第二章沉積物的來(lái)源

1、主講：杜振川主講：杜振川研究生課程第二章第二章 沉積物的來(lái)源沉積物的來(lái)源 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 物質(zhì)來(lái)源 陸源物質(zhì)母巖的風(fēng)化產(chǎn)物；生物源物質(zhì)生物殘骸和有機(jī)物質(zhì)；深源物質(zhì)火山碎屑物質(zhì)和深部鹵水；宇宙源物質(zhì)隕石 其中，地表先成巖石（母巖）風(fēng)化的產(chǎn)物是沉積物最主要的來(lái)源 第二章第二章 沉積物的來(lái)源沉積物的來(lái)源 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 沉積巖形成階段 風(fēng)化作用階段 搬運(yùn)作用階段沉積作用階段同生作用階段沉積物沉積下來(lái)后與沉積介質(zhì)(底層水等)保持聯(lián)系并發(fā)生反應(yīng)的過(guò)程。 成巖作用階段沉積物逐漸被埋藏而與沉積介質(zhì)失去聯(lián)系并固結(jié)成巖的過(guò)程 后生作用階段隨著進(jìn)一步埋深，巖石繼續(xù)發(fā)生變化，一直到遭受變質(zhì)作用而

2、成為變質(zhì)巖之前的過(guò)程。第二章第二章 沉積物的來(lái)源沉積物的來(lái)源 第二節(jié)第二節(jié) 沉積物的主要來(lái)源沉積物的主要來(lái)源母巖風(fēng)化產(chǎn)物母巖風(fēng)化產(chǎn)物 一、母巖的風(fēng)化一、母巖的風(fēng)化 1）風(fēng)化作用 風(fēng)化作用物理風(fēng)化作用化學(xué)風(fēng)化作用生物風(fēng)化作用 第二章第二章 沉積物的來(lái)源沉積物的來(lái)源 第二節(jié)第二節(jié) 沉積物的主要來(lái)源沉積物的主要來(lái)源母巖風(fēng)化產(chǎn)物母巖風(fēng)化產(chǎn)物 一、母巖的風(fēng)化一、母巖的風(fēng)化 2）風(fēng)化過(guò)程中元素析出順序元素的風(fēng)化分異 母巖在化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中表現(xiàn)為某些元素的淋濾分散和另外一些元素的殘積富集兩個(gè)方面。 但是，各種元素在特定的風(fēng)化條件下遷移能力是不一樣的，亦即各種元素從母巖中析出的難度不同，因而造成各種元素按一定順

3、序從母巖中分離出來(lái)，即元素的風(fēng)化分異。 第二章第二章 沉積物的來(lái)源沉積物的來(lái)源 第二節(jié)第二節(jié) 沉積物的主要來(lái)源沉積物的主要來(lái)源母巖風(fēng)化產(chǎn)物母巖風(fēng)化產(chǎn)物 一、母巖的風(fēng)化一、母巖的風(fēng)化 2）風(fēng)化過(guò)程中元素析出順序元素的風(fēng)化分異 根據(jù)元素在表生條件下的遷移能力 最易遷移元素Cl、Br（溴）、I（碘）、S； 易遷移元素Ca、Mg、Na、F、Sr、K、Zn； 遷移元素Cu、Ni、Co（鈷）、Mo（鉬）、 V（釩）、Mn、Si(在 硅酸鹽中)、P； 惰性(微弱遷移)元素Fe、A1、Ti、Sc（鈧）、TR(稀土元素)等； 幾乎不移動(dòng)的元素 (Si)(石英) 第二章第二章 沉積物的來(lái)源沉積物的來(lái)源 第二節(jié)第二

4、節(jié) 沉積物的主要來(lái)源沉積物的主要來(lái)源母巖風(fēng)化產(chǎn)物母巖風(fēng)化產(chǎn)物 一、母巖的風(fēng)化一、母巖的風(fēng)化 2）風(fēng)化過(guò)程中元素析出順序元素的風(fēng)化分異 遷移能力使原來(lái)共生的元素在風(fēng)化過(guò)程中因遷移能力不等而發(fā)生分異。 遷移能力最強(qiáng)的Cl、S最先從風(fēng)化帶中流失；其次是Ca、Mg、Na、F等；而K、Mn、Si、P等遷移能力較弱；Al、Fe、Ti等遷移能力很弱，往往殘留原地形成紅土和鋁土礦。 第二章第二章 沉積物的來(lái)源沉積物的來(lái)源 第二節(jié)第二節(jié) 沉積物的主要來(lái)源沉積物的主要來(lái)源母巖風(fēng)化產(chǎn)物母巖風(fēng)化產(chǎn)物 一、母巖的風(fēng)化一、母巖的風(fēng)化 2）風(fēng)化過(guò)程中元素析出順序元素的風(fēng)化分異 影響元素遷移能力的因素 元素自身的原子和離子特

5、性(離子半徑、原子價(jià)、極化能力等) 例如鈣長(zhǎng)石要比鈉長(zhǎng)石易風(fēng)化，故在相同條件下Ca要比Na易于析出，而同樣的Ca，在石灰?guī)r中要比在鈣長(zhǎng)石中易于析出；介質(zhì)的pH和Eh值，例如Fe在氧化環(huán)境中遷移能力很小，但在還原環(huán)境中則顯著增加 ；生物及氣候條件的影響，如潮濕炎熱地區(qū)的SiO2遷移能力大大增加，幾乎與Ca一樣 。 第二章第二章 沉積物的來(lái)源沉積物的來(lái)源 第二節(jié)第二節(jié) 沉積物的主要來(lái)源沉積物的主要來(lái)源母巖風(fēng)化產(chǎn)物母巖風(fēng)化產(chǎn)物 一、母巖的風(fēng)化一、母巖的風(fēng)化 3）風(fēng)化帶發(fā)育的階段性 在風(fēng)化帶中礦物的變化具有明顯的階段性，一種原生礦物隨著風(fēng)化程度的加深，通過(guò)一系列中間階段，依次形成一些過(guò)渡性礦物，然后轉(zhuǎn)

6、化為最終產(chǎn)物(與最終風(fēng)化環(huán)境取得平衡的生成物)。 某些造巖硅酸鹽礦物風(fēng)化轉(zhuǎn)變的一般階段是：鉀長(zhǎng)石絹云母水云母高嶺石；輝石綠泥石水綠泥石蒙脫石多水高嶺石高嶺石；黑云母蛭石蒙脫石高嶺石。 第二章第二章 沉積物的來(lái)源沉積物的來(lái)源 第二節(jié)第二節(jié) 沉積物的主要來(lái)源沉積物的主要來(lái)源母巖風(fēng)化產(chǎn)物母巖風(fēng)化產(chǎn)物 一、母巖的風(fēng)化一、母巖的風(fēng)化 3）風(fēng)化帶發(fā)育的階段性 波雷諾夫根據(jù)元素從風(fēng)化帶中析出的順序，將結(jié)晶巖的風(fēng)化過(guò)程分為四個(gè)階段，不同階段有其獨(dú)特的風(fēng)化產(chǎn)物。 一、母巖的風(fēng)化一、母巖的風(fēng)化 3）風(fēng)化帶發(fā)育的階段性 一、母巖的風(fēng)化一、母巖的風(fēng)化 3）風(fēng)化帶發(fā)育的階段性 碎屑階段：以物理風(fēng)化為主，風(fēng)化產(chǎn)物主要為巖

7、石或礦物碎屑； 飽和硅鋁階段：巖石中的氯化物和硫酸鹽將全部被溶解，然后在C02和H2O的共同作用下，鋁硅酸鹽和硅酸鹽礦物開(kāi)始分解，游離出K+、Na+、Ca2+、Mg2+，這些陽(yáng)離子的存在，使介質(zhì)呈堿性或中性，并使一部分Si02轉(zhuǎn)入溶液，這個(gè)階段形成的粘土礦物有蒙脫石、水云母、拜來(lái)石、綠脫石以及綠泥石等，同時(shí)堿性條件下難溶的碳酸鈣開(kāi)始堆積；酸性硅鋁階段：堿金屬和堿土金屬大量被溶濾掉，SiO2進(jìn)一步游離出來(lái)，隨著有機(jī)質(zhì)分解形成大量有機(jī)酸和CO2，使介質(zhì)轉(zhuǎn)為酸性。使上階段形成的礦物(蒙脫石、水云母等)轉(zhuǎn)變成粘土礦物高嶺石等；鋁鐵土階段：堿金屬和堿土金屬全部游離出來(lái)，加上有機(jī)酸被地表水淋走或沖淡，使介

8、質(zhì)又呈中性或堿性，致使SiO2大量流失，此外全部可移動(dòng)的元素都被帶走了，主要就剩下鐵和鋁的氧化物及部分二氧化硅，在原地形成水鋁石、水鋁礦、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(zhì)或鋁質(zhì)土壤，所以也稱為紅土 。 二、主要造巖礦物和巖石在風(fēng)化帶中的穩(wěn)定性和習(xí)性二、主要造巖礦物和巖石在風(fēng)化帶中的穩(wěn)定性和習(xí)性 在風(fēng)化帶中由于各種造巖礦物的穩(wěn)定性明顯不同，造成它們的風(fēng)化速度和程度就有很大差異 。 礦物在風(fēng)化時(shí)的穩(wěn)定性主要取決于化學(xué)成分、物理性質(zhì)、晶體構(gòu)造以及所處的風(fēng)化條件，尤其是氣候條件。 各種造巖礦物在風(fēng)化時(shí)的穩(wěn)定性不同，其風(fēng)化習(xí)性和風(fēng)化產(chǎn)物也必然不同。二、主要造巖礦物和巖石在

9、風(fēng)化帶中的穩(wěn)定性和習(xí)性二、主要造巖礦物和巖石在風(fēng)化帶中的穩(wěn)定性和習(xí)性 1、長(zhǎng)石類 長(zhǎng)石類受到各種酸，主要是碳酸的作用而發(fā)生分解，析出K、Na、Ca等陽(yáng)離子，并水化而變?yōu)樗颇?。水云母可繼續(xù)分解，在酸性介質(zhì)中游離出部分SiO2，并進(jìn)一步脫K+ 而變?yōu)楦邘X石，在堿性介質(zhì)中則可脫K+ 吸Mg2+ 而變?yōu)槊擅撌?。在濕熱的氣候條件下，高嶺石進(jìn)一步分解，使其中A12O3、SiO2與羥基之間的聯(lián)系消失，形成含水氧化鋁和蛋白石的堆積。 總的來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)石抗風(fēng)化能力不高，因此沉積巖中長(zhǎng)石碎屑多少有點(diǎn)風(fēng)化，只在氣候干燥、堆積迅速條件下才能見(jiàn)到新鮮的長(zhǎng)石碎屑。 二、主要造巖礦物和巖石在風(fēng)化帶中的穩(wěn)定性和習(xí)性二、主要造巖

10、礦物和巖石在風(fēng)化帶中的穩(wěn)定性和習(xí)性 2、鐵鎂礦物 穩(wěn)定性均很低，其中以橄欖石最易風(fēng)化，其次是輝石，再次為角閃石，故它們?cè)诔练e巖中通常以含量很少的重礦物存在。 此類礦物在碳酸的作用下隨著Ca2+、Mg2+、F2+等陽(yáng)離子的析出，同時(shí)發(fā)生水解，在強(qiáng)氧化和強(qiáng)堿性條件下變?yōu)槊擅撌?，而在弱還原條件下則可變?yōu)榫G泥石。 蒙脫石在酸性條件下可進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)楦邘X石。 最后S02全部游離出來(lái)，一部分呈膠體被帶走，另一部分則成為蛋白石、玉髓留在原地；而游離出來(lái)的Fe2+ 則被氧化為含水氧化鐵堆積在原地。 由于風(fēng)化后大量氧化鐵的形成，造成風(fēng)化產(chǎn)物都呈紅棕色、棕褐色。 二、主要造巖礦物和巖石在風(fēng)化帶中的穩(wěn)定性和習(xí)性二、主

11、要造巖礦物和巖石在風(fēng)化帶中的穩(wěn)定性和習(xí)性 3、云母類 白云母的穩(wěn)定性較大，故在沉積巖中較常見(jiàn)。但在較強(qiáng)的化學(xué)作用下也能游離出K、O和部分SiO2，并水化而變成水云母，最后變?yōu)楦邘X石，在堿性條件下也可變?yōu)槊擅撌?黑云母的穩(wěn)定性較低，風(fēng)化時(shí)常轉(zhuǎn)變?yōu)樗颇富蚓G泥石，最終變?yōu)楦邘X石，以及含水氧化物。 二、主要造巖礦物和巖石在風(fēng)化帶中的穩(wěn)定性和習(xí)性二、主要造巖礦物和巖石在風(fēng)化帶中的穩(wěn)定性和習(xí)性 4、氧化硅礦物 石英、玉髓、蛋白石、鱗石英、方英石等，它們?cè)趬A性條件下會(huì)發(fā)生水解而溶解 。氧化硅的溶解度取決于溫度和PH值；尤其是石英在地表溫度下的溶解度極低，可見(jiàn)石英的化學(xué)穩(wěn)定性極高。 二、主要造巖礦物和巖石

12、在風(fēng)化帶中的穩(wěn)定性和習(xí)性二、主要造巖礦物和巖石在風(fēng)化帶中的穩(wěn)定性和習(xí)性 5、粘土礦物 這類礦物形成于地表?xiàng)l件下，故比較穩(wěn)定，其中以高嶺石最為穩(wěn)定，但在濕熱氣候條件下，經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化也可分解為氧化硅和氧化鋁。 6、碳酸鹽礦物 主要為方解石和白云石。它們的風(fēng)化主要表現(xiàn)為溶解作用，在富含CO2的水中極易溶解。 7、金屬硫化物 一般說(shuō)來(lái)抵抗風(fēng)化能力很低，其中以黃鐵礦和方鉛礦穩(wěn)定性較高，最弱的是閃鋅礦和輝銅礦。這些礦物在水和氧作用下變?yōu)榱蛩猁}，硫酸鹽進(jìn)一步在水和各種酸的作用下，形成難溶的氫氧化物或含氧鹽留在原地。 二、主要造巖礦物和巖石在風(fēng)化帶中的穩(wěn)定性和習(xí)性二、主要造巖礦物和巖石在風(fēng)化帶中的穩(wěn)定性和習(xí)性

13、8、重礦物 某些碎屑重礦物的穩(wěn)定性 二、主要造巖礦物和巖石在風(fēng)化帶中的穩(wěn)定性和習(xí)性二、主要造巖礦物和巖石在風(fēng)化帶中的穩(wěn)定性和習(xí)性 巖石是由礦物組成的，其風(fēng)化時(shí)的穩(wěn)定性取決于礦物成分。超基性巖和基性巖的主要成分為不穩(wěn)定的基性斜長(zhǎng)石和鐵鎂礦物，故易風(fēng)化；酸性巖主要由穩(wěn)定的石英、鉀長(zhǎng)石及酸性斜長(zhǎng)石組成，抗風(fēng)化能力就較高；而中性巖則介于兩者之間。沉積巖中的砂巖主要由穩(wěn)定的石英碎屑組成時(shí)，則以機(jī)械破碎為主；但如果長(zhǎng)石及其他巖屑含量很多時(shí)，抗風(fēng)化能力就要降低；粘土巖主要由粘土礦物組成，一般亦較穩(wěn)定，只在濕熱氣候條件下才發(fā)生分解；石灰?guī)r在干冷地區(qū)以機(jī)械破碎為主，在溫暖潮濕地區(qū)則以溶解為主。三、母巖風(fēng)化產(chǎn)物三

14、、母巖風(fēng)化產(chǎn)物沉積物的主要來(lái)源沉積物的主要來(lái)源 母巖遭受風(fēng)化后形成各種風(fēng)化產(chǎn)物，這實(shí)質(zhì)上是在地表?xiàng)l件下物質(zhì)發(fā)生重新分配、重新組合的過(guò)程。 母巖母巖風(fēng)化風(fēng)化產(chǎn)物產(chǎn)物碎屑物質(zhì)，這是母巖機(jī)械破碎的產(chǎn)物，這類物質(zhì)包括未遭受分解的礦物碎屑和巖石碎屑；不溶殘積物，這是母巖在分解過(guò)程中新生成的不溶物質(zhì)，粘土礦物和氧化鐵等，以粘土礦物為主；溶解物質(zhì)，這部分物質(zhì)呈溶液狀態(tài)被帶走，如K2O、Na2O、CaO、MgO等。 三、母巖風(fēng)化產(chǎn)物三、母巖風(fēng)化產(chǎn)物沉積物的主要來(lái)源沉積物的主要來(lái)源 這三類風(fēng)化產(chǎn)物也就構(gòu)成了最常見(jiàn)的三類沉積巖的基本物質(zhì)：碎屑物質(zhì)是陸源碎屑巖(礫巖、砂巖和粉砂巖)的主要成分；不溶殘積物中的粘土礦物是陸源沉積巖中泥質(zhì)巖的主