第二章-沉积岩的形成与演化课件.ppt
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1、第二章 沉积岩的形成及演化第一节 母岩的风化作用沉积岩最原始物质的形成第二节 碎屑物质的搬运和沉积作用第三节 溶解物质的搬运和沉积作用 第四节 沉积后作用及其阶段的划分 本章重点风化作用的概念及类型,长石的风化作用及产物,花岗岩和玄武岩风化作用及产物,母岩风化过程中元素的转移顺序,母岩风化的阶段性,母岩的风化产物,风化壳的概念,雷诺数,弗罗德数,龙尔斯特隆图解,碎屑物质在流水中的变化,机械分异作用,正常沉积作用和事件沉积作用,胶体溶液和真溶液的搬运和沉积作用,化学分异作用沉积岩的形成沉积岩的形成原始物质 沉积物的搬运 沉积后作用形成 和沉积作用原始物质原始物质 沉积物沉积物 沉积岩沉积岩搬运搬
2、运 沉积后作用沉积后作用沉积沉积 第一节 母岩的风化作用 沉积岩最原始物质的形成一、风化作用的概念 二、各种造岩矿物的风化及其产物 三、各种岩石的风化及其产物 四、母岩风化过程中元素的转移顺序及母岩风化的阶段性 五、母岩风化产物的类型 六、风化壳 七、沉积物的其它来源 母岩地表上出露的供给沉积岩原始物质成分的岩石,主要指早于该沉积岩而存在的岩浆岩、变质岩和较老的沉积岩。 一、风化作用的概念 一、风化作用的概念 风化作用是地壳表层岩石的一种破坏作用。 风化作用按其性质可分为:物理风化作用、化学风化作用及生物风化作用。 1、物理风化作用 岩石主要发生机械破碎,而化学成分不改变的风化作用,称为物理风
3、化作用。 一、风化作用的概念 2、化学风化作用 在氧、水和溶于水中的各种酸的作用下,母岩遭受氧化、水解和溶滤等化学变化,使其分解而产生新矿物的过程称为化学风化作用。水合、水解、氧化、酸 3、生物风化作用 生物,特别是微生物在风化作用中能起到巨大的作用。生物对岩石的破坏方式既有机械作用,又有化学作用和生物化学作用;既有直接的作用,也有间接的作用。 例:鲕状、肾状赤铁矿(叠层石)、根劈二、各种造岩矿物的风化及其产物 1.石英 在风化作用中稳定性极高,几乎不发生化学溶解作用,一般只发生机械破碎作用。石英是碎屑岩中主要矿物成分。2.长石 长石风化稳定性次于石英稳定性由高到低:钾长石、多钠的酸性斜长石、
4、中性斜长石、多钙的基性斜长石 沉积岩中钾长石多于斜长石 二、各种造岩矿物的风化及其产物 (1)钾长石 析出K,Si 析出K,Al SiO2nH2O(蛋白石)KAlSi3O8K1Al2(Si,Al)4O10OH2nH2OAl4Si4O10OH8 钾长石 +H2O 水云母 +H2O 高岭石 Al2O3nH2O(铝土矿) (2)斜长石的物与钾长石相似 二、各种造岩矿物的风化及其产物 3.云母白云母(K)的抗风化能力较强。 白云母水白云母高岭石黑云母抗风化能力比白云母差。 黑云母蛭石绿泥石褐铁矿4.铁镁硅酸盐矿物铁镁硅酸盐矿物抗风化能力比石英、长石、云母差得多,稳定性由高到低:角闪石、辉石(链状)、橄
5、榄石(岛状)二、各种造岩矿物的风化及其产物 5.碳酸盐矿物方解石、白云石等风化稳定性很差,易溶。6.粘土矿物稳定7.硫酸盐矿物、硫化物矿物,卤化物矿物风化稳定性最低,易溶于水中,呈溶液态流失。8.岩浆岩及变质岩中的一些次要矿物或副矿物风化稳定性差别很大:石榴石、锆英石、刚玉、电气石、锡石、金红石、磁铁矿、榍石、十字石、蓝晶石、独居石、红柱石等风化稳定性较大。为什么造岩矿物风化稳定性差别这么大?为什么造岩矿物风化稳定性差别这么大?1.矿物的结晶温度 金刚石?2.矿物化学成分的化学活泼性3.矿物的晶体化学性质 (晶体构造)氧和阳离子之间的氧和阳离子之间的键强度总数(键强度总数(cal/molcal
6、/mol)三、各种岩石的风化及其产物 、花岗岩 石 英:机械破碎机械破碎 砂粒 钾长石:K2O 成为碳酸盐、氯化物进入溶液成为碳酸盐、氯化物进入溶液 溶解物质 Al2O3 水化后成为含水硅酸盐水化后成为含水硅酸盐 粘土 SiO2 少部分游离出来少部分游离出来 溶解物质 斜长石:Na2O 成为碳酸盐、氯化物进入溶液成为碳酸盐、氯化物进入溶液 溶解物质 CaO 碳酸盐,溶于水碳酸盐,溶于水 溶解物质 Al2O3,SiO2 同钾长石三、各种岩石的风化及其产物 、花岗岩 花岗岩 白云母:较少分解较少分解 云母碎片 黑云母:H2O 水溶液水溶液 水溶液 K2O,Al2O3,SiO2 同钾长石 (Mg,F
7、e)O碳酸盐碳酸盐,氯化物氯化物,赤铁矿赤铁矿,褐铁矿褐铁矿 溶解物质及色素 副矿物:锆石、磷灰石 重矿物矿物成分化学组分所发生的变化风化产物石英SiO2残留不变砂粒钾长石K2O成为碳酸盐,氧化物进入溶液溶解物质Al2O3水化后成为含水铝硅酸盐粘土6 SiO2少部分SiO2游离出来,溶于水中溶解物质斜长石3Na2O成为碳酸盐、氯化物进入溶液溶解物质CaO成为碳酸盐,溶于含CO2 的水中溶解物质4Al2O3同钾长石粘土20 SiO2溶解物质白云母2H2OK2O3Al2O320 SiO2残留不变云母碎片黑云母H2O水溶液水溶液K2O成为碳酸盐、氯化物进入溶液溶解物质Al2O3生成含水铝硅酸盐粘土2
8、(Mg,Fe)O成为碳酸盐、氯化物进入溶液,碳酸盐氧化为赤铁矿、褐铁矿等溶解物质及色素3 SiO2部分SiO2游离出来,溶于水中溶解物质锆英石ZrO2SiO2残留不变砂粒(重矿物)磷灰石Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)溶解或残留不变溶解物质或砂粒(重矿物)花岗岩的风化作用及其产物三、各种岩石的风化及其产物 2、花岗岩、花岗闪长岩、花岗片麻岩、混合花岗岩 3、中性和碱性侵入岩同花岗质岩石类 、基性和超基性侵入岩易溶元素转移流失;在原地生成蛇纹石、滑石、绿泥石、褐铁矿等。 、沉积岩风化作用简单,但差异性大。 、盐岩、碳酸盐岩易风化,硅岩、石英砂岩较难风化。四、母岩风化过程中元素的转移顺序及母岩
9、风化的阶段性 (一)元素的转移顺序1.最易迁移元素(Kx=n10n102)2.易迁移元素(Kx=nn10)3.迁移元素(Kx= n10-1n)4.惰性(微弱迁移)元素(Kx 40 紊流一、流体的一些基本知识和概念一、流体的一些基本知识和概念3 3、缓流、急流和佛罗德数(、缓流、急流和佛罗德数(FrFr)明渠水流按流动强度:急流、缓流和临界流三种明渠水流按流动强度:急流、缓流和临界流三种流态。流态。判别标志为佛罗德数(判别标志为佛罗德数( FrFr, Froude number )FrFr惯性力惯性力/ /重力(重力(V2/LV2/L)/g/gV2/V2/(LgLg)但一般取但一般取FrFr V
10、/ LgV/ Lg 标志惯性力与重力之间的关系标志惯性力与重力之间的关系 描述流体的运动强度描述流体的运动强度明渠水流明渠水流河流、湖泊、海洋中的牵引流河流、湖泊、海洋中的牵引流无压流无压流 一、流体的一些基本知识和概念3、缓流、急流和佛罗德数(Fr) Fr1:缓流,水深流缓下部流动体制,低流态Fr1:临界流,过渡流态Fr1:急流,水浅流急上部流动体制,高流态3、缓流、急流和佛罗德数(Fr)Fr1:缓流,水深流缓下部流动体制,低流态Fr1:临界流,过渡流态Fr1:急流,水浅流急上部流动体制,高流态一、流体的一些基本知识和概念、两类流体及其搬运和沉积作用方式类别类别牵引流牵引流重力流重力流流体性
11、质流体性质牛顿流体牛顿流体非牛顿流体非牛顿流体密度密度低低高(高(1.08,海水比重),海水比重)水动力学机制水动力学机制地形、潮流或风地形、潮流或风重力重力液固相液固相分明分明不分不分搬运介质搬运介质流水流水沉积物沉积物搬运动力搬运动力推力、负荷力推力、负荷力重力重力搬运方式搬运方式滚动、跳跃、悬浮滚动、跳跃、悬浮悬浮悬浮运动关系运动关系水主动,颗粒被动水主动,颗粒被动水被动,颗粒主动水被动,颗粒主动搬运物质搬运物质碎屑物质、溶解物质碎屑物质、溶解物质碎屑物质为主碎屑物质为主沉积作用沉积作用流速、能量减小流速、能量减小能力减小转化或稀释能力减小转化或稀释沉积环境沉积环境地形变化较小地形变化较
12、小山前或斜坡及其下游方向山前或斜坡及其下游方向沉积构造沉积构造各种类型层理各种类型层理粒序粒序/递变层理递变层理二、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用1、搬运方式(1)推移搬运(滚动+跳跃)推移载荷(bed load)(bed load)(2)悬浮搬运悬移载荷(suspend loadsuspend load) 载荷:流体中被搬运的沉积物,也叫负载,负荷。二、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用2、机械沉积作用(1)碎屑颗粒在静水中的沉积作用 在静水条件下,可用斯托克实验公式表示: V=(2(d1-d2)/(9)gr2 V下沉速度(cm)d1颗粒密度d2水介质密度水介质粘度(20时为0.01cp)g
13、重力加速度(980cm/s2)r颗粒半径适用于静水、室温、rV继尤尔斯特隆图解两条曲线:开始搬运曲线继续搬运曲线三个区:剥蚀区,搬运区和沉积区三个段:砾级 难搬易沉 山区d2mmd2mm,V V开开大大,V V继继大,大,VVV V开开V V继继,小。,小。粉砂和泥级 易搬难沉 深水 d0.01mm,V开大,开大,V继很小,继很小, V很大,很大,砂级 易搬易沉 跳跃 分布最广 0.12mm,V开最小,开最小,V继中等,继中等, V不大。不大。剥蚀区剥蚀区搬运区搬运区沉积区沉积区搬运和沉积的决定因素搬运和沉积的决定因素粒径和流速粒径和流速 (1)当流动强度为P时,它所能滚动的砾石最大粒径为8c
14、m,同时所能悬浮的最大砂粒为2.2mm。 (2)当流动强度略小于P时,可使粒径为8cm的砾石和2.2mm的砂粒同时沉积,从而可能形成双众数的砂砾岩。 (3)当流动强度在附近反复变动时,即属持续水流时,则可能形成砂质沉积与砾石质沉积的互层,其平均粒度应分别为2.2mm与cm左右。 ()如果流动强度急剧域小,则可能造成分选极差的多众数的砾、砂,粉砂和泥的混合沉积物。 (5)沉积砂粒所需的流动强度要比沉积cm砾石所需强度小得多。因此在平均粒度为cm的砾石沉积的孔隙中所充填的1砂,不可能是同时沉积物,后者应是在水流强度减小后的孔隙渗滤充填物。例如冲积扇中的筛状沉积物中的充填物就是这种情况。二、碎屑物质
15、在流水中的搬运和沉积作用3、碎屑物质在流水搬运过程中的变化矿物成分 不稳定组分减少 稳定组分增加粒度(颗粒大小) 变细,分选变好颗粒形状 圆度与球度变好二、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用 、碎屑物质在流水搬运及沉积作用过程中的分异作用: 定义:指碎屑物质在流水中(不限于流水)的搬运过程中,按其物理性质(成分、粒度、圆度、球度等)呈现分别集中的现象,其中以粒度分异最明显。 与分异作用相对的是“掺和作用”或混合作用,混杂作用,是指由于支流搬运物质的注入,沿岸物质的注入,以及其他因素引起的。二、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用、碎屑物质在流水搬运及沉积作用过程中的分异作用:从上游到下游,沉积物将发
16、生:(1)颗粒大小分异,粒度由大到小、分选由差变好;(2)比重分异,体积小比重大和比重小体积大的沉积物可能一起堆积,如含金砾岩。(3)形状分异,片状颗粒比等轴粒状颗粒搬运得远;圆度和球度高的滚动颗粒更易于搬运。(4)矿物成分分异机械沉积分异结果: 随搬运距离的增长,碎屑物质的矿物成分趋向简单、稳定组分增多、重矿物含量减少、粒度变细、分选、磨圆变好三、碎屑物质在海、湖水体中的搬运和沉积作用(一)碎屑物质在海水中的搬运和沉积作用 海洋环境中的主要营力有: 波浪 潮汐 近岸流 风暴流 浊流 等深流三、碎屑物质在海、湖水体中的搬运和沉积作用(一)碎屑物质在海水中的搬运和沉积作用1、波浪浪底/波基面(H
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