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综合地质学第二章—沉积岩(4学时) (1)_图文16265926

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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综合地质学教 研 室:地质工程教研室任课教师:李媛媛岩石学岩石: 自然(由地质作用)形成的,由一种或多种矿物或由其他岩石碎屑所组成的集合体。例如:石灰岩是由方解石组成的集合体; 花岗岩是由石英、长石、云母等多种矿物组成的集合体; 砾岩是由岩石碎屑所组成的集合体。石灰岩 花岗岩 砾岩根据成因分为三类:岩浆岩、沉积岩、变质岩第三章 沉积岩第一节 沉积岩的形成及特征第二节 沉积岩的分类第三节 沉积岩的工程地质性质沉积岩( 是在 地球表面常温常压 条件下,由 风化作用、生物作用和岩浆 作用产生的物质经 搬运、沉积和成岩 等一系列地质作用而形成的岩石。现代沙丘一、沉积岩的概念体积、面积: 约占岩石圈体积的 5%; 陆地面积的大约 75%为沉积岩所覆盖厚度: 变化很大, 0~几十公里,地槽区厚,地台区薄。类型: 自然界分布最多的是粘土岩(页岩、泥岩) , 其次是砂岩和石灰岩, 占沉积岩总量的 95%以上。产出状态: 层状或水平地覆盖于地表或以不同角度倾斜堆叠于地表,但往下延伸的深度一般不大。生命演化、海陆变迁的记录仪是大量沉积矿产的蕴藏地和 工程地质工作的主要场所 :煤、石油、铁、锰沉积岩的特点二、沉积岩的形成过程剥蚀搬运、分异剥蚀搬运、分异沉积1、沉积物的形成2、沉积物的搬运、分异和沉积3、沉积物的成岩沉积岩的形成母岩风化生物物质火山物质宇宙物质沉积物的来源生物风化作用1、风化作用直接产物• 碎屑物质: 机械破碎形成的岩石碎屑或矿物碎屑• 不溶残余物: 化学风化形成的新矿物,包括粘土矿物、氧化物矿物;如:水白云母、高岭石、蒙脱石、蛋白石和铝土矿等。• 溶解物质: 各类溶于水的离子、胶体;如 S、 K、 石英: 主要造岩矿物, 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 。• 长石类: 稳定性次于石英,• 风化稳定性由高到低的顺序是: 钾长石 → 酸性斜长石→ 中性斜长石 → 基性斜长石。• 云母: 白云母抗风化能力较强于黑云母白云母 — 先变成水白云母 — 最后变为高岭石黑云母 —— 转变为蛭石、绿泥石、褐铁矿等2、主要矿物在风化过程中的稳定性• 橄榄石、辉石、角闪石等 镁硅酸盐矿物 抗风化能力低,在风化产物中保留较少,沉积岩中少见。• 粘土矿物: 在风化带中相当稳定, 如高岭石、蒙脱石、水云母等。• 碳酸盐矿物: 稳定性甚小, 极易溶于水并顺水转移,如方解石、白云石等。类型: 碎屑机械搬运和沉积 溶解物化学搬运和沉积碎屑物在流体中的搬运方式悬移、跃移、滚动、推移 主要是 S、 K、 、沉积物的搬运和沉积作用•沉积分异作用概念: 风化产物在搬运过程中,受外界条件影响按照一定次序沉积下来•类型: 机械和化学沉积分异作用机械沉积分异作用: 搬运介质流动能减小,搬运物按 粒度、比重、形状 按一定次序沉积近母岩区 远母岩区成 分: 复杂 单一重矿物: 含量高 稳定矿物粒 度: 砾 砂 泥4、沉积物的分异作用化学沉积分异作用: 由于各元素和化合物 溶解度不同 出现的沉积先后次序盆地边缘 盆地中心氧化物 磷酸盐 硅酸盐 碳酸盐硫酸盐卤化物增大溶解度压实作用: 负荷 — 体积缩小、密度增加、含水量减少;强度受沉积物类型和埋深制约压溶作用: 重荷 — 颗粒溶解 — 缝合线胶结作用: 颗粒沉积物由化学沉淀物胶结,成为坚固岩石重结晶作用: 溶解、固体扩散导致矿物颗粒重新排列成岩矿物形成:新矿物出现、沉积物成为岩石5、沉积物在成岩作用中的变化 胶结物成分⑴硅质胶结物:岩石多致密坚硬(石英、蛋白石、玉髓)硅质胶结物石英次生加大方解石胶结物硅质胶结物石英次生加大 胶结物成分( 2)钙质胶结物:方解石(红色)、铁方解石(紫红色)、白云石(无色)亮晶方解石胶结物白云石胶结物 胶结物成分( 3)铁质胶结物: (氢氧化铁、三氧化二铁)( 4)泥质胶结物:( 5)硬石膏胶结物高岭石胶结物白云石胶结物硬石膏胶结物 胶结类型(1)基底式胶结 :填隙物含量较多 , 碎屑颗粒 在其中 互不接触而呈漂浮状 ;(2)孔隙式胶结 :碎屑颗粒构成支架状, 颗粒之间多呈点状接触,胶结物 含量少, 只充填在 碎屑颗粒之间的孔隙中 。 胶结类型(3)接触胶结类型 :颗粒之间呈点接触或线接触 ,胶结物 含量很少 , 分布于碎屑颗粒 相互接触的地方 。(4)镶(压)嵌胶结类型 :颗粒 之间由点接触发展为线接触、凹凸接触 ,甚至形成 缝合状接触 。沉积岩的特征: 颜色、成分、结构、构造三、沉积岩特征 —— 颜色• 黑色 富含有机质,指示 岩石形成于还原环境门卡墩组 ( 斯匹提页岩( , 黑色页岩 生油条件好,为好-很好 生油岩• 红色、紫红色、褐红色: 岩石含 氧化物 — 强氧化环境西藏白垩系床得组 —— 缺氧富氧事件•颜色转变 沉积岩颜色描述• 应以表示 主要颜色 为主。• 在观察颜色时,必须看到新鲜面。• 在野外,颜色的描述应逐层进行。颜色描述方法:(1)亮暗程度、浓淡程度: 浅灰色、浅红色(2)复合命名: 灰白色、灰黑色沉积岩的特征 —— 颜色三、沉积岩的特征 —— 成分• 矿物成分• 碎屑岩: 石英为主,可有长石、白云母等• 粘土岩: 粘土矿物为主(高岭石、伊利石),可有白云母• 化学岩及生物化学岩: 方解石、白云石、石膏、岩盐、生物碎屑、有机质沉积岩的特征 —— 结构结构: 指组成岩石的矿物或碎屑个体本身的特征,包括: 碎屑大小、磨圆度和分选性 (即大小均一度 )等。• 粒度 — 是指碎屑颗粒的大小• 球度 — 度量一个颗粒近于球体的程度。• 圆度 — 指碎屑颗粒的原始棱角被磨圆的程度一般分为:棱角状、次棱角状、次圆状、圆状• 颗粒分选 — 碎屑颗粒大小的均匀成度• 颗粒的表面结构: 包括磨光程度及表面蚀痕迹两个方面。( 2)碎屑结构 —— 碎屑岩• 碎屑结构 —— 碎屑岩• 泥状结构 —— 粘土岩• 化学结构 —— 化学岩及生物化学岩( 1)结构分类• 砾状结构 —— 角砾状结构(棱角状)• 圆砾状结构(圆状)• 砂状结构 —— 粗砂状结构(碎屑直径 中砂状结构(碎屑直径 细砂状结构(碎屑直径 粉砂状结构 —— (碎屑直径 砾状结构砂状结构砂状结构粉砂状结构( 3)泥状结构 —— 粘土岩 (碎屑直径 2 角砾状结构(角砾岩)• 圆砾状结构(砾岩)• 砂岩类 —— 砂状结构 (碎屑直径 粗砂状结构 —— 粗砂岩• 中砂状结构 —— 中砂岩• 细砂状结构 —— 细砂岩• 粉砂岩类 —— 粉砂状结构 (碎屑直径 粉砂岩碎屑岩类(某一粒级颗粒含量大于 50%):砾岩类砂岩类泥状结构 (碎屑直径 2砾状结构砂岩( 2砂状结构粉砂岩( 粉砂状结构粘土岩 泥质岩( 60 60055硬质岩石 : 岩浆岩; 沉积岩: 硅质、钙质、铁质胶结的碎屑岩,石灰岩; 变质岩: 片麻岩,大理岩,石英岩。软质岩石 : 沉积岩: 泥质岩,泥质胶结的碎屑岩; 变质岩: 板岩,千枚岩,片岩。上述软质岩类如果含有硅质成分,强度将显著提高。 透水性和抗水性 (软化性,溶解性 ) (1)透水性:主要决定于岩石岩体的空隙性。岩体中的缝隙,有 原生 的和 次生 的。岩体中的原生缝隙: 如岩浆岩(以玄武岩为代表)的气孔构造, 某些碎屑沉积岩(如接触式胶结的砂岩)中的孔隙。 玄武岩的原生柱状裂隙, 沉积岩的原生层间裂隙玄武岩的原生柱状裂隙沉积岩的层间裂隙(2) 软化性: 岩石浸水后强度会有所降低。 岩石的软化性用软化系数描述。岩石的软化系数 饱和单轴抗压强度 /干单轴抗压强度软化系数 于软化岩石。岩石的软化性,决定于岩石的矿物成分。亲水矿物: 粘土矿物(高岭石等)、绿泥石、滑石、云母。易于遇水软化的岩石: 泥质岩,泥质胶结的碎屑岩, 板岩,千枚岩,片岩,火山凝灰岩。几乎所有的软质岩石都是易于软化的。(3)溶解性: 决定于岩石的矿物成分可溶解矿物:岩盐 膏 H 2O 、方解石。方解石具有微弱的溶解性,但石灰岩是地表分布最广的岩石。在长时间的地质历史中,形成普遍的溶蚀。石灰岩地区的溶隙溶洞, 为地下水流动提供通道。另外, 在松散覆盖层不厚的情况下 ,基岩存在 林(石灰岩溶蚀地貌)石灰岩溶蚀地貌 (灰岩溶洞石灰岩溶蚀地貌 岩石的抗风化能力抗化学风化的能力,主要取决于其成分。造岩矿物在地表风化条件下的化学稳定性相对稳定性 造岩矿物很稳定的 石英较稳定的 1 白云母、正长石、酸性斜长石较稳定的 2 白云石 (弱溶解性 )较稳定的 3 粘土矿物 (不易分解,但易软化 )不太稳定的 方解石(易被溶蚀)很不稳定的 角闪石、辉石、黑云母、橄榄石、基性斜长石 (易被分解 )3. 岩石的抗风化能力抗化学风化的能力,主要取决于其成分。造岩矿物在地表风化条件下的化学稳定性沉积岩的两种主要成分: 石英和粘土矿物。石英的化学稳定性最强;粘土矿物在化学风化的条件下稳定性也较好,但是容易受地下水的作用而软化,易发生物理风化。沉积岩的组成成分,为地表风化产物,大部分具有较好的抗化学风化能力。岩浆岩,大部分为不稳定的硅酸盐矿物。在化学风化条件下,易于被分解破坏。沉积岩的工程地质性质碎屑岩的成分碎屑:石英,长石、岩石碎屑;胶结物:硅质 ( 、钙质 (泥质 (高岭石等 )、铁质 (石膏质。泥质岩的成分粘土矿物高岭石等。化学岩的成分方解石、白云石等。力学性质、水理性质差异很大, 除泥质岩外,抗风化能通常都较强。碎屑岩的工程地质性质工程地质性质一般较好,但其胶结物的成分及方式对其强度影响显著:胶结物的成分: 硅质胶结 者强度较高、抗风能力强、透水性低、抗水性好,钙质胶结的次之, 泥质胶结的最差。胶结方式: 基底式胶结的岩石胶结紧密,强度较高,受胶结成分的控制; 孔隙式胶结岩石 的工程地质性质与碎屑颗粒成分、形状及胶结物成分相关,变化很大; 接触式胶结岩石的孔隙大、透水性强,强度低粘土岩的工程地质性质强度低, 在外荷载作用下变形大, 遇水易软化 和泥化粘土岩的天然边坡稳定性差 。当其中存在较多节理、裂隙时,一旦遇水浸泡,工程性质迅速恶化,常产生膨胀、软化或崩解。 在常见的三类粘土矿物中 ,富含 蒙脱石的工程性质最差, 含高岭石的相对较好, 而伊利石的介于之间。透水性小,可成为天然的隔水防渗层。化学岩的工程地质性质石灰岩 力学强度大多较高,抗水性弱 (具溶解性 ),地下水的溶蚀形成喀斯特 (洞。是地下水的集中渗流通道,地基中的不稳定区。白云岩 力学强度较高,具有微弱的溶蚀性。硅质岩 强度高,抗水性好,抗风化能力强。沉积岩中分布最广的是石灰岩,其次是粘土岩和砂岩沉积岩都具有层理构造:岩体力学性质,各向异性。层理面,往往是力学薄弱面和透水界面。岩浆岩的工程地质性质岩浆岩特征:① 大部分为块状的结晶岩石,部分为玻璃质的岩石②在不同的深度冷凝成岩;③特殊的矿物和构造:霞石、白榴石等矿物;气孔、杏仁构造④ 与周围围岩界线清楚⑤没有生物遗迹岩浆岩工程性质:绝大部分岩浆岩,力学强度高,透水性弱,抗水性强(不软化,不溶解)。但同沉积岩相比抗风化能力较弱。在具体评价岩浆岩的工程地质性质时,要充分考虑其节理发育程度及风化程度。变质岩的工程地质性质变质岩特征:① 在地壳一定深度内形成;发生在一定的温度、压力范围内②固态条件下转变而成;③具有特定的变质矿物: 石榴子石、绢云母、绿泥石变质岩的工程地质性质变质岩的工程地质性质与其原岩密切相关。原岩为岩浆岩的变质岩与岩浆岩相近:如,花岗片麻岩---花岗岩原岩为沉积岩的变质岩与沉积岩相近:板岩、千枚岩、片岩---泥质岩;石英岩---硅质胶结的石英砂岩;大理岩---石灰岩。含大量片状矿物的 (如滑石、绿泥石、云母和绢云母等)的岩石,其力学强度相对较低,抗水性弱,抗风化能力也较差。变质岩的片理构造 (片麻状、片状、千枚状和板状构造)使其具有各向异性的特征,而且片理面往往成为岩体中的薄弱面。1. 岩石的工程性质2. 沉积岩(碎屑岩、粘土岩、化学岩) 的工程性质3. 碎屑岩 工程地质性质一般较好,但其胶结物的成分及方式对其强度影响显著4. 粘土岩 强度低; 粘土岩的天然边坡稳定性差 ;透水性小,可成为天然的隔水防渗层。5. 石灰岩 力学强度大多较高,抗水性弱 (具溶解性 )小结
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