1、第二章第二章 沉積巖的形成及演化沉積巖的形成及演化 Formation and evolution of sedimentary rocks 沉積巖的形成及其形成后的演化的全部歷史過沉積巖的形成及其形成后的演化的全部歷史過程大致可分為以下幾個階段：程大致可分為以下幾個階段： 1、沉積巖原始物質(zhì)、沉積巖原始物質(zhì)（主要是母巖風(fēng)化產(chǎn)物）（主要是母巖風(fēng)化產(chǎn)物）的形成階段的形成階段 2、沉積巖原始物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積階段、沉積巖原始物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積階段（即（即沉積物的形成階段）沉積物的形成階段） 3、沉積后作用階段、沉積后作用階段（包括沉積物的同生作用（包括沉積物的同生作用和準(zhǔn)同生作用階段、沉積物的成巖作用

2、階段、沉積巖和準(zhǔn)同生作用階段、沉積物的成巖作用階段、沉積巖的后生作用階段）的后生作用階段）第一節(jié)第一節(jié) 母巖的風(fēng)化作用母巖的風(fēng)化作用沉積巖最原始物質(zhì)的形成沉積巖最原始物質(zhì)的形成 Weathering of source rocksformation of the most primitive materials of sedimentary rocks 一、風(fēng)化作用的概念一、風(fēng)化作用的概念 風(fēng)化作用風(fēng)化作用（weathering）是地殼最表層的是地殼最表層的巖石在溫度變化、大氣、水、生物等因素的作巖石在溫度變化、大氣、水、生物等因素的作用下，發(fā)生機(jī)械破碎和化學(xué)變化的一種作用。用下，發(fā)生機(jī)械破碎

3、和化學(xué)變化的一種作用。 風(fēng)化作用是地殼表層巖石的一種破壞作用。風(fēng)化作用是地殼表層巖石的一種破壞作用。 風(fēng)化作用按其性質(zhì)可分為三種類型：風(fēng)化作用按其性質(zhì)可分為三種類型： 物理風(fēng)化作用（物理風(fēng)化作用（physical weathering ）化學(xué)風(fēng)化作用（化學(xué)風(fēng)化作用（chemical weathering ）生物風(fēng)化作用（生物風(fēng)化作用（biological weathering ）二、各種造巖礦物的風(fēng)化及其產(chǎn)物二、各種造巖礦物的風(fēng)化及其產(chǎn)物 石英石英（quartz）：主要的造巖礦物，在：主要的造巖礦物，在風(fēng)化作用中穩(wěn)定性極高，它幾乎不發(fā)生化學(xué)溶風(fēng)化作用中穩(wěn)定性極高，它幾乎不發(fā)生化學(xué)溶解作用，一般

4、只發(fā)生機(jī)械破碎作用。解作用，一般只發(fā)生機(jī)械破碎作用。 Weathering and products of various rock-forming minerals 長石長石（feldspar）：穩(wěn)定性次于石英，風(fēng)：穩(wěn)定性次于石英，風(fēng)化穩(wěn)定性由高到低的順序是：鉀長石、多鈉的化穩(wěn)定性由高到低的順序是：鉀長石、多鈉的酸性斜長石、中性斜長石、基性斜長石。酸性斜長石、中性斜長石、基性斜長石。 KAlSi3O3 (鉀長石鉀長石) K1Al2(Si，Al) 4O10OH 2nH2O (水白云母水白云母 ) Al4Si4O10OH 8 (高嶺石高嶺石 ) SiO2nH2O (蛋白石蛋白石) / Al2O3

5、nH2O (鋁土礦鋁土礦) 最先析出的成分是最先析出的成分是鉀鉀，其次是其次是硅硅，最后才是，最后才是鋁鋁云母云母（mica）：）： 白云母抗風(fēng)化能力較強(qiáng)白云母抗風(fēng)化能力較強(qiáng) 白云母在風(fēng)化過程中，主要是析出鉀和加白云母在風(fēng)化過程中，主要是析出鉀和加入水，先變成水白云母，最后變?yōu)楦邘X石入水，先變成水白云母，最后變?yōu)楦邘X石 黑云母的抗風(fēng)化能力比白云母差得多。黑黑云母的抗風(fēng)化能力比白云母差得多。黑云母遭受風(fēng)化后，鉀、鎂等成分首先析出，同云母遭受風(fēng)化后，鉀、鎂等成分首先析出，同時加入水，轉(zhuǎn)變?yōu)轵问?、綠泥石、褐鐵礦等時加入水，轉(zhuǎn)變?yōu)轵问?、綠泥石、褐鐵礦等 橄欖石、輝石、角閃石橄欖石、輝石、角閃石等鎂硅酸

6、鹽礦物等鎂硅酸鹽礦物抗風(fēng)化能力低?？癸L(fēng)化能力低。 這些礦物在風(fēng)化產(chǎn)物中保留較這些礦物在風(fēng)化產(chǎn)物中保留較少，故在沉積巖中較少見。少，故在沉積巖中較少見。 各種粘土礦物各種粘土礦物（如高嶺石、蒙脫石、水（如高嶺石、蒙脫石、水云母等）在風(fēng)化帶中相當(dāng)穩(wěn)定。云母等）在風(fēng)化帶中相當(dāng)穩(wěn)定。 各種碳酸鹽礦物各種碳酸鹽礦物如方解石、白云石等，如方解石、白云石等，風(fēng)化穩(wěn)定性甚小，極易溶于水并順?biāo)D(zhuǎn)移。風(fēng)化穩(wěn)定性甚小，極易溶于水并順?biāo)D(zhuǎn)移。 各種各種硫酸鹽礦物硫酸鹽礦物(如石膏、硬石膏如石膏、硬石膏)、硫硫化物礦物化物礦物(如黃鐵礦如黃鐵礦)、鹵化物礦物鹵化物礦物(如石鹽如石鹽)等，等，風(fēng)化穩(wěn)定性最低，最易溶于水，

7、呈溶液狀態(tài)流風(fēng)化穩(wěn)定性最低，最易溶于水，呈溶液狀態(tài)流失走。失走。 重礦物重礦物（heavy mineral）： 風(fēng)化穩(wěn)定性風(fēng)化穩(wěn)定性的差別很大，如鋯石、金紅石、電氣石等較穩(wěn)的差別很大，如鋯石、金紅石、電氣石等較穩(wěn)定，為沉積巖中常見的穩(wěn)定重礦物。定，為沉積巖中常見的穩(wěn)定重礦物。影響造巖礦物風(fēng)化穩(wěn)定性的因素影響造巖礦物風(fēng)化穩(wěn)定性的因素與它們的結(jié)晶溫度有關(guān)與它們的結(jié)晶溫度有關(guān) 與其化學(xué)成分的化學(xué)活潑性（主要是在與其化學(xué)成分的化學(xué)活潑性（主要是在水中的溶解能力）有關(guān)水中的溶解能力）有關(guān) 與其晶體構(gòu)造特征及化學(xué)鍵強(qiáng)度有關(guān)與其晶體構(gòu)造特征及化學(xué)鍵強(qiáng)度有關(guān) 三、各種巖石的風(fēng)化及其產(chǎn)物三、各種巖石的風(fēng)化及其產(chǎn)

8、物 巖石是礦物的集合體，因此巖石的風(fēng)化及巖石是礦物的集合體，因此巖石的風(fēng)化及其產(chǎn)物主要由組成它的礦物的風(fēng)化情況決定的其產(chǎn)物主要由組成它的礦物的風(fēng)化情況決定的 。 Weathering and products of various rocks 美國科羅拉多州鮑爾德附近密西西比紀(jì)美國科羅拉多州鮑爾德附近密西西比紀(jì)花崗閃長巖的風(fēng)化剖面花崗閃長巖的風(fēng)化剖面花花崗崗巖巖的的風(fēng)風(fēng)化化及及其其產(chǎn)產(chǎn)物物 中性和堿性侵入巖中性和堿性侵入巖的風(fēng)化情況大體與花崗質(zhì)巖石的風(fēng)化情況大體與花崗質(zhì)巖石相似相似 基性和超基性侵入巖基性和超基性侵入巖主要由較易風(fēng)化的橄欖石、主要由較易風(fēng)化的橄欖石、輝石、基性斜長石組成，遠(yuǎn)比花

9、崗質(zhì)巖石易風(fēng)化輝石、基性斜長石組成，遠(yuǎn)比花崗質(zhì)巖石易風(fēng)化 火山巖及火山碎屑巖火山巖及火山碎屑巖由于含有相當(dāng)多的甚至大量由于含有相當(dāng)多的甚至大量的玻璃質(zhì)或火山灰，故其風(fēng)化速度相當(dāng)快的玻璃質(zhì)或火山灰，故其風(fēng)化速度相當(dāng)快 沉積巖沉積巖的風(fēng)化情況比較簡單，其中以蒸發(fā)巖最易的風(fēng)化情況比較簡單，其中以蒸發(fā)巖最易溶解、最易風(fēng)化，碳酸鹽巖次之，粘土巖、石英砂巖、溶解、最易風(fēng)化，碳酸鹽巖次之，粘土巖、石英砂巖、硅巖等最難風(fēng)化硅巖等最難風(fēng)化四、母巖風(fēng)化過程中元素的轉(zhuǎn)移順序四、母巖風(fēng)化過程中元素的轉(zhuǎn)移順序及母巖風(fēng)化的階段性及母巖風(fēng)化的階段性 Transportation sequence of elements i

10、n the course of weathering of source rocks，and stages of weathering 1、風(fēng)化過程中元素的析出順序、風(fēng)化過程中元素的析出順序 母巖在化學(xué)風(fēng)化過程中表現(xiàn)為某些元素的母巖在化學(xué)風(fēng)化過程中表現(xiàn)為某些元素的淋濾分散和另外一些元素的殘積富集兩個方面。淋濾分散和另外一些元素的殘積富集兩個方面。各種元素在特定的風(fēng)化條件下遷移能力是不一各種元素在特定的風(fēng)化條件下遷移能力是不一樣的，因而造成各種元素按一定順序從母巖中樣的，因而造成各種元素按一定順序從母巖中分離出來分離出來即即元素的風(fēng)化分異元素的風(fēng)化分異。 前蘇聯(lián)學(xué)者前蘇聯(lián)學(xué)者雷波諾夫雷波諾夫(1

11、934)首先根據(jù)河水中元素首先根據(jù)河水中元素的含量與該河流域的巖石中相應(yīng)元素的含量相比較的的含量與該河流域的巖石中相應(yīng)元素的含量相比較的辦法，了解各種元素遷移的相對活動性，并得出了元辦法，了解各種元素遷移的相對活動性，并得出了元素遷移序列。素遷移序列。 彼列爾曼彼列爾曼(1955)在在雷波諾夫雷波諾夫的研究基礎(chǔ)上提出了的研究基礎(chǔ)上提出了水遷移系數(shù)水遷移系數(shù)Kx，用來衡量元素在風(fēng)化帶中的遷移，用來衡量元素在風(fēng)化帶中的遷移能力。能力。 將風(fēng)化帶中的元素分為五類：將風(fēng)化帶中的元素分為五類： 最易遷移元素最易遷移元素(Kx=n10n102)：CI，Br，I，S易遷移元素易遷移元素(Kx=nn10)：C

12、a，Mg，Na，F(xiàn)，Sr，K，Zn可遷移元素可遷移元素(Kx=n10-1n)：Cu，Ni，Co，V，Mn，Si(硅酸鹽硅酸鹽)，P惰性惰性(微弱遷移元素微弱遷移元素) (Kx 40時，出現(xiàn)時，出現(xiàn)“卡卡門渦街門渦街”，紊流，紊流(渦流渦流) （ ）a從層流過度到紊流（ ）cRe = 40 12 0（ ）bRe = 1 4 0在背流尾跡中具有不規(guī)則旋渦的層流層流Re 1，急流，超臨界流，水淺流急，急流，超臨界流，水淺流急 Fr=1，臨界流，臨界流 Fr1，靜流，緩流或臨界以下的流動，靜流，緩流或臨界以下的流動，水深流緩水深流緩 床沙表面可隨水流強(qiáng)度變化而出現(xiàn)各種類床沙表面可隨水流強(qiáng)度變化而出現(xiàn)各

13、種類型床沙形體，一種類型的床沙形體不是固定不型床沙形體，一種類型的床沙形體不是固定不動的，而是通過組成床沙的砂礫顆粒的滾動、動的，而是通過組成床沙的砂礫顆粒的滾動、滑動或跳躍移動而使床沙形體發(fā)生順流或逆流滑動或跳躍移動而使床沙形體發(fā)生順流或逆流移動。移動。 這種現(xiàn)象在水力學(xué)中稱為這種現(xiàn)象在水力學(xué)中稱為沙波運(yùn)動沙波運(yùn)動。 明渠水流隨著流動強(qiáng)度的加大，在床面上明渠水流隨著流動強(qiáng)度的加大，在床面上會依次出現(xiàn)下列床沙形體：會依次出現(xiàn)下列床沙形體：無顆粒運(yùn)動的平坦床沙、無顆粒運(yùn)動的平坦床沙、沙紋、沙紋、沙浪、沙浪、沙丘、沙丘、過渡型過渡型(低角度沙丘低角度沙丘)、平坦床沙、平坦床沙、逆行沙丘、逆行沙丘、

14、流槽和凹坑。流槽和凹坑。4. 兩種流體及其搬運(yùn)和沉積作用方式兩種流體及其搬運(yùn)和沉積作用方式 牽引流牽引流(Traction current)符合牛頓流體符合牛頓流體定律的流體。其搬運(yùn)機(jī)制是流體動能拖曳牽引沉定律的流體。其搬運(yùn)機(jī)制是流體動能拖曳牽引沉積物一起運(yùn)動，如河流、風(fēng)流和波浪流等。積物一起運(yùn)動，如河流、風(fēng)流和波浪流等。 沉積物重力流沉積物重力流(Gravity flow)在重力作在重力作用下發(fā)生流動的彌散有大量沉積物的高密度流用下發(fā)生流動的彌散有大量沉積物的高密度流體。體。 牽引搬運(yùn)牽引搬運(yùn)(牽引作用牽引作用)能使碎屑物質(zhì)作底負(fù)載移能使碎屑物質(zhì)作底負(fù)載移動的各種作用動的各種作用 牽引流的搬

15、運(yùn)力牽引流的搬運(yùn)力包括包括推力推力和和載荷力載荷力。推力推力(牽引牽引力力)與流速有關(guān)，與流速有關(guān)，載荷力載荷力(負(fù)荷力負(fù)荷力)與流量有關(guān)。推力與流量有關(guān)。推力大不一定負(fù)荷力大，反之亦然。大不一定負(fù)荷力大，反之亦然。 牽引流搬運(yùn)方式牽引流搬運(yùn)方式： 溶解載荷、懸移載荷、推移溶解載荷、懸移載荷、推移載荷或床沙載荷。載荷或床沙載荷。 重力流重力流搬運(yùn)的驅(qū)動力主要起因于重力搬運(yùn)的驅(qū)動力主要起因于重力 二、碎屑物質(zhì)在流水中的搬運(yùn)和沉積作用二、碎屑物質(zhì)在流水中的搬運(yùn)和沉積作用 Transportation and sedimentation of clastic materials in water f

16、low 碎屑顆粒在流水中的搬運(yùn)和沉積，主要與碎屑顆粒在流水中的搬運(yùn)和沉積，主要與水的流動狀態(tài)關(guān)系密切，是層流還紊流，是急水的流動狀態(tài)關(guān)系密切，是層流還紊流，是急流還緩流；流還緩流； 還與碎屑顆粒的本身特點(diǎn)還與碎屑顆粒的本身特點(diǎn)(大小、大小、相對密度和形狀等相對密度和形狀等)有關(guān)。有關(guān)。 1. 搬運(yùn)方式搬運(yùn)方式 推移搬運(yùn)推移搬運(yùn)(滾動搬運(yùn)，包括跳躍搬運(yùn)滾動搬運(yùn)，包括跳躍搬運(yùn)) 懸浮搬運(yùn)懸浮搬運(yùn)(懸移搬運(yùn)懸移搬運(yùn)) 2. 機(jī)械沉積作用機(jī)械沉積作用 處于搬運(yùn)狀態(tài)的碎屑物質(zhì)，在一定的條件下，處于搬運(yùn)狀態(tài)的碎屑物質(zhì)，在一定的條件下，主要是當(dāng)流水的動力不足以克服碎屑的重力時，主要是當(dāng)流水的動力不足以克服碎

17、屑的重力時，碎屑物質(zhì)就會沉積下來。碎屑物質(zhì)就會沉積下來。 碎屑物質(zhì)在靜水中下沉情況可用碎屑物質(zhì)在靜水中下沉情況可用斯托克實(shí)驗(yàn)公式斯托克實(shí)驗(yàn)公式表示表示(G.G.Stokes，1850)： (適用于粒徑適用于粒徑0.1mm的球形顆粒的球形顆粒)其中：其中：V 顆粒下沉速度顆粒下沉速度(cm/s)， d1-顆粒密度，顆粒密度， d2 水介質(zhì)密度，水介質(zhì)密度， g 重力加速度重力加速度(980cm/s2)， r 顆粒半徑顆粒半徑(cm) V= gr2 92 21dd 極細(xì)砂下沉極細(xì)砂下沉30m約需約需2h，而細(xì)粘土則約需，而細(xì)粘土則約需1年；如年；如下沉下沉30004000m，極細(xì)砂約需，極細(xì)砂約需

18、10d，細(xì)粘土則約需，細(xì)粘土則約需100年。年。碎屑顆粒在靜水中下沉速度與顆粒半徑平方成正比碎屑顆粒在靜水中下沉速度與顆粒半徑平方成正比 碎屑顆粒在靜水中下沉速度與其相對密度成正比碎屑顆粒在靜水中下沉速度與其相對密度成正比 斯托克公式只有在靜水或?qū)恿鞯臈l件下才斯托克公式只有在靜水或?qū)恿鞯臈l件下才適用。適用。 斯托克公式是在假定顆粒為球形的情況下斯托克公式是在假定顆粒為球形的情況下求得的，假如顆粒不是球形，其沉速有所不同。求得的，假如顆粒不是球形，其沉速有所不同。實(shí)驗(yàn)證明，假設(shè)球形顆粒的沉速為實(shí)驗(yàn)證明，假設(shè)球形顆粒的沉速為100，則橢球，則橢球形顆粒的沉速為形顆粒的沉速為8461，立方體為，立方

19、體為74，長柱體，長柱體為為50，片狀顆粒為，片狀顆粒為8038； 粒徑對數(shù)坐標(biāo)，m m流速對數(shù)坐標(biāo)，c m /s繼續(xù)搬運(yùn)流速曲線開始搬運(yùn)流速曲線1 0 0 01 0 01 01 .00 .10 .0 0 10 .0 10 .11 .01 01 0 0尤爾斯特隆圖解尤爾斯特隆圖解 碎屑物質(zhì)在流水中的搬運(yùn)和沉積，流速和顆粒碎屑物質(zhì)在流水中的搬運(yùn)和沉積，流速和顆粒大小之間的關(guān)系最為關(guān)鍵。大小之間的關(guān)系最為關(guān)鍵。 礫砂粉砂侵蝕 未固結(jié)的粘土和粉砂沉積搬運(yùn)尤爾斯特隆的曲線（）1939森德伯格的修正曲線（）1956固結(jié)粘土和粉砂顆粒直徑，-6-4-2024680.51248163264128256512

20、流速，c m /s經(jīng)森德伯格經(jīng)森德伯格(Sundborg，1956)修改過的修改過的尤爾斯特隆圖解尤爾斯特隆圖解 可滾動的床砂載荷的最大粒徑，c m24681000.51.01.502.02.5可懸浮的砂粒最大粒徑，c m流動強(qiáng)度增加P沃克沃克(Walker，1975)的圖解的圖解 當(dāng)流動強(qiáng)度為當(dāng)流動強(qiáng)度為P時，它所能時，它所能滾動的礫石最大粒徑為滾動的礫石最大粒徑為8cm，同時所懸浮的顆粒最大粒徑同時所懸浮的顆粒最大粒徑為為2.2mm。 當(dāng)流動強(qiáng)度略小于當(dāng)流動強(qiáng)度略小于P時，可時，可使粒徑為使粒徑為8cm和和2.2mm的礫的礫石同時沉積，從而形成雙眾石同時沉積，從而形成雙眾數(shù)的礫巖。數(shù)的礫巖

21、。 當(dāng)流動強(qiáng)度在當(dāng)流動強(qiáng)度在P附近反復(fù)變附近反復(fù)變動時，則可能形成粗、細(xì)礫動時，則可能形成粗、細(xì)礫石沉積的互層，其平均粒度石沉積的互層，其平均粒度分別為分別為8cm和和2.2mm。 如果流動強(qiáng)度急劇減少，則如果流動強(qiáng)度急劇減少，則可能造成分選極差的多眾數(shù)可能造成分選極差的多眾數(shù)的礫、砂、粉砂和泥的混合的礫、砂、粉砂和泥的混合沉積物。沉積物。 沉積沉積1mm砂粒所需的流動強(qiáng)度要砂粒所需的流動強(qiáng)度要比沉積比沉積7cm礫石所需強(qiáng)度小得多，礫石所需強(qiáng)度小得多，因此，在平均粒度為因此，在平均粒度為7cm的礫石沉的礫石沉積的孔隙中所充填積的孔隙中所充填1mm的砂，不的砂，不可能是同時沉積物。可能是同時沉積

22、物。 3. 碎屑物質(zhì)在流水搬運(yùn)過程中的變化碎屑物質(zhì)在流水搬運(yùn)過程中的變化 成分上的變化：不穩(wěn)定組分逐漸減少，穩(wěn)定組分成分上的變化：不穩(wěn)定組分逐漸減少，穩(wěn)定組分則相應(yīng)增加，同其它組分也就變得更加簡單了。則相應(yīng)增加，同其它組分也就變得更加簡單了。 碎屑顆粒度逐漸變小碎屑顆粒度逐漸變小 碎屑顆粒的圓度逐漸碎屑顆粒的圓度逐漸變好變好 碎屑顆粒的球度也有碎屑顆粒的球度也有所增高所增高 4. 碎屑物質(zhì)在流水搬運(yùn)及沉積作用碎屑物質(zhì)在流水搬運(yùn)及沉積作用過程中的分異作用過程中的分異作用 沉積分異作用沉積分異作用(Sedimentary Differentiation)母巖母巖在風(fēng)化產(chǎn)物在搬運(yùn)和沉積過程中根據(jù)本身

23、特性，在外部在風(fēng)化產(chǎn)物在搬運(yùn)和沉積過程中根據(jù)本身特性，在外部條件的影響下，按照一定順序分別堆積在一定程度上是條件的影響下，按照一定順序分別堆積在一定程度上是可以分開的地表沉積帶內(nèi)。可以分開的地表沉積帶內(nèi)。 母巖風(fēng)化產(chǎn)物以及其它來源的沉積物，在搬運(yùn)和沉母巖風(fēng)化產(chǎn)物以及其它來源的沉積物，在搬運(yùn)和沉積過程中按照顆粒大小、形狀、比重、礦物成分和化學(xué)積過程中按照顆粒大小、形狀、比重、礦物成分和化學(xué)成分在地表依次沉積下來，這種現(xiàn)象稱作成分在地表依次沉積下來，這種現(xiàn)象稱作地表沉積分異地表沉積分異作用作用。 沉積分異作用包括：沉積分異作用包括： 粒度分異粒度分異 相對密度的分異相對密度的分異 形狀上的分異，片

24、狀碎屑顆粒較粒形狀上的分異，片狀碎屑顆粒較粒狀碎屑顆粒搬運(yùn)遠(yuǎn)，狀碎屑顆粒搬運(yùn)遠(yuǎn)， 成分分異成分分異 機(jī)械沉積分異作用機(jī)械沉積分異作用(mechanical sedimentary differentiation)碎屑物質(zhì)在搬運(yùn)和沉積過程碎屑物質(zhì)在搬運(yùn)和沉積過程中，當(dāng)介質(zhì)運(yùn)動的速度和運(yùn)移的能力在一定的方中，當(dāng)介質(zhì)運(yùn)動的速度和運(yùn)移的能力在一定的方向上作有規(guī)律的變化時，它們也相應(yīng)按照顆粒大向上作有規(guī)律的變化時，它們也相應(yīng)按照顆粒大小、密度和形狀發(fā)生分異，依次沉積。小、密度和形狀發(fā)生分異，依次沉積。 與沉積分異作用相對立的是與沉積分異作用相對立的是“摻和作用摻和作用”或或“混合作用混合作用”、“混雜作

25、用混雜作用”。 三、碎屑物質(zhì)在海、湖水中的三、碎屑物質(zhì)在海、湖水中的搬運(yùn)和沉積作用搬運(yùn)和沉積作用 Transportation and sedimentation of clastic materials in sea and lake water 陸地表面流水搬運(yùn)的碎屑物質(zhì)，大部分都陸地表面流水搬運(yùn)的碎屑物質(zhì)，大部分都注入海洋，其次是湖泊。海、湖是流水搬運(yùn)碎注入海洋，其次是湖泊。海、湖是流水搬運(yùn)碎屑物質(zhì)的最終場所。屑物質(zhì)的最終場所。 1. 碎屑物質(zhì)在海水中的搬運(yùn)和沉積作用碎屑物質(zhì)在海水中的搬運(yùn)和沉積作用 引起海洋中碎屑物質(zhì)搬運(yùn)和沉積的引起海洋中碎屑物質(zhì)搬運(yùn)和沉積的營力主要是波浪和潮汐，其次是

26、海流。營力主要是波浪和潮汐，其次是海流。 波浪波浪主要由風(fēng)引起，波浪的大小主要取主要由風(fēng)引起，波浪的大小主要取決于風(fēng)的大小。決于風(fēng)的大小。 波基面波基面(浪底浪底) (wave base)波浪作用波浪作用的下限，即波浪所影響的最大深度。的下限，即波浪所影響的最大深度。 除正常天氣情況下，碎屑物質(zhì)在橫向和縱向波除正常天氣情況下，碎屑物質(zhì)在橫向和縱向波浪作用下的搬運(yùn)和沉積作用外。還有陣發(fā)性的浪作用下的搬運(yùn)和沉積作用外。還有陣發(fā)性的風(fēng)暴浪風(fēng)暴浪將淺海沉積物卷起而重新搬離或搬向海岸，形成將淺海沉積物卷起而重新搬離或搬向海岸，形成風(fēng)暴風(fēng)暴沉積物沉積物。 潮汐作用潮汐作用對濱岸地區(qū)的碎屑物質(zhì)影響很對濱岸地

27、區(qū)的碎屑物質(zhì)影響很大，在潮汐作用帶，水體作大規(guī)模地漲潮和落大，在潮汐作用帶，水體作大規(guī)模地漲潮和落潮運(yùn)動，因此也使水底的碎屑物質(zhì)作相應(yīng)的往潮運(yùn)動，因此也使水底的碎屑物質(zhì)作相應(yīng)的往返運(yùn)動。返運(yùn)動。 近岸地帶的近岸地帶的海流海流或深海的或深海的濁流濁流、等深流等深流、內(nèi)潮汐流內(nèi)潮汐流、冷流冷流、暖流暖流、赤道洋流赤道洋流和和上返洋流上返洋流等對碎屑物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積均有一定的作用等對碎屑物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積均有一定的作用 。 海洋中碎屑物質(zhì)在波浪、潮汐等海洋中碎屑物質(zhì)在波浪、潮汐等的長期作用下，也會發(fā)生成分、粒度、的長期作用下，也會發(fā)生成分、粒度、圓度上的變化以及分異作用。圓度上的變化以及分異作用。 2

28、. 碎屑物質(zhì)在湖水中的搬運(yùn)和沉積作用碎屑物質(zhì)在湖水中的搬運(yùn)和沉積作用 與海洋相比，湖泊面積小，缺乏潮汐作用，與海洋相比，湖泊面積小，缺乏潮汐作用，因此，湖浪和湖流是潮泊中搬運(yùn)和沉積碎屑物因此，湖浪和湖流是潮泊中搬運(yùn)和沉積碎屑物質(zhì)的主要營力。質(zhì)的主要營力。 四、碎屑物質(zhì)在空氣中的搬運(yùn)和沉積作用四、碎屑物質(zhì)在空氣中的搬運(yùn)和沉積作用 自學(xué)為主自學(xué)為主 Transportation and sedimentation of clastic materials in air 風(fēng)是碎屑物質(zhì)在空氣中搬運(yùn)和沉積的主要風(fēng)是碎屑物質(zhì)在空氣中搬運(yùn)和沉積的主要營力力 在干旱地區(qū)，這種搬運(yùn)和沉積作用是主要的在干旱地區(qū)，

29、這種搬運(yùn)和沉積作用是主要的 空氣只能搬運(yùn)碎屑物質(zhì)，而不能搬運(yùn)溶解物質(zhì)空氣只能搬運(yùn)碎屑物質(zhì)，而不能搬運(yùn)溶解物質(zhì)五、碎屑物質(zhì)在冰川中的搬運(yùn)和沉積作用五、碎屑物質(zhì)在冰川中的搬運(yùn)和沉積作用 Transportation and sedimentation of clastic materials in glacier 自學(xué)為主自學(xué)為主 在寒冷的兩極地區(qū)和高寒山區(qū)，在寒冷的兩極地區(qū)和高寒山區(qū)，冰川的搬運(yùn)及沉積作用是主要的。冰川的搬運(yùn)及沉積作用是主要的。 冰川的搬運(yùn)與堆積冰川的搬運(yùn)與堆積冰磧物冰磧物冰川冰川攜帶的碎屑物質(zhì)攜帶的碎屑物質(zhì)冰川具有巨大的搬運(yùn)能力冰川具有巨大的搬運(yùn)能力南極大陸冰蓋南極大陸冰蓋冰磧

30、物的基本特征：冰磧物的基本特征： 結(jié)構(gòu)疏松，大小混雜，分選極差；結(jié)構(gòu)疏松，大小混雜，分選極差；冰磧物中礫石磨圓極差；冰磧物中礫石磨圓極差；一般缺乏層理構(gòu)造。一般缺乏層理構(gòu)造。 第三節(jié)第三節(jié) 溶解物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積作用溶解物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積作用 Transportation and sedimentation of dissolved materials 一、概述一、概述(Introduction) 母巖風(fēng)化產(chǎn)物中的溶解物質(zhì)，主要為母巖風(fēng)化產(chǎn)物中的溶解物質(zhì)，主要為Cl、S、Ca、Na、K、Mg、P、Si、Al、Fe 等。等。 前面的溶解前面的溶解度較大，多呈真度較大，多呈真溶液；溶液； 后面的溶后面

31、的溶解度較小，多呈解度較小，多呈膠體溶液。膠體溶液。 它們均呈溶解狀態(tài)，在河水或地下水中，向湖泊和海洋中轉(zhuǎn)移。它們均呈溶解狀態(tài)，在河水或地下水中，向湖泊和海洋中轉(zhuǎn)移。 二、膠體溶液物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積作用二、膠體溶液物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積作用 Transportation and sedimentation of colloid solution materials 膠體膠體：一種物質(zhì)的細(xì)微質(zhì)點(diǎn)分散在另一：一種物質(zhì)的細(xì)微質(zhì)點(diǎn)分散在另一種物質(zhì)中的不均勻分散體系。種物質(zhì)中的不均勻分散體系。 膠體質(zhì)點(diǎn)一般介于膠體質(zhì)點(diǎn)一般介于1001m之間，多呈之間，多呈分子狀態(tài)。分子狀態(tài)。 膠體質(zhì)點(diǎn)常有電荷。膠體質(zhì)點(diǎn)常有電荷

32、。 膠體沉積物的特征：膠體沉積物的特征： 常呈鐘乳狀、腎狀、豆?fàn)睢⒛z凍狀等常呈鐘乳狀、腎狀、豆?fàn)?、膠凍狀等常具貝殼狀斷口常具貝殼狀斷口多為含水礦物，且含水量很不固定多為含水礦物，且含水量很不固定其化學(xué)成分也不夠固定其化學(xué)成分也不夠固定常具離子交換性及吸附性常具離子交換性及吸附性常失水干裂老化或重結(jié)晶常失水干裂老化或重結(jié)晶三、真溶液物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積作用三、真溶液物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積作用 Transportation and sedimentation of true solution materials 母巖風(fēng)化產(chǎn)物中的真溶液物質(zhì)主要是母巖風(fēng)化產(chǎn)物中的真溶液物質(zhì)主要是Cl、S、Ca、Na、K、Mg等

33、，等，P、Si、Al、Fe、Mn等也可部分呈真溶液狀態(tài)。等也可部分呈真溶液狀態(tài)。 真溶液物質(zhì)的搬運(yùn)及沉積作用的根本控真溶液物質(zhì)的搬運(yùn)及沉積作用的根本控制因素是它們的溶解度制因素是它們的溶解度 溶解度越大，越易搬運(yùn)，越難沉積。溶解度越大，越易搬運(yùn)，越難沉積。 溶解度越小，越易沉積，越難搬運(yùn)。溶解度越小，越易沉積，越難搬運(yùn)。 Fe、Mn、Si、Al等溶解物質(zhì)的溶解度較等溶解物質(zhì)的溶解度較小，易于沉淀，在它們的搬運(yùn)和沉積作用中，小，易于沉淀，在它們的搬運(yùn)和沉積作用中，水介質(zhì)的各種物理化學(xué)條件的影響十分重要。水介質(zhì)的各種物理化學(xué)條件的影響十分重要。 各種鐵、錳礦物生成時所需要的各種鐵、錳礦物生成時所需

34、要的PH值及值及EH值值SiO2及及CaCO3的溶解度的溶解度與介質(zhì)與介質(zhì)PH值的關(guān)系值的關(guān)系A(chǔ)l2O3的溶解度與介質(zhì)的溶解度與介質(zhì)PH值的關(guān)系值的關(guān)系 對于溶解度大的物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積作用，水介質(zhì)對于溶解度大的物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積作用，水介質(zhì)的影響不大。它們只有在干熱的氣候條件下，在封閉的影響不大。它們只有在干熱的氣候條件下，在封閉或半封閉的盆地中，或在水循環(huán)受限制的潮上地帶，或半封閉的盆地中，或在水循環(huán)受限制的潮上地帶，即在蒸發(fā)條件下，才能沉積下來。如石膏、硬石膏、即在蒸發(fā)條件下，才能沉積下來。如石膏、硬石膏、鈉鹽、鉀鹽、鎂鹽等。鈉鹽、鉀鹽、鎂鹽等。四、生物的搬運(yùn)和沉積作用四、生物的搬運(yùn)和沉積作

35、用 Transportation and sedimentation by organisms 生物生物在母巖風(fēng)化產(chǎn)物的搬運(yùn)和沉積過程中在母巖風(fēng)化產(chǎn)物的搬運(yùn)和沉積過程中起著重要的作用，不少沉積巖和沉積礦產(chǎn)的形起著重要的作用，不少沉積巖和沉積礦產(chǎn)的形成都與生物作用有關(guān)，或直接由生物作用而形成都與生物作用有關(guān)，或直接由生物作用而形成。如碳酸鹽巖、磷酸鹽巖、沉積鐵礦、硅藻成。如碳酸鹽巖、磷酸鹽巖、沉積鐵礦、硅藻土、白堊、煤、油頁巖和石油等。土、白堊、煤、油頁巖和石油等。 在各類生物中，尤以在各類生物中，尤以藻類藻類和和細(xì)菌細(xì)菌等微生物等微生物在沉積巖和沉積礦產(chǎn)形成作用中的意義較大。在沉積巖和沉積礦產(chǎn)

36、形成作用中的意義較大。 生物的搬運(yùn)和沉積作用有兩種方式：生物的搬運(yùn)和沉積作用有兩種方式： 生物通過新陳代謝作用，在其生活過程中不斷生物通過新陳代謝作用，在其生活過程中不斷地從周圍介質(zhì)中吸取一定的物質(zhì)成分，從而把一些元素地從周圍介質(zhì)中吸取一定的物質(zhì)成分，從而把一些元素富集起來富集起來 。 另一種方式是由于生物作用而引起的周圍介質(zhì)另一種方式是由于生物作用而引起的周圍介質(zhì)條件的改變，從而影響某些物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積。條件的改變，從而影響某些物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積。 五、化學(xué)沉積分異作用五、化學(xué)沉積分異作用 Chemical sedimentary differentiation 化學(xué)沉積分異作用化學(xué)沉積分異作

37、用受化學(xué)原理支配的分異作用受化學(xué)原理支配的分異作用 母巖風(fēng)化產(chǎn)物中的溶解物質(zhì)，在搬運(yùn)和沉積過程中，母巖風(fēng)化產(chǎn)物中的溶解物質(zhì)，在搬運(yùn)和沉積過程中，由于各元素和化合物彼此在化學(xué)性質(zhì)上的差異由于各元素和化合物彼此在化學(xué)性質(zhì)上的差異(主要是主要是化學(xué)活潑性或溶解度大小化學(xué)活潑性或溶解度大小)，它們從溶液中按一定先后，它們從溶液中按一定先后順序沉淀出來，從而逐漸產(chǎn)生了分異。順序沉淀出來，從而逐漸產(chǎn)生了分異。 六、兩種沉積分異作用的關(guān)系及其地質(zhì)意義六、兩種沉積分異作用的關(guān)系及其地質(zhì)意義 1. 關(guān)系關(guān)系 機(jī)械沉積分異作用進(jìn)行得較早，化學(xué)沉積分異機(jī)械沉積分異作用進(jìn)行得較早，化學(xué)沉積分異作用進(jìn)行得較晚作用進(jìn)行得

38、較晚 機(jī)械沉積分異作用機(jī)械沉積分異作用 化學(xué)沉積分異作用化學(xué)沉積分異作用 砂和粉砂階段砂和粉砂階段 鐵的氧化物階段鐵的氧化物階段 粘土沉積階段粘土沉積階段 碳酸鹽階段碳酸鹽階段 已基本結(jié)束已基本結(jié)束硫酸鹽及鹵化物階段硫酸鹽及鹵化物階段 2. 意義意義 兩種沉積分異作用的結(jié)果，就形成了各兩種沉積分異作用的結(jié)果，就形成了各種類型的機(jī)械沉積巖和化學(xué)沉積巖以及相應(yīng)種類型的機(jī)械沉積巖和化學(xué)沉積巖以及相應(yīng)的各種沉積礦產(chǎn)。的各種沉積礦產(chǎn)。 分異作用進(jìn)行越徹底，各種類型的沉積分異作用進(jìn)行越徹底，各種類型的沉積巖在成分上和結(jié)構(gòu)上的成熟度就越高，從而巖在成分上和結(jié)構(gòu)上的成熟度就越高，從而越易形成各種沉積礦產(chǎn)。越易

39、形成各種沉積礦產(chǎn)。 七、正常沉積作用和事件沉積作用七、正常沉積作用和事件沉積作用 Normal sedimentation and event sedimentation 正常沉積作用正常沉積作用：正常情況或條件下發(fā)生的搬運(yùn)和：正常情況或條件下發(fā)生的搬運(yùn)和沉積作用，這一作用過程是緩慢的、均變的。沉積作用，這一作用過程是緩慢的、均變的。 事件沉積作用事件沉積作用：指事件性的、陣發(fā)性的或?yàn)?zāi)變性：指事件性的、陣發(fā)性的或?yàn)?zāi)變性的搬運(yùn)和沉積作用。這類作用的發(fā)生和發(fā)展可能是瞬的搬運(yùn)和沉積作用。這類作用的發(fā)生和發(fā)展可能是瞬間的、短暫的，但其作用過程是快速的間的、短暫的，但其作用過程是快速的。 事件作用所挾帶

40、的大量砂、礫、泥等碎屑物質(zhì)一事件作用所挾帶的大量砂、礫、泥等碎屑物質(zhì)一旦沉積下來，一般就不再被搬運(yùn)了。旦沉積下來，一般就不再被搬運(yùn)了。 如沉積物重力流、泥石流和洪水流、火山噴如沉積物重力流、泥石流和洪水流、火山噴發(fā)發(fā)碎屑流、風(fēng)暴流、地震、隕石雨降落等碎屑流、風(fēng)暴流、地震、隕石雨降落等。 與正常沉積作用相比，事件沉積作用及其產(chǎn)物與正常沉積作用相比，事件沉積作用及其產(chǎn)物肯有明顯的肯有明顯的等時性等時性，所以，這一作用也叫，所以，這一作用也叫幕式沉積幕式沉積作用作用。 正常沉積和事件沉積可發(fā)生于同一沉積環(huán)境，正常沉積和事件沉積可發(fā)生于同一沉積環(huán)境，二者交替進(jìn)行。二者交替進(jìn)行。 第四節(jié)第四節(jié) 沉積后作

41、用及其階段劃分沉積后作用及其階段劃分 Postsedimentation process and stage division Sedimentary PetrologyP4146一、概述一、概述(Introduction) 沉積物的形成階段沉積物的形成階段：母巖風(fēng)化產(chǎn)物以及其：母巖風(fēng)化產(chǎn)物以及其它來源的物質(zhì)成分，在搬運(yùn)和沉積作用之后，它來源的物質(zhì)成分，在搬運(yùn)和沉積作用之后，就變成了沉積物。就變成了沉積物。 沉積后作用：沉積后作用：泛指沉積物形成之以后，到泛指沉積物形成之以后，到沉積巖遭受風(fēng)化作用和變質(zhì)作用之前這一演化沉積巖遭受風(fēng)化作用和變質(zhì)作用之前這一演化階段的所有變化或作用。亦稱為階段的所

42、有變化或作用。亦稱為廣義的成巖作廣義的成巖作用用。 母巖母巖沉積物形成階段沉積物形成階段成巖作用階段成巖作用階段沉積巖沉積巖風(fēng)化作用風(fēng)化作用變質(zhì)作用變質(zhì)作用沉沉積積巖巖的的形形成成與與演演化化后生作用階段后生作用階段沉沉積積后后作作用用成巖作用成巖作用后生作用后生作用 廣義的成巖作用包括廣義的成巖作用包括狹義的成巖作用狹義的成巖作用和和后后生作用生作用兩個階段。兩個階段。 成巖作用成巖作用(diagenesis)：沉積物轉(zhuǎn)變沉積巖：沉積物轉(zhuǎn)變沉積巖所發(fā)生的一系列變化。所發(fā)生的一系列變化。 后生作用后生作用(catagenesis)：沉積物形成以后到：沉積物形成以后到遭受風(fēng)化作用或變質(zhì)作用以前的

43、變化。遭受風(fēng)化作用或變質(zhì)作用以前的變化。 沉積后作用的沉積后作用的上限上限為沉積物表面或潛水面為沉積物表面或潛水面沉積后作用的沉積后作用的下限下限為變質(zhì)巖帶頂為變質(zhì)巖帶頂(220，1000bar) 二、沉積后作用階段的劃分二、沉積后作用階段的劃分 沉積后作用階段的劃分，到目前為止也還沒有一沉積后作用階段的劃分，到目前為止也還沒有一個公認(rèn)的、統(tǒng)一的劃分方案。個公認(rèn)的、統(tǒng)一的劃分方案。 1.根據(jù)粘土礦物成分來劃分根據(jù)粘土礦物成分來劃分2.根據(jù)煤巖學(xué)來劃分根據(jù)煤巖學(xué)來劃分3.根據(jù)地球化學(xué)不環(huán)境來劃分根據(jù)地球化學(xué)不環(huán)境來劃分4.根據(jù)埋深來劃分根據(jù)埋深來劃分5.綜合劃分方案綜合劃分方案 成巖作用階段的劃

44、分和對比成巖作用階段的劃分和對比 三、有關(guān)術(shù)語的闡明三、有關(guān)術(shù)語的闡明 1. 埋藏成巖作用埋藏成巖作用(buried diagenesis)：碎屑沉積物：碎屑沉積物隨埋深增加，主要由于機(jī)械壓實(shí)作用和化學(xué)膠結(jié)作用，隨埋深增加，主要由于機(jī)械壓實(shí)作用和化學(xué)膠結(jié)作用，致使巖石逐漸變致密、孔隙度減小、物性變差等一系致使巖石逐漸變致密、孔隙度減小、物性變差等一系列物理和化學(xué)變化直到變質(zhì)作用。列物理和化學(xué)變化直到變質(zhì)作用。 2. 沉積后作用沉積后作用(postsedimentation process)：泛指：泛指沉積物形成以后到沉積巖遭受風(fēng)化作用和變質(zhì)作用沉積物形成以后到沉積巖遭受風(fēng)化作用和變質(zhì)作用以前這

45、一演化階段的所有變化和作用。以前這一演化階段的所有變化和作用。 3. 同生作用同生作用(syngenesis)：指沉積物剛剛形成以后：指沉積物剛剛形成以后而尚與上覆水體相接觸時的變化。如而尚與上覆水體相接觸時的變化。如海解作用海解作用、海底風(fēng)化作用海底風(fēng)化作用及及陸解作用陸解作用等等 。 4. 準(zhǔn)同生作用準(zhǔn)同生作用(penesyngenesis)：主要是指潮上帶：主要是指潮上帶的疏松碳酸鈣沉積物被高鎂粒間鹽水白云化的作用的疏松碳酸鈣沉積物被高鎂粒間鹽水白云化的作用 。 5. 成巖作用成巖作用(diagenesis)：指上覆沉積物不斷增加：指上覆沉積物不斷增加使早期沉積物逐漸被掩埋，直至基本上與

46、上覆水體脫使早期沉積物逐漸被掩埋，直至基本上與上覆水體脫離，使沉積物在新的物理化學(xué)條件下，產(chǎn)生新的平衡，離，使沉積物在新的物理化學(xué)條件下，產(chǎn)生新的平衡，致使疏松的沉積物固結(jié)成巖的全部變化過程。致使疏松的沉積物固結(jié)成巖的全部變化過程。 6. 后生作用后生作用(anadiagenesis / catagenesis)：繼成巖：繼成巖作用階段之后，在沉積巖轉(zhuǎn)變?yōu)樽冑|(zhì)巖之前或遭受風(fēng)作用階段之后，在沉積巖轉(zhuǎn)變?yōu)樽冑|(zhì)巖之前或遭受風(fēng)化作用之前所產(chǎn)生的一切作用和變化?；饔弥八a(chǎn)生的一切作用和變化。 7. 表生作用表生作用(epigenesis)：指沉積物抬升到近地表，：指沉積物抬升到近地表，在潛水面以下常

47、溫常壓或低溫低壓條件下，由于滲透在潛水面以下常溫常壓或低溫低壓條件下，由于滲透水和淺部地下水水和淺部地下水(包括上升水包括上升水)的影響下所發(fā)生的變化。的影響下所發(fā)生的變化。 四、沉積期后的影響因素四、沉積期后的影響因素 沉積物脫離沉積環(huán)境進(jìn)入沉積期后變化階沉積物脫離沉積環(huán)境進(jìn)入沉積期后變化階段，實(shí)質(zhì)上是沉積物在新的條件下，重新建立段，實(shí)質(zhì)上是沉積物在新的條件下，重新建立起新的平衡的過程。起新的平衡的過程。 影響這一平衡過程的因素主要有：影響這一平衡過程的因素主要有： 沉積物沉積物的成分、溫度、壓力、以及層間水溶液的性質(zhì)的成分、溫度、壓力、以及層間水溶液的性質(zhì)(溶度積、自由度、溶度積、自由度、

48、PH值、值、Eh值、濃度、溶解值、濃度、溶解氣體的狀況等氣體的狀況等) 。 五、沉積后作用主要類型五、沉積后作用主要類型 1. 壓實(shí)作用壓實(shí)作用(compaction) 2. 壓溶作用壓溶作用(pressure-solution) 3. 膠結(jié)作用膠結(jié)作用(cementation)和固結(jié)作用和固結(jié)作用(consolidation) 4. 重結(jié)晶作用重結(jié)晶作用(recrystallization)和礦物的多和礦物的多相轉(zhuǎn)變作用相轉(zhuǎn)變作用(neomorphism of mineral) 5. 交代作用交代作用(replament) 6. 溶解作用溶解作用(dissolution) 第五節(jié)第五節(jié) 沉積巖的分類沉積巖的分類