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1、第一节第一节 母岩的风化作用母岩的风化作用沉积岩最原始物质的形成沉积岩最原始物质的形成 Weathering of source rocksformation of the most primitive materials of sedimentary rocks 第1页/共98页一、风化作用的概念一、风化作用的概念 风化作用风化作用（weathering）是地壳最表层是地壳最表层的岩石在温度变化、大气、水、生物等因素的的岩石在温度变化、大气、水、生物等因素的作用下，发生机械破碎和化学变化的一种作用。作用下，发生机械破碎和化学变化的一种作用。风化作用是地壳表层岩石的一种破坏作用。风化作用是地壳
2、表层岩石的一种破坏作用。第2页/共98页风化作用按其性质可分为三种类型：风化作用按其性质可分为三种类型：物理风化作用（物理风化作用（physical weathering）化学风化作用（化学风化作用（chemical weathering）生物风化作用（生物风化作用（biological weathering）第3页/共98页二、各种造岩矿物的风化及其产物二、各种造岩矿物的风化及其产物 石英石英（quartz）：主要的造岩矿物，：主要的造岩矿物，在风化作用中稳定性极高，它几乎不发生化学在风化作用中稳定性极高，它几乎不发生化学溶解作用，一般只发生机械破碎作用。溶解作用，一般只发生机械破碎作用。W
3、eathering and products of various rock-forming minerals 第4页/共98页 长石长石（feldspar）：稳定性次于石英，：稳定性次于石英，风化稳定性由高到低的顺序是：钾长石、多钠风化稳定性由高到低的顺序是：钾长石、多钠的酸性斜长石、中性斜长石、基性斜长石。的酸性斜长石、中性斜长石、基性斜长石。KAlSi3O3(钾长石)K1Al2(Si，Al)4O10OH 2nH2O(水白云母)Al4Si4O10OH 8(高岭石)SiO2nH2O(蛋白石)/Al2O3nH2O(铝土矿)最先析出的成分是最先析出的成分是钾钾，其次是其次是硅硅，最后才是，最后才
4、是铝铝第5页/共98页云母云母（mica）：）：白云母抗风化能力较强白云母抗风化能力较强 白云母在风化过程中，主要是析出钾和加白云母在风化过程中，主要是析出钾和加入水，先变成水白云母，最后变为高岭石入水，先变成水白云母，最后变为高岭石 黑云母的抗风化能力比白云母差得多。黑黑云母的抗风化能力比白云母差得多。黑云母遭受风化后，钾、镁等成分首先析出，同云母遭受风化后，钾、镁等成分首先析出，同时加入水，转变为蛭石、绿泥石、褐铁矿等时加入水，转变为蛭石、绿泥石、褐铁矿等第6页/共98页 橄榄石、辉石、角闪石橄榄石、辉石、角闪石等镁硅酸盐矿物等镁硅酸盐矿物抗风化能力低。抗风化能力低。这些矿物在风化产物中保
5、留较这些矿物在风化产物中保留较少，故在沉积岩中较少见。少，故在沉积岩中较少见。各种粘土矿物各种粘土矿物（如高岭石、蒙脱石、水（如高岭石、蒙脱石、水云母等）在风化带中相当稳定。云母等）在风化带中相当稳定。各种碳酸盐矿物各种碳酸盐矿物如方解石、白云石等，如方解石、白云石等，风化稳定性甚小，极易溶于水并顺水转移。风化稳定性甚小，极易溶于水并顺水转移。第7页/共98页 各种各种硫酸盐矿物硫酸盐矿物(如石膏、硬石膏如石膏、硬石膏)、硫硫化物矿物化物矿物(如黄铁矿如黄铁矿)、卤化物矿物卤化物矿物(如石盐如石盐)等，等，风化稳定性最低，最易溶于水，呈溶液状态流风化稳定性最低，最易溶于水，呈溶液状态流失走。失
6、走。重矿物重矿物（heavy mineral）：风化稳定风化稳定性的差别很大，如锆石、金红石、电气石等较性的差别很大，如锆石、金红石、电气石等较稳定，为沉积岩中常见的稳定重矿物。稳定，为沉积岩中常见的稳定重矿物。第8页/共98页影响造岩矿物风化稳定性的因素影响造岩矿物风化稳定性的因素与它们的结晶温度有关与它们的结晶温度有关 与其化学成分的化学活泼性（主要是在与其化学成分的化学活泼性（主要是在水中的溶解能力）有关水中的溶解能力）有关 与其晶体构造特征及化学键强度有关与其晶体构造特征及化学键强度有关 第9页/共98页三、各种岩石的风化及其产物三、各种岩石的风化及其产物 岩石是矿物的集合体，因此岩石
7、的风化及岩石是矿物的集合体，因此岩石的风化及其产物主要由组成它的矿物的风化情况决定的其产物主要由组成它的矿物的风化情况决定的。Weathering and products of various rocks 第10页/共98页美国科罗拉多州鲍尔德附近密西西比纪美国科罗拉多州鲍尔德附近密西西比纪花岗闪长岩的风化剖面花岗闪长岩的风化剖面第11页/共98页花花岗岗岩岩的的风风化化及及其其产产物物第12页/共98页 中性和碱性侵入岩中性和碱性侵入岩的风化情况大体与花岗质岩石的风化情况大体与花岗质岩石相似相似 基性和超基性侵入岩基性和超基性侵入岩主要由较易风化的橄榄石、主要由较易风化的橄榄石、辉石、基性
8、斜长石组成，远比花岗质岩石易风化辉石、基性斜长石组成，远比花岗质岩石易风化 火山岩及火山碎屑岩火山岩及火山碎屑岩由于含有相当多的甚至大量由于含有相当多的甚至大量的玻璃质或火山灰，故其风化速度相当快的玻璃质或火山灰，故其风化速度相当快 沉积岩沉积岩的风化情况比较简单，其中以蒸发岩最易的风化情况比较简单，其中以蒸发岩最易溶解、最易风化，碳酸盐岩次之，粘土岩、石英砂岩、溶解、最易风化，碳酸盐岩次之，粘土岩、石英砂岩、硅岩等最难风化硅岩等最难风化第13页/共98页四、母岩风化过程中元素的转移顺序四、母岩风化过程中元素的转移顺序及母岩风化的阶段性及母岩风化的阶段性 Transportation sequ
9、ence of elements in the course of weathering of source rocks，and stages of weathering 第14页/共98页1、风化过程中元素的析出顺序、风化过程中元素的析出顺序 母岩在化学风化过程中表现为某些元素的母岩在化学风化过程中表现为某些元素的淋滤分散和另外一些元素的残积富集两个方面。淋滤分散和另外一些元素的残积富集两个方面。各种元素在特定的风化条件下迁移能力是不一各种元素在特定的风化条件下迁移能力是不一样的，因而造成各种元素按一定顺序从母岩中样的，因而造成各种元素按一定顺序从母岩中分离出来分离出来即即元素的风化分异元素
10、的风化分异。第15页/共98页 前苏联学者前苏联学者雷波诺夫雷波诺夫(1934)首先根据河水中元素首先根据河水中元素的含量与该河流域的岩石中相应元素的含量相比较的的含量与该河流域的岩石中相应元素的含量相比较的办法，了解各种元素迁移的相对活动性，并得出了元办法，了解各种元素迁移的相对活动性，并得出了元素迁移序列。素迁移序列。彼列尔曼彼列尔曼(1955)在在雷波诺夫雷波诺夫的研究基础上提出的研究基础上提出了了水迁移系数水迁移系数Kx，用来衡量元素在风化带中的迁，用来衡量元素在风化带中的迁移能力。移能力。第16页/共98页将风化带中的元素分为五类：将风化带中的元素分为五类：最易迁移元素最易迁移元素(
11、Kx=n10n102)：CI，Br，I，S易迁移元素易迁移元素(Kx=nn10)：Ca，Mg，Na，F，Sr，K，Zn可迁移元素可迁移元素(Kx=n10-1n)：Cu，Ni，Co，V，Mn，Si(硅酸盐硅酸盐)，P惰性惰性(微弱迁移元素微弱迁移元素)(Kx 40时时，出出现现“卡卡门涡街门涡街”，紊流，紊流(涡流涡流)第29页/共98页自然界中绝大数水体是紊流运动自然界中绝大数水体是紊流运动 第30页/共98页3.急流、缓流和佛罗德数急流、缓流和佛罗德数 在明渠水流中按流动强度不同可分为在明渠水流中按流动强度不同可分为急流急流、缓流缓流和和临界流临界流三种状态。三种状态。这三种流态的判别标准是
12、这三种流态的判别标准是佛罗德数佛罗德数(Froude Numbers)(Fr)：佛罗德数佛罗德数 Fr=惯性力惯性力/重力重力=V2/Lg Fr=大多数工程技术人员把这一数值的平方根当作佛罗德数，即大多数工程技术人员把这一数值的平方根当作佛罗德数，即第31页/共98页 Fr1，急流，超临界流，水浅流急，急流，超临界流，水浅流急 Fr=1，临界流，临界流 Fr1，静流，缓流或临界以下的流动，静流，缓流或临界以下的流动，水深流缓水深流缓 第32页/共98页 床沙表面可随水流强度变化而出现各种类床沙表面可随水流强度变化而出现各种类型床沙形体，一种类型的床沙形体不是固定不型床沙形体，一种类型的床沙形体
13、不是固定不动的，而是通过组成床沙的砂砾颗粒的滚动、动的，而是通过组成床沙的砂砾颗粒的滚动、滑动或跳跃移动而使床沙形体发生顺流或逆流滑动或跳跃移动而使床沙形体发生顺流或逆流移动。移动。这种现象在水力学中称为这种现象在水力学中称为沙波运动沙波运动。第33页/共98页 明渠水流随着流动强度的加大，在床面上明渠水流随着流动强度的加大，在床面上会依次出现下列床沙形体：会依次出现下列床沙形体：无颗粒运动的平坦床沙、无颗粒运动的平坦床沙、沙纹、沙纹、沙浪、沙浪、沙丘、沙丘、过渡型过渡型(低角度沙丘低角度沙丘)、平坦床沙、平坦床沙、逆行沙丘、逆行沙丘、流槽和凹坑。流槽和凹坑。第34页/共98页4.两种流体及其
14、搬运和沉积作用方式两种流体及其搬运和沉积作用方式 牵引流牵引流(Traction current)符合牛顿流符合牛顿流体定律的流体。其搬运机制是流体动能拖曳牵引体定律的流体。其搬运机制是流体动能拖曳牵引沉积物一起运动，如河流、风流和波浪流等。沉积物一起运动，如河流、风流和波浪流等。沉积物重力流沉积物重力流(Gravity flow)在重力作在重力作用下发生流动的弥散有大量沉积物的高密度流用下发生流动的弥散有大量沉积物的高密度流体。体。第35页/共98页 牵引搬运牵引搬运(牵引作用牵引作用)能使碎屑物质作底负载移能使碎屑物质作底负载移动的各种作用动的各种作用 牵引流的搬运力牵引流的搬运力包括包括
15、推力推力和和载荷力载荷力。推力推力(牵牵引力引力)与流速有关，与流速有关，载荷力载荷力(负荷力负荷力)与流量有关。推与流量有关。推力大不一定负荷力大，反之亦然。力大不一定负荷力大，反之亦然。牵引流搬运方式牵引流搬运方式：溶解载荷、悬移载荷、推移溶解载荷、悬移载荷、推移载荷或床沙载荷。载荷或床沙载荷。重力流重力流搬运的驱动力主要起因于重力搬运的驱动力主要起因于重力 第36页/共98页二、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用二、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用 Transportation and sedimentation of clastic materials in water flow 碎屑颗
16、粒在流水中的搬运和沉积，主要碎屑颗粒在流水中的搬运和沉积，主要与水的流动状态关系密切，是层流还紊流，是与水的流动状态关系密切，是层流还紊流，是急流还缓流；急流还缓流；还与碎屑颗粒的本身特点还与碎屑颗粒的本身特点(大小、大小、相对密度和形状等相对密度和形状等)有关。有关。第37页/共98页1.搬运方式搬运方式 推移搬运推移搬运(滚动搬运，包括跳跃搬运滚动搬运，包括跳跃搬运)悬浮搬运悬浮搬运(悬移搬运悬移搬运)2.机械沉积作用机械沉积作用 处于搬运状态的碎屑物质，在一定的条件处于搬运状态的碎屑物质，在一定的条件下，主要是当流水的动力不足以克服碎屑的重力下，主要是当流水的动力不足以克服碎屑的重力时，
17、碎屑物质就会沉积下来。时，碎屑物质就会沉积下来。第38页/共98页 碎屑物质在静水中下沉情况可用碎屑物质在静水中下沉情况可用斯托克实验公式斯托克实验公式表示表示(G.G.Stokes，1850)：(适用于粒径适用于粒径0.1mm的球形颗粒的球形颗粒)其中：其中：V 颗粒下沉速度颗粒下沉速度(cm/s)，d1-颗粒密度，颗粒密度，d2 水介质密度，水介质密度，g 重力加速度重力加速度(980cm/s2)，r 颗粒半径颗粒半径(cm)V=gr2 第39页/共98页 极细砂下沉极细砂下沉30m约需约需2h，而细粘土则约需，而细粘土则约需1年；年；如下沉如下沉30004000m，极细砂约需，极细砂约需
18、10d，细粘土则约需，细粘土则约需100年。年。碎屑颗粒在静水中下沉速度与颗粒半径平方成正比碎屑颗粒在静水中下沉速度与颗粒半径平方成正比 碎屑颗粒在静水中下沉速度与其相对密度成正比碎屑颗粒在静水中下沉速度与其相对密度成正比 第40页/共98页 斯托克公式只有在静水或层流的条件下斯托克公式只有在静水或层流的条件下才适用。才适用。斯托克公式是在假定颗粒为球形的情况下斯托克公式是在假定颗粒为球形的情况下求得的，假如颗粒不是球形，其沉速有所不同。求得的，假如颗粒不是球形，其沉速有所不同。实验证明，假设球形颗粒的沉速为实验证明，假设球形颗粒的沉速为100，则椭球，则椭球形颗粒的沉速为形颗粒的沉速为846
19、1，立方体为，立方体为74，长柱体，长柱体为为50，片状颗粒为，片状颗粒为8038；第41页/共98页尤尔斯特隆图解尤尔斯特隆图解 碎屑物质在流水中的搬运和沉积，流速和颗碎屑物质在流水中的搬运和沉积，流速和颗粒大小之间的关系最为关键。粒大小之间的关系最为关键。第42页/共98页经森德伯格经森德伯格(Sundborg，1956)修改过修改过的尤尔斯特隆图解的尤尔斯特隆图解 第43页/共98页沃克沃克(Walker，1975)的图解的图解 当流动强度为P时，它所能滚动的砾石最大粒径为8cm，同时所悬浮的颗粒最大粒径为2.2mm。当流动强度略小于P时，可使粒径为8cm和2.2mm的砾石同时沉积，从而
20、形成双众数的砾岩。当流动强度在P附近反复变动时，则可能形成粗、细砾石沉积的互层，其平均粒度分别为8cm和2.2mm。如果流动强度急剧减少，则可能造成分选极差的多众数的砾、砂、粉砂和泥的混合沉积物。沉积1mm砂粒所需的流动强度要比沉积7cm砾石所需强度小得多，因此，在平均粒度为7cm的砾石沉积的孔隙中所充填1mm的砂，不可能是同时沉积物。第44页/共98页3.碎屑物质在流水搬运过程中的变化碎屑物质在流水搬运过程中的变化 成分上的变化：不稳定组分逐渐减少，稳定组分成分上的变化：不稳定组分逐渐减少，稳定组分则相应增加，同其它组分也就变得更加简单了。则相应增加，同其它组分也就变得更加简单了。碎屑颗粒度
21、逐渐变小碎屑颗粒度逐渐变小 碎屑颗粒的圆度逐碎屑颗粒的圆度逐渐变好渐变好 碎屑颗粒的球度也碎屑颗粒的球度也有有所增高所增高 第45页/共98页4.碎屑物质在流水搬运及沉积作用碎屑物质在流水搬运及沉积作用过程中的分异作用过程中的分异作用 沉积分异作用沉积分异作用(Sedimentary Differentiation)母母岩在风化产物在搬运和沉积过程中根据本身特性，在外岩在风化产物在搬运和沉积过程中根据本身特性，在外部条件的影响下，按照一定顺序分别堆积在一定程度上部条件的影响下，按照一定顺序分别堆积在一定程度上是可以分开的地表沉积带内。是可以分开的地表沉积带内。母岩风化产物以及其它来源的沉积物，
22、在搬运和母岩风化产物以及其它来源的沉积物，在搬运和沉积过程中按照颗粒大小、形状、比重、矿物成分和化沉积过程中按照颗粒大小、形状、比重、矿物成分和化学成分在地表依次沉积下来，这种现象称作学成分在地表依次沉积下来，这种现象称作地表沉积分地表沉积分异作用异作用。第46页/共98页沉积分异作用包括：沉积分异作用包括：粒度分异粒度分异 相对密度的分异相对密度的分异 形状上的分异，片状碎屑颗粒较粒形状上的分异，片状碎屑颗粒较粒状碎屑颗粒搬运远，状碎屑颗粒搬运远，成分分异成分分异第47页/共98页 机械沉积分异作用机械沉积分异作用(mechanical sedimentary differentiation
23、)碎屑物质在碎屑物质在搬运和沉积过程中，当介质运动的速度和运移的搬运和沉积过程中，当介质运动的速度和运移的能力在一定的方向上作有规律的变化时，它们也能力在一定的方向上作有规律的变化时，它们也相应按照颗粒大小、密度和形状发生分异，依次相应按照颗粒大小、密度和形状发生分异，依次沉积。沉积。与沉积分异作用相对立的是与沉积分异作用相对立的是“掺和作用掺和作用”或或“混合作用混合作用”、“混杂作用混杂作用”。第48页/共98页三、碎屑物质在海、湖水中的三、碎屑物质在海、湖水中的搬运和沉积作用搬运和沉积作用 Transportation and sedimentation of clastic mater
24、ials in sea and lake water 陆地表面流水搬运的碎屑物质，大部分都陆地表面流水搬运的碎屑物质，大部分都注入海洋，其次是湖泊。海、湖是流水搬运碎注入海洋，其次是湖泊。海、湖是流水搬运碎屑物质的最终场所。屑物质的最终场所。第49页/共98页1.碎屑物质在海水中的搬运和沉积作用碎屑物质在海水中的搬运和沉积作用 引起海洋中碎屑物质搬运和沉积的引起海洋中碎屑物质搬运和沉积的营力主要是波浪和潮汐，其次是海流。营力主要是波浪和潮汐，其次是海流。第50页/共98页 波浪波浪主要由风引起，波浪的大小主要取主要由风引起，波浪的大小主要取决于风的大小。决于风的大小。波基面波基面(浪底浪底)(
25、wave base)波浪作波浪作用的下限，即波浪所影响的最大深度。用的下限，即波浪所影响的最大深度。除正常天气情况下，碎屑物质在横向和纵向波除正常天气情况下，碎屑物质在横向和纵向波浪作用下的搬运和沉积作用外。还有阵发性的浪作用下的搬运和沉积作用外。还有阵发性的风暴浪风暴浪将浅海沉积物卷起而重新搬离或搬向海岸，形成将浅海沉积物卷起而重新搬离或搬向海岸，形成风暴风暴沉积物沉积物。第51页/共98页 潮汐作用潮汐作用对滨岸地区的碎屑物质影响很对滨岸地区的碎屑物质影响很大，在潮汐作用带，水体作大规模地涨潮和落大，在潮汐作用带，水体作大规模地涨潮和落潮运动，因此也使水底的碎屑物质作相应的往潮运动，因此也
26、使水底的碎屑物质作相应的往返运动。返运动。第52页/共98页 近岸地带的近岸地带的海流海流或深海的或深海的浊流浊流、等深流等深流、内潮汐流内潮汐流、冷流冷流、暖流暖流、赤道洋流赤道洋流和和上返洋流上返洋流等对碎屑物质的搬运和沉积均有一定的作用等对碎屑物质的搬运和沉积均有一定的作用。第53页/共98页 海洋中碎屑物质在波浪、潮汐等海洋中碎屑物质在波浪、潮汐等的长期作用下，也会发生成分、粒度、的长期作用下，也会发生成分、粒度、圆度上的变化以及分异作用。圆度上的变化以及分异作用。第54页/共98页2.碎屑物质在湖水中的搬运和沉积作用碎屑物质在湖水中的搬运和沉积作用 与海洋相比，湖泊面积小，缺乏潮汐作
27、用，与海洋相比，湖泊面积小，缺乏潮汐作用，因此，湖浪和湖流是潮泊中搬运和沉积碎屑物因此，湖浪和湖流是潮泊中搬运和沉积碎屑物质的主要营力。质的主要营力。第55页/共98页四、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用四、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用 自学为主自学为主 Transportation and sedimentation of clastic materials in air 第56页/共98页风是碎屑物质在空气中搬运和沉积的主要风是碎屑物质在空气中搬运和沉积的主要营力力 在干旱地区，这种搬运和沉积作用是主要的在干旱地区，这种搬运和沉积作用是主要的 空气只能搬运碎屑物质，而不能搬运溶解物质空
28、气只能搬运碎屑物质，而不能搬运溶解物质第57页/共98页五、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用五、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用 Transportation and sedimentation of clastic materials in glacier 自学为主自学为主 第58页/共98页 在寒冷的两极地区和高寒山区，在寒冷的两极地区和高寒山区，冰川的搬运及沉积作用是主要的。冰川的搬运及沉积作用是主要的。第59页/共98页冰川的搬运与堆积冰川的搬运与堆积冰碛物冰碛物冰川冰川携带的碎屑物质携带的碎屑物质冰川具有巨大的搬运能力冰川具有巨大的搬运能力南极大陆冰盖南极大陆冰盖第60页/共98页冰
29、碛物的基本特征：冰碛物的基本特征：结构疏松，大小混杂，分选极差；结构疏松，大小混杂，分选极差；冰碛物中砾石磨圆极差；冰碛物中砾石磨圆极差；一般缺乏层理构造。一般缺乏层理构造。第61页/共98页第三节第三节 溶解物质的搬运和沉积作用溶解物质的搬运和沉积作用 Transportation and sedimentation of dissolved materials 第62页/共98页一、概述一、概述(Introduction)母岩风化产物中的溶解物质，主要为母岩风化产物中的溶解物质，主要为Cl、S、Ca、Na、K、Mg、P、Si、Al、Fe 等。等。前面的溶解度较前面的溶解度较大，多呈真溶液；
30、大，多呈真溶液；后面后面的溶解度较小，多呈胶的溶解度较小，多呈胶体溶液。体溶液。它们均呈溶解状态，在河水或地下水中，向湖泊和海洋中转移。它们均呈溶解状态，在河水或地下水中，向湖泊和海洋中转移。第63页/共98页二、胶体溶液物质的搬运和沉积作用二、胶体溶液物质的搬运和沉积作用 Transportation and sedimentation of colloid solution materials 胶体胶体：一种物质的细微质点分散在另一：一种物质的细微质点分散在另一种物质中的不均匀分散体系。种物质中的不均匀分散体系。胶体质点一般介于胶体质点一般介于1001m之间，多呈之间，多呈分子状态。分子状
31、态。胶体质点常有电荷。胶体质点常有电荷。第64页/共98页 胶体沉积物的特征：胶体沉积物的特征：常呈钟乳状、肾状、豆状、胶冻状等常呈钟乳状、肾状、豆状、胶冻状等常具贝壳状断口常具贝壳状断口多为含水矿物，且含水量很不固定多为含水矿物，且含水量很不固定其化学成分也不够固定其化学成分也不够固定常具离子交换性及吸附性常具离子交换性及吸附性常失水干裂老化或重结晶常失水干裂老化或重结晶第65页/共98页三、真溶液物质的搬运和沉积作用三、真溶液物质的搬运和沉积作用 Transportation and sedimentation of true solution materials 母岩风化产物中的真溶液物
32、质主要是母岩风化产物中的真溶液物质主要是Cl、S、Ca、Na、K、Mg等，等，P、Si、Al、Fe、Mn等也可部分呈真溶液状态。等也可部分呈真溶液状态。第66页/共98页 真溶液物质的搬运及沉积作用的根本控真溶液物质的搬运及沉积作用的根本控制因素是它们的溶解度制因素是它们的溶解度 溶解度越大，越易搬运，越难沉积。溶解度越大，越易搬运，越难沉积。溶解度越小，越易沉积，越难搬运。溶解度越小，越易沉积，越难搬运。第67页/共98页 Fe、Mn、Si、Al等溶解物质的溶解度等溶解物质的溶解度较小，易于沉淀，在它们的搬运和沉积作用中，较小，易于沉淀，在它们的搬运和沉积作用中，水介质的各种物理化学条件的影
33、响十分重要。水介质的各种物理化学条件的影响十分重要。各种铁、锰矿物生成时所需要的PH值及EH值第68页/共98页SiO2及CaCO3的溶解度与介质PH值的关系Al2O3的溶解度与介质PH值的关系第69页/共98页 对于溶解度大的物质的搬运和沉积作用，水介质对于溶解度大的物质的搬运和沉积作用，水介质的影响不大。它们只有在干热的气候条件下，在封闭的影响不大。它们只有在干热的气候条件下，在封闭或半封闭的盆地中，或在水循环受限制的潮上地带，或半封闭的盆地中，或在水循环受限制的潮上地带，即在蒸发条件下，才能沉积下来。如石膏、硬石膏、即在蒸发条件下，才能沉积下来。如石膏、硬石膏、钠盐、钾盐、镁盐等。钠盐、
34、钾盐、镁盐等。第70页/共98页四、生物的搬运和沉积作用四、生物的搬运和沉积作用 Transportation and sedimentation by organisms 生物生物在母岩风化产物的搬运和沉积过程中在母岩风化产物的搬运和沉积过程中起着重要的作用，不少沉积岩和沉积矿产的形起着重要的作用，不少沉积岩和沉积矿产的形成都与生物作用有关，或直接由生物作用而形成都与生物作用有关，或直接由生物作用而形成。如碳酸盐岩、磷酸盐岩、沉积铁矿、硅藻成。如碳酸盐岩、磷酸盐岩、沉积铁矿、硅藻土、白垩、煤、油页岩和石油等。土、白垩、煤、油页岩和石油等。第71页/共98页 在各类生物中，尤以在各类生物中，尤
35、以藻类藻类和和细菌细菌等微生物等微生物在沉积岩和沉积矿产形成作用中的意义较大。在沉积岩和沉积矿产形成作用中的意义较大。生物的搬运和沉积作用有两种方式：生物的搬运和沉积作用有两种方式：生物通过新陈代谢作用，在其生活过程中不断生物通过新陈代谢作用，在其生活过程中不断地从周围介质中吸取一定的物质成分，从而把一些元素地从周围介质中吸取一定的物质成分，从而把一些元素富集起来富集起来。另一种方式是由于生物作用而引起的周围介质另一种方式是由于生物作用而引起的周围介质条件的改变，从而影响某些物质的搬运和沉积。条件的改变，从而影响某些物质的搬运和沉积。第72页/共98页五、化学沉积分异作用五、化学沉积分异作用
36、Chemical sedimentary differentiation 化学沉积分异作用化学沉积分异作用受化学原理支配的分异作用受化学原理支配的分异作用 母岩风化产物中的溶解物质，在搬运和沉积过程母岩风化产物中的溶解物质，在搬运和沉积过程中，由于各元素和化合物彼此在化学性质上的差异中，由于各元素和化合物彼此在化学性质上的差异(主主要是化学活泼性或溶解度大小要是化学活泼性或溶解度大小)，它们从溶液中按一定，它们从溶液中按一定先后顺序沉淀出来，从而逐渐产生了分异。先后顺序沉淀出来，从而逐渐产生了分异。第73页/共98页第74页/共98页六、两种沉积分异作用的关系及其地质意义六、两种沉积分异作用的
37、关系及其地质意义 1.关系关系 机械沉积分异作用进行得较早，化学沉积分机械沉积分异作用进行得较早，化学沉积分异作用进行得较晚异作用进行得较晚 第75页/共98页机械沉积分异作用机械沉积分异作用 化学沉积分异作用化学沉积分异作用 砂和粉砂阶段砂和粉砂阶段 铁的氧化物阶段铁的氧化物阶段 粘土沉积阶段粘土沉积阶段 碳酸盐阶段碳酸盐阶段 已基本结束已基本结束硫酸盐及卤化物阶段硫酸盐及卤化物阶段 第76页/共98页2.意义意义 两种沉积分异作用的结果，就形成了各两种沉积分异作用的结果，就形成了各种类型的机械沉积岩和化学沉积岩以及相应种类型的机械沉积岩和化学沉积岩以及相应的各种沉积矿产。的各种沉积矿产。分
38、异作用进行越彻底，各种类型的沉积分异作用进行越彻底，各种类型的沉积岩在成分上和结构上的成熟度就越高，从而岩在成分上和结构上的成熟度就越高，从而越易形成各种沉积矿产。越易形成各种沉积矿产。第77页/共98页七、正常沉积作用和事件沉积作用七、正常沉积作用和事件沉积作用 Normal sedimentation and event sedimentation 正常沉积作用正常沉积作用：正常情况或条件下发生的搬运和：正常情况或条件下发生的搬运和沉积作用，这一作用过程是缓慢的、均变的。沉积作用，这一作用过程是缓慢的、均变的。事件沉积作用事件沉积作用：指事件性的、阵发性的或灾变性：指事件性的、阵发性的或灾
39、变性的搬运和沉积作用。这类作用的发生和发展可能是瞬的搬运和沉积作用。这类作用的发生和发展可能是瞬间的、短暂的，但其作用过程是快速的间的、短暂的，但其作用过程是快速的。第78页/共98页 事件作用所挟带的大量砂、砾、泥等碎屑物质一事件作用所挟带的大量砂、砾、泥等碎屑物质一旦沉积下来，一般就不再被搬运了。旦沉积下来，一般就不再被搬运了。如沉积物重力流、泥石流和洪水流、火山喷发如沉积物重力流、泥石流和洪水流、火山喷发碎屑流、风暴流、地震、陨石雨降落等碎屑流、风暴流、地震、陨石雨降落等。与正常沉积作用相比，事件沉积作用及其产物与正常沉积作用相比，事件沉积作用及其产物肯有明显的肯有明显的等时性等时性，所
40、以，这一作用也叫，所以，这一作用也叫幕式沉积作幕式沉积作用用。正常沉积和事件沉积可发生于同一沉积环境，正常沉积和事件沉积可发生于同一沉积环境，二者交替进行。二者交替进行。第79页/共98页第四节第四节 沉积后作用及其阶段划分沉积后作用及其阶段划分 Postsedimentation process and stage division Sedimentary PetrologyP4146第80页/共98页一、概述一、概述(Introduction)沉积物的形成阶段沉积物的形成阶段：母岩风化产物以及其：母岩风化产物以及其它来源的物质成分，在搬运和沉积作用之后，它来源的物质成分，在搬运和沉积作用之
41、后，就变成了沉积物。就变成了沉积物。沉积后作用：沉积后作用：泛指沉积物形成之以后，到泛指沉积物形成之以后，到沉积岩遭受风化作用和变质作用之前这一演化沉积岩遭受风化作用和变质作用之前这一演化阶段的所有变化或作用。亦称为阶段的所有变化或作用。亦称为广义的成岩作广义的成岩作用用。第81页/共98页母岩母岩沉积物形成阶段沉积物形成阶段成岩作用阶段成岩作用阶段沉积岩沉积岩风化作用风化作用变质作用变质作用沉沉积积岩岩的的形形成成与与演演化化后生作用阶段后生作用阶段沉沉积积后后作作用用成岩作用后生作用第82页/共98页 广义的成岩作用包括广义的成岩作用包括狭义的成岩作用狭义的成岩作用和和后后生作用生作用两个
42、阶段。两个阶段。成岩作用成岩作用(diagenesis)：沉积物转变沉积：沉积物转变沉积岩所发生的一系列变化。岩所发生的一系列变化。后生作用后生作用(catagenesis)：沉积物形成以后：沉积物形成以后到遭受风化作用或变质作用以前的变化。到遭受风化作用或变质作用以前的变化。沉积后作用的沉积后作用的上限上限为沉积物表面或潜水面为沉积物表面或潜水面沉积后作用的沉积后作用的下限下限为变质岩带顶为变质岩带顶(220，1000bar)第83页/共98页二、沉积后作用阶段的划分二、沉积后作用阶段的划分 沉积后作用阶段的划分，到目前为止也还没有一沉积后作用阶段的划分，到目前为止也还没有一个公认的、统一的
43、划分方案。个公认的、统一的划分方案。1.根据粘土矿物成分来划分根据粘土矿物成分来划分2.根据煤岩学来划分根据煤岩学来划分3.根据地球化学不环境来划分根据地球化学不环境来划分4.根据埋深来划分根据埋深来划分5.综合划分方案综合划分方案 第84页/共98页成岩作用阶段的划分和对比成岩作用阶段的划分和对比 第85页/共98页三、有关术语的阐明三、有关术语的阐明 1.埋藏成岩作用埋藏成岩作用(buried diagenesis)：碎屑沉：碎屑沉积物随埋深增加，主要由于机械压实作用和化学胶结积物随埋深增加，主要由于机械压实作用和化学胶结作用，致使岩石逐渐变致密、孔隙度减小、物性变差作用，致使岩石逐渐变致
44、密、孔隙度减小、物性变差等一系列物理和化学变化直到变质作用。等一系列物理和化学变化直到变质作用。2.沉积后作用沉积后作用(postsedimentation process)：泛指沉积物形成以后到沉积岩遭受风化作用和变质作泛指沉积物形成以后到沉积岩遭受风化作用和变质作用以前这一演化阶段的所有变化和作用。用以前这一演化阶段的所有变化和作用。第86页/共98页 3.同生作用同生作用(syngenesis)：指沉积物刚刚形成以：指沉积物刚刚形成以后而尚与上覆水体相接触时的变化。如后而尚与上覆水体相接触时的变化。如海解作用海解作用、海底风化作用海底风化作用及及陆解作用陆解作用等等。4.准同生作用准同生
45、作用(penesyngenesis)：主要是指潮：主要是指潮上带的疏松碳酸钙沉积物被高镁粒间盐水白云化的作上带的疏松碳酸钙沉积物被高镁粒间盐水白云化的作用用。5.成岩作用成岩作用(diagenesis)：指上覆沉积物不断增：指上覆沉积物不断增加使早期沉积物逐渐被掩埋，直至基本上与上覆水体加使早期沉积物逐渐被掩埋，直至基本上与上覆水体脱离，使沉积物在新的物理化学条件下，产生新的平脱离，使沉积物在新的物理化学条件下，产生新的平衡，致使疏松的沉积物固结成岩的全部变化过程。衡，致使疏松的沉积物固结成岩的全部变化过程。第87页/共98页 6.后生作用后生作用(anadiagenesis/catagene
46、sis)：继：继成岩作用阶段之后，在沉积岩转变为变质岩之前或遭成岩作用阶段之后，在沉积岩转变为变质岩之前或遭受风化作用之前所产生的一切作用和变化。受风化作用之前所产生的一切作用和变化。7.表生作用表生作用(epigenesis)：指沉积物抬升到近地：指沉积物抬升到近地表，在潜水面以下常温常压或低温低压条件下，由于表，在潜水面以下常温常压或低温低压条件下，由于渗透水和浅部地下水渗透水和浅部地下水(包括上升水包括上升水)的影响下所发生的的影响下所发生的变化。变化。第88页/共98页四、沉积期后的影响因素四、沉积期后的影响因素 沉积物脱离沉积环境进入沉积期后变化阶沉积物脱离沉积环境进入沉积期后变化阶
47、段，实质上是沉积物在新的条件下，重新建立段，实质上是沉积物在新的条件下，重新建立起新的平衡的过程。起新的平衡的过程。影响这一平衡过程的因素主要有：影响这一平衡过程的因素主要有：沉积物沉积物的成分、温度、压力、以及层间水溶液的性质的成分、温度、压力、以及层间水溶液的性质(溶度积、自由度、溶度积、自由度、PH值、值、Eh值、浓度、溶解值、浓度、溶解气体的状况等气体的状况等)。第89页/共98页五、沉积后作用主要类型五、沉积后作用主要类型 1.压实作用(compaction)2.压溶作用(pressure-solution)3.胶结作用(cementation)和固结作用(consolidation
48、)4.重结晶作用(recrystallization)和矿物的多相转变作用(neomorphism of mineral)5.交代作用(replament)6.溶解作用(dissolution)第90页/共98页第五节第五节 沉积岩的分类沉积岩的分类 Classification of sedimentary rocks第91页/共98页一一、沉沉积积岩岩基基本本类类型型划划分分 第92页/共98页二、一些问题的说明二、一些问题的说明 1.关于粘土岩关于粘土岩 为什么将粘土岩划归碎屑岩中为什么将粘土岩划归碎屑岩中?沉积岩中的粘土物质基本上是母岩风化的产物经过沉积岩中的粘土物质基本上是母岩风化的
49、产物经过机械搬运和沉积作用而来的，基本上是陆源的，由化学机械搬运和沉积作用而来的，基本上是陆源的，由化学作用在沉积环境中新生成的粘土矿物为量很少。作用在沉积环境中新生成的粘土矿物为量很少。2.碳酸盐岩碳酸盐岩 虽虽然然颗颗粒粒石石灰灰岩岩的的沉沉积积机机理理主主要要是是机机械械的的，但但其其颗颗粒的生成还是化学作用或生物作用为主的。粒的生成还是化学作用或生物作用为主的。第93页/共98页 3.关于生物化学岩关于生物化学岩 实际上是生物岩与化学岩之间的过渡岩石类型，实际上是生物岩与化学岩之间的过渡岩石类型，如生物石灰岩、礁石灰岩、白垩、硅藻岩等。如生物石灰岩、礁石灰岩、白垩、硅藻岩等。4.关于附
50、生岩关于附生岩 象含铜、铀、硫、沸石、海绿石以及其他特殊元象含铜、铀、硫、沸石、海绿石以及其他特殊元素或矿物的沉积岩，由于其经济意义较大，常受人们素或矿物的沉积岩，由于其经济意义较大，常受人们的格外重视，并常被称作的格外重视，并常被称作“含铜岩含铜岩”、“含铀岩含铀岩”、“含海绿石岩含海绿石岩”等。等。第94页/共98页 5.关于异地岩和原地岩关于异地岩和原地岩 异地岩异地岩-指其沉积物是外来的。指其沉积物是外来的。原地岩原地岩-指其沉积物是当地生成的。指其沉积物是当地生成的。6.关于内源岩和外源岩关于内源岩和外源岩 外源岩外源岩-指其物质成分来自沉积环境以外。指其物质成分来自沉积环境以外。内