《岩石学》第10章沉积岩的形成过程.ppt

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 成岩作用第四节 沉积岩的分类,第十章 沉积岩的形成过程,形成沉积岩的物质基础——沉积物的四种来源一、陆源物质—母岩风化的产物二、生物源物质—生物残骸和有机物质三、深源物质—火山碎屑和深部卤水四、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,,第一节 沉积物质的来源,,一、陆源物质—母岩风化的产物,,母岩：先成的岩浆岩、变质岩、沉积岩，进入到表生作用带时，在遭受风化作用时解离成碎屑物质、溶解物质和不溶残余物质 风化作用：物理风化化学风化生物风化,,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,一、陆源物质—母岩风化的产物,,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,一、陆源物质—母岩风化的产物,,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、有机酸等 化学风化总趋势：不仅使母岩破碎，而且使其矿物成分和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,一、陆源物质—母岩风化的产物,,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因此生物，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：细菌、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,一、陆源物质—母岩风化的产物,,3、风化作用的产物： a 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 b 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 c 溶解物质：以溶解状态被带走的成分碎屑物质是构成陆源碎屑岩的主要成分溶解物质是构成内源沉积岩的主要物质成分,一、陆源物质—母岩风化的产物,,,3、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 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(质变) 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,一、陆源物质—母岩风化的产物,,生物硬体 方解石、文石、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,,,,,,,,二、生物源物质—生物残骸和有机物质,,,,形成化石和生物碎屑,,,石油、天然气、 油页岩、煤,三、深源物质—火山碎屑和深部卤水,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沿构造断裂流出地表的热卤水深源物质量很少，但能指示火山活动和深部构造活动事件,,,四、宇宙源物质—陨石,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 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（数十吨） 小的几十毫克－极细微粒（宇宙尘埃）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。

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,,1976年3月8日 吉林地区降落一次世界罕见的陨石雨,陨石雨散落的范围约有500多平方公里,第二节 沉积物的搬运与沉积作用,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、重力流和生物由于沉积物性质的差异，常见的搬运方式有： 一、物理（机械）搬运和沉积 二、化学搬运和沉积 三、生物搬运和沉积,搬运对象：陆源碎屑颗粒牵引流的搬运和沉积重力流的搬运和沉积冰川的搬运和沉积,一 物理搬运和沉积,,（一）牵引流搬运和沉积作用1、流水的搬运沉积作用 2、风的搬运沉积作用,一、物理搬运和沉积,,,碎屑颗粒搬运和沉积的控制因素,,碎屑颗粒的搬运方式,,不同粒度碎屑颗粒的混积现象,,沉积底形,,碎屑物质在搬运过程中的变化,,牵引流是使碎屑颗粒主要呈推移状态搬运的流体，包括各种流水和风,1、流水的搬运和沉积作用 碎屑颗粒搬运与沉积的控制因素有效力：颗粒重力减去浮力推力：水流流动加在颗粒上的平推力上举力：由于碎屑颗粒上下方流水速度差异造成的压力差，产生向上的力；粘结力：颗粒表面的水膜造成的碎屑颗粒与水体之间的粘结力。

一、物理搬运和沉积,,,,搬运,,,,沉积,推力,,,,流速,,,,缓流Fr＜1,,弗劳德数Fr=v/,,流量,,急流Fr＞1,上举力,,,,紊流,Re＜2000,,,层流,Re＞2000,雷诺数Re,,搬运力,,,1、流水的搬运和沉积作用 碎屑颗粒的搬运方式： 搬运方式：推移搬运 滚动式搬运跳跃式搬运悬浮搬运—悬浮载荷水流的动力不足以克服碎屑颗粒的重力时，处于搬运状态的碎屑物质就会沉积下来一、物理搬运和沉积,,较粗的碎屑颗粒,较细的碎屑颗粒,,尤尔科特龙实验,水深为1m的平坦沙床上进行的石英颗粒粒径与水流流速关系的实验：,,流速与颗粒之间的关系,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）,,0.05,,2,,启动流速,,沉积临界流速,极容易搬运也容易沉积，跳跃式搬运,难以长距离搬运，呈滚动式搬运,长期悬浮不易沉积,尤尔科特龙实验结论,滚动式搬运：常见于河床底部的层流中层流的搬运能力较弱，当推力和上举力低于有效重力时，砾石和粗砂就沉积下来； 跳跃式搬运：常见于水流强度大的层流和紊流中，当推力和上举力低于有效重力时，砂与粉砂沉积下来； 悬浮式搬运：常见于急流和紊流中，当流速降低或上举力小于有效重力时，悬浮于流水中的细粉砂、泥质和片状矿物沉积下来；,1、流水的搬运和沉积作用 不同粒度碎屑颗粒的混杂现象： Walke（1975）（解释了一定流动强度的流水所能滚动和悬浮的最大粒径） 1）流动强度为p时，它所能滚动的砾石最大粒径为8cm，同时能悬浮的最大粒径为2.2cm； 2）流动强度小于p时，可以使粒径为8cm和粒径为2.2cm的砾石同时沉积，因而可以形成双众数的砾石； 3）当流动强度在p附近反复变动时，就可以形成砂质沉积和砾石质沉积的互层，其平均粒径为2.2cm和8cm；,,1、流水的搬运和沉积作用 不同粒度碎屑颗粒的混杂现象： Walke（1975）（解释了一定流动强度的流水所能滚动和悬浮的最大粒径） 4）如果流动强度急剧减小，则可能形成分选极差的多众数砾、砂、粉砂和泥的混合沉积物； 5)沉积粒径1mm的砂所需的流动强度要比沉积粒径7cm的砾石小的多，所以平均粒径为7cm的砾石中充填的平均粒径为1mm的砂不可能是同时形成的，可能是由于水流强度减小后渗滤到砾石中去的,,1、流水的搬运和沉积作用 沉积物的底形 当流体流过非粘性沉积物的表面并且其强度可以搬运其中一些颗粒时，便会在非粘性沉积物表面形成起伏不平的几何形态特征，这种几何形态特征为沉积物底形。

一般包括：下平底波纹沙丘上平底逆向沙丘,1、流水的搬运和沉积作用 沉积物的底形 下平底：水流速度很小，无力搬运沉积物时的平坦底形波纹：随着水流强度的增加，沉积物开始运动，并形成小规模的波状起伏，称为波纹，波长小于30cm沙丘：当水流强度继续增加，波纹的脊线由直线状变为波状、新月状，当波长大于60cm时称为沙丘；上平底：水流强度再增加，Fr=1时所有底形均被削平，在水底形成毫米级至厘米级连续移动的“流沙层”，这种底形称为上平底；,逆向沙丘：流水强度继续增加，Fr＞1时，则出现了逆向沙丘 特点： 1）表面形态与水面形态一致，二者为同位相； 2）迁移方向与水流方向相反，即下游侵蚀，溯源堆积,控制底形发育的主要因素： 水流速度和沉积物的粒度：粒度一定，随着水流速度增加，将依次出现下平底、波纹、沙丘、上平底和逆向沙丘1、流水的搬运和沉积作用 碎屑物质在流水搬运过程中的变化 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，颗粒的圆度和球度越来越好。

ρ空气：0.00122g/cm3（15℃）ρ水：1g/cm3风的搬运能力也远小于流水，风搬运的颗粒主要是粉砂和粘土 风搬运的碎屑物质来源：古代河流的冲积物现代河流冲积物湖积物基岩风化的残积-坡积物,2、风的搬运与沉积作用,,碎屑颗粒搬运与沉积的控制因素： 悬移质的泥沙被风以悬浮状态输移较大距离，当风速减弱到其移动向上分速度小于颗粒的沉降速度时，便会在广大地面上较均匀的沉积下来地表障碍物地表性质（坚硬的地面、松软的沙土地）,,搬运方式（风所携带各种不同粒径的沙泥颗粒被输移的过程） 跃移：砂粒通过风力上扬作用脱离地表后，在气流中取得动量加速前移0.10~0.15mm的沙粒最易以跃移方式运动 悬移：粒度小于0.1mm的沙泥颗粒由于其沉降速度小于吹蚀风的移动向上分速度，一旦被跃移颗粒逐出地面便以悬移方式运动 蠕动：较大的颗粒因风压或跃移颗粒的冲击作用使之沿地面滚动或滑动，称为蠕动移动速度很低沉积作用：是指由于风力减弱或地面障碍，携砂气流中的泥沙发生沉落和堆积的过程 沉积物的特征： 经风力搬运、堆积的物质称为风成沙 1、粒度均一、分选最好，最大粒径一般在1mm以下，小于0.06mm的沙粒含量甚少，分选系数多在1.1~1.4之间。

2、磨圆度较高 3、矿物组成以石英为主，含少量的长石和重矿物，容易磨损的矿物很少见到二）重力流的搬运与沉积作用,重力流：重力作用下发生流动的弥散有大量沉积物的高密度流体浊流（Jonson，1930） 重力流： 水下重力流大气沉积重力流,,1、水下重力流的特征 浊流：混有大量碎屑悬浮物质的高速紊流状态的高密度流体支撑颗粒力的是涡流的浮力 浊流搬运的物质：再沉积的或液化的沉积物转化而来，由重力推动，呈浪涌状推进，具有巨大的搬运能力和侵蚀能力,1、水下重力流的特征 颗粒流：颗粒间无粘结力或凝聚力的流体支撑颗粒的力是颗粒间碰撞而产生的推力 液化沉积流：由水和沉积物组成的向上流动的粒间流支撑颗粒的力则是向上的超孔隙压力 碎屑流：泥石流，水流中含有大量弥散的粘土和细碎屑的呈涌浪状前进的流体支撑颗粒的力是基质的强度1、水下重力流的特征 分选很差 无大型交错层理 常呈块状及粒序构造常见于大陆的冲积扇、深湖和深海或半深海环境中2、大气沉积物重力流的特征 是指与大气直接接触的沉积物与气体混合形成的高密度流体 包括：岩块崩塌流：正常的沉积物与气体的混合体；火山物质与气体的高密度混合体：由火山喷发出来的气体与火山物质形成的高密度混合体；当这种混合体沿地表流动时称热气底浪流；当火山灰被喷到空气中悬浮在大气中所形成的高密度流体称为火山灰流。