造岩矿物在风化过程中的变化及碎屑物质的搬运和沉积

第三节主要造岩矿物和岩石在风化过程中的变化沉积学—沉积岩的成因在风化过程中各种造岩矿物不同程度的发生变化，但它们之间的变化速度和程度却很不相同。各种造岩矿物在风化过程中变化的难易（各种造岩矿物抵抗风化的能力），称为造岩矿物在风化作用中的稳定性。造岩矿物在风化作用中的稳定性主要取决于以下两个因素：（1）矿物的化学成分和内部结构—内因（2）造岩矿物所处的风化条件，主要是气候条件——外因沉积学—沉积岩的成因石英橄榄石辉石角闪石黑云母基性斜长石中性斜长石酸性斜长石钾长石白云母鲍温成矿系列—矿物析出顺序矿物逐渐析出抗风化能力逐渐增强顾迪奇在研究了莫尔顿花岗片麻岩风化情况后，根据造岩矿物抵抗风化的能力，绘制了造岩矿物在风化作用中的稳定系列沉积学—沉积岩的成因此系列与鲍温的结晶反应系列完全相同，但两者所代表的意义是不同的。稳定系列：位于系列上部的造岩矿物抵抗风化的能力弱，容易风化位于系列下部的造岩矿物抵抗风化的能力强，难于风化位于系列上部的造岩矿物：在高温、高压的条件下结晶出来的，与它后来所处的地表温度和压力条件相差很大，因此容易风化。反之位于下部的造岩矿物：形成的温度和压力条件与后来地表的温度、压力条件差距较小而难以风化。1、造岩矿物在风化过程中的稳定性沉积学—沉积岩的成因2、主要造岩矿物和岩石在风化过程中的变化铁镁矿物：主要为Fe2+、Mg2+、Ca2+的硅酸盐(橄榄石辉石角闪石)——最易风化分解方式：氧化、碳酸盐、重碳酸盐化在碳酸作用下：Fe2+、Mg2+、Ca2+金属阳离子首先形成重碳酸盐和碳酸盐。其中一部分溶解于介质中被带出，大部分Fe2+进一步氧化成含水的氧化铁堆积在原地，或与后来游离出的SiO2，化合形成蛇纹石、绿泥石等矿物。SiO2可凝聚成蛋白石、玉髓沉积岩中保存少，仅在风化作用不彻底的快速沉降区可见，或以重矿物的形式少量出血沉积学—沉积岩的成因2、主要造岩矿物和岩石在风化过程中的变化长石类：地壳中分布最广，含K+、Na+、Ca2+的铝硅酸盐长石受水解和碳酸化作用，K+、Na+、Ca2+阳离子变成碳酸盐、溶于水中被带走，由水离解产生的OH-和部分水分子进入到已被破坏的晶格中发生水化作用而使晶格发生根本转变，由架状构架变成层状构造，部分SiO2被带出，长石转变为伊利石。伊利石在酸性条件下继续分解为高岭石（碱性条件下转变为蒙脱石），高岭石进一步分解成氢氧化铝和蛋白石堆积。沉积学—沉积岩的成因长石风化稳定性次于石英各种长石的稳定性很不相同：稳定性:钾长石多钠的酸性斜长石中性斜长石多钙的基性斜长石沉积岩中钾长石多于斜长石，常见钾长石和酸性斜长石，基性斜长石只在地槽并以物理风化为主且离母岩近的条件下才能保持沉积学—沉积岩的成因2、主要造岩矿物和岩石在风化过程中的变化云母类：黑云母易风化，白云母抵抗风化能力较强。黑云母水化作用分解成伊利石和绿泥石，最终变为细分散的氧化铁、氢氧化铁和高岭石。白云母在较强的化学作用下也能分解，游离出氧化钾和二氧化硅，再经水化而成伊利石，最终变为高岭石黑云母→蛭石＋绿泥石＋褐铁矿白云母→水白云母→高岭石沉积学—沉积岩的成因2、主要造岩矿物和岩石在风化过程中的变化石英：在风化作用中稳定性极高，几乎不发生化学溶解作用，一般只发生机械破碎作用。石英是碎屑岩中主要矿物成分。碳酸盐矿物：方解石和白云石，在富含二氧化碳的水中极容易溶解，由于其硬度小还易发生机械破碎沉积学—沉积岩的成因•母岩遭受风化后，颜色、物理性质（体积、孔隙度、机械强度）、化学成分、矿物成分和结构等都要发生改变•颜色：氧化作用造成，低价铁氧化后使岩石出现黄色、褐色和红色，有机物氧化后使岩石的黑灰色变浅，由于物质和色素扩散的不均匀，岩石风化后颜色不均匀，露头岩石表面出现斑点状、斑块状、不规则层纹和同心层状•破碎现象：岩石产生裂纹和裂隙，发生破碎，造岩矿物遭受水化和水解形成富含水的矿物，增加岩石的体积，使孔隙度增加•矿物成分的变化：内生矿物减少和表生条件下生产的矿物增加•沉积岩中的造岩矿物大都是母岩中较难风化的碎屑矿物，或是在风化、沉积过程中的生产的新矿物，风化过程中稳定性较高3、岩石在风化过程中的变化沉积学—沉积岩的成因母岩经受风化作用后可产生三种不同类型的产物•碎屑物质：碎屑矿物和岩石碎屑——母岩机械破碎的产物•残余物质：母岩在分解过程中形成的不溶物质。粘土矿物、褐铁矿及铝土矿•溶解物质：母岩中容易析出的元素，如Cl-、SiO42-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+以及Fe2+、Fe3+、Al3+、Si4+等。它们在风化过程中按溶解度的大小，分布形成真溶液和胶体溶液，被流水搬运至离母岩远的湖海中。•母岩风化产物是沉积岩的主要物质成分。它的性质直接影响到沉积岩的类型。碎屑物质是碎屑岩的主要成分，不溶残积物，特别是粘土矿物是粘土岩类的基本物质，溶解物质在湖海中经过化学及生物化学的沉积作用形成各种铁、锰、铝、磷质岩和碳酸盐4.风化产物的类型沉积学—沉积岩的成因不同的风化产物，在地表不同地区具有分布规律可溶物质：移至湖泊和海盆残余物质和部分碎屑颗粒：残留在原来的岩石表层上4.风化产物的类型沉积学—沉积岩的成因第四节碎屑物质的搬运和沉积作用沉积学—沉积岩的成因•1、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用•2、碎屑物质在风中的搬运和沉积作用•3、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用•4、碎屑物质在被搬运过程中的变化沉积学—沉积岩的成因•风化作用的产物及其它来源的沉积物质除了少量残留原地以外，大部分将进入搬运状态向沉积盆地转移。•风化产物类型不同，其搬运与沉积的方式也不同•沉积物发生搬运和沉积的地质营力（搬运介质）：流水、风（大气）、冰川、重力、生物介质搬运能力减弱，无力携带所搬运的沉积物时，发生沉积作用形成沉积物流水是陆上最重要的搬运介质沉积学—沉积岩的成因碎屑物质在流水中被搬运的状况主要取决于两个因素碎屑本身的特点，如大小、形状、密度等流水能量的大小，主要取决于流速和流量碎屑颗粒发生移动：流水的动能碎屑颗粒的重力+颗粒间的吸附力流水作用于颗粒上的两种力推力：流水所能移动碎屑颗粒大小的能力，与水流的速度有关负荷力：流水所能搬运物质的总质量，与流水的流量有关1、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用沉积学—沉积岩的成因搬运方式（1）推移搬运（滚动+跳跃）——推移载荷碎屑颗粒较粗，在河底以沿底部滚动或挪动的方式前进，或以跳跃的方式前进（2）悬浮搬运——悬移载荷碎屑颗粒较细，如粉砂、粘土等密度小的碎屑，它们的重力小于介质的浮力，不易沉到河底，而以悬浮状态前进•载荷：流体中被搬运的沉积物，也叫负载，负荷。•碎屑物质在被搬运的过程中，由于水动力条件的改变和碎屑粒度的变小，被搬运的方式也会发生改变1、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用沉积学—沉积岩的成因碎屑物质的沉积：碎屑颗粒的沉降速度流速沉积环境：河流的坡降变缓、支流汇入主流、河流入海地区，流速突然变慢影响碎屑颗粒的沉降速度的因素：颗粒的大小、密度、形状以及水介质的性质粒度粗、密度大、圆形的颗粒沉速大，反之沉速小碎屑颗粒的沉积作用在搬运的开始阶段少，主要发生在搬运阶段的后期沉积学—沉积岩的成因二、碎屑物质的搬运和沉积作用•1、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用•2、碎屑物质在风中的搬运和沉积作用•3、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用•4、碎屑物质在被搬运过程中的变化沉积学—沉积岩的成因2、碎屑物质在风中的搬运和沉积作用条件：干旱地区，沙漠或滨岸地区。营力：风风力特点：a.风力密度比水小300倍，搬运能力为水的1/300。搬运砂和粉砂为主，选择性强。搬运过程中表现物理机制，如碰撞，磨蚀等，相对来讲溶解作用不明显。搬运方式：牵引流特点，跳跃，蠕动（滚动）。沉积物特点：分选好，磨圆好，具霜雨（圆玻璃状），形成各种形状的沙丘，具大型交错层理，颗粒支撑，杂基少，化学胶结为主。沉积学—沉积岩的成因二、碎屑物质的搬运和沉积作用•1、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用•2、碎屑物质在风中的搬运和沉积作用•3、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用•4、碎屑物质在被搬运过程中的变化沉积学—沉积岩的成因3、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用１、冰川和浮冰——固体搬运和沉积２、能力巨大，碎屑为主３、整体搬运，混杂堆积，没有分选和磨圆；４、冰川擦痕，特征“丁”字痕、“V”形刻蚀坑。５、冰川消融，碎屑沉积--冰碛物。按位置分为：底碛、中碛、表碛、前碛、侧碛沉积学—沉积岩的成因二、碎屑物质的搬运和沉积作用•1、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用•2、碎屑物质在风中的搬运和沉积作用•3、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用•4、碎屑物质在被搬运过程中的变化沉积学—沉积岩的成因•4、碎屑物质在被搬运过程中的变化从上游到下游，沉积物将发生：（1）颗粒大小分异，粒度由大到小、分选由差变好；（2）比重分异，体积小比重大和比重小体积大的沉积物可能一起堆积，如含金砾岩。（3）形状分异,片状颗粒比等轴粒状颗粒搬运得远；圆度和球度高的滚动颗粒更易于搬运。（4）矿物成分分异机械沉积分异：随搬运距离的增长，碎屑物质的矿物成分趋向简单、稳定组分增多、重矿物含量减少、粒度变细、分选、磨圆变好