第二章  沉积岩的形成及演化... 1

第一节  沉积岩原始物质的形成... 3

一、风化作用的概念... 3

二、各种造岩矿物的风化及其产物(重点)... 3

三、各种岩石的风化及其产物... 3

四、母岩风化过程中元素的转移顺序及母岩风化的阶段性... 4

五、母岩风化产物的类型(重点)... 4

六、风化壳... 4

七、沉积物的其它来源... 4

第二节 碎屑物质的搬运和沉积作用... 4

一、流体的一些基本知识和概念(难点)... 4

二、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用(重点)... 5

三、碎屑物质在海、湖水中的搬运和沉积作用... 6

四、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用(自学为主)... 6

五、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用(自学为主)... 6

第三节 溶解物质的搬运和沉积作用(简要介绍)... 6

一、概述... 6

二、胶体溶液物质的搬运和沉积作用... 7

三、真溶液物质的搬运和沉积作用... 7

四、生物的搬运和沉积作用(自学为主)... 7

五、化学沉积分异作用... 7

六、两种沉积分异作用的关系及其地质意义(重点)... 8

七、正常沉积作用和事件沉积作用... 8

第四节  沉积后作用及其阶段划分(简介)... 8

一、概述... 8

二、沉积后作用阶段的划分... 8

三、有关术语的阐明... 9

四、沉积期后的影响因素... 9

五、沉积期后阶段的主要成岩作用... 9

第五节  沉积岩的分类... 9

一、沉积岩基本类型划分(重点)... 9

二、一些问题的说明... 9

 

 

 

第二章  沉积岩的形成及演化

Formation and evolution of sedimentary rocks

学时6学时

基本内容包括

①基本概念:风化作用(物理风化、化学风化、生物风化)、风化壳、牛顿流体、层流、紊流、雷诺数、佛罗德数、沉积分异作用(机械沉积分异和化学沉积分异作用)、正常沉积作用、事件沉积作用、沉积后作用

②基本原理:各种造岩矿物、岩石的风化及其产物,母岩风化的阶段性,碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用,两种沉积分异作用的关系,沉积后阶段的划分,沉积岩的分类

重点碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用、沉积分异作用、沉积岩的分类

难点流体的一些基本知识、尤尔斯特隆图解

教学思路①简要回顾地球科学概论中关于风化作用的概念,然后介绍各种造岩矿物、岩石的风化及其产物、母岩风化的阶段性。②在简要介绍流体基本知识的基础上,重点讲解碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用,简要介绍碎屑物质在海洋、湖泊、空气和冰川中的搬运和沉积作用、溶解物质的搬运和沉积作用,对于沉积分异作用的概念、类型、关系及意义亦进行重点讲解。③简要介绍沉积后阶段的划分。④在前述沉积岩形成和演化的基础上讲解沉积岩的分类

主要参考书:

①冯增昭主编《沉积岩石学》上册第二章,石油工业出版社,1993.

②曾允孚、夏文杰主编《沉积岩石学》第二、三、五章,地质出版社,1986.

③何幼斌编《Sedimentary Petrology》(英文辅助教材)第八、九章,江汉石油学院,2003.

Selly R C, An introduction to sedimentology, 1985.

复习思考题

试述物理风化、化学风化、生物风化的表现形式及其影响因素?

试述母岩风化产物的主要类型。

何谓矿物成熟度?并说明它在碎屑岩、粘土岩和重矿物中的表示方式,研究矿物成熟度有何地质意义?

何谓牵引流、重力流?二者在搬运和沉积方面各有什么特点?

试述斯托克沉速公式的含义及其适用条件。

试述影响碎屑物质在流水中搬运和沉积作用的主要因素。

试以龙尔斯特龙图解为例,说明碎屑颗粒的搬运、沉积与流速的关系。并说明细砂级颗粒为何分选最好。

何谓沉积分异作用?试述机械沉积分异和化学沉积分异的关系及其在地质中的意义。

试述沉积后作用的概念及其研究的意义。

试述沉积岩分类的原则、依据及岩石类型。并从原始物质、搬运方式、沉积作用及成岩后生作用等方面说明碎屑岩、粘土岩、化学岩和生物化学岩的形成作用及其相互关系。

教学内容提要

第一节  沉积岩原始物质的形成

一、风化作用的概念

风化作用是地壳表层岩石的一种破坏作用,引起岩石破坏的外界因素有温度的变化,水以及各种酸的溶蚀作用、生物的作用以及各种地质营力的剥蚀作用等。

分类:物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用 

二、各种造岩矿物的风化及其产物(重点)

各种造岩矿物在风化作用条件下的稳定性不同,主要造岩矿物的风化产物如下:

石英是岩石的主要造岩矿物,在风化作用中稳定性极高,几乎不发生化学溶解作用,只发生机械破碎作用。

长石的稳定性次于石英,钾长石在风化过程中大多转变为水白云母和高岭石。斜长石经常形成沸石、蒙脱石、蛋白石、方解石。

云母抗风化能力较强,风化过程中先形成水白云母,最后变为高岭石。

橄榄石、辉石、角闪石等铁镁硅酸盐矿物,风化过程中大部分元素呈溶液状态流失走,一部分元素在风化带中形成褐铁矿、蛋白石等。

各种粘土矿物如高岭石、蒙脱石、水云母等,在风化过程中可转变为更加稳定的矿物,如铝土矿、蛋白石等。

各种碳酸盐矿物如方解石、白云石等,风化稳定性甚小,很易溶于水并顺水转移。

各种硫酸盐矿物(如石膏、硬石等)、硫化物矿物(如黄铁矿)、卤化物矿物(如石盐)等最易溶于水,呈溶液状流失走。

三、各种岩石的风化及其产物

岩石是矿物的集合体,因此岩石的内化其产物主要是由组成它的矿物的风化的情况决定的。以花岗岩为例,说明如下:

花岗岩的风化作用

矿物成分

化学组分

所发生的变化

风化产物

石英

SiO2

残留不变

砂粒

钾长石

KAISi3O8

K2O

成为碳酸盐、氧化物进入溶液

溶解物质

AI2O3

水化后成为含水铝硅酸盐

粘土

6SiO2

少部分SiO2游离出来,溶于水中

溶解物质

斜长石

NaAISj3O8

CaAI2Sj2O8

3Na2O

成为碳酸盐、氯化物进入溶解

溶解物质

CaO

成为碳酸盐、溶于含CO2的水中

溶解物质

4AI2O3

同钾长石

粘土

20SiO2

溶解物质

白云母

KAI2AISi3O10

OH2

2H2O

K2O

3AI2O3

20SiO2

残留不变

云母碎片

黑云母

KMg,Fe3

AISi3O10)(OH2

H2O

水溶液

水溶液

K2O

成为碳酸盐、氯化物进入溶液

溶解物质

AI2O3

生成含水铝硅酸盐

粘土

2Mg,FeO

成为碳酸盐、氯化物进入溶解,碳酸盐氧化为赤铁矿、褐铁矿等

溶解物质及色素

3SiO2

部分SiO2游离出来溶于水中

溶解物质

锆英石ZrSiO4

ZrO2

SiO2

残留不变

砂粒(重矿物)

磷灰石

Ca5PO43F

ca5PO43CI

Ca5 PO43F,

CI OH

溶解或残留不变

溶解物质或砂粒

(重矿物)

 

四、母岩风化过程中元素的转移顺序及母岩风化的阶段性

1. 风化过程中元素的析出顺序

 

转移顺序

元素或化合物

数量级别

1   最易转移的

2   易转移的

3   可转移的

4   略可转移的

5   基本上不转移的

CI, Br, I, SC

A,Na, Mg,K

SiO2(硅酸盐),P, Mn

Fe, AI, Ti

SiO2(石英)

n.10

n

n.10-1

n.10-2

n.10-8

2. 母岩风化的阶段性

破碎阶段

饱和硅铝阶段

酸性硅铝阶段

铝铁土阶段

五、母岩风化产物的类型(重点)

1. 碎屑残留物质——碎屑岩的主要特物质来源

2. 新生成的矿物

3. 溶解物质

六、风化壳

七、沉积物的其它来源

1. 生物成因的沉积物

2. 深部来源的沉积物

3. 宇宙来源的沉积物

第二节 碎屑物质的搬运和沉积作用

一、流体的一些基本知识和概念(难点)

1. 牛顿流体和非牛顿流体:凡服从牛顿内摩擦定律的流体称做牛顿流体,否则称非牛顿流体。

2. 层流、紊流和雷诺数

层流是一种缓慢流动的流体,流体质点作有条不紊的平行的线状运动,彼此不相掺混。紊流是一种充满了漩涡的急湍流动的流体,流体质点的运动轨迹极不规则,其流速大小和流动方向随时间而变化,彼此互相掺混。

 

 

 

 

 

 

 

       层流与紊流的流动特点

3. 缓流、急流和佛罗德数

佛罗德数是表示惯性力与重力之间关系的一个数值,一般用Fr表示,当Fr1时,流体的性质为急流或超临界的流动,当Fr1时,流水性质为静、缓流、或临界以下的流动。

4. 两种流体及其搬运和沉积作用方式

二、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用(重点)

1. 搬运方式:主要有两种,即推移搬运,(或滚动搬运)和悬浮搬运,(或悬浮搬运)。前者也可称推移载荷,后者也可称悬浮载荷。

2. 机械沉积作用

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。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

随着流动强度的变化流水所能悬浮和滚动的最大颗粒直径

3. 碎屑物质在流水搬运过程中的变化

4. 碎屑物质在流水搬运及沉积作用过程中的分异作用

三、碎屑物质在海、湖水中的搬运和沉积作用

1. 碎屑物质在海水中的搬运和沉积作用

2. 碎屑物质在湖水中的搬运和沉积作用

四、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用(自学为主)

五、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用(自学为主)

第三节 溶解物质的搬运和沉积作用(简要介绍)

一、概述

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

在自然界中胶体溶液与真溶液的分布情况示意图

二、胶体溶液物质的搬运和沉积作用

引起胶体质点搬运和沉积作用的主要因素是同种电荷的胶体质点之间的相互排斥力。这是胶体质点仅在重力的影响下难以沉淀的根本原因。假如胶体质点的电荷在某些因素的影响下被中和了,它们之间的相互排斥力消失了,则它们就会相互凝聚为大的质点,就会在重力的作用下迅速地下沉,成为胶体沉积物;这是胶体溶液物质沉淀的根本原因。

胶体沉淀的因素:不同名电解质的加入,不同名胶体的相互作用。

三、真溶液物质的搬运和沉积作用

真溶液物质的搬运及沉积作用的根本控制因素是它们的溶解度,即溶解度愈大,愈易搬运,愈难沉积,反之,溶解度愈小,则愈易沉积,愈难搬运。

四、生物的搬运和沉积作用(自学为主)

五、化学沉积分异作用

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       化学沉积分异作用图解

六、两种沉积分异作用的关系及其地质意义(重点)

一般来说机械沉积分异作用与化学沉积分异作用,这是自然界中两种并存的沉积分异作用。一般说来,机械沉积分异作用进行得较早,化学沉积分异作用进行较晚,机械沉积分异作用的砂和粉砂阶段,大致与铁的氧化物阶段即化学沉积分异作用的开始阶段相当,械机沉积分异作用的最后阶段即粘土沉积阶段,大致与化学沉积分异作用的碳酸盐阶段相当,待化学沉积分异作用进行到硫酸盐及卤化物阶段时,械机沉积分异作用已基本结束了,故蒸发岩中很少有碎屑混入物。

七、正常沉积作用和事件沉积作用

第四节  沉积后作用及其阶段划分(简介)

一、概述

沉积后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。

二、沉积后作用阶段的划分

沉积后作用阶段可进一步分为同生作用、准同生作用、成岩作用、后生作用阶段。

 

 

                                                                                                          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

三、有关术语的阐明

四、沉积期后的影响因素

五、沉积期后阶段的主要成岩作用

第五节  沉积岩的分类

一、沉积岩基本类型划分(重点)

首先根据沉积岩的原始物质的来源,将沉积岩划分为三类;然后再分别根据其岩性特征进一步划分。(如下表)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

原始物质成分来源

 

 

 

 

 

1.主要由母岩风化产物形成的沉积岩(按母岩风化产物的类型和其搬运沉积作用不同,再划分为两类)

 

碎屑岩

 

按粒度划分

砾岩

砂岩

粉砂岩

粘土岩

 

 

化学岩

 

 

按成分划分

碳酸盐岩

硫酸盐岩

卤化物岩

硅岩

其它化学岩

2.主要由火山碎屑物质组成的沉积岩

火山碎屑岩

3.主要由生物遗体组成的沉积岩

按可燃性划分

可燃生物岩

非可燃生物岩

二、一些问题的说明

1.粘土岩

2.碳酸盐岩

3.火山碎屑岩

4.过渡的岩石类型

5.生物化学岩

6.附生岩

7.异地岩和原地岩

8.内源岩和外源岩