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1、沉积岩和沉积相共共8080学学时每周每周6 6学学时第一章第一章 绪绪 论论一、沉一、沉积岩的概念及基本特征岩的概念及基本特征 沉沉积岩是在地壳表岩是在地壳表层条件下，由母岩条件下，由母岩风化化产物、物、火山物火山物质、有机物、有机物质等沉等沉积岩原始物岩原始物质成分，成分，经搬运搬运作用、沉作用、沉积作用以及沉作用以及沉积后作用而形成的一后作用而形成的一类岩石。岩石。沉沉积岩在地壳中分布甚广，岩在地壳中分布甚广，陆地面地面积的大的大约四分四分之三被沉之三被沉积物（岩）所覆盖。而海底的面物（岩）所覆盖。而海底的面积几乎全部几乎全部被沉被沉积物（岩）所覆盖。但岩石圈体物（岩）所覆盖。但岩石圈体积
2、中，沉中，沉积岩岩仅占占5%，而岩，而岩浆岩和岩和变质岩岩约占占95%。1 1、地壳表、地壳表层的温度的温度变化范化范围不大。不大。2 2、地壳表、地壳表层的的压力力较小，一般小，一般说来，来，绝大多数沉大多数沉积岩形成的岩形成的压力在力在0.10.12MPa(12MPa(120atm)20atm)的范的范围内。内。3 3、水和大气的作用、水和大气的作用4 4、生物作用和生物化学作用、生物作用和生物化学作用5 5、事件沉、事件沉积作用作用“地壳表地壳表层条件条件”特征：特征：沉沉积岩是研究地球岩是研究地球发展和演展和演变历史不可缺少的史不可缺少的资料。料。地壳最老岩石的年地壳最老岩石的年龄为4
3、646亿年，而沉年，而沉积圈岩石的圈岩石的年年龄为3636亿年，其中有生命年，其中有生命记载的岩石年的岩石年龄为3131亿年。年。沉沉积岩的种岩的种类繁多，但自然界分布最多的（泥）繁多，但自然界分布最多的（泥）页岩岩，其次是其次是砂岩砂岩和和石灰岩石灰岩，它，它们占沉占沉积岩岩总量的量的95%95%以上。以上。在沉在沉积岩中岩中蕴藏着大量藏着大量矿产。世界。世界资源源总储量的量的75%75%85%85%是沉是沉积变质成因的。石油、天然气、煤、油成因的。石油、天然气、煤、油页岩等岩等可燃有机可燃有机矿产以以盐类矿产，几乎全部是沉，几乎全部是沉积成因的。成因的。还有有铁矿、铅锌矿、铜矿、锰矿和和铅
4、矿等是沉等是沉积成因成因和部分沉和部分沉积成因的。成因的。沉沉积岩的基本特征岩的基本特征矿物成分矿物成分沉沉积岩中常岩中常见的的矿物物20余种（已余种（已发现的的矿物达物达160以上）以上），而一种岩石中主要，而一种岩石中主要矿物只有物只有13种。种。在岩在岩浆岩中大量存在的岩中大量存在的矿物，如橄物，如橄榄石、石、辉石、角石、角闪石等石等铁镁矿物以及基性斜物以及基性斜长石，在沉石，在沉积岩中岩中则很少。很少。岩岩浆岩中数量甚多的岩中数量甚多的矿物，如物，如钾长石、酸性斜石、酸性斜长石及石及石英，在沉石英，在沉积岩中也广泛存在。岩中也广泛存在。有些有些矿物是在沉物是在沉积作用作用过程中新生成的
5、。如粘土程中新生成的。如粘土矿物、物、某些氧化物和某些氧化物和氢氧化物、氧化物、盐类矿物、碳酸物、碳酸盐矿物，它物，它们是沉是沉积岩主要岩主要矿物之一，但在岩物之一，但在岩浆岩中极少或缺乏。岩中极少或缺乏。沉沉积岩与岩岩与岩浆岩的平均岩的平均矿物成分物成分（%）化学成分化学成分将沉将沉积岩与岩岩与岩浆岩的平均化学成分加以比岩的平均化学成分加以比较，可，可见数据十分接近。数据十分接近。这是由于沉是由于沉积岩基本上是由岩岩基本上是由岩浆岩岩的的风化化产物所物所组成。但仍可成。但仍可发现有若干差有若干差别:两者两者铁的的总是大体相等，但在岩是大体相等，但在岩浆岩中岩中FeO略高略高于于Fe2O3,而
6、在沉而在沉积岩中岩中Fe2O3要高于要高于FeO。这是由于是由于地表比地下深地表比地下深处有更多的自由氧。有更多的自由氧。沉沉积岩中碱金属的含量岩中碱金属的含量远低于岩低于岩浆岩，尤其是岩，尤其是Na的含量。的含量。沉沉积岩中富含岩中富含CO2和和H2O，岩，岩浆岩中岩中则极少。极少。在沉在沉积岩中含有大量有机岩中含有大量有机质，这是它是它们与岩与岩浆岩岩最重要的区最重要的区别之一。之一。沉沉积岩和岩岩和岩浆岩的平均化学成分（按氧化物岩的平均化学成分（按氧化物%）沉积岩特征及与其它岩类的区别：沉积岩特征及与其它岩类的区别：1 1、(主要主要)是外是外动力地力地质作用的作用的产物，形成并物，形成
7、并稳定在定在地壳表地壳表层条件条件(环境境)()(沉沉积岩形成圈岩形成圈)中。地表条件以中。地表条件以温度不高、温度不高、压力不大、水和空气力不大、水和空气(氧氧)丰富并参与形成丰富并参与形成(水成岩水成岩)、生物作用普遍且、生物作用普遍且强烈。烈。2 2、沉、沉积岩中具有多种地表条件的烙印：岩中具有多种地表条件的烙印：u外生沉外生沉积矿物物(粘土粘土矿物、物、铁和和铝的氧化物及的氧化物及氢氧化氧化物、碳酸物、碳酸盐矿物、蒸物、蒸发盐类矿物物)常常见且数量大，含水且数量大，含水矿物多；物多；稳定性高抗定性高抗风化能力化能力强的多；的多；u高温高高温高压形成的典型岩形成的典型岩浆矿物和物和变质矿
8、物数量极少，物数量极少，搞搞风化能力弱的化能力弱的矿物很少；物很少；u生物成因的化石生物成因的化石(矿物物)常常见；u铁、锰等等变价无素多以高价形式存在；价无素多以高价形式存在；u碱金属的含量少且碱金属的含量少且钾的含量一般大于的含量一般大于钠的含量。的含量。3 3、生物在沉、生物在沉积岩的形成岩的形成过程有极其的作用与意程有极其的作用与意义，沉沉积岩中有机物岩中有机物质(石油、天然气、泥碳、煤等石油、天然气、泥碳、煤等)常常见或或单独形成岩石；独形成岩石；4 4、具有特殊的极其多、具有特殊的极其多样复复杂的的结构构(孔隙孔隙发育、生育、生物物结构、碎屑构、碎屑结构构)与构造与构造(成成层构造
9、、构造、层内构造以及内构造以及层面构造面构造)；层理构造乃是沉理构造乃是沉积的基本构造特征。的基本构造特征。5 5、事件沉、事件沉积作用作用较常常见且与正常沉且与正常沉积作用作用间互共生；互共生；6 6、在地壳中所占比例很小，在地表分布即十分广泛、在地壳中所占比例很小，在地表分布即十分广泛；二、沉二、沉积岩石学任岩石学任务及研究方法及研究方法一、概念一、概念沉沉积岩石学岩石学是研究沉是研究沉积岩的物岩的物质成分、成分、结构、构造、分构、构造、分类和形成作用，以及沉和形成作用，以及沉积环境分境分布布规律的一律的一门科学。沉科学。沉积岩石学是地岩石学是地质学的重学的重要基要基础学科。学科。一、主要
10、研究内容一、主要研究内容1 1、全面地研究沉、全面地研究沉积岩（物）的物岩（物）的物质组分、分、结构、构造、构、构造、分分类命名、岩体命名、岩体产状和岩状和岩层之之间的接触关系的接触关系(岩岩类学研学研究究)。2 2、探探讨沉沉积岩石的形成机理岩石的形成机理：探：探讨沉沉积岩石的形成岩石的形成过程，包括程，包括风化作用。搬运作用。沉化作用。搬运作用。沉积作用以及沉作用以及沉积后后的的变化等，了解其形成机理及控制因素化等，了解其形成机理及控制因素(岩理学岩理学)。3 3、古沉古沉积环境和沉境和沉积条件分析条件分析：确定其沉：确定其沉积相相类型，型，预测砂体的形砂体的形态、分布位置、延伸方向、各岩
11、石的、分布位置、延伸方向、各岩石的组合状况，用以恢复沉合状况，用以恢复沉积岩形成岩形成时的古气候条件、古地的古气候条件、古地理条件、古介理条件、古介质条件以及大地构造条件等。条件以及大地构造条件等。4 4、沉、沉积岩石学是地岩石学是地层学、学、层序地序地层学、古地理学、地学、古地理学、地球化学、球化学、矿床学、工程地床学、工程地质学、油气地学、油气地质学和学和储层地地质学的基学的基础，并不断地，并不断地为矿产资源普源普查和勘探提供新和勘探提供新的科学依据和信息。的科学依据和信息。5 5、通、通过沉沉积岩石学的研究，增加岩石学的研究，增加对沉沉积物形成、演化、物形成、演化、及分布及其与人及分布及
12、其与人类生存等重大生存等重大问题的了解。的了解。“地球科地球科学与灾害学与灾害观测”和和“地学与可持地学与可持续发展展问题”等等课题的研究越来越受到人的研究越来越受到人们的关注。的关注。三、研究方法三、研究方法 1、野外、野外调查与室内研究并重。与室内研究并重。2、覆盖区的沉、覆盖区的沉积岩研究，岩心岩研究，岩心观察和描察和描述，充分利用述，充分利用录井、井、测井和地震井和地震资料料进行岩行岩性、性、电性、物性和含油气性分析。性、物性和含油气性分析。3、显微薄片微薄片鉴定，常定，常规分析（分析（铸体薄片、体薄片、粒度分析和物性分析）和特殊粒度分析和物性分析）和特殊仪器分析（器分析（扫描描电镜、
13、电子探子探针与能与能谱、X衍射、阴极衍射、阴极发光、光、显微微荧光、流体包裹体、光、流体包裹体、图像分析）。像分析）。4、水槽模、水槽模拟实验。三、沉三、沉积岩的分岩的分类1 1、刘宝君主、刘宝君主编,1980,1980，沉，沉积岩石学，地岩石学，地质出版社。出版社。2 2、冯增昭等，增昭等，1993，沉，沉积岩石学（上、下册），石岩石学（上、下册），石油工油工业出版社。出版社。3、曾允孚，夏文杰，、曾允孚，夏文杰，1987，沉，沉积岩石学，地岩石学，地质出版出版社。社。4、方、方邺森等，森等，1987，沉，沉积岩石学教程，地岩石学教程，地质出版社。出版社。参考书籍参考书籍 第二章沉积岩的形成
14、及演化一、母岩的风化及产物一、母岩的风化及产物1 1、母岩及、母岩及风化作用的概念化作用的概念母岩，是供母岩，是供给沉沉积岩原始物岩原始物质成分的岩石，成分的岩石，主要是岩主要是岩浆岩和岩和变质岩，也包括早已形成的沉岩，也包括早已形成的沉积岩岩。u风化作用是地壳表化作用是地壳表层岩石的一种破坏作用。岩石的一种破坏作用。其原因是其原因是环境条件改母岩境条件改母岩变得不得不稳定而定而发生的生的碎裂解体作用，由岩石碎裂解体作用，由岩石变为松散松散风化化产物。物。2 2、风化作用的化作用的类型型物理物理风化作用化作用：温度的温度的变化，晶体生化，晶体生长，重力，重力作用，水、冰及作用，水、冰及风的破坏
15、侵的破坏侵蚀作用，只形成岩作用，只形成岩石和石和矿物的碎屑物的碎屑u化学风化作用：化学风化作用：u在氧、水和溶于水中的各种酸的作用下，母岩遭受在氧、水和溶于水中的各种酸的作用下，母岩遭受氧化、水解和溶氧化、水解和溶滤等化学等化学变化，使其分解而化，使其分解而产生新物生新物质和新和新矿物的物的过程称程称为化学化学风化作用。既形成新化作用。既形成新矿和和新物新物质，也形成碎屑物，也形成碎屑物质。化学化学风化作用包括：化作用包括：u生物生物风化作用：化作用：在岩石圈的上部、大气圈的下部和水圈的全部，几乎在岩石圈的上部、大气圈的下部和水圈的全部，几乎到到处都有生物的存在。故生物，特都有生物的存在。故生
16、物，特别是微生物，在是微生物，在风化作用中能起到巨大的作用。生物化作用中能起到巨大的作用。生物对岩石的破坏方式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，又有直接的作用，又有间接的作用。接的作用。3 3、风化作用化作用产物的三种物的三种类型型 第一类第一类残留碎屑物质残留碎屑物质 主要是指母岩的岩石碎屑和主要是指母岩的岩石碎屑和矿物碎屑。主要物碎屑。主要经机械方机械方式搬运和沉式搬运和沉积，是，是陆源碎屑岩的主要物源碎屑岩的主要物质成分。成分。第二类第二类新生成的矿物新生成的矿物 主要是指在主要是指在风化作用化作用过程中
17、新生成的粘土程中新生成的粘土矿物以及蛋物以及蛋白石、白石、铝土土矿、褐、褐铁矿等。等。经机械以及化学搬运沉机械以及化学搬运沉积，是粘土岩是粘土岩(铝、铁质岩岩)的主要物的主要物质成分。成分。第三类第三类溶解物质溶解物质 主要是化学主要是化学风化化过程中被溶解的那些成分，如程中被溶解的那些成分，如 Cl Cl、S S、CaCa、NaNa、MgMg、K K、以及、以及SiSi、FeFe、AlAl、P P等，主要以化学方等，主要以化学方式搬运沉式搬运沉积，是化学沉，是化学沉积岩的主要物岩的主要物质成分。成分。二、影响风化产物类型和数量的因素二、影响风化产物类型和数量的因素1 1、与母岩、与母岩矿物中
18、所含元素有迁移能力大小有关物中所含元素有迁移能力大小有关即是即是说，凡含有最易迁移和易迁移元素的，凡含有最易迁移和易迁移元素的矿物在物在地表条件下，因元素的迁移而容易遭受化学地表条件下，因元素的迁移而容易遭受化学风化而破化而破坏。坏。表表2 23 3母岩的主要造岩元素或化合物在母岩的主要造岩元素或化合物在风化作用化作用过程中程中转移移顺序及其数量序及其数量级别2 2、与、与组成岩石的成岩石的矿物的物的稳定能力有关定能力有关 矿物的物的稳定性相差很大，一般岩定性相差很大，一般岩浆晚期形成的晚期形成的矿物物稳定性定性较高，抗高，抗风化有力化有力强；岩；岩浆早期形成的早期形成的矿物抗物抗风化能力化能
19、力较弱。弱。3 3、与岩石、与岩石结构的均一程度的构的均一程度的细密程度有关密程度有关 一般一般结构均一的岩石、粒度构均一的岩石、粒度细小致密的岩石小致密的岩石(如流如流纹岩、安山岩、凝灰岩、千枚岩、粉砂岩等岩、安山岩、凝灰岩、千枚岩、粉砂岩等)抗抗风化能力化能力较强，在沉，在沉积岩中广泛分布；粒度粗岩中广泛分布；粒度粗结构不均一的岩石构不均一的岩石(如花如花岗岩、岩、伟晶岩、片麻岩、晶岩、片麻岩、砾岩、砂岩、砂砾岩等岩等)抗抗风化化能力能力较弱，在沉弱，在沉积岩中岩中较少出少出现且多且多发育在育在砾岩、砂岩、砂砾岩、粗砂岩中。岩、粗砂岩中。4 4、与、与风化作用化作用进行的行的时间和和发育的
20、育的阶段有关段有关 波雷波雷诺夫将夫将结晶岩的晶岩的风化化过程分程分为四个四个阶段，即：段，即：碎屑碎屑阶段；段；饱和硅和硅铝阶段；段；酸性硅酸性硅铝阶段；段；铝铁土土阶段段；在不同的在不同的风化作用化作用阶段有不同的段有不同的风化化产物，及各种物，及各种风化化产物的数量比例亦各不相同。物的数量比例亦各不相同。参考参考书P.12P.12表表2 24 4玄武岩的分解作用及玄武岩的分解作用及产物物5 5、气候条件、地形条件、气候条件、地形条件(大地构造条件大地构造条件)和和时间等因素等因素对风化作用化作用产物也有重要影响物也有重要影响 气候条件影响气候条件影响风化作用化作用类型和型和强度。度。寒冷
21、气候以物理寒冷气候以物理风化化(第一第一阶段段)为主；主；温温带气候气候仅可达二三可达二三阶段；段；潮湿多雨的潮湿多雨的热带雨林气候可达四雨林气候可达四阶段；段；构造活构造活动强烈的高山地区常烈的高山地区常仅达达风化的初化的初级阶段。段。参考参考P.13P.13 6 6、风化壳化壳 地壳表地壳表层岩石岩石风化的主物，除一部分溶解物化的主物，除一部分溶解物质流失外，其碎屑残余物流失外，其碎屑残余物质和新生成的化学残余物和新生成的化学残余物质大都残留在原来岩石的表大都残留在原来岩石的表层。这个由个由风化残余物化残余物质组成的地表岩石的表成的地表岩石的表层部分，或者部分，或者说已已风化了的地化了的地
22、表岩石的表表岩石的表层部分，就称部分，就称为风化壳或化壳或风化化带。风化壳也即是尚未被搬运的沉化壳也即是尚未被搬运的沉积岩原始物岩原始物质。其其发育情况同育情况同样与母岩性与母岩性质（化学（化学组成、成、矿物物组成、成、结构构造）、构造气候条件地形及大地构造条件有构构造）、构造气候条件地形及大地构造条件有关。关。不同气候不同气候带风化作用的化作用的强度和深度（据度和深度（据汉布林，布林，19801980）1 1、生物来源的沉、生物来源的沉积物物是最重要的原始物是最重要的原始物质 分布广泛，数量相当巨大分布广泛，数量相当巨大。可分可分为：u硬体硬体(内外骨骼内外骨骼)，即各种化石。多即各种化石。
23、多为碳酸碳酸盐质、硅、硅质、磷、磷质，是生物成因的无机物；，是生物成因的无机物；u软体，即有机体，即有机质(碳碳氢化合物化合物)。可分可分为类脂脂质、氨、氨基化合物、碳水化合物、色素基化合物、碳水化合物、色素(类叶叶绿素、素、类叶叶红素、素、类黄黄朊素等素等)、木、木质质等。大多数有机等。大多数有机质参与有机物的参与有机物的循循环，部分保存在沉，部分保存在沉积物中物中经变化而成不溶性的干酪化而成不溶性的干酪根、可溶性的根、可溶性的烃类及有机酸。及有机酸。地地层中有机中有机质总量量约3.8103.8101515t,t,主要在泥主要在泥页中，煤占中，煤占1/6001/600；石油天然气占；石油天然
24、气占1/19000.1/19000.u是油气和煤的物是油气和煤的物质来源，是碳酸来源，是碳酸盐岩的主要成分之岩的主要成分之一。生物活一。生物活动也可也可产生碎屑、新生粘土及溶解物生碎屑、新生粘土及溶解物质。三、沉积岩原始物质的其它来源三、沉积岩原始物质的其它来源2 2、地下深部来源的沉、地下深部来源的沉积物物质是地壳表面局部是地壳表面局部地区的重要来源地区的重要来源u火山物火山物质：火山爆：火山爆发作用作用带到地表或水下的火山碎屑到地表或水下的火山碎屑物，可直接堆物，可直接堆积成火山碎屑岩，也可以混入正常碎屑沉成火山碎屑岩，也可以混入正常碎屑沉积岩中。岩中。u深部来源的深部来源的卤水水：沿深断
25、裂流出地表或注入地下的：沿深断裂流出地表或注入地下的热卤水、温泉、水、温泉、热气液等，数量也是可气液等，数量也是可观的，它的，它们对形成形成某些岩石（如某些岩石（如盐岩、硅岩和岩、硅岩和铁锰岩等）和岩等）和矿床（如床（如铅、锌等）也有等）也有较大的意大的意义。u受大地构造和板受大地构造和板块运运动控制，主要分布在板控制，主要分布在板块边缘地地带。是火山碎屑岩的主要物。是火山碎屑岩的主要物质来源，也是来源，也是许多化学沉多化学沉积岩的重要物岩的重要物质来源之一。来源之一。3 3宇宙来的沉积物宇宙来的沉积物 从宇宙空从宇宙空间落到地球上的落到地球上的陨石及其石及其尘埃，大小埃，大小悬殊，殊，从几十
26、克到从几十克到1770kg1770kg（19761976年吉林年吉林陨石雨中最大的石雨中最大的陨石）石）以至数十吨或更大，小者至微粒、以至数十吨或更大，小者至微粒、尘埃，每年降落的埃，每年降落的较大大陨石的数量有几千吨，小的石的数量有几千吨，小的尘埃无法埃无法统计。陨石也可石也可加入到沉加入到沉积物和沉物和沉积岩中。岩中。宇宙来源的物宇宙来源的物质数量不多，分布广泛，在特殊条件下数量不多，分布广泛，在特殊条件下具有重要意具有重要意义。本讲小结（重点）本讲小结（重点）1、沉沉积岩是在地壳表岩是在地壳表层条件下，由各种沉条件下，由各种沉积岩原始物岩原始物质，经搬运作用、沉搬运作用、沉积作用以及沉作
27、用以及沉积后作用而形成的一后作用而形成的一类岩岩石。石。(主要主要)是外是外动力地力地质作用的作用的产物，形成并物，形成并稳定在地定在地壳表壳表层条件条件(环境境)()(沉沉积岩形成圈岩形成圈)中。中。形成形成过程和机理程和机理相当复相当复杂。沉沉积岩的岩的矿物物组成及化学成及化学组成与岩成与岩浆岩岩类似，其差异似，其差异在于：在于：粘土等外生沉粘土等外生沉积矿物常物常见；抗；抗风化能力化能力强的的矿物物多；抗多；抗风化能力弱的化能力弱的矿物很少；生物成因的化石物很少；生物成因的化石(矿物物)常常见；变价无素多以高价形式存在；碱金属的含量少且价无素多以高价形式存在；碱金属的含量少且钾的含量一般
28、大于的含量一般大于钠的含量；有机物的含量；有机物质常常见或或单独形成独形成岩石；具有极其多岩石；具有极其多样的的结构与构造；形成构与构造；形成过程中空程中空间与与时间的跨度很大，的跨度很大，阶段性明段性明显，分异作用普遍且可以十，分异作用普遍且可以十分分彻底；在地壳中所占比例很小，在地表分布即十分广底；在地壳中所占比例很小，在地表分布即十分广泛。泛。2 2、沉沉积岩石学是研岩石学是研;究沉究沉积岩的物岩的物质成分、成分、结构、构造、构、构造、分分类，研究沉，研究沉积岩的形成岩的形成过程，研究沉程，研究沉积岩形成岩形成环境及境及分布分布规律的一律的一门科学。科学。3、沉、沉积岩原始物岩原始物质:
29、地面的地面的风化化产物是最主要来源；地物是最主要来源；地面的生物物面的生物物质是重要的来源；地面下是重要的来源；地面下喷出的火山碎屑主出的火山碎屑主要分布在板要分布在板块边缘及深大断裂等局部地区；宇宙来源的及深大断裂等局部地区；宇宙来源的物物质数量很小。数量很小。4 4、风化化产物可分物可分为碎屑、新生碎屑、新生矿物及溶解物物及溶解物质三种三种类型；型；分分别以机械的和化学的方式搬运沉以机械的和化学的方式搬运沉积，分，分别是是陆源碎屑源碎屑岩、粘土岩和化学沉岩、粘土岩和化学沉积岩的主要物岩的主要物质组分。分。风化化产物的物的类型和数量受内因（母岩的化学成分、型和数量受内因（母岩的化学成分、矿物物成分和成分和结构构造）与外因（气候条件、构构造）与外因（气候条件、风化作用化作用阶段、段、地形和大地构造条件）的控制。因此，在不同的母岩区、地形和大地构造条件）的控制。因此，在不同的母岩区、不同的气候条件及地构造形构造条件下常不同的气候条件及地构造形构造条件下常发育不同育不同类型型的沉的沉积岩岩。