沉积岩石学

沉积岩石学方面的考研资料。沉积岩的基本概念沉积岩是组成岩石圈的三大类(岩浆岩、变质岩、沉积岩)岩石之一。它是在地壳表层或地表不太深的地方，在常温常压条件下，由母岩（岩浆岩、变质岩、先成的沉积岩）的风化产物、生物来源的物质、火山物质、宇宙物质等原始物质，经过搬运作用、沉积作用以及成岩作用所形成的一类岩石。沉积岩的一般特征1、沉积岩的化学成分对比岩浆岩和沉积岩的化学成分可以看出：虽然总体化学成分相近似，由于两者形成条件的不同，在化学成分上仍然存在很大的差别：（1）、Fe2O3和FeO的含量在岩浆岩和沉积岩中铁的总量接近岩浆岩中FeO含量多于Fe2O3地下深处缺氧亚铁沉积岩中Fe2O3含量多于FeO地表自由氧充足高价铁（2）、K2O和Na2O的含量在岩浆岩中钠含量比钾高，在沉积岩中钾总量比钠高因为：沉积岩中富钾的白云母、绢云母相对稳定岩浆岩风化后生成的胶体分散物（粘土矿物）易吸附钾，导致沉积岩中钾的含量相对增高岩浆岩风化后，其中的钠以氧化物、硫酸盐等可溶性盐的形式流失，使沉积岩中钠的含量相对减少（3）、Al2O3的含量岩浆岩中铝多以铝硅酸盐的形式出现沉积岩中铝通常剩余而游离，是沉积岩的主要化学成分之一大多数沉积岩中Al2O3K2O+Na2O+CaO(判别变质原岩有用)（4）、H2O和CO2的含量沉积岩形成于地表条件下，富含H2O和CO2岩浆岩形成于地壳下部高温、高压的环境,H2O和CO2含量很低2、沉积岩的矿物成分（1）高温矿物少见无橄榄石、辉石、角闪石形成于岩浆结晶早期高温（2）低温矿物富集富石英、钾长石、钠长石,形成于岩浆结晶晚期低温（岩浆岩主要造岩矿物在高温、高压条件形成，稳定地壳下部）（3）自生矿物各种盐类、氧化物、氢氧化物、粘土矿物、碳酸盐矿物（形成于地表常温常压环境，稳定于地表条件）3、沉积岩的结构构造沉积岩的结构要比岩浆岩更为多样碎屑结构、粒屑（颗粒）结构，机械作用形成生物结构：等是沉积岩所特有的结构；晶粒（结晶）结构：虽然岩浆岩也有类似结构，但它们形成的热力学条件迥然不同。沉积岩的构造成层构造、层内构造以及层面构造层理构造：沉积岩最基本构造特征，在岩浆岩中除少数情况（层状火成岩）外很少见到层面构造：波痕、泥裂、雨痕、雹痕、印模、晶痕化学成因的构造：缝合线、叠锥、结核、叠层构造等构造都是沉积岩所特有的生物成因的构造：生物礁所特有由于沉积岩是在地表或接近地表的压力条件下形成，因此具有各种各样空隙,而结晶岩一般缺乏孔隙(曾允孚等，1986）形成沉积岩的物质基础——沉积物的四种来源1、陆源物质—母岩风化的产物2、生物源物质—生物残骸和有机物质3、深源物质—火山碎屑和深部卤水4、宇宙源物质—陨石风化作用的概念：地壳表层岩石（母岩）在大气、水、生物、冰川等地质营力的作用下，使得岩石松散、破碎、分解的地质作用。其产物为各种岩石碎屑、矿物碎屑、生物碎屑和溶解物质风化作用方式：物理风化、化学风化、生物风化。1）物理风化：主要发生机械破碎，而化学成分不改变的风化.作用主要影响因素：温度变化、晶体生长、重力作用、生物的生活活动（人类活动）、水、冰及风的破坏作用物理风化总趋势：使母岩崩解，产生不同尺度岩石碎屑和矿物碎屑。2）化学风化：在氧、水和溶于水中的各种酸的作用下，母岩遭受氧化、水解和溶滤等化学变化，使其分解而产生新矿物的过程。主要影响因素：水、二氧化碳、有机酸等。化学风化总趋势：不仅使母岩破碎，而且使其矿物成分和化学成分发生本质的改变，同时在表生条件下形成粘土物质、各种氧化物和化学沉淀物质如：各种粘土矿物,赤铁矿、褐铁矿、铝土矿、煫石（SiO2)等氧化物及碳酸盐矿物等。3）生物风化：在岩石圈的上部、大气圈的下部和水圈的全部,几乎到处都有生物存在。因此生物，特别是微生物在风化作用中能起到巨大的作用。生物对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；既有直接的作用，也有间接的作用。主要影响因素：细菌、O2、CO2、有机酸生物风化途径：氧化还原反应、吸附作用、络合物作用风化作用的产物：a碎屑物质：母岩机械破碎的产物，主要指矿物碎屑和岩石碎屑b不溶残积物：母岩分解过程新生成的不溶物质,如粘土和氧化物等c溶解物质：以溶解状态被带走的成分。碎屑物质是构成陆源碎屑岩的主要成分。溶解物质是构成内源沉积岩的主要物质成分沉积物的搬运与沉积作用沉积物发生的搬运和沉积的地质营力：主要是流动水和风为主，其次是冰川、重力和生物。由于沉积物性质的差异，常见的搬运方式有：1、机械搬运和沉积、2、化学搬运和沉积、3、生物搬运和沉积一机械搬运和沉积搬运对象：陆源碎屑颗粒搬运介质：牵引流（水流和波浪，空气）；重力流(gravityflow)：浊流（turbiditesflow）泥石流(debrisflow)、颗粒流(grainflow)、液化沉积物流(fluidizedsedimentflow）；冰川、风1、流水的机械搬运和沉积作用搬运方式：推移搬运（或滚动搬运）—推移载荷悬浮搬运—悬浮载荷跳跃搬运—介于上述二者之间机械搬运和沉积作用：流水把处于静止状态的碎屑物质开始搬运走所需要的流速叫做开始搬运流速，开始搬运流速要大于继续搬运业已处于搬运状态的碎屑物质所需的流速，即继续搬运流速。一般来说，开始搬运流速要大于继续搬运流速。2、空气的搬运与沉积作用1）只能搬运碎屑颗粒2）搬运能力小，以跳跃搬运形式为主3）受地形和地物影响大3、冰川的搬运与沉积作用流动方式：塑性流动和滑动搬运能力巨大；搬运对象：碎屑颗粒沉积位置：雪线以下——冰渍物，经流水改造，形成冰水沉积4、碎屑颗粒在机械搬运过程中的变化1）物质成分上的变化：随着搬运距离的增加，由于化学分解、机械破碎和磨蚀作用,不稳定组分相对减少,稳定组分相对增加2）粒度和分选型的变化：随着搬运距离的增加，一般粒度越来越细，分选越来越好3）颗粒形状的变化:随着搬运距离的增加，由于磨蚀作用，颗粒的园度和球度越来越好。二、化学搬运和沉积搬运对象：溶解于水的化学物质溶解物质在自然界中存在的方式：胶体和真溶液1)胶体的搬运与沉积作用胶体的特点：颗粒细小、扩散能力弱、表面带电荷、具有吸附性使胶体凝聚和沉积的因素：带有相反电荷的胶体相遇、加入电解质、加热蒸发、射线照射由于胶体自身的特点，当其处于稳定状态时，就是胶体的搬运状态；当条件发生变化，胶体失去稳定性时，胶体发生凝絮作用，即沉积作用。2）真溶液的搬运与沉积作用可溶物质的溶解与沉淀作用主要取决于溶解度；溶液中的某种物质浓度达到过饱和，则发生沉淀作用（沉积）；反之，则发生溶解作用（搬运）。影响真溶液搬运与沉积的因素：介质的酸碱度：介质的氧化还原电位、温度和压力、溶液中的CO2含量、离子吸附作用三、生物的搬运和沉积生物的搬运作用：既可是物理方式也可是化学方式生物的沉积作用：生物遗体的直接堆积：生物的间接沉积作用：化学方式、生物物理方式（捕获和粘结、障积作用）搬运的成分：碎屑颗粒、溶解物质沉积分异作用沉积物在搬运沉积过程中会按照颗粒大小、形状、比重、矿物成分和化学成分在地表依次有规律的沉积下来，这种现象称为沉积分异作用。机械沉积分异作用按粒度：砾岩、砂岩、粘土岩；按比重：金19.3、黄铁矿5、铬铁矿4.5、石英2.65、石墨2.16、琥珀1.07；化学沉积分异作用熔解物质达到过饱和时按溶解度由小到大依次沉积（氧化物、磷酸盐、硅酸盐、硫酸盐、卤化物）沉积成岩作用是泛指沉积物形成以后，到沉积岩的风化作用和变质作用以前这一演化阶段的所有变化或作用，包括成岩作用和后生作用。有人也称为沉积期后作用。沉积岩的成岩作用阶段1.同生作用：沉积后至埋藏前沉积物与水之间的一系列作用（溶解、水合、解,Ph,Eh,O2，CO2逸度改变）。2.成岩作用:埋藏后至岩石固结，即，由沉积物到沉积岩的过程中的一系列变化，包括压实和胶结作用。3.后生作用:固结后至变质前，包括交代、重结晶、次生加大、压溶。4.表生作用:潜水面以下、低温压下，与地下水的作用，包括溶蚀、充填、交代。常见成岩作用现象1．压实作用(compaction):静压力下沉积物排气、排水、体积缩小、孔隙度降低、密度增加。2.胶结作用(cementation):孔隙水过饱和沉淀出矿物质（胶结物cement),将沉积物粘结成岩石。3.压溶作用(pressure-solution):压力下沉积物颗粒间或沉积岩内部发生溶解。如，缝合线构造4.重结晶作用(recrystallization):通过溶解－再沉淀或固体扩散，使得细小晶粒集结成粗大晶粒。如，蛋白石（非晶质）－玉髓（隐晶质）－石英（显晶质）5.交代作用(replacement):外来组分取代原组分。如，白云石化，SiO2与CaCO3相互交代。6.自生矿物的形成(authigenicmineral)：海绿石，鲕绿泥石，沸石类，粘土矿物，方解石、菱铁矿、草莓状黄铁矿，自生石英和自生长石（再生加大边）影响成岩作用因素1、自由能2、PH值和EH值3、温度的影响4、压力的影响5、生物对成岩作用的影响6、时间因素陆源碎屑岩陆源碎屑岩是指由母岩经物理风化作用所形成的碎屑颗粒物质，经过机械的搬运和沉积，并进一步压实和胶结而形成的沉积岩类。陆源碎屑岩的基本组成：1）碎屑颗粒是碎屑岩的主要组成部分，占整个岩石的50%以上，并决定岩石的基本性质。2）填隙物：杂基由机械沉积作用形成的细粒物质，充填在碎屑颗粒间。胶结物是对颗粒起胶结作用的化学沉淀物。3）孔隙是指岩石中未被固体物质所占据的部分，孔隙可以是原生的，也可以是后期形成的。1、碎屑颗粒的成分1)矿物碎屑成分A石英碎屑：是分布最广的碎屑矿物，在砂岩和粉砂岩中的平均含量达66.8%。主要来源于花岗岩、片麻岩、片岩和先期形成的沉积岩，并常应用石英的各种特征来确定母岩的性质。B长石碎屑：在砂岩中含量为10-15%，以钾长石（微斜长石）为主，其次为酸性斜长石，中基性斜长石较少。长石主要来源于花岗岩和花岗片麻岩。根据长石的特点可推断母岩、古气候和古构造。C、云母和绿泥石碎屑：以白云母为主，常分布于细砂岩和粉砂岩的层面上，常与细粒的石英和长石共生。绿泥石都是成岩作用的产物，常以填隙物的形式出现。D、重矿物碎屑：是次要成分，通常含量不超过1%，比重大于2.86，常见的重矿物有：来自花岗岩的锆石、独居石、金红石、磷灰石；来自基性岩的尖晶石、铬铁矿、钛铁矿；来自变质岩的石榴子石、十字石、蓝晶石、电气石等。2)岩石碎屑成分简称为岩屑，是碎屑岩中的重要组分。其成分可以是火成岩、变质岩和沉积岩。其含量和粒度有关，泥岩中完全没有岩屑，砂岩中平均含量为10-15%，多者可达95-100%，少则完全没有。岩屑可直接提供母岩的特征，反映沉积环境、沉积搬运的特征2、填隙物成分填隙物分为杂基和胶结物，二者成因不同，但成分上可以相同，也可不同。1)杂基：各种粘土矿物，如：高岭石、水云母、蒙脱石和绿泥石等，还包括各种细粉砂碎屑，是机械搬运的产物。2)胶结物：碎屑颗粒之间孔隙内的各种化学物质，常见的有：碳酸岩矿物、硅质矿物和少量铁质矿物，多形成于成岩作用时期。还有一些自生矿物。如：海绿石、沸石、磷酸岩矿物、硫酸岩矿物、硫化物、各种自生重矿物，还有自生的粘土矿物等3、成分成熟度碎屑岩的成分成熟度是指碎屑沉积组分在其风化、搬运沉积作用的改造下接近最稳定的终极产物的程度。石英抗风化能力强，在搬运和沉积过程中蚀变很小，是最稳定的组分；长石的稳定性较石英低；岩屑除硅质岩屑外，一般稳定性都不高。成分成熟度一般表示为：石英与石英、长石和岩屑之和的比值。随着成分成熟度的增高，不稳定组分相对减少，稳定组分相对增加。陆源碎屑岩的结构类型1、碎屑结构碎屑颗粒本身的特征：碎屑颗粒的大小、形状和颗粒表面特征填隙物的特征：颗粒与填隙物之间的关系：胶结类型或支撑关系颗粒间接触关系2、泥状结构：泥岩所特有的结构1、碎屑颗粒的结构颗粒大小：指碎屑颗粒的绝对大小，也称为粒度。它以颗粒的直径来计量。粒度的分级方案有：自然粒级：自然数的大小对数粒级：对颗粒的直径取对数Φ粒级：Φ=-log2d（d为粒径）碎屑颗粒的分选（分选性）：碎屑颗粒大小的均