大學(xué)地質(zhì)學(xué)沉積巖基礎(chǔ)復(fù)習(xí)筆記引言：沉積巖的基石地位沉積巖，作為地球巖石圈的三大主要巖石類型之一，與巖漿巖、變質(zhì)巖共同構(gòu)成了我們腳下五彩斑斕的固體地球表層。它并非由地下深處熔融的巖漿直接冷凝而成，也非由已形成的巖石在高溫高壓下發(fā)生深刻變質(zhì)改造的產(chǎn)物。沉積巖，簡而言之，是地球表面或近地表環(huán)境中，由先前存在的巖石（母巖）經(jīng)過風(fēng)化、剝蝕、搬運、沉積以及成巖作用等一系列復(fù)雜而有序的地質(zhì)過程所形成的巖石。相較于其他兩類巖石，沉積巖在地表的分布面積最為廣泛，約占陸地面積的四分之三，這使得我們對其的觀察和研究具有得天獨厚的條件。更重要的是，沉積巖是地球歷史的忠實記錄者。它不僅保存了古代生物的遺體和遺跡（化石），為我們揭示生命演化的奧秘提供了直接證據(jù)，還蘊含了豐富的古環(huán)境、古氣候信息，是我們重建地球過去面貌、理解地質(zhì)事件序列的關(guān)鍵鑰匙。同時，沉積巖也是許多重要礦產(chǎn)資源的賦存載體，如煤炭、石油、天然氣、鐵、鋁、錳及許多非金屬礦產(chǎn)，其經(jīng)濟價值不言而喻。因此，掌握沉積巖的基礎(chǔ)知識，對于地質(zhì)學(xué)及相關(guān)學(xué)科的學(xué)習(xí)和研究至關(guān)重要。一、沉積物的來源與搬運沉積巖的形成，始于沉積物的產(chǎn)生。理解沉積物的來源及其從源區(qū)到沉積區(qū)的搬運過程，是認識沉積巖成因的第一步。1.1沉積物的主要來源沉積物的來源是多方面的，但最主要、最根本的來源是母巖的風(fēng)化作用。暴露于地表或近地表的巖漿巖、變質(zhì)巖以及早已形成的沉積巖，在大氣、水、生物等營力的綜合作用下，會發(fā)生物理的崩解和化學(xué)的分解，這個過程就是風(fēng)化作用。風(fēng)化作用的產(chǎn)物，便是形成沉積巖的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。除了母巖風(fēng)化產(chǎn)物外，沉積物的來源還包括：*生物成因物質(zhì)：由生物的生命活動所產(chǎn)生的物質(zhì)，如生物的骨骼、介殼、分泌物（如珊瑚礁、硅藻土、煤）以及生物遺體分解后形成的有機質(zhì)等。*火山物質(zhì)：火山噴發(fā)所產(chǎn)生的火山灰、火山礫、火山彈等碎屑物質(zhì)，可直接降落或經(jīng)搬運后沉積。*宇宙物質(zhì)：來自宇宙空間的物質(zhì)，如隕石碎片，但通常數(shù)量極少，對沉積巖的總體貢獻微不足道。*化學(xué)或生物化學(xué)沉淀物質(zhì)：在適宜的化學(xué)條件下，溶液中的溶解物質(zhì)通過化學(xué)沉淀或生物化學(xué)作用沉淀下來形成的物質(zhì)，如方解石、石膏、石鹽等。1.2搬運作用及其方式風(fēng)化作用形成的松散物質(zhì)，以及其他來源的沉積物，在各種地質(zhì)營力（主要是流水、風(fēng)、冰川、重力、波浪和洋流等）的作用下，會離開其形成的原地，向新的場所遷移，這個過程稱為搬運作用。搬運作用不僅是物質(zhì)的空間轉(zhuǎn)移，也是對沉積物進行改造的重要環(huán)節(jié)。搬運方式主要有以下幾種：*機械搬運：碎屑物質(zhì)（礫、砂、粉砂等）在搬運介質(zhì)中以物理方式被搬運。其搬運形式包括推移（沿介質(zhì)底部滾動或滑動）、躍移（在介質(zhì)中跳躍前進）和懸移（懸浮在介質(zhì)中搬運）。搬運介質(zhì)的動力大?。ㄈ缌魉?、風(fēng)速）決定了碎屑顆粒的搬運方式和搬運距離。*化學(xué)搬運：溶解于水的化學(xué)物質(zhì)（如Ca2?、Mg2?、Na?、K?、SiO?(aq)等）主要以真溶液或膠體溶液的形式被水介質(zhì)搬運。*生物搬運：部分生物（如某些底棲生物）可以通過其生命活動（如攝食、建造殼體、搬運顆粒等）對沉積物進行一定程度的搬運，但這種搬運通常規(guī)模較小，影響范圍有限。1.3搬運過程中沉積物的改造在漫長的搬運過程中，碎屑物質(zhì)會受到搬運介質(zhì)的持續(xù)作用而發(fā)生一系列變化，這些變化主要體現(xiàn)在：*分選性：指碎屑顆粒大小的均勻程度。經(jīng)過長距離搬運或在穩(wěn)定的搬運條件下，顆粒大小相近的碎屑會趨向于聚集在一起，表現(xiàn)出較好的分選性；反之，分選性差。風(fēng)搬運和流水搬運通常能形成較好的分選，而冰川搬運和重力崩塌的分選性則較差。*磨圓度（圓度）：指碎屑顆粒棱角被磨蝕圓化的程度。搬運距離越長，顆粒與顆粒之間、顆粒與搬運介質(zhì)及搬運底面之間的摩擦碰撞就越充分，顆粒的棱角就越不明顯，磨圓度就越高（從棱角狀到次棱角狀、次圓狀再到圓狀）。搬運介質(zhì)的性質(zhì)也有影響，如流水搬運比冰川搬運更易使顆粒磨圓。*顆粒形狀：除了磨圓度，顆粒的整體形狀（如片狀、柱狀、球狀等）也會在搬運過程中發(fā)生變化，一般趨向于變得更為穩(wěn)定（如接近球狀）。*成分變化：物理性質(zhì)不穩(wěn)定（如硬度低、解理發(fā)育）和化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的礦物（如長石、鐵鎂礦物），在搬運過程中更容易被磨損、破碎或發(fā)生化學(xué)分解而流失，使得穩(wěn)定組分（如石英）在沉積物中的相對含量逐漸增高。這些改造作用的結(jié)果，直接影響了后續(xù)形成的沉積巖的結(jié)構(gòu)和成分特征，是我們判斷沉積環(huán)境和搬運距離的重要依據(jù)。二、沉積作用與沉積物的沉積當(dāng)搬運介質(zhì)的能量逐漸減弱，或者由于物理化學(xué)條件的改變，使得搬運能力降低或搬運的物質(zhì)超過了介質(zhì)的搬運負荷時，被搬運的物質(zhì)就會在適當(dāng)?shù)膱鏊Ｖ拱徇\，發(fā)生堆積，這個過程稱為沉積作用。沉積下來的物質(zhì)便稱為沉積物。沉積作用的方式主要有：*機械沉積作用：主要是由于搬運介質(zhì)（如水、風(fēng)）的流速或風(fēng)速降低，其搬運能力減弱，導(dǎo)致所攜帶的碎屑物質(zhì)按顆粒大小、密度差異依次沉積下來。一般來說，顆粒粗、密度大的碎屑先沉積，顆粒細、密度小的后沉積，這種現(xiàn)象稱為機械分異作用（或沉積分異作用）。例如，在河流的不同河段，沉積物會有明顯差異：上游多礫石，中游多砂，下游則多粉砂和黏土。*化學(xué)沉積作用：溶液中的溶解物質(zhì)，由于濃度達到過飽和、溫度或壓力變化、pH值改變，或者與其他溶液混合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等原因，會以化學(xué)方式沉淀下來。例如，海水中的Ca2?和HCO??離子，在適宜條件下可結(jié)合形成CaCO?沉淀。*生物及生物化學(xué)沉積作用：生物在其生命活動過程中，通過吸收介質(zhì)中的某些化學(xué)元素來構(gòu)建自身的骨骼或殼體，當(dāng)生物死亡后，這些硬體部分可直接堆積下來；或者，生物的新陳代謝活動（如光合作用、呼吸作用）會改變周圍環(huán)境的物理化學(xué)條件（如pH值、Eh值），從而促使某些化學(xué)物質(zhì)沉淀。例如，藻類的光合作用可吸收CO?，使水體中CaCO?的溶解度降低而發(fā)生沉淀。沉積物發(fā)生沉積的場所，稱為沉積環(huán)境。不同的沉積環(huán)境具有不同的物理、化學(xué)和生物條件，從而形成不同特征的沉積物組合。理解沉積環(huán)境是沉積巖研究的核心內(nèi)容之一。三、沉積巖的形成——成巖作用剛剛沉積下來的沉積物，通常是松散的、富含水分和孔隙的。這些松散的沉積物，在漫長的地質(zhì)年代里，經(jīng)歷一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物化學(xué)變化，逐漸轉(zhuǎn)變成堅硬巖石的過程，稱為成巖作用。成巖作用是沉積巖形成的最后關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它使沉積物發(fā)生質(zhì)的飛躍。成巖作用主要包括以下幾種主要方式：3.1壓實作用在上覆沉積物不斷增厚的情況下，下部的沉積物受到越來越大的靜壓力（負荷壓力）。在壓力作用下，沉積物顆粒之間的孔隙度減小，水分被擠出，顆粒彼此靠近、緊密排列，體積發(fā)生收縮，從而使沉積物變得更加致密、堅硬。這種作用稱為壓實作用。壓實作用是黏土沉積物轉(zhuǎn)變?yōu)轲ね翈r的主要成巖方式，對砂質(zhì)沉積物也有一定影響，但通常不如對泥質(zhì)沉積物顯著。3.2膠結(jié)作用充填在沉積物顆粒之間孔隙中的礦物質(zhì)（稱為膠結(jié)物），將松散的顆粒黏結(jié)在一起，使沉積物固結(jié)成巖的作用，稱為膠結(jié)作用。這是碎屑沉積物（礫、砂、粉砂）轉(zhuǎn)變?yōu)樗樾紟r的最主要、最普遍的成巖方式。常見的膠結(jié)物成分有：*硅質(zhì)（SiO?）：如石英、玉髓、蛋白石，膠結(jié)堅硬，抗風(fēng)化能力強。*鈣質(zhì)（CaCO?或CaMg(CO?)?）：如方解石、白云石，是最常見的膠結(jié)物之一，膠結(jié)強度中等，遇稀鹽酸易起泡。*鐵質(zhì)（Fe?O?·nH?O或FeCO?）：如赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦，常使巖石呈紅色、褐色或綠色，膠結(jié)強度不一。*泥質(zhì)（黏土礦物）：如高嶺石、蒙脫石等，膠結(jié)疏松，巖石較軟，易風(fēng)化。*石膏質(zhì)（CaSO?·2H?O）：等。除了膠結(jié)物，顆粒之間還可能存在基底式膠結(jié)（顆粒完全被膠結(jié)物包裹）、孔隙式膠結(jié)（膠結(jié)物充填于顆粒間隙）、接觸式膠結(jié)（僅在顆粒接觸點有少量膠結(jié)物）和鑲嵌式膠結(jié)（顆粒之間因壓溶或重結(jié)晶而呈鑲嵌接觸）等不同的膠結(jié)類型，它們直接影響巖石的堅固程度。3.3重結(jié)晶作用在溫度、壓力以及溶液的參與下，沉積物中的礦物顆粒會發(fā)生溶解、局部溶解或固體擴散，使細小的礦物顆粒逐漸結(jié)晶長大，或由一種礦物轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N更穩(wěn)定的礦物相，從而使沉積物的結(jié)構(gòu)變得更均勻、更致密的過程，稱為重結(jié)晶作用。重結(jié)晶作用在化學(xué)巖和生物化學(xué)巖的成巖過程中表現(xiàn)得尤為突出。例如，疏松的鈣藻堆積或貝殼碎屑，可通過重結(jié)晶作用形成結(jié)構(gòu)致密的石灰?guī)r；非晶質(zhì)的蛋白石可逐漸重結(jié)晶為隱晶質(zhì)的玉髓，進而轉(zhuǎn)變?yōu)轱@晶質(zhì)的石英。3.4交代作用在成巖過程中，沉積物孔隙溶液中的某些化學(xué)物質(zhì)，與沉積物中的原有礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使原有礦物被新生成的礦物所取代，而巖石的總體化學(xué)成分基本保持不變（或發(fā)生一定變化）的過程，稱為交代作用。例如，方解石（CaCO?）被白云石（CaMg(CO?)?）交代而形成白云巖，就是一種常見的交代作用。交代作用可以完全替代原有礦物，也可以部分替代，形成各種交代結(jié)構(gòu)。此外，成巖作用還包括生物成巖作用（生物活動對沉積物的改造，如生物擾動、生物礦化）和氧化還原作用（影響鐵、硫等變價元素的礦物相）等。這些作用往往不是孤立進行的，而是相互影響、共同作用，最終使松散的沉積物轉(zhuǎn)變?yōu)閳杂驳某练e巖。四、沉積巖的基本特征沉積巖具有一系列區(qū)別于巖漿巖和變質(zhì)巖的獨特特征，這些特征是我們識別沉積巖、分析其形成條件和環(huán)境的重要依據(jù)。主要包括礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造三個方面。4.1沉積巖的礦物成分組成沉積巖的礦物種類繁多，但常見的主要礦物不過二十余種。其礦物成分的組合，既受到母巖成分的影響，也受到沉積環(huán)境和后期成巖作用的深刻改造。沉積巖中常見的礦物可分為以下幾類：*陸源碎屑礦物：主要來自母巖的物理風(fēng)化，抵抗風(fēng)化能力較強，經(jīng)搬運沉積下來。*石英：是沉積巖中最常見的礦物之一，含量有時可高達60%以上。石英化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，硬度大，耐磨性強，是碎屑巖（尤其是砂巖）的主要組分。*長石：包括鉀長石（正長石、微斜長石）和斜長石。長石的化學(xué)穩(wěn)定性較石英差，易風(fēng)化分解為黏土礦物（如高嶺石）。因此，長石在近距離搬運或氣候干燥、物理風(fēng)化強烈的環(huán)境下的沉積物中含量較高。*云母：主要是白云母，黑云母因易風(fēng)化而較少見。白云母具有良好的解理，常呈片狀，在砂巖中常見。*重礦物：相對密度大于2.86的礦物，如鋯石、電氣石、石榴子石、磁鐵礦等。它們在沉積物中含量通常很低（一般<1%），但因其穩(wěn)定性高，特征明顯，對追溯物源和判斷搬運距離有重要意義。*黏土礦物：是母巖化學(xué)風(fēng)化的主要產(chǎn)物，粒徑<0.005mm，是黏土巖的主要礦物成分。常見的黏土礦物有高嶺石、蒙脫石、伊利石（水云母）、綠泥石等。它們具有可塑性、吸水性和吸附性等特性。*化學(xué)及生物化學(xué)成因礦物：是在沉積或成巖過程中通過化學(xué)沉淀或生物化學(xué)作用形成的礦物。*碳酸鹽礦物：主要為方解石（CaCO?）和白云石（CaMg(CO?)?），是碳酸鹽巖（石灰?guī)r、白云巖）的主要成分。*硅質(zhì)礦物：如蛋白石、玉髓、石英（化學(xué)沉淀或重結(jié)晶形成），是硅質(zhì)巖的主要成分。*硫酸鹽礦物：如石膏（CaSO?·2H?O）、硬石膏（CaSO?）。*鹵化物礦物：如石鹽（NaCl）、鉀鹽（KCl）等，主要形成于蒸發(fā)環(huán)境。*鐵、錳、鋁的氧化物及氫氧化物：如赤鐵礦、褐鐵礦、軟錳礦等，可作為碎屑巖的膠結(jié)物，也可形成獨立的鐵、錳沉積巖。與巖漿巖相比，沉積巖中缺乏在高溫高壓下穩(wěn)定的礦物（如橄欖石、輝石、角閃石等鐵鎂暗色礦物），而富含在地表條件下穩(wěn)定的礦物（如石英、黏土礦物、碳酸鹽礦物等）。這是沉積巖礦物成分的一個顯著特點。4.2沉積巖的結(jié)構(gòu)沉積巖的結(jié)構(gòu)是指組成沉積巖的礦物顆?；蛩樾嘉锏拇笮?、形狀、分選性以及它們之間的相互關(guān)系。它是沉積巖的重要鑒定特征，也是分析沉積環(huán)境和搬運條件的重要標(biāo)志。沉積巖的結(jié)構(gòu)主要包括碎屑結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物結(jié)構(gòu)等類型。4.2.1碎屑結(jié)構(gòu)碎屑結(jié)構(gòu)是碎屑巖（如礫巖、砂巖、粉砂巖）所特有的結(jié)構(gòu)。它由兩個基本部分組成：碎屑顆粒（占主要地位）和膠結(jié)物及基質(zhì)（填充在碎屑顆粒之間的物質(zhì)）。*碎屑顆粒的特征：*粒度：指碎屑顆粒的大小。是碎屑巖分類命名的重要依據(jù)之一。通常采用十進制或φ值（φ=-log?d，d為顆粒直徑，單位mm）來劃分粒度等級。常見的粒度分級為：*礫（>2mm）：粗礫、中礫、細礫*砂（2-0.0625mm）：粗砂、中砂、細砂、極細砂*粉砂（0.____.0039mm）：粗粉砂、細粉砂*黏土（<0.0039mm）*分選性（分選程度）：指碎屑顆粒大小的均勻程度?？煞譃闃O好、好、中等、差、極差等級別。分選好表示顆粒大小較均一；分選差則表示顆粒大小混雜。*磨圓度（圓度）：指碎屑顆粒棱角被磨蝕圓化的程度?？煞譃槔饨菭?、次棱角狀、次圓狀、圓狀、極圓狀等級別。磨圓度好的顆粒，其搬運距離通常較長，或經(jīng)歷了較強的磨蝕作用。*顆粒形狀：除了圓度，還包括顆粒的扁平度、伸長性等，可用球度來描述（接近球體的程度）。*膠結(jié)物與基質(zhì)：*膠結(jié)物：是在成巖過程中，從溶液中沉淀出來，充填在碎屑顆粒之間的化學(xué)沉淀物（