第3章矿物与岩石3沉积岩

第四节第四节沉积岩沉积岩暴露在地表的岩石受各种外力作用破坏，然后破坏产物在原地或经搬运沉积下来，再经过复杂的成岩作用而形成岩石就是沉积岩。形成沉积岩的物质主要来源于大陆先成岩石（火成岩、变质岩和先成的沉积岩）风化作用和剥蚀作用的破坏产物，包括碎屑物质、溶解物质和新生物质；还包括生物遗体、生物碎屑以及火山作用的产物。这些物质在低洼的地方沉积下来，总称为沉积物。沉积岩及沉积物覆盖大陆面积的75％，并几乎覆盖了全部大洋底。但其体积并不大，总计不到岩石圈的7.9％。沉积岩中赋存有煤、石油、天然气及其它许多金属和非金属矿产，具有重要经济价值。一一沉积岩的形成过程沉积岩的形成过程沉积岩的形成过程一般可以分为先成岩石的破坏沉积岩的形成过程一般可以分为先成岩石的破坏（风化作用和剥蚀作用）、搬运作用、沉积作用和硬结（风化作用和剥蚀作用）、搬运作用、沉积作用和硬结成岩作用等几个互相衔接的阶段。成岩作用等几个互相衔接的阶段。（一）（一）先成岩石的破坏先成岩石的破坏11风化作用风化作用(weathering)(weathering)暴露于地表或接近地表的各种岩石，在温度变化、水及水溶液的作用、大气及生物作用下在原地发生的破坏作用，称为风化作用。风化作用使地表的岩石破碎、分解，形成新环境条件下的稳定矿物，是沉积物质的重要来源之一。风化作用一般可以分为物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用等3种类型。（（11）风化作用的类型）风化作用的类型①①物理风化作用物理风化作用地表和靠近地表岩石因温度、地表和靠近地表岩石因温度、压力变化等在原地发生机械破坏而压力变化等在原地发生机械破坏而不改变化学成分、不形成新矿物的不改变化学成分、不形成新矿物的作用。这种作用又称机械风化作用。作用。这种作用又称机械风化作用。物理风化作用的方式主要有温差风物理风化作用的方式主要有温差风化、冰冻风化、层裂等。化、冰冻风化、层裂等。温差风化温差风化冰冻风化岩石裂隙和孔隙中的水分因冰冻及解冻使岩石机械破碎，称为冰冻风化。在高寒、高山及季节变化显著（特别是温度0℃±）的地区，常在一年或一日之内，发生冰冻及解冻现象。裂隙和封闭孔隙中的水结冰以后体积约增加1/11，可产生巨大的压力（960kg/cm2），撑开和扩大岩石裂隙；气温上升，冰融成水，继续向裂隙深处渗透。这样一冻一解，反复进行，犹如一把利斧，足可把岩石劈开崩碎，因此冰冻风化亦称为冰劈作用。冰劈作用冰劈作用岩石卸荷释重引起的层状剥离作用岩石卸荷释重引起的层状剥离作用位于地下深处的岩石，因承受上覆岩石的巨位于地下深处的岩石，因承受上覆岩石的巨大静压力，处于坚实致密状态。这样岩石一旦上大静压力，处于坚实致密状态。这样岩石一旦上升，上覆岩石被剥蚀而出露地表，如释重负，体升，上覆岩石被剥蚀而出露地表，如释重负，体积膨胀，因而可产生平行于地表的裂隙（卸荷裂积膨胀，因而可产生平行于地表的裂隙（卸荷裂隙）；如果是具有层理的沉积岩石，层与层之间隙）；如果是具有层理的沉积岩石，层与层之间也可张开。这样，便助长了岩石的机械破碎。这也可张开。这样，便助长了岩石的机械破碎。这种现象称为层裂作用。种现象称为层裂作用。②化学风化作用地表和接近地表的岩石因与水溶液、气体等发生化学反应不仅改变了其物理状态，而且改变了其化学成分，并形成新矿物的作用。水是引起化学风化作用的重要因素，特别是在水中溶有CO2、O2等气体成分，其作用更加显著。化学风化作用主要有以下方式：溶解作用岩石中矿物溶解的难易主要决定于矿物的化学组成。矿物有易溶矿物和难溶矿物，一般说来，其难易顺序如下：K+、Na+等的氯化物＞Ca2+、Mg2+等的氯化物和硫酸盐＞Ca2+、Mg2+等的碳酸盐＞Fe3+、Al3+、Si4+等的氧化物和硅酸盐。常见造岩矿物溶解度顺序为：常见造岩矿物溶解度顺序为：方解石＞白云石＞橄榄石＞辉石＞角闪石＞斜方解石＞白云石＞橄榄石＞辉石＞角闪石＞斜长石＞钾长石＞黑云母＞白云母＞石英。长石＞钾长石＞黑云母＞白云母＞石英。矿物溶解度还与水温、压力、矿物溶解度还与水温、压力、COCO22含量、含量、pHpH值值有关。有关。岩石受到溶解作用，易溶矿物随水流失，难溶岩石受到溶解作用，易溶矿物随水流失，难溶矿物残留在原地，同时岩石中孔隙增加，变得松散矿物残留在原地，同时岩石中孔隙增加，变得松散软弱，促进了物理风化作用的进行。软弱，促进了物理风化作用的进行。水化作用（水合作用）水化作用（水合作用）矿物与水结合的作用。矿物与水作用，水可以矿物与水结合的作用。矿物与水作用，水可以直接参加到某些矿物中去，形成结晶水，产生新的直接参加到某些矿物中去，形成结晶水，产生新的含水矿物，例如硬石膏（含水矿物，例如硬石膏（CaSOCaSO44）变成石膏）变成石膏（（CaSOCaSO44··2H2H22OO）、赤铁矿（）、赤铁矿（FeFe22OO33）变成褐铁矿）变成褐铁矿(FeO[OH](FeO[OH]··nHnH22O)O)等。等。水化作用形成新矿物，往往会体积膨胀，对周水化作用形成新矿物，往往会体积膨胀，对周围岩石产生很大压力（如硬石膏变成石膏，体积可围岩石产生很大压力（如硬石膏变成石膏，体积可增大增大3030％），从而引起岩石的机械破碎。％），从而引起岩石的机械破碎。水解作用水解作用水引起矿物分解并形成新矿物的作用。水中常有一部分水水引起矿物分解并形成新矿物的作用。水中常有一部分水分子离解成分子离解成HH++及及OHOH--，使水成为具有活泼离子化学活动性很强，使水成为具有活泼离子化学活动性很强的溶液。各种弱酸强碱或强酸弱碱的盐类矿物溶于水后也出现的溶液。各种弱酸强碱或强酸弱碱的盐类矿物溶于水后也出现离解现象，其离解物可与水中的离解现象，其离解物可与水中的HH++或或OHOH--离子发生化学反应。离子发生化学反应。如矿物中的如矿物中的KK++、、NaNa++、、CaCa2+2+、、MgMg2+2+等阳离子很容易被水中的等阳离子很容易被水中的OHOH--离子夺取结合，原矿物被分解破坏，同时又形成一些新的矿离子夺取结合，原矿物被分解破坏，同时又形成一些新的矿物。如钾长石在水解作用下，一方面形成物。如钾长石在水解作用下，一方面形成KOHKOH溶液（溶液（KK++与与OHOH--结合）随水流失，一方面析出结合）随水流失，一方面析出SSiiOO22胶体或随水流失，或胶凝形成胶体或随水流失，或胶凝形成蛋白石（蛋白石（SSiiOO22··nHnH22OO），其余部分则可形成难溶的高岭石残留），其余部分则可形成难溶的高岭石残留于原地。于原地。4K[AlSi3O8]+6H2O→4KOH+Al4[Si4O10][OH]8+8SiO2钾长石高岭石硅胶氧化作用氧化作用岩石中矿物在大气和水中氧的作用下，使其中低岩石中矿物在大气和水中氧的作用下，使其中低价元素变为高价元素，低价化合物变为高价化合物，价元素变为高价元素，低价化合物变为高价化合物，这种作用称氧化作用。如这种作用称氧化作用。如黄铁矿黄铁矿被氧化为被氧化为褐铁矿褐铁矿。。2FeS2+7O2+2H2O→2FeSO4+2H2SO44FeSO4+2H2SO4→2Fe2(SO4)3+2H2O2Fe2(SO4)3+9H2O→FeO[OH]·H2O+6H2SO4地表氧化作用普遍而强烈，形成氧化带。氧化带地表氧化作用普遍而强烈，形成氧化带。氧化带的下界面称氧界面，大约和地下潜水面的位置相当。的下界面称氧界面，大约和地下潜水面的位置相当。在这界面以上进行氧化作用，界面以下进行还原作用。在这界面以上进行氧化作用，界面以下进行还原作用。③③生物风化作用生物风化作用生物作用使岩石在原地发生破坏，叫生物风化作用。生物作用使岩石在原地发生破坏，叫生物风化作用。生物的物理风化作用：生物的物理风化作用：如植物根系可以伸入岩石裂如植物根系可以伸入岩石裂隙生长，对岩石可产生隙生长，对岩石可产生10~15kg/cm10~15kg/cm22的压力，足可劈开岩的压力，足可劈开岩石，并使裂隙不断扩大加深。石，并使裂隙不断扩大加深。生物的化学风化作用：如各种藻类、苔藓、地衣等在生长过程中，经常分泌有机酸、碳酸、硝酸等，分解岩石，吸取营养。这加速了岩石的分解破坏。（（33）影响风化作用程度、速度和深度的因素）影响风化作用程度、速度和深度的因素①①岩石性质岩石性质在相同地理条件下岩性不同风化结果也不同。在相同地理条件下岩性不同风化结果也不同。深色岩石比浅色岩石更容易受到温度变化的影响；深色岩石比浅色岩石更容易受到温度变化的影响；火成岩和变质岩多是在地下较高温度和较大压力条火成岩和变质岩多是在地下较高温度和较大压力条件下形成的，暴露于地表时，往往比形成于地表环境的件下形成的，暴露于地表时，往往比形成于地表环境的沉积岩更易受到风化；沉积岩更易受到风化；复矿物成分的岩石比单一矿物组成的岩石更容易受复矿物成分的岩石比单一矿物组成的岩石更容易受到破坏（岩石中各种矿物颗粒在温度变化情况下胀缩系到破坏（岩石中各种矿物颗粒在温度变化情况下胀缩系数不均，容易分崩离析；各种矿物抵抗风化的能力也不数不均，容易分崩离析；各种矿物抵抗风化的能力也不相同，如石英是最稳定矿物，在风化过程中几乎不发生相同，如石英是最稳定矿物，在风化过程中几乎不发生分解，只有机械破碎，形成石英砂；而长石、黑云母等分解，只有机械破碎，形成石英砂；而长石、黑云母等则极易化学分解）；则极易化学分解）；易溶岩石（碳酸盐岩）比不溶岩石容易受到破坏；易溶岩石（碳酸盐岩）比不溶岩石容易受到破坏；岩石中矿物颗粒的粗细、均匀程度、胶结成分、层岩石中矿物颗粒的粗细、均匀程度、胶结成分、层理厚薄等也都影响风化的方式和进程，颗粒粗细不均、理厚薄等也都影响风化的方式和进程，颗粒粗细不均、胶结物易溶，层理薄而松脆等容易受到风化破坏；胶结物易溶，层理薄而松脆等容易受到风化破坏；岩石发育的节理和裂隙是水溶液、气体和生物活动岩石发育的节理和裂隙是水溶液、气体和生物活动的通道和场所，可以促进风化作用。有些岩石如花岗岩、的通道和场所，可以促进风化作用。有些岩石如花岗岩、辉绿岩等常被三组近于直交的节理切成若干方块，方块辉绿岩等常被三组近于直交的节理切成若干方块，方块的棱、角首先遭受风化，棱角逐渐消失变成球形，这种的棱、角首先遭受风化，棱角逐渐消失变成球形，这种现象称为现象称为球状风化球状风化。。在野外还经常看到这种风化球体由表及里岩石层层在野外还经常看到这种风化球体由表及里岩石层层剥落的现象，称为页状剥离作用。剥落的现象，称为页状剥离作用。②②气候条件气候条件气温和降水对风化作用的方式和速度影响很气温和降水对风化作用的方式和速度影响很大。化学反应速度随温度升高而变快（在地表条大。化学反应速度随温度升高而变快（在地表条件下温度升高件下温度升高1010℃℃，化学反应速度可增加，化学反应速度可增加2~32~3倍）。倍）。水分往往是化学反应的媒介和因素。湿热气水分往往是化学反应的媒介和因素。湿热气候条件下，化学风化作用、生物风化作用特别显候条件下，化学风化作用、生物风化作用特别显著、彻底，风化层厚度可达著、彻底，风化层厚度可达70~80m70~80m。。在高山及高寒地区，冰冻风化特别强烈，化在高山及高寒地区，冰冻风化特别强烈，化学风化则非常微弱。学风化则非常微弱。在干旱及沙漠地区，温差风化十分显著，化在干旱及沙漠地区，温差风化十分显著，化学风化和生物风化都不明显。学风化和生物风化都不明显。③③地形条件地形条件地形起伏影响风化作用的类型、速度、风化层地形起伏影响风化作用的类型、速度、风化层的厚度等。的厚度等。在陡峭的高山地区，温差大、冰冻现象显著，在陡峭的高山地区，温差大、冰冻现象显著，常以物理风化为主；但风化产物在原地不易保存，常以物理风化为主；但风化产物在原地不易保存，风化碎屑在重力作用下很容易脱离母岩，因而经常风化碎屑在重力作用下很容易脱离母岩，因而经常裸露出新鲜岩石继续遭受风化，风化速度较快。裸露出新鲜岩石继续遭受风化，风化速度较快。在地形起伏较小的山麓地带，风化产物不易搬在地形起伏较小的山麓地