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第四章沉积岩1

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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地质学基础1地质学基础2第一节 沉积岩的形成过程及其分类一、沉积岩的形成过程二、沉积岩的分类地质学基础3一 、 沉积岩的形成过程( 一 ) 母岩的破坏阶段母岩是供给沉积岩原始物质成分的岩石 , 主要是岩浆岩和变质岩 , 也包括已经形成的沉积岩 。 引起岩石的破坏有 风化作用 和 剥蚀作用 。石由于温度变化、水溶液、大气及生物等作用的影响下在原地形成松散堆积物的过程。风化作用可分 2种类型:机械风化作用、化学风化作用。地质学基础4风化产物可归纳为三大类:碎屑物质 :是母岩遭受机械风化后破碎而成的碎屑物质 , 再经机械搬运作用和沉积作用而形成陆源碎屑沉积物 。 是陆源碎屑岩的主要物质成分 。粘土物质 :主要是由母岩化学风化中长石分解而成 。 粘土颗粒细小 , 一般小于 呈胶体状态或机械悬浮状态搬运至海洋和湖泊中沉淀而成 。 是粘土岩的主要物质成分 。化学及生物化学物质 :是母岩中的铁镁矿物 、大部分长石类矿物在化学风化作用中经化学分解后的产物 。 主要以化学方式搬运沉积 , 是化学沉积岩的主要物质成分 。 岩石产生的破碎作用 。 剥蚀作用可以分为 机械剥蚀作用 和 化学剥蚀作用 。剥蚀作用和风化作用都是外力破坏作用。风化作用是相对静止地对矿物、岩石起破坏作用,剥蚀作用是流动着的物质对地表岩石起破坏作用。风化之后便于进行剥蚀,而矿物、岩石风化产物被剥蚀后又便于继续风化。二者相互依赖,相互促进地进行。这样就不断地为沉积岩提供充足的物质来源。地质学基础6(二 )搬运作用阶段风化作用和剥蚀作用的产物被流水、冰川、海洋、湖水、风、重力等转移离开原来的位置迁移到它处的作用,叫搬运作用。搬运方式有 机械搬运 、 化学搬运 和 生物搬运 。风化和剥蚀产生的碎屑物质及大部分粘土物质多以机械搬运为主;以化学方式破坏而形成的产物主要以化学方式搬运,包括胶体溶液搬运和真溶液搬运两种具体方式;生物吸取介质中的化学元素营养自己,建造其骨骼,死亡后在一定条件堆积下来,起着特殊的生物搬运作用。地质学基础7地质学基础8(三 )沉积作用阶段沉积作用是指风化和剥蚀产物在外力的搬运途中 , 由于流速或风速的降低 、 冰川的融化以及其他因素的影响 , 导致搬运物质的逐渐沉积的过程 。根据沉积物沉积的地区 , 分为: 海洋沉积 、 陆地沉积 。 海洋沉积又分滨海 、 浅海 、 半深海和深海等沉积;陆地沉积又分河流 、 湖泊 、 冰川等沉积 。沉积的方式有 机械沉积 、 化学沉积 、 生物沉积 ,沉积物以在水中沉积为最普遍。于流水的流速、流量不定,碎屑本身的大小、形状、比重不同,因此沉积顺序有先后之分。从碎屑大小上看,最先沉积的是颗粒粗大的碎屑,依次过渡到最小的碎屑;从碎屑比重上看,比重大的颗粒沉积先于比重小的颗粒。在沉积的过程中,使原来粗、细、轻、重混杂在一起的物质,按一定顺序依次沉积下来的过程称 机械沉积分异作用 。 胶体质点是细小颗粒的分散系,不受重力作用影响,可搬运很远,沉积很慢。胶体质点带有电荷,分正胶体、负胶体:正胶体: 胶体: 土、腐植质以及 一定介质中带有相同电荷的胶体质点由于互相排斥,可以长时间保持悬浮状态。不同电荷胶体的相互作用,使它们发生电荷中和作用,并引起胶体沉淀。在干燥气候条件下,胶体溶液因蒸发浓缩也可引起沉淀。地质学基础13真溶液沉积 :溶解于水中的物质是多种多样的,由于溶解质的溶解度不同,以及溶液的性质、温度、溶液物质沉积也有先后远近的顺序,这种作用叫化学沉积分异作用。一般说来,化学沉积分异次序大致为:氧化物、硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐和卤化物。物遗体可直接构成沉积物 , 如贝壳堆积物 、珊瑚礁 、 硅藻软泥 、 白垩 。海洋生物的光合作用能消耗大量 促使碳酸盐沉积 。生物遗体腐烂后分解出来的 能改变溶液的 从而影响许多金属元素的搬运和沉积 。地质学基础17(四 )成岩作用阶段岩石风化剥蚀的物质经过搬运、沉积形成的沉积物,必须经过一定的物理的、化学的、生物化学的以及其它的变化和改造,促使疏松的沉积物变成固结岩石的作用称 成岩作用 。成岩作用是沉积岩的最后阶段。沉积物的成岩作用是很复杂的,主要有三个方面: 压实作用、胶结作用、重结晶作用。 压力也不断增大 , 在压力作用下 , 沉积物中的附着水分逐渐排出 , 颗粒间的孔隙减少 , 体积缩小 , 颗粒之间的联系力增强 ,使沉积物固结变硬 。压实作用是粘土沉积物形成岩石的主要方式 。随着压力的增长 , 温度也有增加 , 在温度和压力作用之下 , 不仅排出沉积物颗粒之间的附着水 ,而且许多含水胶体和含水矿物也会产生失水作用而变为新矿物 。为胶结作用。常见的起胶结作用的物质成分:硅质 (钙质 (铁质 (粘土质和火山灰。这些物质与沉积物同时形成,或者是在成岩过程中形成的新矿物,或是由以后地下水带来的。胶结作用是碎屑沉积物形成岩石的主要方式,如砾和砂胶结后形成砾岩和砂岩。非结晶物质变成结晶物质,使细粒结晶物质变成粗粒结晶物质,这种作用称重结晶作用。一般来说,颗粒细,易溶解的沉积物,容易产生重结晶作用。重结晶后,沉积物孔隙减少,比重增大,形成坚硬岩石。重结晶作用是各类化学沉积物和生物化学沉积物形成岩石的主要方式 。另外 各种风化剥蚀物质,当被搬运到新环境中沉积时,常常随着环境的特点变化,而使沉积物发生变化产生新的矿物,并形成新的矿物组合。地质学基础21二、沉积岩的分类地质学基础22第二节 沉积岩的一般特征一、沉积岩的化学成分二、沉积岩的矿物成分三、沉积岩的颜色四、沉积岩的结构五、沉积岩的构造六、沉积岩层理的基本类型地质学基础23在 在沉积岩和岩浆岩中铁的总量大致相同 。沉积岩中 岩浆岩中则 2沉积岩中 岩浆岩中则相反 。沉积岩中富含 、沉积岩的化学成分地质学基础24二、沉积岩的矿物成分有机组分是沉积岩的特有组分;粘土矿物、碳酸盐矿物、石膏等在沉积中大量出现;石英、长石、白云母为沉积岩和岩浆岩所共有,但石英、白云母在沉积岩中的含量高于岩浆岩;沉积岩中几乎不含橄榄石、辉石和角闪石。地质学基础25地质学基础26三 、 沉积岩的颜色沉积岩的颜色按成因可分为:继承色 :是主要继承了原来母岩风化后碎屑的颜色。原生色 : 在沉积作用中从溶液中沉淀出来的各种矿物以及成岩作用中新生矿物所表现的颜色。原生色往往可以反映沉积当时的地理环境。次生色 :是沉积岩在风化过程中所产生的颜色。次生色的特点是颜色不均匀,分布与层理不一致。地质学基础27沉积岩的颜色主要取决于构成岩石的矿物颜色 、混入杂质的颜色以及沉积环境和成岩以后的变化 。详细描绘沉积岩的颜色具有实践的和理论的意义 。颜色是沉积岩命名的根据之一 , 如黑色页岩 、红色砂岩;沉积岩的颜色也可以提供找矿的线索 , 如黑色碳质页岩可以提供找煤的线索;沉积岩的颜色还往往反映岩石的成分和沉积时的古地理环境 。地质学基础28四 、 沉积岩的结构碎屑结构 :是由母岩机械风化产生的碎屑沉积后被胶结起来所形成的岩石结构,主要为砾岩、砂岩所具有。泥状结构 : 是细小的粘土矿物颗粒(粒度一般<成粘土岩后所形成的岩石结构。晶粒结构 :是指由化学作用和生物作用从溶液中沉淀的晶粒或成岩后生作用中重结晶形成的晶粒所构成的岩石结构,主要在石灰岩、白云岩、硅质岩中发育。生物结构 :直接由生物遗体构成,在某些生物灰岩、硅质岩中出现。地质学基础29质学基础30积岩的构造沉积岩的构造是指沉积岩的各个组成部分的空间分布和相互关系,它对识别沉积岩及恢复沉积岩的生成环境具有重要意义。沉积岩的构造主要有: 层理构造 、 层面构造 、变形构造 。(一 )层理构造岩石的成分、结构、颜色等在垂直层面的方向上有明显变化而显现的特征称沉积岩的“层理构造”,简称“层理”。 它是沉积岩的基本特征之一,也是研究沉积环境或沉积相的良好标志。地质学基础32(二 )层面构造层面构造是沉积物表面上由于流水 、 风 、 生物活动 、 阳光曝晒等作用所留下的痕迹 , 常见有波痕 、干裂 、 雨痕 、 痕迹化石 。在流水或风作用下沙质沉积物移动时所形成的沙纹或沙波(沙纹波高 <3波波高 3~ 10是最常见的层面构造。波痕形态一般用波长 ( L) 和波高 ( H) 来描述。动介质流速的突然增大(如河流由山区进入平原、浊流的突发、潮水的流动),将对下伏的疏松沉积产生一定的侵蚀作用,形成起伏不平的不规则侵蚀凹坑。成条件:泥质沉积物或灰泥露出水面并干涸收缩;重新沉降水下并接受砂质沉积物的充填。特征:平面上泥裂常呈网格状龟裂纹,把岩石切割成多角形;断裂面上常呈“ V”字形, 尖端指向岩层底面 ;规模不一,裂缝上部宽度一般小于2~ 3度自几毫米到几十厘米。 裂隙中常被上覆沉积物充填。出现于河滩、湖滩、海滩或潮坪的泥质、粉砂质沉积物中。地质学基础41干 裂地质学基础42干 行、居住、摄食等活动而保留下的痕迹。如爬行痕迹、钻行的管穴、食泥痕迹、栖息痕迹 。of 地质学基础45雨 痕地质学基础46地质学基础47晶体印痕地质学基础48(三 )变形构造是指在沉积作用的同时或在成积物固结成岩之前处于塑性状态时发生变形所形成的各种构造 。 常见的变形构造有 包卷层理 、 揉皱构造 、 碟状构造 。是指在一个岩层内所产生的纹层盘回和扭曲现象 。 主要见于较薄层粉砂层和细砂层中 , 可以是硅质的或碳酸盐质 。 是饱含水分的沉积物受流水推压揉搓变形而成 。理被揉皱成复杂的褶曲,有时还发育小断层,是水底滑坡所致。常见于湖泊或海底的斜坡地带,是海底滑坡的良好标志。由模糊的形如蝶状的上凹纹层组成,直径一般为几厘米,它们在横向上断续分布,垂向上互相重叠,其下部可见泄水通道。一般认为,碟状构造的形成与快速堆积的沉积物中孔隙水的向上泄出引起颗粒重新排列有关,因而又称为泄水构造。这类构造主要出现在迅速沉积、饱含孔隙水并有较强震动作用的砂岩中。地质学基础50包卷层理地质学基础51滑塌构造地质学基础52碟状构造地质学基础53地质学基础54地质学基础55六、沉积岩层理的基本类型(一)有关层理的术语地质学基础56细层 :是组成层理的最基本的最小的单位 , 细层之内没有任何肉眼可见的层 。 它是在一定条件下同时沉积的结果 。 其厚度很小 , 一般为数毫米至数厘米 ,后者仅见于砾岩中 。地质学基础57层系 :由许多在成分 、 结构 、 厚度和产状上近似的同类型细层组合而成 , 它们形成于相同的沉积条件下 , 是一段时间内水动力条件相对稳定的产物 。 水平和波状纹层的组合 , 一般情况下不再划分层系 。地质学基础58层系组 :由两个或两个以上岩性 ( 成分 、结构 ) 基本一致的相似层系或性质不同 , 但成因上有联系的层系叠覆组成 , 其间没有明显间断 , 是同一环境的连续生成物 .地质学基础59层 (岩层 ):是组成沉积地层的基本单位。由成分基本一致的岩石组成,它是在较大区域内,在基本稳定的自然条件下沉积而成的。一个层可以包括一个或若干个纹层、层系或层系组。地质学基础60层没有限定的厚度,其厚度变化范围很大,可自数毫米至数十米,但通常是数厘米至数十厘米。按厚度可划分为:块状层 (> 1m)、厚层 (中层 (薄层 (微细层或页状层 (< 说明: (1)层可以根据它在成分和结构上的不连续性与上下邻层区分开。(2)层可包括一个或若干个纹层、层系或层系组。地质学基础61厚层岩层地质学基础62地质学基础63(二)行层理共同特性 是纹层呈直线状互相平行,并且平行于层面水动力特点稳定的弱水动力 强水动力分布特点从悬浮物或溶液中沉淀而成。粉砂和泥质物、常见于海、湖深水地带、闭塞海湾、泻湖、沼泽以及牛轭湖等环境中。在海滩,河流等易受波浪作用的砂质地区分布最多,在深水浊积岩中也较常见。中砂、细砂岩中多见。层理组合特点与水动力弱的小型砂纹层理共生。层系间通常被极低角度的侵蚀面分开 , 它常与大型交错层理共生 。层呈波状起伏,但其总方向相互平行,并平行于层系面,细层的波状形态是对称的或不对称的,连续的或不连续的。有两种成因:其一、是往复振荡的波浪造成的,波状纹层对称,多见于湖泊浅水带、海湾、泻湖环境的沉积物中;其二:是微弱的单向水流造成的,波状纹层不对称,多见于河漫滩沉积物中。由一系列斜交于层系界面的纹层组成,且层系之间可以重叠、交错。通常也称斜层理。它是水流或风形成的沙纹或沙波被埋藏以后在岩层剖面上所呈现出的沉积构造特征。细层的倾向反映了介质的流向或风向,细层的厚度反映介质的流速。地质学基础72地质学基础73交错层理根据层系与上下界面的形状和性质通常可以分为三类 :板状交错层理、楔状交错层理、槽状交错层理。地质学基础74板状交错层理 :层系之间界面为平面而且彼此平行。大型板状交错层理在河流沉积中最为典型,常具如下特征,层系底界有冲刷面,纹层内常呈下粗上细的粒度变化,有的纹层向下收敛。地质学基础75地质学基础76板状斜层理地质学基础77楔状交错层理 :层系之间的界面为平面 , 但不互相平行 , 层系厚度变化明显呈楔形 。 切割 。 纹层的倾向及倾角变化不定 , 常见于海 、 湖浅水地带和三角洲地区 。地质学基础78楔形斜层理地质学基础79槽状交错层理 :层系底界为槽形冲刷面,纹层在顶部被切割。在横切面上,层系界面是槽状,纹层与之一致也是槽状;在纵剖面上,层系界面呈弧状、纹层与之斜交、顶视为重叠的花瓣状。大型槽状交错层理层系底界冲刷面明显,底部常有泥砾。多见于河流环境中。 透镜状层理和波状复合层理压扁层理 :是在波谷及部分波脊上含有泥质条纹的沙纹层理 。 在涨潮及退潮流的活动期 , 形成砂质纹层 , 而泥质保持悬浮状态;在憩水期 , 悬浮泥质沉降覆盖在沙纹上 , 当下一个潮汐流和活动期开始时 , 波脊上的泥被削去 , 而波谷中的泥被新的沙纹覆盖而保存 , 最终形成脉状层理 。透镜状层理 :泥基质中夹有砂质透镜体 , 其形成的条件与脉状层理相反 , 它是在潮汐水流或波浪作用较弱 , 并且砂的供应不足 , 泥质比砂质的沉积和保存均有利的条件下形成的 。波状复合层理 :两种层理之间的过渡类型 。地质学基础82这三种层理常相互伴生,主要出现在粉砂岩和粉砂质泥岩中,在潮间坪及潮上坪环境中常见,又称潮汐层理。在三角洲前缘,浅水陆棚及河流的洪泛沉积中,当存在形成这些层理相似的水动力条件时,也可出现。具有粒度递变的一种特殊的层理。由底向上至顶部颗粒逐渐由粗变细或由细变粗,内部没有纹层。自下而上由粗变细的叫正递交层理,之叫反递交层理 。递变层理有二种类型:其一:完全递变,是水流强度渐减弱的产物,多见于河流;其二:递变不完全,多是流速度突然减低的结果,多见于重力流。地质学基础84地质学基础85粒 序 层 构与颜色方面不同的薄层作为规律性重复出现而组成的。这种韵律性重复的原因是物质搬运或产生方式有规律地发生交替变化造成的。这种变化可以是短期的,潮汐韵律;或者是长期的,季节韵律。现大致均质外貌 , 不具任何纹层构造的层理 。 在细粒与粗粒沉积中都有块状层理出现 。 非常快速地沉积而成或生物的强烈搅动作用形成 。
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