第十一章 沉积岩的基本特征详解

第十一章沉积岩的基本特征

第一节概述

但以体积而言，沉积岩仅占岩石圈体积的5%，结晶岩占95%。

各类沉积岩的分布各不相同。分布最广的是泥质岩（72.2%）、砂岩（13.2%）和碳酸盐岩(7.7%)，其余的沉积岩及其沉积矿产仅占1%—2%。

沉积岩在地表广泛分布，是储油、储水的有利场所。沉积岩中的矿产不仅种类多，而且储量大。据统计沉积和沉积变质矿产占世界矿产总储量的75—85%。煤、石油、油页岩和天然气等全是沉积形成。铁、锰、铝、磷、放射性金属及铜、铅、铅、锌、汞、锑等矿产，多属沉积成因或、、与沉积有成因关系。有些沉积岩本身就是矿产。

二．沉积岩的成分特征

（一）化学成分特征

沉积岩的主要物质来源于火成岩的风化产物，所以两者的平均化学成分非常相似。但由于火成岩转变为沉积岩要经过风化、搬运、沉积、成岩等一系列转

沉积岩的平均矿物成分与火成岩相比有明显差别。构成沉积岩的主要矿物是：①云母及粘土矿物，②碳酸盐矿物，③石英族矿物（石英、玉髓、蛋白石等）。

二. 沉积岩的结构构造特征

沉积岩的结构构造明显不同于岩浆岩。岩浆岩多为晶粒结构；而沉积岩的结构则随岩石的类型和成因而变化，最常见碎屑结构（陆源碎屑岩）、泥状结构（泥质岩）、晶粒结构（化学及生物化学岩）、颗粒结构（内源沉积岩）等。

沉积岩具特征的层理和层面构造。

第二节沉积岩的形成和变化

沉积岩的形成作用可概括为以下3个阶段：①沉积岩原始物质的形成阶段（风化阶段），②沉积岩原始物质的搬运和沉积作用阶段，③沉积物的同生、成岩作用和沉积岩的后生作用阶段。

一．沉积物质的形成作用

沉积岩的原始物质有四类：

1．母岩风化所提供的物质：陆源碎屑、粘土物质、溶解物质。

2．生物成因的物质：生物残骸及有机质。

3．深部来源的物质：火山碎屑物质、深部来的卤水、温泉水、喷气物质等。

4．宇宙来源的物质：陨石及宇宙尘埃。

以下主要介绍风化作用形成的物质。

1．物理风化作用

使母岩发生机械破碎为主的风化作用称为物理风化作用。

它为沉积岩的形成提供各种碎屑物质。

2．化学风化作用

不仅使母岩破碎，而且其矿物成分和化学成分也发生本质的改变，直至形成在地表条件下稳定的矿物组合的过程称为化学风化作用。

它为沉积岩的形成提供各种溶解物和不溶残余物。

3．生物风化作用

生物对岩石产生的机械和化学的破坏作用。

风化作用的产物：

⑴碎屑物质碎屑岩

⑵溶解物质（真溶液、胶体溶液）化学岩和生物化学岩

⑶粘土物质泥质岩

（二）主要造岩矿物和岩石在风化过程中的稳定性

1．长石类矿物

长石类矿物是地壳中分布最广的矿物。受到各种酸，尤其是碳酸的作用极易发生分解，析出K、Na、Ca等离子，同时发生水化而变为水云母，并继续分解。以钾长石为例：

K[AlSi3O8] K<1Al2[(Si,Al)4O10](OH)•nH2O Al4[Si4O10](OH)8

钾长石水云母高岭石

Al2O3•nH2O (铝土矿)

SiO2•nH2O （蛋白石）

在长石类中钾长石比斜长石难于风化，酸性斜长石较基性斜长石难于风化。

2．铁镁矿物

这类矿物包括橄榄石、辉石、角闪石等铁镁矿物，易风化，沉积岩中甚少，一般呈重矿物形式出现。

3．石英类

是在地表最稳定的矿物，在风化过程中几乎只有机械破碎。母岩风化愈彻底，风化产物中石英的相对含量愈高。

4．云母类

白云母稳定性较大，故在沉积岩中较多，黑云母不稳定，所以在沉积岩中很少。

岩石由造岩矿物组成，因而在风化时的稳定程度取决于它所含的矿物成分。因而抗风化能力，岩浆岩中为：

酸性岩→中性岩→基性岩→超基性岩

沉积岩中砂岩、页岩其矿物成分为地表稳定的组分，不易发生化学分解，主要以碎屑物被搬运；石灰岩在干旱地区以机械破碎为主，在湿热地区则以溶解为主；硅质岩则很难受化学风化。

变质岩的风化习性与岩浆岩近似。

二．沉积物的搬运和沉积作用

母岩的风化产物有三类：碎屑物质、粘土物质（又叫不溶残余物）和溶解物质。它们除少部分残留原地组成风化壳堆积外，大部分被搬运走，并在新的地方沉积下来。三者的性质不同，故其搬运、沉积方式也不同。

使沉积物发生搬运和沉积的地质营力主要是流水、风、冰川、重力和生物。搬运方式可分为机械搬运、化学搬运和生物搬运。

（一）机械的搬运与沉积作用

碎屑物质在水、风、冰及重力等的作用下，以机械的方式进行搬运和沉积，受流体力学定律支配。可呈悬浮状态搬运（称悬移载荷），也可呈滑动、滚动或跳跃方式搬运（称推移载荷或床沙载荷）。

按搬运流体的性质分为牵引流和重力流两种。

对原始沉积物的搬运以牵引流最常见，如含少量沉积物的流水（包括雨水、河流、湖流、洋流等）和大气流等属牵引流，为牛顿流体。符合牛顿流体定律

1．碎屑物质在流水中的搬运和沉积 （1）碎屑物质的搬运

促使碎屑搬运的力有：水体对物质的上举力（浮力），流水的动力（包括 水平推力和负荷力），它主要决定于流速、流量和流体性质。

其中水平推力主要决定于流水的流速。当流量一定时，流水搬运碎屑的大小与流速平方成正比（d ∝v 2）。山区河流流速快（5—8m/s ），可手搬运粗大的碎屑；平原河流流速小（1.5m/s ），只能搬运细小颗粒。

流水的负荷力主要决定于流量。流量大小决定了搬运数量，如长江流量大，能搬运大量泥沙（970×106t/a ）入海，但无大的碎屑。

因此，砂粒在流水搬运中最为活跃，易搬运也易沉积，3）>2mm 颗粒的起始流速与沉积临界流速相差也很小，但这两个流速本身却很大，且随粒径增大而增大，故砾石很难作长距离搬运，且多沿河底滚动式推移前进。

4）<0.05mm 颗粒的起始流速与沉积临界流速之间的差值随着颗粒的变小而增大，因而粉砂和泥质一经搬运，就长期悬浮于水体中，大多数搬运至较远的深水环境缓慢地沉积下来。侵蚀固结的粘土所需的流速甚至大于侵蚀松散的中砾。

（2）碎屑物质的沉积作用

处于搬运状态的碎屑物质，当流水的流速降低，流水的动力不足以克服颗粒的重力，颗粒就会沉积下来。或当流水的水平推力小于颗粒的有效重力（重力减浮力）时，床沙颗粒就会停止移动。当流水的上举力小于有效重力，或流速小于颗粒沉速的12倍，悬浮颗粒就会下沉。

碎屑物质在静水中的下沉情况可用斯托克斯实验公式表示：

υ =922gr μ

ρρw

s -

式中：υ—颗粒下沉速度（mm/s ），g —重力加速度（cm/s 2），r —球体的