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第五章 外力地质作用与沉积岩

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第五章 外力地质作用与沉积岩沉积岩占地表岩石的 75%,占地壳岩石总体积的 是地壳表层最常见岩石,其中赋存有煤、石油、天然气以及其它许多金属及非金属矿产,具有重要的经济价值。沉积岩的形成与外力地质作用密切相关。第一节 外力地质作用的一般特征一、 引起外力地质作用的因素 (外因 ) 大气圈下部的组成物质即空气,它是氮、氧、 量气体的混合物。大气环流: 低纬度地带温度高而密度小的气团上升并向高纬度地带运动,而低纬度地带温度低而密度大的气团下降并沿着地面向低纬度方向运动,从而形成全球性的大气循环。科里奥利效应 :地球上一切物体的运动(包括水、空气),都会受到地球自转的影响而发生偏转,其偏转方向在北半球者向右,在南半球者向左。大气圈具有的重要地质意义 :第一、 大气中的成分是许多地质作用得以发生的物质因素。如 命存在的条件; 与生物成岩,参与化学反应等。第二、 大气圈是生命的保护层。第三、 由于大气圈的存在,地球表面才具有适宜的温度。第四、 风的作用。大量的水以液体和固体状态存在 。水是一种溶剂 。 水是一种营力 。水是构成生命的物质 。是形成有机矿产和岩石的物质 。 生物的生命活动对岩石起着破坏作用 。 动物是一种营力 。植物通过光合作用改变大气成分 。二 地球外部能量的来源 , 使地表温暖 , 并引起大气 、水及生命运动 。重力能 来源于地球的引力 。日月引力能 来源于太阳与月球对地球的引力 ( 潮汐 ) 。三 、 外力地质作用的类型同种因素可引起多种形式的地质作用 , 多种困素综合则更复杂 。在外因作用下 ,岩石发生机械崩解或化学分解 ,变成松散的碎屑或土壤 。机械风化 岩石因机械作用或化学作用而被剥蚀。如河岸岩石被流水冲刷,导致河岸后退; 山顶被剥蚀而变矮。风化、剥蚀的产物被搬运到它处。(1)机械搬运 、砂、砾等)被流水、冰川、风搬运。(2)化学搬运 如石灰岩溶于水之后 , 以 ,石风化后形成粘土矿物 、 二氧化硅在水中呈胶体质点被搬运 。(3)生物搬运 建造其骨骼 ,死亡后在一定的地方堆积下来 , 也起着搬运作用 。搬运物在条件适宜的地方发生沉积 。 如流水搬运物在河流转弯处 、 湖口或河口因流速减慢而沉积;风的搬运物因风力减弱或受 阻 拦 而 堆 积 。(1)机械沉积 受重力支配 。 重的物质搬运近且先沉积 , 轻的搬运远而后沉积 。(2)化学沉积 在真溶液中溶解度小的物质搬运近且先沉淀 , 易溶物质后沉淀;水中胶体质点的沉积是通过与电解质的中和作用或正 、 负胶体中和作用 , 或水的蒸发作用等 。(3)生物沉积 如钙质骨骼生物堆积 , 成为石灰岩;植物被埋后转变成煤 。(4)生物化学沉积作用 如铁细菌吸收水中的铁而沉淀出铁矿 。 石灰岩 ( 碳酸盐灰泥 , 原以为化学沉积 , 实有生物作用参与 ,也可能就是生物作用 ) 。沉积作用的产物即沉积物 , 分别称为碎屑沉积物 , 化学沉积物 , 生物沉积物 , 生物化学沉积物 。沉积环境5. 固结成岩作用 :松散沉积物转变为坚硬岩石的过程 , 称固结成岩作用 。固结成岩作用的几种途径a— 压固作用; b— 胶结作用; c— 重结晶作用; d— 新矿物生长(1)压实作用 水份挤出 、 变硬 。(2)胶结作用 它在成岩过程中会发生化学沉淀 , 这些物质使碎屑胶结变硬 。 这种 化学沉淀物称为胶结物 , 如 e 粘土及细粉砂等细碎屑物也可起胶结作用 , 它们称为杂基 , 杂基是机械沉积的细粒部分 。胶结物和杂基统称为填隙物 。(3)重结晶作用 : 非晶质或结晶微细的沉积物因环境的改变而重新结晶或晶粒长大、加粗 ,从而使矿物紧密嵌合。 主要发生于化学沉积物或生物化学沉积物中。(4)新矿物的生长 : 沉积物中不稳定矿物溶解或发生化学变化,导致若干化学成分重新组合或结合成新矿物,从而使沉积物变硬。固结时间 、 固结程度差别很大 , 有的易固结 ( 如温泉中沉淀的 , 有的难 ( 如某些粘土 , 几千万年后仍呈塑性状态 ) 。 岩石固结成岩后 , 若因构造运动露出地表 ,又进入新一轮的 风化作用 、剥蚀作用 。第二节 沉积岩的特征沉积岩 是在地表条件下松散沉积物,经固结而成的岩石。 具成层构造 ; 含有古生物化石 ; 矿物成分较简单,暗色矿物少 ; 化学成分 、 常见矿物有如下几类: 钾长石 , 钠长石 , 白云母 。 火成岩与沉积岩共有的矿物 。 具有适应温度变化的能力且化学性质较稳定 , 在地表条件下就能够作为碎屑物稳定存在 。 方解石 , 白云石 ,石膏 , 硬石膏 。 沉积岩中相当普遍 ,但火成岩中难以出现 . 地表条件下形成的特征性矿物 。 褐铁矿 , 玉髓 , 蛋白石 、 常见的 橄榄石 , 辉石 , 黑云母 ,角闪石 , 中性及基性斜长石在沉积岩中很少出现 。 只能形成于高温条件下的矿物 ,在外力地质作用下 (常温 , 常压 ), 不能生成 , 也难以抵抗外力地质作用的破坏而不能长期稳定存在 。沉积岩常成层产出 , 故常用岩层 (层状岩石 )一词 。 层状岩石泛称为岩层 。二、沉积岩的结构沉积岩的结构 是指沉积岩颗粒的性质、大小、形态及其相互关系。 岩石中的颗粒是机械沉积的碎屑物。碎屑结构具体包含三方面内容: 碎屑颗粒本身的特点 (碎屑大小、圆度、球度、形状和颗粒表面特征),填隙物的特点 ,以及 碎屑颗粒与填隙物间的关系 (胶结类型或支撑类型)。碎屑物可以是岩石碎屑(岩屑)、矿物碎屑(如长石、石英)、化石及碎片(生物碎屑)以及火山喷发的固体产物(火山碎屑)等。填隙物包括 杂基 和 胶结物 两部分,碎屑较粗大,杂基、胶结物较细小,充填在碎屑之间。 机械沉积:碎屑、杂基;化学沉积:胶结物 基)胶结物 碎屑、基质和胶结物胶结物基质碎屑(1)按碎屑粒径大小可分为:砾状( 构 粒径 >2构 粒径 2- 构粒径 构粒径 < 泥( 2)碎屑结构按颗粒形态划分:圆度 : 是指碎屑颗粒的棱角被磨蚀圆化的程度。 它与颗粒的形状无关,只是棱角尖锐程度的函数。一般将圆度分为四级。棱角状 ( 0) : 具尖锐的棱角,棱线向内凹进。次棱角状 ( 1) : 棱角稍有磨蚀,但棱角仍清楚可见。次圆状 ( 2) : 棱角有明显的磨损,棱线略外凸。圆状 ( 3) : 棱角已经磨损消失,棱线外凸呈弧形 。球度 : 是指碎屑颗粒接近球体的程度。在其它条件相同的情况下,随着搬运距离的加长而球度和圆度均增高。形状: 圆球体、扁圆体、椭球体、长扁圆体。颗粒表面特征: 磨光面、毛玻璃化、沙漠漆、冰川擦痕、撞击痕等。棱角状次棱角状次圆状圆状搬运由近及远磨损时间有短及长( 3)碎屑结构按分选性划分:碎屑颗粒粗细的均匀程度称 分选性按颗粒大小均匀程度划分分选好,颗粒大小以同一粒级为主分选中等,由相邻粒级组合而成分选差,物化学沉积作用形成的结构。大多是晶质或隐晶质,或由生物体搭成骨架。化学沉积的晶质结构 生物化学作用形成的颗粒结构生物沉积形成的生物骨架结构三、沉积岩的构造沉积岩的构造 是指沉积物沉积时,或沉积后,由于物理作用、化学作用及生物作用形成的各种构造。 即 岩石各组成部分的空间分布与排列形式。沉积物(岩)的构造又称沉积构造。通过对沉积构造的研究可分析沉积岩的形成环境及其成岩作用过程。(一)沉积岩构造的分类:a. 流动成因构造 ( 层理构造 、 层面构造 、侵蚀面构造等)重荷模构造、碟状构造、鸡笼铁丝网状构造等) 干裂 、 雨痕 、冰雹痕、泡沫痕、 流痕 ))层理结构( 积物(岩)中不同的颜色、成分、结构、定向性等性质在垂向上显示的特征 ,称 层理结构 。层理结构 是沉积物(岩)成层性的表现,是沉积物(岩)最基本、最特征的构造类型。层理构造有 纹层(又称细层)、层系、层系组构成。层系层系组 层系(楔状)层系组层系(板状)纹层 :是组成层理的最小单位,纹层之内成分,结构均一,是在同一沉积条件下同时形成的产物。层系 :由许多在成分、结构、厚度和产状上相似的同类型的纹层组合而成。是相同条件下连续沉积的纹层的叠置。层系组 :由若干个相似的层系组成,是相同条件下先后连续沉积的层系在垂向上的组合。层系(槽状)层系层系组在静水条件下形成的各纹层呈直线形、平行层面的层理,呈 基本平行的层理,成 波状层理。水流(风)推动的砂砾沿地面呈波状运动,沙波形成较平缓的迎水(风)面和较陡的背水(风)面,迎水(风)面上的砂砾不断地被带到背水(风)面。在迎水(风)面上不发生堆积,只在背水(风)面处发生堆积。背水(风)面位于水(风)流的前方,因此,在背水(风)面处发生的堆积,所形成的纹层,称为 前积纹层( 1) 由向一个方向倾斜,倾角变化不大的纹层组合而成的层理 ,称 斜层理 。代表了较稳定的单向水流(或风)作用的结果。可用于分析水流(或风)方向。( 2)由倾向不同或倾角不同的纹层组合而成的层理,称 交错层理 。形成于水流(或风)的方向有变化的环境。层系层系层系层系层系层系层系倾向相同、倾角不同的纹层组合而成的层理,是单向水流(或风)形成的交错层理。有板状、楔状、槽状层理板块层理楔状层理槽状层理( 3)由倾向相反的纹层交替组合而成的交错层理,称 双向交错层理 。形成于双向水流(或风)的砂粒在水中呈悬浮状态,当水动力略有下降时,粗颗粒迅速下沉,所形成的各纹层呈平行层面的层理称 平行层理 。平行层理与水平层理的纹层均平行层面,不同处在于: 水平层理是静水条件下的细粒(泥于粉砂)沉积;平行层理是急水流条件下的粗粒(细砂以上)沉积。大的砂砾和细粒的泥,均在水中呈悬浮状态,当水动能突然下降时,碎屑颗粒在重力分选作用下迅速下沉,所形成的 碎屑粒径向上逐渐变细 的层理 称 递变层理递变层理粒序(递变)构与颜色方面不同的薄层作用有规律地重复出现 而组成的层理。在以砂为主的沉寂中有规律地重复夹有眉状的泥质细纹层的层理,称眉状层理在砂、泥含量均等的沉积中薄层砂与薄层泥有规律地重复交替层理,称砂泥交互层理在以泥为主的沉积中有规律地重复夹有砂质透镜体的层理,称透镜状层理(三)层面构造常见的层面构造有: 波痕、干裂、雨痕、流痕、印模、缝合线等 。1. 波痕在一定方向的水(风)流的作用下,在沉积物表面形成的波状起伏的印痕,称为 波痕 。在单向水(风)流的作用下形成的。迎流坡较缓,背流坡较陡的波痕, 为 不对称波痕 。可用于指示沉积物形成时水(风)流的方向。在来回运动的水流作用下形成的两坡坡角相等的波痕,为 对称波痕 。露水面后失水、变干形成的收缩裂隙, 称 干裂 。现代沉积物 由水流冲刷形成的流痕,或雨痕,被上覆沉积物充填铸模或覆盖后保留下来的痕迹。寒武系灰岩中石盐假晶(铸模)育于易溶蚀的石灰岩、白云岩及钙质砂岩。规模较大的缝合线是沉积作用短暂停顿或间断时在沉积物表面发生溶蚀作用形成的溶沟、溶槽及石牙,后被同类沉积物充填覆盖而成。规模较小的缝合线是沉积物固结成岩过程中,在上覆沉积物的压力下,酸性的地层水沿层面流动时发生溶蚀作用的结果寒武系灰岩中的缝合线(四)结核构造结核 是沉积岩中某些成分局部富集而形成的团块。按成分有: 钙质结核、硅质结核、铁质结核、磷结核和锰结核等。按形成时间有: 同生结核、成岩结核和后生结核。 同生结核在沉积过程中形成的结核层理围绕结核成岩结核在固结成岩过程中形成的结核,结核切割层理,但结核顶底层理围绕结核成岩结核后生结核在固结成岩作用后形成的结核,结核切割层理后生结核灰岩中的硅质结核灰岩中的硅质结核寒武系页岩中钙质结核寒武系页岩中钙质结核(五)生物扰动构造生物的生命活动对原生层理结构改造、破坏十分强烈,形成 一种无一定形态的生物遗迹构造 ,称为 生物扰动(遗迹)构造 。下第三系粉砂质泥岩生物扰动构造生物扰动构造下第三系粉砂质泥岩足 迹山东诸城白垩系细砂岩鸟足迹江苏现代潮坪爬 迹节肢动物爬迹(志留系细砂岩中 )水平潜穴泥灰岩中垂直潜穴 粉砂岩中垂直潜穴三叠系泥灰岩中 代海滩 )变形构造在沉积物沉积的同时或稍后,即在固结成岩之前发生变形所形成的构造。有负荷构造、滑塌变形构造。粗粒的砂质沉积物覆盖于细粒的粉砂质或泥质沉积物上,下伏的细粒沉积物在重压下发生塑性变形,称负荷构造 。旋卷层理三叠系砂泥岩互层滑塌变形构造 滑塌变形构造侏罗系砂泥岩互层滑塌变形构造奥陶系灰岩第三节常见的沉积岩沉积岩按其成因及组成物的不同分为 碎屑岩、化学岩和生物化学岩类及特殊沉积岩类。一、 碎屑岩 :由机械沉积作用产生的碎屑沉积物所形成的岩石称 碎屑岩 。碎屑岩按组成岩石的 主要碎屑物的粒径及成分 进行分类命名,首先按粒径大小分四类:砾岩与角砾岩 粒径> 20%以上砂岩 粒径 2- 0%以上(肉眼可明显分辨碎屑颗粒)粉砂岩 粒径 0%以上(用放大镜才能分辩碎屑颗粒)粘土岩 粒径< 0%以上(用放大镜也不能分辨颗粒,需用显微镜及电子显微镜观察)圆状砾石为主,称 砾岩以棱角-次棱角状砾石为主,称 角砾岩再根据 砾石的主要成分 作进一步命名:砾石主要是石英,称 石英质砾(角砾)岩砾石主要是石灰岩,称 石灰岩质砾(角砾)岩砾石主要是安山岩,称 安山岩质砾(角砾)岩砾石主要是辉绿岩,称 辉绿岩质砾(角砾)径大小 做进一步分类:粗粒岩 粒径 2— 0%以上中砂岩 粒径 0%以上细砂岩 粒径 0%以上再根据 碎屑、胶结物及基质成分 进行命名:细砂岩中碎屑 以石英为主,长石次之 胶结,称细粒钙质长石石英砂岩。粗砂岩中碎屑 以岩屑为主,其次是长石,泥质胶结,称粗粒泥质长石岩屑砂岩。细砂岩中碎屑 以长石为主,石英次之,硅质胶结,称细粒硅质石英长石砂岩。远源细粒沉积,都以碎屑成分石英为主量、少长石和其他成分,进一步的命名,着中考虑胶结物成分及颜色 。钙质粉砂岩泥质胶结,称泥质粉砂岩硅质粉砂岩不同的颜色可反映不同的沉积环境:褐红色泥质粉砂岩 灰黄色钙质粉砂岩极浅水、强氧化 浅水、弱氧化灰绿色钙质粉砂岩 灰黑色硅质粉砂岩较浅水、弱氧化 较深水、结微弱者,称 粘土 ;固结较好,但无层理者,称 泥岩 ;固结好,且具良好层理者,称 页岩 。粘土岩中除粘土矿物外常混入粉砂、细砂及 机质等化学与生物沉积物。粘土岩因混入物的不同而具有不同的颜色,因此,粘土岩 以颜色和混入物的成分 ,作进一步的命名:棕红色泥岩、黄绿色钙质泥岩、黑色硅质页岩浅水、强氧化 弱氧化 — 弱还原 深水、强还原页岩二、化学岩和生物化学岩由 化学沉积作用 ,产生的硅质( 钙质( 白云质( 铝制( 铁质( 锰质( 磷质( 化学沉积物,形成的岩石 ,称为 化学岩 。化学岩按其 主要成分 分类有: 硅质岩、灰岩(以 云岩、铝质岩、铁质岩、锰质岩、磷质岩等。主要组成矿物是微粒石英、玉髓、少量蛋白石。主要鉴定特征是硬度大于小刀 。主要产于较深水 — 深水强还原环境强还原,因此,大多含有机质,故色呈灰黑色;呈结核状产出时 ,称 硅质结核,又称燧石结核。在浅水氧化 — 弱还原环境中形成的含氧化铁的硅质岩,有时带红色色调,有时带黄色或绿色色调 ,称 碧玉 ; 当呈同心圆状构造 时称为 玛瑙 。在溶洞、裂隙中形成的质轻多孔的硅质岩 ,称 硅华 。硅质岩与粘土岩的过渡类型为 硅质页岩 。要有方解石组成。鉴别特征是 硬度小于小刀,遇稀盐酸剧烈起泡放出 岩有碎屑结构和非碎屑结构两种类型。碎屑结构的灰岩中,碎屑成分都是 三种类型的碎屑:( 1)海(湖)盆先固结的碳酸钙被波浪打碎后形成的碎屑,此类碎屑是在盆地内部形成的,不是从盆地外(陆上)搬运来的,故称 内碎屑 。其中,> 2屑 ;< 2屑 。( 2)从海水中凝聚形成的混圆形或团块形的中:粒径< 3并无特殊构造的浑圆形者,称球粒 ;粒径> 3部无特殊构造的不规则形者,称 团块 。球粒和团块是低等生物(如藻类)吸取 形浑圆,内部具同心圆构造者,粒径< 2粒 ,粒径> 2粒 。鲕粒和豆粒形成于干热气候及动荡的浅水环境,绕某碎屑核心沉淀,在动荡水体作用下,犹如滚元宵般不断滚动长大。( 3)动植物的介壳、骨骼、茎叶被波浪打碎形成的生物碎屑。上述内碎屑、球粒、团块、鲕粒、豆粒及生物碎屑,碎屑间又被 充填的方解石粒径> 眼可辨),称 亮晶胶结 ;当充填的方解石粒径为 大可辨),称 微晶胶结 ;当充填的方解石粒径< 大镜也不能辨),称 泥晶胶结 。具碎屑结构的灰岩按碎屑及胶结物特征命名:由内碎屑构成,称 内碎屑灰岩 ;内碎屑形状似竹叶,命名为 竹叶状灰岩 。由球粒或团块构成,分别称 球粒或团块灰岩;由鲕粒或豆粒构成,分别称 鲕粒或豆粒灰岩;由生物碎屑构成,称 生物碎屑灰岩 ;如以介壳为主,称 介壳灰岩 ;以珊瑚骨骼为主,称珊瑚礁灰岩 ;以虫管为主,称 虫管灰岩 等。再根据胶结物的特征进一步命名为:内碎屑亮晶灰岩或内碎屑泥晶灰岩;球粒亮晶灰岩或球粒泥晶灰岩;鲕粒亮晶灰岩或鲕粒泥晶灰岩;介壳亮晶灰岩或介壳泥晶灰岩 。要鉴别特征是 硬度小于小刀;遇冷酸不起泡,但粉末点酸起泡放出 云岩形成于干热气候条件,在先期蒸发沉积方解石后,海水进一步浓缩,富 一方面富 , 另一方面从海水中沉积白云石。因白云岩与灰岩的化学成分相近,又成因上有联系,因此两者中存在许多过渡类型,按方解石和白云岩的相对含量的大小进行命名:灰岩 白云质灰岩 灰质白云岩 白云岩方解石 100% 0%0% 100%白云石
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