普通地質學ecit04第四章-外力地質作用與沉積巖

第四章外力地質作用與沉積巖4.1.1引起外力地質作用的因素一、大氣大氣圈的地質意義：

①O2—氧化作用，生命的存在；CO2—植物制造有機質、生物成巖，參與化學反應；H2O—風化作用，流動成風，動力。②大氣圈是生命的保護圈。③由于大氣圈的存在，地表才有了適宜的溫度。4.1外力地質作用的一般特征

二、水

水具有特殊的物理化學性質，水在地球溫度變化范圍內的三態(tài)變化和水是一種良好的溶劑，是水作為一種很重要的地質營力的保證。三、生物植物的根劈作用；生物體通過光合作用——吸收CO2、放出O2；

生物本身就是某種礦產(chǎn)和巖石的組成物質，如：煤、石油和生物碎屑灰?guī)r等。Halite（巖鹽） Na+isattractedtoOH-sideofwatermolecules

Cl-isattractedtotheH+sideofwatermoleculesWatercanalsoreactwithanothercompoundtoformanacid.H2O+CO2H2CO3(Carbonicacid)Theacidcanthendecomposeminerals.H2CO3+CaCO3Ca+2+2HCO3-(Bicarbonate) RemovedbyerosionCalciteHYDROLYSIS（水解作用）H+andOH-ionsinwaterdisplaceotherionsina mineralstructureproducinganewmineral.Feldsparsarereadilychangedbyhydrolysis.2KAlSi3O8+2H++9H2O

Al2Si2O5(OH)4+4H4SiO4+2K+OrthoclaseFeldsparKaoliniteSilicicAcidROOTWEDGING（根劈作用）Treesgrowincracksinrocksandtheforcerelatedto expansionwithgrowthbreakstherocks.LIVINGORGANISMSMixupsoilexposingmorematerialtosurfacefor weatheringreactions.FROSTWEDGINGWaterexpandswhenfrozen.Expands~9%.Watertrappedincracks freezesandexpands.Activelyfracturestherock.Worksbestwheretemperatures fluctuateaboveandbelow 0C(32F).Whenwatermelts,itseeps deeperintothecrackand thenrefreezes.

太陽能：使地表溫暖，并引起大氣的循環(huán)、水的運動、生命的活動等，從而引發(fā)各種地質作用的發(fā)生；重力能：重力支配下形成風、流水、冰川、湖水和海水的運動，物質降落和沉淀，山崩、地滑，生物生長和演化等；日月引力能：形成海水潮汐，從而對海岸改造。4.1.2引起外力地質作用的能源4.1.3外力地質作用的類型一、風化作用（weathering）

巖石受外部因素作用后發(fā)生機械崩解和化學分解，使堅硬的巖石變?yōu)樗缮⒌乃樾技巴寥?。風化作用的類型根據(jù)風化作用的方式和特點，風化作用可分為:物理風化作用(PhysicalWeathering)化學風化作用(ChemicalWeathering)生物風化作用(OrganismWeathering)自然界中各類礦物抗風化能力順序：

氧化物、氫氧化物＞硅酸鹽＞碳酸鹽＞硫化物＞鹵化物、硫酸鹽常見礦物抗風化能力順序：Quartz石英＞Muscovite白云母＞AlkaliFeldspar鉀長石＞Biotite黑云母＞Amphiboles角閃石＞Pyroxenes輝石＞Ca-richplagioclase富鈣斜長石

＞Olivine橄欖石二、剝蝕作用（Denudation）

剝蝕作用指各種運動的介質在其運動過程中，使地表巖石產(chǎn)生破壞并將其產(chǎn)物剝離原地的作用。剝蝕作用按方式有機械、化學和生物剝蝕作用三種。由于其產(chǎn)生的營力特點不同，剝蝕作用又可進一步劃分為地面流水、地下水、海洋、湖泊、冰川、風等的剝蝕作用。WEATHERINGandtheBREAKDOWNofROCKS三、搬運作用(Transportation)

搬運作用自然界中的風化、剝蝕產(chǎn)物被運動介質從一個地方轉移到另一個地方的過程稱為搬運作用。主要包括機械搬運（流水、風）和化學搬運（真溶液、膠體），生物搬運作用意義較小。四、沉積作用(Sedimentation)

被運動介質搬運的物質到達適宜的場所后，由于介質條件變化而發(fā)生沉淀、堆積的過程稱為沉積作用。由沉積作用形成的松散物質叫沉積物。陸地和海洋是地球表面最大的沉積單元。沉積方式基本可分為3種類型，即機械沉積（流速、風速的降低）、化學沉積（介質物理、化學條件發(fā)生變化）和生物沉積（生物遺體）。沉積物按其性質可分為以下幾類：①碎屑沉積物(ClasticalSediment)：機械沉積作用形成的物質。②化學沉積物(ChemicalSediment)：化學沉積形成的沉積物質。③生物沉積物(BiologicalSediment)：生物沉積作用形成。④生物化學沉積物(Bio-ChemicalSediment)：生物化學沉積作用形成的物質。五、固結(成巖)作用(Consolidation)

由松散的沉積物轉變?yōu)槌练e巖的過程稱為固結成巖作用。

由沉積物經(jīng)成巖作用形成的巖石稱為沉積巖。固結成巖作用的主要原因：壓固作用(Compression)膠結作用(Cementation)重結晶作用(Recrystalliation)新礦物的生長4.2沉積巖的特征4·2·1沉積巖中的礦物及組成

沉積巖的礦物及組成有四類：一、礦物和巖石碎屑：巖石風化破碎后的產(chǎn)物。二、膠結物：膠結碎屑的物質。三、自生礦物：在沉積和成巖過程中生成的礦物。四、生物碎屑和化石：沉積物中的動、植物遺體或碎片。礦物和巖石碎屑（1）石英、鉀長石、鈉長石、白云母。（2）粘土礦物、方解石、白云石、石膏（巖漿巖中不出現(xiàn)）。（3）赤鐵礦、褐鐵礦、玉髓、蛋白石、膠結物。（4）橄欖石、輝石、黑云母、角閃石、中性及基性斜長石（沉積巖中少見）。4.2.2沉積巖的結構定義：是指沉積巖組成物質的顆粒組成、性質、形狀、大小、磨園度和膠結方式等。分為：碎屑結構、非碎屑結構。碎屑結構由碎屑物質、基質和膠結構物質三部分組成?；|（雜基）膠結物碎屑結構按顆粒大小劃分：

礫狀（gravelly）粒徑>2mm

砂狀（sandy）粒徑2－0.05mm

粗砂結構粒徑2－0.5mm

中砂結構粒徑0.5－0.25mm

細砂結構粒徑0.25－0.05mm

粉砂狀（silty）粒徑0.05－0.005mm

泥狀（mudy）粒徑<0.005mm近遠碎屑結構按顆粒棱角磨損程度（磨圓度）劃分：棱角狀次棱角狀次圓狀圓狀搬運由遠到近碎屑結構按分選性劃分：分選好，顆粒大小以同一粒級為主分選中等，由相鄰粒級組合而成分選差，顆粒大小跨粒級混雜化學沉積的晶質結構

非碎屑結構

顆粒由化學沉積作用或生物、生物化學沉積作用形成的結構。大多是晶質或隱晶質，或由生物體搭成骨架。

生物沉積形成的生物骨架結構

一、成分顆粒：

巖屑——原先巖石的碎塊，見于礫巖、粗砂巖中。

礦屑——石英、長石、白云母等。

生物碎片，火山碎屑。膠結物：鈣質、硅質、鐵質、泥質。。

4.2.3沉積巖的成分和顏色二、顏色Color成份：

鐵質膠結——紅色鈣質、硅質膠結——白、灰色含炭質——黑色。膠結物：氧化環(huán)境——紅色；還原環(huán)境——黑色Ironoxidesandsulfidesalongwithburiedorganicmattergiverocksadarkcolor.Indicatesdepositioninareducingenvironment.Depositioninoxidizingenvironmentproducesredcoloredironoxides.4.2.4沉積巖的構造巖石各組成部分的空間分布與排列形式稱為構造。沉積物（巖）的構造又稱沉積構造。沉積巖在解釋地球歷史時顯得特別重要，地質學家能根據(jù)巖石的原生構造，推斷出巖石的歷史，包括原巖的組成、搬運的形式和距離以及顆粒成巖時的自然環(huán)境，即沉積環(huán)境。沉積巖在地球表面沉積，因此能保存并提供原物質聚集地的物理、化學和生物環(huán)境情況的線索，進而追溯其歷史。沉積構造的類型有：層理構造、層面構造、結核構造、生物擾動構造、變形構造

一、層理（Bedding）

沉積物（巖）中不同的顏色、成分、結構、定向性等性質在垂向上顯示的特征稱層理構造。層理構造是沉積物（巖）成層性的表現(xiàn)，是沉積物（巖）最基本、最特征的構造類型。層理構造由紋層（細層）、層系、層系組構成?？煞譃椋浩叫袑永?ParallelBedding)、斜層理(SlopeBedding)、交錯層理(CrossBedding)、遞變層理(GradedBedding)。斜層理水平（平行）層理交錯層理CrossBedding-Setsofbedsthatareinclinedrelativetooneanother.Thebedsareinclinedinthedirectionthatthewindorwaterwasmovingatthetimeofdeposition.Boundariesbetweensetsofcrossbedsusuallyrepresentanerosionalsurface.Verycommoninbeachdeposits,sanddunes,andriverdepositedsediment.遞變（粒序）層理

在動能特強的水流條件下，粗大的砂礫和細粒的泥，均在水中呈懸浮狀態(tài)，當水動能突然下降時，碎屑顆粒在重力分選作用下迅速下沉，所形成的碎屑粒徑向上逐漸變細的層理稱遞變層理。二、層面構造SurfaceFeatures

包括：波痕、泥裂、印痕、雨痕、生物痕跡。

波痕是沉積介質動蕩的標志。更重要的是波痕還可用來判斷巖層的頂?shù)祝霈F(xiàn)波痕的一側為頂。地質學家能通過波痕的形狀來判斷沉積時流水或風的運動方向。

單向動力條件形成的波痕雙向動力條件形成的波痕RippleMarks

Characteristicofshallowwaterdeposition.Causedbywavesorwinds.泥裂是由巖層表面垂直向下的多邊形裂縫。泥裂的產(chǎn)生表明當時的沉積環(huán)境是在干燥與濕潤之間變化的。當暴露于空氣中時，濕泥蒸干、萎縮形成裂痕。泥裂經(jīng)常與淺湖和沙漠盆地相聯(lián)系，即是濱?；驗I湖地帶的泥質沉積物，暴露水面后失水變干收縮而成。利用泥裂也可以確定巖層的頂?shù)?，開口方向為頂，尖滅方向為底。Mudcracks

-resultfromthedryingoutofwetsedimentatthesurfaceoftheEarth.Thecracksformduetoshrinkageofthesedimentasitdries.印痕恐龍足跡生物痕跡雨痕三、結核構造后生結核

在固結成巖作用后形成的結核，結核切割層理。同生結核

在沉積過程中形成的結核，層理圍繞結核。成巖結核在固結成巖過程中形成的結核，切割層理，但結核頂?shù)讓永韲@結核。四、縫合線巖石剖面中呈踞齒狀起伏的曲線。發(fā)育于易溶蝕的石灰?guī)r、白云巖及鈣質砂巖。規(guī)模較大的縫合線是沉積作用短暫仃頓或間斷時在沉積物表面發(fā)生溶蝕作用形成的溶溝、溶槽及石牙，后被同類沉積物充填覆蓋而成。4.3主要的沉積巖

由機械沉積作用產(chǎn)生的碎屑沉積物所形成的巖石稱碎屑巖。分為：礫巖與角礫巖、砂巖、粉砂巖、粘土巖。沉積巖按其成因及組成物的不同分為碎屑巖、化學巖和生物巖三大類4.3.1碎屑巖

碎屑巖按組成巖石的主要碎屑物的粒徑及成分進行分類命名，按粒徑大小分四類：

礫巖與角礫巖粒徑>2mm的礫石占50％以上

砂巖

粒徑2－0.05mm的砂粒占50％以上（肉眼可明顯分辨碎屑顆粒）

粉砂巖粒徑0.05-0.005mm的粉粒占50％以上（用放大鏡才能分辨碎屑顆粒）

粘土巖粒徑<0.005mm的粘粒占50％以上（用放大鏡也不能分辨顆粒，需用顯微鏡及電子顯微鏡觀察）

一、礫巖與角礫巖

以園－次園狀礫石為主，稱礫巖(conglomerate)。

以棱角－次棱角狀礫石為主，稱角礫巖（breccia)。

再根據(jù)礫石的主要成分作進一步命名：

如礫石主要是石英，稱石英質礫（角礫）巖。角礫巖

礫巖

二、砂巖（sandstone）

砂巖按其粒徑大小作進一步分類：

粗砂巖粒徑2－0.5mm的砂粒占50％以上。

中砂巖粒徑0.5－0.25mm的砂粒占50％以上。

細砂巖粒徑0.25－0.05mm的砂粒占50％以上。

再根據(jù)碎屑、膠結物及基質成分進行命名：細砂巖中碎屑以石英為主，長石次之，CaCO3膠結，稱細粒鈣質長石石英砂巖。粗砂巖中碎屑以巖屑為主，其次是長石，泥質膠結，稱粗粒泥質長石巖屑砂巖。細砂巖中碎屑以長石為主，石英次之，硅質膠結，稱細粒硅質石英長石砂巖。

三、粉砂巖(siltstone)

粉砂巖為遠源細粒沉積，碎屑成分都以石英為主、少量長石和其它成分。進一步的命名，著重考慮膠結物成分及顏色。

CaCO3膠結，稱鈣質粉砂巖泥質膠結，稱泥質粉砂巖

SiO2膠結，稱硅質粉砂巖

沉積巖的不同顏色可反映不同的沉積環(huán)境：褐紅色泥質粉砂巖→灰黃色鈣質粉砂巖→

極淺水、強氧化→淺水、弱氧化

→灰綠色鈣質粉砂巖→灰黑色硅質粉砂巖

較淺水、弱還原

→較深水、強還原

四、粘土巖

主要由粘土礦物組成。固結微弱者，稱粘土（clay)；

固結較好，但無層理者，稱泥巖(mudstone)；

固結好，且具良好層理者，稱頁巖（shale)。

粘土巖中除粘土礦物外?；烊敕凵?、細砂及CaCO3、SiO2、Fe2O3·nH2O、有機質等化學與生物沉積物。粘土巖因混入物的不同而具有不同的顏色，因此，粘土巖以顏色和混入物的成分，作進一步的命名：棕紅色泥巖、黃綠色鈣質泥巖、黑色硅質頁巖

淺水、強氧化→弱氧化→弱還原→深水、強還原

泥巖4.3.2化學巖

由化學沉積作用，產(chǎn)生的硅質（SiO2）、鈣質（CaCO3）、白云質（MgCO3）、鋁質（Al2O3·nH2O）、鐵質（Fe2O3·nH2O）、錳質（MnO·MnO2·nH2O）、磷質（P205·nH2O）等化學沉積物，形成的巖石，稱為化學巖。化學巖按其主要成分分類有：硅質巖、灰?guī)r、白云巖、鋁質巖、鐵質巖、錳質巖、磷質巖等。硅質巖的主要組成礦物是微粒石英、玉髓，少量蛋白石。主要鑒定特征是硬度大于小刀。

主要產(chǎn)于較深水－深水強還原環(huán)境，大多含有機質，故色呈灰黑色；呈結核狀產(chǎn)出時，稱硅質結核，又稱燧石結核。在淺水氧化－弱還原環(huán)境中形成的含氧化鐵的硅質巖，有時帶紅色色調，有時帶黃色或綠色色調，稱碧玉(Jasper）；當呈同心園狀構造時稱為瑪瑙（Agate)。

在溶洞、裂隙中形成的質輕多孔的硅質巖，稱硅華（Siliceoustufa）。

硅質巖與粘土巖的過渡類型為硅質頁巖（Siliceousshale）一、硅質巖（Siliceousrock)Composedlargelyofsilica(SiO2).Mostareinorganic. PrecipitatefromSiO2-richwaters.Canoccurasnodules.Cavitiesinlimestoneordolomitefillwithsilica.簡稱灰?guī)r，主要由方解石組成。鑒別特征是硬度小于小刀，遇稀酸劇烈起泡(放出CO2）。

碎屑結構的灰?guī)r中，碎屑成分都是CaCO3，有三種類型的碎屑：(1)海盆先固結的碳酸鈣被波浪打碎后形成的碎屑，又稱內碎屑；(2)從海水中凝聚形成的渾圓狀或團塊狀CaCO3碎屑；(3)動植物的介殼、骨骼、莖葉被波浪打碎形成的生物碎屑。二、石灰?guī)r（Limestone）LIMESTONEComposedofCalcite(CaCO3).Originateinwarm,marineenvironments.OrganismsextractCa+2andCO2fromwatertomake skeletons.Upondeath,skeletalmaterialaccumulatesforming

LIMESTONE.Mostlimestonesforminshallowwatersoncontinental shelvesinequatorialregions.Canalsoformindeepwater.碎屑結構的灰?guī)r按碎屑及膠結物特征命名：內碎屑形狀似竹葉，命名為竹葉狀灰?guī)r；由球?；驁F塊構成，分別稱球?；驁F塊灰?guī)r；由鮞粒或豆粒構成，分別稱鮞?；蚨沽；?guī)r；由生物碎屑構成，稱生物碎屑灰?guī)r。SEDIMENTATIONANDSEDIMENTARYROCKSLIMESTONEFossiliferousLimestoneSEDIMENTATIONANDSEDIMENTARYROCKSLIMESTONELithographicLimestoneorMicrite主要由白云石組成。主要鑒別特征是硬度小于小刀；遇冷酸不起泡，但粉末點酸起泡）放出（C02）。

白云巖與灰?guī)r的化學成分相近，又成因上有聯(lián)系，因此兩者中存在許多過渡類型，按方解石和白云石的相對含量的大小進行命名：灰?guī)r→白云質灰?guī)r→灰質白云巖→白云巖

方解石100％→→→→→→→→→→→→0％

白云石0％←←←←←←←←←←←←←100％三、白云巖SEDIMENTATIONANDSEDIMENTARYROCKSCHEMICALSEDIMENTARYROCKSDOLOMITEComposedofthemineraldolomite(Ca,Mg(CO3)2).Similartolimestoneinappearance.Notreallyexactlysurehowitisdeposited.

四、鹽巖

石鹽，鉀石鹽、石膏、芒硝、蘇打、硼砂等。4.3.3生物巖

碳質可燃有機巖：煤、泥炭瀝青質可燃有機巖：石油、天然氣、地蠟、瀝青等。

4.4沉積環(huán)境不同的沉積巖形成于不同的沉積環(huán)境中，因此可以根據(jù)沉積巖判斷這些巖石形成時的沉積環(huán)境。如石灰?guī)r形成于海相沉積環(huán)境；而紅色砂巖形成于干旱的陸相沉積環(huán)境。

沉