沉積巖總論-re

1、沉積巖巖石學(xué)沉積巖巖石學(xué)Sedimentary Petrology第一章第一章 沉積巖沉積巖的形成過程和一般特征的形成過程和一般特征 第一節(jié)第一節(jié) 沉積巖概念沉積巖概念 1. 定義定義 沉積巖沉積巖是在是在地殼表層地殼表層條件下，由風(fēng)化作用、生物作用和火山條件下，由風(fēng)化作用、生物作用和火山作用形成的物質(zhì)經(jīng)過作用形成的物質(zhì)經(jīng)過搬運(yùn)搬運(yùn)、沉積和成巖沉積和成巖等一系列地質(zhì)作用而形成等一系列地質(zhì)作用而形成的巖石。的巖石。 2. 沉積巖沉積巖在地球中的分布及與礦產(chǎn)關(guān)系在地球中的分布及與礦產(chǎn)關(guān)系 分布廣分布廣占陸地面積占陸地面積75%，平均厚度，平均厚度1.8km,最大達(dá)最大達(dá)13km。 海底大部分是沉積

2、物或沉積巖，厚度平均海底大部分是沉積物或沉積巖，厚度平均1km 體積體積占巖石圈體積的占巖石圈體積的5% 有最老年齡有最老年齡地球最老巖石是沉積巖，地球最老巖石是沉積巖，3.8 Ga, 如冀東、鞍山、如冀東、鞍山、崆嶺群，崆嶺群，研究地球發(fā)展演化歷史的寶貴資料研究地球發(fā)展演化歷史的寶貴資料 礦產(chǎn)礦產(chǎn)煤，石油，天然氣，鹽類，煤，石油，天然氣，鹽類，F(xiàn)e, Mn, Al, Cu, P第二節(jié)第二節(jié) 沉積巖的形成過程沉積巖的形成過程與巖漿巖和變質(zhì)巖相比，沉積巖的形成過程最容易被人直接與巖漿巖和變質(zhì)巖相比，沉積巖的形成過程最容易被人直接觀察觀察到到一、沉積物的來源一、沉積物的來源1. 沉積物沉積物構(gòu)成沉

3、積巖的物質(zhì)構(gòu)成沉積巖的物質(zhì)2. 沉積物包括沉積物包括 母巖風(fēng)化產(chǎn)物母巖風(fēng)化產(chǎn)物先成巖石（三大巖）經(jīng)風(fēng)化作用形成的物質(zhì)先成巖石（三大巖）經(jīng)風(fēng)化作用形成的物質(zhì)主要主要 生物生物物質(zhì)物質(zhì) 生物生活、活動(dòng)及其遺體分解生成的生物生活、活動(dòng)及其遺體分解生成的有機(jī)質(zhì)有機(jī)質(zhì)分布廣含量少分布廣含量少 火山火山物質(zhì)和宇宙物質(zhì)物質(zhì)和宇宙物質(zhì)火山噴發(fā)的固體碎屑物，僅在火山口附近火山噴發(fā)的固體碎屑物，僅在火山口附近少少宇宙物質(zhì)指宇宙物質(zhì)指隕石隕石，很少很少二、風(fēng)化作用1. 1. 定義：定義：地表或者接近地表的地表或者接近地表的巖石巖石，在溫度、水在溫度、水、空空氣及生物氣及生物的作用和影響下所發(fā)生的的作用和影響下所發(fā)生

4、的作用作用。物理風(fēng)化作用物理風(fēng)化作用化學(xué)風(fēng)化作用化學(xué)風(fēng)化作用生物風(fēng)化作用生物風(fēng)化作用2. 2. 物理風(fēng)化作用物理風(fēng)化作用(1) (1) 定義定義指巖石只發(fā)生機(jī)械破碎而化學(xué)成分未改變的風(fēng)指巖石只發(fā)生機(jī)械破碎而化學(xué)成分未改變的風(fēng)化作用。化作用。(2) (2) 主導(dǎo)因素主導(dǎo)因素溫度變化，水，冰，風(fēng)，生物作用溫度變化，水，冰，風(fēng)，生物作用(3) (3) 結(jié)果結(jié)果形成各種碎屑物質(zhì)形成各種碎屑物質(zhì)(4) (4) 位置位置極地，沙漠，高山區(qū)極地，沙漠，高山區(qū)3. 化學(xué)風(fēng)化、生物風(fēng)化作用化學(xué)風(fēng)化、生物風(fēng)化作用(1) 定義定義：指巖石在：指巖石在氧氧、水和溶于水的各種酸及生物水和溶于水的各種酸及生物的作用下，的

5、作用下，發(fā)生化學(xué)分解的風(fēng)化作用。發(fā)生化學(xué)分解的風(fēng)化作用。 (2) 作用方式作用方式 氧氧化作用化作用價(jià)態(tài)變高，形成新礦物，價(jià)態(tài)變高，形成新礦物，Ol 褐鐵礦褐鐵礦/赤鐵礦赤鐵礦水解作用水解作用例如例如 Mg-Ol + H2O 蛇紋石蛇紋石 Or + H2O + CO2 高嶺石高嶺石礦物礦物分解分解 陽離子易溶，被水帶走；陽離子易溶，被水帶走； 粘土礦物粘土礦物，如蒙脫石，高嶺石，則殘存，如蒙脫石，高嶺石，則殘存化學(xué)化學(xué)溶解溶解易溶于水易溶于水生物生物作用作用生物分泌有機(jī)酸，加速巖石化學(xué)分解，生物分泌有機(jī)酸，加速巖石化學(xué)分解， 還可以產(chǎn)生大量還可以產(chǎn)生大量O2，CO2，也影響風(fēng)化作用，也影響風(fēng)化

6、作用(3) 結(jié)果：原來礦物巖石被破壞，形成新礦物結(jié)果：原來礦物巖石被破壞，形成新礦物粘土礦物粘土礦物(4) 位置：高溫潮濕的熱帶地區(qū)，水，植被非常發(fā)育位置：高溫潮濕的熱帶地區(qū)，水，植被非常發(fā)育母巖風(fēng)化產(chǎn)物母巖風(fēng)化產(chǎn)物母巖母巖經(jīng)過風(fēng)化作用后形成經(jīng)過風(fēng)化作用后形成3類物質(zhì)類物質(zhì)1. 碎屑物質(zhì)碎屑物質(zhì)機(jī)械破碎產(chǎn)生各種巖石、礦物碎屑機(jī)械破碎產(chǎn)生各種巖石、礦物碎屑2. 不溶殘余物質(zhì)不溶殘余物質(zhì)指新生成的礦物指新生成的礦物，粘土礦物，粘土礦物，氧化硅，氧化硅，氧化鋁，氧化鐵礦物氧化鋁，氧化鐵礦物3. 溶解物質(zhì)溶解物質(zhì)化學(xué)風(fēng)化產(chǎn)生的活潑金屬元素化學(xué)風(fēng)化產(chǎn)生的活潑金屬元素， K, Na, Ca, Mg 進(jìn)入溶

7、液進(jìn)入溶液 溶解度溶解度低的，低的，Al, Fe, Si的氧化物和氫氧化物的氧化物和氫氧化物形成膠體形成膠體三、沉積巖形成過程的背景控制三、沉積巖形成過程的背景控制 (1)氣候背景氣候背景 是指一個(gè)較長時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)在大氣中的各種物理現(xiàn)是指一個(gè)較長時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)在大氣中的各種物理現(xiàn)象的總和，其中最具影響力的是氣溫和降水，其次是風(fēng)。象的總和，其中最具影響力的是氣溫和降水，其次是風(fēng)。 (2)構(gòu)造背景構(gòu)造背景 是指包括母巖區(qū)到相關(guān)沉積盆地的整個(gè)區(qū)域所在的是指包括母巖區(qū)到相關(guān)沉積盆地的整個(gè)區(qū)域所在的構(gòu)造部位及其活動(dòng)階段。構(gòu)造部位及其活動(dòng)階段。 沉積巖的一般特征沉積巖的一般特征 包括包括物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造

8、物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造不同于巖漿巖不同于巖漿巖 形成條件和方式不同形成條件和方式不同 在物質(zhì)成分方面：在物質(zhì)成分方面： 因此，因此，2個(gè)因素個(gè)因素母巖性質(zhì)和沉積作用過程母巖性質(zhì)和沉積作用過程 使其與母巖化學(xué)與礦物成分既相同，又不同使其與母巖化學(xué)與礦物成分既相同，又不同。 母巖風(fēng)化母巖風(fēng)化沉積巖沉積巖風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積、成巖風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積、成巖沉積巖沉積巖的物質(zhì)成分和顏色的物質(zhì)成分和顏色1. 沉積巖的礦物成分沉積巖的礦物成分已經(jīng)發(fā)現(xiàn)：沉積巖中礦物已經(jīng)發(fā)現(xiàn)：沉積巖中礦物160多種，常見的僅為多種，常見的僅為20多種，一般沉積多種，一般沉積巖中含有巖中含有3-5種種:石英、長石、云母、黃鐵礦、白鐵礦、

9、海綠石、菱鐵礦、方解石、石英、長石、云母、黃鐵礦、白鐵礦、海綠石、菱鐵礦、方解石、白云石、石膏、硬石膏、白云石、石膏、硬石膏、Fe/Mn/Al的氧化物和氫氧化物，粘土礦物，的氧化物和氫氧化物，粘土礦物，等。等。與巖漿巖比較的不同之處：與巖漿巖比較的不同之處：1. 基性巖漿巖中基性巖漿巖中Ol, Py, Am, Bi, 基性基性Pl，在沉積巖中甚少或缺失。，在沉積巖中甚少或缺失。2. 酸性巖漿巖中酸性巖漿巖中Or、酸性、酸性Pl、Q，在沉積巖中也大量存在。，在沉積巖中也大量存在。 鉀長石、石英鉀長石、石英沉積巖沉積巖巖漿巖，原因是石英是最穩(wěn)定的碎屑巖漿巖，原因是石英是最穩(wěn)定的碎屑3. 有許多新生

10、礦物，巖漿巖中很少或無，如粘土礦物、鹽類礦物有許多新生礦物，巖漿巖中很少或無，如粘土礦物、鹽類礦物4. 沉積巖特有的生物組分，如生物作用形成的有機(jī)碳、有機(jī)頁巖沉積巖特有的生物組分，如生物作用形成的有機(jī)碳、有機(jī)頁巖2. 化學(xué)成分化學(xué)成分沉積巖、巖漿巖主要化學(xué)成分特征差異：沉積巖、巖漿巖主要化學(xué)成分特征差異：1. 沉積巖中沉積巖中Fe2O3FeO，而巖漿巖中，而巖漿巖中Fe2O3Na2O，巖漿巖中，巖漿巖中 K2ONa2O原因是：粘土礦物吸附原因是：粘土礦物吸附K, 含含K礦物，如白云母，水云母在地表穩(wěn)定，礦物，如白云母，水云母在地表穩(wěn)定，而而Na進(jìn)入海水，不易形成沉積礦物進(jìn)入海水，不易形成沉積礦

11、物3. 沉積巖中富沉積巖中富H2O、CO2、有機(jī)質(zhì)，原因是：地表?xiàng)l件，生物參與，、有機(jī)質(zhì)，原因是：地表?xiàng)l件，生物參與，水圈，大氣圈水圈，大氣圈4. 不同沉積巖類型化學(xué)成分差異大。不同沉積巖類型化學(xué)成分差異大。沉積巖沉積巖的顏色的顏色1. 顏色分類顏色分類原原生色生色 繼承色繼承色碎屑物顏色（碎屑巖特有）碎屑物顏色（碎屑巖特有） 自生色自生色自生礦物和原生混入物自生礦物和原生混入物次次生色生色風(fēng)化作用中，母巖中物質(zhì)次生變化后形成的風(fēng)化作用中，母巖中物質(zhì)次生變化后形成的如何區(qū)分如何區(qū)分2者者原原生色生色大范圍內(nèi)穩(wěn)定大范圍內(nèi)穩(wěn)定次次生色生色分布不均勻，沿著裂隙和風(fēng)化帶出現(xiàn)分布不均勻，沿著裂隙和風(fēng)化帶

12、出現(xiàn)常見色素包括包括：有機(jī)質(zhì)有機(jī)質(zhì)黑色黑色鐵質(zhì)鐵質(zhì)綠色的綠色的Fe2+，紅色的，紅色的Fe3+幾種幾種典型自生色的致色成分及其成因意義典型自生色的致色成分及其成因意義(1) 紅、紫紅、褐或黃紅、紫紅、褐或黃棕棕色：色：當(dāng)巖石含高鐵氧化物或氫氧化物時(shí)當(dāng)巖石含高鐵氧化物或氫氧化物時(shí)可表現(xiàn)出這種顏色，其含量低至百分之幾即有很強(qiáng)的致色效果，可表現(xiàn)出這種顏色，其含量低至百分之幾即有很強(qiáng)的致色效果，通常高鐵氧化物為主時(shí)偏紅或紫紅，高鐵氫氧化物為主時(shí)偏黃或通常高鐵氧化物為主時(shí)偏紅或紫紅，高鐵氫氧化物為主時(shí)偏黃或褐黃。褐黃。含含F(xiàn)e3+氧化物，氫氧化物氧化物，氫氧化物氧化、強(qiáng)氧化氧化、強(qiáng)氧化，紅色，紅色炎熱潮

13、濕炎熱潮濕(2)灰色，黑色灰色，黑色富含有機(jī)質(zhì)，分散狀硫化鐵（富含有機(jī)質(zhì)，分散狀硫化鐵（FeS）還原、還原、強(qiáng)還原強(qiáng)還原(3)綠色綠色Fe2+ (Fe3+) 的硅酸鹽，如綠泥石，海綠石等的硅酸鹽，如綠泥石，海綠石等弱氧化、弱氧化、弱還原弱還原(4) 黃色黃色炎熱干旱，陸相沉積物炎熱干旱，陸相沉積物(5) 藍(lán)色，青色藍(lán)色，青色硬石膏，石膏，天青石，石鹽硬石膏，石膏，天青石，石鹽是鹽類的特是鹽類的特點(diǎn)點(diǎn)第三節(jié)、沉積巖的結(jié)構(gòu)第三節(jié)、沉積巖的結(jié)構(gòu)不同的沉積巖類型，其結(jié)構(gòu)不同，例如不同的沉積巖類型，其結(jié)構(gòu)不同，例如：陸陸源碎屑巖源碎屑巖碎屑結(jié)構(gòu)碎屑結(jié)構(gòu)泥質(zhì)巖泥質(zhì)巖泥狀泥狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)內(nèi)源內(nèi)源沉積巖沉積巖顆粒

14、結(jié)構(gòu)顆粒結(jié)構(gòu)第四節(jié)、沉積巖的構(gòu)造第四節(jié)、沉積巖的構(gòu)造沉積巖構(gòu)造沉積巖構(gòu)造指巖石各個(gè)組成部分的空間分布和指巖石各個(gè)組成部分的空間分布和排列方式。排列方式。機(jī)械機(jī)械成因的構(gòu)造成因的構(gòu)造化學(xué)化學(xué)成因的構(gòu)造成因的構(gòu)造生物生物成因的構(gòu)造成因的構(gòu)造1. 物理成因的構(gòu)造物理成因的構(gòu)造劃分為劃分為3 3種：種：層理構(gòu)造層理構(gòu)造沖刷構(gòu)造沖刷構(gòu)造 泥裂泥裂、雨痕、雹痕、雨痕、雹痕構(gòu)造構(gòu)造 (1) 層理構(gòu)造層理構(gòu)造 層理層理常見的原生構(gòu)造，通過成分、結(jié)構(gòu)、顏色等在常見的原生構(gòu)造，通過成分、結(jié)構(gòu)、顏色等在垂向上的變化而顯示的一種層狀構(gòu)造，可以分析沉積介垂向上的變化而顯示的一種層狀構(gòu)造，可以分析沉積介質(zhì)和環(huán)境質(zhì)和環(huán)境。

15、I.水平層理：水平層理：II. 平行層理：平行層理：III. 交錯(cuò)層理：交錯(cuò)層理：IV. 粒序?qū)永恚毫Ｐ驅(qū)永恚篤. 塊狀層理：塊狀層理：平行層理構(gòu)造和剝離線理 一般交錯(cuò)層理及流向和上層面的判別1.板狀交錯(cuò)層；2.楔狀交錯(cuò)層；3，4，槽狀交錯(cuò)層； 5.波狀交錯(cuò)層；小箭頭指向上層面，大箭頭表示流向 遞變層理/粒序?qū)永聿缓?xì)粒的泥質(zhì)不含細(xì)粒的泥質(zhì)水流強(qiáng)水流強(qiáng)-弱弱 含細(xì)粒的泥質(zhì)含細(xì)粒的泥質(zhì) 濁流沉積濁流沉積層理的主要類型層理的主要類型a. 水平層理水平層理靜水、微弱水流中緩慢沉積靜水、微弱水流中緩慢沉積b. 平行層理平行層理急流水體急流水體c. 波狀層理波狀層理波浪運(yùn)動(dòng)波浪運(yùn)動(dòng)d. 交錯(cuò)層理交錯(cuò)層理

16、水流交替變化水流交替變化e. 粒序?qū)永砹Ｐ驅(qū)永淼撞康撞?頂部，粗頂部，粗-細(xì)粒細(xì)粒f. 韻律層理韻律層理有規(guī)律重復(fù)有規(guī)律重復(fù)g. 塊狀層理塊狀層理無內(nèi)部構(gòu)造，快速堆積無內(nèi)部構(gòu)造，快速堆積 (2) 沖刷構(gòu)造：沖刷構(gòu)造：是一種發(fā)育在不同粒度巖層分界面上的是一種發(fā)育在不同粒度巖層分界面上的凹凸?fàn)顦?gòu)造，是由較高流速的流體在下伏沉積物頂面沖凹凸?fàn)顦?gòu)造，是由較高流速的流體在下伏沉積物頂面沖刷出一些下凹的坑槽，爾后又被上復(fù)沉積物覆蓋形成并刷出一些下凹的坑槽，爾后又被上復(fù)沉積物覆蓋形成并保存下來的構(gòu)造。保存下來的構(gòu)造。 沖刷構(gòu)造的形成及產(chǎn)出標(biāo)志1沖刷痕的形成；2沖刷痕被覆蓋；3層面剝開后分別在下伏層頂面和上復(fù)

17、層底面顯示沖刷痕和印模；4巖層底面上的槽模（箭頭示流向）； 5斷面上的沖刷構(gòu)造（粗線為沖刷面）(3) a. 泥裂泥裂/干裂干裂平面上多角，切面平面上多角，切面V形形 b. 雨痕雹痕雨痕雹痕 泥裂（1）和雨痕或雹痕（2） 2. 生物成因的構(gòu)造a. 疊層構(gòu)造疊層構(gòu)造b. 蟲跡，包括停息蟲跡，包括停息/爬行爬行/居住居住/覓食覓食等等3. 化學(xué)成因的構(gòu)造溶解-凝聚a. 縫合線縫合線鋸齒狀微裂隙鋸齒狀微裂隙b. 結(jié)核結(jié)核 有有核核 無核無核 c. 晶痕和假晶晶痕和假晶 在化學(xué)沉積作用中結(jié)晶出來的礦物晶體被泥級、粉砂在化學(xué)沉積作用中結(jié)晶出來的礦物晶體被泥級、粉砂級沉積物掩埋后，因沉積物失水收縮可稍稍突出

18、在巖層頂級沉積物掩埋后，因沉積物失水收縮可稍稍突出在巖層頂面，突出部分同時(shí)也會(huì)嵌入到覆蓋層的底面，當(dāng)?shù)V物晶體面，突出部分同時(shí)也會(huì)嵌入到覆蓋層的底面，當(dāng)?shù)V物晶體被選擇性溶解后就會(huì)在兩巖層接觸面上留下與晶體大小和被選擇性溶解后就會(huì)在兩巖層接觸面上留下與晶體大小和形態(tài)完全一致的空洞，該空洞就稱為晶痕。晶痕被充填或形態(tài)完全一致的空洞，該空洞就稱為晶痕。晶痕被充填或原晶體直接被別的礦物交代就成了假晶。原晶體直接被別的礦物交代就成了假晶。第五節(jié)、沉積巖的分類第五節(jié)、沉積巖的分類 陸源碎屑礦物陸源碎屑礦物繼承的，礦物組合可以分析母巖的類型繼承的，礦物組合可以分析母巖的類型 自生礦物自生礦物是沉積作用中形成的，可以分析其物理化學(xué)環(huán)境是沉積作用中形成的，可以分析其物理化學(xué)環(huán)境 次生礦物次生礦物是沉積巖又遭受風(fēng)化形成的，無成因意義是沉積巖又遭受風(fēng)化形成的，無成因意義第二章第二章 風(fēng)化風(fēng)化和風(fēng)化帶中礦物的穩(wěn)定性和風(fēng)化帶中礦物的穩(wěn)定性 風(fēng)化風(fēng)化就是使先成巖石轉(zhuǎn)變成碎屑物質(zhì)、溶解物質(zhì)和就是使先成巖石轉(zhuǎn)變成碎屑物質(zhì)、溶解物質(zhì)和不溶殘余物質(zhì)的過程。不溶殘余物質(zhì)的過程。 物理變化物理變化 物理變化只是使先成巖石產(chǎn)生裂隙、再逐漸崩解形物理變化只是使先成巖石產(chǎn)生裂隙、再