沉积岩
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1.沉积岩:是组成地球岩石圈的三大岩石之一。
它是在地壳表层的条件下,由母岩的风化产物、火山物质、有机物质等沉积岩的原始物质成分,经搬运作用、沉积作用以及沉积后作用而形成的一类岩石。
2.地壳表层:是指大气圈的下层、水圈和生物圈的全部以及岩石圈的上层。
也可称作沉积岩生成圈或沉积圈。
3.沉积岩石学:是一门研究沉积岩的物质成分、结构构造、岩石岩性、沉积物沉积作用和沉积物质形成环境以及沉积岩分布规律的一门学科。
4.母岩:是指供给沉积岩原始物质成分的岩石,主要是岩浆岩和变质岩,也包括早已形成的沉积岩。
5.风化作用:是地壳表层岩石的一种破坏作用。
6.岩石:是矿物的集合体。
7.碎屑残余物质:主要是指母岩的岩石碎屑或矿物碎屑。
8.新生成的物质:只要是指在风化作用过程中新生成的一些矿物。
9.溶解物质:只要是指母岩在化学风化作用过程中被溶解的那些成分。
10.风化壳(风化带):由风化残余物质组成的地表岩石的表层部分,或者说已经风化了的地表岩石的表层部分。
11.牛顿流体:服从牛顿内摩擦定理的流体。
12.内摩擦定理:粘滞切应力与切变速度的关系是直线关系。
13.层流:是一种缓慢流动的流体,刘体智点做有条不紊的、平行的线状运动,彼此不想掺杂。
14.紊流:是一种充满了漩涡的急湍流动的流体,流体质点的运动轨迹极不规则,其流速大小和运动方向随时间变化而变化,彼此相互掺杂。
15.雷诺数:是表示惯性力和粘滞力之间关系的一个数值。
16.弗劳德数:是表示惯性力与重力之间关系的一个数值。
17.牵引搬运(牵引作用):指能使碎屑物质昨底负载移动的各种作用的总称。
18.机械沉积作用:在一定的沉积作用下,主要是当流水的动力不足以克服碎屑的重力时,已处于搬运状态的碎屑物质就会沉积下来。
19.开始搬运速度:流水把处于静止状态的碎屑物质开始搬运走所需的流速。
20.继续搬运流速:继续搬运已经处于搬运状态的碎屑物质所需的流速21.机械分异作用:22.掺合作用:主要是用于河流支流搬运物质与沿岸物质的注入以及其他因素引起的,干扰了沉积物质在流水搬运和沉积中的分异作用。
1、沉积岩:在地壳表层条件下,由母岩的风化产物、火山物质、有机物质、宇宙物质等原始物质成分,经过搬运作用、沉积作用和沉积后作用而形成的岩石。
2、经历成岩过程物源区:原始沉积物质(搬运和沉积作用)沉积区:松散的沉积物(成岩作用)埋藏区:沉积岩3、沉积岩的原始沉积物质来源:(1)陆源物质------母岩的风化产物;(2)生物源物质----生物残骸和有机质;(3)深源物质------火山喷发碎屑物质和深部卤水;(4)宇宙源物质----陨石。
4、沉积岩的搬运方式:滑动、滚动、跳跃、悬浮5、成岩作用:沉积物转变为沉积岩所发生的一些列变化。
划分方案:同生作用、成岩作用、后生作用、表生作用6、风化作用:因温度变化、水以及各种酸的溶蚀左右,生物作用以及各种地质营利的剥蚀作用等,地壳表层岩石处于不稳定状态,逐渐遭受破坏,在原地发生变化转变为风化产物的过程。
(物理、化学、生物)7、沉积分异作用:母岩的分化产物以及其来源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、化学成分在地表一次在沉积下来。
8、后生作用:沉积岩形成以后,遭受风化作用或变质作用以前的变化称为后生作用。
9、沉积后作用:泛指沉积物形成以后,到沉积岩遭受风化作用和变质作用之前这一演化阶段的所有变化或作用.10、颗粒的接触方式:点状、线状、凹凸状、缝合线1、碎屑岩的分类:砾岩、砂岩、粉砂岩、粘土岩。
2、碎屑岩的成分:A、碎屑成分:1、陆源矿物碎屑(石英、长石、重矿物)ZTR指数:锆石,电气石,金红石三者之和在重矿物中所占的比例。
有效地确定了物源方向。
2、岩石碎屑:保持着母岩结构的矿物集合体。
B、填隙物成分:杂基:粒径小于0.03mm,碎屑岩中充填碎屑颗粒之间的、细小的机械成因组分。
胶结物:碎屑岩中以化学沉淀方式形成于粒间空隙中的自生矿物。
C、化学成分3、成分成熟度:以碎屑岩中最稳定组分的相对含量来标志其成分的成熟程度。
4、结构成熟度:指碎屑岩沉积物在风化、搬运、及沉积作用的改造下接近终极结构特征的程度。
1.沉积岩:是在地表和地表下不太深的地方形成的地质体,是在常温常压下由风化作用、生物作用和某种火山作用形成的物质经过一系列改造(如搬运、沉积和成岩等作用)而形成的岩石。
2.沉积岩的分布:自然界分布最多的沉积岩为页岩、其次是砂岩和石灰岩,三者占沉积岩总量的95%以上。
3.组成沉积岩的原始沉积物质来源有:(1)陆源物质-母岩的风化产物(2)生物源物质-生物残骸和有机质(3)深源物质-火山喷发碎屑物质和深部卤水(4)宇宙源物质-陨石。
4.风化作用就是指地壳最表层的岩石在温度变化、大气、水、生物等因素作用下,在原地发生物理和化学变化的一种作用,根据作用的性质和因素不同,分为三大类型:物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用。
5.母岩风化作用的阶段性:Ⅰ碎屑阶段;Ⅱ饱和硅铝阶段;Ⅲ酸性硅铝阶段;Ⅳ铝铁土阶段6.母岩风化产物类型:(1)碎屑残留物质(2)新生成的矿物(3)溶解物质7.沉积物发生搬运和沉积的地质营力主要是流水和风,其次还有冰川、重力、生物等。
8.流水分类:(1)急流:福劳德数Fr>1,高流态,代表一种水浅流急的流动特点(2)缓流:福劳德数Fr<1,低流态,代表一种水深流缓的流动特点(3)层流:一种缓慢的流动,流体质点作有条不紊的平行线状流动,彼此不相掺混(4)紊流:一种充满了旋涡的急湍的流动,流体质点的运动轨迹极不规则,流速大小和流动方向随时间而变化,彼此互相掺混。
9.尤尔斯特隆图解(1)颗粒开始搬运的水流速度要比继续搬运所需的流速大。
(2)0.05-2mm的颗粒所需的始动流速最小,而且始动流速与沉积临界流速相相差也不大。
故常呈跳跃式前进。
10. (3)大于2mm的颗粒其搬运与沉积的两个流速曲线更接近,但两者的流速值也都是随着粒径的增大而增加。
故砾石不能长距离被搬运,并多沿河底呈滚滚动式前进。
11. (4)小于0.005mm的颗粒,两个流速相差很大。
因而粉砂(0.05-0.005mm)和粘粘土(小于0.005mm)物质一经流水搬运,就长期悬浮于水体之中不易沉积下来来。
沉积岩摘要沉积岩,又称为水成岩,是三种组成地球岩石圈的主要岩石之一(另外两种是岩浆岩和变质岩)。
是在地表不太深的地方,将其他岩石的风化产物和一些火山喷发物,经过水流或冰川的搬运、沉积、成岩作用形成的岩石。
在地球地表,有70%的岩石是沉积岩,但如果从地球表面到16公里深的整个岩石圈算,沉积岩只占5%。
沉积岩主要包括有石灰岩、砂岩、页岩等。
沉积岩中所含有的矿产,占全部世界矿产蕴藏量的80%。
沉积岩沉积岩(sedimentaryrocks)自然沉积物固结形成的岩石。
通常是在常温、常压环境下,由先成岩石的风化物质、火山喷出的碎屑物质、生物遗体及少量宇宙尘埃,经搬运、沉积和成岩等地质作用而形成。
多呈层状产出。
沉积岩在地表分布很广,占陆地面积的75%。
海底几乎全部为沉积物所覆盖。
由于它主要是由先成岩石的风化物质再堆积而成,所以曾被称为次生岩;又因其主要是在水体中沉积形成的,故又曾被称为水成岩。
但这些名称并不确切或不够全面,已不再被岩石学者采用。
沉积岩-岩石简介沉积岩具有特征性的化学成分、矿物成分和结构构造。
由于沉积分异作用的原因,不同类型沉积岩石的化学成分差别很大,如碳酸盐岩以钙镁氧化物和CO2为主,砂岩以SiO2为主,泥岩则以铝硅酸盐为主。
在矿物成分方面,岩浆岩中常见的铁镁矿物在沉积岩中少见,沉积岩中常见的盐类矿物和粘土矿物在岩浆岩中不存在或罕见。
在结构构造方面,沉积岩具有独特的碎屑结构,泥状结构,层理层面构造和发育的孔隙为岩浆岩所没有。
示意图含有生物化石也是沉积岩的特征。
按沉积物的来源把沉积岩分为陆源沉积岩、火山物源沉积岩和内源沉积岩3大类,然后再按成因、成分和粒径分为若干类。
沉积岩中蕴藏着大量的矿产,据统计世界资源总量的75%~85%是由沉积或沉积变质形成的。
石油、天然气、油页岩和煤几乎全为沉积形成。
许多沉积岩本身就是有用的矿产,如建筑石料、水泥及玻璃原料、冶金熔剂及耐火材料等大多是沉积岩。
沉积岩与地下水开发利用,与工程建设的规划和设计有密切关系。
沉积岩的基本概念沉积岩是组成岩石圈的三大类 (岩浆岩、变质岩、沉积岩)岩石之一。
它是在地壳表层或地表不太深的地方,在常温常压条件下,由母岩(岩浆岩、变质岩、先成的沉积岩)的风化产物、生物来源的物质、火山物质、宇宙物质等原始物质,经过搬运作用、沉积作用以及成岩作用所形成的一类岩石。
沉积岩的一般特征1、沉积岩的化学成分对比岩浆岩和沉积岩的化学成分可以看出:虽然总体化学成分相近似,由于两者形成条件的不同,在化学成分上仍然存在很大的差别:(1)、Fe2O3 和FeO 的含量在岩浆岩和沉积岩中铁的总量接近岩浆岩中FeO 含量多于Fe2O3地下深处缺氧亚铁沉积岩中Fe2O3 含量多于FeO地表自由氧充足高价铁(2)、K2O 和Na2O 的含量在岩浆岩中钠含量比钾高,在沉积岩中钾总量比钠高因为:沉积岩中富钾的白云母、绢云母相对稳定岩浆岩风化后生成的胶体分散物(粘土矿物)易吸附钾,导致沉积岩中钾的含量相对增高岩浆岩风化后,其中的钠以氧化物、硫酸盐等可溶性盐的形式流失,使沉积岩中钠的含量相对减少(3)、Al2O3 的含量岩浆岩中铝多以铝硅酸盐的形式出现沉积岩中铝通常剩余而游离,是沉积岩的主要化学成分之一大多数沉积岩中Al2O3>K2O+Na2O+CaO (判别变质原岩有用)(4)、H2O 和CO2 的含量沉积岩形成于地表条件下,富含H2O 和CO2岩浆岩形成于地壳下部高温、高压的环境,H2O 和CO2 含量很低2、沉积岩的矿物成分(1)高温矿物少见无橄榄石、辉石、角闪石形成于岩浆结晶早期高温(2)低温矿物富集富石英、钾长石、钠长石,形成于岩浆结晶晚期低温(岩浆岩主要造岩矿物在高温、高压条件形成,稳定地壳下部)(3)自生矿物各种盐类、氧化物、氢氧化物、粘土矿物、碳酸盐矿物(形成于地表常温常压环境,稳定于地表条件)3、沉积岩的结构构造沉积岩的结构要比岩浆岩更为多样碎屑结构、粒屑(颗粒)结构,机械作用形成生物结构:等是沉积岩所特有的结构;晶粒(结晶)结构:虽然岩浆岩也有类似结构,但它们形成的热力学条件迥然不同。
第九讲陆源碎屑岩各论—砂岩(Discription of the Clastic Rocks, Respectively—Sandstone)
学时:
1学时
基本内容:
1、基本概念
砂岩、巨砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩、石英砂岩、长石砂岩、岩屑砂岩、杂砂岩
2、基本原理
砂岩的一般特征,砂岩的分类,各类砂岩(石英砂岩、长石砂岩、岩屑砂岩、杂砂岩)的特点及其形成环境,粉砂岩的一般特征及粉砂岩的成因,通过砂岩资料研究物源区构造背景。
教学重点与难点:
砂岩的分类,石英砂岩、长石砂岩、岩屑砂岩、杂砂岩的主要特征及其形成条件。
教学思路:
首先介绍砂岩的概念及其基本特征;然后重点讲解砂岩的分类,及重要砂岩分类方法评述;重点详细地介绍石英砂岩、长石砂岩、岩屑砂岩、杂砂岩的主要特征及其形成条件;最后简要介绍粉砂岩的一般特征及粉砂岩的成因。
主要参考书:
1、冯增昭主编《沉积岩石学》上册第七章,石油工业出版社,1993.
2、曾允孚、夏文杰主编《沉积岩石学》第六章,地质出版社,1986.
复习思考题:
1、克里宁(1948)、福克(1954, 1968)和裴蒂庄(1975)的砂岩分类方案的优缺点。
2、评述本教材采用的砂岩的四组分三端元分类体系的原则、分类依据和分类方案。
3、总结对比石英砂岩类、长石砂岩类、岩屑砂岩类、杂砂岩类在成分、结构、构造、沉积环境、形成条件(母岩、气候、大地构造)等方面的特点。
4、砂岩中长石含量的大地构造意义。
5、试述石英含量极高(95%)的石英砂岩的形成条件。
6、试述杂砂岩的沉积条件。
浊流沉积中主要是砂屑岩还是杂砂岩。
7、试对粉砂岩的一般特征进行成因解释。
8、地壳上分布最的一类沉积岩是哪一类。
教学内容提要:
第一节概述
一、砂岩定义
砂岩主要由砂级(2~0.1mm)(>50%)的陆源碎屑颗粒组成的中碎屑岩。
二、一般特征
1、成分复杂
碎屑颗粒石英最多,长石、岩屑次之,重矿物含量少;杂基<0.03mm,粘土、碳酸盐泥、细粉砂,含量变化大;胶结物可有各种结构,主要为硅质、钙质、铁质多见。
2、结构
成熟度可高可低,杂基支撑、颗粒支撑均可出现。
砂岩的结构成熟度通常与其成分成熟度协调一致。
3、构造
各种层理、波痕、生物成因构造均发育。
4、颜色
各种颜色均发育。
5、分布
分布广泛,约占沉积岩的1/3,仅次于粘土岩。
第二节砂岩的分类
结构分类按粒度:巨砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩;
成分分类:Q、F、R、M、C;
成因分类:河成砂岩、风成砂岩、滨岸砂岩。
一、分类原则和依据
1、来源区的母岩性质;
2、搬运和磨蚀历史,即岩石成熟度;
3、沉积时的介质条件,即流动因素。
二、重要砂岩分类方案的评述
1、克里宁(1948)的分类
具有重大影响的早期砂岩分类方案,采用三端元分类方案。
优点:将成分与成因联系。
缺点:没把岩屑放在重要地位;云母、绿泥石在成岩过程中也可大量形成。
2、福克的分类方案
1954年的分类强调来源区母岩性质,1968年将三端元修改为Q、F、R。
优点:能反映母岩的类型。
缺点:把云母都当成变质成因;把岩屑分开,使分类复杂化;没有考虑杂基。
3、北京石油学院(1965)分类
优点:分类简单,便于使用
缺点:石英砂岩类中石英含量偏低;混合砂岩不利于母岩性质分析;没有考虑杂基。
4、吉尔伯特(Gilbert)分类
早期四组分分类代表之一,优点:引入杂基分类,并认为两种类型的砂岩在成因上不同。
缺点:某些砂岩类型在图解中没有明显的划分界线。
5、裴蒂庄(Petijoin)(1975)分类
四组分分类体系,优点:把反映成因的来源区、矿物成熟度及流动因素作为砂岩分类的准则。
缺点:有的界线、名称不合适。
三、目前分类(本教材分类)
1、分类原则——实用性、科学性
反映母岩性质;反映搬运和磨蚀的历史(时间);反映介质的物理条件。
2、分类端元选择的依据
分类端元选择石英(单晶石英颗粒,不包括燧石和多晶石英)、长石(钾长石和斜长石)、岩屑(各种岩浆岩、变质岩和沉积岩的岩屑)和粘土杂基四种组分。
3、分类方案
按杂基含量将砂岩分为两大类,再看长石、岩屑。
教材中的砂岩分类方案
第三节砂岩的主要类型
一、石英砂岩类
石英砂岩最突出特征是石英碎屑占95%以上,含有少量长石和燧石等岩屑。
重矿物含量极少,往往不超过千分之几,且多为稳定组分,通常由极圆的锆石、电气石、金红石等组成,有时有钛铁矿及其衍生的白钛石。
长石主要是微斜长石、正长石和钠长石,通常在大多数比较细粒的石英砂岩中至少含少量长石。
岩屑可能只包括少量磨蚀好的燧石和石英岩等,
这些岩屑虽然含量很少,但可能是寻找来源区的线索。
根据胶结物的成分,可将石英砂岩进一步分类和命名,如铁质石英砂岩、钙质石英砂岩及硅质石英砂岩等。
在硅质石英砂岩中,根据胶结物性质又可划分以下三种:硅质石英砂岩;石英岩状砂岩:大部分碎屑石英具次生加大现象;沉积石英岩:几乎全部碎屑石英具次生加大现象。
石英砂岩主要发育在稳定的地台区,因此,通常认为石英砂岩标志着稳定大地构造环境,并进而表明基准面的夷平作用以及长期的风化作用。
二、次长石砂岩
又叫长石质石英砂岩,是向长石砂岩的过渡,石英碎屑小于95%,长石的含量多于岩屑,一般为5~25%,而岩屑<15%。
三、次岩屑砂岩
又叫岩屑质石英砂岩,这类砂岩是向岩屑砂岩的过渡类型。
其中石英含量大于50%,岩屑含量有所增加,但不超过25%,长石的含量小于25%。
四、长石砂岩
长石砂岩类包括长石砂岩和岩屑质长石砂岩。
长石砂岩主要由石英和长石组成,石英含量<75%,长石含量>25%,岩屑含量<25%。
石英颗粒一般不规则,并且磨圆度差。
因为颗粒较粗,所以有较多的多晶石英存在,同时还有石英和长石并连在一起的颗粒。
岩屑质长石砂岩:石英含量<65%,长石含量>25%,岩屑含量>10%。
五、岩屑砂岩类
岩屑砂岩类包括岩屑砂岩和长石质岩屑砂岩。
岩屑砂岩含有丰富的岩屑。
在其碎屑含量中,岩屑>25%,长石<25%,石英含量在75%以下。
长石质岩屑砂岩,石英含量<65%,岩屑含量>25%,长石含量>10%
六、杂砂岩类
将杂砂岩定义为杂基含量>15%的砂岩,在分类上与净砂岩并列,进一步分类和命名原则与净砂岩相同。
杂砂岩一般富含石英,有不同比例的长石和岩屑,通常含少量云母碎屑。
石英一般有棱角,常有显著的波状消光,通常构成碎屑部分半数左右。
第四节粉砂岩
一、粉砂岩定义
粉砂岩:主要由0.1~0.01mm粒级(含量大于50%)的碎屑颗粒组成的细粒碎屑岩。
二、粉砂岩一般特征
1.成分
主要矿物成分以石英、白云母及粘土矿物为主,长石较少,岩屑极少或不存在。
填隙物
常为粘土、钙质、铁质等。
2.结构
分选性较好,磨圆性较差——碎屑颗粒常呈棱角~次棱角状。
3.构造
水平层理及波状层理,交错层理较少,多为小型,水平滑动形成的包卷层理等变形构造。
三、粉砂岩的分类
1、按颗粒大小:粗粉砂岩、细粉砂岩
2、根据碎屑成分:单成分粉砂岩、复成分粉砂岩
3、根据胶结物成分:铁质粉砂岩、钙质粉砂岩
四、粉砂岩成因
经过较长距离搬运,在稳定的水动力条件下缓慢沉降形成。
长距离搬运不仅能使碎屑物质破碎形成粉砂级颗粒,还可以使粗细混杂的物质逐渐分异,使粉砂颗粒相对集中,由于颗粒细小,需要在稳定的环境中才能沉降堆积。
分布极其广泛,几乎在所有的砂—泥质岩系中,都有粉砂岩层或夹层。
五、实例分析—黄河三角洲现代沉积。