第三章沉積巖形成過(guò)程與結(jié)構(gòu)構(gòu)造正式

第四章沉積巖及其主要巖石沉積巖風(fēng)化作用侵蝕搬運(yùn)沉積沉積物成巖作用沉積巖——各類巖石的風(fēng)化產(chǎn)物和一些火山噴發(fā)物在外力作用(如搬運(yùn)、沉積、成巖等)下所形成的巖石。

沉積巖，以前也稱“水成巖”，但這一概念不甚準(zhǔn)確。沉積巖區(qū)別與火成巖和變質(zhì)巖特點(diǎn)是：沉積巖一般是成層的，且是外力作用成因的。但具有成層的巖石不一定全是沉積巖。沉積巖的分布廣泛，它在地殼上約占巖石總面積的四分之三。不過(guò)按體積說(shuō)，沉積巖卻只占巖石總體積的二十分之一?？梢?jiàn)，沉積巖存在的平均深度并不大，主要是分布在地殼的表層。沉積巖是重塑地球歷史和恢復(fù)古地理環(huán)境的重要依據(jù)。沉積巖中蘊(yùn)藏著豐富的礦產(chǎn)資源，如煤、石油、鐵、錳、鋁土、磷、石膏、鉀鹽、石灰石、可燃有機(jī)物等。因產(chǎn)生于沉積巖和積物中的礦床基本上是外動(dòng)力作用下形成的，所以叫外生礦床。洼地、盆地和海洋是沉積巖堆積的良好場(chǎng)所第一節(jié)沉積巖的形成過(guò)程一先成巖石的破壞(風(fēng)化作用和剝蝕作用)二搬運(yùn)作用三沉積作用四成巖作用一先成巖石的破壞作用

——風(fēng)化作用和剝蝕作用

(一)風(fēng)化作用巖石在地表或接近地表的地方，在溫度變化、水及水溶液的作用、大氣及生物作用等的影響下發(fā)生的破壞作用。風(fēng)化作用使地殼表層巖石崩裂、破碎、分解，同時(shí)也形成新環(huán)境條件下的新穩(wěn)定礦物。風(fēng)化作用分三種類型：

1、物理風(fēng)化作用

2、化學(xué)風(fēng)化作用

3、生物風(fēng)化作用

1、物理風(fēng)化作用

物理風(fēng)化作用是指使巖石發(fā)生機(jī)械破碎，而沒(méi)有顯著的化學(xué)成分變化的作用，又稱機(jī)械風(fēng)化作用。導(dǎo)致巖石發(fā)生物理風(fēng)化的方式主要有：(1)溫差風(fēng)化——日夜和季節(jié)溫度變化引起的巖石表里膨脹和收縮存在差異，產(chǎn)生垂直和平行于巖石表明的裂隙，層層剝落。典型例子：花崗巖的球狀化。(2)冰凍風(fēng)化——填充于巖石裂隙和孔隙中的水分因冰凍使巖石機(jī)械破碎，也稱冰劈作用。常見(jiàn)溫差變化較大地區(qū)，如高緯度、高海拔地區(qū)。。(3)層裂作用——處于地下深處的巖石初露地表后釋放巨大的靜壓力，體積膨脹，也稱卸荷裂隙。溫差風(fēng)化冰凍風(fēng)化層裂作用青藏高原東部地區(qū)花崗巖的物理風(fēng)化2化學(xué)風(fēng)化作用

化學(xué)風(fēng)化作用指地表或接近地表的巖石因與水溶液、氣體(氧氣、二氧化碳)等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而在原地不僅改變其物理狀態(tài)，而且也可改變其化學(xué)成分，發(fā)生化學(xué)分解，并可形成新礦物的作用。巖石經(jīng)過(guò)化學(xué)風(fēng)化作用，不僅原來(lái)成分要發(fā)生改變，而且會(huì)產(chǎn)生新的礦物?；瘜W(xué)風(fēng)化作用主要方式包括：氧化作用、水解作用、溶解作用、水化作用、碳酸化作用等。以氧化作用和水解作用表現(xiàn)最為突出。(1)氧化作用

巖石中礦物在氧的作用下，使其中低價(jià)元素轉(zhuǎn)變成高價(jià)元素，低價(jià)化合物轉(zhuǎn)變?yōu)楦邇r(jià)化合物，這種作用稱氧化作用。如Fe2＋氧化成Fe3+。在自然界中，由于空氣和水中或地下一定深度都含有大量的游離氧，因此，地殼表層的氧化作用普遍且強(qiáng)烈，易形成氧化帶。氧化帶的下界，稱氧界面，大致與地下潛水面的位置相當(dāng)。在氧界面之上進(jìn)行氧化作用，在之下進(jìn)行還原作用。最容易氧化的是含有低價(jià)鐵的硅酸鹽類礦物、如橄欖石、輝石、角閃石、黑云母等，其中低價(jià)鐵變?yōu)楦邇r(jià)鐵，顏色由黑變?yōu)榧t褐，同時(shí)礦物也就逐漸分解而破壞了。此外，低價(jià)氧化物和各種硫化物也易被氧化。2FeS2(黃鐵礦)+7O2+2H2O2FeSO4+2H2SO4(硫酸)4FeSO4+2H2SO4+O22Fe2(SO4)3+2H2O2Fe2(SO4)3+9H2O2Fe2O3·3H2O(褐鐵礦)+6H2SO4黃鐵礦褐鐵礦氧化帶氧化作用強(qiáng)烈的“老紅砂”氧化作用甚弱的海灘砂(2)水解作用

水解作用指礦物與水相遇，引起礦物分解并形成新礦物的作用。由于水中常有一部分水分子離解成為H+及OH-離子,從而使水具有酸性反應(yīng)或堿性反應(yīng),化學(xué)活動(dòng)性很強(qiáng)。各種強(qiáng)酸弱堿或弱酸強(qiáng)堿的鹽類礦物溶于水后也發(fā)生離解現(xiàn)象。其中的離解物與水中的H+或OH-離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。礦物中的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子很容易被水中的OH-離子所奪取，這樣原有礦物的結(jié)構(gòu)就被分解破壞了，同時(shí)形成一些新的礦物。實(shí)際上，各類硅酸鹽和其它鹽類都可在水解作用下發(fā)生分解和產(chǎn)生新的礦物。在不同的氣候條件特別是降水影響下，其水解作用的產(chǎn)物存在區(qū)別。(1)降水量少的地區(qū),水解作用可形成蒙脫石：3NaAlSi3O8(鈉長(zhǎng)石,albite)+2H2O+Mg2+2Na0.5Al1.5Mg0.5Si4O10(OH)2(蒙脫石,Smectite)+2Na++H4SiO40(2)降水量中等地區(qū),水解作用可形成高嶺石：2NaAlSi3O8(鈉長(zhǎng)石,albite)+2H2CO30+9H2O(l)2Na++2HCO3-+Al2Si2O5(OH)4(高嶺石,kaolinite)+4H4SiO40(3)降水量豐富地區(qū)，水解作用形成水鋁石：NaAlSi3O8(鈉長(zhǎng)石,albite)+H2CO30+7H2O(l)Na++HCO3-+Al(OH)3(水鋁石,gibbsite)+3H4SiO40此外，黑云母的水解作用，先形成高嶺石和無(wú)定形的氫氧鐵化物，之后氫氧鐵化物轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的針鐵礦：2K[Mg2Fe][AlSi3]O10(OH)2(黑云母,biotite)+10H++0.5O2+6H2OAl2Si2O5(OH)4(高嶺石,kaolinite)+2K++4Mg2++2Fe(OH)30(無(wú)定形氫氧化鐵,amorphousironoxide)+4H4SiO40

(3)水化作用(Hydration)

水化作用，也稱水合作用，指水分子以結(jié)構(gòu)水的形式直接參加到礦物中去，使某些礦物變?yōu)樾碌暮衔铩＜聪喈?dāng)于礦物將整個(gè)水分子吸入礦物內(nèi)，此時(shí)礦物化學(xué)結(jié)構(gòu)中多了水分子，造成體積膨脹，對(duì)巖石產(chǎn)生很大的壓力。如CaSO4(硬石膏)變成CaSO4.2H2O(石膏),體積增大30%，可以使周圍的巖石破壞。再如,Fe2O3(暗紅色的赤鐵礦)變成2Fe2O3·3H2O(黃褐色的褐鐵礦)等。(4)碳酸化作用

自然界很少有純水，水中常含有各種酸類(碳酸、硫酸、硝酸等),可加速對(duì)各種巖石的破壞作用，特別是含有碳酸的水對(duì)于巖石的破壞作用就更為普遍。一方面它可以增加水的溶解能力，因?yàn)樗泻蠧O2多,碳酸鹽就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹靥妓猁},而重碳酸鹽的溶解度要比碳酸鹽大十幾倍到幾十倍;另一方面它可以加速巖石的分解作用.這是因?yàn)樘妓岣梢詩(shī)Z取礦物中的K+、Na+、Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子形成各種碳酸鹽，破壞原來(lái)礦物的結(jié)構(gòu)。以正長(zhǎng)石為例：

CaCO3+H2O+CO2

Ca(HCO3)24K(AlSi3O8)()+4H2O+2CO22K2CO3+Al4(Si4O10)(OH)8+8SiO2

正長(zhǎng)石碳酸鉀高嶺石硅膠

MgSiO4(鐵鎂橄欖石,forsterite)+4H2CO30

2Mg2++4HCO3-+H4SiO40CaAl2Si2O8(鈣長(zhǎng)石,anorthite)+2H2CO30+H2O(l)Ca2++2HCO3-+Al2Si2O5(OH)4(kaolinite)2NaAlSi3O8(鈉長(zhǎng)石,albite)+2H2CO30+9H2O(l)2Na++2HCO3-+Al2Si2O5(OH)4(kaolinite)+4H4SiO402K[Mg2Fe]AlSi3O10(OH)2(黑云母,biotite)+10H2CO30+0.5O2+6H2OAl2Si2O5(OH)4(kaolinite)+4H4SiO40+2K++4Mg2++2Fe(OH)3(s)(ironhydroxide)+10HCO3-(5)溶解作用

溶解作用即水與巖石相遇,巖石中的礦物因溶解度不一發(fā)生不同程度的溶解作用。一般來(lái)說(shuō),K+、Na+等的氯化物>Ca2+、Mg2+的氯化物和硫酸鹽>Ca2+、Mg2+的碳酸鹽>Fe3+、Al3+、Si4+等的氧化物和硅酸鹽類。巖石受到溶解作用，溶解的物質(zhì)隨水流失，難溶的物質(zhì)則殘留于原地，同時(shí)孔隙度增加,為進(jìn)行物理化學(xué)風(fēng)化作用提供了有利條件。常見(jiàn)造巖礦物的溶解度大小順序?yàn)椋悍浇馐?gt;白云石>橄欖石>輝石>角閃石>斜長(zhǎng)石>鉀長(zhǎng)石>黑云母>白云母>石英。當(dāng)然,礦物的溶解度與水溫、壓力、CO2含量和pH值等有關(guān)。3生物風(fēng)化作用

生物風(fēng)化作用指由于生物的活動(dòng)而對(duì)巖石所產(chǎn)生的破壞作用。地球表層、大氣圈和水圈中都有生物存在,在其成才、新陳代謝和死亡過(guò)程中，都可引起巖石的破碎和分解,因此生物風(fēng)化作用是相當(dāng)普遍的。包括生物的物理風(fēng)化作用和生物的化學(xué)風(fēng)化作用。生物的物理風(fēng)化作用——引起巖石的機(jī)械破壞，如植物根系可以深入巖石裂縫生長(zhǎng)，劈開巖石，樹根生長(zhǎng)對(duì)于巖石的壓力可達(dá)10-15kg/cm2。穴居地下的蚯蚓、鼠類等，經(jīng)常挖掘洞穴把地下土壤翻到地面，破壞作用很大。

生物的化學(xué)風(fēng)化作用——引起巖石的化學(xué)分解，如定居在巖石表面的細(xì)菌、藍(lán)綠藻、苔蘚、地衣之類，經(jīng)常分泌出有機(jī)酸，分解巖石，吸取養(yǎng)料。菌類利用空氣中的氮制造硝酸等，也可以使巖石發(fā)生破壞。此外，植物死亡分解可以形成腐殖酸，這種酸分解巖石的能力也很強(qiáng)，并和礦物中的陽(yáng)離子結(jié)合成腐殖酸鹽，以膠體形式隨水流失。生物風(fēng)化作用的意義不僅在于它引起巖石的機(jī)械和化學(xué)破壞，而且特別在于它形成了一種既有礦物質(zhì)又有機(jī)質(zhì)共同存在的新物質(zhì)，這就是土壤。4影響風(fēng)化作用的因素

化學(xué)風(fēng)化作用的速度也決定于巖石性質(zhì)和外界條件，特別是氣候條件,巖石的性質(zhì)不同，風(fēng)化速度也不一樣。巖性與化學(xué)風(fēng)化的關(guān)系:(1)首先是各種造巖礦物的物理化學(xué)性質(zhì)不同，因而抵抗風(fēng)化的能力也有差異，例如石英是最穩(wěn)定礦物，在風(fēng)化過(guò)程中幾乎不發(fā)生分解，只有機(jī)械破碎，所以形成大量石英砂；白云母抵抗風(fēng)化能力也較大，不易分解；各類長(zhǎng)石礦物在地殼中分布最廣，占到60％左右，在化學(xué)風(fēng)化作用下，極易分解，其中K、Na、Ca等陽(yáng)離子極易形成可溶鹽類而溶失，而其中Al2O3、SiO2等成分則形成不溶的次生礦物，如高嶺石、鋁土、燧石、蛋白石、玉髓等殘留下來(lái)。至于橄欖石、輝石、角閃石、黑云母等鐵鎂礦物，也特別容易分解，其中Ca、Mg等常形成可溶鹽類后溶失，而其中FeO、Al2O3、SiO2等則常形成褐鐵礦、高嶺土、鋁土、燧石、蛋白石、玉髓等不溶的次生礦物。赤鐵礦鋁土礦鈉長(zhǎng)石角閃石輝石主要造巖礦物的抗風(fēng)化強(qiáng)度根據(jù)實(shí)驗(yàn)推算的礦物的風(fēng)化速率鈣長(zhǎng)石霞石透輝石頑輝石鈉長(zhǎng)石鐵鎂橄欖石(1)石英:主要的造巖礦物,在風(fēng)化作用中穩(wěn)定性極高,它幾乎不發(fā)生化學(xué)溶解作用,只發(fā)生機(jī)械破碎作用。

(2)云母:白云母抗風(fēng)化能力較強(qiáng)。白云母在風(fēng)化過(guò)程中,主要是析出鉀和加入水,先變成水白云母,最后變?yōu)楦邘X石。黑云母的抗風(fēng)化能力比白云母差得多,黑云母遭受風(fēng)化后,鉀、鎂等成分首先析出,同時(shí)加入水,轉(zhuǎn)變?yōu)轵问?、綠泥石、褐鐵礦等。

(3)橄欖石、輝石、角閃石等鎂硅酸鹽礦物抗風(fēng)化能力低,其在風(fēng)化產(chǎn)物中保留較少,故在沉積巖中較少見(jiàn)。

(4)各種粘土礦物(如高嶺石、蒙脫石、水云母等)在風(fēng)化帶中相當(dāng)穩(wěn)定。

(5)各種碳酸鹽礦物如方解石、白云石等,風(fēng)化穩(wěn)定性甚小,極易溶于水并順?biāo)D(zhuǎn)移。

(6)各種硫酸鹽礦物(如石膏、硬石膏)、硫化物礦物(如黃鐵礦)、鹵化物礦物(如石鹽)等,風(fēng)化穩(wěn)定性最低,最易溶于水,呈溶液狀態(tài)流失走。

(7)重礦物:風(fēng)化穩(wěn)定性的差別很大,如鋯石、金紅石、電氣石等較穩(wěn)定,為沉積巖中常見(jiàn)的穩(wěn)定重礦物。風(fēng)化過(guò)程中元素的遷移順序

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。各種元素在特定的風(fēng)化條件下遷移能力是不一樣的，因而造成各種元素按一定順序從母巖中分離出來(lái)——即元素的風(fēng)化分異。前蘇聯(lián)學(xué)者雷波諾夫（1934）首先根據(jù)河水中元素的含量與該河流域的巖石中相應(yīng)元素的含量相比較的辦法，了解各種元素遷移的相對(duì)活動(dòng)性，并得出了元素遷移序列。影響造巖礦物風(fēng)化穩(wěn)定性的因素(1)與它們的結(jié)晶溫度有關(guān)——在巖漿巖的主要造巖礦物中，橄欖石結(jié)晶溫度最高，其風(fēng)化穩(wěn)定性最低，最易被風(fēng)化破壞掉。輝石、角閃石、黑云母的結(jié)晶溫度依次降低，而它們的風(fēng)化穩(wěn)定性卻依次增高?；孕遍L(zhǎng)石、中性斜長(zhǎng)石、酸性斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石的結(jié)晶溫度也依次降低，它們的風(fēng)化穩(wěn)定性也依次增高。石英的結(jié)晶溫度最低，故其搞風(fēng)化能力最強(qiáng)。(2)與其化學(xué)成分的化學(xué)活潑性(主要是在水中的溶解能力)有關(guān)

(3)與其晶體構(gòu)造特征及化學(xué)鍵強(qiáng)度有關(guān)

其次，三大類巖石的形成條件不同，因而抵抗風(fēng)化的能力也不同。巖漿巖和變質(zhì)巖主要是在高壓高溫條件下形成的，所以在地表常壓常溫條件下極易產(chǎn)生變化；沉積巖主要是在地表?xiàng)l件下形成的，組成的礦物比較穩(wěn)定，所以抵抗化學(xué)風(fēng)化能力較強(qiáng)。例如花崗巖、片麻巖的露頭多呈疏松分解狀態(tài)，而砂巖等露頭則常常良好。巖石的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造也影響風(fēng)化速度，如粒狀結(jié)構(gòu)巖石比致密巖石在物理風(fēng)化作用下容易產(chǎn)生裂隙，從而可以提供水的滲透條件和促進(jìn)化學(xué)分解。雖然巖石本身具有不同的抵抗化學(xué)風(fēng)化的性質(zhì)，但不管什么巖石必須在一定條件下才能迅速進(jìn)行分解。水和溫度是最重要的條件。溫度可以影響化學(xué)系統(tǒng)的活動(dòng)性，溫度每升高10C，化學(xué)反應(yīng)速度便增加為原來(lái)的2—3倍。因此，化學(xué)風(fēng)化作用在炎熱而潮濕的氣候條件下最為顯著，但干旱區(qū)則有不同5巖石的風(fēng)化產(chǎn)物

任何暴露地表的巖石和礦物，都不可避免地要遭受風(fēng)化作用的破壞，母巖的風(fēng)化產(chǎn)物可歸納為三大類：(1)碎屑物質(zhì)——包括受風(fēng)化作用影響很小或受風(fēng)化作用而未完全分解的巖石碎屑和礦物碎屑，其構(gòu)成了沉積巖中碎屑巖類的主要成分。

巖石碎屑如以物理風(fēng)化作用為主的被破碎的大小不等的巖塊。巖石碎屑可反映沉積物的物質(zhì)來(lái)源。

礦物碎屑中最常見(jiàn)的為化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、抗風(fēng)化能力石英和白云母，以及鋯石、磁鐵礦、鈦鐵礦、金紅石、石榴子石、電氣石、獨(dú)居石等。在干旱氣候條件下，也可以見(jiàn)到長(zhǎng)石碎屑。石英巖碎屑以石英礦物為主的石英沙礫鋯石(zircon)

鋯石(Zircon)是硅酸鹽類礦物(Zr[SiO4])，晶體呈短柱狀或四方柱、四方雙錐或復(fù)四方雙錐的聚形。有金剛光澤，無(wú)解理，摩氏硬度7.5-8，比重4.4-4.8。顏色多種(如紅、黃、橙、褐、綠或無(wú)色透明)，無(wú)色透明者常當(dāng)作為寶石的替代品，舊稱“鋯石英”或“風(fēng)信子石”。鋯石常以副礦物廣泛存在于酸性火成巖中，變質(zhì)巖和沉積巖中也有。其化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，因此常富集于河流的沙礫中。獨(dú)居石(Monazite)“獨(dú)居石”名字源于其經(jīng)常以單斜晶體存在，屬一種含有鈰和鑭的磷酸鹽礦物(稀土礦物)，化學(xué)通式(Ce,Y,La,Th)PO4。顏色呈棕紅、黃、褐黃，有油脂光澤；板狀或柱狀的單斜晶系，晶面常有條紋；解理完全，摩斯硬度5-5.5，比重4.9-5.5。因成分中含鈾、釷元素，具一定放射性，其會(huì)放射釷-232，之后會(huì)吸收慢中子變成鈾-233(鈾-233可作核燃料)；也可合成钚-239，被用在核子反應(yīng)爐或核武器中。但通常量很低，國(guó)外常作寶石收藏。獨(dú)居石常以副礦物產(chǎn)于火成巖和變質(zhì)巖(花崗巖及花崗偉晶巖;稀有金屬碳酸巖;云英巖、石英巖；云霞正長(zhǎng)巖、堿性正長(zhǎng)偉晶巖；阿爾卑斯型脈；混合巖）以及各類風(fēng)化殼和砂礦，特別是沖積型或海濱型砂礦床中。(2)溶解物質(zhì)——主要是化學(xué)風(fēng)化和生物化學(xué)風(fēng)化的產(chǎn)物。巖石中K、Na、Ca、Mg等陽(yáng)離子，與水溶液中的CaCO3、Cl、OH、SO4等陰離子結(jié)合，形成碳酸鹽、氧化物、氫氧化物、硫酸鹽等以真溶液或膠體的形式隨水遷移流失。這些物質(zhì)在一定的條件下沉積下來(lái)，構(gòu)成了沉積巖中化學(xué)巖的主要成分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年由河流搬運(yùn)入海的CaCO3達(dá)55800萬(wàn)噸，河流搬運(yùn)入海的SiO2約為32000萬(wàn)噸。(3)難溶物質(zhì)——當(dāng)其它比較活潑的元素先后被帶走之后，巖石中的SiO2、Al2O3、Fe2O3等相對(duì)不活潑的成分，除在特定條件下(如強(qiáng)酸或強(qiáng)堿條件下以膠體溶液形式)一部分遷移流失外，大部分在原地或近源相對(duì)富集起來(lái)，形成赤鐵礦、褐鐵礦、針鐵礦、高嶺石、蒙脫石、伊利石、綠泥石、水鋁石、軟錳礦等不溶的次生礦物。這些物質(zhì)是構(gòu)成沉積巖中粘土巖及其它巖類的成分。6巖石風(fēng)化產(chǎn)物的綜合體現(xiàn)——?dú)埛e物

地表巖石經(jīng)長(zhǎng)期風(fēng)化作用后，由物理風(fēng)化形成的碎屑物質(zhì)、由化學(xué)風(fēng)化形成的難溶物質(zhì)以及由生物風(fēng)化形成的土壤等這些風(fēng)化作用的綜合產(chǎn)物，在一定條件下殘留于原地，形成松散的堆積物，稱殘積物。殘積物的成分取決于母巖的成分，如花崗巖風(fēng)化后的殘積物通常以石英砂粒為主，長(zhǎng)石風(fēng)化的殘積物以高嶺土或粘土為主，黑云母常風(fēng)化成褐鐵礦等。殘積物的厚度取決于地形、氣候、母巖等。地形平緩的山麓、山坡以及平坦的山頂常形成較厚的沉積物。

殘積物的辨別特征：與母巖直接接觸，即下伏母巖，兩者呈過(guò)渡關(guān)系；風(fēng)化程度自上而下由深變淺；其中的碎屑物多具棱角，分選不好(顆粒大小不均勻)，層理不清。7風(fēng)化殼

巖石的風(fēng)化作用過(guò)程因時(shí)因地而異，但其風(fēng)化作用的總方向一致，即使巖石徹底分解以適應(yīng)地表環(huán)境下呈穩(wěn)定的狀態(tài)。一般包括以下步驟:(1)巖石遭受物理風(fēng)化而機(jī)械破碎;(2)巖石中Cl、S、K、Na、Ca、Mg等易溶元素的溶失;(3)難溶的Si、Al、Fe的富集，并合成高嶺土等粘土礦物(稱高嶺土化作用);(4)粘土礦物的進(jìn)一步分解，失去SiO2，使Al、Fe更加富集，并分別形成鋁土和鐵礦，使殘積物染成磚紅色(稱磚紅土化作用)。因此,在適當(dāng)氣候和地形條件下，發(fā)育良好的風(fēng)化殼在垂直剖面上表現(xiàn)為清楚的分帶性,自下而上風(fēng)化程度越來(lái)越深。

概念：指地表表層在風(fēng)化作用下，形成一層不連續(xù)地覆蓋于基巖之上的薄的殘積物外殼。風(fēng)化殼的垂直分層

自上而下，風(fēng)化殼可分為：①、表層為富含腐殖質(zhì)的土壤層，下為腐殖質(zhì)較多的亞壤層。②、磚紅土殘積層；、粘土層或高嶺土殘積層；④、碎石角礫殘積層；⑤、未經(jīng)風(fēng)化的基巖。

殘積物與風(fēng)化殼有時(shí)是等同概念，此時(shí)的風(fēng)化殼通常就是多層殘積層。但由于風(fēng)化殼還有其它成因，有時(shí)兩者是有區(qū)別的。殘積物和“風(fēng)化殼”殘積物“第四紀(jì)沉積物”風(fēng)化殼的類型1、巖屑型風(fēng)化殼——主要由具棱角的巖屑組成，自上而下由細(xì)變粗并逐漸過(guò)渡到母巖。該類主要是寒冷氣候條件下的物理風(fēng)化作用形成的。如以凍融風(fēng)化為主的高緯、高山凍原帶。

因氣候和其它條件因地不同，各風(fēng)化殼的風(fēng)化作用的方式、強(qiáng)度不一，因而形成了不同的風(fēng)化殼類型。大致可分為四類：2、硅鋁—硫酸鹽或碳酸鹽型風(fēng)化殼——該類風(fēng)化殼厚度較小,多發(fā)生于干早、半干旱的荒漠或草原地帶,以溫差風(fēng)化為主,化學(xué)風(fēng)化作用較弱,K、Na、Ca、Mg等活動(dòng)性強(qiáng)的元素以易溶鹽類(Cl-、HCO-等)形式淋失,而較難溶的硫酸鹽或碳酸鹽則富集于風(fēng)化殼中,使其呈灰黃至至黃色。因此,常可在此見(jiàn)到薄膜狀或分散狀碳酸鈣(方解石)、石膏和鹵化物。3、硅鋁粘土型風(fēng)化殼——該類風(fēng)化殼厚度較大,有時(shí)可達(dá)數(shù)十米,多形成于溫暖濕潤(rùn)的氣候條件下，以處于中期階段的化學(xué)風(fēng)化作用為主。巖石中的K、Na、Ca、Mg等活動(dòng)性較高的元素已全部被析出，Si也大量被析出遷移，水溶液呈酸性，使硅酸鹽和鋁硅酸鹽分解，進(jìn)而形成高嶺石、蒙脫石等粘土礦物，并形成少量次生氧化鐵和氧氧化鐵礦物，使整個(gè)剖面被染成棕紅色至棕黃色、褐黃色等。4、鐵鋁土型風(fēng)化殼——該類風(fēng)化殼厚度很大,可達(dá)百米,多形成于濕熱氣候條件下,處于化學(xué)風(fēng)化作用晚期,母巖分解徹底，可遷移元素早已全部被淋失，硅酸鹽、鋁硅酸鹽礦物全部被分解，SiO2含量也大為降低，以Al、Fe的氧化物為主，即以鋁土礦、赤鐵礦、褐鐵礦等呈皮殼狀、豆?fàn)睢⑼哥R狀、分散狀等多種方式沉淀在風(fēng)化殼中。其因高價(jià)鐵染成紅色—磚紅色。

上述四種類型基本上代表了從寒溫帶、溫帶－暖溫帶、亞熱帶、熱帶的氣候條件下的風(fēng)化殼類型。若在同一氣候條件下，母巖的性質(zhì)對(duì)風(fēng)化殼的發(fā)育程度、階段等具有極其重要的影響。

可溶性巖石(石灰?guī)r、白云巖、大理巖、石膏等)由于溶解物大部分被水介質(zhì)搬運(yùn)走,只有母巖中原有的粘土、鐵、鋁等雜質(zhì)聚集成殘積粘土層?；◢弾r含有較多的硅鋁，含鈣少,風(fēng)化時(shí)可較快達(dá)到硅鋁階段,其風(fēng)化殼富含石英、高嶺石。

玄武巖含鈣多,其富鈣階段比花崗巖長(zhǎng),殘積物中含較多碳酸鈣白色薄膜。橄欖巖等超基性巖含鐵量高，在硅鋁化階段就能生成含褐鐵礦、針鐵礦和水赤鐵礦等。頁(yè)巖、板巖、千枚巖等缺乏鈣質(zhì)，一開始就進(jìn)入硅鋁階段,形成粘土殘積層。石英巖抗化學(xué)風(fēng)化能力極強(qiáng)．一般只受物理風(fēng)化而形成石英砂。(二)剝蝕作用

剝蝕作用指巖石遭受風(fēng)化之后，給流水、地下水、冰川和海洋等對(duì)巖石的破壞提供了有利的條件；各種外力在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下對(duì)地面巖石及風(fēng)化產(chǎn)物的破壞作用。從外力的類型看，包括風(fēng)的吹蝕作用、流水的侵蝕作用、地下水的潛蝕作用、海水的海蝕作用、冰川的冰蝕作用等。從剝蝕作用的性質(zhì)來(lái)看，分為機(jī)械剝蝕作用和化學(xué)剝蝕作用兩種方式。1機(jī)械剝蝕作用

機(jī)械剝蝕作用主要指風(fēng)、流水、冰川、海洋等都對(duì)巖石或地表物質(zhì)的機(jī)械破壞作用。

(1)風(fēng)的吹蝕作用和磨蝕作用——吹起地表風(fēng)化碎屑和松散巖屑，同時(shí)也攜帶巖屑磨蝕巖石。

(2)流水的剝蝕作用和磨蝕作用——大陸面積90％都處于流水剝蝕作用下,同時(shí)攜帶的巖屑磨蝕巖石。流水的動(dòng)能決定于流水的質(zhì)量m和它的流速v(=0.5mv2)。

(3)冰川的創(chuàng)蝕作用——大陸10％的地區(qū)分布著冰川。厚100m冰川的底部巖石就要承受90000-96000kg/m2的壓力。運(yùn)動(dòng)的冰川可以破壞冰川谷底和谷壁的巖石。

(4)海水的海蝕作用——全世界還有26萬(wàn)千米的海岸線，海水不斷地破壞著海岸。海浪打擊巖石可以產(chǎn)生38t/m2的壓力。這樣巨大的力量一面破壞巖石變成碎屑，一面再以碎屑為工具再加速地破壞著巖石。

水流的磨蝕風(fēng)力的磨蝕2化學(xué)剝蝕作用

化學(xué)剝蝕作用指除風(fēng)和冰川外，流水(地表水和地下水)、海洋、湖泊、海洋等對(duì)進(jìn)行著以溶解等方式為主的化學(xué)剝蝕作用，也稱溶蝕作用。在分布石灰?guī)r、白云巖的地區(qū)，這種作用相當(dāng)顯著，通稱為喀斯特作用或巖溶作用。

剝蝕作用和風(fēng)化作用的關(guān)系——?jiǎng)兾g作用和風(fēng)化作用都是外力破壞作用。但風(fēng)化作用是相對(duì)靜止地對(duì)巖石起破壞作用。而剝蝕作用是流動(dòng)著的物質(zhì)對(duì)地表巖石起破壞作用。巖石風(fēng)化之后便于進(jìn)行剝蝕，而巖石風(fēng)化產(chǎn)物被剝蝕后又便于繼續(xù)風(fēng)化。二者相互依賴，相互促進(jìn)，不斷地為沉積巖提供充足的物質(zhì)來(lái)源。二搬運(yùn)作用階段

搬運(yùn)作用指風(fēng)化作用和剝蝕作用的產(chǎn)物被流水、冰川、海洋、風(fēng)、重力等轉(zhuǎn)移,離開原來(lái)位置的作用。包括機(jī)械搬運(yùn)和化學(xué)搬運(yùn),碎屑物質(zhì)和粘土物質(zhì)以機(jī)械搬運(yùn)為主,而膠體和溶解物質(zhì)以膠體和真溶液形式進(jìn)行搬運(yùn)。機(jī)械搬運(yùn)作用含風(fēng)、流水、冰川、海洋、重力等。

化學(xué)搬運(yùn)作用指除風(fēng)、冰川等外,流水、湖、海等還進(jìn)行著化學(xué)搬運(yùn)作用。包括兩種方式:一種是以真溶液形式搬運(yùn),搬運(yùn)物質(zhì)主要來(lái)源于巖石風(fēng)化和剝蝕產(chǎn)物中的Ca、Na、K、Mg等可溶鹽類(其中K易被植物吸收或粘土吸附,搬運(yùn)距離較小),如CaCO3、CaSO4、NaCl、MgCl等;一種是以膠體溶液形式搬運(yùn),搬運(yùn)物質(zhì)主要來(lái)源于巖石風(fēng)化和剝蝕產(chǎn)物中的Fe、Mn、Al、Si等所形成的膠體物質(zhì)和不溶物質(zhì)。據(jù)克拉克計(jì)算，每年通過(guò)河流化學(xué)搬運(yùn)入海的物質(zhì)總量為27億多噸，占全部沉積物質(zhì)的8％。化學(xué)搬運(yùn)的物質(zhì)是組成化學(xué)巖的基本物質(zhì)。機(jī)械搬運(yùn)作用

機(jī)械搬運(yùn)作用對(duì)碎屑物質(zhì)起兩種明顯的作用:(1)分選(異)作用，主要表現(xiàn)在顆粒大小隨著搬運(yùn)距離遠(yuǎn)近出現(xiàn)有規(guī)律的變化,即碎屑礫順著搬運(yùn)方向逐漸變小。(2)磨圓作用是指碎屑在搬運(yùn)過(guò)程中互相磨擦失去棱角變圓的作用。碎屑的磨圓度和搬運(yùn)距離以及碎屑本身的大小、比重、軟硬等有關(guān)。一般地講，顆粒大、比重大、硬度大,搬運(yùn)距離長(zhǎng)的,磨圓度較好;反之,則磨圓度較差。搬運(yùn)介質(zhì)對(duì)于分異作用及磨圓作用有很密切的關(guān)系。流水、風(fēng)、海水等可以產(chǎn)生良好的分異作用和磨圓作用，特別是海水搬運(yùn)可以反復(fù)進(jìn)行，風(fēng)向可經(jīng)常變化，往往比單一方向的流水有更好的分異作用和磨圓作用(如海砂比河砂純凈,磨圓度高);而冰川及重力搬運(yùn)，則一般沒(méi)有分異作用和磨圓作用,碎屑大小混雜,多具棱角。1、風(fēng)的機(jī)械搬運(yùn)作用——主要在干旱及半干旱地區(qū)和濱海地區(qū)。一般說(shuō)來(lái)，細(xì)小的碎屑(<0.05mm)呈懸浮狀態(tài)搬運(yùn),即浮運(yùn);而粗大的碎屑(0.05-2mm)則沿地表滾動(dòng)、滑動(dòng)或跳躍式前進(jìn)，也就是底運(yùn)。所謂飛砂走石，恰當(dāng)描繪了風(fēng)的搬運(yùn)情景。風(fēng)的分選(異)作用，即依風(fēng)速、風(fēng)力大小對(duì)碎屑顆粒按大小、形狀、比重等進(jìn)行自然分異，使其堆積的顆粒大致均等。如我國(guó)西北的戈壁－沙漠－黃土的排列。風(fēng)的磨圓作用，即碎屑在搬運(yùn)途中相互沖撞摩擦，顆粒形態(tài)逐漸圓化。2、重力機(jī)械搬運(yùn)——碎屑物質(zhì)在重力作用下，沿斜坡由高向低移動(dòng)。這種作用在有山崩、滑坡、泥石流處表現(xiàn)尤為明顯。在重力影響下沿斜坡移動(dòng)的碎屑物質(zhì)分選不好，多具棱角。

據(jù)R.A.拜格諾和Pye等研究，風(fēng)沙運(yùn)動(dòng)依風(fēng)力、顆粒大小和質(zhì)量的不同,可分為懸移、躍移和表層蠕移等形式。野外風(fēng)沙實(shí)驗(yàn)和觀察證實(shí),以躍移為最主要，且大多數(shù)風(fēng)沙顆粒躍移的高度都<2m,以0~20cm最為集中。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)一步表明，>500μm的沙粒都是以蠕移方式運(yùn)動(dòng)；500~70μm的顆粒呈躍移,其中100~150μm的細(xì)砂粒級(jí)最易以躍移方式運(yùn)動(dòng)，100~70μm為變性躍移;70~20μm的顆粒以短期懸浮為主；<20μm的顆?？梢蚤L(zhǎng)期懸浮被搬運(yùn)至較遠(yuǎn)距離。Tsoar和Pye通過(guò)計(jì)算得出:中等風(fēng)暴條件下(u=15m/s),>20μm的粉塵顆粒不大可能被搬運(yùn)到離源區(qū)30km以外，<10μm的顆粒則可能被搬運(yùn)到數(shù)千千米之遠(yuǎn)。3、流水的機(jī)械搬運(yùn)——其對(duì)碎屑物質(zhì)同樣起到分選作用和磨圓作用。也可分為浮運(yùn)(懸浮)和底運(yùn)，底運(yùn)又可分為滾動(dòng)、滑動(dòng)及跳動(dòng)等方式。搬運(yùn)方式主要決定于顆粒大小、比重大小和碎屑的球度。顆粒小、比重小、球度低的碎屑，多以懸浮狀態(tài)搬運(yùn)；而顆粒大、比重大、球度高的碎屑，容易沿水底滾動(dòng)或滑動(dòng)前進(jìn)，有時(shí)跳動(dòng)前進(jìn)。流水的搬運(yùn)能力與流速有關(guān)(礫石V=cV6或一般沉積物cV4)。因此,水流速度越大,則搬運(yùn)力越強(qiáng)，搬運(yùn)的碎屑物質(zhì)粗大而且量多;流速越小,則搬運(yùn)力越弱,搬運(yùn)的碎屑物質(zhì)少而且細(xì)小。粗大、比重大的碎屑物搬運(yùn)得較近，細(xì)小、比重小的碎屑物搬運(yùn)得較遠(yuǎn),流水機(jī)械搬運(yùn)量以浮運(yùn)量為最大，在平原地區(qū)底運(yùn)物質(zhì)一般不超過(guò)浮運(yùn)量的10%，在山區(qū)可能達(dá)到30%~40%。

4、冰川的機(jī)械搬運(yùn)——冰是一種固體物質(zhì)，其搬運(yùn)能力及搬運(yùn)量并不受流動(dòng)速度及碎屑大小的影響，因此冰川具有很大的搬運(yùn)能力。冰川搬運(yùn)的大量碎屑物質(zhì),主要來(lái)自兩方面:一部分是從山坡滾落到冰川上的碎屑;一部分是冰川本身進(jìn)行剝蝕的產(chǎn)物。它們往往大小混雜地固結(jié)于冰川之中，隨冰川流動(dòng)而被載運(yùn)前進(jìn)。當(dāng)冰川融化時(shí)，碎屑便堆積下來(lái)。因此，碎屑物的特點(diǎn)是未經(jīng)分選和未受機(jī)械磨蝕圓化，這是冰磧物不同于流水、風(fēng)、湖和海沉積物之點(diǎn)。

5、海洋的機(jī)械搬運(yùn)——海洋具有強(qiáng)大搬運(yùn)力,其搬運(yùn)物質(zhì)大部分是從大陸上河流搬運(yùn)來(lái)的,部分來(lái)源于海水對(duì)海岸的侵蝕。主要方式有海浪、潮汐、海流和濁流。海浪是風(fēng)作用于海面引起的。其機(jī)械作用力隨著海水加深而遞減。在海面以下20m地方只相當(dāng)表面海浪作用的1/5,在50m深的地方則只相當(dāng)表面的1/50,大約在200m深的地方,已經(jīng)達(dá)到波浪作用的極限。因此,海浪搬運(yùn)作用的范圍僅僅是靠近海岸的淺海地區(qū)。

海流一般只能從淺?；虬肷詈５装徇\(yùn)細(xì)小淤泥和懸浮物質(zhì),但搬運(yùn)距離很遠(yuǎn)，可以達(dá)到幾千千米以上。潮汐具很大搬運(yùn)力,但只在海岸線一帶搬運(yùn)碎屑物。

濁流是指地震、海底火山爆發(fā)、河流洪水、海嘯、大風(fēng)浪等可以攪動(dòng)海底泥砂，使海底斜坡(如大陸坡)失去平衡，使其上沉積物順坡下滑,形成一種穩(wěn)定或陣發(fā)性的含大量泥砂和懸浮物質(zhì)的高密度混濁水流。濁流可以把近岸海底的陸源物質(zhì)搬運(yùn)到遠(yuǎn)距離的深海地區(qū)。三沉積作用

沉積作用指母巖風(fēng)化和剝蝕的產(chǎn)物在外力的搬運(yùn)途中，由于水流速度或風(fēng)速、冰川融化以及其它物理?xiàng)l件的改變，使外力的搬運(yùn)能力減弱，導(dǎo)致被搬運(yùn)的物質(zhì)逐漸沉積。按發(fā)生地點(diǎn)分為海洋沉積(濱海、近海、半深海和深海)和大陸沉積(河流、湖泊、沼澤、冰川)。沉積作用按其沉積方式分為機(jī)械沉積作用、化學(xué)沉積作用和生物沉積三種。（一）機(jī)械沉積作用

機(jī)械沉積作用是在碎屑的重力大于水流、風(fēng)的搬運(yùn)力時(shí)，便先后沉積下來(lái)。由于流水的流速、流量不定，碎屑本身的大小、形狀、比重不同，故沉積順序有先后之分。從碎屑大小上看，最先沉積的是顆粒粗大的碎屑，依次過(guò)渡到最小的碎屑；從碎屑比重上看，比重大的顆粒沉積先于比重小的顆粒。這樣，在沉積的過(guò)程中，使原來(lái)粗、細(xì)、輕、重混雜在一起的物質(zhì)，按一定順序依次沉積下來(lái)，這種作用稱機(jī)械沉積分異作用。這種作用的結(jié)果使沉積物按照礫石一砂一粉砂一粘土的順序，沿搬運(yùn)的方向，形成有規(guī)律的帶狀分布，因此，沉積物固結(jié)后分別形成礫巖、砂巖、粉砂巖和粘土巖。但必須指出，自然界影響分異的因素很多，如流速變化、支流匯入、地形起伏以及風(fēng)化速度變化等，因而常常造成分異過(guò)程錯(cuò)綜復(fù)雜的現(xiàn)象。冰川的機(jī)械沉積作用

第一,冰川沉積沒(méi)有分異作用,形成的冰磧物顆粒大小混雜,層理不清楚;山地冰川在其形成過(guò)程中可以形成“U”形谷。若泥和礫混在一起,稱為泥礫。有時(shí)冰川能搬運(yùn)巨大的石塊,體積可達(dá)到幾千立方米,稱為冰川漂礫。第二,冰磧碎屑大部分都未經(jīng)磨圓作用,帶有棱角。有時(shí)冰磧石上帶有釘子頭狀長(zhǎng)條擦痕,稱冰川擦痕。第三，當(dāng)冰川前端融化，或在冰川底部流出水流時(shí)，則具有一部分流水沉積的特征，稱為冰水沉積。如果冰川前端匯水成湖，在湖中經(jīng)常沉積著細(xì)泥。春夏之際,融水較多,沉積物稍粗,有機(jī)質(zhì)多,顏色略深;秋冬之際,融水較少,沉積物稍細(xì),有機(jī)質(zhì)少,顏色略淺,冬季冰川不再融化,沉積也暫告中斷。如此周而復(fù)始，便形成薄層的、條帶狀的、有節(jié)奏的沉積物，稱為紋泥。根據(jù)紋泥可以計(jì)算冰川活動(dòng)的年齡。（二）化學(xué)沉積作用1、膠體溶液沉積——膠體顆粒極小(<0.001mm)，一般不受重力作用影響,搬運(yùn)很遠(yuǎn),沉積很慢。同時(shí),膠體質(zhì)點(diǎn)帶有電荷,如Al2O3、Fe2O3、CaCO3、MgCO3等帶有正電荷,稱正膠體;SiO2、MnO2、粘土、腐殖質(zhì)等帶有負(fù)電荷,稱負(fù)膠體。在一定介質(zhì)中帶有相同電荷的膠體質(zhì)點(diǎn)由于互相排斥,可以長(zhǎng)時(shí)間保持懸浮狀態(tài)。但當(dāng)膠體溶液中加入一定量不同名的電解質(zhì)時(shí),即發(fā)生中和作用,并在重力影響下引起膠體沉淀。如在海岸地帶,攜帶膠體的大陸淡水與富含電解質(zhì)的海水混合時(shí)，常發(fā)生膠體沉淀。許多淺海相的沉積鐵礦、錳礦多是這樣形成的。在河?？诮粫?huì)處,常形成鹽楔。此外，在干燥氣侯條件下，膠體溶液因蒸發(fā)脫水也可引起沉淀。2真溶液沉積

溶解于水中的物質(zhì)是多種多樣的，由于溶解質(zhì)的溶解度不同，以及溶液的性質(zhì)、溫度、PH值等因素的影響，真溶液物質(zhì)沉積也有先后遠(yuǎn)近的順序，這種作用叫化學(xué)沉積分異作用。一般說(shuō)來(lái),淺海地區(qū)的化學(xué)沉積分異規(guī)律大致依次為：即氧化物(Fe2O3、MnO2、SiO2)、鐵的硅酸鹽(海綠石等)、碳酸鹽(CaCO3、CaMg[CO3]2)、硫酸鹽(CaSO4)和鹵化物(NaCl、KCl和MgCl2)。即:(1)處于膠體狀態(tài)的氧化鐵和氧化錳因受含電解質(zhì)的海水的影響首先沉積下來(lái),并常形成有價(jià)值的礦產(chǎn)。但錳的沉積往往比鐵離岸遠(yuǎn)一些,因此常是氧化鐵與砂共生,而氧化錳往往與泥質(zhì)沉積物在一起。

(2)在鐵錳氧化物析出后,大量的呈膠體狀態(tài)的SiO2即沉淀下來(lái),此外還有部分SiO2可游離到遠(yuǎn)海地方,與氧化鐵化合成鐵的硅酸鹽(海綠石)，因此海綠石是代表淺海環(huán)境的典型礦物。(3)繼SiO2沉積之后,碳酸鹽類開始沉積,依次形成石灰?guī)r、白云巖等。在石灰?guī)r和白云巖中幾乎不包含碎屑物質(zhì)。這說(shuō)明碳酸鹽的沉積是在機(jī)械分異作用基本結(jié)束之后進(jìn)行的。

(4)最后是石膏、硬石膏等硫酸鹽和鹵化物(巖鹽、鉀鹽、鎂鹽)由于溶解度最大，在海水中停留的時(shí)間最久。除非在海水變淺和強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用下才有沉積的可能，所以是化學(xué)分異作用的后期產(chǎn)物。我國(guó)一些內(nèi)陸湖泊也有時(shí)具有如海洋的化學(xué)沉積分異作用。其中一些鹽湖沉積孕育了豐富的外生礦床。其堆積發(fā)生階段可以巴丹吉林沙漠的湖泊為例。機(jī)械沉積分異作用和化學(xué)沉積分異作用合稱沉積分異作用。上述作用只是沉積巖和沉積礦產(chǎn)形成和分布的一般規(guī)律。(三)生物沉積作用(biologicaldeposition)1、生物遺體的沉積——生物死亡后，其骨骼、硬殼堆積形成磷質(zhì)巖、硅質(zhì)巖和碳酸鹽等。

2、生物化學(xué)沉積——生物在新陳代謝中引起周圍介質(zhì)物理化學(xué)條件的變化,從而促進(jìn)某些礦物質(zhì)的沉積。例如,海生藻類進(jìn)行光合作用，由于吸收海水中的CO2,對(duì)石灰?guī)r沉積起很大的作用。事實(shí)上，引起自然界化學(xué)作用的各種因素如O2、CO2、H2S等的消耗和增長(zhǎng)，都與生物化學(xué)作用有密切關(guān)系，因此化學(xué)巖和生物化學(xué)巖二者之間并沒(méi)有真正的界限。四、成巖作用階段

巖石的風(fēng)化剝蝕物質(zhì)經(jīng)過(guò)搬運(yùn)、沉積形成的沉積物，必須經(jīng)過(guò)一定的物理的、化學(xué)的、生物化學(xué)的以及其他的變化和改造，如水分排出，孔隙度減少，密度加大，膠結(jié)，重結(jié)晶，產(chǎn)生新礦物等，才能變成固結(jié)的巖石。這種促使疏松的沉積物變成固結(jié)巖石的作用稱成巖作用。廣義的成巖作用還包括沉積過(guò)程中及固結(jié)成巖后所發(fā)生的一切變化和改造。

成巖作用是沉積巖形成的最后階段。沉積物的成巖作用是很復(fù)雜的。主要有以下幾個(gè)方面：壓固作用(黏土沉積物成巖的主要方式)、脫水作用(成巖過(guò)程中伴隨著)、膠結(jié)作用(碎屑沉積物成巖)、重結(jié)晶作用(化學(xué)巖和生物化學(xué)巖成巖)。(一)壓固作用(compaction)和脫水作用

(squeezingoutofwater

)

上覆沉積物逐漸增厚，下伏沉積物受到的壓力也不斷增大,使沉積物孔隙度減少,體積縮小,密度加大,水分排出,使得顆粒之間的聯(lián)系力增強(qiáng),進(jìn)而使沉積物固結(jié)變硬。這種壓固作用是粘土沉積物成巖的主要方式。例如,新鮮粘土孔隙度約80%,壓固成巖后可減少至20％。隨著壓力的增長(zhǎng),溫度也有增加,在溫度和壓力作用之下,不僅排出沉積物顆粒之間的附著水,而且許多含水膠體和含水礦物也會(huì)產(chǎn)生失水作用而變?yōu)樾碌V物。例如,蛋白石SiO2.nH2O變?yōu)橛袼鑃iO2,褐鐵礦Fe2O3.nH2O變?yōu)槌噼F礦Fe2O3，石膏CaSO4.2H2O變?yōu)橛彩郈aSO4等。礦物失水也可引起沉積物體積收縮現(xiàn)象。因此,脫水作用一方面使沉積物體積縮小,也使其硬度增大。黃土高原洛川剖面的第四紀(jì)黃土－第三紀(jì)紅粘土(二)膠結(jié)作用(cementation)

沉積物中有大量孔隙,在沉積過(guò)程中或固結(jié)成巖后,孔隙被礦物質(zhì)所填充,將分散的顆粒粘結(jié)在一起,稱為膠結(jié)作用。最常見(jiàn)的膠結(jié)物質(zhì)有硅質(zhì)SiO2、鈣質(zhì)CaCO3、鐵質(zhì)Fe2O3、粘土質(zhì)和火山灰等。這些物質(zhì)或者與沉積物同時(shí)形成，或者是在成巖過(guò)程中形成的新礦物，或是由以后地下水帶來(lái)的。膠結(jié)作用是碎屑沉積物成巖的主要方式，如礫和砂膠結(jié)后形成礫巖、砂巖或砂礫巖。膠結(jié)作用形成的砂礫巖鈣質(zhì)、沙粒和紅柳枯枝等膠結(jié)而成的鈣板(三)重結(jié)晶作用(recrystallization)

沉積物受溫度和壓力影響,使非結(jié)晶物質(zhì)變成結(jié)晶物質(zhì)(膠化作用),使細(xì)粒結(jié)晶物質(zhì)變成粗粒結(jié)晶物質(zhì),這種作用稱重結(jié)晶作用。一般說(shuō),顆粒細(xì)、易溶解的沉積物,容易產(chǎn)生重結(jié)晶作用。重結(jié)晶后,沉積物孔隙減少,密度增大,形成堅(jiān)硬的巖石。重結(jié)晶作用是各類化學(xué)巖和生物化學(xué)巖(石灰?guī)r、白云巖等)成巖的主要方式，以泥晶灰?guī)r為例。晶粒大小不等的沉積物(泥晶灰?guī)r和亮晶灰?guī)r之間)針狀沉積物(如針狀泥晶灰?guī)r)的重結(jié)晶泥晶灰?guī)r與淀積粘土重結(jié)晶成纖維狀第二節(jié)沉積巖的特征一沉積巖的成分(一)沉積巖的化學(xué)成分

沉積巖組成物質(zhì)主要來(lái)源于先成的各種巖石碎屑及溶解物質(zhì)，歸根結(jié)底是來(lái)源于最原生的巖石——巖漿巖。因此，沉積巖的化學(xué)成分和巖漿巖相近似。即都以SiO2、Al2O3等為主。但兩者也有不同之處,主要體現(xiàn)在：

1、沉積巖中Fe2O3>FeO,而巖漿巖中FeO>Fe2O3(沉積巖主要是在氧化條件下形成的)。

2、沉積巖中一般Al>Ca+Na+K，而巖漿巖中Al<Ca+Na+K，因?yàn)閹r石風(fēng)化后常形成富含A1的礦物（如粘土礦物、鋁土等）。3、沉積巖中富含H2O和CO2,巖漿巖中則很少,因?yàn)槌练e巖是在地表H2O、CO2等作用下形成的。4、沉積巖中常含有較多的有機(jī)質(zhì)成分，而在火成巖中則缺少有機(jī)質(zhì)成分。5、在沉積巖中K>Na，而巖漿巖中Na>K，因?yàn)閹r石風(fēng)化所形成的膠體礦物（如粘土礦物）對(duì)于K有很強(qiáng)的吸附作用,而Na則多匯入海洋，長(zhǎng)期成溶解狀態(tài)。沉積巖與巖漿巖的平均化學(xué)成分含量的對(duì)比（二）沉積巖的礦物成分

組成沉積巖的礦物達(dá)160種以上，而最常見(jiàn)的不過(guò)20余種。每種沉積巖一般由1-3種主要礦物組成，最多不超過(guò)5—6種。沉積巖礦物根據(jù)成因可分三類：

1、碎屑礦物(繼承礦物)——母巖經(jīng)風(fēng)化后繼承下來(lái)抵抗風(fēng)化能力較強(qiáng)的礦物，包括石英、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、白云母等。

2、粘土礦物——母巖化學(xué)風(fēng)化后形成的新生礦物，如高嶺石、蒙脫石、水云母、鋁土礦等。

3、化學(xué)和生物成因的礦物——從溶液或膠體溶液中沉淀出來(lái)的或生物作用形成的礦物，如方解石、白云石、鐵錳的氧化物或氫氧化物以及石膏、石鹽等。沉積巖與巖漿巖的礦物平均含量的對(duì)比

沉積巖礦物組成與巖漿巖有顯著差別：

1、巖漿巖中最常見(jiàn)的是暗色礦物(橄欖石、角閃石、輝石、黑云母、鈣長(zhǎng)石等)；由于這些暗色礦物的穩(wěn)定性差，極易被化學(xué)分解，因此它們?cè)诔练e巖中很少見(jiàn)到。

2、沉積巖和巖漿巖中皆有出現(xiàn)的礦物(石英、白云母、鉀長(zhǎng)石、鈉長(zhǎng)石、磁鐵礦、鈦鐵礦及含鈦礦物等)，但其含量在沉積巖中一般都較巖漿巖中明顯減少；只有石英、白云母這兩種最不容易被風(fēng)化的礦物有所增多。

3、粘土礦物、鐵質(zhì)沉積礦物、白云石、方解石、石膏、磷酸鹽礦物、有機(jī)物質(zhì)等一般在沉積巖里才有的礦物，這些大多來(lái)自巖石風(fēng)化的最終穩(wěn)定礦物。二沉積巖的顏色

主要決定于構(gòu)成沉積巖的礦物成分和化學(xué)成分以及混入雜質(zhì)的顏色或沉積后的次生變化。根據(jù)成因可分三類：

1、繼承色——巖石的顏色主要繼承了原來(lái)母巖風(fēng)化后碎屑的顏色，如長(zhǎng)石砂巖為肉紅色，是繼承了正長(zhǎng)石的顏色；純石英砂巖為灰白色，是繼承了石英的顏色等。

2、次生色——沉積巖在風(fēng)化過(guò)程中所產(chǎn)生的顏色。次生色特點(diǎn)是顏色不均勻，分布與層理不一致。如綠色頁(yè)巖在風(fēng)化過(guò)程中鐵的氧化程度不一致，可產(chǎn)生一些紅色斑點(diǎn)；湖相沉積中的紅色斑點(diǎn)。

3、原生色——在沉積作用中從溶液中沉淀出來(lái)的各種礦物以及成巖作用中新生礦物所表現(xiàn)的顏色。如紅色砂巖、海綠石砂巖。

若沉積巖中混入一些色素微量成分，則會(huì)呈現(xiàn)相應(yīng)顏色。如混入Fe2O3會(huì)顯紅色；含有少量FeO會(huì)呈現(xiàn)綠色；含有微量的MnO2、有機(jī)碳質(zhì)等會(huì)呈灰或灰黑色。不含色素的鋁土、高嶺土、石灰?guī)r、白云巖、石膏、巖鹽等，一般呈白色和灰白色。此外，研究表明，沉積物中Fe3+與Fe2+的比值對(duì)沉積巖顏色有重要影響:Fe3+/Fe2+>3.0，顯紅色、棕紅色、紅棕色;1.6-3.0呈紫色、磚紅色、棕色；<1.6，呈淺綠灰色、灰色;近于0，顯黑色。以網(wǎng)紋紅土為例。沉積物的顏色是沉積巖命名的主要依據(jù)之一，如黑色頁(yè)巖、紅色砂巖等、描述其顏色常用復(fù)合命名法，前面為次要顏色，后面為主要顏色，有時(shí)加入深或淺字樣，如灰黃色、暗棕色、紫紅色等。根據(jù)沉積巖的顏色可以提供找礦的線索，如黑色碳質(zhì)頁(yè)巖可以提供找煤的線索；也可以大致推斷沉積巖的化學(xué)、礦物成分及其沉積時(shí)的古地理環(huán)境。紅色、黃褐色多因富含F(xiàn)e2O3或褐鐵礦,反映氧化環(huán)境。綠色、灰綠色多因富含F(xiàn)eO，灰色、黑色多因富含碳質(zhì)、瀝清質(zhì)和分散的硫化鐵，反映還原環(huán)境；又如海綠石砂巖是綠色，反映淺海環(huán)境。長(zhǎng)石砂巖江西新余一白色湖相沉積中的紅色斑點(diǎn)堆積于湖泊邊緣的水下古砂丘砂三沉積巖的結(jié)構(gòu)

沉積巖的結(jié)構(gòu)是指沉積巖組成物質(zhì)的形狀、大小和結(jié)晶程度。其主要決定于沉積巖的成因，包括碎屑結(jié)構(gòu)、泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、化學(xué)巖結(jié)構(gòu)和生物巖結(jié)構(gòu)。(一)、碎屑結(jié)構(gòu)——碎屑物質(zhì)被膠結(jié)物膠結(jié)而成的結(jié)構(gòu)，具有這種結(jié)構(gòu)的巖石叫碎屑巖。碎屑結(jié)構(gòu)由碎屑物質(zhì)和膠結(jié)物質(zhì)組成。

1、碎屑物質(zhì)——包括礦物碎屑(長(zhǎng)石、石英、白云母)和巖石碎屑。

2、膠結(jié)物質(zhì)——填充于碎屑孔隙之間的物質(zhì),最常見(jiàn)的為各種化學(xué)沉淀物或膠體物質(zhì)，如鈣質(zhì)(方解石、白云石)、硅質(zhì)(玉髓、蛋白石、石英等)、鐵質(zhì)(赤鐵礦、褐鐵礦等)、石膏、海綠石和有機(jī)質(zhì)等，還包括基質(zhì)為細(xì)碎屑物質(zhì)(如細(xì)砂、粉砂、泥等)。

描述碎屑的術(shù)語(yǔ)——粒度、分選性和圓度

碎屑巖結(jié)構(gòu)包括顆粒大小、顆粒形狀、膠結(jié)形式等。

(1)粒度,即碎屑顆粒大小——也稱機(jī)械組成，其是碎屑巖的基本結(jié)構(gòu),不但是碎屑巖的分類根據(jù),而且也是研究其成因的重要標(biāo)志。根據(jù)不同的研究領(lǐng)域(如土壤學(xué)、海洋沉積學(xué)、黃土學(xué)等)有不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)。比較常用的是根據(jù)顆粒大小與水力學(xué)性質(zhì)的內(nèi)部聯(lián)系，分為礫狀結(jié)構(gòu)(粒徑d>2mm,多為以底部滾動(dòng)為主的巖屑)、砂狀結(jié)構(gòu)(d在2~0.05mm,多為以躍移搬運(yùn)為主的礦物碎屑)、粉砂結(jié)構(gòu)(d在0.05~0.005mm,多為以懸浮搬運(yùn)為主的礦物碎屑)和泥狀結(jié)構(gòu)(d<0.005mm的粘土為主,有布朗運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象和明顯的凝聚現(xiàn)象)。(2)分選性——即顆粒的均勻程度。若碎屑顆粒大小近于相等,或其中某一顆粒碎屑含量大于75%,即分選性好;若碎屑粒級(jí)相差懸殊或沒(méi)有一級(jí)顆粒含量達(dá)到50%，則是分選性差。碎屑的分選性好可以用來(lái)指示其形成條件和環(huán)境。如風(fēng)力的分選性最好,其形成的風(fēng)成砂或黃土都是顆粒相對(duì)均勻的；河流、湖泊、海洋等帶來(lái)的碎屑的分選性要視具體情況而定。(3)圓度——即碎屑顆粒的棱角

被磨蝕圓化的程度。

棱角狀—棱角尖銳——一般為火山碎屑和斷層角礫所具有；次棱角狀—具有自然棱角或稍被磨蝕，反映搬運(yùn)距離不遠(yuǎn)；次圓狀—棱角皆被磨蝕，但磨圓度很差，說(shuō)明已經(jīng)經(jīng)過(guò)一定的搬運(yùn)距離和機(jī)械加工；圓狀—棱角皆被磨蝕，但尚未達(dá)到滾圓程度，說(shuō)明搬運(yùn)距離或時(shí)間很長(zhǎng)；極圓狀—棱角全被磨蝕，外形圓滑，說(shuō)明經(jīng)過(guò)長(zhǎng)久或反復(fù)搬運(yùn)加工。(4)膠結(jié)形式基底膠結(jié)—顆粒散布在膠結(jié)物之間，互相不接觸，呈顆粒為膠結(jié)物所包圍的狀態(tài)。反映膠結(jié)物與顆粒是同時(shí)沉積的。這種膠結(jié)方式通常很牢固（A）。接觸膠結(jié)—只是在顆粒的接觸處才有膠結(jié)物存在，巖石中有很多孔隙，透水性強(qiáng)。此種膠結(jié)方式最不牢固（B）。孔隙膠結(jié)—膠結(jié)物充填在顆粒的孔隙之間，顆?；ハ嘟佑|。這種膠結(jié)方式的牢固性較第一種稍差（C）。(二)泥質(zhì)結(jié)構(gòu)

由極細(xì)小的碎屑和粘土礦物組成的、比較均一致密的、質(zhì)地較軟的結(jié)構(gòu)。具有這種結(jié)構(gòu)的巖石叫泥質(zhì)巖或粘土巖。在其沉積過(guò)程中,粘土質(zhì)點(diǎn)圍繞核心凝聚而成的同心圈層結(jié)構(gòu),稱鮞狀或豆?fàn)罱Y(jié)構(gòu)。泥質(zhì)結(jié)構(gòu)以化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中形成的碎屑分解后形成的新生的粘土礦物為主,因粘土礦物在沉積過(guò)程中常平行定向排列,層層積累,因而往往具有清楚的薄層層理構(gòu)造,致密不透水,常保存有良好的動(dòng)植物化石。(三)化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物結(jié)構(gòu)

化學(xué)結(jié)構(gòu)和生物結(jié)構(gòu)是由化學(xué)成因(如粒狀或鮞狀等)和生物遺體所構(gòu)成的結(jié)構(gòu),如貝殼結(jié)構(gòu)、珊瑚結(jié)構(gòu)等。具有這種結(jié)構(gòu)的巖石,稱化學(xué)巖或生物化學(xué)巖。四沉積巖的構(gòu)造和特征

沉積巖的構(gòu)造指沉積巖在沉積過(guò)程中,或在沉積巖形成后的各種作用下,使其各種物質(zhì)成分形成特有的空間分布和排列方式。其構(gòu)成了沉積巖的重要宏觀特征，也可以據(jù)此恢復(fù)沉積巖的形成環(huán)境。主要包括層理構(gòu)造、層面構(gòu)造、結(jié)核和生物遺脊構(gòu)造。(一)層理構(gòu)造——沉積物由于成分、顏色、結(jié)構(gòu)的不同而形成的層狀構(gòu)造，稱層理構(gòu)造。在一定環(huán)境中所形成的沉積物，在其沉積過(guò)程中必然經(jīng)歷季節(jié)和氣候等周期性的變化，這種變化又必然引起搬運(yùn)介質(zhì)的變化（如水的