《沉积岩石学》第二章沉积岩的形成及演化

只有在干旱的气候条件下，在距母岩 很近的快速搬运和堆积的沉积物中，才可 能看到由它们组成的岩屑。
7、硫酸盐矿物（如石膏、硬石膏）、硫 化物矿物（如黄铁矿）、卤化物矿物（如 石盐）等：
它们的风化稳定性最低，最易溶于水， 多呈真溶液状流失走。
三、各种岩石的风化及其产物：
岩石是矿物的集合体，因此岩石的风化及其产物 主要是由组成它的矿物的风化情况决定的。
1、氧化作用：
空气和水中的游离氧是地表最重要的氧化剂。 氧化作用最易破坏的是硫化物、有机化合物和含 有氧化亚铁、氧化亚锰、钒、钴的矿物。
例如：由硫化矿物组成的矿床，经过氧化作用 以后，常常形成以褐铁矿为主要成分的疏松多孔
的堆积体，这种堆积体称为铁帽。在铁帽的下部，
往往可以找到较富的原生矿床。
4FeS2 ＋ 14H2O ＋ 15O2 = 2(Fe2O3·3H2O) ＋ 8H2SO4
风化壳基本特征：风化壳一般分三层，上 层土壤、中层为残积物和半风化的岩石、下层 为未风化的基岩。
2、 风化壳的厚度：
可以由几米～一、二百米，通常为几米或几 十米。与气候、地形、构造等因素有关。
一般说来，在气候潮湿、地形平坦、构造活 动比较稳定的地区，风化作用较强，剥蚀作用较 弱，风化残余物质易于保存，故风化壳厚度较大。 在相反的条件下，风化壳厚度就较小，以至为零。
含碱质的水能加大对SiO2的溶解度，促 进硅质岩石的风化。
（三）生物风化作用：
1、生物物理风化作用：
2、生物化学风化作用：
例如，有些微生物新陈代谢时，要汲取矿物 中的某些元素。如磷细菌、硅细菌，它们的生命 活动就是靠分解矿物中的磷和硅，因而含磷矿物 和含硅矿物就被它们破坏了。
菌类、藻类及其他微生物通过它们的生命活动 能放出CO2、O2、H2S等气体，这些气体能对矿 物岩石进行强烈的化学风化作用。
砂岩的主要成分为碎屑石英，不易受化 学分解，而以机械破碎为主；
粘土岩一般也较稳定，但易破碎呈细小 碎屑被搬运；
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。
四、母岩风化过程中元素的转 移顺序及母岩风化的阶段性：
（一）元素的转移顺序：
（二）母岩风化的阶段性（以玄武岩为例）：
白云母（KAl2[AlSi3O10](OH)2）：白云母在风化过程中， 主要是析出钾和加入水，先变为水白云母，最后可变为高岭 石。
黑云母（K(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH,F)2）： 黑云母遭风化后，钾、镁等成分首先析出，同时加入水， 常经过水黑云母、绿泥石Mg5Al[AlSi3O10](OH)8(Fe3O4)、最终 变为褐铁矿或高岭石等粘土矿物。
七、沉积物的其他来源：
1、生物成因的沉积物：生物遗体。 2、深部来源的沉积物：火山碎屑物。 3、宇宙来的沉积物：陨石及其尘埃。
提问： 1、元素或化合物在风化过程中的转移顺序？ 2、风化产物类型？
第二节：碎屑物质的搬运和沉积作用
一、牵引流和沉积物重力流的搬运和沉积：
（一）牵引流：河流、海湖浅水、风等
3、酸性硅铝阶段（粘土型风化阶段）：
新生成的矿物：K＋、Mg2＋的再次析出使得上个阶段所形成 的矿物（蒙脱石、水云母等）又被破坏而形成在酸性条件下稳 定的、不含Ca2＋、Na＋、K＋、Mg2＋盐基的粘土矿物～高岭石 等。
4、铝铁土阶段（红土型风化阶段）：
硅酸盐矿物被彻底分解，全部可移动的元素都被溶液带走， 主要剩下Fe、Al、Si的氧化物残留原地，形成铝土矿、褐铁矿 和蛋白石的堆积（红土）。
主要由较易风化的橄榄石、辉石、基性 斜长石组成，远比花岗质岩石易风化。风化 后，除部分易溶元素转移流失外，常在原地 形成一些化学残余矿物，如蛇纹石、滑石、 绿泥石、褐铁矿等。
4、火山岩及火山碎屑岩：
由于含有相当的甚至大量的玻璃质或火 山灰，故其风化速度大都相当快。
（二）沉积岩：
以蒸发岩（主要由卤化物及硫酸盐矿物 组成）最易溶解，最易风化。碳酸盐岩次之， 粘土岩、石英砂岩、硅岩等最难风化。
《沉积岩石学》
第二章 沉积岩的形成及演化
沉积岩的形成及其形成后的演化的全 部历史过程大致可分为以下几个阶段
沉积岩原始物质的形成阶段 （主要是母岩的风化产物，还有火山物质、有机物 质以及宇宙物质等）
沉积岩原始物质的搬运和沉积阶段 （即沉积物的形成阶段）
沉积后作用阶段 （其中又包括沉积物的同生作用和准同生作用阶段、 沉积物的成岩作用阶段以及沉积岩的后生作用阶段)
（3）含硫酸水的作用：
硫化物氧化后，经常产生大量的硫酸，含硫 酸的水对矿物岩石的化学风化作用能力很强， 从而破坏岩石。
例如：含硫酸的水与石灰岩作用，也能使 石灰岩产生溶蚀现象。
CaCO3 ＋ H2SO4 = CaSO4 ＋ CO2 ＋ H2O
石灰岩
硬石膏
（4）含碱质水的作用：
长 石 经 过 化 学 风 化 后 ， 可 产 生 K2CO3 、 Na2CO3 及 KOH 等 ， 它 们 都 易 溶 解 于 水 ， 使 水呈碱性。
3、古风化壳： 地壳下降，沉积物沉积在风化壳上，把风化 壳埋藏在地层之中，即成为古风化壳
4、古风化壳的意义：
古风化壳是地壳上升、沉积间断、 不整合的重要标志；是古气候、古地理 分析的重要依据；是当前划分层序地层 界面的主要标志；风化壳中常蕴藏着一 些重要的金属和非金属矿床（如高岭石 矿、铝土矿、铁矿、镍矿等）；在风化 壳中还可以形成油气藏。
指岩石在风化过程中，只改变物理状态， 不改变化学成分的破坏作用。
物理风化的产物：是产生岩石碎屑和矿物 碎屑。
物理风化的因素：温度、压力、水、重力、 风、雷电等。
（南京地校P78图4～2、图4～4）
（二）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、产生新矿物的过程称为化 学风化作用。
CaCO3 ＋ CO2 ＋ H2O = Ca(HCO3)2
Leabharlann Baidu
石灰岩（不溶于水）
（溶于水）
（2）正长石与二氧化碳的作用：
正长石与含二氧化碳的水作用后，能使正 长石分解。
4KAlSi3O8＋2CO2＋4H2O=Al4Si4O10(OH)8＋8SiO2＋2K2CO3
正长石
高岭石
3、水的化学风化作用：
（1）水解作用：
这些物质在初始阶段也大都存在于 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。
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,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，转移至远离母岩区的湖泊或
海洋中去，在一定的条件下沉积下来，形成 化学岩沉积。
六、风化壳：
1、 风化壳的概念：
地壳表层岩石风化的结果，除一部分溶解 物质流失外，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。
生物本身分泌出的有机酸能腐蚀和溶解岩石， 使岩石遭到破坏（如地衣、植物的根等）。
二、各种造岩矿物的风化及其产物：
1、石英（SiO2）：在风化作用中稳定性极高，
它几乎不发生化学溶解作用，一般只发生机械破碎作 用。
2、长石：长石的风化稳定性次于石英。
在长石类矿物中，钾长石的稳定性较高，多钠的 酸性斜长石次之，中性斜长石又次之，多钙的基性斜 长石稳定性最低。
矿物与含有自由离子H＋和[OH]－的水作用，能使矿 物的阳离子形成氢氧化物，从矿物中解脱出来，因而 破坏了矿物。
例如：正长石与水作用，可使正长石中的钾形成 KOH溶于水中，正长石最后变为高岭石而被破坏。
4KAlSi3O8＋6[H＋＋(OH)－]=Al4Si4O10(OH)8＋8SiO2＋4KOH
正长石
离解水
高岭石
（2）水化作用： 有些矿物与水起反应，吸收水分子形成新的矿物。
例如：硬石膏与水作用后形成石膏，体积增大60%， 对周围岩石产生很大压力，因而促进了物理的破坏作用。
CaSO4 ＋ 2H2O = CaSO4·2H2O
硬石膏
石膏
经过水化作用而形成的石膏较硬石膏的 溶解度要大得多，加速了石膏被水的溶解。
五、母岩风化产物的类型：
1、碎屑残留物质： 主要是母岩的岩石碎屑或矿物碎屑。 在风化作用的第一阶段最发育，到第四阶段， 这种物质就很少了，只有那些风化稳定性最高、 极难风化的石英才能保留下来。
这种物质的初始阶段大都残留在母岩区，后 来就可能被各种营力搬运走。
2 、新生成的矿物（化学风化矿物）：
主要是指在风化作用过程中新生成的 一些矿物，如水云母、高岭石、蒙脱石、 蛋白石、铝土矿、褐铁矿等。
由于母岩的各种化学成分在风化作用中从 风化壳中淋出的顺序有先有后，所以母岩的 风化作用过程就呈现出了阶段性。
波雷诺夫将结晶岩的风化过程分为四个 阶段。在各阶段中，各有其独特的风化产物。
1、破碎阶段：以物理风化作用为主，形成岩石或矿物的碎屑。
2、饱和硅铝阶段：
新生成的矿物：蒙脱石、水云母、拜来石、绿泥石等。都 是不含或微含Ca2＋、Na＋，且K＋、Mg2＋含量也下降了的矿物。
它们的抗风化能力比石英、长石、云母都低得多， 所以在沉积岩中较少见，其中以橄榄石最易风化， 辉石次之，角闪石又次之。
这些矿物在遭受风化时，铁、镁、钙等易溶元素 首先析出，硅也部分或全部地析出，大部分元素呈 溶液状态流失走，一部分元素在风化带中形成褐铁 矿、蛋白石等。
故这类矿物在沉积岩中含量很少，一般多呈重 矿物的形式存在。
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： 母岩：是供给沉积岩原始物质成分的岩石，主 要是岩浆岩和变质岩，也包括早已形成的沉积岩。 风化作用：暴露于地表及其附近的岩石，在大气、 温度、水和生物的联合影响下，使原来岩石的物理 性质或化学成分发生改变的地质作用称为风化作用。
（一）物理风化作用：
（一）岩浆岩：
1、花岗岩风化作用及其产物： 花岗质的岩浆岩及变质岩（包括花岗岩、花岗闪
长岩；花岗片麻岩等）是分布最广的岩浆岩及变质岩， 它们的风化作用具有代表性。
花岗岩风化后的产物可分为三类：溶解物质、粘 土矿物（新生成的矿物）和残留物质。
2、花岗闪长岩风化作用及其产物：
3、基性和超基性侵入岩：
1、搬运：搬运力表现在二方面：
（1）推力（即牵引力）。推力的大小主要取决于流体
的流速。推力越大则能搬运的碎屑颗粒越大。
（2）负荷力（即负载沉积物的能力）。负荷力的大小
取决于流体的流量。负荷力越大则能搬运的沉积物数量就
越多。
2、沉积：随着牵引流流速的降低，流量的减小，流 体的推力和载荷力就要减弱，从而形成超载而发生沉积。
5、粘土矿物（如高岭石、蒙脱石、水云母等）：
粘土矿物本来就是在风化条件下或者沉 积环境中生成的，在风化带中相当稳定。
但是，在一定的条件下，它们也还会发 生变化，转变为更加稳定的矿物，如铝土矿、 蛋白石等。
6、碳酸盐矿物（如方解石、白云石等）：
风化稳定性甚小，很易溶于水并转移， 因此在碎屑沉积岩中很难见到它们。
黄铁矿 水
氧
褐铁矿
硫酸
2、CO2的化学风化作用：
CO2比其它气体易溶于水，在河水和 地下水中，CO2的含量为大气圈中的 1700～2700倍。
富有游离碳酸的水比纯水破坏碳酸盐 和原生铝硅酸盐矿物更为剧烈。
CO2的化学风化作用举例：
（1）石灰岩与二氧化碳的作用：石灰岩遇 到含有CO2的水时，就会形成可溶于水的 Ca(HCO3)2,因而石灰岩被风化了。
在海底风化条件下，黑云母可变成海绿石：
(K,HO)(Fe,Mg,Al)2[(Si,Al)Si3O10](OH)2
4、铁镁硅酸盐矿物[橄榄石(Mg,Fe)2 SiO4；辉石 Ca(Mg,Fe,Al)[ Si, Al] 2O6 ； 角 闪 石 Ca2Na (Mg,Fe)4( Al, Fe)[( Si, Al)4 O11](OH)2]：
因此，在沉积岩中钾长石多于斜长石。
钾长石的风化过程及其产物如下：
铝土矿是钾长石风化的最终产物，是风化带中很 稳定的矿物。但是，只有在十分有利的条件下，钾长 石才能完全风化成铝土矿，在一般情况下，钾长石大 都转变为水白云母和高岭石。
3、云母：白云母的抗风化能力较强，所以它在沉积岩 中相当常见。黑云母的抗风化能力比白云母差的多。