第二部分第二部分 沉积岩石学沉积岩石学第一章第一章 沉积岩的形成过程及沉积岩的形成过程及一般特征一般特征 沉积岩的概念沉积岩的概念 沉积岩的形成过程沉积岩的形成过程 沉积岩的构造沉积岩的构造 沉积岩的分类及主要类型沉积岩的分类及主要类型一、沉积岩的基本概念一、沉积岩的基本概念l沉沉积积岩岩是是在在地地表表和和接接近近地地表表的的条条件件下下，在在常常温温常常压压下下由由风风化化作作用用、生生物物作作用用和和某某些些火火山山作作用用形形成成的的物物质质经经过过搬搬运运作作用用、沉沉积积作用和成岩作用形成的一类岩石。作用和成岩作用形成的一类岩石。需要说明：需要说明：常常温温常常压压指指地地表表条条件件下下，与与岩岩浆浆岩岩和和变变质质岩岩形形成成温温度度压压力力条条件件有有所所区区别别，并并非非指指普普通通物物理学中的理学中的2525和和1 1大气压。大气压。 在在地地表表条条件件下下，极极地地地地区区最最低低气气温温可可达达-70-70。在深水地区压力一般在。在深水地区压力一般在2020大气压以内。大气压以内。地地表表环环境境富富O2、CO2，因因而而沉沉积积岩岩中中含含CO2、H2O成分较多。成分较多。生生物物作作用用在在石石灰灰岩岩、硅硅质质岩岩等等沉沉积积岩岩的的形形成过程中，生物作用很重要。成过程中，生物作用很重要。某某些些火火山山作作用用指指火火山山活活动动可可形形成成大大量量火火山山碎碎屑屑，火火山山碎碎屑屑经经过过搬搬运运、沉沉积积和和成成岩岩作作用用后后形成沉积岩（火山碎屑岩）。形成沉积岩（火山碎屑岩）。在发生的沉积作用在发生的沉积作用九寨沟泉华九寨沟泉华在发生的沉积作用在发生的沉积作用九寨沟泉华九寨沟泉华已经形成的沉积岩已经形成的沉积岩弧前盆地深海扇沉积，日本九州岛第三系(刘焕杰摄，1992)已经形成的沉积岩已经形成的沉积岩二、沉积岩的形成过程二、沉积岩的形成过程3 3个阶段：个阶段：1 1、原始物质的生成阶段、原始物质的生成阶段2 2、原始物质向沉积物的、原始物质向沉积物的转变阶段转变阶段3 3、沉积物的固结与持续、沉积物的固结与持续演化阶段演化阶段沉积物的沉积物的成岩作用成岩作用沉积物的沉积物的来源来源沉积物的沉积物的搬运和沉积作用搬运和沉积作用（一）沉积物的来源（一）沉积物的来源来源来源母岩风化产物母岩风化产物已形成的岩石（岩浆已形成的岩石（岩浆岩、沉积岩、变质岩）经风化作用形成的物岩、沉积岩、变质岩）经风化作用形成的物质质生生物物物物质质生生物物活活动动及及其其遗遗体体分分解解而而成的有机物质成的有机物质火山物质火山物质火山作用喷出的固体碎屑物质火山作用喷出的固体碎屑物质宇宇宙宙物物质质降降落落在在地地球球上上的的天天体体物物质质，陨石、宇宙尘埃等陨石、宇宙尘埃等风风化化作作用用是是地地壳壳表表层层岩岩石石在在温温度度变变化化、大大气气、水水和和生生物物等等各各种种因因素素作作用用下下，发发生生机机械械破破碎碎和和化化学变化的作用。学变化的作用。分为分为物理风化物理风化 化学风化化学风化 生物风化作用生物风化作用1 1、风化作用、风化作用物理风化作用物理风化作用由各种因素由各种因素造成岩石发生机械破碎，而没有造成岩石发生机械破碎，而没有成分的改变。成分的改变。母岩经过物理风化作用形成的碎母岩经过物理风化作用形成的碎屑矿物为屑矿物为陆源碎屑矿物陆源碎屑矿物。化化学学风风化化作作用用母母岩岩的的矿矿物物在在富富含含O2、CO2、H2O和和有有机机质质等等条条件件下下发发生生化化学学分分解解，一一部部分分被被带带走走，一一部部分分形形成成新新生生矿矿物物，这这种种作作用用叫做化学风化作用。叫做化学风化作用。 常常见见的的化化学学风风化化作作用用有有氧氧化化作作用用、水水化化作作用、水解作用和酸解作用。用、水解作用和酸解作用。化学风化作用不仅使母岩发生破碎，而且使其矿物成化学风化作用不仅使母岩发生破碎，而且使其矿物成分和化学成分发生本质的改变，并形成新矿物，分和化学成分发生本质的改变，并形成新矿物，在沉在沉积岩形成过程中产生的新生矿物称为积岩形成过程中产生的新生矿物称为自生矿物自生矿物。 氧化作用：氧化作用：2Fe2SiO4+O2+4H2O 2Fe2O3+2H4SiO4 水解作用：水解作用：Mg2SiO4+4H2O 2Mg2+4OH-+2H4SiO4产物产物溶解物质，易溶的金属阳离子：溶解物质，易溶的金属阳离子：Li+、K+、Na+、Ca2+、Mg2+ 难溶物质，胶体溶液：难溶物质，胶体溶液：Fe 3 + 、Al 3 +等等注意注意化学风化作用最常见的是石灰岩地区，化学风化作用最常见的是石灰岩地区，其结果形成溶洞、喀斯特地形其结果形成溶洞、喀斯特地形。根劈现象生物风化作用生物风化作用由生由生物不同造成的岩石风化，物不同造成的岩石风化，即有机械破碎，又有化学即有机械破碎，又有化学分解，其中生物化学风化分解，其中生物化学风化是主要的。是主要的。风化作用强度的影响因素风化作用强度的影响因素气候气候高温、潮湿热带地区以化学风化为主高温、潮湿热带地区以化学风化为主地形地形高差大则以物理风化为主，平原地区以化学风高差大则以物理风化为主，平原地区以化学风 化为主化为主2、常见造岩矿物在风化中的稳定性长长石石：较不稳定，生成K+、Na+、Ca2+溶解物质，Al2O3难溶物质、粘土矿物铁铁镁镁矿矿物物：橄榄石、辉石、角闪石等在地表不稳定，主要生成铁质残积物云母：云母：较稳定白云母水云母高岭石（碱性）蒙脱石黑云母水云母或绿泥石高岭石石石英英、玉玉髓髓、蛋蛋白白石石等等SiOSiO2 2：稳定性强，几乎只发生机械破碎，最常见的碎屑常破碎，粘土矿物：粘土矿物：地表条件稳定。碳酸盐矿物碳酸盐矿物：在 CO2+H2O条件下溶解。 CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2 风化作用的总趋势是使被改造的母岩发生物理的和风化作用的总趋势是使被改造的母岩发生物理的和化学的变化，使母岩解体并产生在地表条件下稳定的、化学的变化，使母岩解体并产生在地表条件下稳定的、新的物质成分。风化产物按性质可分三类新的物质成分。风化产物按性质可分三类：3、风化作用的产物 碎屑物质碎屑物质石英、长石、其它矿物、岩屑。石英、长石、其它矿物、岩屑。不溶残余物不溶残余物Al2O3、SiO2、Fe2O3等残留原等残留原地形成的粘土或铁矿物。地形成的粘土或铁矿物。溶解物质溶解物质河水带走。形成石灰岩、盐岩，河水带走。形成石灰岩、盐岩，锰、铁、磷质矿物等。锰、铁、磷质矿物等。（二）沉积物的搬运和沉积（二）沉积物的搬运和沉积作用作用 1、机械搬运与沉积作用、机械搬运与沉积作用2、化学搬运与沉积作用、化学搬运与沉积作用3、生物搬运和沉积作用、生物搬运和沉积作用1 1、机械搬运作用、机械搬运作用流水搬运流水搬运介质：流水（河流）介质：流水（河流） 搬运能力：与流量有关搬运能力：与流量有关 碎屑粒度：与流速（能量）有关碎屑粒度：与流速（能量）有关 搬运方式：滚动、跳跃、悬浮搬运搬运方式：滚动、跳跃、悬浮搬运水盆地搬运水盆地搬运介质：波浪（海洋、湖泊），能量来自介质：波浪（海洋、湖泊），能量来自 波浪、潮汐及洋流等波浪、潮汐及洋流等 搬运能力：与流量有关搬运能力：与流量有关 碎屑粒度：与流速（能量）有关，近岸碎屑粒度：与流速（能量）有关，近岸 大、远岸小大、远岸小 搬运方式：滚动、跳跃、悬浮搬运搬运方式：滚动、跳跃、悬浮搬运风的搬运风的搬运介质：风介质：风 搬运能力：较弱，但搬运距离远搬运能力：较弱，但搬运距离远 碎屑粒度：粒度细、磨蚀强烈碎屑粒度：粒度细、磨蚀强烈 搬运方式：滚动、跳跃、悬浮搬运搬运方式：滚动、跳跃、悬浮搬运冰川搬运冰川搬运介质：冰的移动介质：冰的移动 搬运能力：强搬运能力：强 碎屑粒度：大小混杂碎屑粒度：大小混杂 搬运方式：悬浮搬运搬运方式：悬浮搬运-溶解物质的搬运作用溶解物质的搬运作用真溶液搬运真溶液搬运取决于溶解度，溶解度大、水流量大，取决于溶解度，溶解度大、水流量大， 则搬运量大则搬运量大胶体溶液搬运胶体溶液搬运取决于介质的理化性质，如取决于介质的理化性质，如PHPH值等值等2 2、化学搬运作用、化学搬运作用沉积作用分类沉积作用分类 在在搬搬运运作作用用过过程程中中，因因介介质质能能量量下下降降、溶溶液液过过饱饱和和、胶胶体体絮絮凝凝等等原原因因，是是搬搬运运物物停停止止搬搬运运，沉沉积积的的过过程程称称为为沉沉积积作作用用，所所形形成成的的未未固固结结物物质成为质成为沉积物沉积物。机械沉积作用机械沉积作用化学沉积作用化学沉积作用生物和生物化学沉积作用生物和生物化学沉积作用F作为碎屑物质搬运和沉积的流体，自然作为碎屑物质搬运和沉积的流体，自然界存在界存在两种类型两种类型：F1、牵引流、牵引流：低粘度、低密度的水流。即：低粘度、低密度的水流。即含少量沉积物的水流，如河流、海流、含少量沉积物的水流，如河流、海流、波浪流、潮汐流等波浪流、潮汐流等F2、沉积物重力流、沉积物重力流：高密度水流。含大量：高密度水流。含大量的沉积物浊流、泥石流等的沉积物浊流、泥石流等沉积作用沉积作用主要的沉积理论：主要的沉积理论：牵引流的牵引流的两种形态两种形态层流底层层流底层存在使得沉积物于流体之间的界面上存在使得沉积物于流体之间的界面上不断发生的搬运和沉积非常活跃不断发生的搬运和沉积非常活跃水动力与傅劳德数水动力与傅劳德数FrFrV V流速流速L L水深水深g g重力加速度重力加速度FrFr1 1 低流态，缓流低流态，缓流FrFr1 1 高流态，急流高流态，急流FrFr1 1 临界状态临界状态牵引流的搬运方式：牵引流的搬运方式：d d 2mm2mm时，滚动形式时，滚动形式d 2d 20.05mm0.05mm时，跳跃形式时，跳跃形式d 0.05d 0.050.005mm0.005mm时，悬浮形式时，悬浮形式d d 0.0050.005时，悬浮并向胶体转化时，悬浮并向胶体转化普通天然水流中，类石英、长石及比重相当者普通天然水流中，类石英、长石及比重相当者的一般规律的一般规律床沙形体迁移过程在层内留下的痕迹就是层理床沙形体迁移过程在层内留下的痕迹就是层理沉沉积积分分异异作作用用沉沉积积物物在在搬搬运运和和沉沉积积过过程程中中按按粒粒度度、形形状状、比比重重、矿矿物物成成分分和和化化学学成成分分在在地表依次沉积下来的现象地表依次沉积下来的现象机械分异作用机械分异作用因沉积物粒度、形状、比重和搬运介质因沉积物粒度、形状、比重和搬运介质 性质和速度引起的分异作用性质和速度引起的分异作用化学分异作用化学分异作用因溶解度等引起的分异作用因溶解度等引起的分异作用实例实例砾砾 砂砂 粘土粘土金金 黄铁矿黄铁矿 铬铁矿铬铁矿 石墨 琥珀 Al2O3 Fe2O3 MnO2 SiO2nH2O FeCO3 MnCO3 CaCO3 CaSO42H2ONaCl KCl （溶解度依次加大）（溶解度依次加大）3、生物的搬运与沉积作用（）生生物物遗遗体体直直接堆积成岩接堆积成岩（）生生物物改改变变介介质质的的pHpH值值，促促使使化学物质沉积化学物质沉积（）生生物物捕捕捉捉、粘结和障积作用粘结和障积作用（三）沉积物的成岩作用（三）沉积物的成岩作用1 1、概念、概念2 2、成岩作用的阶段划分、成岩作用的阶段划分3 3、主要成岩作用、主要成岩作用1、概念 沉沉积积岩岩形形成成于于三三个个阶阶段段，即即沉沉积积物物的的来来源源；沉沉积积物物的的搬搬运运和和沉沉积积；沉沉积积物物的的固固结结和持续演化阶段（即沉积期后变化）。和持续演化阶段（即沉积期后变化）。 沉沉积积物物的的沉沉积积期期后后变变化化即即从从沉沉积积物物沉沉积积之之后后到到沉沉积积岩岩发发生生变变质质作作用用之之前前发发生生的一系列变化，又称沉积物的的一系列变化，又称沉积物的成岩作用成岩作用。成岩作用成岩作用早期成岩作用早期成岩作用晚期成岩作用晚期成岩作用同生作用同生作用浅埋藏作用浅埋藏作用深埋藏作用深埋藏作用表生作用表生作用变质作用变质作用风化作用风化作用2、成岩作用的阶段划分压实作用压实作用现由于上覆沉积物的静压力作用使松散现由于上覆沉积物的静压力作用使松散 的沉积物体积缩小、孔隙减小、密度增大的的沉积物体积缩小、孔隙减小、密度增大的 作用。作用。3 3、主要成岩作用、主要成岩作用胶结作用胶结作用松散的沉积物由化学沉淀物质或其他物松散的沉积物由化学沉淀物质或其他物 质粘结而变成坚硬岩石的作用。质粘结而变成坚硬岩石的作用。常见胶结物有：硅质、钙质、铁质、泥质等常见胶结物有：硅质、钙质、铁质、泥质等重结晶作用重结晶作用沉积物的矿物成分由于溶解或局部溶沉积物的矿物成分由于溶解或局部溶 解、固体扩散等作用，是物质质点发解、固体扩散等作用，是物质质点发 生重新排列组成的现象，一般表现为生重新排列组成的现象，一般表现为 晶体颗粒加大晶体颗粒加大。交代作用交代作用沉积物在成岩作用过程中，通过矿物间沉积物在成岩作用过程中，通过矿物间 化学反应，已存在的矿物被另外的矿物化学反应，已存在的矿物被另外的矿物 所取代的作用。所取代的作用。成岩矿物的形成成岩矿物的形成在成岩作用过程中，还可以形成在成岩作用过程中，还可以形成 一些新的矿物，称之为自生矿一些新的矿物，称之为自生矿 物。如石英、长石、方解石等。物。如石英、长石、方解石等。三三 沉积岩的构造沉积岩的构造层状构造是沉积岩最典型的特征，是沉积岩最主要要层状构造是沉积岩最典型的特征，是沉积岩最主要要的构造特征，也是区别于岩浆岩、变质岩的主要标志的构造特征，也是区别于岩浆岩、变质岩的主要标志之一。之一。岩岩岩岩层层层层：沉沉沉沉积积积积岩岩岩岩的的的的最最最最基基基基本本本本单单单单位位位位，同同同同一一一一岩岩岩岩层层层层具具具具有有有有基基基基本本本本均均均均一一一一的的的的成成成成分分分分、结结结结构构构构、构构构构造造造造和和和和颜颜颜颜色色色色。岩岩岩岩层层层层之之之之间间间间的的的的界界界界面面面面称称称称为为为为岩岩岩岩层层层层面面面面。岩层按照厚度划分：岩层按照厚度划分：岩层按照厚度划分：岩层按照厚度划分： 块状层块状层块状层块状层 : : 岩层厚度岩层厚度岩层厚度岩层厚度 1m1m 厚层厚层厚层厚层 : : 0.51m0.51m 中厚层中厚层中厚层中厚层: : 0.1 0.5m0.1 0.5m 薄层薄层薄层薄层：0.1mFeO K2O、 Na2O含量低于岩浆岩含量低于岩浆岩 富含富含H2O、 CO2 富含有机质富含有机质1 成分特征常常见见矿矿物物石石英英、粘粘土土矿矿物物、方方解解石石、白白云云石石、白白云云母母、长长石石类类、玉玉髓髓、石石膏膏、硬硬石石膏膏、蛋蛋白白石石、盐盐类类矿矿物物等。等。2 2）矿物成分特征矿物成分特征重重矿矿物物铁铁、铝铝、锰锰的的氧氧化化物物和和氢氢氧氧化化物物矿矿物物和和锆锆石石、电气石、石榴子石等。电气石、石榴子石等。沉积岩矿物沉积岩矿物他生矿物他生矿物自生矿物自生矿物陆源碎屑矿物陆源碎屑矿物火山碎屑矿物火山碎屑矿物原生矿物原生矿物次生矿物次生矿物例如正长石易风化为高岭石等例如正长石易风化为高岭石等3）分类分类（按成因划分）：（按成因划分）：1 成分特征1 1）分类分类: :沉积岩的颜色可分为沉积岩的颜色可分为继继承承色色碎碎屑屑岩岩的的颜颜色色常常取取决决于于其其中中碎碎屑屑颗颗粒粒的的颜颜色，这是继承了原生母岩的颜色称为继承色色，这是继承了原生母岩的颜色称为继承色自自生生色色在在沉沉积积成成岩岩中中形形成成的的新新矿矿物物（自自生生矿矿物物）显示的颜色显示的颜色次次生生色色在在岩岩石石的的表表生生阶阶段段和和风风化化阶阶段段矿矿物物变变化化，形成新的矿物（次生矿物），而产生的颜色。形成新的矿物（次生矿物），而产生的颜色。2、颜色2 2）颜色与沉积环境的关系颜色与沉积环境的关系灰灰- -黑黑色色：还还原原环环境境，有有机机质质或或黄黄铁铁矿矿、硫硫铁矿所显示的颜色。铁矿所显示的颜色。红红- -黄黄色色褐褐色色：氧氧化化环环境境，高高价价铁铁氧氧化化物物和氢氧化物显示。和氢氧化物显示。绿色绿色：低价铁显示的颜色，如绿泥石、海：低价铁显示的颜色，如绿泥石、海绿石，属弱氧化绿石，属弱氧化- -弱还原环境。弱还原环境。肉肉红红色色长长石石砂砂岩岩：颜颜色色因因长长石石碎碎屑屑引引起起（继承色）（继承色）黑黑色色的的煤煤层层：颜颜色色由由有有机机质质引引起起（自自生色）生色）砖砖红红色色铁铁质质砂砂岩岩：因因铁铁质质氧氧化化后后呈呈砖砖红红色色（次次生色）生色）五、沉积岩的分类五、沉积岩的分类（一）分类原则（一）分类原则1 1、简明扼要，便于应用。、简明扼要，便于应用。2 2、分分类类明明确确，清清晰晰，有有系系统统性性，反反映映沉沉积积岩岩本身的内在联系。本身的内在联系。沉积岩的分类是沉积岩的分类是成因成因结构结构成分成分分类分类（二）本教材分类（二）本教材分类据成因分为：据成因分为：他生沉积岩他生沉积岩 火山碎屑岩火山碎屑岩 陆源碎屑岩陆源碎屑岩自生沉积岩自生沉积岩碳酸盐岩等碳酸盐岩等