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02第二章 沉积岩的形成作用

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02 第二 沉积岩 形成 作用
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第 二 章沉积岩的形成及演化地质科学与工程学院2本章主要内容第一节 沉积岩 原始物质的形成作用第二节 物质的搬运和沉积作用第三节 沉积分异作用第四节 沉积后作用3第一节 原始物质的形成作用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 , 提供这类沉积物地区 , 即母岩存在的地区 , 称作 陆源区 或物源区 。4一、母岩的风化产物( 一 ) 风化作用及其特点风化作用的结果是破坏岩石 。 1、 物理风化作用:机械破碎 、 母岩崩解 , 产生碎屑物质 。2、 化学风化作用:矿物化学分解 , 形成稳定的次生矿物 。3、 生物风化作用: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 。5(二)各种造岩矿物的风化及其产物各种造岩矿物在风化作用条件下的稳定性不同,主要造岩矿物的风化产物如下:1、石英:在风化作用中稳定性极高,几乎不发生化学溶解作用,只发生机械破碎作用。2、长石:长石的风化稳定性次于石英 。在长石类矿物中,钾长石的稳定性较高,多钠的酸性斜长石次之,中性斜长石又次之,多钙的基性斜长石稳定性最低。因此,在沉积岩中钾长石多于斜长石。6钾长石的风化过程及其产物如下:铝土矿是钾长石风化的最终产物,是风化带中很稳定的矿物。但是,只有在十分有利的条件下,钾长石才能完全风化成铝土矿,在一般情况下,钾长石大都转变为水白云母和高岭石。73、云母白云母的抗风化能力较强,所以它在沉积岩中相当常见。黑云母的抗风化能力比白云母差的多。白云母( ): 白云母在风化过程中,主要是析出钾和加入水, 先变为水白云母,最后可变为高岭石 。黑云母( K(e)3[)2):黑云母遭风化后,钾、镁等成分首先析出,同时加入水,常经过水黑云母、绿泥石( 最终变为褐铁矿或高岭石等粘土矿物 。在海底风化条件下,黑云母 可变成海绿石:84、铁镁硅酸盐矿物(橄榄石、辉石、角闪石)它们的抗风化能力比石英、长石、云母都低得多,所以在沉积岩中较少见,其中以橄榄石最易风化,辉石次之,角闪石又次之。这些矿物在遭受风化时,铁、镁、钙等易溶元素首先析出,硅也部分或全部地析出, 大部分元素呈溶液状态流失走,一部分元素在风化带中形成褐铁矿、蛋白石等 。这类矿物在沉积岩中含量很少,一般多呈重矿物的形式存在。95、粘土矿物(如高岭石、蒙脱石、水云母等)粘土矿物本来就是在风化条件下或者沉积环境中生成的,在风化带中相当稳定。但在一定的条件下,它们也还会发生变化,转变为更加稳定的矿物,如 铝土矿、蛋白石 等。6、碳酸盐矿物(如方解石、白云石等)风化稳定性甚小,很易溶于水并转移,因此在碎屑沉积岩中很难见到它们。只有在干旱的气候条件下,在距母岩很近的快速搬运和堆积的沉积物中,才可能看到由它们组成的岩屑。7、各种硫酸盐矿物(如石膏、硬石等)、硫化物矿物(如黄铁矿)、卤化物矿物(如石盐)它们的风化稳定性最低,最易溶于水,多呈真溶液状流失走。10不稳定矿物 次稳定矿物 稳定矿物抗风化能力弱,风化反应进行较快,一般不会以独立碎屑(单晶)形式出现在沉积物中,但有时可以岩屑的形式保存下来。矿物的化学稳定性较不稳定矿物高,相对容易以岩屑或以单晶碎屑的形式保存下来 。抗风化能力极强,较容易以单矿物碎屑的形式保留下来,特别是随着风化程度的增强,不稳定和次稳定矿物的逐步消失,稳定矿物会逐渐富集起来。矿物的稳定性分级11矿物的稳定性分级不稳定矿物 次稳定矿物 稳定矿物橄榄石辉石角闪石基性斜长石白云石方解石金属硫化物白云母钾长石中酸性斜长石黑云母磷灰石十字石石榴子石石英电气石金红石锆石高岭石高价铁、锰、铝的氧化物或氢氧化物12造岩矿物的风化稳定性差别的原因:物的化学成分及其晶体构造的特征。总之,矿物在风化作用过程中的稳定性的定量标志及其顺序的确定,是一个异常复杂的现象,还有待于进一步研究解决。3(三)各种岩石的风化及其产物岩石是矿物的集合体,因此岩石的风化及其产物主要是由组成它的矿物的风化情况决定的。1415中性和碱性侵入岩 的风化情况大体与花岗质岩石相似;基性和超基性侵入岩 主要由较易风化的橄榄石、辉石、基性斜长石组成,远比花岗质岩石易风化;火山岩及火山碎屑岩 由于含有相当多的甚至大量的玻璃质或火山灰,故其风化速度相当快;沉积岩 的风化情况比较简单,其中以蒸发岩最易溶解、最易风化,碳酸盐岩次之,粘土岩、石英砂岩、硅岩等最难风化。16(四)母岩风化过程中元素的转移顺序及母岩风化的阶段性1、元素的转移顺序1718彼列尔曼 (1955)在雷波诺夫的研究基础上提出了 水迁移系数 — 用来衡量元素在风化带中的迁移能力。式中: 素 ;a :河水中矿物质残渣总量 ;素在流域岩石中的含量%素从风化壳中迁出的能力愈强;相反,则愈弱。19元素的风化分异 —— 由于各种元素在特定的风化条件下迁移(从母岩中析出)的能力不同,而造成的不同元素按一定顺序从母岩中先后分离出来的现象。元素的风化分异的结果表现为某些元素的淋滤分散和另一些元素的残积富集。形成金属和非金属矿床(如高岭石矿、铝土矿、铁矿、镍矿等)。20I、机械破碎阶段 Ⅱ 、饱和硅铝阶段 Ⅲ 、酸性硅铝阶段 Ⅳ 、铝铁土阶段2、风化过程的阶段性21(五)屑残留物质(碎屑物质): 母岩机械破碎的产物。2)新生成的矿物(不溶残余物质): 母岩在分解过程中新生成的矿物。3)溶解物质: 母岩在化学风化作用过程中被溶解的组分 。母岩风化产物是沉积岩最主要的物质来源。三类风化产物构成了最常见的三类沉积岩的基本物质 ) 影响风化产物形成的因素风化产物的性质及各类产物间的数量比取决于母岩的性质、风化作用类型及母岩的风化程度。1)母岩性质的影响岩石是矿物的集合体,因此母岩的风化及其产物主要由组成组成它的矿物的风化情况所决定。2)气候背景对风化的影响气候背景是指一个较长时间段内出现在大气中的物理现象的总和,其中最有影响力的是气温和降水。气温和降水通过控制风化作用的性质、风化速率和动植物的分布,控制最重要的原始物质的类型和数量。233)构造背景对风化作用的影响构造背景是指包括母岩区到相关盆地的整个区域所在的构造部位及其活动阶段。一般情况下,如果某地处于构造持续抬升部位,那么风化剥蚀将会使该地下面的岩石由浅到深依次成为母岩,不同深度的岩石类型取决于该地地壳的岩石构成。母岩成分和母岩类型基本上是随抬升部位地壳演化史和抬升速率和抬升幅度而变的。24二、沉积物的其它来源1. 生物成因的沉积物生物死亡后的遗体,可以成为沉积岩的组成部分。生物遗体包括两个部分:一是无机成分为主的生物残骸, 即动物的外壳和骨骼,藻类、植物的钙化遗体。二是有机生物残体, 即植物体和动物的软梯部分。重要是 C、 H、 O、 S、 N、 般称为有机质。252. 深部来源的物质主要由火山爆发作用带到地表或水下的 火山碎屑物 ,可直接堆积成火山碎屑岩,也可混入正常沉积碎屑岩中。沿深断裂流出地表或注入地下的 热卤水 、 温泉 、 热气液 等,对形成某些岩石(如岩盐、硅岩和铁锰岩等)和矿床(如铅、锌等)也有较大意义。质的搬运和沉积作用母岩的风化产物除一部分残留在原地形成风化壳 , 大部分物质会被搬运到沉积盆地 。 当风化产物被介质带离母岩区时 , 就进入了搬运沉积阶段 。搬运过程中物质还要发生机械破坏和化学分解 。随着搬运介质能量的减弱 , 被搬运的物质要发生沉积 , 沉积下来的物质可直接进入成岩阶段 , 也可能被再次搬运 。物质搬运和沉积的营力: 主要有流水,其次为风、冰川、重力、生物等等。27物质搬运和沉积的方式:机械搬运和沉积: 被搬运的物质 — 碎屑物质 、不溶残余物质搬运方式 — 滑动 、 滚动 、 跳跃和悬浮 。 滑动 、滚动和跳跃又称推移搬运或床沙搬运;悬浮搬运又称悬移搬运 。化学搬运和沉积: 被搬运物质 — 溶解物质搬运方式 — 真溶液 、 胶体溶液 或 络合物 。生物搬运和沉积: 被搬运物质 — 溶解物质 、 内源粒屑物质及部分粘土物质搬运方式 — 生物生理作用、生物物理作用、生物化学作用 。28一、机械搬运和沉积作用(一)有关流体力学的几个基本概念1. 牛顿流体和非牛顿流体从流体力学性质来看,凡服从牛顿内摩擦定律的流体称作牛顿流体 ,内摩擦定律可表示为:式中: τ: 粘滞切应力为单位面积上的内摩擦力;: 是动力粘滞系数。运动粘滞系数: 2 29牛顿通过实验发现相邻液层之间内摩擦力 1)与 du/( 2)与液体的接触面积成正比;( 3)与液体的性质有关;( 4)与接触面上的法向应力无关。当液体流动时,液体质点之间存在着相对运动,液体质点之间会产生一种摩擦力阻碍液体的相对运动,液体的这种性质称为粘滞性,这种质点之间的内摩擦力也称为粘滞力。 单位面积上的内摩擦力 —— 牛顿内摩擦定律 。30牛顿内摩擦定律: 当液体内部的液层之间存在相对运动时,相邻液层间的内摩擦力 接触面面积 液体的性质(即粘滞性)有关,而与接触面上的压力无关。凡服牛顿内摩擦定律流体称牛顿流体,如:水、空气、乙醇等。否则为非牛顿流体,如泥浆、沉积物重力流等。31重力流(沉积物重力流) 是一种在重力下流动的弥散有大量沉积物的高密度流体。 沉积物重力流是不服从内摩擦定律的非牛顿流体。在沉积学范畴中 牵引流是最常见的 , 例如 , 含有少量沉积物的流水 (包括河流 、 海流 、 波浪流 、 潮汐流以及六十年代中期提出来的等深流等 )和大气流 。 随着流体中碎屑颗粒数量的不断增加 , 逐渐向着重力流过渡 , 例如 , 水中浓集有大量沉积物的浊流 、 泥石流等都属沉积物重力流 。牵引流和沉积物重力流在 流体力学性质 、 沉积物的搬运方式和驱动力 、 流体与沉积颗粒之间的力学关系等方面 都有显著差异 , 亦即它们的沉积机理是不一样的 , 从而形成的沉积物也有各自的特点 。32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就大, 二是负荷力 (或称载荷力 ), 负荷力的大小取决于流体流量,负荷力愈大则能搬运的沉积物数量就愈多。推力大不一定负荷力就大,反之亦然 。沉积物重力流是密度流, 其主要以悬移载荷方式搬运,重力流搬运的驱动力主要起因于重力,因此沉积物重力流的搬运是沿斜坡向下移动的。当坡度变缓,流速降低时,沉积物重力流会发生骤然卸载,故在沉积盆地的斜坡根部常常形成各种类型的重力流沉积物。332. 层流、紊流与雷诺数自然界的流体按其流动特点分为层流与紊流(或称湍流 )两种流动型态。层流 是一种缓慢的流动,流体质点作有条不紊的平行的线状运动、彼此不相接触。紊流 是一种充满了漩涡的急湍的流动,流体质点的运动轨迹极不规则,其流速大小和流动方向随时间而变化,彼此互相掺混。34层流与紊流 的判别依据是雷诺数: 临界雷诺数 : 液流型态开始转变时的雷诺数。对圆管:对明渠及天然河道2000  -动力粘滞系数(动力粘度);ν - 运动粘滞系数(运动粘度), ν= μ / ρ 。35层流和紊流 的力学性质及对沉积物的搬运和沉积特点是不同的。紊流 不仅具粘滞切应力,而且还有流体质点的紊乱流动而引起的附加切应力 (或称惯性切应力 )。而 层流 只有粘滞切应力。因此紊流的搬运能力要强于层流。 紊流还有扬举作用,这是使沉积物呈跳跃和悬浮的主要因素。36自然界绝大多数水体是紊流运动。 但受边界效应的影响, 任何紊流在水体与固体边界接触处(如河道底和两壁 ) 的流动仍是粘滞力起主导作用下的流动,即流体运动型态仍属层流, 所以称此层为 层流底层 。层流底层的厚度是随雷诺数的增加而减小的。 层流底层的存在对沉积物的搬运和沉积起着重要作用,使得沉积物与流体之间界面上发生的搬运和沉积的交替作用非常活跃。373. 缓流、急流和佛劳德数自然界中,决定水流平稳与否的因素除流速外还有水深。通常流速或水深越大,越容易形成紊流。由于较大水深只需较小流速就可形成紊流,所以大水深的紊流对颗粒的总牵引力不一定比小水深的层流大。水流的总牵引力是随流速的增大或水深的减小而增大。这个总牵引力称为水动力,在水力学中用佛劳德数来衡量:v√ g v√ g r>1时为高流态,又称急流;当 , 碎屑开始 跳跃 ;细小的颗粒 旦脱离床底,由于 很难下沉,则进入 悬浮 状态。43碎屑物质在流水中的搬运与沉积,流速与碎屑颗粒大小之间的关系最为密切,通过实验,尤尔斯特龙 得出了碎屑物质在流水中起动、搬运、沉积与流速的关系图解。侵蚀搬运沉积尤尔斯特龙 图解颗粒直径( φ )- 6 - 4 - 2 0 2 4 6流速( cm/s) 1)颗粒开始搬运的起动流速要大于继续搬运的流速。( 2) 2— - 1φ )的颗粒所需的起动流速最小,且与沉积临界流速的差值也小。侵蚀搬运沉积尤尔斯特龙 图解颗粒直径( φ )- 6 - 4 - 2 0 2 4 6流速( cm/s)3)粒径大于 2动流速和沉积临界流速随粒径的增大而增大,且两者之间差值也小。( 4)动流速和沉积临界流速之间的差值随粒径的减小而增大。侵蚀搬运沉积尤尔斯特龙 图解颗粒直径( φ )- 6 - 4 - 2 0 2 4 6流速( cm/s) 比重 、形状和水介质的性质 (如水的流速 、 比重 、 粘度 )等 有 关 。 它 们 之 间 的 关 系 可 用 斯 托 克 斯(850)公式表示:式中: V—颗粒的沉降速度 (毫米 /秒 ) 粒的比重 质的比重  g—重力加速度 (毫米 /秒  2)r—球体 (球状颗粒 )的半径 (毫米 )μ — 介质的粘度 (克 /毫米 ·秒或泊 )4748(三)碎屑物质在海水中的搬运和沉积作用引起海洋中碎屑物质搬运和沉积的营力主要是波浪和潮汐,其次是海流。水质点的运动特征: 海水作波浪式运动时 , 其中水质点基本是在原地作圆周运动 , 而很少向前移动 。破浪区 不对称浪区 对称浪区大于 1/2波长区49当波浪进入海岸带以后,由于水深变浅,受到海底的摩擦影响,阻滞了波浪水质点的圆形轨迹运动,从海面向深处传播时,不仅运动轨迹的直径减小,而且圆形轨迹也变得越来越扁平,成为椭圆形。到了水底,椭圆的垂直轴等于零,水质点在水底作平行于水底地面的直线形往返运动。其次,波浪的外形也变得不对称,前坡变陡,后坡变缓,波陡变大,波峰变短,波谷拉长。波浪外形的不对称,引起沿海底水层运动的波浪速度与时间的不对称。波峰通过时,水质点向岸移动而且时间短;而波谷水质点向海返回,速度较馒,所需的时间长。这种水质点向岸与向海运动在速度和时间上的不对称,越向岸表现得越强烈。50当波浪向更浅的岸边传播时,波浪性质继续发生变化,前坡变陡,后坡变缓,波高波陡加大,波峰变短,波谷拉长。当波峰处的速度超过了波形传播的速度时,就发生波峰翻倾、破碎塌入波谷,形成一列白色泡沫飞溅的水体向岸边奔去。破碎后的波浪被称为激浪或破浪。在激浪带内波浪一次又一次的破碎,当它完全破碎时,水体己不从属波浪运动的规律,而是成为一股水流,沿坡向上运动,成为激浪流。激浪流是在重力与惯性力作用下形成的,它沿坡上冲时,由于摩擦、下渗及搬运泥沙等原因,流速逐渐减慢,而后又沿坡返回海中,初始流速快,由于继起的波浪阻滞而流速减慢,下一个波浪又形成新的浪流向岸推进。向岸的水流称冲流或进流,向海返回的激浪流称退流或回流。51波浪可以分为垂直海岸的(横向)运动和平行海岸的(纵向)运动两种,大部分是过渡类型。横向搬运: 假定波浪的运动方向是垂直海岸的,而海底又位于浪底之上。 由于海底常有一定的坡度,波浪向岸方向的推力和向海方向的回返力在海岸带的不同位置其关系是不同的,从而使碎屑物质在波浪作用下呈现三种运动状态:52在远岸的较深水地区 : 上推力<回返力+重力,碎屑既作往复运动,也作向海方向的运动。在较浅水地区: 上推力 =回返力+重力,碎屑只作往复运动,位置不变。在近岸的更浅水地区:上推力>回返力+重力,碎屑既作往复运动,也作向岸方向的运动。53纵向搬运 :在大多数情况下,海浪运动方向与海岸是斜交的,此时海底碎屑的运动路线不再是简单的直线式往返,而是呈复杂的“之”字形轨迹,总趋势是大致平行海岸移动。54沉积 : 由于波浪和潮汐的作用,可在滨海带形成广泛分布的沙滩、沿岸沙堤及水下沙坝沉积;碎屑在纵向运移过程中,若遇河口、海湾处,或是外侧有岬角、岛屿遮掩,使流速减低,都会沉积下来,形成各种形状的海滩、砂嘴、连岛砂坝等滨岸沉积。55风暴浪:风暴浪可构成比正常波浪更深的浪基面,其最深可达200米。由于风暴浪的作用,可使原来沉积的浅海沉积物被冲刷,并携带进行再搬运沉积,形成风暴沉积物。引潮力作用下引起的海面周期性的升降、涨落与进退,称海洋潮汐,简称海潮。水体大规模的涨潮和落潮也使水底碎屑物质作相应的往返运动,也冲刷部分海底沉积物向岸或向海搬运,这一点近似波浪。潮汐不同于波浪的地方是有 “ 憩流期 ” (即涨潮转落潮或落潮转涨潮时,潮流流速近于零),可在河口海湾或平坦开阔海岸地区形成大面积泥质沉积 。由于潮流流速的波动性、潮流流向的双向性和多向性,以及涨、落潮流的强度和历时不等,因而潮流对海岸带的作用很复杂。因此,以潮汐作用为主的海岸,其水动力条件、沉积作用、地貌形态与波浪作用为主的海岸有较大差别。57海洋中的碎屑物质在波浪 、 潮汐等的作用下 , 长时期地作往返运动和其他运动 。 运动过程中 , 碎屑颗粒之间的相互碰撞和磨蚀 , 碎屑颗粒与海底或海岸之间的相互碰撞和磨蚀 ,以及海水对碎屑颗粒的溶蚀作用等 , 将使这些碎屑物质发生进一步的变化 , 即不稳定成分逐渐减少 , 粒度逐渐变小 , 圆度逐渐变好 。 与此同时 , 各种分异现象 , 如粒度 、 相对密度 、形状以及成分上的分异 , 也在进一步地进行 。因此 , 在海洋环境中沉积的陆源碎屑物 ( 岩 ) 的成熟度远比大陆环境中沉积的碎屑物 ( 岩 ) 高得多 。 当然 , 这只是一般的情况 。 在特殊的情况下 , 如在靠近陡的海岸的深水地区 , 海岸岩石的破碎产物经滑塌和洪水作用 , 可很快进入浪底以下的深水地带 , 波浪或潮汐对海底的碎屑物质已很难触及 , 因此这里堆积的碎屑物质的成熟度就很低 , 如发育在海洋底部的碎屑物重力流沉积 。58(四)碎屑物质在湖水中的搬运和沉积作用与海洋相比,湖泊面积小,缺乏潮汐作用或潮汐作用不明显,因此,湖浪和湖流是湖泊中搬运和沉积碎屑物质的主要动力。湖泊的浪基面一般不超过 20m,因此,湖浪对碎屑物质的搬运和沉积作用主要表现在滨岸浅水地带,细的悬浮物质可被搬运到深水区。由于湖浪的搬运和沉积作用,使得湖泊中碎屑物质的机械沉积分异作用更明显。由于湖泊面积小,更易受台风和飓风影响,产生大的风暴浪,重新将滨岸沉积物冲刷扰动起来,以回流形式,重力流和牵引流双重水流机制,将碎屑物质搬向正常浪基面以下。59(五)碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用与流水的搬运及沉积作用相比,风的搬运与沉积作用有以下特点:1、搬运能力比水小,一般只搬运细粒碎屑(砂以下)。2、风成沉积物的粒度分选性较好。3、较粗的风成沉积物圆度较好,颗粒常见“ 霜状 ” 表面。60风的搬运方式有三种:1、跳跃:为主,占 70~ 80%,一般是< 其细砂( 为活跃。2、蠕动(滚动):< 20%,一般是 2、 3毫米颗粒,更大的颗粒一般原地不动。跳跃和蠕动搬运距离近,多在来源地附近堆积形成砂丘。3、悬浮:< 10%,小于 搬运很远。常见的风成沉积:沙漠沙丘、滨海沙丘、滨湖沙丘、河漫沙丘和黄土等。61(六) 搬运过程中碎屑物质的变化( 1)成分的变化随着搬运距离和时间的增长不稳定组分逐渐减少,稳定组分(如石英、燧石等)的含量相对增加,从而使碎屑物质的成分变得更加简单。( 2)碎屑颗粒形状和大小的变化在搬运过程中,碎屑颗粒的棱角逐渐被磨平、圆化,粒度也逐渐变小。( 3)碎屑颗粒均匀程度的变化碎屑颗粒大小的均匀程度与随环境水动力的稳定性相一致。62(七)事件沉积作用事件沉积是指短时日内 (几小时-几天 )、快速沉积的、少见的沉积现象。 它们出现在相对缓慢的背景沉积之中。 也有人用其它的词描述这类现象,如沉积幕、灾变地质事件。事件层与背景沉积之间在岩石类型、结构、构造和生物特征等诸方面均具有显著分别.通常表现出良好的侧向延伸性。事件沉积层的形成通常伴随着下伏沉积物的剥蚀,这点在近源浊积岩和风暴岩中表现尤为明显。事件层覆盖或削截先前的、具有生物扰动构造的下伏层顶面,事件层的顶面常常以具有底栖生物为鉴定标志。一系列事件层可能联合构成较厚的复合体。63事件沉积在各种盆地充填序列中住往占有重要位置。对于某些具有高的陆源碎屑和火山物质供给的盆地而言,其盆地充填的主体可能主要为事件沉积物。另外,冲积扇、扇三角洲,以及许多湖盆地也经常发育各类事件沉积。64正常沉积和事件沉积可发生于同一沉积环境,两者交替进行,即当有事件作用来临时,正常的沉积停止,表现为事件沉积过后又恢复为正常沉积。正常沉积速率缓慢、持续时间长,一般可与相序递变规律和沉积分异原理相吻合,沉积成熟度较高;而事件沉积可频繁发生,但每次持续时间短促,在地质历史中甚至可忽略不计,但其沉积厚度、速率可远远高于正常沉积,其沉积物(岩)成熟度一般偏低,难于用沉积分异作用原理去解释。在垂向上任一剖面都可由正常沉积和事件沉积的互层构成。65二、化学搬运和沉积作用在化学化物理化学规律支配下,物质以离子、络离子以及溶解分子、分子团的形式迁移,再结合成固态物质的过程称为化学搬运和沉积作用。搬运是随地表或地下径流向汇水盆地进行的,而湖泊和海洋是最重要的沉积场所。化学搬运物质组分溶解度大小的顺序为: 面的溶解度比前面的大。前面的 一般呈胶体溶液被搬运;后面的 成真溶液被搬运。 66(一)胶体溶液的搬运和沉积作用胶体是一种细分散系,胶体与悬浮体、真溶液的区别主要在于质点的大小,胶体质点在 1- 100然界的胶体主要通过分散作用和凝聚作用形成。丁道尔现象、布朗运动、透析作用、吸附作用和胶体离子的带电性。胶体粒子按所带电荷分为正胶和负胶。自然界中负胶多于正胶。)由于胶体质点细小,强烈的布朗运动能和重力作用相抗衡,致使胶粒难以沉降;2)由于带有相同电荷的胶体离子之间的排斥力,使其在碰撞时难以形成较大的粒子而难以沉降;3)由于胶粒和容积的亲和作用,使其周围形成溶剂化膜,可以阻止胶粒的碰撞,胶体粒子周围的溶剂化膜越厚,胶体体系就越稳定。沉):两种胶粒的电荷相互中和引起聚沉;使布朗运动加剧,增加相互碰撞的机会,又可使粒子对粒子的吸附作用减弱,降低了胶粒所带的电量;β 射线可使正胶聚沉)。)未脱水硬化的凝胶呈胶状、糊状或冻状,固结成岩后常具贝壳状断口;2)胶体沉积颗粒细小,孔隙度较大,因而有较强的吸收性;3)由于胶体陈化脱水而常出现收缩裂隙,易敲击成尖棱角状碎块;4)一般有微晶、放射状、鲕状、球粒状、扇状集合晶等结构;5)胶体沉积可以呈巨厚层产出,也可成透镜体,结核产出;6)由于胶体有较强的离子交换和吸附能力,常吸附有不定量的水份、有机质、以及各种金属元素,其化学成分常不固定。70(二)真溶液物质的搬运与沉积母岩风化产物中的真溶液物质主要是 S,K, P, 溶液物质的搬运及沉积作用的根本控制因素是它们的溶解度, 即溶解度越大,越易搬运,越难沉积;反之,溶解度越小,则越易沉积,越难搬运。在常温常压条件下,按溶解度大小,可将矿物分为易溶矿物难溶矿物两大类: 711. 易溶矿物溶解和沉淀的控制因素易溶矿物主要是碱金属和碱土金属阳离子和强酸阴离子结合生成的矿物。 如石盐( 钾盐( 石膏( 。它们的溶解度很大,溶解速度很快,虽然温度等条件可以稍稍改变它们的溶解度,但对它们的易溶性没有影响。 它们只有在干热的气候条件下,在封闭或半封闭的盆地中,或者在水循环受限制的潮上地带,即在蒸发的条件下,才能沉积下来,如 石膏、硬石膏、钠盐、钾盐、镁盐就是这样形成的, 这类矿物常被称为 蒸发矿物 。氧化物)、钙镁铁的碳酸盐、硫化物、硅酸盐矿物等等, 这类矿物的溶解度很小, 易于沉淀。在它们的搬运和沉积作用中,水介质的各种物理化学条件的影响十分重要。溶液的 有在强酸性( 2— 3)的水介质中才稳定,才能作长距离的搬运;当 3时,开始沉淀。 不同,它在 7时才开始沉淀。因此 比 于搬运。另外, 淀时所要求的 3酸性 条件;而 要 弱碱性 条件。在 -9时 最容易沉淀。74溶液的 n、 溶解度有影响。 因此在氧化条件下,溶液中的 反, 离解成含氧酸根络阴离子,溶解度比低价态化合物( 的多, 因此在还原条件下,溶液中的 此,我们常将 赤铁矿和黄铁矿分别作为氧化和还原条件的指示矿物。75溶液的温压条件 一般来说,物质的溶解度随温度增高而增大,温度还可以改变反应的方向。压力对溶解度的影响不大,压力增大,化学平衡向着体积减小的方向移动。温度、压力对溶液中 而溶液中 反应式如下: 水温升高、压力降低, 酸钙沉淀; 所以在 现代热带、亚热带海岸浅水中常可见到碳酸钙的沉淀。76随深度的增大,水温降低,压力增高,碳酸钙溶解度增大。因此 当水体达到一定深度时, 这时没有多余的 在表层水中形成、在重力作用下沉降到这一深度的 这个 碳酸钙分布的最大可能深度称为 碳酸钙 补偿深度 ( 简称 代海洋 000~ 5000它之下没有 要是粘土质软泥、硅质软泥等 ),除非来自补偿深度以上的 碳酸盐浊流沉积 )。77三、 生物的搬运和沉积作用生物在母岩风化产物的搬运和沉积过程中起着重要的作用,不少沉积岩和沉积矿产的形成都与生物作用有关,或直接由生物沉积作用而形成,例如碳酸盐、硅酸盐、石灰岩、磷酸盐、沉积铁矿、硅藻土、白垩、煤、油页岩和石油等。在各类生物中,尤以 藻类和细菌等微生物在沉积岩和沉积矿产形成作用中的意义大 。不仅由于这类生物繁殖快、分布广、数量多、适应性强,而且在地质历史中出现很早,被认为是最早的生命记录。78生物的搬运和沉积作用有两种方式:一种是生物通过新陈代谢作用,在其生活的过程中不断地从周围介质中吸取一定物质成分,从而把一些元素富集起来。 在生物的机体中,大量地集中了 C, O, N, S, P, K, 动物的骨骼或介壳中,特别富集了 生物死亡后,其遗体的堆积物就可以形成特定的有机岩或有机矿产。在煤灰份中某些元素的富集含量比岩石圈一般的富集含量大几十倍到几千倍,如 600600倍,00000倍, 050倍, 0倍, 09另一种是由于生物作用而引起的周围介质条件的改变,从而影响某些物质的搬运和沉积。 例如由生物作用排出的 碳酸盐的溶解和沉积有很大的影响。又如原生沉积物包含大量细菌,而细菌的生命活动改变着沉积物中介质的物理化学条件。细菌分解有机质排放 放 闭环境中细菌对氧的消耗可降低 当指出,生物的搬运和沉积作用,随着地球的发展,其重要性将越来越大,因为生物的影响领域越来越大了。80四、沉积分异作用母岩风化产物以及其它来源的物质,在搬运沉积过程中由于搬运介质搬运能力的衰减,被搬运物质就会物理性质和化学成分的差异在不同的地段分别沉积下来,这种现象称作 沉积分异作用。沉积分异作用按照作用的性质分为 :机械沉积分异 和 介质的搬运能力在一定方向上作有规律变化时,它们就会按照颗粒大小、形状、比重和矿物成分依次沉积,这种现象就是 机械沉积分异作用 。机械沉积作用的结果是形成了 砾岩、砂岩、粉砂岩、泥质岩等岩石 ,同时可以形成重要的砂矿床。碎屑物质的规律性变化,对于了解沉积物的来源、母岩性质、搬运条件、恢复古地理、了解矿床分布规律、寻找原生矿床等都具有重要意义。外界条件(介质的 候因素等)的影响,按照物质溶解度的不同,分别沉积的现象称为 一般说来,机械沉积分异作用进行得较早,化学沉积分异作用进行较晚, 机械沉积分异作用的砂和粉砂阶段,大致与铁的氧化物阶段即化学沉积分异作用的开始阶段相当,机械沉积分异作用的最后阶段即粘土沉积阶段,大致与化学沉积分异作用的碳酸盐阶段相当,待化学沉积分异作用进行到硫酸盐及卤化物阶段时,机械沉积分异作用已基本结束了,故蒸发岩中很少有碎屑混入物。85这两种沉积分异作用的结果,就形成了各种类型的碎屑沉积岩和化学沉积岩以及相应的各种沉积矿产, 分异作用进行得越彻底,各种类型的沉积岩在成分上及结构上的成熟度就越高,从而就越易形成各种沉积矿产。 相反,如果沉积分异作用由于各种因素的干扰进行得不够彻底,则各种类型的混合沉积岩或过渡类型的沉积岩就会大量出现,这对沉积矿产的生成是不利的。研究沉积物的搬运沉积作用、了解沉积岩和沉积矿床的成因和分布规律,指导找矿勘探作具有重要意义。但是对沉积分异作用的规律和意义,也存在着激烈的争论, 主要是:影响沉积作用的外界因素十分复杂,沉积分异作用过于简单化、理想化;自然界存在着与沉积分异作用相反的掺和作用,干扰沉积分异作用的进行。87第四节 沉积后作用沉积后作用 是泛指沉积物形成以后 , 到沉积岩的风化作用和变质作用以前这一演化阶段的所有变化或作用 , 也称为 成岩作用 或 成岩后生作用 。由于 沉积后作用 十分 复杂 , 尽管人们做了大量研究工作来摸索其特征和规律 , 但直到目前也没有一个公认的 、 统一的划分方案 , 阶段的个数 、 各阶段的名称 、 划分的标准都不甚一致 , 甚至相互抵触 。正如裴蒂庄 ( 1975) 所言 , 成岩作用阶段划分方案与研究者的数目一样多 。 另外 , 任何一个方案都是地区性的 , 或限定在某一国度内 , 对另一个区就不一定完全适用 。段)指沉积物刚刚沉积、还暴露在沉积环境底层水中、在沉积物 — 水界面及其以下的 — 薄层内所发生的一切物理、化学或生物作用。 (一) 段) 指同生作用之后一直到沉积物固结为止发生在沉积物内部的一切物理、化学和生物作用。成岩作用条件的总体变化趋势是温压升高、 整个作用过程中,沉积物体积逐渐减小。段) 指已固结的沉积岩在上覆沉积岩(物)厚度进一步加大,温压进一步升高直到变质作用之前的所有作用。后生作用是在开放系统中进行的。由于温压高,作用时间长,故形成的后生矿物晶体粗大,晶形完好;由于有外来物质加入,故新生的矿物成分可与本层物质无关,其分布不受层理的控制,可切穿层理。最常见的现象是交代、重结晶、次生加大等。段)指坚固的沉积岩因盆地回返而逐渐上升到潜水面附近时受渗流、潜流和大气降水影响所发生的作用 作用条件接近地表的常温常压, 度很低, 中偏弱酸性 ),在潜流水中较高 (中偏弱碱性 ),作用强度取决于岩石成分和孔隙状况。 表生成岩作用与暴露于地表或潜水面以上的岩石所遭受的风化作用是不相同的,风化作用是一种“去石化作用” ,是使岩石发生解离和成壤作用。而表生成岩作用表现为次生胶结、交代、某些物质的富集以及成矿作用。93(二) 压实作用系指沉积物沉积后在其上覆水层或
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本文标题:02第二章 沉积岩的形成作用
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