第一章 沉积岩的形成过程

上次课程内容回顾沉积岩的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岩石第一章沉积岩的形成过程形成的部位形成的物化条件物质来源形成过程主要内容第一节沉积岩的物质来源第二节沉积物的搬运与沉积作用第三节沉积分异作用第四节沉积成岩作用第一章沉积岩的形成过程第一章沉积岩的形成过程形成沉积岩的物质基础——沉积物的四种来源陆源物质—母岩风化的产物生物源物质—生物残骸和有机物质深源物质—火山碎屑和深部卤水宇宙源物质—陨石其中，母岩风化的产物是沉积物最主要的物质来源；生物物质具有指示沉积环境的作用；深源物质量很少，但能指示火山活动和深部构造活动事件；宇宙源物质用来研究天体演化和地壳沉积物沉积速率、沉积间断等具有重要意义沉积岩的物质来源风化作用的概念、方式和产物1、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陆源物质—母岩风化的产物风化作用的概念、方式和产物2、风化作用方式：物理风化、化学风化、生物风化物理风化：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陆源物质—母岩风化的产物风化作用的概念、方式和产物化学风化：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、有机酸及生物活动等化学风化总趋势：不仅使母岩破碎，而且使其矿物的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陆源物质—母岩风化的产物风化作用的概念、方式和产物生物风化：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。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：水、O2、CO2、有机酸生物风化途径：氧化还原反应、吸附作用、络合物作用陆源物质—母岩风化的产物风化作用的概念、方式和产物风化作用之间的关系机械风化作用与化学风化作用的关系:相互促进，相互影响生物作用与化学风化作用的关系：促进和加速化学风化作用的进行，几乎所有的化学风化作用均有生物的参与岩石的风化作用在许多情况下是由生物的活动开始的菌类、藻类及其他微生物对岩石的破坏作用是巨大的，不仅直接对母岩进行机械破坏、化学分解（吸收某些元素、生成新矿物），而且本身分泌出的有机酸，有利于分解岩石或吸收某些元素转变成有机化合物。生物对大气的组分(如CO2、N2、O2)也很大的影响，也影响风化作用的强度。陆源物质—母岩风化的产物风化作用的概念、方式和产物3、风化作用的产物：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,如粘土和氧化物等溶解物质：以溶解状态被搬运走的化学成分碎屑物质是构成陆源碎屑岩的主要物质成分溶解物质是构成内源沉积岩的主要物质成分陆源物质—母岩风化的产物4、各种造岩矿物在风化过程中的稳定性及其风化产物石英抗风化稳定性极高主要机械破碎的碎屑石英钾长石先析出钾→其次是硅→最后是铝水白云母(量变)→高岭石→蛋白石→铝土矿斜长石除(钙、钠、硅)从矿物中带走外,形成沸石、绿帘石、黝帘石、蒙脱石、蛋白石、方解石等白云母白云母碎屑先析出钾和加入水→水白云母→高岭石黑云母钾、镁先析出同时加水蛭石、绿泥石、褐铁矿等橄榄石、辉石、角闪石等铁镁硅酸盐矿物，铁、镁、钙先析出，之后硅部分或全部析出，大部分元素呈溶液状态流失，部分形成褐铁矿、蛋白石等陆源物质—母岩风化的产物生物硬体钙质、碳质、磷酸盐质、硅质生物软体碳、氢、氧、氮、硫、磷生物源物质硅质磷质碳酸钙质不溶物质—干酪根可溶物质碳质生物源物质—生物残骸和有机质火山碎屑：由火山作用带到地表的火山碎屑物质及其伴生的气热液物质深部卤水：沿构造断裂上涌到地表的热卤水深源物质的特征：量少，但能指示火山活动和深部构造活动事件深源物质—火山碎屑和深部卤水陨石—为来自宇宙空间的固体物质大小极为悬殊，大的几千千克－数十千克，小的几十毫克－极细微粒（宇宙尘埃）1976吉林陨石雨中大的达1770kg，西南非洲纳米比亚的霍巴铁陨石重数十吨每年落到地球上陨石有几千颗，大部分落入海洋，只有一部分落入人烟稀少的陆地上，因此仅有很少一部分陨石被人们发现，可以说沉积岩（物）中的宇宙物质大部分还未被人们所识别。在现代深海粘土中含有一些磁性小球体，根据所含钾和钙的同位素特征以及存在有方铁矿，被认为属于宇宙成因。宇宙源物质用来研究天体演化和地壳沉积物沉积速率、沉积间断等具有重要意义宇宙物质—陨石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，常见的搬运沉积方式有：一、机械搬运和沉积二、化学搬运和沉积三、生物搬运和沉积沉积物的搬运与沉积作用搬运对象：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、风机械搬运与沉积作用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。机械搬运与沉积作用流水的机械搬运方式机械搬运与沉积作用碎屑物质在流水中的侵蚀、搬运、沉积与流速的关系（尤尔斯特隆图解）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，以跳跃和悬浮搬运形式为主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，形成冰水沉积机械搬运与沉积作用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。一机械搬运和沉积作用机械搬运与沉积作用搬运对象：溶解于水的化学物质溶解物质在自然界中存在的方式：胶体和真溶液在自然界中胶体溶液与真溶液的分布情况示意图化学搬运与沉积作用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，即沉积作用化学搬运与沉积作用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含量离子吸附作用化学搬运与沉积作用生物的搬运作用：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、溶解物质生物搬运与沉积作用1、概念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2、沉积分异作用的类型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化学沉积分异作用溶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）沉积分异作用溶解物质的化学沉积分异图碎屑物质的机械沉积分异图沉积物沉积成岩作用沉积成岩作用一、概念沉积成岩作用是泛指沉积物形成以后，到沉积岩的风化的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。有人也成为沉积期后作用二、成岩阶段的划分：1、同生阶段：2、成岩阶段：3、后生阶段：4、表生阶段：沉积成岩作用沉积岩的成岩作用阶段1.同生作用(syngenesis)：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(diagenesis):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(anadiagenesis):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(epidiagenesis):潜水面以下、常温常压下，与地下水的作用，包括溶蚀、充填、交代。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。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，是压实作用的极限状态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.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。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.溶解作用与蚀变作用：碎屑颗粒、胶结物或者任何已存在的物质被水聚不溶解—溶解作用；一种矿物相另一种矿物转化——蚀变作用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）沉积岩的成岩作用阶段火山碎屑岩陆源沉积岩内源沉积岩按结构细分集块岩火山角砾岩凝灰岩按结构细分砾岩和角砾岩砂岩粉砂岩泥岩按成分细分铝质岩铁指岩锰质岩磷质岩碳酸盐岩硅质岩盐岩（石膏、硬石膏、石盐岩）可燃性有机岩（煤、油页岩）沉积岩的分类1、碎屑颗粒的搬运介质有那些？特点如何？2、碎屑颗粒的搬运方式及其特征？3、碎屑物质在流水中的侵蚀、搬运、沉积与流速的关系？4、化学搬运与沉积的特征？5、生物搬运与沉积的特征？6、沉积分异的意义？7、成岩作用的阶段？沉积岩的形成过程—思考题