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2沉积岩的形成及演化

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沉积岩 形成 演化
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第二章 思考题1、试述物理风化、化学风化、生物风化的表现形式及其影响因素 ?2、试述母岩风化产物的主要类型。3、试述雷诺数 (含义,及其水力学解释在地质中的应用。 4、试述佛罗德数 (含义,及其水力学解释在地质中的应用。5、以尤尔斯特龙图解为例,说明碎屑颗粒的搬运、沉积与流速的关系。并说明细砂级颗粒为何分选最好。6、试述斯托克沉速公式的含义及其适用条件。7、 碎屑物质在流水搬运过程中将发生哪些重大变化 ? 8、 何谓牵引流 、 重力流 ? 二者在搬运和沉积方面各有什么特点 ?9、 试述真溶液和胶体溶液的搬运和沉积作用 。10、 何谓沉积分异作用 ? 它包括哪两种类型 ? 试述它们的关系及其在地质中的意义 。 11、 试述沉积后作用的概念及其研究的意义 。 12、 试述沉积岩的分类原则 。第二章 沉积岩的形成及演化of 个阶段 :1、沉积岩原始物质 (主要是母岩风化产物)的形成阶段2、沉积岩原始物质的搬运和沉积阶段 (即沉积物的形成阶段)3、沉积后作用阶段 (包括沉积物的同生作用和准同生作用阶段、沉积物的成岩作用阶段、沉积岩的后生作用阶段)第一节 母岩的风化作用—— 沉积岩最原始物质的形成of of of 化作用的概念风化作用 ( 是地壳最表层的岩石在温度变化、大气、水、生物等因素的作用下,发生机械破碎和化学变化的一种作用。风化作用是地壳表层岩石的一种破坏作用。风化作用按其性质可分为三种类型:物理风化作用( 化学风化作用( 生物风化作用( 二、各种造岩矿物的风化及其产物石英( :主要的造岩矿物,在风化作用中稳定性极高,它几乎不发生化学溶解作用,一般只发生机械破碎作用。of 长石( :稳定性次于石英,风化稳定性由高到低的顺序是:钾长石、多钠的酸性斜长石、中性斜长石、基性斜长石。K[(钾长石 ) K 40时 , 出现 ‚ 卡门涡街 ‛ , 紊流 (涡流 )() cR e = 4 0 ~ 1 2 0() bR e = 1 ~ 4 0在背流尾迹中具有不规则旋涡的层流层流R e 1, 急流 , 超临界流 , 水浅流急 ,临界流 ,静流,缓流或临界以下的流动,水深流缓床沙表面可随水流强度变化而出现各种类型床沙形体,一种类型的床沙形体不是固定不动的,而是通过组成床沙的砂砾颗粒的滚动、滑动或跳跃移动而使床沙形体发生顺流或逆流移动。这种现象在水力学中称为 沙波运动 。明渠水流随着流动强度的加大,在床面上会依次出现下列床沙形体:无颗粒运动的平坦床沙、沙纹、沙浪、沙丘、过渡型 (低角度沙丘 )、平坦床沙、逆行沙丘、流槽和凹坑。4. 两种流体及其搬运和沉积作用方式牵引流 ( 符合牛顿流体定律的流体。其搬运机制是流体动能拖曳牵引沉积物一起运动,如河流、风流和波浪流等。沉积物重力流 ( 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。牵引搬运 (牵引作用 )— 能使碎屑物质作底负载移动的各种作用牵引流的搬运力 包括 推力 和 载荷力 。 推力 (牵引力 )与流速有关, 载荷力 (负荷力 )与流量有关。推力大不一定负荷力大,反之亦然。牵引流搬运方式 : 溶解载荷、悬移载荷、推移载荷或床沙载荷。重力流 搬运的驱动力主要起因于重力二、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用of in 要与水的流动状态关系密切,是层流还紊流,是急流还缓流; 还与碎屑颗粒的本身特点 (大小、相对密度和形状等 )有关。1. 搬运方式推移搬运 (滚动搬运,包括跳跃搬运 ) 悬浮搬运 (悬移搬运 ) 2. 机械沉积作用处于搬运状态的碎屑物质,在一定的条件下,主要是当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。碎屑物质在静水中下沉情况可用 斯托克实验公式表示 (1850):(适用于粒径 <其中: V— 颗粒下沉速度 (cm/s),颗粒密度 , 水介质密度 ,g — 重力加速度 (980cm/r — 颗粒半径 (V= 1 极细砂下沉 30h,而细粘土则约需 1年;如下沉 3000~4000m,极细砂约需 10d,细粘土则约需 100年。碎屑颗粒在静水中下沉速度与颗粒半径平方成正比碎屑颗粒在静水中下沉速度与其相对密度成正比斯托克公式只有在静水或层流的条件下才适用。斯托克公式是在假定颗粒为球形的情况下求得的,假如颗粒不是球形,其沉速有所不同。实验证明, 假设球形颗粒的沉速为 100,则椭球形颗粒的沉速为 84~ 61,立方体为 74,长柱体为 50,片状颗粒为 80~ 38;尤尔斯特隆图解碎屑物质在流水中的搬运和沉积,流速和颗粒大小之间的关系最为关键。砾 砂 粉砂侵蚀未固结的粘土和粉砂沉积搬运尤尔斯特隆的曲线()1939森德伯格的修正曲线()1956固结粘土和粉砂颗粒直径,4 24 6 cm/1956)修改过的尤尔斯特隆图解可滚动的床砂载荷的最大粒径, 6 1975)的图解当流动强度为 所能滚动的砾石最大粒径为 8时所悬浮的颗粒最大粒径为 流动强度略小于 使粒径为 8而形成双众数的砾岩。当流动强度在 可能形成粗、细砾石沉积的互层,其平均粒度分别为 8果流动强度急剧减少,则可能造成分选极差的多众数的砾、砂、粉砂和泥的混合沉积物。沉积 1此,在平均粒度为 7可能是同时沉积物。3. 碎屑物质在流水搬运过程中的变化成分上的变化:不稳定组分逐渐减少,稳定组分则相应增加,同其它组分也就变得更加简单了。碎屑颗粒度逐渐变小碎屑颗粒的圆度逐渐变好碎屑颗粒的球度也有所增高4. 碎屑物质在流水搬运及沉积作用过程中的分异作用沉积分异作用 ( 母岩的风化产物在搬运和沉积过程中根据本身特性,在外部条件的影响下,按照一定顺序分别堆积在一定程度上是可以分开的地表沉积带内。母岩风化产物以及其它来源的沉积物,在搬运和沉积过程中按照颗粒大小、形状、比重、矿物成分和化学成分在地表依次沉积下来,这种现象称作 地表沉积分异作用 。沉积分异作用包括:粒度分异相对密度的分异形状上的分异,片状碎屑颗粒较粒状碎屑颗粒搬运远,成分分异机械沉积分异作用 (— 碎屑物质在搬运和沉积过程中,当介质运动的速度和运移的能力在一定的方向上作有规律的变化时,它们也相应按照颗粒大小、密度和形状发生分异,依次沉积。与沉积分异作用相对立的是‚掺和作用‛或‚混合作用‛、‚混杂作用‛。三、碎屑物质在海、湖水中的搬运和沉积作用of in 部分都注入海洋,其次是湖泊。海、湖是流水搬运碎屑物质的最终场所。1. 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。波浪 主要由风引起,波浪的大小主要取决于风的大小。波基面 (浪底 ) (— 波浪作用的下限,即波浪所影响的最大深度。当波浪运动的方向与海岸垂直时 ,而海底又位于浪底之上。在理想的情况下,波浪只能使海底的碎屑颗粒作一定幅度的往返运动,当一个周期后,颗粒又回到原来的位置。海底的碎屑既作往返运动,也有沿着倾斜的海底向下移动的趋势。如果波浪不垂直海岸 ,而与海岸斜交,则海底碎屑运动的路线呈更加复杂的‚之‛字形。其最大特点是波浪作用力方向与重力沿岸分力作用的方向不一致,而使物质沿着二者合力方向移动。除正常天气情况下,碎屑物质在横向和纵向波浪作用下的搬运和沉积作用外。还有阵发性的 风暴浪将浅海沉积物卷起而重新搬离或搬向海岸,形成 风暴沉积物 。潮汐作用 对滨岸地区的碎屑物质影响很大,在潮汐作用带,水体作大规模地涨潮和落潮运动,因此也使水底的碎屑物质作相应的往返运动。近岸地带的 海流 或深海的 浊流 、 等深流 、内潮汐流 、 冷流 、 暖流 、 赤道洋流 和 上返洋流等对碎屑物质的搬运和沉积均有一定的作用 。海洋中碎屑物质在波浪、潮汐等的长期作用下,也会发生成分、粒度、圆度上的变化以及分异作用。2. 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,因此,湖浪和湖流是潮泊中搬运和沉积碎屑物质的主要营力。四、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用of in 力在干旱地区,这种搬运和沉积作用是主要的空气只能搬运碎屑物质,而不能搬运溶解物质在正常地面条件下,搬运方式以 跳跃为主(70~ 80%),其次是 蠕动 (<20%),而 悬浮 极少 (<10%)。在一般情况下,搬运方式与粒度之间关系相当稳定。风力搬运的最大特点是碎屑呈弓形弹道轨迹前进。风的搬运及沉积作用特点:搬运能力远比水小,同样的速度下,风的搬运能力约为流水的 1/300,因此,风一般只能搬运较细粒的碎屑物质。风成沉积的粒度分选性较好。圆度较好,常具霜状表面。常见的风成沉积是各种沙丘和黄土五、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用of in 在寒冷的两极地区和高寒山区,冰川的搬运及沉积作用是主要的。冰川的搬运与堆积冰碛物 — 冰川 携带的碎屑物质冰川具有巨大的搬运能力南极大陆冰盖冰碛物的基本特征:结构疏松,大小混杂,分选极差;冰碛物中砾石磨圆极差;一般缺乏层理构造。第三节 溶解物质的搬运和沉积作用of 述 (岩风化产物中的溶解物质,主要为 、 K、 P、 。前面的溶解度较大,多呈真溶液; 后面的溶解度较小,多呈胶体溶液。它们均呈溶解状态,在河水或地下水中,向湖泊和海洋中转移。二、胶体溶液物质的搬运和沉积作用of 一种物质的细微质点分散在另一种物质中的不均匀分散体系。胶体质点一般介于 100~ 1μ呈分子状态。胶体质点常有电荷。引起胶体质点搬运和沉积作用的主要因素是同种电荷的胶体质点之间的相互排斥力。不同名电解质的加入,可使胶体质点的电荷中和,从而使胶体质点发生凝聚而下沉。不同名胶体的相互作用,也可使它们的电荷中和,也可使胶体发生沉淀。其它因素 (如水介质中的腐植酸、生物作用、蒸发作用等 )也影响胶体溶液物质的搬运和沉积作用 。胶体沉积物的特征:常呈钟乳状、肾状、豆状、胶冻状等常具贝壳状断口多为含水矿物,且含水量很不固定其化学成分也不够固定常具离子交换性及吸附性常失水干裂老化或重结晶三、真溶液物质的搬运和沉积作用of l、S、 K、 P、 真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溶解度越大,越易搬运,越难沉积。溶解度越小,越易沉积,越难搬运。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。各种铁、锰矿物生成时所需要的 介质的影响不大。它们只有在干热的气候条件下,在封闭或半封闭的盆地中,或在水循环受限制的潮上地带,即在蒸发条件下,才能沉积下来。如石膏、硬石膏、钠盐、钾盐、镁盐等。四、生物的搬运和沉积作用by 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,或直接由生物作用而形成。如碳酸盐岩、磷酸盐岩、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较大。生物的搬运和沉积作用有两种方式:生物通过新陈代谢作用,在其生活过程中不断地从周围介质中吸取一定的物质成分,从而把一些元素富集起来 。另一种方式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。五、化学沉积分异作用学沉积分异作用 —— 受化学原理支配的分异作用母岩风化产物中的溶解物质,在搬运和沉积过程中,由于各元素和化合物彼此在化学性质上的差异 (主要是化学活泼性或溶解度大小 ),它们从溶液中按一定先后顺序沉淀出来,从而逐渐产生了分异。六、两种沉积分异作用的关系及其地质意义1. 关系机械沉积分异作用进行得较早,化学沉积分异作用进行得较晚机械沉积分异作用 化学沉积分异作用砂和粉砂阶段 铁的氧化物阶段粘土沉积阶段 碳酸盐阶段已基本结束 硫酸盐及卤化物阶段2. 意义两种沉积分异作用的结果,就形成了各种类型的机械沉积岩和化学沉积岩以及相应的各种沉积矿产。分异作用进行越彻底,各种类型的沉积岩在成分上和结构上的成熟度就越高,从而越易形成各种沉积矿产。七、正常沉积作用和事件沉积作用正常情况或条件下发生的搬运和沉积作用,这一作用过程是缓慢的、均变的。事件沉积作用 :指事件性的、阵发性的或灾变性的搬运和沉积作用。这类作用的发生和发展可能是瞬间的、短暂的,但其作用过程是快速的 。事件作用所挟带的大量砂、砾、泥等碎屑物质一旦沉积下来,一般就不再被搬运了。如沉积物重力流、泥石流和洪水流、火山喷发 —— 碎屑流、风暴流、地震、陨石雨降落等 。与正常沉积作用相比,事件沉积作用及其产物肯有明显的 等时性 ,所以,这一作用也叫 幕式沉积作用 。正常沉积和事件沉积可发生于同一沉积环境,二者交替进行。第四节 沉积后作用及其阶段划分、概述 (积物的形成阶段 :母岩风化产物以及其它来源的物质成分,在搬运和沉积作用之后,就变成了沉积物。沉积后作用: 泛指沉积物形成之以后,到沉积岩遭受风化作用和变质作用之前这一演化阶段的所有变化或作用。亦称为 广义的成岩作用 。母岩沉积物形成阶段成岩作用阶段沉积岩风化作用变质作用沉积岩的形成与演化 后生作用阶段沉积后作用成岩作用后生作用广义的成岩作用包括 狭义的成岩作用 和 后生作用 两个阶段。成岩作用 (沉积物转变沉积岩所发生的一系列变化。后生作用 (沉积岩形成以后到遭受风化作用或变质作用以前的变化。沉积后作用的 上限 为沉积物表面或潜水面沉积后作用的 下限 为变质岩带顶 (<220℃ , <1000、沉积后作用阶段的划分沉积后作用阶段的划分,到目前为止也还没有一个公认的、统一的划分方案。关术语的阐明1. 埋藏成岩作用 (碎屑沉积物随埋深增加,主要由于机械压实作用和化学胶结作用,致使岩石逐渐变致密、孔隙度减小、物性变差等一系列物理和化学变化直到变质作用。2. 沉积后作用 (泛指沉积物形成以后到沉积岩遭受风化作用和变质作用以前这一演化阶段的所有变化和作用。3. 同生作用 (指沉积物刚刚形成以后而尚与上覆水体相接触时的变化。如‘海解作用’、‘海底风化作用’及‘陆解作用’等 。4. 准同生作用 (主要是指潮上带的疏松碳酸钙沉积物被高镁粒间盐水白云化的作用 。5. 成岩作用 (指上覆沉积物不断增加使早期沉积物逐渐被掩埋,直至基本上与上覆水体脱离,使沉积物在新的物理化学条件下,产生新的平衡,致使疏松的沉积物固结成岩的全部变化过程。6. 后生作用 ( 继成岩作用阶段之后,在沉积岩转变为变质岩之前或遭受风化作用之前所产生的一切作用和变化。7. 表生作用 (指沉积物抬升到近地表,在潜水面以下常温常压或低温低压条件下,由于渗透水和浅部地下水 (包括上升水 )的影响下所发生的变化。四、沉积期后的影响因素沉积物脱离沉积环境进入沉积期后变化阶段,实质上是沉积物在新的条件下,重新建立起新的平衡的过程。影响这一平衡过程的因素主要有: 沉积物的成分、温度、压力、以及层间水溶液的性质(溶度积、自由度、 度、溶解气体的状况等 ) 。五、沉积后作用主要类型1. 压实作用 (. 压溶作用 (. 胶结作用 (固结作用 (. 重结晶作用 (矿物的多相转变作用 (of . 交代作用 (. 溶解作用 (五节 沉积岩的分类of 砾岩 砂岩 粉砂岩 碎屑岩 按粒度划分 粘土岩 碳酸盐岩 硫酸盐岩 卤化物岩 硅岩 1. 主要由母岩风化产物形成的沉积岩 ( 按母岩风化产物的类型和其搬运沉积作用不同 , 再划分为两类 ) 化学岩 按成分划分 其它化学岩 2. 主要由火山碎屑物质组成的沉积岩 火山碎屑岩 可燃生物岩 沉 积 岩 3. 主要由生物遗体组成的沉积岩 按可燃性划分 非可燃生物岩 一、沉积岩基本类型划分二、一些问题的说明1. 关于粘土岩为什么将粘土岩划归碎屑岩中 ?沉积岩中的粘土物质基本上是母岩风化的产物经过机械搬运和沉积作用而来的,基本上是陆源的,由化学作用在沉积环境中新生成的粘土矿物为量很少。2. 碳酸盐岩虽然颗粒石灰岩的沉积机理主要是机械的 , 但其颗粒的生成还是化学作用或生物作用为主的 。3. 关于生物化学岩实际上是生物岩与化学岩之间的过渡岩石类型,如生物石灰岩、礁石灰岩、白垩、硅藻岩等。4. 关于附生岩象含铜、铀、硫、沸石、海绿石以及其他特殊元素或矿物的沉积岩,由于其经济意义较大,常受人们的格外重视,并常被称作‚含铜岩‛、‚含铀岩‛、‚含海绿石岩‛等。5. 关于异地岩和原地岩异地岩 地岩 . 关于内源岩和外源岩外源岩 源岩
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