第二部分沉积岩石学.ppt

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1、第二部分 沉积岩石学,第一章 沉积岩的形成过程及一般特征, 沉积岩的概念 沉积岩的形成过程 沉积岩的构造 沉积岩的分类及主要类型,一、沉积岩的基本概念,沉积岩是在地表和接近地表的条件下，在常温常压下由风化作用、生物作用和某些火山作用形成的物质经过搬运作用、沉积作用和成岩作用形成的一类岩石。,需要说明： 常温常压指地表条件下，与岩浆岩和变质岩形成温度压力条件有所区别，并非指普通物理学中的25和1大气压。 在地表条件下，极地地区最低气温可达-70。在深水地区压力一般在20大气压以内。 地表环境富O2、CO2，因而沉积岩中含CO2、H2O成分较多。 生物作用在石灰岩、硅质岩等沉积岩的形成过程中，生物

2、作用很重要。 某些火山作用指火山活动可形成大量火山碎屑，火山碎屑经过搬运、沉积和成岩作用后形成沉积岩（火山碎屑岩）。,在发生的沉积作用九寨沟泉华,在发生的沉积作用九寨沟泉华,已经形成的沉积岩,弧前盆地深海扇沉积，日本九州岛第三系(刘焕杰摄，1992),已经形成的沉积岩,二、沉积岩的形成过程,3个阶段：,1、原始物质的生成阶段,2、原始物质向沉积物的转变阶段,3、沉积物的固结与持续演化阶段,沉积物的成岩作用,沉积物的来源,沉积物的搬运和沉积作用,（一）沉积物的来源,来源,母岩风化产物已形成的岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩）经风化作用形成的物质,生物物质生物活动及其遗体分解而成的有机物质,火山物质火

3、山作用喷出的固体碎屑物质,宇宙物质降落在地球上的天体物质，陨石、宇宙尘埃等,风化作用是地壳表层岩石在温度变化、大气、水和生物等各种因素作用下，发生机械破碎和化学变化的作用。 分为物理风化 化学风化 生物风化作用,1、风化作用,物理风化作用由各种因素造成岩石发生机械破碎，而没有成分的改变。 母岩经过物理风化作用形成的碎屑矿物为陆源碎屑矿物。,化学风化作用母岩的矿物在富含O2、CO2、H2O和有机质等条件下发生化学分解，一部分被带走，一部分形成新生矿物，这种作用叫做化学风化作用。 常见的化学风化作用有氧化作用、水化作用、水解作用和酸解作用。,化学风化作用不仅使母岩发生破碎，而且使其矿物成分和化学成

4、分发生本质的改变，并形成新矿物，在沉积岩形成过程中产生的新生矿物称为自生矿物。,氧化作用：2Fe2SiO4+O2+4H2O 2Fe2O3+2H4SiO4 水解作用：Mg2SiO4+4H2O 2Mg2+4OH-+2H4SiO4 产物溶解物质，易溶的金属阳离子：Li+、K+、Na+、Ca2+、Mg2+ 难溶物质，胶体溶液：Fe 3 + 、Al 3 +等,注意,化学风化作用最常见的是石灰岩地区，其结果形成溶洞、喀斯特地形。,根劈现象,生物风化作用由生物不同造成的岩石风化，即有机械破碎，又有化学分解，其中生物化学风化是主要的。,风化作用强度的影响因素 气候高温、潮湿热带地区以化学风化为主 地形高差大则

5、以物理风化为主，平原地区以化学风 化为主,2、常见造岩矿物在风化中的稳定性,长石：较不稳定，生成K+、Na+、Ca2+溶解物质，Al2O3难溶物质、粘土矿物 铁镁矿物：橄榄石、辉石、角闪石等在地表不稳定，主要生成铁质残积物 云母：较稳定 白云母水云母高岭石（碱性）蒙脱石 黑云母水云母或绿泥石高岭石 石英、玉髓、蛋白石等SiO2：稳定性强，几乎只发生机械破碎，最常见的碎屑常破碎， 粘土矿物：地表条件稳定。 碳酸盐矿物：在 CO2+H2O条件下溶解。 CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2,风化作用的总趋势是使被改造的母岩发生物理的和化学的变化，使母岩解体并产生在地表条件下稳定的、新的物质成

6、分。风化产物按性质可分三类：,3、风化作用的产物,碎屑物质石英、长石、其它矿物、岩屑。 不溶残余物Al2O3、SiO2、Fe2O3等残留原地形成的粘土或铁矿物。 溶解物质河水带走。形成石灰岩、盐岩，锰、铁、磷质矿物等。,（二）沉积物的搬运和沉积作用,1、机械搬运与沉积作用 2、化学搬运与沉积作用 3、生物搬运和沉积作用,1、机械搬运作用,流水搬运介质：流水（河流） 搬运能力：与流量有关 碎屑粒度：与流速（能量）有关 搬运方式：滚动、跳跃、悬浮搬运,水盆地搬运介质：波浪（海洋、湖泊），能量来自 波浪、潮汐及洋流等 搬运能力：与流量有关 碎屑粒度：与流速（能量）有关，近岸 大、远岸小 搬运方式：滚

7、动、跳跃、悬浮搬运,风的搬运介质：风 搬运能力：较弱，但搬运距离远 碎屑粒度：粒度细、磨蚀强烈 搬运方式：滚动、跳跃、悬浮搬运,冰川搬运介质：冰的移动 搬运能力：强 碎屑粒度：大小混杂 搬运方式：悬浮搬运,-溶解物质的搬运作用,真溶液搬运取决于溶解度，溶解度大、水流量大， 则搬运量大,胶体溶液搬运取决于介质的理化性质，如PH值等,2、化学搬运作用,沉积作用分类,在搬运作用过程中，因介质能量下降、溶液过饱和、胶体絮凝等原因，是搬运物停止搬运，沉积的过程称为沉积作用，所形成的未固结物质成为沉积物。,机械沉积作用,化学沉积作用,生物和生物化学沉积作用,作为碎屑物质搬运和沉积的流体，自然界存在两种类型

8、： 1、牵引流：低粘度、低密度的水流。即含少量沉积物的水流，如河流、海流、波浪流、潮汐流等 2、沉积物重力流：高密度水流。含大量的沉积物浊流、泥石流等,沉积作用主要的沉积理论：,牵引流的 两种形态,层流底层存在使得沉积物于流体之间的界面上不断发生的搬运和沉积非常活跃,水动力与傅劳德数Fr,V流速 L水深 g重力加速度,Fr1 低流态，缓流 Fr1 高流态，急流 Fr1 临界状态,牵引流的搬运方式：,d 2mm时，滚动形式 d 20.05mm时，跳跃形式 d 0.050.005mm时，悬浮形式 d 0.005时，悬浮并向胶体转化,普通天然水流中，类石英、长石及比重相当者的一般规律,床沙形体迁移过

9、程在层内留下的痕迹就是层理,沉积分异作用沉积物在搬运和沉积过程中按粒度、形状、比重、矿物成分和化学成分在地表依次沉积下来的现象,机械分异作用因沉积物粒度、形状、比重和搬运介质 性质和速度引起的分异作用,化学分异作用因溶解度等引起的分异作用,实例,砾 砂 粘土,金 黄铁矿 铬铁矿 石墨 琥珀,Al2O3 Fe2O3 MnO2 SiO2nH2O FeCO3 MnCO3 CaCO3 CaSO42H2ONaCl KCl （溶解度依次加大）,3、生物的搬运与沉积作用,（）生物遗体直接堆积成岩 （）生物改变介质的pH值，促使化学物质沉积 （）生物捕捉、粘结和障积作用,（三）沉积物的成岩作用,1、概念 2、

10、成岩作用的阶段划分 3、主要成岩作用,1、概念,沉积岩形成于三个阶段，即沉积物的来源；沉积物的搬运和沉积；沉积物的固结和持续演化阶段（即沉积期后变化）。 沉积物的沉积期后变化即从沉积物沉积之后到沉积岩发生变质作用之前发生的一系列变化，又称沉积物的成岩作用。,同生作用,浅埋藏作用,深埋藏作用,表生作用,变质作用,风化作用,2、成岩作用的阶段划分,压实作用现由于上覆沉积物的静压力作用使松散 的沉积物体积缩小、孔隙减小、密度增大的 作用。,3、主要成岩作用,胶结作用松散的沉积物由化学沉淀物质或其他物 质粘结而变成坚硬岩石的作用。 常见胶结物有：硅质、钙质、铁质、泥质等,重结晶作用沉积物的矿物成分由于

11、溶解或局部溶 解、固体扩散等作用，是物质质点发 生重新排列组成的现象，一般表现为 晶体颗粒加大。,交代作用沉积物在成岩作用过程中，通过矿物间 化学反应，已存在的矿物被另外的矿物 所取代的作用。,成岩矿物的形成在成岩作用过程中，还可以形成 一些新的矿物，称之为自生矿 物。如石英、长石、方解石等。,三 沉积岩的构造,层状构造是沉积岩最典型的特征，是沉积岩最主要要的构造特征，也是区别于岩浆岩、变质岩的主要标志之一。,岩层：沉积岩的最基本单位，同一岩层具有基本均一的成分、结构、构造和颜色。岩层之间的界面称为岩层面。岩层按照厚度划分： 块状层 : 岩层厚度 1m 厚层 : 0.51m 中厚层: 0.1

12、0.5m 薄层：0.1m,沉积构造的分类,据形态并结合成因，我们将沉积构造分为三大类: 1、物理成因的构造 层理构造 包括水平层理；平行层理；波状层理；交错层理；粒序层理；块状层理； 层面构造 顶面构造波痕 底面构造侵蚀模；刻蚀模 泥裂： 雨痕、冰雹痕等,2、化学成因的构造 常见有结核； 缝合线； 晶体印痕等 3、生物成因的构造 常见有生物扰动构造； 叠层构造等；,层理构造,层理是沉积岩中最普遍的原生构造，由岩层内部的成分、粒度、结构、胶结物和颜色等特征在剖面上的突变或渐变所显现出来的一种成层性。,层理可根据岩石的成分、结构、色调变化去识别。,成分 沉积物成分的变化是显示层理的重要标志，即使是

13、成分比较均一的岩层，认真地观察也会发现细微的成分变化。在成分较均一的巨厚岩层中，有时可能存在成分特殊的薄夹层，借助于这类夹层可以识别巨厚岩层的层理。 结构 绝大多数碎屑沉积岩层都是由不同粒度、不同形状的颗粒分层堆积的，根据碎屑粒度和形状的变化可以识别出层理。 颜色 在层理隐蔽、成分均一、颗粒较细的岩层中，如有颜色不同的夹层或条带，可以指示层理。但要注意区分次生变化引起的色调变化。 层面原生构造 波痕、底面印膜、暴露标志可以作为确定和识别层理的标志。,与层理相关的术语： 纹层：是层理的最小单位，厚度小，成分常均一，是在一定条件下同时沉积的。 层系：由许多成分、结构、厚度和产状都相似的同类纹层组成

14、。是在相同条件下同时沉积的。,层理的基本类型： 水平层理 交错层理 脉状层理 递变层理 块状层理,根据层理的形态：,水平层理 南京东郊湖山地区 三叠系下青龙组,水平层理存在于泥质岩或泥晶灰岩中，纹层平行于层面，是在水动力较弱的条件下由悬浮物质沉积形成的。例：深湖、泻湖、深海沉积,平行层理： 与水平层理形态相似，但成因不同。 常在粗砂岩中出现，顶面往往出现剥离线理， 反映了水体较浅、急流水流的环境。 故特称之为平行层理。,交错层理,层内纹层与层面斜交。按形态可分为： 板状交错层层系各界面为平面且与层面平行。 楔状交错层层系顶底界面呈楔状 波状交错层纹层层系底面、顶面呈波状 槽状交错层纹层底界面呈

15、槽状，层系界面为下凹形曲面。,板状交错层理,楔状交错层理,波状层理,槽状交错层理,交错层理,羽状交错层理,“脉状层理”-透镜状层理,常由砂岩和泥岩互层形成,粒序层理,粒序层理岩层中，碎屑粒度从下而上有规律地发生变化形成。 正粒序自下而上碎屑由粗变细。 反粒序自下而上碎屑由细变粗。,层面构造,指沉积物表面上由于流水、风、生物活动、阳光曝晒等作用所留下来的痕迹。,层面构造类型： 波痕 冲刷模 泥裂 雨痕、冰雹痕,波痕,沉积岩的波痕,沉积岩的波痕,大波痕,波峰,对称波痕和不对称波痕,冲刷模发育在不同粒度岩层分界面上的凹凸状的构造，是由较高流速的流体在下伏沉积物顶面冲刷出的一些下凹的坑槽，而后又被上覆

16、沉积物覆盖形成并保存下来的。 冲刷成的坑槽称冲坑或冲槽，合称为冲刷痕。它们被覆盖后，在覆盖层底面会形成与冲刷痕的大小和形态完全一致的凸起，被称为铸模、印模或简称为模。,固结和半固结的沉积层的顶面，会因水流冲刷而成为凹凸不平的冲刷面。冲刷面之上，再沉积时，被冲刷下来的下伏岩层的碎块和砾石，又往往堆积在冲刷出的沟、槽中。根据冲刷面和上覆岩层的碎屑，可以判别岩层的相对层序。,槽模 常出现于泥质层被冲刷后的砂质覆盖层的底面上，由一系列平行排列的舌状凸起构成。由凸起端到低平端的方向代表了冲刷流体的流向。多见于浊流沉积的底面。,底模,槽模,具暴露成因的构造,指沉积物暴露在水面，在大气中干缩或受撞击之后形成

17、的各种构造。常见有干裂、雨痕、冰雹痕等。 干裂泥质 沉积物暴露 干涸收缩产 生的“V”字 型裂纹。,沉积物的泥裂,泥裂可用来确定岩层的顶、底面,和州组第四旋回底面上泥裂构造,3、化学成因的构造,指在化学溶解、沉淀过程中形成的各种构造。 结核次生矿物的团块集合体。常见硅质、钙质、磷质、铁质结核。 缝合线在压力作用下岩石发生溶解形成，在垂向切面上呈锯齿状，在立体上呈参差不齐的小柱状。常见于碳酸盐、石英砂岩、硅质岩、蒸发岩中。 晶体印痕晶体结晶-溶解后在岩层面之间留下的空洞。,黄铁矿结核,结核:一种成分、结构或颜色与围岩截然不同的矿物集合体。,黄铁矿结核,缝合线构造由压溶作用产生,两层灰岩以缝合线接

18、触,缝合面,缝合面,晶体印痕构造,4、生物成因的构造,生物生长构造叠层构造 具有叠层构造的岩石叫叠层石，由藻类细胞分泌粘液粘结质点形成，由富藻纹层（暗层）和富屑纹层（亮层）叠置出现形成。 例：潮汐环境,生物扰动构造生物活动的遗迹在沉积物中包留下来之后形成。,四、沉积岩的成分及颜色,1 成分特征,主要元素组成O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、K、Na、Ti、C等。,1）化学成分特征,主要特征 Fe2O3FeO K2O、 Na2O含量低于岩浆岩 富含H2O、 CO2 富含有机质,1 成分特征,常见矿物石英、粘土矿物、方解石、白云石、白云母、长石类、玉髓、石膏、硬石膏、蛋白石、盐类矿物等。,2）矿物

19、成分特征,重矿物铁、铝、锰的氧化物和氢氧化物矿物和锆石、电气石、石榴子石等。,沉积岩矿物,他生矿物,自生矿物,陆源碎屑矿物,火山碎屑矿物,原生矿物,次生矿物,例如正长石易风化为高岭石等,3）分类（按成因划分）：,1 成分特征,1）分类:沉积岩的颜色可分为 继承色碎屑岩的颜色常取决于其中碎屑颗粒的颜色，这是继承了原生母岩的颜色称为继承色 自生色在沉积成岩中形成的新矿物（自生矿物）显示的颜色 次生色在岩石的表生阶段和风化阶段矿物变化，形成新的矿物（次生矿物），而产生的颜色。,2、颜色,2）颜色与沉积环境的关系 灰-黑色：还原环境，有机质或黄铁矿、硫铁矿所显示的颜色。 红-黄色褐色：氧化环境，高价铁氧化物和氢氧化物显示。 绿色：低价铁显示的颜色，如绿泥石、海绿石，属弱氧化-弱还原环境。,肉红色长石砂岩：颜色因长石碎屑引起（继承色）,黑色的煤层：颜色由有机质引起（自生色）,砖红色铁质砂岩：因铁质氧化后呈砖红色（次生色）,五、沉积岩的分类,（一）分类原则 1、简明扼要，便于应用。 2、分类明确，清晰，有系统性，反映沉积岩本身的内在联系。,沉积岩的分类是成因结构成分分类,（二）本教材分类,据成因分为： 他生沉积岩 火山碎屑岩 陆源碎屑岩 自生沉积岩,碳酸盐岩等,