沉积岩形成讲义与演化

非时变性非牛顿流体
牛顿内摩擦定律
τ= μ
du dy
τ
b
c a d
a:牛顿流体 水,空气
b:宾厄姆流体 牙膏,高蜡低温原油 水泥砂浆, c:拟塑性流体 高分子聚合物溶液，血液，沙拉酱 d:膨胀流体 高浓度挟砂水流，淀粉糊，阿拉伯树胶
du dy
沉积学_沉积岩的成因
• （二）层流、紊流和雷诺数
– 两种流动型态——层流与紊流/湍流/涡流
再次被搬运
沉积学_沉积岩的成因
• 风化、搬运和沉积是三个连续而又独
立的阶段，但有时相互交替和重复，
尤其是搬运和沉积作用，是一对矛盾。
沉积学_沉积岩的成因
沉积物发生搬运和沉积的地质营力（搬运介质）
• • • • •
流水 风（大气） 冰川 重力 生物
沉积学_沉积岩的成因
沉积学_沉积岩的成因
沉积学_沉积岩的成因
沉积学_沉积岩的成因
• 二、间接作用
• 1.生物化学沉积作用
– 是指生物的生命活动过程或生物遗体分解过程引起介质 物理化学环境变化，使某些溶解物质沉淀，或由于有机 质吸附作用使某些元素沉积。生物产生H2S、NH3、CH4、O2等
气体或吸收 CO2气体，影响介质环境的物化条件，使某些物质溶解或沉淀。
层流 紊流
沉积学_沉积岩的成因
• 雷诺数（Re, Reynolds numbers ）层流和紊流 的判别标准
– 惯性力与粘滞力之间的 关系，描述流体的流动 状态
• Re＝惯性力/粘滞力＝ V2d2ρ/Vdμ＝Vdρ/μ
– Re＝1± 层流 – Re＝1～40 临界流 – Re > 40 紊流
沉积学_沉积岩的成因
沉积学_沉积岩的成因

，以及风力、冰川等非水域环境中。
海洋散布
03
在海洋中，沉积岩主要形成于大陆架和浅海地区，其中石灰岩
和泥质岩较为常见。
沉积岩的演变
物质变化
沉积岩是由各种物质在一定环境下逐渐沉积而形成的，其演变过程主要受到形成环境的影响，如气候、地形、水文等 。
结构变化
沉积岩在形成过程中，其结构也会逐渐产生变化，通常由最初的非晶质或隐晶质结构逐渐变为晶质结构。
矿物变化
沉积岩中的矿物成分也会随着时间的推移而产生变化，一些矿物会逐渐沉淀，而另一些矿物则会溶解或 被取代。
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构造特性
1 2 3
沉积构造
沉积岩中通常包含各种沉积构造，如波痕、雨痕 、剥离线理等，这些构造可以提供关于沉积环境 的线索。
压实作用
沉积岩形成后，由于上覆沉积物的压力和岩石本 身性质的变化，会产生压实作用，使岩石的体积 减小，密度增加。
胶结作用
在沉积过程中，一些化学物质会从溶液中析出， 填充在岩石颗粒之间，使岩石更加坚固。
沉积作用
碎屑物质在合适的环境中 沉积下来，形成沉积层。
沉积物的堆积
01
沉积物的堆积受到多种因素的影响，如气候、地形、
水文等。
02
在干旱和潮湿气候区域，以及山区和平原地区，沉积
物的堆积方式各不相同。
03
河流、湖泊、海洋等水域环境对沉积物的堆积也有很
大的影响。
沉积物的成岩
沉积物在经过长时间 的压实和固化后，逐 渐转化为沉积岩。
沉积岩的形成与地球 历史、气候和环境变 化密切相关。
不同类型的沉积岩的 形成过程和特点各不 相同。
02
沉积岩的特性
物质组成

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CO2的化学风化作用举例：
（1）石灰岩与二氧化碳的作用：石灰岩遇 到含有CO2的水时，就会形成可溶于水的 Ca(HCO3)2,因而石灰岩被风化了。
CaCO3 ＋ CO2 ＋ Ca(HCO3)2 石灰岩（不溶于水） ）
H2O = （溶于水
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（2）正长石与二氧化碳的作用：
正长石与含二氧化碳的水作用后，能使正 长石分解。
4KAlSi3O8＋2CO2＋4H2O=Al4Si4O10(OH)8＋8SiO2＋2K2CO3
正长石
高岭石
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3、水的化学风化作用：
（1）水解作用： 矿物与含有自由离子H＋和[OH]－的水作用，能使矿物的阳离子形成
氢氧化物，从矿物中解脱出来，因而破坏了矿物。 例如：正长石与水作用，可使正长石中的钾形成KOH溶于水中，
新生成的矿物：蒙脱石、水云母、拜来石、绿泥石等。都是不含或微含Ca2＋、 Na＋，且K＋、Mg2＋含量也下降了的矿物。
3、酸性硅铝阶段（粘土型风化阶段）： 新生成的矿物：K＋、Mg2＋的再次析出使得上个阶段所形成的矿物（蒙脱石、水
云母等）又被破坏而形成在酸性条件下稳定的、不含Ca2＋、Na＋、K＋、Mg2＋盐基 的粘土矿物～高岭石等。
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2、 风化壳的厚度：
可以由几米～一、二百米，通常为几米或几十米。与气候、 地形、构造等因素有关。
一般说来，在气候潮湿、地形平坦、构造活动比较稳定的地 区，风化作用较强，剥蚀作用较弱，风化残余物质易于保存，故 风化壳厚度较大。在相反的条件下，风化壳厚度就较小，以至为 零。
3、古风化壳： 地壳下降，沉积物沉积在风化壳上，把风化壳埋藏在地层之 中，即成为古风化壳

沉积学原理
主讲教师：王兴志
第一章 绪论
第一节 相关概念
一 沉积岩、沉积岩石学、沉积相、沉积环境、沉积学 （一）沉积岩（sediment rocks）
在地表条件下，母岩的风化产物、生物、火山物和宇宙 物等沉积岩的原始物质经过搬运、沉积和成岩作用等形成的 一类岩石。一般先形成疏松沉积物（sediments），再经埋藏 改造在地下不很深处形成沉积岩；有时在地表条件下，由胶 结作用也可形成沉积岩。
第一章 绪论
第二节 研究现状及发展趋势
二、建立了多种相模式
河流相模式
三角洲相模式
第一章 绪论
第二节 研究现状及发展趋势
二、建立了多种相模式
碳酸盐台地相模式
第一章 绪论
第二节 研究现状及发展趋势
三、成岩作用研究的新进展 （1）埋藏溶蚀作用的提出为深部储集空间的寻找奠定了理论基础
第一章 绪论
第二节 研究现状及发展趋势
5.结构成因的分类
根据具有成因意义的结构组分对岩石进行分类命名。 6.能量观点的引人。
第一章 绪论
第二节 研究现状及发展趋势
一、新理论的不断出现 7.诸多白云岩成因理论的出现 由于白云岩具有良好的油气储集能力，对其成因的研究尤为重视， 先后提出了多种成因模式，为不同成因白云岩的寻找奠定了理论基础。 8.建立了专门研究生物化石的学科—化石岩石学。
粘土矿物多是铝硅酸盐矿物、铁镁矿物和火山玻璃等的水解产物， 不同的原生矿物、不同的气候条件和风化作用持续时间的不同，可形成 不同的粘土矿物。
如钾长石的风化过程：
K〔AlSiO8〕
钾长石
部分K2＋、Si4＋和Al3＋的带出和 H20的带入 Al3＋的全部带出
KAl2〔（Si，Al）4O10〕n 〔H2O〕

第二章 沉积岩的形成及演化
沉积岩原始物质形成阶段 原始物质搬运和沉积阶段 沉积物的同生作用和准同生作用阶段
沉积物成岩作用阶段 沉积岩的后生作用阶段
沉积岩形成演化阶段示意图
第二章
沉积岩成因复杂性的图示
第二章
第一节 母岩的风化作用—沉积岩最原始物质的形成
第一节 母岩的风化作用 —沉积岩最原始物质的形成
高
抗
形 成 温 度
风 化 能 力
低
高
矿物的风化稳定性相差很大，一般岩浆晚期形成的矿物稳定 性较高，抗风化有力强；岩浆早期形成的矿物抗风化能力较弱。
第二章
第一节 母岩的风化作用—沉积岩最原始物质的形成
1、石英：风化过程中稳定性极高，是碎屑岩中的主要造岩矿物。
2、长石：风化过程中稳定性次于石英，其中钾长石稳定性高于斜 长石，也是碎屑岩中的主要造岩矿物。
6、碳酸盐矿物如方解石、白云石等：抗风化能力极低，在沉积岩 中少见。
7、粘土矿物如高岭石、蒙脱石、伊利石、水云母等，在风化带中 相当稳定。
石榴石
锆石
刚玉
电气石
橄榄石
第二章
第一节 母岩的风化作用—沉积岩最原始物质的形成
•与母岩矿物中所含元素具有的迁移能力大小有关
即是说，凡含有最易迁移和易迁移元素多的岩石和矿物，在地表 条件下，因元素的迁移而容易遭受化学风化而破坏。
第二章
第二节 碎屑物质的搬运和沉积作用
4、缓流、急流和佛罗德数
受大地构造和板块运动控制，主要分布在板块边缘地带。是火山碎屑 岩的主要物质来源，也是许多化学沉积岩的重要物质来源之一。
第二章
第一节 母岩的风化作用—沉积岩最原始物质的形成
3、宇宙来的沉积物—量少、分布广、意义特殊

粉砂岩
粉砂岩镜下
页岩
页岩镜下
高岭石粘土
1、概念：物质主要是直接来自沉积盆地或 沉积场所的溶液，它是沉积介质中的溶液 物质经化学或生物化学作用沉淀形成的。
2、种类有：硅质岩类
碳酸盐岩类
其他内源沉积岩
一、一般特征： 1、化学成分：硅质岩即由化学作用、生物和生物
化学作用、某些化学作用形成的富含SiO2的岩石。 2、矿物成分：主要为蛋白石、玉髓和石英，次外
燧石岩—最常见，主要成分为玉髓，次为 石英。
碧玉岩和硅质板岩-硅质矿物主要为石英， 次为玉髓。
基本特点：
1、矿物成分：石英、玉髓；长混有氧化铁、 粘土矿、钙质、凝灰质和有机质
2、化学成分： 3、颜色：红、紫、灰、绿、绛等 4、结构：隐晶质，致密坚硬，具贝壳状断构相同 均以SiO2二氧化硅为主要成分，结构中
均以不同程度的萝卜纹存在为特征。
2、主色调相同 均以黄色调系为主体并辅以其他色彩
1、产地不同造就了润度不同
金丝玉主产于新疆北疆准格尔盆地周边的荒漠戈壁，
属干燥少雨地带；黄龙玉主产于云南省保山市龙陵县小
黑山自然保护区的怒江支流苏帕河边，属湿润多雨之地。
温暖浅水的中等水动力环境，如水下浅滩、潮汐沙 坝、潮三角洲等。可见交错层、粒序层等沉积构造 球粒灰岩 球粒呈粉砂级碎屑集合体出现，由泥晶方解石组成， 富含有机质。 形成于低能环境，如局限海、泻湖。
泥晶石灰岩
基本特征： 1、矿物成分：蛋白石、玉髓、石英等 2、化学成分： 3、结构：隐晶质结构，少数为鲕粒结构、致
密、坚硬、具贝壳状断口 4、构造：结核状，透镜状或条带状，少数薄
层状 5、颜色：多样，灰黑最常见，也有黄色、灰
色。
基本特征：

Transportation sequence of elements in the course of weathering of source rocks，and
stages of weathering
第二章沉积岩形成与演化
1、风化过程中元素的析出顺序
母岩在化学风化过程中表现为某些元素的 淋滤分散和另外一些元素的残积富集两个方面。 各种元素在特定的风化条件下迁移能力是不一 样的，因而造成各种元素按一定顺序从母岩中 分离出来——即元素的风化分异。
三、各种岩石的风化及其产物
Weathering and products of various rocks
岩石是矿物的集合体，因此岩石的风化及 其产物主要由组成它的矿物的风化情况决定的 。
第二章沉积岩形成与演化
花 岗 岩 的 风 化 及 其 产 物
第二章沉积岩形成与演化
第二章沉积岩形成与演化
中性和碱性侵入岩的风化情况大体与花岗质岩石 相似
易迁移元素(Kx=n～n·10)：Ca，Mg， Na，F，Sr，K，Zn
可迁移元素(Kx=n·10-1～n)：Cu，Ni， Co，V，Mn，Si(硅酸盐)，P
铝
SiO2·nH2O (蛋白石) / 第二章沉积岩A形l成2O与演3·化nH2O (铝土矿)
云母（mica）： 白云母抗风化能力较强
白云母在风化过程中，主要是析出钾和加 入水，先变成水白云母，最后变为高岭石
黑云母的抗风化能力比白云母差得多。黑 云母遭受风化后，钾、镁等成分首先析出，同 时加入水，转变为蛭石、绿泥石、褐铁矿等
第二章 沉积岩的形成及演化
Formation and evolution of sedimentary rocks
第二章沉积岩形成与演化

构造分析
对沉积岩中的构造现象进行分析，包括层面构造、层理构造、缝合构 造等，以了解沉积岩在形成过程中的构造背景和沉积环境。
沉积岩的室内研究方法与技术
显微镜视察
利用显微镜对沉积岩的微观特征进行视察和分析，包括矿 物组成、结构特点、微层理等，以揭示沉积岩的微观世界 和形成机理。
实验测试
通过实验测试手段，如X射线衍射、红外光谱等，对沉积 岩的矿物组成和化学成分进行分析，以了解沉积岩的形成 环境和演变过程。
沉积岩石学沉积岩形成 和演变课件
目录
• 沉积岩的形成过程 • 沉积岩的组成与结构 • 沉积岩的分类与命名 • 沉积岩的形成机制与演变过程 • 沉积岩的研究方法与技术 • 沉积岩石学在地质学中的应用价值与意义
01
沉积岩的形成过程
沉积岩的定义与分类
定义
沉积岩是由固体物质在地球表面 或水下沉积而形成的岩石。
砂岩
主要由砂粒大小的碎屑组成， 具有粗糙的外观和紧密的结构 ，是良好的建筑材料和装饰材 料。
粘土岩
主要由粘土矿物组成，具有细 腻的外观和疏松的结构，是良 好的陶瓷原料和土壤改进剂。
页岩
主要由细小的碎屑和粘土组成 ，具有薄片状层理和细腻的外 观，是良好的砖瓦原料和肥料
沼泽环 境下形成的，是重要的能 源矿产和化工原料。
油气田
主要由生物遗体在海洋环 境下形成的，是重要的能 源矿产和化工原料。
核矿石
主要由矿物在高温高压环 境下形成的，是核工业的 重要原料。
04
沉积岩的形成机制与演变过程
沉积岩形成的主要机制
风化作用
岩石在风化作用下，受到物理、化学 和生物等作用，产生碎屑物质和溶解 物质。
搬运作用
风化或腐蚀产生的碎屑物质，在风、 水、冰等作用下被搬运到不同的地方 。

《沉积岩石学》课程教学大纲一、课程目的与任务《沉积岩石学》课程共104学时，包括《沉积岩》部分64学时（含20学时实验课），《岩相古地理》部分40学时。

《沉积岩石学》是地质工程专业（石油地质专业）重要的专业基础课之一。

通过系统学习，使学生掌握沉积岩形成演化和分布特征以及识别方法、使学生掌握主要沉积类型的沉积特征（相标志）、沉积序列和沉积模式以及沉积体与油气成藏要素之间的关系。

同时，为地层学、层序地层学、地球化学、石油地质学、储层地质学以及测井地质学、地震地层学学习和研究提供沉积学基础。

《沉积岩石学》课程的教学任务是，全面了解沉积岩的物质成分、结构、构造、岩石产状和岩层之间的关系，根据沉积岩的原生沉积特点和时空分布规律，阐明沉积岩的物源、沉积岩的成分、沉积岩的结构和构造、沉积相的概念和分类；总结沉积岩形成的理论，包括风化、搬运、沉积及沉积后变化的理论，特别是研究沉积作用及沉积后作用所形成的物质组分和结构、构造特点，不同碎屑岩和碳酸盐岩沉积相的基本特征、沉积相模式、主要识别标志和与油气分布之间的关系、沉积岩形成的沉积环境、沉积砂体的时空分布，恢复沉积古地理面貌，预测沉积矿产的有利分布地区，搞清沉积物（岩）的成因与油气成藏要素之间的关系。

同时，掌握沉积岩和沉积相的综合研究方法。

二、课程基本要求（包括与相关课程之间的联系与分工）1、掌握沉积岩的形成理论及其分布规律理论知识。

2、掌握主要类型沉积岩的岩性特征，观察和描述方法，分类和命名原则，并初步掌握沉积岩的机械分析，染色分析，普通薄片等常规测试鉴定办法。

了解部分先进测试鉴定方法。

要求学生有矿物学、岩浆岩、变质岩基础知识，熟练掌握矿物、岩石的描述和鉴定方法。

3、掌握沉积相概念、不同沉积相类型沉积特征和沉积相模式以及不同沉积相类型的识别方法。

了解不同沉积相类型与油气富集之间的关系。

《沉积岩》部分共64学时，4学分，其中实验课占20学时。

通过学习，要求掌握沉积岩的物质成分、结构、构造、岩石产状和岩层之间的关系，为阐明沉积岩成因及分布规律提供依据；总结沉积岩形成的理论，包括风化、搬运、沉积及沉积后变化的理论，特别是研究沉积作用及沉积后作用所形成的物质组分和结构、构造特点，搞清沉积物（岩）的成因和油气生成及储集的关系，并兼顾某些沉积矿床的成岩和成矿机理；掌握主要类型沉积岩的岩性特征，观察和描述方法，分类和命名原则，并初步掌握沉积岩的机械分析，染色分析，油浸法等常规测试鉴定办法。

（三）主要造岩矿物的风化及其产物 1.石英 稳定性高，一般只发生机械破碎作用。
碎屑沉积岩最主要的成分。
2.长石 稳定性仅次于石英
钾长石
∨
多钠的酸性斜长石
∨
斜长石
中性斜长石稳定
∨
多钙的基性斜长石
（1）钾长石
析出K,Si 析出K,Al
SiO2· nH2O（蛋白石）
高岭石
K[AlSi3O8]→K＜1Al2[(Si,Al)4O10][OH]2· nH2O→Al4[Si4O10][OH]8→
2
高岭石沉淀。
2. 电解质作用
4. 蒸发作用
。
5. 溶液的pH和Eh值胶体沉淀时都有一定的pH和Eh值。高岭石在酸性介质(pH＝6.6～6.8)中发生凝聚，
蒙脱石在碱性介质(pH=7.8)中凝聚。
二、真溶液物质的搬运和沉积作用
真溶液物质：Cl、S、Ca、Na、Mg、K等，还包括部分Fe、 Mn、Al和硅。
可以形成油气藏。
二、沉积物的其它来源
（一）生物成因的沉积物
1.无机成分为主的生物残骸
生物的硬体部分——常保存为化石，成分为碳酸盐、 磷酸盐和硅质等。
2.有机生物残体 植物体和动物的软体部分——有机质。
一部分转化为石油、天然气、油页岩、煤等，
大部分呈分散状态存在于沉积岩中。
（二）深部来源（深源）的物质
1. 冰川和浮冰——固体搬运和沉积
2. 能力巨大，碎屑为主 3. 整体搬运，混杂堆积，没有分选和磨圆 4. 冰川擦痕，特征“丁”字痕、“V”形刻蚀坑。
第三节 溶解物质的搬运和沉积作用——化 学搬运和沉积作用
搬运物质：溶解物质 搬运方式：胶体溶液或真溶液
Al、Fe、Mn、Si的氧化物难溶于水，常呈胶体溶液搬运； Ca、Na、Mg的盐类则常呈真溶液搬运