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1沉积岩的形成和演化1

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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沉 积 学石油大学地球资源与信息学院王冠民沉积岩石学 + 岩相古地理岩类学 岩理学 环境 沉积(物)岩特征第一章 绪论第一节 沉积岩的概念和基本特征一 、 沉积岩 ( 的概念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 。学岩砾岩 砂岩 粉砂岩 粘土岩 碳酸盐岩 硫酸盐岩 卤化物岩 硅岩 可燃有机岩煤 油页岩沉积岩的分类第二章 沉积岩的形成与演化沉积岩的形成原始物质 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(一)风化作用的概念是在温度、水、各种酸、生物以及各种地质营力的作用下,地壳表层的岩石逐渐遭受破坏,转变为风化产物的过程。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↓ ↓ ↓温度 、 晶体生长 、重力生物 、 氧 、 水和酸 直接作用+间接作用水 、 冰 、 风↓ ↓ ↓化学成分不变 氧化 、 水解和溶解↓ ↓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(二) 元素的风化分异在相同的特定风化条件下,各类造岩元素按析出难易程度的顺序从母岩中分离出来。→某些元素淋滤分散,另一些元素残积、富集。 Kx=n·10~ n·102)r,I, Kx=n~ n·10)g,,, n·10n)i,,i( 硅酸盐中 ) ,P; 微弱迁移 ) 元素 ( 蒙脱石 →蛋白石 、 硫化物矿物 , 卤化物矿物风化稳定性最低 , 最易溶于水中 , 呈溶液态流失 。 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?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?体构造)(四 )母岩风化作用的阶段性由于各化学成分 在风化作用中转移性质不同,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 。 铝硅酸盐和硅酸盐矿物开始分解 ,K+, 成强碱弱酸盐 , 使溶液呈中 使一部分粘土型风化作用a. 几乎全部的 K+、 带走 ,b. 介质开始转为酸性 ,c. 形成高岭石 、 褐铁矿 、 针铁矿 、 赤铁矿和蛋白石 。堆积物也称红土 。这个阶段的风化作用通常也称为 红土型风化作用风化作用一般并不完整。能否达到铝铁土阶段,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 。干旱沙漠地区植被发育的温湿地区停留在酸性硅铝阶段湿热地区可达到铝铁土阶段 ,( 五 ) 碎屑残留物质:母岩的岩屑或矿物碎屑 。在风化作用的第一阶段最发育 。水白云母 、 高岭石 、 蒙脱石 、 蛋白石 、 铝土矿 、 褐铁矿等 。 应为 “ 化学风化物质 ” ; 。 S、 K、 不同风化产物形成不同的沉积岩碎屑残留物质+化学风化物质 陆源碎屑岩溶解物质 化学岩和生物化学岩和生物岩( 六 ) 或者说已风化了的地表岩石的表层部分 ,深处风化程度较浅 ,最终过渡到未风化的母岩 。 气候 、 地形 、 构造等因素 。气候湿热 、 地形平坦 、 构造活动稳定 , 风化壳厚度较大;古风化壳有很重要的地质意义和经济意义地壳上升 、 不整合的重要标志古地理 、 古气候分析的重要依据铁 、 铝 、 高岭土等矿产;可以形成油气藏 。二、沉积物的其它来源( 一 ) — 常保存为化石 , 成分为碳酸盐 、磷酸盐和硅质等 。— 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)的物质火山物质沿深断裂流出的地下深层热卤水、温泉、热气液等形成盐岩、膏岩、硅岩、铁岩、锰岩等岩石和铅、锌等矿床。( 三 ) 宇宙 ( 来 ) 源的物质陨石、宇宙尘埃第二节 碎屑物质的搬运和沉积作用沉积物发生搬运和沉积的地质营力流水风(大气)冰川重力生物沉积物的搬运和沉积作用的方式可以分为:新生成物质 +火山碎屑 + 体的几个基本概念和基础知识( 一 ) 牛顿流体和非牛顿流体内摩擦定律在温度不变的条件下 , 粘滞切应力与流速梯度是直线关系 , 动力粘滞系数始终保持一常数 。服从内摩擦定律 ——牛顿流体 。不服从内摩擦定律 ——非牛顿流体 。( 二 ) 层流 、 紊流和雷诺数两种流动型态 ——层流与紊流 /湍流 /涡流层流流体质点平行线状流动 , 彼此不相掺混 。紊流充满旋涡的湍急的流动 , 流体质点运动轨迹极不规则 , 彼此掺混 。层流 紊流雷诺数( ——层流和紊流的判别标准性力 /粘滞力= V—流速; d—颗粒直径; ρ—水密度; μ—动力粘滞系数1± 层流1~ 40 临界流 40 紊流流速 流面 扬举力 剪切力 搬运能力 分布层流 小 稳定 小 小 弱 下紊流 大 变化 大 大 强 上自然界中流水多为紊流,使沉积物得以搬运,层流类似于静水,易发生沉积。层流和紊流( 三 ) 缓流 、 急流和佛罗德数 ( 渠水流 , 可出现急流 、 缓流和临界流三种流态 。判别标志为佛罗德数 ( 惯性力 / 重力= ( V2/h ) /g = ( L—距离但一般取 V/ 1:缓流 , 水深流缓 —— 下部流动体制 , 低流态1:临界流 , 过渡流态1:急流 , 水浅流急 —— 上部流动体制 , 高流态二、碎屑颗粒在流水中的搬运和沉积作用( 一 ) 受力分析 w) : 重力和浮力之差 : : : 产生原因 : 水体浮力 ( 已计算在有效重力中 ) ;② 颗粒上下因流速差而引起的压力差; x③ 紊流中存在涡流的扬举作用 /上举涡力 W(二)流体搬运碎屑物质的方式1. 推移搬运(滚动 +跳跃) ——床沙载荷 (粗2. 悬浮搬运 ——悬移载荷 ( ,细载荷: 流体中被搬运的沉积物 , 也叫负载,负荷。(三) 碎屑颗粒在流水中的搬运和沉积与流速和颗粒大小的关系 —— 尤尔斯特隆图解剥蚀区搬运区 沉积区搬运和沉积的决定因素 粒径和流速砾泥( 四 ) 机械沉积作用流水的动力不足以克服碎屑的重力时 , 碎屑物质就会沉积下来 。碎屑物质在静水中的下沉情况可用斯托克实验公式表示:V=(2(ρ1(9μ))* 室温 、 r<细砂以下 )颗粒越大 , 比重越大 , 沉积速率就越大 。,( 五 ) 碎屑物质在流水搬运过程中的变化矿物成分不稳定组分减少 ,稳定组分增加颗粒大小变细 , 分选变好颗粒形状圆度与球度变好三、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用1. 只搬运 碎屑 物质2. 只搬运 细 颗粒3. 颗粒 分选 、 磨圆好 ,常具霜面、棱面。4. 搬运方式:蠕动★★ 跳跃★★★★ 悬浮★四、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用1. 冰川和浮冰 ——固体搬运和沉积2. 能力巨大,碎屑为主3. 整体搬运,混杂堆积,没有分选和磨圆4. 冰川擦痕,特征“丁”字痕、“ V”形刻蚀坑。第三节 溶解物质的搬运和沉积作用 —— 化学搬运和沉积作用搬运物质:溶解物质搬运方式:胶体溶液或真溶液呈胶体溶液搬运;一 ) 胶体溶液的特点1. 受重力影响极其微弱;2. 扩散能力很弱;3. 类型有正负之分1) 正胶体 , 如 ) 负胶体 , 如 . 具有吸附现象一、胶体溶液物质的搬运与沉积( 二 ) 促使胶体聚集和沉淀的因素1. 正负胶体相遇 ——“相互聚沉 ” 。 形成如高岭石沉淀 。2. 电解质作用4. 蒸发作用 。5. 溶液的 体沉淀时都有一定的 高岭石在酸性介质 (发生凝聚 ,蒙脱石在碱性介质 (凝聚 。二、真溶液物质的搬运和沉积作用真溶液物质: S、 包括部分 n、 溶液物质搬运及沉积作用的根本控制因素是溶解度。溶解度大,易搬难沉;反之,易沉难搬。除溶解度外 , ( 1) 某些溶解物质的溶解度随 在碱性介质中则相反( 2) 随 某些溶解物质沉淀形式不同 。 铁 2~ 3以 H)3沉淀 , 以 H)2沉淀 。 ~ 7, 溶液含 以 淀时所需 锰的情况同铁类似 。还原电位 ( 锰等变价元素的溶解和沉淀影响很大 。1) 一般物质的溶解度随温度升高而增大 。( 2) 压力对溶液中 2O=。 即 平衡向右移动 , 反之 , 向左移动 水中 发作用第四节 生物的搬运和沉积作用生物作为一种搬运营力意义较小 , 沉积作用意义重大 。一 、 直接作用 ——生物遗体直接堆积。有机质部分 石油 、 天然气 、 煤以及油页岩等 。无机的生物外壳和骨骼 岩石或矿床 , 如生物骨骼石灰岩 、 生物磷块岩 、 硅藻土 、 白垩等 、 礁灰岩 。叠层石剖面(距今 5亿年) 山东新汶二 、 起介质物理化学环境变化 ,使某些溶解物质沉淀 , 或由于有机质吸附作用使某些元素沉积 。 。获 、 粘结 或 障积 等作用使沉积物沉淀 。第五节 沉积分异作用沉积分异作用概念沉积物在搬运和沉积过程中会 按 颗粒大小 、 形状 、 比重 、矿物成分 和 化学成分 在地表依次沉积下来的现象 。机械分异作用: 受物理原理支配 , 见于碎屑岩中 ;化学分异作用: 受化学原理支配 , 见于溶解物质沉积过程 。一 、 机械沉积分异作用碎屑物质在流水搬运和沉积的过程中 , 将按 粒度 、 密度 、形状 、 成分 度和球度高的滚动颗粒易于搬运 。脆性、解理、硬度等二 、 化学沉积分异作用受溶解度或 氧化物 → 磷酸盐 → 硅酸盐 → 碳酸盐 → 硫酸盐和卤化物第六节 正常沉积作用和事件沉积作用(均变论和灾变论)一、 正常沉积作用在 正常 情况发生,有明显机械沉积分异,沉积作用缓慢 、 均匀变化 。一般发生在河流、湖泊和海洋。二 、 事件沉积作用由于重力、洪水、火山爆发、风暴等因素所引起的阵发性 的、 突然性 的或 灾变性 的(搬运和)沉积作用,也叫幕式沉积作用第七节 沉积后作用一、沉积后作用的概念沉积物形成以后到沉积岩的风化和变质作用以前这一演化阶段的所有变化和作用二、阶段划分方案很多冯增昭的划分方案,同生、准同生作用,成岩作用和后生作用三大阶段。在生产和科研时间中,一般用总公司的划分规范,同生期、早成岩期、晚成岩期和表生期四大阶段。刚沉积后 而且 尚与上覆水体相接触时 的变化,也称为 “ 海底风化作用 ” 或 “ 海解作用 ” 。本与沉积水体脱离 , 本与上覆水体脱离 的情况下 , 由疏松的沉积物转变为固结的沉积岩的作用 。也叫狭义的成岩作用 。 到遭受其风化和变质作用以前发生的变化或作用 。近地表 的沉积岩层中发生的一些作用叫 “ 表层后生作用 ” 。层深部 沉积岩的后生作用 。 深度可达 6000~ 8000m。
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