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1沉积学多媒体教程(第一章)

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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 (第一章 )李文厚 编西北大学地质系 2002年 2月 25日第一章 绪论第一节 沉积岩 、 沉积岩石学 、 沉积学和沉积古地理学第二节 沉积学的发展历史与现状第三节 沉积岩和沉积环境的分类第四节 沉积岩的形成作用第五节 沉积岩的构造和颜色 主要内容第一节 沉积岩、沉积岩石学、沉积学和沉积古地理学一、沉积岩沉积岩 (在地壳表层条件下 , 由风化作用 、 生物作用和某种火山作用的产物 , 经过搬运 、 沉积和成岩等一系列地质作用形成的岩石 。 •形成沉积岩的地壳表层条件是: 积岩是在常温条件下形成的 , 而火成岩和变质岩则是在高温条件形成的 。  沉积岩是在常压条件下形成的 , 而火成岩和变质岩大部分是在高压条件下形成的 。 大部分沉积岩是在水和大气中 2的作用下产生的 , 而这些 因素在火成岩和变质岩的形成过程中是微不足道的 。是火成岩和变质岩形成时所缺少的条件 。 地表有生命存在 , 时代愈新生物繁殖和演变愈烈 , 对沉积岩形成的影响愈显重要 。生物作用的方式一般有两种:一是由生物遗体直接堆积成岩石 ,如生物礁灰岩 、 硅藻土 、 煤 、 石油等;二是通过生物的生命活动制造沉 积岩的原始物质 , 或改变周围介质的水化学条件 , 从而使某些化学物质沉淀下来 。 沉积岩石学 (研究沉积岩的物质成分 、 结构构造 、 分类和形成作用 , 以及沉积环境和分布规律的一门科学 。二、沉积岩石学 是一门基础地质学科 。 在其具有科学属性的同时 ,又因为沉积岩层中蕴藏着丰富的矿产和能源资源 , 因此 , 对沉积岩深入研究也是查明有用矿产赋存规律的必要手段 。 沉积岩不但构成地球与大气圈乃至其他星系之间相互联系的重要枢纽和理想桥梁 ,而且作为一种巨大而复杂的天然地质实验室和特殊资料库 , 记载着从地圈 、 水圈 、 生物圈 、 大气圈乃至其他行星形成到生命演化的连续变化史 , 并与人类生存及社会发展息息相关 。(1)全面地研究沉积岩的物质组分 、 结构 、 构造 、 分类命名 、 岩体产状和岩层之间的接触关系 , 为阐明其成因与分布规律提供依据;(2)探讨沉积岩的形成及演化机理 , 包括风化作用 、 搬运作用 、 沉积作用以及沉积期后的变化的理论;特别是要研究沉积作用及沉积期后的变化所形成的物质组分和结构 、 构造的特点 , 搞清楚沉积岩的成因和某些矿床的成岩成矿机理; (3)进行沉积环境的分析 , 根据沉积岩的原生特点以及时空分布和变化特点 , 用以恢复沉积 岩形成时的古气候条件 、 古地理环境以及大地构造环境;(4)模拟沉积过程 。  三、沉积学 沉积学 (在沉积岩石学基础上发展起来的 , 是研究沉积物的学科 。 它研究沉积的来源 、 沉积条件 、沉积环境 、 沉积作用及沉积物转变为沉积岩的一系列复杂的成岩作用变化 。“ 沉积岩石学 ” 虽然也包括对现代沉积物特征和成因的研究 , 但更多侧重于岩石研究;虽然对宏观岩石学同样予以重视 , 但更多立足于显微镜和电子显微镜下的室内研究 。 因此 , “ 沉积岩石学 ” 和 “ 沉积学 ” 的研究内容是相互渗透和不可分割的 , 同时又存在不同的研究分工 。 四、沉积古地理学 沉积古地理学 (对一定地质历史时期形成的地层进行沉积相分析 , 研究不同地区的沉积环境条件及其相互关系 , 再造当时的海陆分布 、 自然地理和气候特征的学科 。 它与沉积岩石学 、 沉积学和地层学的关系最为密切 。 沉积古地理学是沉积学的一项重要研究内容 , 其主要任务是 重建地质历史时期的沉积环境 。积相和沉积体系 地球表面的自然地理环境按照沉积作用特征可以分为两大类:一类以剥蚀作用为主 , 另一类以沉积作用为主 。以剥蚀作用为主的地区是沉积物的供应者 , 称为物源区或母岩区 , 属 剥蚀环境 ;以沉积作用为主的地区是接受沉积物 , 发生沉积作用的地区 , 称为 沉积环境 。沉积环境由于在地层中保存有大量的物质记录 , 理所当然地成了地质学者研究的重点 。 沉积环境是一个发生沉积作用的地貌单元 , 它们可以根据物理的 、 化学的 、生物学的或地貌的参数定义 。 例如河流环境 、 湖泊环境 、三角洲环境等等 。 由于各种环境都有其独特的物理的 、化学的和生物的作用条件 , 所以它们在其沉积物上必然留有明显的烙印 , 造成有别于其它环境的特征沉积物 。这种在特定环境中形成的沉积物通常称为沉积相 。 现代的自然地理环境可以通过对其物理的 、 化学的和生物学的各种参数的直接观测进行鉴别 。 其中的物理因素包括介质的性质 、 水深 、 流水与波浪的强度 、 流速与流向的变化以及与气候条件相关的温度等 。现代的自然地理环境可以通过对其物理的 、 化学的和生物学的各种参数的直接观测进行鉴别 。 其中的物理因素包括介质的性质 、 水深 、 流水与波浪的强度 、 流速与流向的变化以及与气候条件相关的温度等 。 化学因素有介质的盐度 、 生物因素包括各种动物和植物的作用 。 另外还要考虑岸线的轮廓 、 遮挡条件 、 盆地底部地形 、 规模及毗邻关系等边界条件 。 然而对于已经不复存在的古环境 , 上述参数就失去了标志的作用 , 因此 , 人们只能 根据地质记录中保存的诸如岩石组分 、 结构 、 沉积构造 、 生物学标志和岩体形态等原生沉积特征去分析其形成的过程 , 进而追索古环境的踪迹 。 这些能够反映古代沉积条件和环境特征的标志 , 通常称为 相标志或环境成因的标志 。相的现代概念是瑞士学者 938)首次引入地质文献的 。 最初 , 他用相来表示同一地层单位的各种性质不同的沉积物 , 并认为相的差异反映其形成环境的不同 。后来 , 由于研究者的侧重点不同 , 有关相的概念就出现了较大的分歧 。 目前文献中常见的概念主要有以下几类: 相的概念(1)相是具有一定特征的岩性单位 。 例如红色砂岩相 、黑色页岩相 、 这是一种描述性的术语 , 一般称为 岩相 。(2)相是某种沉积作用的产物 , 如冲积相 、 潮汐相等 。这种概念能够解释岩石的成因 , 可以称为 沉积作用相 。(3)相是沉积条件或沉积环境的综合物质表现 。 如河流相 、 三角洲相等 。 这种概念可以称为 环境相 。(4)相是指某种大地构造背景下形成的沉积产物 。 如复理石相 、 磨拉石相等 。(5)相是指某种沉积环境的生物组合特征 。 如笔石相 、介壳相和礁相等 。 这种相称为生物相或生态相 。 相的概念怎样使用才比较妥当 , 一直是一个有争议的问题 。 如果我们从研究的实际出发 , 将不难发现上述相概念的用法都有其一定的道理 。 例如当人们一时还不能确定岩石的成因时 , 可以用岩相的术语反映客观存在的沉积特征 。 如果人们能够客观地解释某种沉积作用过程 , 也可以用冲积相 、 浊积相等解释性术语 。 具有自然地理环境含义的相术语 , 在我国和原苏联的地质文献中使用得比较普遍 。 对于这种概念 , 我国著名沉积学家叶连俊 (1960)曾做过精辟的论述 。 他认为 , 沉积相既然是沉积环境的具体物质反映 , 就一定要有时间上和空间上的条件 , 即有地层的和古地理环境的含义 。 相的 “ 岩性序列 ” 是沉积环境在时间上演化的反映 , 其侧向上的变异则是沉积环境在空间上非均一性的表现 。 这种见解比较全面地论证了相与环境的辩证关系 。欧美的一些沉积学者不主张使用具有环境含义的相术语 。他们认为 , 古环境的分析是一项很复杂的工作 , 只有在研究了所有的沉积特征 , 并根据与现代沉积的研究建立的相模式对比后 , 环境才能最后确定 (978)。 诚然 , 相模式的出现是现代沉积学的一个重大进步 , 相模式对了解岩相 、沉积作用和环境的关系也有一定的帮助 , 但是由于环境复杂多变 , 目前出现的许多模式还很难同其一一对应 。 为了适应沉积盆地分析的需要 , 60年代末又出现了沉积体系的概念 ,所谓 沉积体系是指与作用相关的沉积相的集合体 (1969)。 我们也可以把它理解为有成因联系的相构成的三维地层单位 。 由于它们是与地貌或自然地理单元相当的地层体 , 所以通常以其生成的环境命名 。 如河流沉积体系 、三角洲沉积体系等等 。 同期沉积体系联接而成的等时地层体被称为沉积体系域 (977)。相和环境的关系是明显的 , 相的各种成因标志都是相应环境的物质表现 。 因此 , 我们可以利用相标志及其在时间上 、 空间上的变化规律重塑古代的沉积环境 。 这种根据相标志恢复古环境的方法称为相分析或环境分析 。 在相分析中通常运用 将今论古 的现实主义原则和 岩石类比的方法 。相分析的最简便方法是相序分析 。 它是根据三度空间相的关系的研究 , 通过对垂向剖面上的岩相组合和沉积构造序列的归纳 , 识别古环境的一种方法 。相序分析的原理 , 早在 1874年就由瓦尔特 (出来了 。其基本论点是 , 在没有沉积间断的地层剖面里 , 垂向上彼此邻接的沉积层 , 在横向上也一定彼此邻接 。 这个原理称为 瓦尔特相律 。近几十年来 , 人们根据瓦尔特相律对沉积剖面中相序的关系进行了大量研究 , 发现环境条件不同的沉积物 , 在剖面上的岩性组合和沉积构造序列存在有明显的差别 。 虽然在类似环境的沉积中不存在完全一样的相序 , 但其基本样式却是类似的 。 因此人们可以根据对现代沉积和古代岩石的大量研究 , 并通过与某些摸拟实验的比较 , 对沉积环境和作用过程进行理论的概括 。 这种对特定沉积环境和某种沉积作用的全面概括 , 称为相模式 。  979)认为 , 一个好的相模式除了本身是一个环境的概括之外 , 还必须起到以下四个方面的作用:(1)可以作为对比的标准; (2)可以作为进一步研究的提纲和指南; (3)可以对新区进行预测; (4)可以作为环境或体系水动力条件解释的基础 。 第一章 绪论第一节 沉积岩 、 沉积岩石学 、 沉积学和沉积古地理学第二节 沉积学的发展历史与现状第三节 沉积岩和沉积环境的分类第四节 沉积岩的形成作用第五节 沉积岩的构造和颜色 主要内容一 、 沉积岩石学的形成人们对沉积岩的认识和利用可以追溯到旧石器时代 。 远在三千多年前的商代 , 勤劳智慧的中国劳动人民就已经采用陶土烧成各种彩陶 , 汉代以后更广泛地开始使用煤 、 石油 、 石盐和石膏 ,例如石油在东汉时就被称为 “ 古漆 ” , 说它是 “ 燃之极明不可食 ” 。 由于对沉积矿产的应用以及实地的观察 , 我国沉积岩方面的科学知识早已萌芽 , 在大量的古书中 , 如在 《 山海经 》 、 《 史记 ·河渠书 》 、 《 汉书 ·地理志 》 、 《 后汉书 ·地理志 》 、 《 后汉书 ·郡国志 》 、 宋朝沈括的 《 梦溪笔谈 》 、 明末宋应星的 《 天工开物 》 及明末清初徐霞客的 《 徐霞客游记 》 等著作中 , 都记载了许多珍贵的沉积岩资料 。 又如唐朝颜真卿作的 《 抚州南城县麻姑仙坛记 》 , 有云: “ 高山石中犹有螺蚌壳 , 或以为桑田所变 ” 。这不但说明了沉积岩的成因 , 而且了认识了沉积岩的化石 , 比欧洲在 1517年第一次认识化石的达 ·芬奇 (452~ 1519)要早七八百年 。 沉积岩石学作为一门独立的地质科学出现 , 还是 19世纪后半叶的事 , 它 最 初 附 属 于 地 层 学 。 英 国 地 质 学 家 索 比(826~ 1908)被称为 “ 近代沉积岩石学奠基者 ” , 他首先运用显微镜研究沉积岩 , 对 “ 石灰岩的构造和成因 ” 、 “ 非钙质成层岩石的构造和成因 ” 、 “ 利用原生沉积构造重塑古地理环境 ”等作了精辟的论述 。 20世纪以后 , 法国学者卡耶 (的《 法国沉积岩 》 、 英国学者米尔纳 (的 《 沉积岩石学 》 、 美国学者童豪富 (的 《 沉积作用论 》 和《 沉 积 学 原 理 》 、 克鲁宾 (和佩蒂庄(著的 《 沉积岩研究法 》 都是沉积岩方面的专著 。 十月革命后的前苏联 , 在本世纪 30年代以后 , 沉积岩石学也有 很 大 的 发 展 , 如 阿 尔 汉 格 尔 斯 基(А р х а н г е л ъ с к и ц ) 、 巴 图 林(В . П . Б а т у р и н ) 、 斯 特 拉 霍 夫(Н . М . С т р а х о в ) 、 普斯托瓦洛夫(Л . В . П у с т о в а л о в ) 、 什 维 佐 夫(Н . М . Шв е ц о в ) 、 布 申 斯 基(Р . И . В у ши в с к и ц ) 、 纳 利 夫 金(Д . В . Н а л и в к и н )等的著作 , 不仅在前苏联而且在我国也有很大的影响 。 二 、 沉积学的发展阶段及研究现状20世纪 50年代以后 , 随着第二次世界大战结束 , 由于发展国民经济对矿产资源的需求 , 沉积学在欧美发展迅速 , 出版了大量有关的总结性专著和专业刊物 , 充分反映了沉积岩石学的研究水平 。 如佩蒂庄著的《 沉积岩 》 ;布拉特 (、 米 德 尔 顿 (和默里(著的 《 沉积岩成因 》 (1972), 对沉积物的成因 , 特别是物理和化学沉积作用的机制和过程作了精辟的叙述;德国学者赖内克(印度学者辛格 (著的 《 陆源碎屑沉积环境 》(1973), 该书从沉积构造出发探讨沉积环境 , 亦已译成中文;英国学者里丁 (H., 编的 《 沉积相与沉积环境 》 (1978)、 美国学者弗里德曼 (桑德斯 (著的 《 沉积学原理 》 (1978)、威尔逊 (的 《 地质历史中的碳酸盐相 》 (1975), 也是很重要的著作 , 反映了现代沉积学的水平 。 应该特别提出的是奎宁 (米格利奥里尼 ( 1950年发表的 《 浊流与形成递变层理的原因 》 一书 , 开辟了浊流研究的新篇章 。 其后 , 荷兰的鲍玛 (奎宁指导下研究浊流及复理石沉积物 , 提出了浊流沉积的特征 , 即“ 鲍玛层序 ” , 并与布劳威尔 (著了 《 浊积岩 》 一书 , 对浊积岩的研究有一定的指导意义 。20世纪 60年代中期由希曾 (出的等深流 (积,20世纪 70年代由凯林 (出的风暴岩 (积,被认为是继浊流沉积之后沉积学领域中的重大发现。迪金森 (的 《 板块构造与沉积作用 》 (1974)一书,则是从板块构造出发进行沉积作用与沉积盆地方面的研究,这是板块构造与沉积作用结合起来的一本代表作。 目前沉积学方面的专业性刊物有 《 of 沉积岩石学杂志 》 (1931年,美国 )、 《 Лнтолрия и ПолезыеИскопаемые》《 沉积岩石学和沉积矿产 》 (1963,苏联 )、 《 沉积地质学 》 (1962,荷兰 )、 《 (沉积学 》 (1963,美国 )、 《 (《 粘土矿物 》 、 (英国 )、 《 粘土和粘土矿物 》 (美国 )。此外,荷兰的埃尔塞维 (版公司出版发行的 《 沉积学的进展 》 专集 (已出版了 40卷 ),是沉积学方面的重要系列书籍。 我国近代沉积岩石学的研究起步较晚,作为一门独立学科的各种研究工作是在新中国建立以后才发展起来的。建国以后,随着国民经济对能源、资源的需求,随着石油、煤、金属与非金属沉积矿产的大规模勘探、开发及研究工作的开展,沉积岩石学与地质学的其他分支学科一样,得到了极大的发展。三、沉积学研究现状沉积学各个领域的研究现状可作如下概括:(1)对各类沉积岩性质和成因的了解更为深入 。 尤以碳酸盐岩最为突出 , 对其成分 、 结构 、 构造 、 沉积和成岩作用 、 沉积环境等方面与传统的认识已大不一样 , 提出了结构成因分类和白云岩形成机理 , 确认了机械作用在其形成过程中起着极其重要的作用 , 生物的作用也比原 来估计的大得多 , 从而打破了单一化学成因的观点 。(2)沉积作用机理的研究有很大的发展 , 并深入到运动学和动力学的解释上 。 20世纪 50年代初在地质学中极为重要的浊流沉积的发现 , 以及 20世纪 60年代中期等深流 (积和近年来风暴岩 (积的提出 , 不仅丰富了海洋沉积的知识 , 而且改变和充实了对沉积物流体的认识 , 表明自然界存在有牵引流和重力流两大类沉积物流体 。 大量水槽试验的资料和流体力学基本原理的引进 , 使得人们对沉积物流体的力学性质和机械沉积作用机理获得了很好的运动学和动力学的解释 , 从而对各类沉积物构造成因的认识更为深入 。大量卤水和稀释溶液的实验研究 , 以及热力学和化学动力学新成果的引进 , 使得对化学和生物化学沉积作用机理的了解日益加深 。 尤其是低温低压下的沉积矿物与沉积水体之间的热力学平衡的研究 , 成岩过程中矿物的转化和自生矿物的形成条件及形成机理的研究 , 孔隙液迁移机理及其对孔隙度 都有不少可喜的进展 。(3)沉积环境方面最重要的进展是提出和完善了一系列沉积模式 , 这表明对沉积岩体加强了时间 、 空间分布和变化规律的研究 。 此外 , 对环境分析标志的研究方面 , 不仅传统方法日趋完善 , 而且新方法不断出现 。 更值得注意的是 , 用地球物理资料解释沉积环境是很有前途的研究领域 , 如新兴的层序地层学 。(4)对整个沉积盆地或更大区域进行了综合性沉积学研究 , 如通过对大地构造及海平面变化的研究 , 气候变化对沉积盆地及沉积作用控制的研究 , 使人们对沉积盆地的成因和分类有了进一步的认识 。 (5)新型沉积矿床的发现和成矿理论研究的不断深入 。(6)统计分析和计算机技术在沉积岩石学中的应用始于 20世纪 30年代 , 但长期以来只是些零星研究 。从 20世纪 60年代开始 , 随着电子计算机和控制论方法在地质学中得到广泛应用 , 这才有效地利用数学方法来解决沉积学中的各种复杂问题 。 如今各种数学方法已在沉积学中广泛应用 , 数据的电子计算机处理 (普遍化则将是现代沉积学的重要标志 。四、沉积学的展望长期以来 , 地球科学的作用主要是通过研究地球指导寻找矿产 、 能源和地下水等自然资源 , 以保证人类和社会发展的需求 , 即所谓的地球科学发展过程的矿产型时代 。 由于工业文明和社会经济的巨大发展 , 人口 、 资源 、 环境等的全球性问题 , 直接威胁着人类生存和社会进步 。 在进入 21世纪之际 , 面对这些严峻挑战 , 地球科学除发挥原有作用外 , 尚需帮助解决社会发展中面临的诸如资源短缺 、 环境恶化及全球变化等重大问题 。 沉积学作为地球科学的主要基础学科之一 ,其重点和前沿将围绕资源 、 环境 、 灾害和全球变化四个主题展开 。 这对沉积学的要求无论从深度或广度上均大大超过了现有沉积学 、 也超越了沉积地质学的知识体系 。 预期在 21世纪 , 除了层序地层学 、 储层沉积学 、 事件沉积学 、 全球旋回地层学 、 盆地分析 、 定量沉积学等的不断发展和完善外 , 更重要的是如下分支学科的诞生和飞速发展 。 1 资源沉积学 面对全球资源的恶性损耗和社会对自然资源需求的与日俱增 , 资源和发展问题成为全球研究热点 , 作为资源科学与沉积学之间交叉渗透产物的资源沉积学 ,将以崭新姿态展现在现代科学的舞台上 , 并可能处于高速发展时期 。 现代资源沉积学的研究重点主要包括资源与环境生态之间关系 , 研究内容涉及资源 、 环境 、生态 、 社会以及它们之间的相互关系 。 其目的是为资源生态 、 资源经济 、 资源管理以及区域资源开发战略等提供背景资料和科学依据 。 可见 , 现代资源沉积学比传统资源沉积学更为社会化 、 环境化和实用化 , 并更具使命性和现实性 。2 环境沉积学 随着国际地圈生物圈计划 ( 国际减灾十年计划 (全球环境变化中的人类因素计划 (重大国际计划的提出和实施 , 环境沉积学应运而生并得到迅速发展 , 其研究内容几乎涉及人类生活和工农业发展的各个领域 。 目前 , 环境沉积学主要通过与生物学 、 生态学 、 土壤学 、 第四纪地质学 、 环境科学和社会科学的交叉综合 , 围绕人地作用 、 人口 、 经济 、 资源 、 环境的协调持续发展开展研究 。 总之 , 未来的环境沉积学必将围绕着环境保护 、 遏止日趋严重的环境恶化方面发展 。3 大陆动力沉积学 20世纪 80年代中期以来 , 由于板块构造学在解决大陆内部地质问题中面临越来越多的挑战 , 在此种背景下 , 大陆动力学应运而生 , 并成为当代地质研究的主要前沿之一 。 其研究核心是把造山带和沉积盆地作为独立的统一系统来研究 , 通过对大陆演化历史 、 构造和物理机制等进行研究 , 阐明大陆岩石圈动力学及其与整个地球系统各圈层之间的相互作用 。 大陆动力沉积学作为大陆动力学和沉积学相互渗透综合的产物 , 它以大陆动力学和沉积学理论为基础 , 探讨与造山带相关的沉积盆地的形成机理和发展演化 。 由于与造山带相邻的沉积盆地是伴随造山带的形成与演化过程而生成 、 发展的 , 因而它是造山事件全过程的重要历史见证和物质记录 , 沉积盆地中的沉积充填型式 、 沉积序列 、 沉积体系记载着造山带形成发展的动力学信息 。 因此 , 详细研究相关沉积盆地中的物质记录和变形历史 , 可恢复造山带演化过程中古动力条件和古构造环境 , 阐述沉积盆地的形成发展与大陆动力学之间的对应关系 , 协助建立大陆形成演化的动力学模型 , 并借以了解岩石圈 、 地幔 、 生物圈 、 大气圈和水圈之间的相互关系 。4 全球变化沉积学 全球变化沉积学为全球变化地质学的重要分支 , 系以现代沉积学理论为基础 , 结合气候学 、 第四纪地质学 、环境沉积学 、 灾害沉积学 、 资源沉积学 、 生态学 、 生物学 、 水文学 、 物理化学等自然及工程学科 , 对沉积记录中近 2 环境等全球事件的成因 、 过程及后果进行研究 , 并为预测未来可能的全球变化提供科学依据的横断交叉边缘学科 。 由于沉积记录中蕴含着过去全球变化的信息 , 因而通过全球变化沉积学的研究 , 可再造过去全球变化历史及其对生物圈的影响;并借以验证其他研究方法所提出的区域性或全球性预测模型 , 从而提高人类在预测未来全球变化的能力 。第一章 绪论第一节 沉积岩 、 沉积岩石学 、 沉积学和沉积古地理学第二节 沉积学的发展历史与现状第三节 沉积岩和沉积环境的分类第四节 沉积岩的形成作用第五节 沉积岩的构造和颜色 主要内容第三节 沉积岩和沉积环境的分类一、沉积岩的分类对于沉积岩进行分类的目的是按照岩石的自然性质 ,排列于适当的位置 , 以便于研究和应用 。 要作出一个比较正确和合理的分类方案 , 应遵循两个主要准则: ① 反映成因; ② 便于应用 。 在此基础上尽量做到明确清晰而有逻辑性 。 沉积岩可分为以下几个基本类型和大类:岩石的物质成分来自陆壳的风化产物 , 主要由母岩机械破碎形成的碎屑物质组成 , 如砾岩和角砾岩 、 砂岩 、 粉砂岩 、 泥岩 、 页岩等 。 主要由火山喷发提供的碎屑物质就地堆积或流动形成的岩石 , 如火山集块岩 、 火山角砾岩 、 凝灰岩 、 熔结凝灰岩等 。物质成分直接来自沉积盆地中的化学物质和生物化学物质 , 其最原始的物质主要来自陆源溶解物质和生物源 。 按沉积作用方式可分为主要由化学作用形成的蒸发岩 , 主要由生物 、 化学 、 生物化学及机械作用形成的非蒸发岩 , 主要由生物作用形成的可燃性有机岩 。 按成分又可分为:(1)碳酸盐岩: 主要由碳酸盐矿物构成 , 有石灰岩 、 白云岩及其过渡类型 , 其沉积方式除少数属化学 、 生物化学沉积外 , 大部分是受机械作用或生物因素控制的 。(2)硅质岩: 主要由硅质矿物 (蛋白石 、 玉髓 、 自生石英 )组成 , 可以是生物 、 火山沉积成因 , 或成岩过程中交代形成 , 前者如硅藻土 、 碧玉 , 后者如燧石 。 (3)铝质岩 、 铁质岩 、 锰质岩 、 磷质岩: 其沉积方式与碳酸盐岩相似 , 可以是机械沉积 、 生物沉积或化学沉积 。(4)蒸发岩: 主要由盆地中的盐类物质通过蒸发作用发生化学沉积形成 , 如岩盐 、 石膏 、 硬石膏等 。 (5)可燃性有机岩: 主要由生物残体或生物遗体通过生物化学作用形成,如煤和石油等。二、沉积环境和相的分类 按照大自然地理景观 , 人们通常把沉积环境分为 大陆环境 、过渡环境和海洋环境 三大类 。 过渡环境是兼受大陆和海洋两种营力作用的地带 。而次一级的环境划分则可因分类标准的不同而有某些差异 。第一章 绪论第一节 沉积岩 、 沉积岩石学 、 沉积学和沉积古地理学第二节 沉积学的发展历史与现状第三节 沉积岩和沉积环境的分类第四节 沉积岩的形成作用第五节 沉积岩的构造和颜色 主要内容第四节 沉积岩的形成作用 绝大部分沉积岩形成和变化的历史进程大致可分以下几个阶段: 沉积岩原始物质的形成阶段 (或母岩风化阶段 ), 原始物质搬运和沉积阶段 (或沉积物的形成阶段 )以及沉积物改造变化阶段 。 初始阶段主要是各种性质的风化作用;通过搬运和沉积作用完成的沉积物形成阶段 , 实质上受一系列物理 、 化学和生物作用控制;最后阶段的作用 , 尽管众说纷纭 , 但比较一致的认识是有同生作用 、 成岩作用和后生作用等 。 这些作用大多是在水和生物 (如细菌 )参与下进行的一系列复杂的物理化学反应过程 。 可以说 , 物理 、 化学和生物作用贯穿沉积岩整个形成过程 。 一 、 沉积岩原始物质的形成  组成沉积岩的原始沉积物质来源有: (1)陆源物质 (2)生物源物质 (3)深源物质 (4)宇宙源物质 母岩风化产物是沉积物最主要的来源 。 供给这类沉积物地区 , 即母岩存在的地区 , 称作 物源区 。 此外 ,由生物的生命活动所产生的沉积物以及来自地壳深部物质组成的沉积物也占有一定的比例 , 而宇宙来源的沉积物则数量甚微 。 (一 )沉积岩的形成作用发生于地壳表层或沉积圈 , 它的特点是低温 、 低压 , 富含水 、 氧和二氧化碳 , 生物活动强烈 。 风化作用就是指地壳最表层的岩石在温度变化 、 大气 、 水 、 生物等因素作用下 , 在原地发生物理和化学变化的一种作用 。 根据作用的性质和因素不同 , 分为三大类型: 物理风化作用 、 化学风化作用和生物风化作用 。 (1)物理风化作用: 温度的变化以及岩石孔隙中水和盐分的物态转化 ,使岩石和矿物发生机械破碎而不改变其化学成分的过程叫物理风化作用 。 温度变化引起矿物与岩石体积的膨胀与收缩 , 岩石孔隙中水的冻结与融化 , 以及岩石孔隙中盐的结晶与潮解 , 这些变化使矿物和岩石破碎 。 物理风化的总趋势是使母岩崩解 , 产生碎屑物质 , 其中包括岩石碎屑和矿物碎屑 。(2)化学风化作用: 化学风化作用是指氧 、 水和溶于水中的各种酸对岩石和矿物所起的一种化学作用和形成新生矿物的综合作用 。 它不仅使岩石或矿物发生分解 , 而且也使它们的化学成分发生改变 , 在适当的条件下就形成粘土物质和化学沉淀物质 , 使那些在地表条件下不稳定的原生矿物变成稳定的次生矿物 。 氧 、 水和酸是引起母岩化学风化作用的主要因素 。 (3)生物风化作用: 生物的生命活动及其分解或分泌的物质对岩石所引起的破坏作用 , 叫生物风化作用 。 在岩石圈的上部 、 大气圈的下部和水圈的全部 , 几乎到处都有生物的存在 。 故生物 , 特别是微生物在风化作用中能起到巨大的作用 。 生物对岩石的破坏方式既有直接的机械作用 , 又有间接的化学作用和生物化学作用 。风化作用的结果是破坏岩石 。 在地球表面 , 各种风化作用是同时进行而又相互促进的 , 只是有主次之分而已 。 这一方面 , 是由岩石的性质和外界条件决定的 , 在遭受风化过程中 , 岩石本身的性质是内因 , 它决定风化产物的性质;外界条件是外因 , 它只决定风化作用的方式和强弱程度 , 而且是通过内因起作用的 。 另一方面 ,由于机械破碎使得母岩产生许多裂隙或破碎成小块 , 这就增大了岩石与周围介质的接触面 , 大大促进了化学分解;反过来 , 化学分解可降低母岩的硬度和强度 , 又给机械破碎创造了有利条件 。 但就全部风化作用而言 , 化学和生物化学风化作用具有重要的意义 , 尤其是生物化学风化作用更是如此 。 造岩矿物因化学性质和物理性质不同 , 在风化过程中具有明显的阶段性 。 一种原生矿物随着风化程度的加深 , 通过一系列中间阶段 , 依次形成一些过渡性矿物 ,然后转化为最终产物 。由于造岩矿物风化显示出明显阶段性 , 因此由造岩矿物组成的母岩 , 其风化过程的变化也会出现阶段性 。前苏联学者波雷诺夫根据元素从风化带中析出的顺序 ,将结晶岩的风化过程分 为四个阶段 , 不同阶段有其独特的风化产物 。Ⅰ 碎屑阶段: 以物理风化为主 , 风化产物主要为岩屑或矿物碎屑 。 组成母岩的元素或化合物成分转移甚微 。Ⅱ 饱和硅铝阶段: 岩石中如有氯化物和硫酸盐将全部被溶解 , 然后在 2 铝硅酸盐和硅酸盐矿物开始分解 , 游离出 K+、 , 其中 和 流失要比 K+和 易 。 这些阳离子的存在 , 使介质呈碱性或中性 , 并使少量 这个阶段形成的粘土矿物有蒙脱石 、 水云母 、 拜来石 、 绿脱石以及绿泥石等 。 同时 , 碱性条件下难溶的碳酸钙开始堆积 。Ⅲ 酸性硅铝阶段: 碱金属和碱土金属大量被溶滤掉 , 随着有机质分解形成大量有机酸和 使介质变为酸性 , 使饱和硅铝阶段形成的矿物 (蒙脱石 、 水云母等 )转变在酸性条件下稳定的不含碱和碱土金属的粘土矿物 (高岭石 、 变埃洛石等 )。 通常将达到这一阶段的风化作用称为粘土型风化作用 。 Ⅳ 铝铁土阶段: 这是风化的最后阶段 。 在此阶段铝硅酸盐矿物被彻底分解 , 碱和碱土金属全部游离出来 , 加上有机酸被地表水淋走或冲淡 ,使介质又呈碱性或中性 , 此时全部可移动的元素都已被带走 , 主要剩下铁和铝的氧化物及部分二氧化硅 , 在原地形成水铝石 、 褐铁矿 、 针铁矿 、 赤铁矿及蛋白石的堆积 。 由于它是一种红色疏松的铁质或铝质土壤 , 所以也称红土 。 达到此阶段的风化作用通常为红土型风化作用 。能否达到铝铁土阶段 , 取决于当时的气候 、 地形 、 地壳运动强度 、母岩性质和风化时间长短等因素 。 其中特别是气候因素 , 如在干旱沙漠地区 , 母岩风化可长期停留在碎屑阶段;植被发育的温暧潮湿的亚热带 , 则可达到并长期停留在酸性硅铝阶段;而在潮湿炎热的热带区 ,则可达到铝铁土阶段 。造岩矿物在风化时的稳定性决定于两方面的因素:首先是 内因 , 即造岩矿物对化学风化的稳定程度决定于它的化学成分和内部构造 , 对物理风化的稳定程度则决定于矿物的物理性质 , 如解理 、 硬度等;其次是 外因 ,即造岩矿物的风化条件 , 主要是古地理 、 古气候条件 。各种造岩矿物在风化时的稳定性不同 , 其风化习性和风化产物也不同 。 如长石类中的钾长石比斜长石稳定 , 斜长石中的酸性斜长石又较基性斜长石稳定 。 因此 , 在沉积岩中比较常见的碎屑长石是钾长石和酸性斜长石 。 总的说来 , 长石类矿物抵抗风化的能力不强 , 故在沉积岩的碎屑长石中新鲜者少见 , 多少均受到风化 。 若为新鲜的碎屑长石 , 则需干燥的气候和迅速堆积埋藏的条件 。否则就可能是新鲜而自形的自生长石或为火山坠落物质 。铁镁矿物的稳定性比长石要低得多 。 其中以橄榄石最易风化 ,辉石次之 , 角闪石再次之 。 故这类矿物在沉积岩中含量很少 , 一般多以重矿物形式存在 。 石英是在地表最稳定的造岩矿物 , 在风化过程中几乎只有机械破碎 。 母岩风化愈彻底 , 风化产物中石英的相对含量愈高 , 所形成的沉积物的矿物成熟度愈高 。 白云母稳定性较大 ,故在沉积岩中比较常见 。 黑云母不稳定 , 常经过水黑云母 、 绿泥石 ,最终变为细分散的氧化铁 、 氢氧化铁或高岭石等粘土矿物 。 岩石是由造岩矿物组成的 , 因而各类岩石在风化时的稳定程度决定于它所含的矿物成分 。 如超基性岩和基性岩 , 主要成分是易风化的铁镁矿物和基性斜长石 , 因而易受风化;酸性岩浆岩则相反 ,因它主要由石英 、 钾长石和酸性斜长石等稳定性较高的矿物组成 ,故抵抗风化的能力也较强 , 不易受风化;中性岩浆岩的风化性质介于前二者之间 。 在沉积岩中 , 砂岩的主要成分为碎屑石英 , 不易受化学分解 , 而以机械破碎为主;粘土岩一般也较稳定 , 但易碎解呈细小碎屑被搬运;石灰岩在干寒地区以机械破碎为主 , 在湿热地区则以溶解为主;硅质岩则很难发生化学风化 。  形成了三种性质不同的风化产物 。(1)碎屑残留物质: 主要指母岩的岩石碎屑和矿物碎屑 。 在风化作用的第一阶段 , 这种碎屑残留物质最发育 。 到第四阶段 , 这种物质就很少了 , 只有那些风化稳定性很高的石英才可能幸存下来 。 这种物质在初始阶段大部分残留在母岩区 , 后来将可能被各种营力搬运走 。 (2)新生成的矿物: 主要指在化学风化过程中新生成的粘土矿物及氧化物或氢氧化物 , 如水白云母 、 高岭
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本文标题:1沉积学多媒体教程(第一章)
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