沉積巖的形成演化(1)

1、第二章 沉積巖的形成與演化第1節(jié) 物質來源母巖的風化產物第2節(jié) 碎屑物質的搬運與沉積作用第3節(jié) 溶解物質的搬運與沉積作用第4節(jié) 沉積后作用及其階段的劃分 1第第1 1節(jié)節(jié) 物質來源母巖的風化產物物質來源母巖的風化產物2一、母巖的風化產物 （一）風化作用及其特點 （二）風化帶中礦物的穩(wěn)定性 （三）各種礦物的風化及其產物 （四）母巖風化過程中元素的轉 移順序及母巖風化的階段性 （五）母巖風化產物的類型 （六）影響風化產物形成的因素 二、沉積物的其它來源3風化作用的概念及類型各種礦物抗風化能力的強弱（重點）各類沉積巖抗風化能力的強弱（重點）風化過程中元素的轉移順序（重點）母巖風化的階段性母巖風化的產

2、物類型（重點）影響風化產物形成的因素風化殼的概念4 母巖風化產物是沉積物最主要的來源。供給這類沉積物地區(qū)，即母巖存在的地區(qū)，稱作物源區(qū)物源區(qū)。5一、母巖的風化產物一、母巖的風化產物（一）風化作用及其特點 沉積巖的形成作用發(fā)生于地殼表層或沉積圈，它的特點是低溫、低壓，富含水、氧和二氧化碳，生物活動強烈。67891011風化作用風化作用生物風化作用生物風化作用物理風化作用物理風化作用化學風化作用化學風化作用指巖石在風化過程中，只改變物理狀態(tài)，不改變化學成只改變物理狀態(tài)，不改變化學成分的破壞作用分的破壞作用。 物理風化的產物物理風化的產物：是產生巖石碎屑和礦物碎屑。 物理風化的因素物理風化的因素：溫

3、度、壓力、水、重力、風、雷電、冰等。 1.物理風化作用物理風化作用12 在氧、水和溶于水中的各種酸的作用在氧、水和溶于水中的各種酸的作用下，母巖遭受氧化、水解和溶濾等化學變下，母巖遭受氧化、水解和溶濾等化學變化，使其分解、產生新礦物的過程稱為化化，使其分解、產生新礦物的過程稱為化學風化作用。學風化作用。 2.2.化學風化作用化學風化作用13（1 1）氧化作用：）氧化作用： 空氣和水中的游離氧空氣和水中的游離氧是地表最重要的氧化劑。氧化作用最易破壞的是硫化物、有機化合物和含有氧化亞鐵、氧化亞錳、釩、鈷的礦物。 （2 2）COCO2 2的化學風化作用：的化學風化作用： 富有游離碳酸的水比純水破壞碳

4、酸鹽和原生鋁硅酸鹽礦物更為劇烈。 （3 3）水的化學風化作用）水的化學風化作用水解作用與水化作用 143.3.生物化學風化作用生物化學風化作用生物的生命活動及其分解或分泌的物質對巖石所引起的破壞作用，叫生物風化作用。生物對巖石的破壞方式既有直接的機械作用，又有間接的化學作用和生物化學作用。 風化作用的結果是破壞巖石。 在地球表面，各種風化作用是同時進行而又相互促進的，只是有主次主次之分而已。 巖石的性質巖石的性質是內因，決定風化產物的性質；外界條件是外因，只決定風化作用的方式方式和強弱程度強弱程度，而且是通過內因起作用的。同時，由于機械破碎使得母巖產生許多裂隙或破碎成小塊，這就增大了巖石與周圍

5、介質的接觸面，大大促進了化學分解；化學分解可降低母巖的硬度和強度，又給機械破碎創(chuàng)造了有利條件。15*（二）各種造巖礦物的風化及其產物 風化帶中礦物的穩(wěn)定性：各種造巖礦物在風化時的穩(wěn)定性不同，其風化習性和風化產物也不同。 礦物的穩(wěn)定性分級不穩(wěn)定礦物次穩(wěn)定礦物穩(wěn)定礦物橄欖石輝石角閃石基性斜長石白云石方解石金屬硫化物白云母鉀長石中酸性斜長石黑云母磷灰石十字石石榴子石石英電氣石金紅石鋯石高嶺石高價鐵、錳、鋁的氧化物或氫氧化物16 1.不穩(wěn)定礦物： 一般指易發(fā)生氧化或碳酸鹽化、重碳酸鹽化的礦物（除易溶鹽類礦物以外）。 這類礦物抗風化能力弱，風化反應進行較快，一般不會以獨立碎屑（單晶）形式出現在沉積物中，

6、但有時可以巖屑的形式保存下來。 2.次穩(wěn)定礦物： 分解方式主要以水解、輕微氧化或輕微碳酸鹽、重碳酸鹽化的礦物。 次穩(wěn)定礦物的化學穩(wěn)定性較不穩(wěn)定礦物高，相對容易以巖屑或以單晶碎屑的形式保存下來。17 3.穩(wěn)定礦物： 指在一般風化條件下溶解度極小，極難分解的礦物。 這類礦物由于抗風化能力極強，因此較容易以單礦物碎屑的形式保留下來，特別是隨著風化程度的增強，不穩(wěn)定和次穩(wěn)定礦物的逐步消失，穩(wěn)定礦物會逐漸富集起來。 上述礦物穩(wěn)定性分級是在一般性的風化條件下，實際的風化條件及其復雜，因此礦物的風化作用會因地而異，也是十分復雜的。1819造巖礦物在風化時的穩(wěn)定性決定于兩方面的因素：首先是內因，即造巖礦物對化

7、學風化的穩(wěn)定程度決定于它的化學成分和內部結構化學成分和內部結構，對物理風化的穩(wěn)定程度則決定于礦物的物理性質物理性質，如解理、硬度等；其次是外因，即造巖礦物的風化條件，主要是古地理、古氣候條件。20 1、石英（、石英（SiO2）：）：在風化作用中穩(wěn)定性極高，它幾乎不發(fā)生化學溶解作用，一般只發(fā)生機械破碎作用。 2 2、長石：、長石：長石的風化穩(wěn)定性次于石英長石的風化穩(wěn)定性次于石英。 在長石類礦物中，鉀長石的穩(wěn)定性較高，多鈉的酸性斜長石次之，中性斜長石又次之，多鈣的基性斜長石穩(wěn)定性最低。 因此，在沉積巖中鉀長石多于斜長石在沉積巖中鉀長石多于斜長石。 21 鉀長石的風化過程及其產物如下： 鋁土礦是鉀長

8、石風化的最終產物，是風化帶中很穩(wěn)定的礦物。但是，只有在十分有利的條件下，鉀長石才能完全風化成鋁土礦，在一般情況下，鉀長石大都轉變?yōu)樗自颇负透邘X石。 22 3、云母：、云母：白云母的抗風化能力較強，所以它在沉積巖中相當常見。黑云母的抗風化能力比白云母差的多。 白云母（白云母（KAl2AlSi3O10(OH)2）：）：白云母在風化過程中，主要是析出鉀和加入水，。 黑云母（黑云母（K(Mg,Fe)3AlSi3O10(OH,F)2）：）： 黑云母遭風化后，鉀、鎂等成分首先析出，同時加入水，常經過水黑云母、綠泥石Mg5AlAlSi3O10(OH)8(Fe3O4)、。 在海底風化條件下，黑云母在海底風化

9、條件下，黑云母(K,HO)(Fe,Mg,Al)2(Si,Al)Si3O10(OH)223 4、鐵鎂硅酸鹽礦物、鐵鎂硅酸鹽礦物橄欖石橄欖石(Mg,Fe)2 SiO4；輝石；輝石Ca(Mg,Fe,Al) Si, Al 2O6；角閃石；角閃石Ca2Na (Mg,Fe)4( Al, Fe)( Si, Al)4 O11(OH)2： 它們的抗風化能力比石英、長石、云母都低得多，所以在沉積巖中較少見，其中以橄欖石最易風化，輝石次之，角閃石又次之。 這些礦物在遭受風化時，鐵、鎂、鈣等易溶元素首先析出，硅也部分或全部地析出，。 故這類礦物在沉積巖中含量很少。 245 5、粘土礦物（如高嶺石、蒙脫石、水云母等）、

10、粘土礦物（如高嶺石、蒙脫石、水云母等）： 粘土礦物本來就是在風化條件下或者沉積環(huán)境中生成的，在風化帶中相當穩(wěn)定。 但是，在一定的條件下，它們也還會發(fā)生變化，轉變?yōu)楦臃€(wěn)定的礦物，如等。 256 6、碳酸鹽礦物（如方解石、白云石等）：、碳酸鹽礦物（如方解石、白云石等）： 風化穩(wěn)定性甚小，很易溶于水并轉移，因此在碎屑沉積巖中很難見到它們。 只有在干旱的氣候條件下，在距母巖很近的快速搬運和堆積的沉積物中，才可能看到由它們組成的巖屑。 7、硫酸鹽礦物（如石膏、硬石膏）、硫、硫酸鹽礦物（如石膏、硬石膏）、硫化物礦物（如黃鐵礦）、鹵化物礦物（如化物礦物（如黃鐵礦）、鹵化物礦物（如石鹽）等：石鹽）等： 它們

11、的風化穩(wěn)定性最低，最易溶于水，多呈真溶液狀流失走。 26各種造巖礦物在風化時的穩(wěn)定性不同，其風化習性和風化產物也不同。如長石類中的鉀長石比斜長石穩(wěn)定，斜長石中的酸性斜長石又較基性斜長石穩(wěn)定。因此，在沉積巖中比較常見的碎屑長石是鉀長石和酸性斜長石?？偟恼f來，長石類礦物抵抗風化的能力不強，故在沉積巖的碎屑長石中新鮮者少見，多少均受到風化。若為新鮮的碎屑長石，則需干燥的氣候和迅速堆積埋藏的條件。否則就可能是新鮮而自形的自生長石或為火山墜落物質。27鐵鎂礦物的穩(wěn)定性比長石要低得多。其中以橄欖石最易風化，輝石次之，角閃石再次之。故這類礦物在沉積巖中含量很少，一般多以重礦物形式存在。石英是在地表最穩(wěn)定的造

12、地表最穩(wěn)定的造巖礦物巖礦物，在風化過程中幾乎只有機械破碎。母巖風化愈徹底，風化產物中石英的相對含量愈高，所形成的沉積物的礦物礦物/ /成分成熟成分成熟度度愈高。白云母穩(wěn)定性較大，故在沉積巖中比較常見。黑云母不穩(wěn)定，常經過水黑云母、綠泥石，最終變?yōu)榧毞稚⒌难趸F、氫氧化鐵或高嶺石等礦物。2829（三）各種巖石的風化及其產物30巖石是礦物的集合體，因此巖石的風化及其產物主要是由組成它的礦物組成它的礦物的風化情況決定的。31巖石是由造巖礦物組成的，因而各類巖石在風化時的穩(wěn)定程度決定于它所含的礦物成分。如超基性巖和基性巖，主要成分是易風化的鐵鎂礦物和基性斜長石，因而易受風化；酸性巖漿巖則相反，因它主要

13、由石英、鉀長石和酸性斜長石等穩(wěn)定性較高的礦物組成，故抵抗風化的能力也較強，不易受風化；中性巖漿巖的風化性質介于前二者之間。在沉積巖中，砂巖的主要成分為碎屑石英，不易受化學分解，而以機械破碎為主；粘土巖一般也較穩(wěn)定，但易碎解呈細小碎屑被搬運；石灰?guī)r在干寒地區(qū)以機械破碎為主，在濕熱地區(qū)則以溶解為主；硅質巖則很難發(fā)生化學風化。32花崗閃長巖風化作用及其產物： （四）母巖風化過程中元素的轉移順序及母巖風化的階段性33元素的風化分異元素的風化分異由于各種元素在特定的風化條件下遷移（從母巖中析出）能力不同，而造成的不同元素按一定的順序從母巖中先后分離出來的現象。元素的風化分異的結果表現為某些元素的淋濾分散

14、和另一些元素的富集水遷移系數水遷移系數某元素在河水中的含量與該元素在河流流域巖石中含量的比值。用來比較元素在風化帶中的遷移能力。34元素的風化分異的結果表現為某些元素的淋濾分散和另一些元素的富集。35母巖風化作用的階段性母巖風化作用的階段性造巖礦物因化學性質和物理性質不同，在風化過程中具有明顯的階段性。一種原生礦物隨著風化程度的加深，通過一系列中間階段，依次形成一些過渡性礦物，然后轉化為最終產物。由于造巖礦物風化顯示出明顯階段性，因此由造巖礦物組成的母巖，其風化過程的變化也會出現階段性。前蘇聯(lián)學者波雷諾夫根據元素從風化帶中析出的順序，將結晶巖的風化過程分為四個階段，不同階段有其獨特的風化產物。

15、 36碎屑階段：以物理風化為主，風化產物主要為巖屑或礦物碎屑。組成母巖的元素或化合物成分轉移甚微。飽和硅鋁階段：巖石中如有氯化物和硫酸鹽將全部被溶解，Cl和SO2全部被帶出。然后在O2、CO2和H2O的共同作用下，鋁硅酸鹽和硅酸鹽礦物開始分解，游離出K+、Na+、Ca2+、 Mg2+，其中Ca+2和Na+的流失要比K+和Mg2+容易。這些陽離子的存在，使介質呈堿性或中性，并使少量SiO2轉入溶液。這個階段形成的粘土礦物有蒙脫石、水云母、拜來石、綠脫石以及綠泥石等。同時，堿性條件下難溶的碳酸鈣開始堆積。37酸性硅鋁階段：堿金屬和堿土金屬大量被溶濾掉，SiO2進一步游離出來，隨著有機質分解形成大量

16、有機酸和CO2，使介質變?yōu)樗嵝裕癸柡凸桎X階段形成的礦物(蒙脫石、水云母等)轉變在酸性條件下穩(wěn)定的不含堿和堿土金屬的粘土礦物(高嶺石、變埃洛石等)。通常將達到這一階段的風化作用稱為粘土型風化作用。38鋁鐵土階段：這是風化的最后階段。在此階段鋁硅酸鹽礦物被徹底分解，堿和堿土金屬全部游離出來，加上有機酸被地表水淋走或沖淡，使介質又呈堿性或中性，SiO2大量流失。此時全部可移動的元素都已被帶走，主要剩下鐵和鋁的氧化物及部分二氧化硅，在原地形成水鋁石、褐鐵礦、針鐵礦、赤鐵礦及蛋白石的堆積。由于它是一種紅色疏松的鐵質或鋁質土壤，所以也稱紅土。達到此階段的風化作用通常為紅土型風化作用。39 I、機械破碎階

17、段、機械破碎階段 、飽和硅鋁階段、飽和硅鋁階段 、酸性硅鋁、酸性硅鋁階段階段 、鋁鐵土階段、鋁鐵土階段2、風化過程的階段性、風化過程的階段性40能否達到鋁鐵土階段，取決于當時的氣候、地形、地殼運動強度、母巖性質和風化時間長短等因素。其中特別是氣候因素，如在干旱沙漠地區(qū)，母巖風化可長期停留在碎屑階段；植被發(fā)育的溫曖潮濕的亞熱帶，則可達到并長期停留在酸性硅鋁階段；而在潮濕炎熱的熱帶區(qū)，則可達到鋁鐵土階段。 （五）母巖風化產物的類型 1.風化產物的類型 1)碎屑殘留物質（碎屑物質）：母巖機械破碎的產物，這類物質包括未遭受分解的礦物碎屑和巖石碎屑，如石英砂、云母碎片、鋯石砂，花崗巖巖屑等。 2)新生成

18、的礦物（不溶殘余物質）：母巖在分解過程中新生成的礦物，如粘土礦物、鋁土礦、褐鐵礦等，但以粘土礦物為主。 3)溶解物質：母巖在化學風化作用過程中被溶解的那些成分，大都呈真溶液或膠體溶液狀態(tài)被流水搬運走，轉移到遠離母巖區(qū)的湖泊或海洋中去， 如Cl，S，Ca，Na， K，Si，Fe，Al，P等。41 母巖風化產物是沉積巖最主要的物質來源。這三類風化產物也就構成了最常見的三類沉積巖的基本物質； 碎屑物質是陸源碎屑巖（礫巖、砂巖、粉砂巖）的主要成分; 新生成礦物中的粘土礦物是陸源沉積巖中泥質巖的主要成分； 溶解物質則構成了化學和生物化學巖（內源沉積巖）?？梢姡L化產物的性質無疑會影響到以后所生成的沉積巖

19、的性質。4243風化產物的性質影響以后所生成的沉積巖的性質風化產物的性質影響以后所生成的沉積巖的性質 從母巖的風化作用開始，從母巖的風化作用開始，沉積巖的形成作用就開始了沉積巖的形成作用就開始了44六、影響風化產物形成的因素（補充內容） 風化產物的性質及各類產物間的數量比取決于母巖的性質、風化作用類型及母巖的風化程度。影響風化產物形成的因素 有些巖石風化后主要形成碎屑物質，如石英巖；有的主要形成溶解物質，如石膏巖、鹽巖。物理風化只能形成碎屑物質，化學風化才能形成不溶殘積物質和溶解物質。母巖風化程度不同，風化產物也不同，如長石初期風化產物為水云母，進一步風化生成高嶺石或蒙脫石，風化程度很深時則出

20、現氧化鋁。45 1）母巖性質的影響 巖石是礦物的集合體，因此母巖的風化及其產物主要由組成組成它的礦物的風化情況所決定。46 2）氣候背景對風化的影響 氣候背景是指一個較長時間段內出現在大氣中的物理現象的總和，其中最有影響力的是氣溫和降水。 氣溫和降水通過控制風化作用的性質、風化速率和動植物的分布，控制最重要的原始物質的類型和數量。 在炎熱多雨的氣候中，物理風化和化學風化都很強烈，母巖會很快解體，不穩(wěn)定組分會很快分解消失，相對穩(wěn)定的組分也會大量溶蝕，從而形成較多溶解物質和不溶殘余物質，碎屑物質也偏細。47 3）構造背景對風化作用的影響 構造背景是指包括母巖區(qū)到相關盆地的整個區(qū)域所在的構造部位及其

21、活動階段。 一般情況下，如果某地處于構造持續(xù)抬升部位，那么風化剝蝕將會使該地下面的巖石由淺到深依次稱為母巖，不同深度的巖石類型取決于該地地殼的巖石構成。 母巖成分和母巖類型基本上是隨抬升部位地殼演化史和抬升速率和抬升幅度而變的。4849七、風化殼50 風化殼基本特征：風化殼一般分三層，上層土壤、中層為殘積物和半風化的巖石、下層為未風化的基巖。 51 2、 風化殼的厚度：風化殼的厚度： 可以由幾米一、二百米，通常為幾米或幾十米。與氣候、地形、構造等因素有關。 一般說來，在氣候潮濕、地形平坦、構造活動比較穩(wěn)定的地區(qū)，風化作用較強，剝蝕作用較弱，風化殘余物質易于保存，故風化殼厚度較大。在相反的條件下

22、，風化殼厚度就較小，以至為零。 3、古風化殼：、古風化殼： 地殼下降，沉積物沉積在風化殼上，把風化殼埋藏在地層之中，即成為古風化殼 52 4、古風化殼的意義：古風化殼是地殼上升、沉積間斷、不整合的重要標志；是古氣候、古地理分析的重要依據；是當前劃分層序地層界面的主要標志；風化殼中常蘊藏著一些重要的金屬和非金屬礦床（如高嶺石礦、鋁土礦、鐵礦、鎳礦等）；在風化殼中還可以形成油氣藏。 二、沉積物的其它來源二、沉積物的其它來源 1. 生物成因的沉積物 生物死亡后的遺體，可以成為沉積巖的組成部分。生物遺體包括兩個部分： 一是無機成分為主的生物殘骸，即動物的外殼和骨骼，藻類、植物的鈣化遺體。 二是有機生物殘體，即植物體和動物的軟體部分