沉积岩

１．机械搬运与沉积作用
• 1）流水的机械搬运和沉积作用 • 碎屑物质在流水搬运过程中，其不稳定成分逐渐变少，粒 度逐渐变小，圆度逐渐变好，这是变化的总趋势。搬运的 时间及距离越长，这些变化就越明显。 • 在一定条件下，当流水的动力不足以克服碎屑的重力时， 碎屑物质就会沉积下来。随着水流速度由大到小有规律的 变化，碎屑物质根据其粒度、密度、形状和矿物成分的不 同，在重力的影响下，按一定顺序沉积的现象，称为机械 沉积分异作用。
二.搬运作用与沉积作用 搬运作用与沉积作用
• 沉积岩的原始物质通过母岩风化、生物作用以及 火山作用形成后，除少部分在原地堆积外，大部 分在流水、风、冰川、重力等作用下都要被搬运 走，并在新的地方沉积下来来。一般碎屑物质及 大部分粘土物质是以悬浮搬运和底部推移搬运方 式进行搬运的。这种搬运与沉积作用受流体力学 的定律所支配，称为机械搬运与沉积作用。而化 学物质以溶液（包括真溶液和胶体溶液）方式进 行搬运，这种搬运受化学或物理化学的定律所支 配，称为化学搬运与沉积作用。
• （4）交代作用 • 交代作用是指一种矿物代替另一种矿物的现象。 交代作用可以发生于成岩作用的各个阶段乃至表 生期。交代矿物可以交代颗粒的边缘，将颗粒溶 蚀成锯齿状或鸡冠状的不规则边缘，也可以完全 交代碎屑颗粒，从而成为它的“假象”。交代作 用的实质是体系的化学平衡及平衡转移问题。当 体系内的物理、化学条件发生改变时，原来稳定 的矿物或矿物组合将变得不稳定，发生溶解、迁 移或原地转化，形成在新的物理、化学条件下稳 定存在的新矿物或矿物组合。
• 3）冰川的机械搬运和沉积作用 • 冰川和浮冰的搬运和沉积作用发生在两极地区和高寒的山 区。首先，冰川是固体搬运，搬运能力极强。其次，冻结 在冰川中的岩石碎块彼此间极小摩擦与撞击，岩屑的棱角 很少磨损。第三，冰积物可以毫无分选，石块、砂粒和粘 土混合在一起。第四，在冰川的搬运过程中，部分岩块间 的摩擦，以及岩块与底壁间的摩擦，常常形成特殊的冰川 擦痕—丁字痕。
子任务1 沉积岩形成的认识
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地壳是由三大类岩石构成的，其分布极不均匀， 岩浆岩和变质岩占地壳体积的95％，沉积岩只占 5％，但它们在地表的分布面积却相反，岩浆岩和 变质岩仅占地表面积的25％，而沉积岩却占75％。 也就是说，沉积岩呈薄薄的一层覆盖在地壳表面， 形成一个沉积圈。
沉积岩、岩浆岩、变质岩成因关系图（据姜在兴《沉积学》）
• 沉积岩的原始物质有母岩的风化产物、火山物质、 有机物质以及宇宙物质等，其中母岩的风化产物 是最主要的，所以这里着重介绍母岩的风化作用 及其产物的形成。 • 母岩，是指供给沉积岩原始物质成分的岩石，是 先生成的岩浆岩、变质岩和沉积岩。 • 风化作用是指地壳表层岩石在大气、水、生物等 营力的影响下，发生机械和化学变化的一种作用。 它包括物理风化、化学风化和生物风化三种基本 类型。
化学沉积分异作用示意图
三．成岩作用
• 搬运和沉积作用的结果，在大陆的河流、湖泊、 沼泽等低洼地带和海洋里堆积了许多松散的沉积 物，在温度、压力、地层水等作用下，使疏松的 沉积物变成坚硬的沉积岩的作用，称为成岩作用。 成岩作用的方式在不同阶段是不一样的，主要有 以下几种成岩方式。
• （1）压实作用 • 压实作用系指沉积物沉积后在其上覆水层或沉积 层的重荷下，或在构造形变应力的作用下，发生 水分排出、孔隙度降低、体积缩小的作用。压力 是压实作用的外在因素，而沉积物的成分和颗粒 大小是内在因素。一般来说，软泥、粘土等沉积 物最易被压实，而砂、砾等粗沉积物在压实作用 下，其孔隙度变化则很小。所以在成岩作用阶段， 压实作用是使碎屑物质，特别是粘土沉积物成岩 的主要因素。
• 2）真溶液物质的搬运和沉积 • 在母岩风化产物中，Cl、S、Ca、Na、Mg、K等多呈离子 状态溶解于水中被搬运，即呈真溶液状态被搬运。真溶液 物质的搬运和沉积作用的根本控制因素是它们的溶解度。 即溶解度愈大，愈易搬运，愈难沉积；反之，溶解度愈小， 则愈易沉积，愈难搬运。真溶液物质在沉积过程中，根据 其化学元素的活泼性或溶解度的不同，按一定的顺序沉积 下来，这个过程称为化学沉积分异作用。
碎屑物质按粒度的机械沉积分异
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2）风的机械搬运和沉积作用
• 风是搬运和沉积作用中一种很重要的地质营力，尤其在干 旱的沙漠和滨海沙岸地区。但是风和流水的搬运与沉积作 用有重要的区别，首先是风只能搬运碎屑物质，而不能进 行化学搬运。其次，风的搬运能力远比水的搬运能力小， 只能搬运细粒物质。第三，风对搬运物质的选择性比较强， 风成沉积物的粒度分选性较好。第四，风成砂一般磨圆都 好，常具霜状表面。风成的砾石，由于常常遭到地面流砂 磨蚀而具有一种特殊的棱面，通常称为风棱石。第五，风 搬运砂粒的方式为悬浮搬运和推移搬运两种。细粉砂和粘 土一类的细微沉积物呈悬浮状搬运，我国北方巨大的黄土 沉积，就是风悬浮搬运的赫赫功绩。砂质沉积物常呈推移 搬运，呈砂丘或砂拢的形态沉积下来。
• （3）重结晶作用 • 重结晶作用是指沉积物中的某些细小的矿物质在 温度、压力的影响下所进行的结晶作用。它包括 由原来矿物成分转变为新矿物，以及原来的晶体 长大等作用。例如 • SiO2·nH2O → SiO2 → SiO2 • 蛋白石（非晶质） 玉髓（非晶质） 石英（晶质） • 重结晶作用在化学成因或生物成因的沉积物中进 行很普遍，结果使沉积物内部更趋紧密，小晶体 变为大晶体，矿物变得更稳定。
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（1）碎屑物质 这类物质是母岩机械破碎的产物，主要是指母岩的岩石碎屑或矿物碎屑。碎屑残留物 质是碎屑沉积岩的主要原始物质成分。 （2）粘土物质 主要是指在化学风化过程中新生成的一些矿物，如水云母、高岭石、蒙脱石、蛋白石、 铝土矿、褐铁矿等。这些物质在初始阶段大都存在于母岩的风化带中，所以也常称为 “化学残余物质”。后来，它们也将被各种营力搬运走。它们是粘土岩的主要原始物 质成分。 （3）溶解物质 主要是指母岩在化学风化作用过程中被溶解的那些成分，如Cl、S、Ca、Na、Mg、K、 Si、Fe、Al、P等。这些物质大都呈真溶液或胶体溶液状态被流水搬运走，转移到远离 母岩区的湖泊或海洋中去。它们是化学岩和生物化学岩的主要原始物质成分。 4．风化壳 地壳表层岩石风化的结果，除一部分溶解物质流失以外，其碎屑残余物质和新生成的 化学残余物质大都残留在原来岩石的表层。这个由风化残余物质组成的地表岩石的表 层部分，或者说已风化了的地表岩石的表层部分，就称为风化壳或风化带。研究风化 壳有很大意义，在古风化壳中常蕴藏着油、气藏和其它一些重要的矿床（如高岭石矿、 铝土矿、铁矿、镍矿等）。
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子任务2 沉积岩主要特征的认识 子任务
• 任务描述：在认识沉积岩形成的基础上，掌握沉 任务描述： 积岩的一般特征，了解成岩后的次生变化，学会 根据沉积岩的特征分析沉积环境，并能分析古地 理古气候，进而了解含油气盆地的沉积特点，以 便更好地为油气田勘探开发服务。 • 知识目标： 知识目标： • 掌握沉积岩的一般特征。 • 技能目标： 技能目标： • 掌握沉积岩的一般特征，根据沉积岩的颜色分析 沉积环境，根据沉积岩的构造特征分析沉积盆地 的形成和演化 。
2．化学搬运和沉积作用
• 母岩风化产物中的溶解物质有的可以成为胶体溶 液，有的可以成为真溶液，Al、Fe、Mn、Si的氧 化物难溶于水，在搬运过程中常以胶体的形式出 现；Ca、Na、Me等离子，由于其溶解度大，而 呈真溶液搬运。
• 1）胶体物质的搬运和沉积 • 低溶解度的金属氧化物和氢氧化物常常呈胶体溶液搬运。 影响胶体物质凝聚与沉积的因素，除了介质的PH、Eh值 外，异名胶体或异名离子的中和作用具有特殊意义。胶体 凝聚沉积而成的沉积物呈胶状或糊状，当它们固结后呈钟 乳状、肾状、豆状。
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因为石油和天然气的生成是伴随着沉积 岩的形成而进行的，所以需要熟悉并掌握 沉积岩的形成过程。沉积岩的形成一般要 经过三个阶段，首先，要有形成沉积岩的 原始物质；第二，这些物质要经过搬运和 沉积作用；最后，这些沉积物还要发生成 岩作用。
沉积岩原始物质的形成—母岩的风化作用 一.沉积岩原始物质的形成 母岩的风化作用 沉积岩原始物质的形成
任务4 沉积岩的鉴定与描述 任务
• 任务描述：沉积岩是在近地表的常温、常压条件及水、大 任务描述： 气、生物、重力等作用下，由母岩的风化产物及其他物质 （包括火山物质、宇宙物质、有机质和生物遗体等）经搬 运、沉积及成岩作用而形成的岩石。沉积岩中蕴藏着丰富 的矿产，据统计，沉积矿产和沉积变质矿产约占世界矿产 总储量的80％，可燃矿产几乎全属沉积成因，石油和天然 气不仅生成于沉积岩中，而且大部分储存于沉积岩中。由 此可见，在组成地壳的三大类岩石中，与油气藏关系最密 切的就是沉积岩，在油气田勘探开发过程中，钻遇最多的 也是沉积岩层，所以对于石油工作者来说，各种沉积岩的 识别与鉴定就显得尤为重要。因此，我们首先从认识沉积 岩的形成开始，掌握各种沉积岩的鉴定特征，从而为沉积 岩的鉴定与描述奠定必要的基础。以便更好地为油气藏地 质分析服务。
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，称为物理风化作用。引起 物理风化作用的主要因素有：温度的变化、 晶体生长、生物的生活活动、以及水、冰、 风的破坏作用。物理风化作用的总趋势是 使母岩崩解，产生碎屑物质，其中包括岩 石碎屑和矿物碎屑等。
2．化学风化作用
在氧、水和溶于水的各种酸的作用下，母岩 遭受氧化、水解和溶解等化学变化，使其分解而 产生新矿物的过程称为化学风化作用。化学风化 作用不仅使母岩破碎，而且使其矿物成分和化学 成分发生本质的改变。它们在适当的条件下形成 粘土物质和化学沉淀物质（真溶液及胶体溶液物 质）。
３．生物风化作用
• 在岩石圈的上部、大气圈的下部和水 圈的全部，几乎到处都有生物的存在。故 生物，特别是微生物，在风化作用中能起 到巨大的作用。生物对岩石的破坏作用既 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，又有间接的作用。
地壳表层岩石风化的结果，主要形成以下三种性质不同的风化产物。
• （2）胶结作用 • 胶结作用是指从孔隙溶液中沉淀出的矿物质（胶 结物），将松散的沉积物固结起来的作用。通过 孔隙溶液沉淀出的胶结物的种类很多。如硅质 （蛋白石、玉髓、石英）、泥质（粘土矿物）、 铁质（赤铁矿、褐铁矿等）、钙质（方解石、白 云石等）都可将颗粒胶结在一起，使碎屑物质固 结成岩。胶结作用是碎屑物质成岩的主要途径。
知识目标
• ①认识沉积岩的形成过程； • ②掌握沉积岩的概念、颜色、物质成分、 结构构造等主要特征； • ③能够分析成因类型、分类及碎屑岩、粘 土岩和碳酸盐岩的鉴别特征；并能对碎屑 岩进行分类和命名； • ④理解各类沉积岩与油气的关系。
技能目标
• ①能够理解沉积岩的形成过程； • ②能够掌握沉积岩的一般特征； • ③能够识别和鉴定常见碎屑岩、粘土岩和 碳酸盐岩标本，并能对碎屑岩进行分类和 命名。
四．沉积岩的分类
• • • 沉积岩的分类，通常是根据岩石的主要物质成分和结构特征，将沉积岩分为 碎屑岩、粘土岩、以及化学岩和生物化学岩三大类型。 （1）碎屑岩 碎屑岩主要由碎屑物质（含量大于50%甚至达到90%以上）、杂基和胶结物 组成的一类岩石，包括由 母岩风化产物中的碎屑物质组成的正常碎屑岩和由 火山碎屑物质组成的火山碎屑岩。按碎屑颗粒大小，正常碎屑岩又可细分为 砾岩、砂岩和粉砂岩；火山碎屑岩细分为火山集块岩、火山角砾岩和凝灰岩。 （2）粘土岩 粘土岩是介于碎屑岩和化学岩之间的过渡型岩石，主要由50%以上粒径小于 0.01mm，且主要是粘土矿物组成，其中常含少量细碎屑物质。它是沉积岩中 分布最广的一类。 （3）化学岩和生物化学岩 化学岩主要由母岩风化产物中的溶解物质（呈真溶液和胶体溶液）通过化学 作用方式沉积而成。按主要化学成分，化学岩可分为碳酸盐岩、卤化物岩、 铝质岩、锰质岩、铁质岩等。但对于我们石油地质工作者来说最主要的是碳 酸盐岩。生物化学岩主要由生物遗体聚集或经过生物化学作用而成。在自然 界常见的生物化学岩有可燃有机岩（如煤、油页岩、石油、天然气、地蜡、 地沥青）和硅藻土、介壳石灰岩、礁石灰岩、磷块岩等。