《沉积作用与沉积岩》全册配套完整教学课件.pptx
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1、沉积作用与沉积岩沉积作用与沉积岩全册配全册配套完整教学课件套完整教学课件沉积作用与沉积岩沉积作用与沉积岩1 1.第一讲第一讲: : 绪论绪论2 2.第二讲第二讲: :沉积岩的形成过程沉积岩的形成过程3 3.第三讲第三讲: :沉积岩的构造特征沉积岩的构造特征4 4.第四讲第四讲: :他生沉积岩他生沉积岩5 5.第五讲第五讲: :自生沉积岩自生沉积岩讲课内容讲课内容 第一讲第一讲 绪绪 论论 4.4. 沉积环境沉积环境(depositional environment)指沉积物堆积场所的指沉积物堆积场所的地貌特征地貌特征与与沉积作用特征沉积作用特征的总和。的总和。 河流环境河流环境的地貌特征为下切
2、的沟谷(具有一定坡度),沟内的地貌特征为下切的沟谷(具有一定坡度),沟内有阶地、边滩或心滩,沉积作用为流动的水体(水流)。有阶地、边滩或心滩,沉积作用为流动的水体(水流)。 又如:又如:湖湖泊环境泊环境的地貌的地貌特征为陆地上特征为陆地上具一定面积的具一定面积的积水洼地,沉积水洼地,沉积作用为波浪、积作用为波浪、沿岸水流及淡沿岸水流及淡水生物活动等。水生物活动等。沉积岩的形成过程沉积岩的形成过程第第 二二 讲讲1, 1, 母岩风化提供的原始物质母岩风化提供的原始物质母岩母岩(source rocks)(source rocks) : : 早先形成的岩石:包括岩浆岩、变质岩和沉积岩早先形成的岩石
3、:包括岩浆岩、变质岩和沉积岩) )。母岩区母岩区(Provenance)Provenance) :位于侵蚀基准面之上,被风化和剥蚀并提供沉积位于侵蚀基准面之上,被风化和剥蚀并提供沉积物质的地区。又称物源区或剥蚀区或蚀源区。物质的地区。又称物源区或剥蚀区或蚀源区。母岩的风化产物:母岩的风化产物:物理风化作用物理风化作用机械破碎机械破碎碎屑碎屑物质;物质;化学风化作用化学风化作用化学分解化学分解化学化学物质物质- -自生矿物、不溶残余粘土。自生矿物、不溶残余粘土。 概念:概念:矿物在一般风化条件下(富氧、中偏弱酸性)下的分解速矿物在一般风化条件下(富氧、中偏弱酸性)下的分解速率称抗风化能力率称抗风
4、化能力, ,它反映矿物在风化带中的化学稳定性。矿物的晶体它反映矿物在风化带中的化学稳定性。矿物的晶体化学特征不同,其稳定性也不同化学特征不同,其稳定性也不同, ,可粗略划分成三个级别。可粗略划分成三个级别。. 不稳定矿物不稳定矿物 指指易溶易溶盐类矿物(石膏、石盐、钾盐等盐类矿物(石膏、石盐、钾盐等) ),易于易于氧化或碳酸盐化、氧化或碳酸盐化、重碳酸盐化的矿物。重碳酸盐化的矿物。. .次稳定矿物次稳定矿物 指可发生指可发生水解水解反应反应、轻微轻微氧化或氧化或轻微轻微碳酸盐化、重碳酸盐化的矿碳酸盐化、重碳酸盐化的矿物。物。稳定矿物稳定矿物 指在一般风化条件下溶解度极小、极难分解的矿物。指在一
5、般风化条件下溶解度极小、极难分解的矿物。1.1 风化带中矿物的化学稳定性风化带中矿物的化学稳定性 不稳定矿物次稳定矿物稳定矿物橄榄石橄榄石辉石、角闪石辉石、角闪石基性斜长石基性斜长石白云石白云石方解石方解石金属硫化物金属硫化物石膏石膏石盐石盐钾盐钾盐黑云母黑云母白云母白云母钾长石钾长石中酸性斜长石中酸性斜长石伊利石伊利石磁铁矿磁铁矿帘石帘石磷灰石磷灰石榍石榍石十字石十字石石榴石石榴石石英石英电气石电气石金红石金红石锆石锆石高岭石高岭石三水铝石三水铝石高价铁、锰和铝的高价铁、锰和铝的氧化物或氢氧化物氧化物或氢氧化物从此表如何定性判断岩石的稳定性?常见矿物的化学稳定性一览表1.2 化学风化方式及其
6、产物化学风化方式及其产物1.2.1 水解反应水解反应 KAlSi3O8+H+OH-1 Al4Si4O10(OH)8 + H4SiO4 + K+ 钾长石钾长石 高岭石高岭石 可溶性硅酸可溶性硅酸 KAlSi3O8+H+OH-1 K Al2Si4O10(OH)2 nH2O +H4SiO4+K+ 钾长石钾长石 伊利石伊利石 可溶性硅酸可溶性硅酸 CaAl2Si2O8+ Mg2+ H+OH-1 =(Ca,Al,Mg)Si4O10(OH)2nH2O+H4SiO4 斜长石斜长石 蒙皂土蒙皂土 可溶性硅酸可溶性硅酸 K Al2Si4O10(OH)2 nH2O +H+Al4Si4O10(OH)8+K+ 伊利石
7、伊利石 高岭石高岭石 Al4Si4O10(OH)8 +OH-1 +H2O Al2O3nH2O +H4SiO4 高岭石高岭石 三水铝石三水铝石 可溶性硅酸可溶性硅酸水解反应的特点水解反应的特点: : . .反应类型与反应程度与酸碱度有关反应类型与反应程度与酸碱度有关. . . .产物包括难溶解物质和易溶物质产物包括难溶解物质和易溶物质. . . .易溶物质易溶物质( (可溶成分可溶成分) )以离子形式随流体迁移以离子形式随流体迁移. . . .难溶物质难溶物质( (不溶残余不溶残余) )原地富集或以胶体形式随流体迁移原地富集或以胶体形式随流体迁移. .1.2.2 氧化反应氧化反应Fe2Si2O6
8、+O2 2Fe2O3+4SiO2 铁辉石铁辉石 赤铁矿赤铁矿 Fe2S+O2 Fe2O3+SO2 黄铁矿黄铁矿 赤铁矿赤铁矿 氧化反应的特点氧化反应的特点: . 氧化反应的程度主要与水氧化反应的程度主要与水体中的游离氧有关体中的游离氧有关. . 产物总是具有在水体或空产物总是具有在水体或空气中更高的稳定性气中更高的稳定性.1.2.3 碳酸盐或重碳酸盐化碳酸盐或重碳酸盐化 CaAl2Si2O8+CO2+H2O CaCO3+Al2Si2O5(OH)4 钙长石钙长石 方解石方解石 高岭石高岭石 CaCO3+CO2+H2O Ca(HCO3)2 方解石方解石 重碳酸盐重碳酸盐反应特点反应特点: .与介质
9、中与介质中CO2的浓度有关的浓度有关. .难溶组分可以胶体的形式迁移难溶组分可以胶体的形式迁移. .新形成的易溶性重碳酸盐可随水体自由迁移新形成的易溶性重碳酸盐可随水体自由迁移.1.2.4 有机络合作用有机络合作用 原岩矿物或原岩分解产物与有机酸或酚等反应,生成原岩矿物或原岩分解产物与有机酸或酚等反应,生成易溶的有机络合物,并以有机络合离子的形式随流体迁移。易溶的有机络合物,并以有机络合离子的形式随流体迁移。1.2.5 胶体分散作用胶体分散作用 胶体:介于微米与纳米级之间胶体:介于微米与纳米级之间(10-3 10-6 mm)的微粒的微粒, 往往带有电荷性往往带有电荷性. 带电荷原因可能与胶体的
10、成分偏离理想成带电荷原因可能与胶体的成分偏离理想成分有关分有关.例如例如: Fe(OH)3 Fe3+ 与与Fe(OH)3 (OH)-m 分别为正胶体和分别为正胶体和负胶体负胶体, 相同电荷间的静电排斥阻碍了胶粒或胶团的重力下相同电荷间的静电排斥阻碍了胶粒或胶团的重力下沉沉. 当溶液的带电性发生改变时当溶液的带电性发生改变时,胶体发生凝聚和沉淀胶体发生凝聚和沉淀., ,火山火山物质物质直接降落到沉积盆地,或降落直接降落到沉积盆地,或降落后通过短距离的搬运再沉积到后通过短距离的搬运再沉积到沉积盆地中沉积盆地中(1)火山集块和火山角砾:火山集块和火山角砾: (2 2 mm)(2)火山灰:火山灰:(-
11、0.0625-0.0625mm)火山凝灰质,)火山凝灰质,包括玻屑、晶屑和少量岩屑包括玻屑、晶屑和少量岩屑(3)火山尘:火山尘:( 0.0625 0.0625mm) 火山喷发后火山喷发后可在空中长距离漂浮。可在空中长距离漂浮。 , ,生物提供原始物质生物提供原始物质(1)生物礁体生物礁体(2)化石岩(放射虫硅质岩、海绵骨针岩、硅藻岩、微生物岩、叠层化石岩(放射虫硅质岩、海绵骨针岩、硅藻岩、微生物岩、叠层石等)石等)(3)生物碎屑和生物成因的颗粒生物碎屑和生物成因的颗粒. 数量大,仅次于母岩风化产物,包括:数量大,仅次于母岩风化产物,包括:现代深海中的放射现代深海中的放射虫软泥虫软泥4, 4,
12、宇宙宇宙物质物质常见有:常见有:陨石球粒体、宇宙尘陨石球粒体、宇宙尘 陨石:是小天体进入地球轨道后经过大气层烧蚀后的残体。陨石:是小天体进入地球轨道后经过大气层烧蚀后的残体。 宇宙尘:宇宙尘:大部分物质在烧蚀过程中呈细尘状弥散于大气之中。大部分物质在烧蚀过程中呈细尘状弥散于大气之中。 陨石球粒体、宇宙尘陨石球粒体、宇宙尘和一些其它宇宙质点最终都要进入地表,和一些其它宇宙质点最终都要进入地表,有人估计,每年约有有人估计,每年约有五百万吨陨尘五百万吨陨尘落到地表。近年来在落到地表。近年来在海相沉积物中海相沉积物中也发现了为量不少的宇宙尘埃也发现了为量不少的宇宙尘埃,很多地层中也有类似物被发现,这些
13、,很多地层中也有类似物被发现,这些细小的宇宙物质落入地表的现象是很普遍的。细小的宇宙物质落入地表的现象是很普遍的。 。 在沉积岩中所占比例虽少,但十分有意义,在沉积岩中所占比例虽少,但十分有意义,它是地质时期星际它是地质时期星际事件的记载。事件的记载。第二节:沉积物的搬运和沉积过程第二节:沉积物的搬运和沉积过程 源区产生的原始物质通过源区产生的原始物质通过水水、空气空气、冰冰等介质搬运等介质搬运到沉积盆地中,可有简单的一次搬运或再次搬运两种结到沉积盆地中,可有简单的一次搬运或再次搬运两种结果:果: a, 一次搬运一次搬运:在一定的沉积环境中沉积下来后便被:在一定的沉积环境中沉积下来后便被逐渐深
14、埋并改造为成层岩石;逐渐深埋并改造为成层岩石; b, 再次搬运再次搬运:在沉积不久后,被更强烈的自然营:在沉积不久后,被更强烈的自然营力或由自身的重力作用再次搬运到其它场所沉积成岩。力或由自身的重力作用再次搬运到其它场所沉积成岩。搬运与沉积相伴随,密不可分搬运与沉积相伴随,密不可分根据搬运和沉积介质的差异和动力过程的不同,根据搬运和沉积介质的差异和动力过程的不同,可分为可分为种种搬运和沉积过程搬运和沉积过程(作用):(作用):1, 牵引流牵引流的搬运和沉积过程的搬运和沉积过程.2, 重力流重力流的搬运和沉积过程的搬运和沉积过程.3, 风风的搬运和沉积过程的搬运和沉积过程.4, 冰(冰川和浮冰)
15、的搬运和沉积过程冰(冰川和浮冰)的搬运和沉积过程.5, 化学化学搬运和沉积过程搬运和沉积过程.6, 生物生物沉积过程沉积过程.2.1 ,2.1 ,牵引流的搬运和沉积过程牵引流的搬运和沉积过程牵引流牵引流(Tractive current) : 是指低粘度、低密度的水流,具有牛顿流体特征是指低粘度、低密度的水流,具有牛顿流体特征(服从牛顿内摩擦定(服从牛顿内摩擦定律),律),如一般的河流、海洋沿岸流、潮汐流等。其中所含悬浮状固态颗粒不多,如一般的河流、海洋沿岸流、潮汐流等。其中所含悬浮状固态颗粒不多,其物理沉积作用在很大程度上取决于它对底载荷的牵引力。其物理沉积作用在很大程度上取决于它对底载荷的
16、牵引力。 (1)搬运对象(2)搬运特点(3)影响因素(4)流动方式与流态(5)搬运方式(6)分选作用(7)构筑方式与加积类型(8)垂直序列2.1 ,2.1 ,牵引流的搬运和沉积过程牵引流的搬运和沉积过程(1 1)搬运对象搬运对象母岩物理风化碎屑物质(砾石、砂粒和粘土等母岩物理风化碎屑物质(砾石、砂粒和粘土等)(2 2)搬运特点搬运特点 以搬运介质(水流)的流动能量驱动沉积物运动的方式,称作以搬运介质(水流)的流动能量驱动沉积物运动的方式,称作牵引牵引流搬运流搬运。牵引流的能量大于沉积物被启动的能量,沉积物被。牵引流的能量大于沉积物被启动的能量,沉积物被搬运搬运;当能;当能量不能维持沉积物继续运
17、动,则量不能维持沉积物继续运动,则沉积沉积下来。下来。牵引流载体搬运过程与沉积牵引流载体搬运过程与沉积过程交替进行。过程交替进行。(3)影响牵引流搬运力的因素影响牵引流搬运力的因素 影响牵引流搬运能力的因素有影响牵引流搬运能力的因素有 3 个:个: A:流体自身的密度、粘度、流速流体自身的密度、粘度、流速等,其中流体的密度和等,其中流体的密度和流速是主导,因为牛顿流体的流速是主导,因为牛顿流体的质量(密度)乘以流速的平方质量(密度)乘以流速的平方决决定了流体的动能大小定了流体的动能大小:E = mv2 B:被搬运颗粒的比重(密度)、大小、形状以及其迎流被搬运颗粒的比重(密度)、大小、形状以及其
18、迎流面与流向的夹角面与流向的夹角等,颗粒的等,颗粒的比重(密度)乘体积再乘摩擦系比重(密度)乘体积再乘摩擦系数数为静止颗粒被启动所需要的牵引力。为静止颗粒被启动所需要的牵引力。 C:流体流体搬运空间的底床形态和摩擦系数搬运空间的底床形态和摩擦系数,如:平滑的底,如:平滑的底床、凹凸不平的底床和松软的底床摩擦系数各不相同。床、凹凸不平的底床和松软的底床摩擦系数各不相同。(4)牵引流的流动方式和流态牵引流的流动方式和流态 A:流动方式(流动方式(Flow styleFlow style):流体质点的运动轨迹!):流体质点的运动轨迹! a 层流:层流: 流线平行、水流平稳的水流,它的总牵引力主要表现
19、为平流线平行、水流平稳的水流,它的总牵引力主要表现为平行流向的力;底部层流因受底床摩擦力的影响,流速相对较低,上行流向的力;底部层流因受底床摩擦力的影响,流速相对较低,上部层流速度相对较高。部层流速度相对较高。自然界中少见!自然界中少见! b 紊流紊流: 流线紊乱、水流湍急、充满漩涡的急湍流动的流体;流体流线紊乱、水流湍急、充满漩涡的急湍流动的流体;流体质点的运动轨迹不规则,其流速大小和流动方向随时间而变化,彼质点的运动轨迹不规则,其流速大小和流动方向随时间而变化,彼此互相掺混。此互相掺混。自然界中普遍!自然界中普遍! (A )(B)层流层流紊流紊流 B:流态(流态(Flow regime)
20、牵引流在流动过程的牵引流在流动过程的内在能量和流体力学状态内在能量和流体力学状态称为流态。称为流态。它与牵引它与牵引流总牵引力(水动力)的大小密切相关。总牵引力大小可用一个状态流总牵引力(水动力)的大小密切相关。总牵引力大小可用一个状态函数(即函数(即佛罗德数佛罗德数)来衡量,它表示惯性力与重力之间关系的一个数)来衡量,它表示惯性力与重力之间关系的一个数值。值。 gDVFr V水流流速,水流流速,g重力加速度,重力加速度,D水深水深 C:三种水流态:三种水流态:Fr1:低流态低流态(缓流缓流),大致相当于河流下游(水深流缓)的状态,大致相当于河流下游(水深流缓)的状态Fr1:高流态高流态(急流
21、急流),大致相当于河流上游(水浅流急)的状态,大致相当于河流上游(水浅流急)的状态Fr = 1:临界流态,理论存在!临界流态,理论存在!(5) 搬运方式搬运方式三种搬运方式,三种搬运方式,)悬浮搬运:)悬浮搬运:较小、较轻或片状颗粒。较小、较轻或片状颗粒。)跳动(跃)搬运)跳动(跃)搬运: : 较大、较重或粒状颗粒较大、较重或粒状颗粒. .)滚(挪)动搬运)滚(挪)动搬运: : 更大、更重的颗粒更大、更重的颗粒. .(6)分选作用(机械分异作用)分选作用(机械分异作用) 分选性:分选性:牵引流搬运沉积物中牵引流搬运沉积物中碎屑颗粒大小的均匀程度。碎屑颗粒大小的均匀程度。 分选性的原理:分选性的
22、原理:不同能量的水牵引流搬运不同大小范围的碎屑颗不同能量的水牵引流搬运不同大小范围的碎屑颗粒,当其流速减小或水深加大到一定程度时,就在一定距离范围内将粒,当其流速减小或水深加大到一定程度时,就在一定距离范围内将粒度相近粒度相近/ /(质量)(质量)的碎屑颗粒沉积下来。的碎屑颗粒沉积下来。在离母岩区不远的山前地带,在离母岩区不远的山前地带,分选作用最弱,河流下游的分分选作用最弱,河流下游的分选要强于上游,海湖浅水环境选要强于上游,海湖浅水环境的分选要强于河流,也强于较的分选要强于河流,也强于较深水的泻湖,而潮汐海滩的分深水的泻湖,而潮汐海滩的分选几乎总是最强的。选几乎总是最强的。(7)沉积构筑方
23、式和加积类型沉积构筑方式和加积类型牵引流为主的沉积作用因水动力条件(流态:高、低、弱、牵引流为主的沉积作用因水动力条件(流态:高、低、弱、静)不同的,其静)不同的,其沉积物沉积构筑方式沉积物沉积构筑方式不同,从而产生不同的不同,从而产生不同的沉沉积构造类型积构造类型。因此,据其沉积构造类型,可初步判断其水动力。因此,据其沉积构造类型,可初步判断其水动力条件(流态)。条件(流态)。 a, 高流态高流态(如(如河流上游,水浅流急):河流上游,水浅流急): 粒度较粗粒度较粗的碎屑大的碎屑大多沿底面快速滚(挪)动,纹层将呈平行流向的多沿底面快速滚(挪)动,纹层将呈平行流向的平面状叠置构平面状叠置构筑筑
24、,形成,形成平行层理平行层理。 b, 低流态低流态(如河流下游,水深流缓):沉积底面会逐渐出(如河流下游,水深流缓):沉积底面会逐渐出现不对称的丘垅,其迎水面较缓,背水面较陡。迎水面颗粒被水现不对称的丘垅,其迎水面较缓,背水面较陡。迎水面颗粒被水流搬运到丘顶后会沿背水面滚落而沉积一个纹层,构成垂直于水流搬运到丘顶后会沿背水面滚落而沉积一个纹层,构成垂直于水流方向的流方向的侧向加积构筑侧向加积构筑。随着时间的推移,丘垅就慢慢向前移动。随着时间的推移,丘垅就慢慢向前移动就成了就成了交错层理交错层理中的一个层系。中的一个层系。侧向加积 c, 弱流态弱流态:水浅,流速很低,沉积底面平坦,纹层呈平面状水
25、浅,流速很低,沉积底面平坦,纹层呈平面状叠置,但为指向地心、叠置,但为指向地心、垂直于水流方向的垂向加积构筑垂直于水流方向的垂向加积构筑,形成,形成水平水平层理层理的的粉砂岩粉砂质泥岩粉砂岩粉砂质泥岩。 均均 匀匀 垂垂 向向 加加 积积 d,d, 静流态静流态:深水环境、:深水环境、水体长期安静少动,由泥水体长期安静少动,由泥级悬浮载体极缓慢级悬浮载体极缓慢垂直沉垂直沉降构筑降构筑出出没有纹层没有纹层的即具的即具块状层理块状层理的沉积物。的沉积物。(8)垂向序列垂向序列 在某个连续时间段内在某一特定沉积环境中沉积物在某个连续时间段内在某一特定沉积环境中沉积物自下自下而上而上逐渐堆叠所构成一个
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