第一章-沉积物的来源

第一章沉积物的来源沉积岩的形成及其形成后的演化的全部历史过程大致可分为以下几个阶段：1.沉积岩原始物质（主要是母岩风化产物）的形成阶段2、沉积岩原始物质的搬运和沉积阶段（即沉积物的形成阶段）3、沉积后作用阶段（包括沉积物的同生作用和准同生作用阶段、沉积物的成岩作用阶段、沉积岩的后生作用阶段）第一节概述1.组成沉积岩的沉积物来源：（1）陆源物质——母岩的风化产物（2）生物源物质——生物残骸和有机质（3）深源物质——火山随屑物质和深部卤水（4）宇宙物质——陨石母岩：地表先成的岩石，它们的风化作用的产物是沉积物最主要的来源，母岩可以是岩浆岩或变质岩，也可以是先成的沉积岩。物源区：供给沉积物来源的地区，也即母岩存在的地区称作物源区。也称供给区或陆源区2.沉积作用阶段划分：（1）沉积阶段风化作用阶段：母岩的风化可视为沉积岩形成过程的第一阶段，这是因为沉积物极大部分来自母岩的风化产物。搬运和沉积作用阶段：风化产物除少部分残留原地外，极大部分都被搬运到沉积盆地中沉积下来。（2）沉积期后阶段同生作用阶段：沉积物沉积下来后还与沉积介质（底层水）保持联系并发生反应的过程。成岩作用阶段：沉积物逐渐被埋藏而与沉积介质失去联系并固结成岩的过程。后生作用阶段：随着进一步埋深，岩石继续发生变化，一直到遭受变质作用而成为变质岩之前的阶段。表生作用阶段：若岩石被抬升到地表附近继续发生变化，一直到再次遭受风化分解之前的过程。通常将同生、成岩、后生和表生几个阶段统称沉积期后阶段。广义的沉积作用应该包括风化、搬运、沉积和成岩后生作用在内的沉积岩形成作用的全过程。一、风化作用的概念风化作用（weathering）是地壳最表层的岩石在温度变化、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。风化作用是地壳表层岩石的一种破坏作用。第二节沉积物的主要来源——母岩风化产物风化作用按其性质可分为三种类型：物理风化作用（physicalweathering）化学风化作用（chemicalweathering）生物风化作用（biologicalweathering）物理风化作用（physicalweathering）水、风、冰川和温度等因素机械破坏作用有影响生物风化作用（biologicalweathering）化学风化作用（chemicalweathering）岩石中所含的礦物或化學成份发生变化，水和氧兩種物質，是促进化学風化主要的因素。人类风化作用（chemicalweathering）二、风化过程中元素的析出顺序1.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。2.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分离出来——即元素的风化分异。3.前苏联学者雷波诺夫(1934)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。4.彼列尔曼(1955)在雷波诺夫的研究基础上提出了水迁移系数—Kx，用来衡量元素在风化带中的迁移能力。式中：Kx——x元素的水迁移系数mx——x元素在河水中的含量（mg/L）a——河水中矿物质残渣总量（mg/L）nx——x元素在该河流域岩石中的平均含量（％）xxxnamK100将风化带中的元素分为五类：（1）最易迁移元素(Kx=n·10～n·102)：CI，Br，I，S（2）易迁移元素(Kx=n～n·10)：Ca，Mg，Na，F，Sr，K，Zn（3）可迁移元素(Kx=n·10-1～n)：Cu，Ni，Co，V，Mn，Si(硅酸盐)，P（4）惰性(微弱迁移元素)(Kxn·10-1)：Fe，Al，Ti，Sc，Y，Tr，…（5）几乎不迁移元素(Kx=n·10-10)：Si(石英)一般影响元素迁移能力的因素有（1）元素自身的原子和离子特性（2）含有该元素的矿物特征和它对于风化作用的抵抗能力（3）介质的pH和Eh值（4）生物及气候条件影响三、各种造岩矿物的风化及其产物（Weatheringandproductsofvariousrock-formingminerals）2.各种矿物的风化习性与产物石英（quartz）：主要的造岩矿物，在风化作用中稳定性极高，它几乎不发生化学溶解作用，一般只发生机械破碎作用。1.矿物的稳定性序列（见教材P12，图1-1）长石（feldspar）：稳定性次于石英，风化稳定性由高到低的顺序是：钾长石、多钠的酸性斜长石、中性斜长石、基性斜长石。（P11，表1-1）K[AlSi3O3](钾长石)K1Al2[(Si，Al)4O10][OH]2·nH2O(水白云母)Al4[Si4O10][OH]8(高岭石)SiO2·nH2O(蛋白石)/Al2O3·nH2O(铝土矿)最先析出的成分是钾，其次是硅，最后才是铝云母（mica）：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。黑云母遭受风化后，钾、镁等成分首先析出，同时加入水，转变为绿泥石、褐铁矿等橄榄石、辉石、角闪石等镁硅酸盐矿物抗风化能力低。这些矿物在风化产物中保留较少，故在沉积岩中较少见。各种粘土矿物（如高岭石、蒙脱石、水云母等）在风化带中相当稳定。各种碳酸盐矿物如方解石、白云石等，风化稳定性甚小，极易溶于水并顺水转移。各种硫酸盐矿物(如石膏、硬石膏)、硫化物矿物(如黄铁矿)、卤化物矿物(如石盐)等，风化稳定性最低，最易溶于水，呈溶液状态流失走。重矿物（heavymineral）：风化稳定性的差别很大，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。3.影响造岩矿物风化稳定性的因素与它们的结晶温度有关与其化学成分的化学活泼性（主要是在水中的溶解能力）有关与其晶体构造特征及化学键强度有关四、各种岩石的风化及其产物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。1.花岗岩的风化及其产物中性和碱性侵入岩的风化情况大体与花岗质岩石相似基性和超基性侵入岩主要由较易风化的橄榄石、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2.沉积岩的风化：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、硅岩等最难风化花岗岩的风化及其产物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3、母岩风化的阶段性波雷诺夫根据元从风化带中析出的顺序，将结晶岩的风化过程分为四个阶段，不同阶段有其独特的风化产物。破碎阶段(碎屑阶段)饱和硅铝阶段酸性硅铝阶段(粘土型风化作用)铝铁土阶段(红土型风化作用)4.母岩风化产物的类型（Typesofweatheringproductsofvariousrocks）1.碎屑残留物质：母岩的岩石碎屑或矿物碎屑。2.新生成的矿物：主要是在化学风化作用过程中新生成的一些矿物，如水白云母、高岭石、蒙脱石、蛋白石和铝土矿等。3.溶解物质：主要是指在化学风化过程中被溶解的那些成分，如CI、S、Ca、Mg、K、Na、Si、Fe、Al、P等。风化壳(Weatheringcrust)由风化残余物质组成的地表岩石的表层部分，或者说已经风化了的地表岩石的表层部分。风化壳(Weatheringcrust)第三节沉积物的其它来源一、生物来源的沉积物生物遗体，包括：1.无机成分为主的生物残骸，即硬体部分。成分大部分是碳酸盐质（主要是方解石和文石）、少部分是磷酸盐质（碳氟磷灰石）和硅质（蛋白石及其重结晶的玉髓、石英），是内源沉积岩的重要成分之一。2.有机生物残体，即动植物的软体（有机质）。主要由碳、氢、氧、氮、硫、磷等元素组成的碳氢化合物，也称有机物。产物有（1）不溶物质－干酪根（2）可溶物质（溶于有机酸）烃、沥青等有机物除了集中堆积形成石油、天然气、沥青、油页岩和煤以外，大量是分散在沉积岩中。亨特（1962）计算沉积岩中有机物总量为3.8×1015t，以富集状态存在于煤和石油中的有机物分别为6×1012t和0.2×1012t。在页岩中所含的有机物高达3.6×1015t二、深部来源的沉积物由火山爆发作用带到地表或水下的火山碎屑物，沿深断裂流出地表或注入地下的热卤水、温泉、热气液等。三、宇宙来源的沉积物从宇宙空间落到地球上的陨石及其尘埃。通古斯陨石（240万美金）SL75鹅卵石状的陨石重点•沉积岩概念•沉积岩石学研究任务•风化作用概念及类型•沉积物来源