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1 沉积物形成搬运沉积

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第一章沉积物的形成、搬运和沉积作用第一章 沉积物的形成、搬运和沉积作用一、沉积物的来源(一)沉积物的主要来源 —母岩风化产物(二)生物来源的沉积物(三)深部来源的沉积物(四)宇宙来源的沉积物二、沉积物的搬运和沉积作用(一)搬运和沉积的方式和主要地质营力(二)机械搬运和沉积作用(三)溶解物质的搬运和化学沉积作用(四)生物的搬运和沉积作用一、沉积物的来源沉积学研究的对象是沉积岩。思考:沉积岩的形成和变化过程包括哪些阶段?一、沉积物的来源沉积岩的形成和变化的过程包括以下阶段:风化作用 → 搬运作用 → 沉积作用 →→ 同生作用 → 成岩作用 → 后生作用 → 表生作用前三个阶段统称为 沉积物形成阶段 。后四个阶段统称为 沉积期后阶段 。一、沉积物的来源沉积岩主要包括火山碎屑岩、陆源碎屑岩、内源沉积岩。环境(相)标志中,成分标志是一重要方面,沉积物的来源主要是为研究成分服务的。沉积岩的组成物质来源有:1、 陆源物质 — 母岩的风化产物;2、 生物源物质 — 生物残骸和有机质;3、 深源物质 — 火山碎屑物质和深部热卤水;4、 宇宙源物质 — 陨石、宇宙尘。一、沉积物的来源(一)沉积物的主要来源 —母岩风化产物(二)生物来源的沉积物(三)深部来源的沉积物(四)宇宙来源的沉积物有关概念1.风化作用 :地表岩石在温度变化、大气、水、生物等作用下,岩石发生机械破碎和化学变化的过程。风化阶段是沉积岩形成过程的第一阶段。2.母岩 :沉积物风化前的岩石(先成岩石)称为母岩。 母岩可以是岩浆岩或变质岩,也可以是先成的沉积岩。3.物源区 :供给沉积物的地区(母岩所在的地区),称为物源区(也称供给区或陆源区)。4.陆源碎屑 :母岩经过风化作用后的残余碎屑物质。包括岩屑和单矿物。包括碎屑物质和不溶残余物质。陆源碎屑是分析物源区母岩类型的直接证据。和 陆源碎屑 相对应的是 内碎屑 (在沉积盆地内形成的)。(一)沉积物的主要来源 —母岩风化产物按作用性质和因素的不同 风化作用 可分为:物理风化作用 物化学物理风化作用 只造成岩石的机械破碎,没有成分上的变化。化学风化作用 则会使矿物发生分解,分解出来的元素有一部分被地表水和地下水带走,其余部分则成为在地表条件下稳定的新生矿物。生物风化作用 的表现形式既有机械的破碎,又有化学的分解,但后者是主要的。(一)沉积物的主要来源 —母岩风化产物岩石发生机械破碎的 基本营力 是温度变化、晶体生长(冰劈作用、盐的结晶)、植物的根劈作用、动物的潜穴活动、重力效应、以及水、风和冰川的机械破坏作用等。有些生物对岩石的机械破碎作用是与生物的化学分解作用同时进行的,如地衣菌丝对岩石的破坏。机械破碎作用与化学分解作用相比则是次要的,只在严寒的极地和高山地区,以及气候干燥、温度变化剧烈的沙漠地区才相对重要些。(一)沉积物的主要来源 —母岩风化产物岩石化学分解起岩石化学分解的 主要因素 是 水、氧和二氧化碳 ,以及有机质。从本质上讲,化学风化就是富含氧和二氧化碳的水(雨水和土壤水)以及有机酸与矿物发生化学反应的过程。因此,化学风化主要是通过氧化作用、水化和水解作用、酸的作用、离子交换等方式进行的。近来生物的化学分解作用愈来愈被人们所重视,尤其是微生物和藻的作用,因为它们不仅分布广、适应性强,而且对岩石的分解作用要比其它生物更为有效。生物不但能产生大量有机酸和2且还有氧化还原机能、吸附和浓集元素的机能。母岩风化产物母岩的风化产物,按其性质可分为三类:母岩机械破碎的产物,如石英、长石、岩屑、云母碎片,锆石砂等。这类物质经过搬运母岩在分解过程中新生成的不溶物质,如粘土矿物、氧化铁色素。粘土矿物为主形成泥岩(泥岩、粘土岩)。呈溶液状态被带走。如的成化学岩和生物化学岩。这三类风化产物构成了最常见的三类沉积岩的基本物质:碎屑物质 是 陆源碎屑岩 (砾岩、砂岩和粉砂岩)的主要成分;不溶残积物中的 粘土矿物 是陆源沉积岩中 泥质岩 的主要成分;溶解物质 则构成了 化学和生物化学岩 (内源沉积岩) 。(一)母岩的风化产物 —沉积物的主要来源影响风化产物的因素:1.母岩的类型: 石英岩 ⇒形成碎屑石膏、岩盐 ⇒形成溶解物质2.风化深度: 长石:风化弱 ⇒ 风化中等 ⇒风化深水云母 ⇒高岭石或蒙脱石 ⇒氧化铝3.风化作用的性质: 物理风化 ⇒碎屑物质化学风化 ⇒溶解物质 +不溶残余物一、沉积物的来源(一)沉积物的主要来源 —母岩风化产物(二)生物来源的沉积物(三)深部来源的沉积物(四)宇宙来源的沉积物(二)生物来源的沉积物生物驱体包括:生物硬体 — 外骨骼和内骨骼 — 生物残骸;生物软体 — 有机质生物的 硬体成分 大部分是 碳酸盐质 (主要是方解石、文石),少部分是 磷酸盐质(碳氟磷灰石)和 硅质 (蛋白石及其重结晶的玉髓、石英)。生物碎屑是碎屑岩颗粒的一种,它们的溶解物是 内源沉积 岩的重要成分之一。(二)生物来源的沉积物生物的 软体 主要是由 碳、氢、氧、氮、硫、磷 等元素所组成的碳氢化合物(有机物)。沉积岩中的有机物经过沉积期后的生物化学作用,变得更为复杂,已发现有500多种有机化合物。最基本类型为 氨基化合物、碳水化合物、类脂化合物、木质素 和色素 。氨基化合物 和 碳水化合物 在生物死亡埋藏后的细菌作用下大部分分解消耗掉,同时形成 甲烷 (油、气的母质);木质素 和 类脂化合物 比较稳定,前者是 成煤 的母质,后者是 成油 、 气 的母质。一、沉积物的来源(一)沉积物的主要来源 —母岩风化产物(二)生物来源的沉积物(三)深部来源的沉积物(四)宇宙来源的沉积物(三)深部来源的沉积物这是指由火山作用带到地表的火山碎屑物及其伴生的气热液和沿深断裂流出地表的热卤水。1.火山碎屑物火山喷发时,岩浆可以溢出地表冷凝成 熔岩 ,也可爆发成火山碎屑物质喷发到空中再降落地表,可以集中堆积成 火山碎屑岩 ,也可分散掺杂于其它沉积物中(凝灰岩夹层)。与火山碎屑物质喷发的同时还往往伴随有 气热液 的喷发,它们有时可成为某些内源沉积岩和沉积矿床(如硅、铁、有色金属)的重要物质来源。(三)深部来源的沉积物2.深部热卤水深部热卤水在成岩、成矿中具有重要的意义。现代热卤水分布广泛,不仅海底有,大陆上也有。最著名的是红海海底热卤水,其盐度为 温度达 在苏联里海切列谦半岛和堪察加半岛、美国加利福尼亚州索尔顿湖等地区都发现有热卤水;以色列在钻井 100— 3000非裂谷的热卤水形成了某些咸水湖;有人认为死海是由深断裂排出的氯化钙水引起钾、溴的富集。深部热卤水的化学成分特点各不相同,但多半为 氯化钙型 或 碳酸盐型 ,含钾、钙及重金属元素量较高。(三)深部来源的沉积物深部热卤水的来源和成因 :1)来自地壳深部或上地幔的岩浆水;2)深部埋藏的古卤水,其中有些是油田水;3)地表水向下渗流萃取了地层中的盐类物质和金属元素形成的热卤水;4)多种成因的热卤水混合(混合型热卤水)。(三)深部来源的沉积物深部卤水的意义 :在某些金属矿床形成中起重要的作用;形成某些蒸发岩,如巴西和西非的白垩纪钾盐矿床富含为除海水外,还有深部卤水的补给;我国柴达木盆地第四纪盐类沉积也认为至少有一部分成盐物质来自深部;苏联有一个规模很大的晚侏罗纪石膏矿床,成因研究认为这样大规模的石膏沉积不可能由海水供给,可能来自深部卤水。深部气热液和卤水有可能成为萤石、天青石、重晶石等矿床的重要来源。熔岩流一、沉积物的来源(一)沉积物的主要来源 —母岩风化产物(二)生物来源的沉积物(三)深部来源的沉积物(四)宇宙来源的沉积物(四)宇宙来源的沉积物1. 陨石 :来自宇宙空间的固体物质。陨石大小极为悬殊,如1976年我国吉林陨石雨中最大陨石重达1770公斤,最小的仅十几克;世界上还有重达数十吨的陨石,如西南非洲纳米比亚的霍巴(陨石。2. 宇宙尘 :来自宇宙空间的极为细小的微粒,通常被称作宇宙尘埃(或称微陨石)。宇宙物质可能大部分成为尘埃状落到地球上。与其它来源的沉积物相比,宇宙来源的沉积物数量是非常稀少的,但在 事件地层学 (界线粘土层)研究中意义重大。992)统计有 132个尤尔纳海底环形构造1993年据地震剖面发现于巴伦支海第一章 沉积物的形成、搬运和沉积作用一、沉积物的来源(一)沉积物的主要来源 —母岩风化产物(二)生物来源的沉积物(三)深部来源的沉积物(四)宇宙来源的沉积物二、沉积物的搬运和沉积作用(一)搬运和沉积的方式和主要地质营力(二)机械搬运和沉积作用(三)溶解物质的搬运和化学沉积作用(四)生物的搬运和沉积作用二、沉积物的搬运和沉积作用(一)搬运和沉积的方式和主要地质营力(二)机械搬运和沉积作用(三)溶解物质的搬运和化学沉积作用(四)生物的搬运和沉积作用(一)搬运和沉积的方式和主要地质营力沉积物的形成作用包括风化作用、搬运作用及沉积作用。 风化、搬运和沉积是三个连续而又独立的阶段,但又是相互交替和重叠的。风化作用是先成岩石转化为新沉积岩物质的开始。 随着介质搬运能力的减弱,被搬运的沉积物要发生沉积;沉积下来后可长期固定不再移动,也可由于地壳上升、侵蚀基准面下降等,使已沉积下来的沉积物又发生侵蚀而重新被搬运。(一)搬运和沉积的方式和主要地质营力不同类型的沉积物有不同的搬运和沉积作用特点。 碎屑物质和粘土物质(在水和风介质中)服从于力学定律 , 而溶解物质则服从化学定律 。溶解物质在生物作用下可形成特殊的有机沉积物。按沉积物被搬运和沉积的方式不同可将沉积物的搬运和沉积作用 类型 分为: 机械 搬运和沉积作用,溶解物质的搬运和 化学 沉积作用, 生物 搬运和沉积作用。1、沉积物的搬运和沉积作用类型(1) 机械搬运和沉积作用: 碎屑物质、粘土物质及内源颗粒物质的搬运和沉积作用是受流体力学定律支配。如悬浮在介质中被搬运,称作 悬移搬运 ;如在介质底部呈滚动或跳动方式被搬运,称为 推移搬运 。(2) 溶解物质的搬运和化学沉积作用: 溶解物质在水介质中以真溶液、胶体溶液的状态被搬运。其搬运和沉积作用是受化学和物理化学定律所支配。(3)生物搬运和沉积作用: 生物的搬运作用相对来说意义不大,但其沉积作用意义巨大。通过生物生理作用、生物物理作用 和 生物化学作用 可使大量溶解物质、内源颗粒物质以及部分粘土物质发生沉积。2、搬运和沉积的主要地质营力地质作用: 造成地壳物质组成、结构、构造等发生变化的各种作用。地质营力: 地质作用的能量。介质: 传播能量的媒介物质。风化、搬运和沉积作用的介质类型有三种(三态):液态 :水,包括地面流水、地下水、湖泊和海洋等固态 :冰川气态 :大气和风液态地面流水 是指陆地表面流动的水体,它是陆地上最主要的外力地质营力。地面流水通常按水源补给特点分为 暂时性流水 和 常年性流水 两种,前者包括片流和洪流,后者为河流。地下水 是指埋藏在地表以下岩石和松散堆积物的孔隙、裂隙中的水。以化学作用为主,故在可溶性岩石地区,如碳酸盐岩等地区,这种地质作用发育。湖泊与海洋 营力的特点很相似,只是前者在规模上小一些。湖泊是陆地上主要的积水盆地,常以沉积作用为主。海洋是地球上最大的沉积盆地。陆地上大多数碎屑物质最终都沉积在海洋中,所以海洋地质作用最显著的特点是以沉积作用为主。牵引流重力流(瀑布)地表水流类型地表水流类型气态大气 是通过气温的频繁变化、大气中水汽、气对流便形成 风 。大气圈中由于不同纬度地区所接收的太阳辐射量不一样,可形成固定方向的大气对流,在大范围内也就形成了定向的风向带,从而也决定了地球表面不同地区风的地质作用强弱不同。风的地质作用是纯机械的,在干旱、半干旱地区比较盛行。固态冰川 是一种固体冰流,它分布于高寒地区,运动速度慢,而且是整体向前运动。所以,冰川的地质作用仅分布于寒冷地区,如高山、极地,且作用方式是纯机械的。3、搬运和沉积中流体的基本类型水和大气是两种最主要的搬运和沉积介质,它们都是流体。自然界存在的、作为沉积物搬运和沉积的流体有两种基本类型 : 牵引流 与 重力流 。牵引流和重力流的流体力学性质、沉积物的搬运方式、流体与颗粒之间的力学关系等方面都有显著差异,从而形成的沉积物也有各自的特点。牵引流 包括水流(包括河流、海流、波浪流、潮汐流、等深流等)和大气流。重力流 包括泥石流、颗粒流、液化流、浊流。(1)牵引流牵引流( 是以一定的动力(推力或上举力)拖曳(或牵引)导致流体运动并带动碎屑颗粒运动的流体。牵引流属于牛顿流体。牵引流对沉积物的 机械搬运 方式既有 推移方式 搬运,又有 悬移方式 搬运。牵引流的搬运力 表现在两个方面:一是流体作用于沉积物上的 推力 (即牵引力), 推力的大小主要取决于流体的流速 ,推力愈大则能搬运的沉积物颗粒愈大;另一是 负荷力 (或称载荷力), 负荷力的大小主要取决于流体流量 ,负荷力愈大则能搬运的沉积物数量就愈多。推力公式 · (ρ2式中ρ为介质密度;力大不一定负荷力就大 ,反之亦然。例如,山间急流可以搬运达几十吨重的巨石,而浩翰的长江,尽管每年能搬运970×106 t 物质,却不能推动一块大的砾石。山间急流的负荷力虽小而推力却很大;长江推力小而负荷力却很大。 可见牵引流驱使沉积颗粒移动的动力是流体流动所产生的推力(牵引力)。流体中被搬运的沉积物称作 载荷 (单位时间内流经某一横断面的沉积物总量(或称容量)称作 载荷量 。按沉积物搬运方式不同可分为 :(1) 溶解载荷 (2) 悬移载荷 (3) 推移载荷 (床沙载荷(当一流体不能再携带更多的沉积物时,那就是 满载 ;随着流速降低,流量减小,流体的推力和负荷力就要减弱,成为 超载 ,这时沉积物就会由粗到细依次发生沉积。(2) 重力流重力流 (是水和悬浮颗粒的高密度混合体,是在重力作用下发生流动的高密度流体,属于非牛顿流体的宾汉流体。重力流的流动以及驱使沉积物发生移动的 动力是重力 。它的流动主要是由于作用于高密度固态物质上的重力所引起,重力流的流动都是 沿斜坡向下移动 的,因此,重力流沉积物大量分布在大陆斜坡边缘的盆地深处。重力流 属于非牛顿流体。 重力流 对沉积物的 机械搬运 方式以 悬移方式 搬运为主。沉积物重力流是一种在重力作用下发生流动的弥散有大量沉积物的 高密度流体 。约翰逊(1930)曾将这类流体称作 “浊流 ”(随着研究工作的深入,已发现浊流仅是沉积物重力流中的一种类型。重力流因其密度较高,通常是在盆地的底部沿斜坡向下流动,到沉积盆地深处堆积下来。随着搬运距离增大,浊流可与上覆水体混合而降低其密度,但这种混合作用是相当缓慢的,或者由于流速降低而使运载的悬浮物下沉,密度也就降低。 重力流随着密度降低,可向牵引流转变 。牵引流与重力流的基本特征对比牵引流 重力流实例 水流(河流、海流、 泥石流、颗粒流、潮汐流、等深流)和 液化流和浊流大气流流体类型 牛顿流体 非牛顿流体(宾汉流体)机械搬运方式 推移和悬浮搬运 悬浮搬运重力流与牵引流的对比脉动脉动沉积物位能沉积物位能大于内部凝大于内部凝聚力或摩擦聚力或摩擦阻力阻力碎屑流碎屑流液化液化沉积物流沉积物流颗粒流颗粒流浊流浊流重力流重力流持续持续水流活动水流活动河流河流潮流潮流沿岸流沿岸流等深流等深流牵引流牵引流表现特征表现特征触发机制触发机制主要类型主要类型二、沉积物的搬运和沉积作用(一)搬运和沉积的方式和主要地质营力(二)机械搬运和沉积作用(三)溶解物质的搬运和化学沉积作用(四)生物的搬运和沉积作用(二)且还可以搬运溶解物质;不仅有机械沉积作用,而且还有广泛的化学和生物沉积作用。(1)碎屑颗粒在牵引流介质中的搬运方式按碎屑物质或颗粒与所在流体的力学关系,颗粒在流体中明显地具有 三种搬运方式 ,即 滚动 、 跳跃 和 悬浮。碎屑在牵引流中的搬运方式碎屑在牵引流中的搬运方式滚动跳跃悬浮溶解水流方向水流方向碎屑颗粒在牵引流中的搬运方式与碎屑大小有关,而颗粒大小又与水体流速关系密切。据尤尔斯特隆图解(936) 可以说明。(1)底部牵引流产生的最简单搬运形式。假定颗粒是球粒的,停留在平滑的底面上,水力直接作用于颗粒向上游的一面。因为底部有摩擦阻力,所以作用于其顶部的流水比其下部的流水速度更快,推力更大,故颗粒趋向于滚动。据计算,如果两颗粒的直径,一个为另一个的 2倍, 那么作用于颗粒的推力大颗粒是小颗粒的 4倍 ,而大颗粒重量 8倍 于小颗粒。结论: 推动更粗的砾石需要更大的力 。因此,流速一致的情况下,较细的砂比粗的砾更容易移动;而当河流的流速下降,最粗的颗粒因推力减小首先沉积。(1)碎屑颗粒在牵引流介质中的搬运方式B. 跳跃搬运碎屑颗粒顺流一边跳跃一边向前(时沉时浮),称跳跃搬运。 引起颗粒跳跃的条件是 :① 底部不平 ,使颗粒碰撞底部障碍物或其它颗粒而激发的 向上弹跳力 ;②由 流速 引起的 顺流推力 ;③水流引起的 上举力 (或扬举力),此种力一是起源于向上涡流,一是起源于颗粒附近流速变化引起的压力差。(1)长期内很难下沉的状态称悬浮状态。呈这种状态的颗粒搬运方式称 悬浮搬运 。碎屑颗粒或沉积颗粒能否在静水中呈悬浮状取决于两种力的比率: 一是向下的力 ,即gm(一是反向的 向上摩擦阻力(f),这是由水的粘滞性产生的。如果颗粒较粗,其向下的力(向上的力(f),不能悬浮;细颗粒不能很快克服向上的阻力,所以经常悬浮在水体中。这些悬浮颗粒的沉降速度大于水流平均流速的 8% 时就会发生沉积。 而颗粒的沉降速度一般与颗粒的粒度、相对密度度、形状以及水介质的性质有关 。(3)牵引流沉积作用形成的碎屑沉积物的分布规律据实际观察,通过牵引流沉积作用形成的碎屑沉积物服从于机械沉积分异规律。沉积分异作用 粒的大小、形状、比重)或化学成分,呈规律性依次沉积的现象,称为 沉积分异作用 。划分为: 机械沉积分异作用化学沉积分异作用(3)牵引流沉积作用形成的碎屑沉积物的分布规律机械沉积分异作用 ,是指母岩风化的碎屑物质和粘土物质在搬运和沉积过程中,当沉积介质(如河水)运动速度和运移能力降低时,它们相应地按照 颗粒大小 、 形状 、 比重 发生分异并依次沉积的现象。机械沉积分异作用主要受物理因素支配或受力学定律控制。影响机械沉积分异作用的 物理因素 主要有: 颗粒大小、形状、密度。 在机械分异时,碎屑颗粒的物理特性是内因,搬运介质的性质与速度是外因。(3)牵引流沉积作用形成的碎屑沉积物的分布规律A、颗粒大小: 下图表示了碎屑物质按 颗粒大小 (即粒度)进行机械分异的图式。当河流流速逐渐降低时,碎屑颗粒按大小不同作有规律分异:近源处粗颗粒先沉积,细颗粒被搬运到远源处沉积,即按 砾石→砂→粉砂→粘土 的顺序分布。这与多数河流从上游到下游碎屑颗粒的分布规律一致。(3)牵引流沉积作用形成的碎屑沉积物的分布规律B、密度: 矿物相对密度与其沉速成正比 。故沿河流的流动方向,在碎屑粒度相近的条件下,矿物按相对密度不同进行分异,重者先沉积、轻的后沉积(砂金常和比其粒度粗的粗砂和细砾共生)。金→黄铁矿→铬铁矿→石英→石墨→ 粒形状: 按 形状分异 即是 粒状颗粒近源沉降, 片状矿物可以搬运到较远处 ,与较细的粒状矿物共同沉积,故在细粒沉积岩层面上常富集较大的片状白云母。机械分异作用对于金属与非金属矿物富集有很大的影响。机械沉积分异愈完全,碎屑沉积物分异程度也就越高。 如果原来的矿物成分种类比较简单,常形成单矿物堆积, 石英砂就是一例。如果是多种矿物组成的碎屑物质(包括一些有经济价值的矿物),在机械分异作用下,往往是比重大而体积小的碎屑矿物同比重小而颗粒大的碎屑矿物混在一起。如很多 含金砾岩 ,其中砾石可达3自然金的颗粒却不过几毫米。由于机械沉积分异的结果,形成由粗到细的碎屑为主的岩石,如砾岩、砂岩、粉砂岩和泥质岩等。同时这些碎屑沉积物(河流条件下)还可形成 重要的金属砂矿 ,诸如金、铂、锡石、黑钨矿、独居石、金刚石、刚玉等。从母岩区由河流带出的碎屑物,从近源至远源按粒度作规律性变化,对于了解沉积物质的来源区、母岩性质、搬运条件以及恢复古地理和寻找有关的原生矿床,了解矿床分布规律,都有很重要的意义。(二)水下由重力推动的一种含大量碎屑沉积物质(包括粘土)的高密度流体。 当这种流体在斜坡上聚积,其位能大于与底面或与水体界面的摩擦阻力时,便产生流动,逐渐形成高速的重力流。重力流的沉积过程常常是在一定位置上整体沉积。在流动时,以整体形式搬运,并且有明显的边界,所以有人把重力流称为 整体流(块体流) 。米德尔顿和汉普顿(973)对水底重力流进行了系统研究, 根据颗粒的 支撑机理 和堆积的 沉积物类型 ,可分成四类,即 泥石流 、 颗粒流 、 液化流 和 浊流 。(1)泥石流(碎屑流, 义 :是一种含有大量粗碎屑和粘土、呈涌浪状前进的粘稠流体。换句话说:是一种砾、砂、泥和水相混合的高密度流体。发育部位和条件 :在陆上山麓环境中常见。泥石流流动所需坡度大于牵引流,一般为 5°左右。在水体中也能形成泥石流,如峡谷的源头处,海底扇的顶部。但水体中的泥石流易被周围的水稀释,凝聚力减少,颗粒粒度变细,逐渐失去泥石流性质。组成 :泥石流中含水量仅 40密度为 度可高达 100s (纯水仅 s)。形成机理 :由“基质凝聚力”支撑,即砂砾在块体内被填隙的粘土和水的基质起着支撑和搬运动力(泥和水混合组成的杂基支撑着砂、砾使之呈悬浮状态被搬运)。沉积特征 : 基质支撑结构的砾石质泥岩或含砾粗砂质泥岩。(2)颗粒流 ( 义 :颗粒之间没有粘结力或凝聚力的流体(无凝聚力颗粒(砂、砾)所组成的重力流)。发育部位和条件 :未固结的颗粒沉积物 (物质基础 ),斜坡(部位 ),地震、风暴(诱发因素)。颗粒的 扩散应力是颗粒流能形成流体的基本因素 ,它促使沉积物“液化”,未固结的砂体是经过分选、 冲洗较彻底的高能产物,因突然断裂或地震、暴风浪的 强烈作用,使局部斜坡变陡或沉积物不稳而崩落,并顺 坡高速向深部流动,最后在坡脚散开而沉积。如果中途 裹协有大量泥,则颗粒流向浊流转化。形成机理 : 该流体由颗粒相互碰撞作用,传递剪切力,并产生扩散应力而支撑和搬运沉积物(由于颗粒的相互碰撞所产生的向上支撑应力,阻止了颗粒从流动中沉积下来)。沉积特征 : 颗粒流沉积物中常常含有粗大的颗粒,砾石分散地 “漂浮 ”在砂粒中,常形成砾状砂岩或砾岩。(3) 液化沉积物流 ( 义 :由颗粒间空隙中液体的向上流动而支撑颗粒,并在重力作用下呈块体运动的重力流。发育部位和条件: 未固结的颗粒沉积物 (物质基础 ),斜坡(部位 ),地震、风暴(诱发因素)。形成机理 : 当沉积作用很缓慢时,沉积物的重量全由固态颗粒所支撑,这时空隙压力与流体静压力相等,颗粒与流体处于平衡状态;当快速堆积时(或沉积物受到振动时),可造成沉积物孔隙压力大于沉积物中的静水压力,使流体向上流动并使颗粒呈悬浮状,即沉积物发生“液化”。然后重力作用把沸腾化的沉积物顺坡向下推动,便形成了液化流。沉积特征 : 在流动过程中,孔隙压力将很快消散,液化沉积物强度逐渐减小,于是就发生沉积作用。当然,液化沉积物流也可能向颗粒流或浊流转化。(4)浊流 ( 义 :是一种混合着大量自悬浮沉积物质的高速紊流状态的混浊高密度流,也是由重力推动流动的重力流。发育部位和条件 :未固结的颗粒沉积物 (物质基础 ),斜坡 (部位 ),地震、风暴(诱发因素)。在被动大陆边缘大陆斜坡和三角洲等不稳固的沉积物,由于诱发因素引起液化沉积物流或沉积物滑移、滑塌体并沿斜坡由重力驱使向下流动,同时掀起和裹协周围水底沉积物而不断增大体积。沉积物在紊流情况下呈自悬浮状态,形成大规模突发的高速型浊流 (即碎屑自身重力→引起高速流动→产生紊流出现上举力,又使自身悬浮 ) 。实例 : 1929年加拿大纽芬兰的格兰德海滩海底电缆,在地震后 24小时期间,由北至南相继折断。它是由浊流所致。塞利和尤因 (1952)研究了这一现象,分别计算出浊流的速度为每小时 20成机理 : 浊流的支撑和搬运机理是由流体内湍流的向上分力 (上举力 )支撑并搬运沉积物。沉积特征 :浊积岩,鲍马序列 。浊流沉积的特征962)将浊流的形成与活动分4个阶段:A. 三角洲阶段B. 滑动阶段C. 流动阶段D. 浊流阶段浊流沉积的特征浊流沉积的特征浊流沉积的特征 ) 从分布规律上看,浊流及其它 重力流 沉积不服从机械沉积分异顺序,只在深部沉积位置上沿流动方向出现由粗到细的变化,而且在完整的浊积物层内,自上而下也有相应的变化。(2) 在浊流内的碎屑颗粒(粗到细)几乎 全部呈悬浮状态 ,并且是高浓度的。悬浮颗粒可以较粗。在 牵引流 中,随着颗粒粒度的粗细变化, 三种搬运方式 都存在,其中仅细颗粒(如泥质)具有悬浮搬运的特点,浓度也低。牵引流和浊流在实际作用过程中是可以互相转化的 。例如,洪水期的牵引流(河水)常因悬浮泥砂,密度突然增高,通过三角洲以高速沿较陡斜坡向水下进入湖、海水盆地深部时,具有浊流性质。而典型的浊流疾驰到坡脚平坦地区,流速变小,大量悬浮颗粒不断沉积下来,使得浊流体变稀,密度降低,逐渐向牵引流转化。(二)于颗粒间的碰撞和摩擦,流体对颗粒的分选作用,以及持续进行的化学分解和机械破碎,使得它们的矿物成分、粒度、分选性和外形都要发生变化。(1)矿物成分的变化由于搬运过程中的化学分解、破碎和磨蚀作用,随着搬运距离增长,不稳定组分如长石、铁镁矿物等就会逐渐减少,而稳定组分如石英、燧石等含量就会相对增加。(2)粒度和分选性的变化随着搬运距离的增长,沉积颗粒愈来愈细,分选程度愈来愈高,即颗粒大小愈趋向于一致。(3)颗粒形状的变化由于磨蚀作用,随着搬运距离的增长,颗粒的磨圆程度(圆度)与接近于球形的程度(球度)一般是愈来愈高。积物的搬运和沉积作用(一)搬运和沉积的方式和主要地质营力(二)机械搬运和沉积作用(三)溶解物质的搬运和化学沉积作用(四)生物的搬运和沉积作用(三)溶解物质的搬运和化学沉积作用溶解物质可以呈 胶体溶液 或 真溶液 被搬运,这与物质的溶解度有关,e、呈胶体溶液搬运;而a、沉积盆地中沉淀形成各种自生氧化物和盐类矿物。(三)氧化物和硫化物常呈胶体溶液被搬运,胶体溶液是介于粗分散系(悬浮液)和离子分散系(真溶液)之间的一种溶液,胶体粒子的直径介于1~100μ普通显微镜下不能识别。在搬运过程中,当胶体溶液因两种带不同电荷的胶体相遇,或电解质作用,或浓度增大以及体就发生 凝聚 ,胶体物质即在溶液中集结成为絮状、团块状。在重力作用下,于合适的沉积环境里,逐渐沉积下来。(三)l、S、a、等成分呈离子状态溶解于水中,即可呈真溶液状态搬运。有时n、些可溶物质能否溶解而搬运或沉淀,与本身 溶解度 和 溶度积 有关,而 影响溶解度和搬运及沉积的因素除有温度、压力、子的吸附作用等 。由真溶液化学组分的类型和外界化学条件的变化使真溶液发生有规律性的沉积现象称为 化学沉积分异作用 。即形成的自生矿物或化学沉积物的分布,有一定的趋势或规律。普斯托瓦洛夫所提出的化学沉积分异作用模式,可以表明这种内在联系。(三)溶解物质的搬运和化学沉积作用化学分异的模式自沉积盆地边缘向海盆方向的 沉积顺序 是: 铝土矿→鲕状赤铁矿→鲕状氧化锰矿→二氧化硅→磷酸钙→海绿石→鲕绿泥石→菱铁矿→方解石→白云石, 最后在盐盆地中出现石膏、硬石膏以及氯化钠、钾盐、镁盐。 简化顺序 则是: 氧化物→硅酸盐→碳酸盐→硫酸盐→卤化物 。影响化学沉淀的因素很多,所以该分异顺序是一般的模式,自然界的实际顺序比它复杂得多。二、沉积物的搬运和沉积作用(一)搬运和沉积的方式和主要地质营力(二)机械搬运和沉积作用(三)溶解物质的搬运和化学沉积作用(四)生物的搬运和沉积作用(四)生物的搬运和沉积作用生物作为一种搬运营力的意义较小,但生物的沉积作用却是很重要的。生物在沉积岩和沉积矿产形成中起着重要作用。 生物的沉积作用包括直接方式和间接方式 两种 :(1)直接沉积作用 为生物遗体直接堆积形成岩石或沉积矿床,或通过生命活动和生理作用,例如通过光合作用或吸取养料形成有机体,还可吸取介质中钙、磷、硅等无机盐以及分泌作用形成外壳和骨骼。(2)间接沉积作用 是生物的生命活动过程中或生物遗体分解过程中引起介质的物理化学环境的变化,从而促使某些溶解物质沉淀,或由于有机质的吸附作用而使得某些元素沉积,称为 生物化学沉积作用 。还可以在生物生命活动过程中通过捕获、粘结或障积等作用使沉积物发生沉积,即 生物物理沉积作用 。接沉积成岩作用包括两个方面: 生物遗体中的软体(有机质)和生物硬体(生物骨骼和贝壳)。生物的 有机质 部分埋藏下来经生物化学演化后,可形成石油、天然气和煤,以及油页岩等。无机的生物外壳和骨骼 经富集堆积后可形成岩石或矿床,如生物骨屑石灰岩、生物磷块岩、硅藻土、白垩等。有些生物原来就营群体生活,在生活过程中通过生物分泌作用及生物粘结作用形成坚固骨架,不需要经过成岩作用即可直接成为岩石,如礁灰岩。2、气体或吸收大量就影响沉积介质的氧化还原条件,从而促使某些物质溶解或沉淀或促进一些有用金属元素富集。实例: 植物的光合作用 ,每生成1g 细菌 (将二价铁氧化为三价铁,从而有利于铁的沉淀。有机质的分解使 介质变成还原环境 ,可促使某些物质沉淀或溶解,如含铜化合物在还原条件下即易于沉淀。有机质的吸附作用 使得溶液中低浓度元素得以沉淀,煤及黑色页岩中往往富集有各种金属元素即与有机质有关。)藻类的捕获和粘结作用 :蓝绿藻能分泌粘液,在蓝绿藻构成的藻席表面形成有机质薄膜,这种粘液可捕获和粘结水中的碳酸盐颗粒,使之沉积于藻体表面。当一层藻席被新的沉积物覆盖时,藻丝体就会穿过上覆沉积物并繁殖于其表面,重新形成新的藻席,如此周而复始,形成由生物物理沉积作用形成的富藻纹层和非生物成因(机械沉积)的富屑纹层交替出现的叠层石及其他藻纹层沉积物。(2)生物障积作用: 当流水流经丛生有枝状珊瑚或枝状藻类的地区时,流速受阻,流水中所携带的沉积物即沉积成障积岩。第一章沉积物的形成、搬运和沉积作用结束谢谢大家第一章小结主要概念: 风化作用 母岩 物源区 陆源碎屑牵引流 重力流 载荷 浊流 溶解载荷悬移载荷 推移载荷 床沙形态 滚动搬运跳跃搬运 悬浮搬运 生物沉积作用机械沉积分异作用 化学沉积分异作用思考题:1、沉积物的四种来源?2、风化作用的类型及产物?3、沉积物的搬运方式和沉积方式有哪些?4、牵引流与重力流的沉积特征及其区别 。
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