解物质的作用下，使岩石发生化学变化，改变其化学成分，从而使岩石分解破坏，并产生新的矿物。,氧化作用空气和水中的游离氧使地表及其附近的矿物氧化，改变其化学成分，并形成新的矿物。,1、硫化物的氧化,FeS2+14H2O+15O2=2(Fe2O33H2

4、O)+8H2SO4,2、磁铁矿氧化成赤铁矿,4Fe3O4+O2=6Fe2O3,在地表常形成的铁帽是寻找原生矿物的重要标志。 ：,溶解作用:水是溶剂，自然界中的水总会有一定数量的O2、CO2和一些酸、碱物质，因此具有较强的溶解能力，能溶解大多数矿物。,1、石灰岩和白云岩与CO2、水的作用,2、含硫酸的水的作用,3、含碱质水的作用,CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2（重碳酸钙）,CaCO3+H2SO4=CaSO4+CO2+H2O,FeSO4+K2CO3=FeCO3+K2SO4,水解作用:弱酸强碱盐或强酸弱碱盐遇水解离或带不同电荷的离子。这些离子与水中的H+和OH-发生反应形成含OH-的

5、新矿物，矿物和岩石因此遭到破坏。,4KAlSi3O8+6H2O= Al4Si4O10(OH)4+8SiO2+4KOH （钠长石） (高岭石） （石英）,水化作用：有些矿物质能吸收一定量的水参加到矿物晶格中，形成含水分子的矿物 。,CaSO4+2H2O CaSO42H2O （硬石膏） 石膏）,体积扩大59% 物理破坏作用 两种反应加速风化 溶解度增大 容易被水溶解流失,生物风化作用： 生物活动对岩石造成的物理或化学破坏作用。,生物物理风化作用,1.根劈作用树根对岩石的劈裂作用 2.穴居动物破坏作用打洞对岩石造成的破坏作用,生物化学风化作用,1、生物的新陈代谢作用生物生存要吸取养分同时分泌酸性物质

6、，从而破坏矿物岩石 2、生物遗体腐烂分解的产物引起岩石的溶解，从而破坏岩石,上述三类风化作用在大多数情况下都是相伴而生，相互影响和促进，共同破坏着岩石。,（2）影响风化作用的因素,气候通过气温、降水量以及生物繁衍表现出来,1.寒冷地区： 以物理风化为主； 2.干旱地区： 以物理风化为主； 3.湿热地区： 以化学风化生物风化为主。,地形,1、地势起伏高度,高山区：以物理风化为主 低山丘陵以及平原区：以化学风化为主,2、山坡朝向,朝阳面：以化学风化为主 背阳面：以物理风化为主,岩石特征,岩石成分,岩石抗风化能力的强弱与它所含矿物成分和数量有密切的关系,常见矿物的抗风化能力由小到大的次序为：,方解石

7、 橄榄石 辉石 角闪石 长石 云母 黏土矿物 石英,一般相对而言，岩石成分均一的较难风化，成分复杂、矿物种类多的较容易风化。,深色岩石比浅色岩石更容易受温度变化影响。,形成于地下的火成岩比形成于地表的沉积岩容易风化。,易溶岩石比难溶岩石更容易风化。,岩石的结构、构造,致密程度、坚硬程度越高,岩层厚度越大越难风化（等粒结构、块状结构），疏松多孔容易风化。,节理发育状况,节理越发育越容易风化。,岩石的球状风化过程,风化产物及特征,1.碎屑物质：主要是物理风化作用的产物，也有一部分是岩石在化学风化过程种完全分解的矿物碎屑。包括岩石碎屑和矿物碎屑，是碎屑沉积物的重要来源。,2.溶解物质是化学风化和生物

8、风化作用的产物。一部分是以溶液形式被水带走（K Na Ca Mg 等元素的碳酸盐硫酸盐氯化物以及少数Mn、 P的氯化物）它是化学沉积物的主要来源。另一部分是SiO2 以胶体溶液形式被水带走。,3.难溶物质：一些相对不活跃的Fe、 Al 等元素残留物在原地，形成褐铁矿、黏土矿和铝土矿。,（3）风化作用的产物,残积物：岩石风化后在原地残留的物质称为残积物。,残积物的特征：,3.表面较平坦，底界起伏不平与基岩是过渡关系，具有垂直分带性。,1.成分主要为残留原地的碎屑物以及新形成的矿物。,2.岩石碎屑物质大小不均，棱角显著，结构松散，不具层理。,风化壳,在大陆地壳的表层由风化残积物组成的一层不连续的薄

9、壳称为风化壳。厚度一般为数厘米至数十米。,风化壳的分层,风化壳厚度与环境因素的对应关系,赤道与热带雨林,大草原,低纬度沙漠 半沙漠,稀树草原,温带混叶林区,极地冻土带,赤道,年降水量,风化深度增加方向,1800 mm,600 mm,40C,30C,20C,10C,降水,T温度,蒸发,Bedrock at or very near surface,土壤,Soil,Bedrock,Deeply weathered bedrock (40 - 50 meters deep),温度,30度纬度,研究风化壳的意义,可以了解地壳运动的情况 可以恢复古地理环境 可以帮助寻找风化壳型矿产。,如果被较新的岩石覆

10、盖而保存下来的风化壳称为古风化壳。,土壤,通过生物风化作用而形成的含有腐殖质的松散细粒物质称为土壤。主要由腐殖质、矿物质、水分和空气组成。腐殖质是生物、微生物遗体在风化产物中不断聚集腐烂后变成的，是土壤区别于其他松散堆积的标志。,土壤的理想层序,铁铝土,钙层土,红土,热带,草原,常绿森林,2.剥蚀作用,各种外力（风、流水、冰川、湖泊、海洋等）在运动状态下对地面岩石及风化产物的破坏活动，总称为剥蚀作用。,机械剥蚀作用：指风、水、冰川、海洋等对于地表物质的机械破坏作用,化学剥蚀作用：流水、地下水、湖泊、海洋等对岩石进行着溶解等方式的破坏作用，称为溶蚀作用，尤其在石灰岩、白云岩地区这种作用十分显著，

11、称为喀斯特（岩溶）作用。,3.搬运作用,风化作用和剥蚀作用的产物被流水、冰川、风、重力等转移，离开原来的位置的作用叫搬运作用。碎屑物质多以机械搬运为主，而胶体和溶解物质则以胶体溶液和溶液形式进行化学搬运。,（1）、机械搬运作用,风的机械搬运：小于0.2mm的碎屑多呈悬浮状态搬运，大的则沿地面滚动、滑动或跳动飞砂走石，搬运过程中碎屑逐渐被磨圆。,流水的机械搬运：全球河流每年搬运入海的泥沙总量达200亿吨，搬运方式与风相似，搬运能力与流速密切相关McV6,冰川的机械搬运：因为冰是固体，因此搬运能力与搬运量与流速和碎屑大小关系不大，冰碛物一般不磨圆。,海洋的机械搬运：通过浪、潮、流等作用实现。,重力

12、机械搬运：碎屑物质在重力作用下，沿斜坡由高向低移动，这种作用在有山崩、滑坡、泥石流出表现尤为明显，重力搬运物质多分选不好，多棱角。,（2）、化学搬运作用,真溶液形式搬运的主要是来自于风化和剥蚀产物中的Ca、Na、K、Mg等可溶性盐类；胶体形式搬运的主要是Fe、Mn、Al、Si等所形成的胶体物质和不溶物质。每年通过化学搬运入海的物质总量约为27亿吨。,（3）、生物搬运作用,生物吸收介质中的化学物质生长骨骼，死亡后在一定地点堆积下来，也起着一定的搬运作用。,3.沉积作用,搬运物在搬运途中由于搬运介质运动速度减缓或者其他条件的改变导致搬运能力降低，使得搬运物脱离搬运介质而停止下来，称为沉积作用。,机

13、械沉积作用：被搬运的岩石碎屑在重力作用大于水流、风的搬运能力时，先后沉积下来的过程。粗大的或者比重大的碎屑先沉积下来，细小的，轻的则后沉积，这种过程叫做机械沉积分异作用。,化学沉积作用：胶体溶液的沉积需要正负胶体之间的中和作用，例如在海岸地带，富含胶体的淡水与富含电解质的海水混合时，常发生胶体沉淀，形成Fe、Mn等沉积矿床；溶液物质的沉淀则取决于其溶解度，通常顺序是氧化物（Fe2O3、MnO2、SiO2）铁的硅酸盐（海绿石等）碳酸盐（CaCO3、CaMg CO3 2 ）硫酸盐（CaSO4）卤化物（NaCl、KCl、MgCl2）,生物沉积作用：包括生物遗体的堆积和生物化学沉积，前者指生物的死亡后

14、，其骨骼，壳等毒计形成的磷质岩、硅质岩和碳酸岩等；后者指生物新陈代谢引起周围物质的沉淀，如藻类光合作用吸收了水中的CO2，可以引起碳酸钙沉淀。,4.成岩作用,岩石风化剥蚀产物经过搬运、沉积而形成的松散沉积物经过一系列的物理化学变化的改造，形成坚固岩石的过程。,影响成岩作用的因素主要有：,1.内因：沉积物的原始成分和结构。 2.外因：压力、温度、水和水溶液中的物质以及微生物和有机物。,成岩作用主要有：压固脱水作用、胶结作用、重结晶作用、微生物及有机质的作用。,压固脱水作用,在上覆沉积物形成的静压力作用下，使松散沉积物紧密结合失去水分的作用。,压固脱水作用的强度与压力大小及作用时间的长短成正比，常

15、可形成某些特征性产物：,1.形成新的矿物：蛋白质玉髓，石膏硬石膏。 2.在泥质沉积物中产生页理构造，在碳酸盐沉积物中形成缝合线。 3.形成矿物晶体假象，如石盐假晶。,压固脱水作用是泥质沉积物成岩过程中的主要作用。,a-压固作用；b-胶结作用；c-重结晶作用；d-新矿物生长,胶结作用,指胶结物质把碎屑沉积物粘结起来变为坚固岩石的作用。常见的胶结作用主要是碎屑沉积物的成岩作用，胶结物质包括硅质、钙质、铁质、黏土质、火山灰等。,重结晶作用,沉积物中的矿物成分因压溶和固体扩散等作用，使物质中的质点重新排列组合的作用。,能够使小的颗粒变成大的晶粒，也可使非晶质沉积物变为晶质体。如：,蛋白石（非晶质）,玉髓（隐晶质）,石英（显晶质）,在碳酸盐沉积物中，重结晶作用最为普遍。,第三节 沉积岩的特征,一.沉积岩的矿物成分,碎屑矿物：石英、钾长石、钠长石、白云石等,粘土矿物：高岭石、铝土矿等,化学和生物成因的矿物：方解石、白云石、铁锰氧化物、石膏、磷酸盐矿物、有机质等,暗色矿物（橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等）很少出现在沉积岩中； 石英和白云母在沉积岩中含量很高； 粘土矿物、白云石、石膏、有机质等是沉积岩中特有的矿物；,二.沉积岩的颜色,沉积岩具有各种各样的颜色。根据颜色可以分析岩石成分和沉积时的古地理