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第二章 沉积岩的形成及演化179717225

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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第二章 沉积岩的形成及演化• 第一节 母岩的风化作用 ——沉积岩最原始物质的形成• 第二节 碎屑物质的搬运和沉积作用• 第三节 溶解物质的搬运和沉积作用• 第四节 沉积后作用及其阶段的划分第二章 沉积岩的形成及演化• 本章重点:• 风化作用的概念及类型,长石的风化作用及产物,花岗岩和玄武岩风化作用及产物,母岩风化过程中元素的转移顺序,母岩风化的阶段性,母岩的风化产物,风化壳的概念,雷诺数,弗罗德数,龙尔斯特隆图解,碎屑物质在流水中的变化,机械分异作用,正常沉积作用和事件沉积作用,胶体溶液和真溶液的搬运和沉积作用,化学分异作用沉积岩的形成原始物质 沉积物的搬运 沉积后作用形成 和沉积作用原始物质 沉积物 沉积岩搬运 沉积后作用沉积第二章 沉积岩的形成及演化• 第一节 母岩的风化作用 ——沉积岩最原始物质的形成一、风化作用的概念二、各种造岩矿物的风化及其产物三、各种岩石的风化及其产物四、母岩风化过程中元素的转移顺序及母岩风化的阶段性五、母岩风化产物的类型六、风化壳七、沉积物的其它来源第一节、母岩的风化作用和产物 ——沉积岩主要原始物质的形成• 母岩– 地表上出露的供给沉积岩原始物质成分的岩石,主要指早于该沉积岩而存在的岩浆岩、变质岩和较老的沉积岩。• 一、风化作用的概念– 是因温度的变化,水以及各种酸的溶蚀作用,生物的作用以及各种地质营力的剥蚀作用等,地壳表层的岩石处于不稳定状态,逐渐遭受破坏,转变为风化产物的过程。第一节、母岩的风化作用和产物 ——沉积岩主要原始物质的形成• 一、风化作用的概念• 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:物理风化作用、化学风化作用及生物风化作用。• 1、物理风化作用• 岩石主要发生机械破碎,而化学成分不改变的风化作用,称为物理风化作用。第一节、母岩的风化作用和产物 ——沉积岩主要原始物质的形成• 一、风化作用的概念• 2、化学风化作用• 在氧、水和溶于水中的各种酸的作用下,母岩遭受氧化、水解和溶滤等化学变化,使其分解而产生新矿物的过程称为化学风化作用。• 3、生物风化作用• 生物,特别是微生物在风化作用中能起到巨大的作用。生物对岩石的破坏方式既有机械作用,又有化学作用和生物化学作用;既有直接的作用,也有间接的作用。第一节、母岩的风化作用和产物 ——沉积岩主要原始物质的形成二、在风化作用中稳定性极高,几乎不发生化学溶解作用,一般只发生机械破碎作用。石英是碎屑岩中主要矿物成分。长石风化稳定性次于石英稳定性由高到低:钾长石、多钠的酸性斜长石、中性斜长石、多钙的基性斜长石• 沉积岩中钾长石多于斜长石第一节、母岩的风化作用和产物 ——沉积岩主要原始物质的形成二、各种造岩矿物的风化及其产物• ( 1) 钾长石析出 K,出 K,蛋白石 )K[K < 1l)4·l 4[→钾长石 +云母 +岭石 铝土矿 )• ( 2) 斜长石的物与钾长石相似第一节、母岩的风化作用和产物 ——沉积岩主要原始物质的形成二、白云母 ( K) 的抗风化能力较强 。• 白云母 → 水白云母 → 高岭石– 黑云母抗风化能力比白云母差 。• 黑云母 → 蛭石+绿泥石+铁镁硅酸盐矿物抗风化能力比石英 、 长石 、 云母差得多 , 稳定性由高到低:角闪石 、 辉石 ( 链状 ) 、 橄榄石 ( 岛状 )第一节、母岩的风化作用和产物 ——沉积岩主要原始物质的形成二、方解石 、 白云石等风化稳定性很差 , 易溶 。 硫化物矿物 , 卤化物矿物– 风化稳定性最低 , 易溶于水中 , 呈溶液态流失 。风化稳定性差别很大 :石榴石 、 锆英石 、 刚玉 、 电气石 、 锡石 、 金红石 、 磁铁矿 、 榍石 、 十字石 、蓝晶石 、 独居石 、 红柱石等风化稳定性较大 。为什么造岩矿物风化稳定性差别这么大?物的晶体化学性质(晶体构造)氧和阳离子之间的键强度总数( 一节、母岩的风化作用和产物 ——沉积岩主要原始物质的形成三 、 各种岩石的风化及其产物• 1 、 花岗岩– 石 英: 机械破碎 —— 砂粒– 钾长石: — 成为碳酸盐 、 氯化物进入溶液 —— 溶解物质— 水化后成为含水硅酸盐 —— 粘土— 少部分游离出来 —— 溶解物质– 斜长石: — 成为碳酸盐 、 氯化物进入溶液 —— 溶解物质— 碳酸盐 , 溶于水 —— 溶解物质— 同钾长石第一节、母岩的风化作用和产物 ——沉积岩主要原始物质的形成三 、 各种岩石的风化及其产物• 1 、 花岗岩• 花岗岩– 白云母: 较少分解 —— 云母碎片– 黑云母: — 水溶液 —— 水溶液— 同钾长石(e)O—— 碳酸盐 ,氯化物 ,赤铁矿 ,褐铁矿—— 溶解物质及色素– 副矿物:锆石、磷灰石 —— 重矿物矿物成分 化学组分 所发生的变化 风化产物石英 留不变 砂粒钾长石为碳酸盐,氧化物进入溶液 溶解物质化后成为含水铝硅酸盐 粘土6 部分 于水中 溶解物质斜长石 3为碳酸盐、氯化物进入溶液 溶解物质为碳酸盐,溶于含 水中 溶解物质4解物质白云母2母碎片黑云母溶液 水溶液为碳酸盐、氯化物进入溶液 溶解物质成含水铝硅酸盐 粘土2(e)O 成为碳酸盐、氯化物进入溶液,碳酸盐氧化为赤铁矿、褐铁矿等 溶解物质及色素3 分 于水中 溶解物质锆英石 留不变 砂粒(重矿物)磷灰石 (F,H)溶解或残留不变 溶解物质或砂粒(重矿物)花岗岩的风化作用及其产物第一节、母岩的风化作用和产物 ——沉积岩主要原始物质的形成第一节、母岩的风化作用和产物 ——沉积岩主要原始物质的形成三 、 各种岩石的风化及其产物• 2、 花岗岩 、 花岗闪长岩 、 花岗片麻岩 、 混合花岗岩• 3、 中性和碱性侵入岩 ——同花岗质岩石类• 4 、 基性和超基性侵入岩 ——易溶元素转移流失;在原地生成蛇纹石 、 滑石 、 绿泥石 、 褐铁矿等 。• 5 、 沉积岩 ——风化作用简单 , 但差异性大 。• 6 、 盐岩 、 碳酸盐岩易风化 , 硅岩 、 石英砂岩较难风化 。第一节、母岩的风化作用和产物 ——沉积岩主要原始物质的形成四 、 母岩风化过程中元素的转移顺序及母岩风化的阶段性• ( 一 ) Kx=n·10~ n·102)– r,I, Kx=n~ n·10)– g,,, n·10n)– i,,i( 硅酸盐中 ) ,P; 微弱迁移 ) 元素 ( 0 紊流第二节 沉积物的搬运和沉积作用一 、 流体的一些基本知识和概念3、 缓流 、 急流和佛罗德数 ( 渠水流按流动强度:急流 、 缓流和临界流三种流态 。判别标志为佛罗德数 ( 性力 /重力= ( ) /g= 一般取 V/ 标志惯性力与重力之间的关系描述流体的运动强度明渠水流河流 、 湖泊 、 海洋中的牵引流 —— 无压流第二节 沉积物的搬运和沉积作用一 、 流体的一些基本知识和概念3、 缓流 、 急流和佛罗德数 ( r< 1:缓流 , 水深流缓 ——下部流动体制 , 低流态1:临界流 , 过渡流态1:急流 , 水浅流急 ——上部流动体制 , 高流态第二节 沉积物的搬运和沉积作用一 、 流体的一些基本知识和概念4 、 两类流体及其搬运和沉积作用方式类别 牵引流 重力流流体性质 牛顿流体 非牛顿流体密度 低 高( >水比重)水动力学机制 地形、潮流或风 重力液固相 分明 不分搬运介质 流水 沉积物搬运动力 推力、负荷力 重力搬运方式 滚动、跳跃、悬浮 悬浮运动关系 水主动,颗粒被动 水被动,颗粒主动搬运物质 碎屑物质、溶解物质 碎屑物质为主沉积作用 流速、能量减小 能力减小转化或稀释沉积环境 地形变化较小 山前或斜坡及其下游方向沉积构造 各种类型层理 粒序 /递变层理第二节 沉积物的搬运和沉积作用二 、 碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用1、搬运方式( 1)推移搬运(滚动 +跳跃) ——推移载荷 ( 2)悬浮搬运 ——悬移载荷 ( 载荷:流体中被搬运的沉积物 , 也叫负载,负荷。第二节 沉积物的搬运和沉积作用二 、 碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用2、机械沉积作用( 1)碎屑颗粒在静水中的沉积作用在静水条件下 , 可用斯托克实验公式表示:V=(2((9μ))V——下沉速度 ( )颗粒密度水介质密度µ——水介质粘度 ( 20℃ 时为 g——重力加速度 ( 980cm/s2)r——颗粒半径适用于静水 、 室温 、 始搬运曲线继续搬运曲线三个区:剥蚀区,搬运区和沉积区三个段:砾级 难搬易沉 山区 d>2, ΔV= 小。粉砂和泥级 易搬难沉 深水,向岸运动• 碎屑纵向运动过程中遇• 地形变化,形成海滩、• 砂嘴、连岛砂坝等沉积体。第二节 沉积物的搬运和沉积作用三 、 碎屑物质在海 、 湖水体中的搬运和沉积作用(一)碎屑物质在海水中的搬运和沉积作用• 风暴浪底比正常浪底深,可达 200m– 风暴浪对正常浪底附近沉积物冲刷侵蚀– 风暴回流携带大量碎屑物质形成密度流或重力流 ——深海浊流– 正常浪底和风暴浪底间是风暴沉积物(岩)第二节 沉积物的搬运和沉积作用三 、 碎屑物质在海 、 湖水体中的搬运和沉积作用(一)过碎浪带形成第二节 沉积物的搬运和沉积作用三 、 碎屑物质在海 、 湖水体中的搬运和沉积作用(二)碎屑物质在湖水中的搬运和沉积作用– 湖浪、湖流、浊流、风暴流,无潮汐– 面积小,受各种水动力的影响更大。第二节 沉积物的搬运和沉积作用四、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用1、条件:干旱地区,沙漠或滨岸地区。营力:风2、风力特点: 00倍,搬运能力为水的1/300。3、搬运砂和粉砂为主,选择性强。4、搬运过程中表现物理机制,如碰撞,磨蚀等,相对来讲溶解作用不明显。5、搬运方式:牵引流特点,跳跃,蠕动(滚动)。6、沉积物特点:分选好,磨圆好,具霜雨(圆玻璃状),形成各种形状的沙丘,具大型交错层理,颗粒支撑,杂基少,化学胶结为主。第二节 沉积物的搬运和沉积作用四、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用第二节 沉积物的搬运和沉积作用四、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用第二节 沉积物的搬运和沉积作用四、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用第二节 沉积物的搬运和沉积作用五、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用1、冰川和浮冰 ——固体搬运和沉积2、能力巨大,碎屑为主3、整体搬运,混杂堆积,没有分选和磨圆;4、冰川擦痕,特征“丁”字痕、“ V‖形刻蚀坑。5、冰川消融,碎屑沉积 位置分为:底碛、中碛、表碛、前碛、侧碛第二节 沉积物的搬运和沉积作用五、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用第二节 沉积物的搬运和沉积作用五、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用第二节 沉积物的搬运和沉积作用五、碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用第二节 沉积物的搬运和沉积作用• 六、正常沉积作用和事件沉积作用• 1、正常沉积作用– 在正常情况或条件下发生的,有明显机械沉积分异作用的,缓慢的、均匀变化的沉积作用,一般发生在河流、湖泊和海洋。• 2 、事件沉积作用– 由于重力、洪水、火山爆发、风暴等因素所引起的阵发性的、突然性的或灾变性的(搬运和)沉积作用,也叫幕式沉积作用• 3、两者关系– 可发生于同一沉积环境– 交替进行,互为消长关系– 垂向上任一剖面可由正常沉积和事件沉积的互层构成第三节 溶解物质的搬运和沉积作用• 一、概述• 二、胶体溶液物质的搬运和沉积作用• 三、真溶液物质的搬运和沉积作用• 四、生物的搬运和沉积作用• 五、化学沉积分异作用• 六、两种沉积分异作用的关系及其地质意义第三节 溶解物质的搬运和沉积作用一、概述溶解物质: S、 K、 P、 、 胶体溶液物质的搬运和沉积作用1、 胶体溶液:介于粗分散系 (悬浮液 )和离子分散系 (真溶液 )间 , 粒子直径介于 1~ 100μ 多呈分子状态 。2、 胶体质点常带有电荷 ,( 1) 正胶体 , 表面带正电荷 , 如 2) 负胶体 , 表面带负电荷 , 如 三节 溶解物质的搬运和沉积作用正胶体 负胶体H)3 H)3H)3 H)4H)4 H)2u,植质胶体2 胶体溶液物质的搬运和沉积作用3、 胶体溶液稳定的因素( 1) 同种电荷的胶体质点之间的相互排斥力 。( 2) 水介质中的腐植酸增加某些胶体 ( 如:铁 ) 的稳定 —―护胶作用 ”( 3) 4、 胶体聚集和沉淀的因素( 1) 正负胶体相遇 ——―相互聚沉 ” 。( 2) 电解质作用 , 不同名电荷 ( 电解质 ) 与胶粒电荷中和 , 胶体降低电动电势 , 失去稳定性而凝聚 。( 3) 蒸发作用( 4) 溶液的 5) 温度增加 , 剧烈振荡 , 大气放电 , 毛细管作用等 。第三节 溶解物质的搬运和沉积作用三 、 真溶液物质的搬运和沉积作用(一)概念真溶液物质:母岩风化产生的 S、 K 、分 P、 二)真溶液物质搬运及沉积作用的控制因素1、溶解度,根本控制因素。– 溶解度大,易搬难沉;反之,易沉难搬。第三节 溶解物质的搬运和沉积作用三 、 真溶液物质的搬运和沉积作用(二)真溶液物质搬运及沉积作用的控制因素2、 介质的酸碱度 ( (1)某些溶解物质的溶解度随 如:酸性介质条件下 , 在碱性介质中则相反 。(2)随 某些溶解物质沉淀形式不同 。如:铁 ,2~ 3以 H)3沉淀 , 以 H)2沉淀 。 ~ 7, 溶液含 以 淀时所需 锰的情况同铁类似 。第三节 溶解物质的搬运和沉积作用三 、 真溶液物质的搬运和沉积作用第三节 溶解物质的搬运和沉积作用三 、 真溶液物质的搬运和沉积作用第三节 溶解物质的搬运和沉积作用三 、 真溶液物质的搬运和沉积作用(二)真溶液物质搬运及沉积作用的控制因素3、 介质的氧化 —还原电位 ( – 锰等变价元素的溶解和沉淀影响很大 。4、 温度和压力( 1) 一般物质的溶解度随温度升高而增大 。( 2) 压力对溶液中 第三节 溶解物质的搬运和沉积作用三 、 真溶液物质的搬运和沉积作用(二)真溶液物质搬运及沉积作用的控制因素5、 溶液中 • 2O= 。 高 , 即 平衡向右移动 , 反之 , 向左移动 • 水中 压力有关 。6、 其它– 气候、蒸发作用第三节 溶解物质的搬运和沉积作用三 、 真溶液物质的搬运和沉积作用第三节 溶解物质的搬运和沉积作用四 、 生物的搬运和沉积作用1、 直接作用 ——生物遗体直接堆积成岩或沉积矿床光合作用或吸取养料形成有机体 , 吸取介质中钙 、磷 、 硅无机盐通过生物分泌作用形成外壳和骨骼 。有机质部分埋藏下来经生物化学演化 , 可形成石油 、天然气 、 煤以及油页岩等 。 无机的生物外壳和骨骼经富集堆积后可形成岩石或矿床 , 如生物骨骼石灰岩 、 生物磷块岩 、 硅藻土 、 白垩等 。 有些生物原来就营群体生活 , 在生活过程中通过生物分泌作用以及生物粘结作用形成坚固骨架 , 不需要经过成岩作用就能直接成为岩石 , 如礁灰岩 。第三节 溶解物质的搬运和沉积作用四 、 生物的搬运和沉积作用2、 间接作用( 1) 生物化学沉积作用是指生物的生命活动过程或生物遗体分解过程引起介质物理化学环境变化 , 使某些溶解物质沉淀 ,或由于有机质吸附作用使某些元素沉积 。( 2) 生物物理沉积作用指生物在生命活动中通过捕获 、 粘结或障积等作用使沉积物沉淀 。第三节 溶解物质的搬运和沉积作用五 、 化学沉积分异作用• 沉积分异作用概念– 母岩风化产物以及其他来源的沉积物在搬运和沉积过程中会按颗粒大小 、 形状 、 比重 、 矿物成分和化学成分在地表依次沉积下来的现象 , 也叫地表沉积分异作用 。• 机械分异作用:主要受物理原理支配 , 见于碎屑岩中;• 化学分异作用:主要受化学原理支配 , 见于溶解物质沉积过程 。第三节 溶解物质的搬运和沉积作用五 、 化学沉积分异作用• 化学沉积分异作用: 溶解物质由于化学活泼性或溶解度的差异 , 以及受所处环境 将按一定的顺序依次从溶液中沉淀出来的现象 。第三节 溶解物质的搬运和沉积作用氧化物 → 磷酸盐 → 硅酸盐 → 碳酸盐 → 硫酸盐和卤化物六、两种分异作用的关系及其地质意义1、并存2、机械沉积分异作用早些,化学沉积分异作用晚些。机械沉积分异作用的砂和粉砂阶段,大致与铁的氧化物阶段即化学沉积分异作用的开始阶段相当;机械沉积分异作用的最后阶段即粘土沉积的阶段,大致与化学沉积分异作用的碳酸盐沉积阶段相当;待化学沉积分异作用进行到硫酸盐及卤化物阶段时,机械沉积分异作用已基本结束。3、形成各种类型的碎屑沉积岩和化学沉积岩以及相应的沉积矿产,分异越彻底,对矿产形成越有利。第三节 溶解物质的搬运和沉积作用一、基本概念1、沉积后作用:沉积物形成以后到沉积岩的风化和变质作用以前这一演化阶段的所有变化和作用——广义的成岩作用2、同生作用:指沉积物刚刚沉积后而且尚与上覆水体相接触时的变化,也称为 “ 海底风化作用 ” 或 “ 海解作用 ” 。3、 准同生作用:这一变化发生在同生作用后 , 沉积物已基本与水体脱离 , 但基本上还未脱离沉积时的环境主要指潮上带的疏松 第三节 溶解物质的搬运和沉积作用一、基本概念4、 成岩作用: 是指沉积物已基本与上覆水体脱离的情况下 , 由疏松的沉积物转变为固结的沉积岩的作用 。• 真正的成岩作用 , 也叫狭义的成岩作用 。 通常所说的成岩作用一般是指广义的成岩作用 。5、 后生作用: 泛指沉积岩形成以后 , 到遭受其风化和变质作用以前发生的变化或作用 。 在英美文献中称为 “ 晚期成岩作用 ” 。6、 表层后生作用: 在接近地表的沉积岩层中 , 主要是在地下水面附近所发生的一些作用叫 “ 表层后生作用 ” 。 同鲁欣 ( 1958)的 “ 退后生作用 ” 、 英美文献中的 “ 表生成岩作用 ” 相当 。7、 深部后生作用: 是指地层深部沉积岩的后生作用 。 深度可达6000~ 8000m。 同鲁欣 ( 1958) 的 “ 进后生作用 ” 和英美文献中的 “ 变生成岩作用 ” 相当 。第三节 溶解物质的搬运和沉积作用二、成岩阶段划分– 方案很多– 采用石油天然气集团总公司的划分规范三、成岩阶段划分依据或成岩作用标志1、根据粘土矿物2、根据煤岩学3、根据地球化学环境4、根据埋深5、其它第三节 溶解物质的搬运和沉积作用思考题• 1、试述物理风化作用及其影响因素?• 2、试述化学风化作用中的主要作用及其影响因素?• 3、简述生物风化作用?• 4、试述主要造岩矿物的风化稳定性及其产物?• 5、试述花岗岩、玄武岩的风化作用阶段及其风化产物?• 6、试述母岩风化过程中元素的转移顺序及母岩风化的阶段性?• 7、何谓风化壳?有何地质意义?• 8、何谓母岩风化成熟度(成分成熟度、结构成熟度)?• 9、试述碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用?• 10、试述雷诺数( 含义及其在水动力学解释中的应用?• 11、试述弗罗达数( 含义及其在水动力解释中的应用?• 12、试以尤尔斯特隆图解为例,说明碎屑颗粒的搬运与沉积和流速的关系?思考题• 13、试述碎屑颗粒在流水中的搬运方式(类型)及其影响因素?• 14、何谓底形及其影响因素?何谓水流强度及其影响因素?• 15、何谓斯托克沉速公式,及其适用条件?• 16、试述碎屑物质在流水中搬运过程的变化及其机械分异作用?• 17、试述碎屑物质在水盆(海、湖)中的搬运和沉积作用?• 18、何谓横浪、何谓纵浪?试绘图表示和说明碎屑物质在两种波浪作用下的搬运和沉积作用?• 19、试简述碎屑物质在风力作用下的搬运与沉积及其沉积物的特征?• 20、试简述碎屑物质在冰川中的搬运和沉积特点?• 21、何谓胶体溶液,试述其搬运和沉积作用的方式及控制因素?• 22、试述重力流沉积物的搬运和沉积特点?• 23、试述真溶液物质的搬运和沉积作用及其产物?思考题• 24、何谓溶解度?何谓 何划分?何谓 何划分?• 25、绘图说明主要氧化物及氢氧化物的搬运和沉积与 26、试述 e, 27、试述生物的搬运和沉积作用?• 28、试以碳酸盐矿物的溶解和沉淀为例,说明水体中 29、试述化学沉积分异作用,及其沉积顺序?• 34、试述机械分异作用和化学沉积分异作用的关系?• 30、试列表说明沉积物沉积后阶段的划分与命名?• 31、何谓同生作用(海解作用)?• 32、何谓准同生作用,主要发生在什么环境和见于何种沉积物中?• 33、何谓成岩作用,试述沉积物成岩作用的因素?思考题• 34、何谓成岩作用,试述沉积物成岩作用的因素?• 35、试述碎屑物质、粘土物质、碳酸盐物质在成岩作用阶段的主要变化?• 36、何谓后生作用,试述沉积岩在后生作用阶段的主要变化,分带及其主要影响因素?• 37、试列表对比沉积、成岩、后生等作用阶段的主要变化特征和划分标志?• 38、试从原始物质、搬运方式、沉积作用、成岩作用等方面,说明三大类(碎屑岩、粘土岩、化学岩及生物化学岩)沉积岩的形成作用及它们三者之间的关系?
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