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第四章外力地质作用与沉积岩沉积岩占地壳岩石总体积的7、9%，主要分布在地壳表层，在地表出露的三大类岩石中，其面积占75%，是最常见的岩石。沉积岩中赋存有煤、石油、天然气以及其他许多金属及非金属矿产，具有重要的经济价值。第一节外力地质作用的一般特征一、引起外力地质作用的因素引起外力地质作用的因素是大气、水和生物。它们构成了地球系统的三个外部层圈。1、大气成分主要有氮气、氧气、氩气，还有少量的二氧化碳、稀有气体和水蒸气。大气圈从下向上依次可分为对流层、平流层、中间层、暖层、散逸层等。对流层：顶面高度在10-16km范围，温度从地面由下而上逐渐降低。对流层大气的热量绝大部分来自地面长波辐射，因此离地面愈高的大气，受热愈少，气温愈低。平均每上升1km，气温约降6、5℃，其顶面温度约-55℃。大气中的水汽几乎都集中于此，是展示风云变幻的“大舞台”：刮风、下雨、降雪等天气现象都是发生在对流层内。对流层最显著的特点是有强烈的对流运动。对流层是大气层中湍流最多的一层，喷射客机大多会飞越此层顶部（即对流层顶）用以避开影响飞行安全的气流。平流层：从对流层顶到约50km高度的大气层。层内温度通常随高度的增加而递增。底部温度随高度变化不大。这里基本上没有水汽，晴朗无云，很少发生天气变化，适于飞机航行。在20～30公里高处，氧分子在紫外线作用下，形成臭氧层，像一道屏障保护着地球上的生物免受太阳紫外线及高能粒子的袭击。中间层：自平流层（50公里）顶到85公里之间的大气层。在中间层顶层，经常会出现许多有趣的天文现象，如极光、流星等。大气环流：低纬度地带气温高，高纬度地带气温低。气温不同，导致空气密度不同。气温高的密度小，气温低的密度大，使得低纬度地带温度高而密度小的气团上升并向高纬度地带运动，而高纬度地带温度低而密度大的气团下降并沿地面向低纬度方向运动，形成全球性的大气环流。大气圈的地质意义：①大气成分是许多地质作用得以发生的物质因素氧气—氧化作用，生命的存在；二氧化碳—植物制造有机质、生物成岩，参与化学反应；水—风化作用，流动成风，动力。②大气圈是生命的保护圈臭氧层吸收了绝大部分紫外线，降低了透入地面的紫外线含量，保护了地面生物。③由于大气圈的存在，地表才有了适宜的温度太阳热能通过大气进入地面时，约1/3的能量消耗于大气的扩散和云层的反射，直接返回太空，其余的能量通过大气吸收后再传导给地面，因而使地表白天的温度不至于过高。同时大气中的二氧化碳能够“捕获”地面辐射出的一部分热能，从而保持地表的昼夜温差不会很大。④风的作用风化、搬运2、水自然界的水以气态、固态和液态三种形式存在于大气圈、生物圈、海洋与大陆表层之中。地球水体中，海洋水约占97％，大陆表面水约占2％，地下水为0、6％，大气水占0、001％。水圈：地表水围绕地球表层构成连续的圈层。水圈中各部分水体是相互联系和转化的。3、生物生物圈：生物广泛分布于大陆和海洋。生物的作用：①植物的根劈作用；②生物体通过光合作用——吸收CO2、放出O2；③生物本身就是某种矿产和岩石的组成物质，如：煤、石油和生物碎屑灰岩等。二、引起外力地质作用的能源①太阳能：使地表温暖，并引起大气的循环、水的运动、生命的活动等，从而引发各种地质作用的发生；②重力能：重力支配下形成风、流水、冰川、湖水和海水的运动，物质降落和沉淀，山崩、地滑，生物生长和演化等；③日月引力能：形成海水潮汐，从而对海岸改造。三、外力地质作用的类型①风化作用指地面的岩石发生机械破碎或化学分解的过程。根据风化作用的方式和特点，风化作用可分为：物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用。②剥蚀作用指在外力作用下，岩石因机械作用或化学作用而被剥离或蚀去的过程。剥蚀作用按方式有机械、化学和生物剥蚀。③搬运作用指风化、剥蚀的产物被搬运到他处的作用。主要包括机械搬运（流水、风）和化学搬运（真溶液、胶体），生物搬运作用意义较小。④沉积作用指搬运物在条件适宜的地方发生沉积的作用。陆地和海洋是地球表面最大的沉积单元。沉积方式基本可分为3种类型，即机械沉积（流速、风速的降低）、化学沉积（介质物理、化学条件发生变化）和生物沉积（生物遗体）。碎屑物：通过机械方式破坏所形成的产物。机械沉积作用受重力支配。重的物质搬运距离近，先沉积；轻的物质搬运距离远，后沉积。化学沉积作用受化学反应的规律支配。在真溶液中，难溶物质先沉淀，易溶物质后沉淀。生物沉积作用：如生物的钙质骨骼通过堆积变成石灰岩，植物被埋藏后变成煤。沉积物：由沉积作用形成的松散物质。沉积物大多是松散的，富含粒间孔隙。在水中形成的沉积物富含水分，按其性质可分为以下几类：①碎屑沉积物：机械沉积作用形成的物质。②化学沉积物：化学沉积形成的沉积物质。③生物沉积物：生物沉积作用形成。④生物化学沉积物：生物化学沉积作用形成的物质。⑤固结成岩作用：指从松散沉积物变为坚硬岩石的作用。固结成岩作用的主要原因：a、压实作用：上覆沉积物的自重使沉积物的孔隙减少、变小，其中的水分被挤出，从而使厚度变小，沉积物变硬。b、胶结作用：某些化学物质填充到沉积物的粒间孔隙之中，胶结固化沉积物，使之变硬。胶结物：起胶结作用的主要化学物质。如硅质、钙质、铁质等。基质：能起填充和固结作用的细碎屑物。填隙物：胶结物和基质的统称。c、重结晶作用：非晶质或结晶细微的沉积物因为环境改变，发生重新结晶，或使晶粒长大、加粗的作用。使矿物紧密嵌合。d、新矿物的生长：沉积物中不稳定矿物发生溶解或发生其他化学变化，导致若干化学成分在成岩过程中重新组合变成新矿物的作用。如硅质形成自生石英，磷质形成磷灰石，硅、铝质形成自生长石等。第二节沉积岩的特征一、沉积物的来源①绝大部分来自出露于地表的沉积岩、火成岩和变质岩；②其次是来自动物的骨骼和植物的碎片、火山喷发物质以及地下热卤水物质；③还有一些宇宙物质如陨石、宇宙尘等。二、沉积岩中的矿物沉积岩的矿物及组成有四类：①矿物和岩石碎屑：岩石风化破碎后的产物。②胶结物：胶结碎屑的物质。③自生矿物：在沉积和成岩过程中生成的矿物。④生物碎屑和化石：沉积物中的动、植物遗体或碎片。沉积岩的常见矿物：石英、白云母，黏土矿物、钾长石、酸性斜长石、方解石、白云石、石膏、硬石膏、赤铁矿、褐铁矿、玉髓、蛋白石、铝土矿等。①岩浆岩和沉积岩共有矿物：石英、钾长石、酸性斜长石、白云母。②岩浆岩常见、沉积岩很少见：橄榄石、辉石、角闪石、黑云母、中性及基性斜长石。③岩浆岩难见、沉积岩常见：方解石、白云石、黏土矿物、石膏、硬石膏等。三、沉积岩的结构指沉积岩中颗粒的性质、大小、形态及其相互关系。沉积岩的结构分为两类：碎屑结构、非碎屑结构。1、碎屑结构碎屑物包括：岩屑、矿屑、生物碎屑、火山碎屑。碎屑结构由碎屑物质、基质和胶结物三部分组成。胶结物包括：钙质、硅质、铁质、泥质。颜色根据成分而定：①铁质胶结——红色②钙质、硅质胶结——白、灰色③含炭质——黑色。胶结物：氧化环境——红色；还原环境——黑色2、非碎屑结构岩石中的组成物质由化学沉积作用或生物化学沉积作用形成。其中大多数为晶质或隐晶质，少数为非晶质，或呈凝聚的颗粒状结构。四、沉积岩的构造指沉积岩各个组成部分在空间的分布状态和排列形式，一般在沉积岩形成的同时或成岩早期形成。沉积构造的类型有：层理、波痕、泥裂、缝合线、结核、印模等。1、层理指沉积岩的成层性。是由岩石不同部分的颜色、矿物成分、碎屑及结构等所表现出的差异而引起的，反映了不同时期沉积作用性质的变化。层理构造是沉积物（岩）成层性的表现，是沉积物（岩）最基本、最特征的构造类型。可分为：水平层理、平行层理、递变层理、交错层理、斜层理等。层理中各层纹相互平行者，可形成于两种不同的环境：一是形成于平静的水介质中，成分以泥质、粉砂泥质颗粒为主，称为水平层理，质地细腻，层理面易剥开；另一种是形成于不稳定的水体条件下，成分以砂质颗粒为主，称为平行层理。交错层理：层纹倾斜或相互交错者。层面：分隔不同性质沉积层的界面。由层面分隔的各层岩石的厚度是不等的。块层：厚度1m；厚层：厚度1-0、5m；中厚层：厚度0、5-0、1m；薄层：厚度0、1-0、01m；微层：厚度0、01m。五、缝合线岩石剖面中呈踞齿状起伏的曲线。发育于易溶蚀的石灰岩、白云岩及钙质砂岩。规模较大的缝合线是沉积作用短暂停顿或间断时在沉积物表面发生溶蚀作用形成的溶沟、溶槽及石牙，后被同类沉积物充填覆盖而成。第三节常见的沉积岩一、沉积岩类型沉积岩：在地壳表层下，由母岩（岩浆岩、变质岩、先成的沉积岩）的风化产物、生物物质、宇宙物质等，经过搬运作用、沉积作用和成岩作用而形成的岩石。按照岩石成因，沉积岩分为三大类：1、陆源碎屑岩：包括碎屑岩（砾岩、砂岩、粉砂岩）和黏土岩（页岩、泥岩）两种。2、火山碎屑岩：包括火山集块岩、火山角砾岩、凝灰岩等。3、内源沉积岩：包括碳酸盐岩（石灰岩、白云岩）、生物化学岩（硅藻岩、放射虫岩）以及硅质岩、铁质岩、可燃性有机岩等。二、常见陆源和内源沉积岩及其特征碎屑岩：由机械沉积作用产生的碎屑沉积物所形成的岩石。分为：砾岩与角砾岩、砂岩、粉砂岩、粘土岩。1、砾岩与角砾岩：指具有砾状或角砾状结构，由30%岩石含量的砾石、基质、胶结物组成的岩石。砾岩：以圆-次圆状砾石为主。角砾岩：以棱角－次棱角状砾石为主。再根据砾石的主要成分作进一步命名，如砾石主要是石英，称石英质砾（角砾）岩。砾岩属于山麓洪积和河流搬运堆积的产物。山前、近源、快速堆积条件下形成的沉积砾岩往往砾石成分复杂，分选与圆度均差；经过远距离搬运沉积而成的砾岩往往砾石成分简单，以石英、硅质岩为主体，分选与圆度俱佳。2、化学岩（内源沉积岩）：由化学沉积作用，产生的硅质、钙质、白云质、铝质、铁质、锰质、磷质等化学沉积物，形成的岩石，称为化学岩。化学岩按其主要成分分类有：硅质岩、灰岩、白云岩、铝质岩、铁质岩、锰质岩、磷质岩等。碎屑结构的灰岩按碎屑及胶结物特征命名：1、竹叶状灰岩(内碎屑灰岩)：内碎屑形状似竹叶；2、球粒（团块）灰岩：由球粒（团块）构成；3、鲕粒（豆粒）灰岩：由鲕粒（豆粒）构成；4、生物碎屑灰岩：由生物碎屑构成。白云岩与灰岩的化学成分相近，又成因上有联系，因此两者中存在许多过渡类型，按方解石和白云石的相对含量的大小进行命名：灰岩→白云质灰岩→灰质白云岩→白云岩方解石100％→→→→→→→0％白云石0％←←←←←←←100％沉积环境：不同的沉积岩形成于不同的沉积环境中，因此可以根据沉积岩判断这些岩石形成时的沉积环境。如石灰岩形成于海相沉积环境；而红色砂岩形成于干旱的陆相沉积环境。地层的岩相变化及厚度：沉积地层往往是在一定的地表沉积环境（如浅海、滨海、湖泊、河流等）中形成的，不同的沉积环境形成不同的岩石特征及生物化石组合。岩相：能反映沉积岩或沉积物形成环境的岩石及所含生物化石的各种特征。一定的岩相代表一定的沉积环境，岩相变化意味着沉积环境的变化。沉积环境分类：1、大陆环境：湖泊、沼泽、河流、冰川等；2、过渡环境：三角洲、泻湖、海湾等；3、海洋环境：深海、半深海、浅海、滨海等。