沉积岩形成与特征

岩石的分类按照成因一般把岩石划分成三大类：岩浆岩(igneousrock)沉积岩(sedimentaryrock)变质岩(metamorphicrock)他们共同组成了地壳，但它们在地壳中的分布和数量都是很不均一的。沉积岩在地表或近的条件下，由母岩风化剥蚀的的产物，经搬运、沉积和固结而形成的岩石，以及由化学作用形成的岩石。三大类岩石之一——沉积岩的岩石叫侵入岩；若岩浆喷出地表冷凝形成的岩石叫喷出岩。三大类岩石之二——岩浆岩岩浆岩是岩浆冷凝形成的岩石。岩浆岩又可分为两类：侵入岩和喷出岩（火山岩）。若岩浆在地表以下冷凝形成三大类岩石之三——变质岩变质岩是地壳中已形成的岩石（包括沉积岩、岩浆岩和变质岩）在高温、高压以及化学活动性流体的作用下，使原来岩石成分、结构、构造发生改变再造形成的岩石。•变质岩其数量在地壳中介于岩浆岩和沉积岩之间，但向下的延伸一般要比沉积岩深。•常见的变质岩有：大理岩、石英岩、蛇纹岩、板岩、千枚岩、片岩、片麻岩等岩石的结构、构造结构：一般是指组成岩石的矿物或碎屑个体本身的特征。对沉积岩来讲:是指碎屑颗粒的大小，磨圆度和分选性(即大小均一度)等，反映了沉积岩的搬运距离、搬运介质条件，研究岩石的结构就可以追溯它们的形成环境，判断形成时的地质背景和地理环境，了解形成时的、古地理古气候条件等。，岩石构造：是指由组成岩石的各种矿物的整体排列方式或分布均匀程度，以及固结的紧密程度等所显示的岩石总体外貌特征。如矿物在岩石中定向排列显出明显的定向性称片理构造；沉积岩中物质成分分层沉积或大小分层沉积显示的分层特征称层理构造；岩石中矿物或碎屑分布无明显定向而又固结牢固者称块状构造；结构和构造区别与联系：•任何一个岩石的块体或标本都同时具有其自身的结构和构造，结构、构造都是由岩石的生成环境或条件所决定的•但又是完全不同的两个概念，各有其具体涵义，结构是相对微观的个体（岩石中的矿物颗粒、碎屑）特征，构造是宏观的整体特征第4讲沉积岩的形成及特征1.沉积岩的概念2.沉积物的形成过程3.风化产物的搬运和沉积4.成岩作用5.沉积岩的一般特征1沉积岩的概念沉积岩是常温常压下，由风化作用、生物作用和火山作用产生的物质，经搬运、沉积、成岩；以及由化学作用形成的岩石。沉积岩的分布及特点体积、面积：约占岩石圈体积的5%；陆地面积的大约75%为沉积岩所覆盖厚度：变化很大，0～几十公里，地槽区厚，地台区薄。类型：自然界分布最多的是粘土岩（页岩、泥岩），其次是砂岩和石灰岩，占沉积岩总量的95%以上。产出状态：层状或水平地覆盖于地表或以不同角度倾斜堆叠于地表，但往下延伸的深度一般不大。生命演化、海陆变迁的记录仪是大量沉积矿产的蕴藏地和工程地质工作的主要场所：如：煤、石油、铁、锰2沉积岩的形成阶段与过程1）沉积岩原始物质形成阶段（主要是母岩风化产物）2）沉积物质的搬运和沉积阶段（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）沉积物的形成过程1）沉积物的来源沉积物——组成沉积岩的物质来源包括：母岩风化生物物质火山物质宇宙物质•母岩风化作用风化作用：坚硬岩石、矿物在原地与大气、水及生物接触过程中产生物理、化学变化而形成松散堆积物的过程。风化作用的类型物理风化作用：机械破碎而不改变其化学成分化学风化作用：发生化学变化产生新物质生物风化作用：生物对岩石产生的破坏作用沉积物的形成•物理风化作用岩石的释荷、热胀冷缩、水的冻融风化作用的类型•化学风化作用•类型：氧化作用、溶解作用、水化作用、水解作用氧化作用FeS2+7.5O2+H2O=FeSO4+H2SO4(黄铁矿)4FeSO4+2H2SO4+O2=Fe2(SO4)3+2H2O2Fe2(SO4)3+9H2O=2Fe2O3•3H2O+6H2SO4（褐铁矿）铁帽形成，硫酸形成、岩石分解水化作用水以分子的形式直接参与到矿物晶体格架中，进而形成新的含水矿物，含水矿物的硬度一般低于原始矿物的硬度，导致矿物抗风化能力降低如：CaSO4+2H2O=CaSO4·2H2O(硬石膏)(石膏)水的电离产物(H+及OH-)进入矿物晶格，分别取代阳离子和阴离子，从而使矿物解体形成新的含水矿物的过程水解作用如：长石水解作用4KAlSiO3+6H2O=Al4(Si4O10)(OH)8+8SiO2+4KOH钾长石高岭土•生物风化作用生物机械风化作用生物化学风化作用生物化学风化：植物和细菌在陈代谢中常常析出有机酸及CO2，这些物质一方面酸化土壤，另一方面腐蚀岩石生物物理风化作用：根劈作用主要矿物在风化过程中的稳定性（1）石英：主要造岩矿物，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。长石类：稳定性次于石英，风化稳定性由高到低的顺序是：钾长石→酸性斜长石→中性斜长石→基性斜长石。云母：白云母抗风化能力较强于黑云母白云母—先变成水白云母—最后变为高岭石黑云母——转变为蛭石、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，在风化产物中保留较少，沉积岩中少见。粘土矿物：在风化带中相当稳定，如高岭石、蒙脱石、水云母等。碳酸盐矿物：稳定性甚小，极易溶于水并顺水转移，如方解石、白云石等。主要矿物在风化过程中的稳定性（1）风化作用产物的类型—沉积物来源碎屑物质：机械破碎形成的岩石碎屑或矿物碎屑不溶残余物：化学风化形成的新矿物，包括粘土矿物、氧化物矿物；如：水白云母、高岭石、蒙脱石、蛋白石和铝土矿等。溶解物质：各类溶于水的离子、胶体；如CI、S、Ca、Mg、K、Na、Si、Fe、Al、P等3沉积物的搬运与沉积作用搬运作用：沉积物在介质中运移的过程沉积作用：搬运物从水中沉积下来的过程风化产物的搬运和沉积方式1）碎屑物在流体中的搬运方式悬移、跃移、滚动、推移类型：碎屑机械搬运和沉积溶解物化学搬运和沉积滚动推移搬运方式：取决与颗粒大小与水动力条件沉积原因：水动力条件降低2）溶解物的搬运和沉积A.胶体溶液的搬运和沉积胶体概念：一种物质的细微质点分散在另一种物质中的不均匀分散体系。胶体特点：质点一般介于100～1μm之间，多呈分子状态，胶体质点常有电荷。成分：胶体主要为Al、Fe、Mn、Si等难溶于水的氧化物胶体沉积原因：电解质加入、正负胶体混合、胶体浓缩B、真溶液的搬运和沉积真溶液成分：主要是Cl、S、Ca、Na、K、Mg等控制因素：搬运及沉积作用的根本控制因素是它们的溶解度溶解度越大，越易搬运，越难沉积。溶解度越小，越易沉积，越难搬运。沉积原因：溶液溶解度、PH值、Eh、温度、压力、CO2浓度3）沉积分异作用沉积分异作用概念：风化产物在搬运过程中，受外界条件影响按照一定次序沉积下来类型：机械和化学沉积分异作用机械沉积分异作用：搬运介质流动能减小，搬运物按粒度、比重、形状按一定次序沉积近母岩区远母岩区成分：复杂单一重矿物：含量高稳定矿物粒度：砾砂泥•化学沉积分异作用：由于各元素和化合物溶解度不同出现的沉积先后次序盆地边缘盆地中心氧化物磷酸盐硅酸盐碳酸盐硫酸盐卤化物增大溶解度河流沉积作用分选作用磨圆作用磨细作用成分分异山口沉积作用山口沉积作用谷底沉积作用河床沉积：在河床上产生的沉积作用河漫滩：平水位时谷底未被河水所淹没河漫滩沉积心滩地貌河口沉积作用•河流最主要的沉积场所•搬运能力减弱甚至消失•河流与湖水、海水化学作用沉积产物——三角洲风的搬运与沉积作用滚动推移沙尘暴穿过红海风积物形成的地貌主要有戈壁、沙漠、黄土塬等,并有从风源区至外围,地貌从岩漠→砾漠→沙漠→黄土塬风源区外围岩漠→砾漠(戈壁)→沙漠(沙丘)→黄土塬岩漠：风搬运走细粒物质，残存大砾石的荒凉地区黄土高原的成因:气候风的搬运与沉积风的沉积作用沉积物类型——风成沙风成黄土风成沙：干旱区地表风化的岩石，被风搬运、堆积的产物，一般分选好、磨圆度高。风成黄土：粉沙级颗粒在风的搬运、沉积下堆积，形成的松散堆积物。海水的搬运作用•海水搬运作用的类型：机械搬运和化学搬运两种。•机械搬运：搬运的动力有：海浪、潮汐、洋流和浊流。•化学搬运：受多种因素(浓度、温度、导电性、PH值)支配，进行着复杂的化学过程，与海水的化学动力关系密切。潮汐的搬运潮流的搬运作用仅在近岸和海湾区较显著在退潮时的急流把它们搬向海中。洋流的搬运洋流流速较小，搬运能力弱，仅能搬运细小的悬浮状态的碎屑。但是，由于洋流的流程远，被搬运的碎屑能达到深海区，甚至进行越洋搬运。浊流的搬运浊流的密度大，在流动过程中，紊流强烈，具有极强的搬运力，可以将其大量的砾石和沙级碎屑搬到半深海、深海区产生沉积——形成浊积扇。海洋的沉积作用海洋是沉积作用的主要场所陆地剥蚀产物源源不断地汇集到大海沉积作用类型：机械沉积、化学沉积和生物沉积作用均较发育。沉积类型很大差异，可以分为：滨海带的沉积作用浅海带的沉积作用半深海和深海带的沉积作用滨海带的沉积作用滨海带处于海浪和潮汐的作用地带，具有十分强烈的水动力条件。滨海带几乎均为机械沉积作用。浅海生物沉积作用是生物最繁盛的区域，生物死亡后，尸体的硬质部分可直接堆积在海底，形成生物堆积。最常见的有珊瑚礁、生物碎屑灰岩。生物碎屑灰岩半深海和深海带的沉积作用•半深海、深海带沉积物：泥质和生物残骸为主的软泥沉积、浊流沉积和锰结核。除浊流可将浅海堆积的粗粒沉积物带往深海沟沉积，海底火山喷出物、宇宙物质和冰山携带的粗粒物质可在半深海、深海中沉积。软泥沉积常见的软泥沉积物有含硫化铁的蓝泥和灰泥、含氧化铁的红泥和含海绿石的绿泥。深海带则主要为各种生物软泥，如抱球虫软泥、硅藻软泥、放射虫较泥。冰川的搬运与堆积作用冰碛物—冰川携带的碎屑物质冰川具有巨大的搬运能力4成岩作用概念：沉积物沉积之后——变质、风化之前，沉积物和沉积岩的成分、结构变化，称为成岩作用。成岩作用4个阶段：同生阶段：沉积物与底水脱离之前成岩阶段：沉积物脱离底水、粒间水可以自由运动后生阶段：沉积物固结成岩，变质之前表生阶段：岩石抬升与地下水作用阶段沉积物在成岩作用中的变化压固作用：负荷——体积缩小、密度增加、含水量减少；强度受沉积物类型和埋深制约压溶作用：重荷——颗粒溶解——缝合线胶结作用：颗粒沉积物由化学沉淀物胶结，成为坚固岩石重结晶作用：溶解、固体扩散导致矿物颗粒重新排列成岩矿物形成：新矿物出现、沉积物成为岩石5沉积岩的一般特征1）成分特征沉积岩的化学和矿物成分与母岩密切相关，同时受风化、搬运、沉积作用的改造。沉积岩中矿物类型陆源碎屑矿物、自生矿物、次生矿物沉积岩和岩浆岩的平均矿物成分（百分含量）沉积岩矿物利思与米德（1915）克里宁（1948）岩浆岩（65%花岗岩+35%玄武岩）橄榄石————2.65普通角闪石————1.60普通辉石————12.90长石15.577.5049.29石英34.8031.5020.40云母+绿泥石20.4019.007.76氧化铁矿物4.103.004.6玉髓——9.00——粘土矿物9.227.50——碳酸盐矿物13.6320.50——石膏0.97————碳质0.73————其它0.583.000.88•沉积岩矿物成分的特点沉积岩氧化物克拉克(1924)克里宁(1941)舒科夫斯基(1952)岩浆岩(克拉克,1924)SiO257.9558.1659.1759.12TiO20.570.940.771.05Al2O313.3915.9314.4715.34Fe2O33.476.323.08FeO2.088.580.993.80MnO——0.640.800.12MgO2.653.581.853.49CaO5.896.269.905.08Na2O1.131.851.763.84K2O2.862.852.773.13P2O50.130.260.220.30ZrO——————0.039Cr2O3——————0.055CO25.38————0.102H2O3.23————1.15其它——————0.304合计98.7399.0199.02100.00•化学成分的特点沉积岩平均化学成分（