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第11讲—沉积岩的概述

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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矿物岩石学吉林大学地球科学学院2008年秋季岩石学 ( 介岩浆岩沉积岩 √变质岩第十一章 沉积岩总述第一节 概述第二节 沉积岩形成过程第三节 沉积岩的基本特征第四节 沉积岩分类第一节 概述一、沉积岩的基本概念沉积岩是组成岩石圈的三大类岩石之一。它是在地壳表层或地表不太深的地方,在常温常压条件下,由母岩的风化产物、火山物质、有机物质等物质成分,经过搬运作用、沉积作用以及成岩作用所形成的一类岩石。形成环境 山物质、积岩石学是研究沉积岩的物质成分、结构构造、分类和形成作用,以及沉积环境分布规律的一门科学。二、沉积岩的时空分布面积: 陆地面积的大约 3/4为沉积岩所覆盖,而海底的面积几乎全部为沉积物所覆盖。体积: V=1975),约占岩石圈体积的 5%。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,它们约占沉积岩总量的 95%以上。时间: 地壳最老的岩石年龄为 46亿年, 最老的沉积岩的年龄为 36亿年三、矿产沉积岩与矿产的关系: 沉积岩示地壳发展历史的重要记录,并含有丰富的矿产资源,如石油、煤、天然气、铁、铝、磷、钾、锡、铜、金、金刚石等。①世界资源总储量的 75沉积和沉积变质成因。②石油、天然气、煤、油页岩等可燃性有机矿产以及盐类矿产几乎均为沉积成因。③铁矿的 90%、铅锌矿的 40铜矿的 25锰矿和铝矿的绝大部分以及其它许多金属和非金属矿产均为沉积或沉积变质成因的。第一节 概述第二节 沉积岩的形成过程一、 沉积物的来源二、 沉积物的搬运作用和沉积作用三、 沉积岩的成岩作用母岩 风化产物 沉积物 沉积岩风 化 作 用 搬运和沉积 成 岩 作 用沉积岩形成的框架图一、沉积物的来源㈠ 沉积岩的物质来源组成沉积岩的物质来源主要有四种:①陆源物质 — 母岩风化的产物 ※其它来源的沉积物②生物源物质 — 生物残骸和有机质③深源物质 — 火山碎屑和深部卤水④宇宙物质 — 陨石一、沉积物的来源㈡ 表岩石在温度、大气、水、生物、冰川等因素的作用 下,使岩石发生物理变化(松散、破碎)、和化学变化 (分解)的一种地质作用。其产物为各种岩石碎屑、矿物碎屑、生物碎屑和溶解物质。一、沉积物的来源㈡ 物理风化: 以崩解方式机械地把岩石破碎成不同尺 度碎块的地质作用。主要营力为风蚀、水侵蚀、昼夜温 差(日晒)、冰蚀、生物(人类活动)、构造作用等。② 化学风化: 通过化学作用使岩石及矿物发生分解生成表生条件下稳定新矿物的地质作用。主要营力是水、氧、 机酸。产物为赤铁矿、褐铁矿、铝土矿等氧化物和粘土矿物、煫石 (碳酸盐矿物等。③生物风化: 由生物生命活动或其分解产物使岩石及其矿物发生破碎、 分解同时生成表生条件下稳定新矿物的地质作用。主要营力为细菌、 机酸。途径:氧化还原、吸附、络合。一、沉积物的来源㈡ 化类型、风化程度。母岩风化产物按其性质可分为三种类型,它们构成了最常见的三类沉积岩的基本物质(陆源碎屑岩、泥质岩、内源沉积岩)。( 1)碎屑物质: 未遭受分解的矿物碎屑和岩石碎屑( 2)不溶残积物: 母岩分解过程新生成的不溶物质,如粘土和氧化物等( 3)溶解物质: 以溶解状态被带走。如钾、钠、钙等。二、 沉积物的搬运作用和沉积作用㈠ 和风 为主,其次是冰川、重力和生物。由于沉积物性质的差异,搬运和沉积方式也不同。水和大气是两种最主要的搬运和沉积介质,它们都是流体。牵引流: 水流、波浪、空气重力流: 浊流、泥石流、颗粒流、液化沉积物流冰川:生物:搬运方式:推移搬运:滚动搬运或推移载荷悬浮搬运:悬移搬运或悬浮载荷跳跃搬运:介于前二者之间㈡ 学物质的搬运和沉积化学溶解物质的搬运和沉积 受化学和物理化学定律支配 。溶解物质在自然界中存在的方式有 胶体和真溶液 两种方式。搬运和沉积的形式 :(1)胶体的搬运与沉积作用(2)真溶液的搬运与沉积作用㈡ 学物质的搬运和沉积(1)胶体的搬运与沉积作用胶体的特点: 颗粒细小、扩散能力弱、表面带电荷、具有吸附性。胶体自身的特点,当其处于稳定状态时,就是胶体的搬运状态;当条件发生变化,胶体失去稳定性时,胶体发生凝絮作用,即沉积作用。、(2)真溶液的搬运与沉积作用可溶物质的溶解与沉淀主要取决于溶解度;溶液中的某种物质浓度达到过饱和,则发生沉淀作用;反之,则发生溶解作用。㈡ 物的搬运和沉积(1)生物的搬运作用: 物理方式和化学方式,意义不大。(2) 生物的沉积作用:生物遗体的直接堆积: 生物的有机质埋藏下来经过生物化学演化后,可形成石油、天然气、煤和油页岩等;无机的生物外壳和骨骼可形成岩石或矿床(生物骨屑石灰岩、生物磷块岩、硅藻土等)。生物的间接沉积作用: 改变介质的物化条件。可分生物化学方式 : 例如产生大量 收 生物物理方式 : 例如藻类的捕获和粘结 形成的叠层石;水流通过丛生的枝状珊瑚产生的障积作用。沉积分异作用 : 沉积物在搬运沉积过程中会按照颗粒大小、形状、比重、矿物成分和化学成分在地表依次沉积下来,这种现象称为沉积分异作用。(1)机械沉积分异作用:按粒度 :砾岩、砂岩、粘土岩;按比重 :金 铁矿 5、铬铁矿 英 墨 珀 积分异作用机械沉积分异模式图左 — 按粒度分异;右 — 按比重分异可溶物质的化学沉积分异图(2)化学沉积分异作用: 过饱和时按溶解度由小到大依次沉积(氧化物、磷酸盐、硅酸盐、硫酸盐、卤化物)三 沉积岩的成岩作用广义的成岩作用是指沉积物从最后沉积下来的那一刻起至变质或风化之前,所发生的一切物理、化学和生物化学作用总称为 成岩作用 ,其间所经历的整个地质时期称为 成岩作用期 。这个时期又可 进一步细分出若干个阶段 。三 沉积岩的成岩作用㈠ 成岩作用的阶段划分① 同生作用 :沉积后至埋藏前沉积物与水之间的一系列作用(溶解、水合、水解, ②成岩作用 : 埋藏后至岩石固结,即由沉积物到沉积岩过程中的一系列变化,包括 压实和胶结 作用。③后生作用 :固结后至变质前,包括交代、重结晶、次生加大、压溶。④表生作用 :潜水面以下、低温压下,与地下水的作用,包括溶蚀、充填、交代。三 沉积岩的成岩作用㈠ 成岩作用的阶段划分三 沉积岩的成岩作用㈡ 常见的成岩作用方式① 压实作用 :静压力下沉积物排气、排水、体积缩小、孔隙度降低、密度增加。②胶结作用 :孔隙水过饱和沉淀出矿物质 (胶结物 ),将沉积物粘结成岩石。③压溶作用 :压力下沉积物颗粒间或沉积岩内部发生溶解。如,缝合线构造④重结晶作用 :通过溶解-再沉淀或固体扩散,使得细小晶粒集结成粗大晶粒。如,蛋白石 (非晶质 )-玉髓 (隐晶质 )-石英 (显晶质 )⑤ 交代作用 :外来组分取代原组分。如,白云石化, 自生矿物的形成 : 海绿石,鲕绿泥石,沸石类,粘土矿物,方解石、菱铁矿、草莓状黄铁矿,自生石英和长石 (再生加大边 )压实作用压溶作用胶结作用交代作用第三节 沉积岩的基本特征一 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 沉积岩与火成岩区别第三节 沉积岩的基本特征由于沉积岩是在外动力地质作用中形成的,并有生物参加,所以同岩浆岩相比较它有一些突出的特征。如有生物和有机质组份、富含高价氧化物、粘土矿物和 石呈层状产出并且有层理构造等。一 沉积岩的化学成分沉积岩和岩浆岩的化学成分十分相似,因为沉积岩物质主要来自岩浆岩的风化产物。但由于两者成因迥然不同,所以在化学成分方面也有一些重大差异。沉积岩和岩浆岩平均化学成分 (重量 %)一 沉积岩的化学成分与火成岩平均化学成分对比:1、两者铁的总量大体相等,但沉积岩中, 、沉积岩中碱金属的含量远低于火成岩,而且 、沉积岩中富含 2O。注意:有机质的大量存在沉积岩和岩浆岩平均矿物成分 (%)二 沉积岩的矿物成分一、矿物成分:与火成岩对比,有如下特点:1、在火成岩中大量存在的矿物,如:橄榄石、辉石、角闪石等铁镁矿物,在沉积岩中很稀少;2、在火成岩中数量甚多的矿物,如:钾长石、酸性斜长石和石英等,在沉积岩中也广泛存在;3、在沉积过程中有新矿物生成 —— 自生矿物。三 沉积岩的颜色颜色是沉积岩的重要宏观特征之一,它直接反映沉积岩的物质组成和形成环境 , 对沉积岩的成因具有重要的指示性意义。1. 颜色的成因类型继承色 :主要由陆源碎屑矿物显现出来的颜色。自生色 :主要由自生矿物显现出来的颜色。白色或浅灰白色 :岩石不含有机质、构成矿物基本上都是无色透明矿物。如纯净的高岭石、蒙脱石粘土岩、钙质石英砂岩、结晶灰岩等等。② 红、紫红、褐或黄色 :岩石含高铁氧化物或氢氧化物(其含量低至百分之几即有很强的致色效果 )。如深海硅质岩、长石砂岩等,可指示氧化条件 , 但并非一定是暴露条件。③ 灰、深灰或黑色 :岩石含有机质或弥散状低铁硫化物(如黄铁矿、白铁矿)微粒,如黑色页岩、炭质泥岩等,可指示还原条件。④ 绿色 一般由海绿石、绿泥石等矿物造成。这类矿物中的铁离子有 种价态,如海绿石石英砂岩可代表弱氧化或弱还原条件。指岩石组分的颗粒大小、形态和排列方式。机械作用形成的结构:碎屑结构、粒屑结构②化学结构:结晶结构③生物结构:珊瑚礁结构、藻礁结构④次生结构:交代结构、重结晶结构四 沉积岩的结构四 沉积岩的结构沉积岩的常见的结构类型有碎屑结构、泥状结构、结晶结构和生物结构。①碎屑结构 就是由母岩机械风化产生的碎屑进入沉积物后被胶结起来所形成的岩石结构,为砾岩、砂岩所特有。②泥状结构 是细小的粘土矿物 (粒度一般 <构成粘土岩后所形成的岩石结构。③结晶结构 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。④生物结构 则直接由生物遗体构成,在某些生物灰岩、硅质岩中出现。五 沉积物沉积时或沉积后,由于物理作用、化学作用和生物作用形成的各种宏观现象。主要表现在岩石成分、结构、颜色的不均一性。沉积作用 (占主要 )或成岩作用 (占次要 )在岩层内部或表面形成的一种形迹特征 ,这种形迹表现了沉积岩组分的分布、排列方式和方向。五 沉积岩的构造按形成时间: 分为原生构造(固结成岩前形成),次生构造(固结成岩后形成)。按成因: 分为物理成因的构造、化学成因的构造、生物成因的构造。械成因的: 流动成因的层理构造、层面构造;同生变形构造 (变形、滑塌 );暴露成因构造 (干裂、印痕 )化学成因的: 结核岩、缝合线等生物成因的: 生物生长构造 (生物礁,生物碎屑岩 )、叠层构造 (鲕粒 )、生物遗迹构造 (虫孔、洞穴 )⑴ 层理:沉积物沉积时在层内形成的成层现象。是由沉积物的成分、结构、颜色及层的厚度、形状等沿垂向变化而显示出的成层现象。描述层理的基本术语:•纹层 (细层 ):•层系:•层系组:•层系界面:层(纹层) : 是层理中可以划分出来的最小层状单位,是组成层理的最基本的最小的单位,纹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,其厚度甚小,一般为数毫米至数厘米。它是一定沉积条件下 的同时沉积物。层系 : 是相邻的许多在成分、结构、厚度、倾向、倾角等诸多方面相似的细层组成的细层系列。它有上、下层面限定,形成于相同的条件下。层系组 : 由若干个相似的层系所组成,是同一环境下的连续生成物。野外工作中,对层状岩石常描述单层厚度,划分 4级:> 2m 块状 ; 2~ 层状 ; < 细层呈直线状且相互平行,并都与层面一致。但二者形成的水动力条件不同。 水平层理主要主要产于细碎屑岩和灰岩中(纹层厚度小于 1能环境);平行层理主要产于粗砂岩和砂砾岩中。波状层理: 细层呈波状起伏,但总方向平行层面,层系界面往往也呈波状状。交错层理:由一系列斜交层系界面的细层组成 板状交错层理:层系间界面为平面且互相平行,层系为板状 楔状交错层理:层系间界面为平面,但不平行,层系呈楔型 槽状交错层理:层系界面为槽型冲刷面,细层顶部被切割,细层呈槽状板状交错层理:层系间界面为平面且互相平行,层系为板状槽状交错层理:层系界面为槽型冲刷面,细层顶部被切割,细层呈槽状楔状交错层理:层系间界面为平面,但不平行,层系呈楔型鱼骨形交错层理:水流变化的条件递变层理: 又称粒序层理,是由粒度的有规律的变化形成的。其特点是由底向顶粒度逐渐变细,最后变为泥质沉积物。 形成环境:少见 1);常见 2)韵律层理: 在成分、结构和颜色等方面不同的薄层作有规律的重复出现而组成的。如:薄的粉砂和薄泥岩层相互重叠出现。形成环境:潮汐流的周期变化 (潮汐环境 ) 、气候的季节性变化等。块状层理: 层内物质均匀,组分和结构上没有差异,不现细层构造的层理,在泥岩及厚层粗碎屑岩中常见。 形成环境:悬浮物的快速堆积、生物扰动、、重结晶作用、交代作用⑵ 层面构造在沉积层面上出现的各种沉积构造。常见类型有:( 1)波痕: 由风、水流和波浪等介质的运动,在沉积物表面上所形成的一种波状起伏的构造。流水波痕:单向水流形成,一般不对称。陡坡倾向指示水流方向。重组分和粗颗粒集中在波谷处。浪成波痕:由波浪作用形成,峰尖谷圆,多数对称。风成波痕:不对称,波峰和波谷圆滑,重组分和粗颗粒多集中在波峰。波痕的种类浪成水成风成浪成波痕、流水波痕、风成波痕示意图(2)侵蚀和暴露成因的构造• 泥裂:• 雨痕和雹痕:• 流痕:如流线构造 — 砂粒连续滚动在层理上形成的构造• 槽状冲迹和槽状印模:层面构造泥 裂泥裂及其形成示意图雨 是溶解、沉淀和交代作用的结果。假晶: 在化学沉积作用中结晶出来的矿物晶体被泥级、粉砂级沉积物掩埋后,因沉积物失水收缩可稍稍突出在岩层顶面,突出部分同时也会嵌入到覆盖层的底面,当矿物晶体被选择性溶解后就会在两岩层接触面上留下与晶体大小和形态完全一致的空洞,该空洞就称为晶痕。晶痕被充填或原晶体直接被别的矿物交代就成了假晶。结核: 成分、结构和颜色与围岩截然不同的自生矿物集合体。结核脱水可行成龟背石。缝合线: 在垂直岩层的切面中呈锯齿状的微裂缝。是上覆岩层的静压力和构造应力作用下,岩石发生不均一溶解而成。常见于灰岩和石英砂中。叠锥: 灰岩中由一系列漏斗状锥体套叠在一起所组成的,许多人认为是压溶作用的结果。结 、生物生长构造:叠层构造 :藻类生物分泌的粘液吸附细粒的沉积物,形成细的有机质层和沉积物层相间出现的现象。2、 生物骨骼堆积构造原地固着生长的生物的骨骼构成的格架,格架 的空隙间可以充填一些填隙物。 如珊瑚礁 等。叠层构造叠层构造3、生物遗迹的构造生物遗迹构造: 虫孔、虫洞(痕迹化石):生物在生活过程中为了觅食或躲避天敌所留下的爬行痕迹或所挖掘的洞穴。生物扰动构造: 生物钻孔或钻洞,破坏了原生的各种层理构造,形成种种不规则的层理5. 生物成因的构造生物遗迹的构造生物遗迹的构造意义: 沉积构造是沉积物和沉积岩中最常见而又最容易直接观察到的主要特征之一。无论是研究沉积物或沉积岩本身 ,还是解释沉积环境 ,都必然要涉及到沉积构造。研究沉积构造有助于 : 进而确定地层层序 ; b. 确定沉积物搬运与沉积的方式、沉积介质的性质以及流体的动力状况 ; c. 恢复沉积盆地中的古水流和古沉积环境 ;如 :大型交错层理指示低流态牵引流侧向加积过程;青鱼骨刺交错层理指示潮汐潮道牵引流加积过程;水平纹理指示静态悬浮物垂向加积。五 沉积岩的构造六 沉积岩与火成岩区别火成岩 沉积岩形成条件高温熔融的岩浆,在地下或喷出地表冷凝而形成的岩石在地表,由母岩风化产物、火山物质、有机物质等,经过搬运作用、沉积作用及成岩作用所形成的一类岩石化学成分 2石、角闪石等铁镁矿物石英、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。结构 晶质结构、玻璃质结构 碎屑结构、粒屑结构、结晶结构构造 块状构造、条带状构造、斑杂构造、气孔构造、杏仁构造、流纹构造层理构造、层面构造、第四节 沉积岩分类中国地质大学分类方案第四节 沉积岩分类按结构细分火山碎屑岩 陆源沉积岩 内源沉积岩按结构细分集块岩火山角砾岩凝灰岩砾岩和角砾岩砂岩粉砂岩泥岩按成分细分铝质岩铁指岩锰质岩磷质岩碳酸盐岩硅质岩盐岩 (石膏、硬石膏、石盐 )可燃性有机岩 (煤、油页岩 )非蒸发岩
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