《沉積岩石學》版

2022-11-22 10:06:03 字數 4882 閱讀 5220

第一章緒論

第一節:概念和術語

1, 沉積岩(sedimentary rock)

沉積岩是三大類岩石(岩漿巖、沉積岩和變質岩)之一,在地球表面出露面積最廣(75%).

沉積岩是在表生條件下,由各種沉積作用形成的沉積物,在逐漸被埋藏過程中又經成岩改造而成的成層岩石。

可從四個層面來理解沉積岩的定義:

1)沉積岩的基本特徵(成層性、含化石、具沉積構造)

2)形成在表生條件下;

3)沉積作用形成沉積物:水成、風成、冰成;

4)從沉積物轉化為沉積岩需要乙個成岩過程.

2, 沉積岩石學 (sedimentary petrology)

是研究沉積岩(包括沉積礦產)的特徵、成因、及其在時間和空間上分布規律的一門地質學科,它是「岩石學」的一支獨立分科。

3, 沉積學(sedimentology)

最初是研究沉積物的學一門科。 後來擴充套件為既包含研究現代沉積物,又包含研究沉積岩的特徵、成因及相關地質規律的學科。 這一術語是沃德爾(wadell,2023年)提出的.

第二節:沉積岩石學的研究內容和意義

研究內容

1)沉積岩的形成條件和形成過程。

2)沉積岩特徵:巨集觀的顏色、成份、結構、沉積構造及生物特徵;微觀的、成份、結構、顯微構造特徵;地球化學特徵 。

3)沉積岩成因:沉積體系、沉積環境、沉積盆地分析。

4)沉積岩與成礦和成藏過程的關係。

研究意義

1)是地球科學理論研究的基礎之一 ;

沉積岩地層中記錄了45億年來地球表層的變遷和重大地質事件;既屬於地球物質學科的分支,又有涉及到地球表層學科領域;沉積岩石學是地質學的基礎課之一。

2)能源礦產與其它沉積礦產研究的基礎。

3)沉積岩理論和方法是生態環境研究的基礎。現代湖泊、深海沉積系列紀錄了氣候和生態環境的變化,

第二章沉積岩的形成條件和形成過程

第一節:沉積岩的形成條件

沉積岩形成的三個基本條件:

1).常溫和常壓,

沉積岩形成時的溫度和壓力相對於岩漿巖的形成而言屬低溫低壓或常溫常壓。

沉積岩在地下沉積過程中,可以承受到較高的溫度,但一般不超過150-200℃,否則將逐漸變成變質岩類。一般說來,絕大部分沉積物沉積時的壓力為乙個大氣壓,而山區則不到乙個大氣壓,如果以水深每深10公尺增加乙個大氣壓計算,200公尺深的淺海底為20個大氣壓;深10000公尺海底可到1000個大氣壓(但都是在低溫下)。在地下,一般不超過1500大氣壓,否則沉積岩也將受到變質。

2).水和大氣的作用,

絕大部分沉積岩都是在水體中沉積的,所以曾有人稱之為「水成巖」。今天來看,這個術語不能作為沉積岩的同義語,因為,在於沉積岩沉積過程中,還有由冰川作用形成的「冰磧巖」,以及風(大氣流)的作用形成的「風成岩」等。

3).生物及生物作用的參與。

在沉積岩形成過程中,生物及生物作用的參很常見於主要體現在三個方面:

a)由生物遺體直接堆積成岩石,如生物礁灰岩、岩生屑灰岩和煤等;

b)是通過生物的生命活動製造沉積岩的原始產物(如:糞粒、生物打洞產生的團粒等及生物粘液);

c)生物活動(細菌)改變沉積和成岩介質的水化學條件。從而促使某些化學物質的沉澱和自生礦物的形成。

第二節:沉積岩的原始物質及**p140

沉積岩原始物質是多**的,主要有4種 :

1, 母岩的風化產物

2, 火山物質

3, 有機物質及生物殼體

4, 宇宙物質等

1, 母岩的風化產物(碎屑物質、化學物質和不溶殘積物),

母岩: 可以是任何早先形成的岩石 (岩漿巖、變質岩和沉積岩)。

母源區:位於侵蝕基準面之上,被風化和剝蝕並提供沉積物質的地區。又稱物源區或剝蝕區。

在母岩區,母岩通過物理或化學風化作用進行機械破碎和化學分解、形成各種風化產物。母岩風化提供的原始沉積物質有三種:(p162)

1) 碎屑物質:由物理風化作用而形成, 為母岩機械崩解形成的岩石或單個晶體的碎塊,又稱陸源碎屑(terrigenous detrital),按大小順序可進一步劃分為礫、砂、粉砂和泥。

2) 化學物質:是由母岩釋放出來的各種離解離子和膠體離子、是化學或生物化學的作用結果,也是產生自生礦物的主要物質**.

3)不溶殘積物:在自然條件下,一般母岩礦物的化學風化都是十分緩慢和不徹底的作用過程,大多總會留下一些過渡性或性質相對穩定的中間產物,其中最常見的是粘土礦物和鐵、錳、鋁等的氧化物或其水化物,它們大多數是一些細小的固態質點,被統稱為不溶殘餘物質(或稱化學殘餘、風化礦物等).

2, 火山物質,

1), 火山集塊和火山角礫(>2mm) ,直接降落到沉積盆地或降落後通過短距離的搬運再沉積到沉積盆地中。

2), 細的火山碎屑(<2mm ),火山凝灰物質,包括火山玻屑和晶屑。

3), 火山灰, 火山噴發後可能在空中漂浮很遠。

3, 有機物質及生物殼體,

中生物所提供的原始物質的數量僅次於母岩風化產物,特別是在碳酸鹽岩、矽質巖和可燃有機岩中最為豐富。它包括:

1)生物礁體

2)化石巖(放射蟲矽質巖、海面骨針巖、矽藻巖、微生物巖、煤、疊層石等)

3)生物碎屑和生物成因的顆粒.

4, 宇宙物質等

在沉積岩中所佔比例雖少,但十分有意義,它是地質時期星際事件的記載,常見有:隕石球粒體、宇宙塵。

第三節:沉積物的搬運和沉積過程

源區產生的原始物質通過水、空氣、冰等介質的搬運,可能會有兩種結果:

a, 在一定的沉積環境中沉積下來被埋藏的越來越深,最後變為成層的岩石;

b, 在沉積不久後,被更強烈自然營力或由自身的重力作用再搬運到它處沉積下來。

因此,在許多環境中,沉積物的搬運和沉積過程難以截然劃分。最典型的例項是河流環境和濱海環境,河流中的水流和海邊的破浪與潮汐能量變化萬千,沉積物再搬運的過程經常發生。

這就是本課程把搬運和沉積過程放在一起講的原因。

根據搬運、沉積的介質和動力過程的不同,可分為6種搬運和沉積過程(作用):

1, 牽引流的搬運和沉積過程.

2, 重力流的搬運和沉積過程.

3, 風的搬運和沉積過程.

4, 冰(冰川和浮冰)的搬運和沉積過程.

5, 化學搬運和沉積過程.

6, 生物沉積過程.

1 ,牽引流的搬運和沉積過程(p165)

牽引流:

牽引流:

是指低粘度、低密度的牛頓流體。即:其搬運和沉積作用服從牛頓內摩擦定律。

如一般的河流、海洋沿岸流、潮汐流等。其中所含懸浮狀固態顆粒不多,因而其物理沉積作用在很大程度上取決於它對底載荷的牽引。

(1), 牽引流(tractive current)搬運

以搬運介質(水和氣流)的流動能量驅動沉積物運動的方式,稱作牽引流搬運。

牽引流的能量大於沉積物被啟動的能量,沉積物被搬運;當能量不能維持沉積物繼續運動,則沉積下來。所以在牽引流載體中既有搬運過程又有沉積過程。

(2), 牽引流搬運的物件:主要是不同大小的碎屑物質,包括巨礫、礫石、粗中細和極細砂粒、粉砂以及粘土物質。

(3),影響牽引流搬運的因素

影響牽引流搬運能力的因素分 3 個方面:

1)流體自身的密度、粘度、流速、水深等,其中流體的密度和流速是主導,因為牛頓流體質量(密度)乘以流速的平方決定了流體的動能大小。

2)被搬運顆粒的大小、比重(密度)、形態以及顆粒迎流面與流向的夾角等,顆粒的比重乘體積再乘摩擦係數為靜止顆粒被啟動所需要的牽引力。

3)流體搬運空間的底床形態和摩擦係數,如:平滑的底床、凹凸不平的底床和鬆軟的底床摩擦係數各不相同。

(4)牽引流的流動方式和佛勞德數公式

a,層流:流線平行、水流平穩的水流稱層流。

它的總牽引力主要表現為平行流向的力;由於底部層流受底床摩擦力的影響,流速相對較小,上部層流速度相對較大.

b,紊流:水流湍急、流線紊亂、充滿了漩渦的急湍流動的流體,

紊流流體質點的運動軌跡極不規則,其流速大小和流動方向隨時間而變化,彼此互相摻混。

c, 牽引流的流態(flow regime)

牽引流在流動過程的內在能量和流體力學狀態可稱為流態。

它與牽引流總牽引力(水動力)密切相關。其大小可常用乙個狀態函式來衡量.

佛羅德數是表示慣性力與重力之間關係的乙個數值。

v:為水流流速, g:為重力加速度 d:為水深。

fr被稱為佛羅德數, fr愈大,水動力也愈大。

d, 牽引流的流態分類

按fr的大小可將水流分為三種流動狀態:

fr<1時,為低流態(緩流),大致相當於河流下游的狀態;

fr>1時, 為高流態(急流),大致相當於河流上游的狀態;

fr = 1時,為臨界流態。

(5), 牽引流的搬運方式

三種搬運方式,

1)懸浮搬運:較小、較輕或片狀顆粒:細碎屑物(粉砂)和粘土物質被啟動浮在水中很難下沉的狀態稱懸浮液,震中搬運方式為懸浮搬運。

如:黃河水懸浮搬運量最大。

2)跳動(躍)搬運: 較大、較重或粒狀顆粒:在牽引流底部的碎屑顆粒,時浮時落的運動方式,為跳躍搬運。

3)滾(挪)動搬運: 更大、更重的顆粒:在牽引流流動過程中,底部碎屑顆粒的迎流面承受水流的推動力,當這種推動力大到足以克服有顆粒重量與底摩擦係數決定的摩擦力時,顆粒就會沿底部以滾動或挪動的方式被搬運,通常稱為滾動搬運。

(6) , 牽引流的分選作用 (p167)

分選性:碎屑顆粒大小均勻程度。

產生分選性的原理:不同的流速的水流搬運不同大小範圍的碎屑顆粒,當其流速減小或水深加大到一定程度時,就或有一定大小範圍的碎屑顆粒沉積下來,這就是牽引流沉積的分選作用。

在離母岩區不遠的山前地帶,分選作用最弱,河流下游的分選要強於上游,海湖淺水環境的分選要強於河流,也強於較深水的瀉湖,而潮汐海灘的分選幾乎總是最強的。

影響碎屑磨圓度和細粒化程度的因素

a, 搬運距離及搬運的強度:搬運距離越長磨損越厲害,但更重要的是水流能量和搬運的強度,如:海灘環境下波浪往返沖洗顆粒被磨損十分厲害,所以海灘砂圓度和分選性最好。

搬運方式為滾(挪)動或跳躍搬運,磨蝕相對較強,懸浮搬運模式相對較弱;

沉積岩石學

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