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第二章沉积岩的形成与演化沉积岩的形成过程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沉积岩的原始物质陆源物质生物源/生源物质深源物质宇宙源物质↑↑↑↑母岩风化产物生物残骸及有机质火山碎屑+深层卤水陨石★★★★★★★★★★第一节沉积岩原始物质的形成一、母岩的风化作用和产物—沉积岩主要原始物质的形成一）基本概念1、母岩定义：供给沉积岩原始物质成分的岩石类型：2、风化作用地壳表层岩石的一种破坏作用；定义：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破坏作用，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。类型：物理、化学、生物一、母岩的风化作用和产物风化作用（按性质）分类↓物理风化作用化学风化作用生物风化作用↓↓↓机械破碎母岩破碎＋化学变化机械作用＋化学和生物化学作用↓↓↓化学成分不变氧化、水解和溶解直接作用＋间接作用↓↓T、晶体生长、重力氧、水和酸生物、水、冰、风↓↓↓碎屑物质（岩石新矿物促进和加速化学风化作用进行碎屑＋矿物碎屑）粘土矿物和化学沉淀物质一、母岩的风化作用和产物——沉积岩主要原始物质的形成岩石←矿物的集合体←元素组成元素→矿物→岩石的风化特征二）元素的风化分异作用结论：1、Si、Al转移程度低2、Cl、SO4、CO3等转移程度高3、不同元素在风化作用过程中转移性的差别是很大的二）元素的风化分异作用1、定义：在相同的特定风化条件下，不同造岩元素由于从母岩中析出的难易程度不同，而按一定顺序从母岩中分离出来，这种现象就叫-2、转移顺序一、母岩的风化作用和产物——沉积岩主要原始物质的形成“水迁移系数——kx”衡量元素在风化带中的迁移能力Kx值高，该元素从岩石中淋溶进入水中的量越多，迁移能力愈强前苏联学者A.M.彼列尔曼（1955）在B.B.波雷诺夫（1934）的元素迁移序列基础上提出。K=(mx/anx)·100mx—x元素在河水中的含量（mg/ml）；a—河水中矿物质残渣总量（mg/ml）；nx—x元素在该流域岩石中的平均含量（%）。二）元素的风化分异1）.最易迁移元素（Kx=n·10～n·102）Cl,Br,I,S等以卤族元素为主；2）.易迁移元素（Kx=n～n·10）Ca,Mg,Na,F,Sr,K,Zn3）.迁移元素（Kx=n·10-1～n）Cu,Ni,Co,V,Mn,Si（硅酸盐中）,P；4）.惰性（微弱迁移）元素（Kxn·10-1）Fe,Al,Ti,Sc,Y,Tr…5）.几乎不迁移元素（Kx≈n·10-10）Si（石英）一、母岩的风化作用和产物——沉积岩主要原始物质的形成三）主要造岩矿物的风化及其产物1.石英在风化作用过程中稳定性最高，一般只发生机械破碎作用,几乎不发生化学溶解作用。碎屑沉积岩最主要的造岩矿物，在岩石中平均含量达66.8%。在长期的风化作用以及搬运沉积作用过程中，风化稳定性较低的矿物被逐渐破坏而减少了，而风化稳定性高的石英则逐渐相对富集起来。石英成了一、母岩的风化作用和产物——沉积岩主要原始物质的形成三）主要造岩矿物的风化及其产物2.长石长石风化稳定性仅次于石英钾长石多钠的酸性斜长石∨∨斜长石中性斜长石稳定∨多钙的基性斜长石沉积岩中钾长石多于斜长石一、母岩的风化作用和产物——沉积岩主要原始物质的形成（1）钾长石析出K,Si析出K,AlSiO2·nH2O（蛋白石）K[AlSi3O8]→K＜1Al2[(Si,Al)4O10][OH]2·nH2O→Al4[Si4O10][OH]8→钾长石+H2O水云母+H2O高岭石Al2O3·nH2O（铝土矿）（2）斜长石的风化作用与产物同钾长石相似蛋白石斜长石→蒙脱石→高岭石→铝土矿一、母岩的风化作用和产物——沉积岩主要原始物质的形成3.云母白云母（K）的抗风化能力较强，在沉积岩中较常见。白云母—析出钾，加入水→水白云母→高岭石黑云母（Fe、Mg）的抗风化能力比白云母差得多。黑云母—析出K、Mg，加入水→蛭（zhi）石＋绿泥石＋褐铁矿一、母岩的风化作用和产物——沉积岩主要原始物质的形成4.铁镁硅酸盐矿物铁镁硅酸盐矿物抗风化能力比石英、长石、云母差得多橄榄石（岛状）辉石（链状）角闪石。在风化产物中很少保留，在沉积岩中少见。遭受风化时，Ca、Mg等首先析出，Si部分或全部析出，大部分元素在风化带中形成褐铁矿、蛋白石等。一、母岩的风化作用和产物——沉积岩主要原始物质的形成5.碳酸盐矿物方解石、白云石等风化稳定性很差，很易溶于水并被迁移。在碎屑岩中很难见到。只有在干旱气候条件下，在距母岩很近的快速搬运和堆积中，才可能看到由它们组成的岩屑。6.粘土矿物很稳定本来就是在风化条件或沉积环境中生成的，因而在风化带中高岭石伊利石蒙脱石→蛋白石、铝土矿一、母岩的风化作用和产物——沉积岩主要原始物质的形成7.硫酸盐矿物、硫化物矿物，卤化物矿物石膏、硬石膏、黄铁矿、石盐等风化稳定性最低，最易溶于水中，呈溶液态流失。8.岩浆岩及变质岩中的一些次要矿物或副矿物风化稳定性差别很大石榴石、锆英石、刚玉、电气石、锡石、金红石、磁铁矿、榍石、十字石、蓝晶石、独居石、红柱石等风化稳定性较大——沉积岩中的重矿物为什么造岩矿物风化稳定性差别如此之大？1.造岩元素风化分异作用2.矿物的结晶温度（鲍文反应系列）高温矿物抗风化能力差，低温矿物稳定，但金刚石呢？3.矿物的晶体化学性质（晶体构造）氧和阳离子之间的键强度总数（cal/mol）一、母岩的风化作用和产物——沉积岩主要原始物质的形成四）母岩的风化及其产物1.各种岩石的风化及其产物岩石是矿物的集合体，不同的岩石矿物组成不同，再加上结构、产状、形成背景等差异母岩风化的差异性一、母岩的风化作用和产物花岗岩石英：机械破碎——砂粒钾长石：K2O——成为碳酸盐、氯化物进入溶液——溶解物质Al2O3——水化后成为含水硅酸盐——粘土SiO2——少部分游离出来——溶解物质斜长石：Na2O——成为碳酸盐、氯化物进入溶液——溶解物质CaO——碳酸盐，溶于水——溶解物质Al2O3,SiO2——同钾长石白云母：较少分解——云母碎片黑云母：H2O——水溶液——水溶液K2O，Al2O3，SiO2——同钾长石(Mg,Fe)O——碳酸盐,氯化物,赤铁矿,褐铁矿——溶解物质及色素副矿物：锆石、磷灰石——重矿物一、母岩的风化作用和产物——沉积岩主要原始物质的形成花岗岩、花岗闪长岩中性和碱性侵入岩——同花岗质岩石类似基性和超基性侵入岩——易溶元素转移流失；在原地生成蛇纹石、滑石、绿泥石、褐铁矿等。沉积岩——风化作用简单，但差异性大。盐岩、碳酸盐岩易风化，硅岩、石英砂岩较难风化。一、母岩的风化作用和产物——沉积岩主要原始物质的形成四）母岩的风化及其产物2.母岩风化作用的阶段性由于母岩中的各种化学成分在风化作用中转移性质的不同，母岩的风化作用具有明显的阶段性。波雷诺夫将结晶岩的风化过程分为四个阶段，在各阶段中，各有其独特的风化产物（以玄武岩为例）。2.母岩风化作用的阶段性1）机械破碎阶段（碎屑阶段）物理风化为主→岩石或矿物的碎屑，玄武岩的主要矿物成分以辉石和斜长石为代表。2）饱和硅铝阶段：A.化学风化开始，氯化物和硫酸盐全部被溶解，带出Cl-和SO42-(最易转移）B.在O2和H2O的共同作用下，铝硅酸盐和硅酸盐矿物开始分解，游离出碱金属和碱土金属（K+,Na+,Ca2+,Mg2+）离子（易转移）C.析出的阳离子，使溶液呈碱或中性，并使一部分SiO2转入溶液；D.形成少量粘土矿物——蒙脱石、水云母、绿泥石等。3）酸性硅铝阶段：粘土型风化作用A。几乎全部的Ca2+、Na+、K+、Mg2+被带走（易转移），B。SiO2进一步进入溶液，介质由中/碱性转为酸性（可转移），C。形成不含Ca2+、Na+、K+、Mg2+的高岭石、变埃洛石等粘土矿物3）铝铁土阶段：风化作用的最后阶段-红土型风化作用A。硅酸盐矿物彻底地分解，（可移动）B。铁和铝的氧化物和小部分SiO2，呈胶体状态在酸性介质中聚集，在原地形成水铝矿、褐铁矿、针铁矿、赤铁矿和蛋白石。(略可转移、不可转移)C。堆积物是一种红色疏松的铁质或铝质土壤，所以也称红土。上述四个阶段是一个理想的、完整的母岩风化过程，但并不是所有的结晶岩风化作用都能进行到底。风化作用能否达到最后的铝铁土阶段，取决于母岩岩性、气候、地形、地壳运动强度、风化时间长短等因素，尤其是气候因素。干旱沙漠地区，母岩风化可长期停留在碎屑阶段，例如塔里木盆地边缘地带母岩长期处于风化作用第一阶段，植被发育的温湿地区可达到并长期停留在酸性硅铝阶段潮热地区可达到铝铁土阶段，例如夏威夷火山岩。3.母岩风化产物的类型岩石的风化及产物由矿物的风化情况决定，不同母岩风化阶段基本一致，其风化产物的大类一致3.母岩风化产物的类型（1）碎屑残留物质：主要是指母岩的岩屑或矿物碎屑。在风化作用的第一阶段最发育。（2）新生成的矿物：主要指在化学风化作用过程中新生成的一些矿物，如水白云母、高岭石、蒙脱石、蛋白石、铝土矿、褐铁矿等。按其成因应为“化学风化物质”；（3）溶解物质：主要是指母岩在化学风化过程中被溶解的那些成分，如Cl、S、Ca、Na、Mg、K、Si、Fe、Al、P等。五）风化壳1.风化壳或风化带的概念•地壳表层岩石经过风化作用，除一部分溶液物质流失以外，其碎屑残余物质和新生成的化学风化物质大部分残留在原来的岩石表层，这个由风化残留物质组成的地表岩石的表层部分，叫作风化壳或风化带。或者说已风化了的地表岩石的表层部分。2.风化程度因深度而不同•表层风化程度较深；•深处风化程度较浅；•最终过渡到未风化的母岩。3.风化壳的厚度决定于母岩性质、气候、地形、构造等因素。母岩性质是最根本的因素气候湿热、地形平坦、构造活动比较稳定风化作用较强，风化残留物质易于保存，风化壳厚度较大；相反条件下，风化壳厚度较小，以致为零。4.古风化壳•定义：风化壳分为古代和现代的，以第三纪为界。•古代风化壳同现代风化壳有很大的不同。由于保存条件的限制，古风化壳大都残缺不全，且由于经历成岩作用和后生作用，可以认为是没有经过搬运的沉积岩。古风化壳有很重要的地质意义和经济意义•地壳上升、沉积间断、不整合的重要标志•秦皇岛龙山砂岩和绥中花岗岩之间标志：红色、土黄色褐铁矿。•古地理、古气候分析的重要依据•蕴藏高岭石矿、铝土矿、铁矿、镍矿等重要的非金属和金属矿产；•在风化壳下或其中还可以形成油气藏。•如1990年东濮凹陷北部户部寨构造首次发现了中生界～沙河街组碎屑岩低渗致密风化壳含气新层系。1989年6～9月，陕甘宁盆地科探井陕参1井和榆3井在奥陶系马家沟组顶部碳酸盐岩风化壳中试产，获天然气产量28.3×104m3，从此揭开了开发陕甘宁盆地中部大气田的序幕。保德桥头奥陶系风化面黑岱沟本溪组顶部风化面保德扒搂沟奥陶系风化面保德扒搂沟奥陶系风化面之上铁矿二、沉积物的其它来源（一）生物成因（生物源）的沉积物1.无机成分为主的生物残骸生物的硬体部分—动物的外壳和骨骼、藻类、植物的硅/钙化遗体等，常保存为化石或生物碎片，一般为碳酸盐、磷酸盐和硅质等。2.有机生物残体植物体和动物的软体部分，主要是C、H、O、N、P等元素组成的碳氢化合物—有机质。一部分转化为石油、天然气、油页岩、煤等，大部分呈分散状态存在于沉积岩中。（二）深部来源（深源）的物质火山爆发作用带到地表或水下的火山物质直接堆积成火山碎屑岩，or混入正常的碎屑岩中。沿深断裂流出地表或注入湖泊等水体的地下深层的热卤水、温泉、热气液等盐岩、膏岩、硅岩、铁岩、锰岩等岩石和铅、锌等矿床。（三）宇宙（来）源的物质从宇宙空间落到地球上的陨石及其尘埃→沉积物和沉积岩中，构成沉积岩组成部分，也可为解释某些地质和地史现象提供假想证据——恐龙灭绝之谜大小悬殊，可从几十克到1000多千克（1976年吉林陨石雨中最大的陨石重达1770kg）以至数十吨或更重；小至微米、尘埃。每年降落在地球上的较大陨石的数量有几千吨，小的尘埃不计其数。