沉积岩的风化作用.

第二章沉积岩的形成与演化原始物质沉积物的搬运沉积后作用阶段形成阶段和沉积作用阶段原始物质沉积物沉积岩搬运沉积后作用沉积第一节沉积岩的基本概念•沉积岩（sedimentaryrocks）的概念–组成岩石圈的三大类岩石（岩浆岩、变质岩、沉积岩）之一，是在地壳表层条件下，由母岩的风化产物、火山物质、有机物质等沉积岩的原始物质成分，经过搬运作用、沉积作用及沉积后作用而形成的一类岩石。沉积学—沉积岩的成因•母岩–地表上出露的供给沉积岩原始物质成分的岩石，主要指早于该沉积岩而存在的岩浆岩、变质岩和较老的沉积岩。•一、风化作用的概念–是因温度的变化，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，地壳表层的岩石处于不稳定状态，逐渐遭受破坏，转变为风化产物的过程。沉积学—沉积岩的成因沉积岩与岩浆岩的区别•形成条件：沉积岩：地表或离地表不深的地带，有丰富的水、氧、二氧化碳和生物参加的条件下形成。沉积岩的形成过程太阳能及由太阳能转化的生物能和机械能均起着直接的作用。由地球内能所引起的地壳构造运动，直接控制了侵蚀区和沉积区的分布，地貌条件也为沉积岩的形成提供了必要的条件岩浆岩：是由岩浆凝结形成的岩石，约占地壳总体积的65%。岩浆是在地壳深处或上地幔产生的高温炽热、粘稠、含有挥发分的硅酸盐熔融体在地球地表，有70%的岩石是沉积岩，但如果从地球表面到16公里深的整个岩石圈算，沉积岩只占5%。沉积学—沉积岩的成因沉积岩岩浆岩矿物成分成分简单，富含氧、二氧化碳和水。特有矿物：粘土矿物、盐类矿物、煤、石油1、大部分为块状的结晶岩石，部分为玻璃质岩石2、特有的矿物和结构构造，如霞石、白榴石等矿物和气孔构造和杏仁构造3、岩体与围岩有明显的界限，产状多样4、岩体中常含围岩碎块5、岩浆岩中没有生物遗迹结构取决于产生某一类沉积岩的那些形成作用碎屑结构、生物结构和晶粒结构等构造成层构造、具有泥裂、波痕、缝合线其它常含生物化石，颗粒间存在孔隙沉积学—沉积岩的成因沉积岩的研究意义•1、沉积岩记录了地球演化历史地球约有46亿年历史，最古老沉积岩36亿年，这36亿年的沉积记录对研究地球的演化和发展有着十分重要的理论价值。根据沉积岩的各种特征及其在空间和时间上的分布关系，可作地层划分和地质剖面对比的基础，并能恢复它们堆积时的古地理、古地球化学、物理化学和其他条件•2、沉积岩（物）蕴藏着占世界矿产资源总储量的80％能源矿产：石油、天然气、煤和油页岩、金属和非金属矿产资源：铝土矿、锰矿、各种盐类矿产等几乎全为沉积类型，极大部分铁矿、磷矿亦都属于沉积或沉积变质类型3、与大型水利工程、港口、国防军事等建设密切相关通过沉积岩研究可以寻找地下蓄水层，解决水库、大型水坝、电站、港口和河流的冲淤及土壤的侵蚀、地基的牢固性等问题在国防上军港设计、潜艇和海底导弹基底的建设等均与沉积岩（物）的研究密切相关沉积学—沉积岩的成因沉积岩的研究意义•4、油气勘探、开采、开发等问题的突破与沉积岩（学）还有油气勘探领域的圈闭问题、石油的二次采油向三次采油、减少地层伤害、开采剩余油、提高采收率以效益为中心的转移等，沉积岩（学）的研究正发挥重大的作用•5、与人类生存环境、灾害预警沉积岩（学）的研究与人类生存和可持续发展密不可分，地质灾害预测研究和环境保护中也正发挥着越来越大的作用第一节沉积岩的形成及演化母岩的风化作用风化作用的概念地壳表层的岩石（岩浆岩、变质岩和先生成的沉积岩）在大气、水、生物活动以及其它外部表生因素的影响下，发生机械破碎和化学变化的作用。形成条件：主要在地表或接近地壳表层的地带发生。风化产物为沉积岩的主要物质来源风化作用按其性质可分为：物理风化作用、化学风化作用及生物风化作用。沉积学—沉积岩的成因1、物理风化作用是地壳表层岩石的一种机械破坏作用。它是一种使岩石破碎、崩解成各种不同大小的碎块，而不发生化学成分变化也不形成新矿物的作用。引起母岩发生机械破裂的因素:温度变化、冰劈作用、重力作用和岩石裂隙中溶解盐类的结晶作用沉积学—沉积岩的成因物理风化作用•冰劈作用•层裂或卸载作用•盐分结晶的撑裂作用•热胀冷缩作用•生物作用沉积学—沉积岩的成因冰劈作用：由于气温的变化，岩石裂隙中的水反复结冰和融化，从而造成岩石裂隙不断扩大，使岩石发生崩解的作用。主要发生在高纬度地区和高山区沉积学—沉积岩的成因水的冻融当温度下降到摄氏零度以下时，贮藏在地表岩石空隙中的液态水就会结冰，因结冰后其体积将增大1／11左右，故在岩石空隙中产生巨大的膨胀压力（冰劈作用），造成岩石的崩裂。沉积学—沉积岩的成因在地下深处的岩石承受巨大静压力，其潜在膨胀力是十分惊人。岩石从地下深处变到地表条件时由于上覆静压力减小而产生张应力形成一系列与地表平行的宏观和微观的内部破裂面。形成这种裂隙构造的作用称为剥离作用。岩石的释荷沉积学—沉积岩的成因岩石的热胀冷缩温差大的地区，在白天当太阳光直射时，岩石表层增温而膨胀，而内部膨胀小甚至未发生变化。到了夜晚气温骤降，岩石表面收缩。这样使其岩石表面与内部产生应力差。这种应力差就会使岩石破裂。沉积学—沉积岩的成因•盐分结晶的撑裂作用：大量的盐类矿物溶解于岩石裂隙的水中，水分蒸发后会达到饱和，盐类再结晶体积增大会对周围的裂隙壁产生膨胀压力，由于岩石裂隙中的盐类反复结晶、潮解，使岩石崩解的作用，多发生在干旱及半干旱地区沉积学—沉积岩的成因盐类结晶造成的干裂美国沉积学—沉积岩的成因•物理风化作用产物特征：–碎屑粗细不等，棱角显著，没有层理；–多分布在分水岭上或斜坡上；–碎屑物的成分与下覆基岩成分一致。沉积学—沉积岩的成因2、化学风化作用是母岩的一种化学分解作用。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，使其分解并产生在表生环境下稳定的新矿物组合的过程。引起母岩发生化学风化的因素:溶解作用、水化作用、水解作用、氧化作用、酸的作用沉积学—沉积岩的成因化学风化作用:•氧化作用（氧的作用）•水解作用•水化作用•酸的作用•胶体作用及离子交换反应水的作用沉积学—沉积岩的成因氧化作用大气圈中氧含量为20．1％。当岩石和矿物暴露于地表或位于地表层时，与氧充分接触，将发生一系列氧的化学反应。氧化作用是地壳表层最常见的一种化学反应。氧化作用主要是游离氧造成，是含有变价元素（铁、锰）的矿物，在氧和水的作用下，它们的低价氧化物、硅酸盐、硫化物变成高价氧化物、氢氧化物和含氧盐的过程，如黄铁矿氧化形成褐铁矿，其中的硫氧化后形成H2SO4并流失。沉积学—沉积岩的成因氧化作用2FeS2+7O2+2H2O→2FeSO4+2H2SO4→Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3黄铁矿→硫酸亚铁→硫酸铁→褐铁矿矿物中的变价元素从低价变成高价：4Fe3O4+O2+18H2O→12Fe(OH)3磁铁矿→褐铁矿沉积学—沉积岩的成因水解作用水解作用的实质是水中电离的矿物阴离子和阳离子与H2O的电离产物(H+及OH-)相互结合，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。当水中含有溶质，尤其是酸性物质时，水的破坏作用就明显加强，其中最常见的是CO2溶于水形成碳酸的溶蚀作用4K(AlSi3O8)+6H2O→Al4(Si4O10)(OH)8+8SiO2+4KOH(钾长石)(高岭石)(蛋白石胶体)Al4(Si4O10)(OH)8+nH2O→Al2O3.nH2O+4SiO2+4H2O(高岭石)水铝石（铝土矿）沉积学—沉积岩的成因水化作用水化是指水直接参加到矿物中去，使某些矿物变成含水矿物，如硬石膏变为石膏等CaSO4+2H2O→CaSO4·2H2O(硬石膏)(石膏)沉积学—沉积岩的成因溶解作用岩石中矿物溶解于水而产生分解和碳酸化的作用，岩石中可溶性矿物被水溶解带走，岩石的孔隙度增大，硬度降低•溶解作用–矿物溶解导致岩石结构的破坏–矿物溶解度能力的排序。方解石白云石橄榄石辉石角闪石长石石英–水的温度、压力以及PH值等对矿物的溶解度影响明显。沉积学—沉积岩的成因•溶解风化产物：–离子–胶体–难溶物质沉积学—沉积岩的成因溶解和未溶解的灰岩溶解作用沉积学—沉积岩的成因酸的作用自然界中常见的酸是碳酸和腐殖酸等弱酸。它们对硅酸盐和硅铝酸盐矿物的分解起着极其重要的作用。这些矿物与碳酸发生反应时，其中的阳离子（Fe2+、Ca2+、K+、Na+）常形成碳酸盐和重碳酸盐，SiO2被分解出来。沉积学—沉积岩的成因胶体作用及离子交换反应硅酸盐和铝硅酸盐矿物遭受风化，使矿物中的Al2O3、SiO2的连接力键遭到完全破坏而被游离出来。以及由含铁硅酸盐矿物分解出来的Fe2O3，他们的溶解度比较小而形成胶体，胶体间的相互作用、凝聚和晶华形成粘土矿物，胶体还具有从介质溶液中吸附离子的能力带正电荷的铁和铝的氢氧化物胶体常吸附阴离子团带负电荷的粘土胶体常吸附阳离子沉积学—沉积岩的成因•生物物理风化作用–生物活动使岩石产生机械破坏•生物物理风化作用方式–１.根劈–２.动物钻洞、挖土–３.人类活动沉积学—沉积岩的成因生物的机械风化作用主要发生在生物的生命活动过程中。生长在岩石裂隙中的植物，随着根系不断地长大，对裂隙壁产生挤压，使岩石裂隙扩大，从而引起岩石破坏，这种作用称根劈作用。沉积学—沉积岩的成因•生物的化学风化作用–生物的新陈代谢及遗体腐烂分解物（析出硝酸、亚硝酸、碳酸、硫化氢、二氧化碳和有机酸等）与岩石进行的作用。–生物在生活中，不断从周围环境吸取养分，排泄废物，岩石因化学成分的改变而发生破坏沉积学—沉积岩的成因化学风化作用残留物的特点：松散出现富铁、铝、硅的化合物，如褐铁矿、铝土矿、高岭土、蛋白石等