沉积岩石学——沉积岩的形成及演化

第二章沉积岩的形成及演化

学时：6学时

基本内容：包括

①基本概念：风化作用（物理风化、化学风化、生物风化）、风化壳、牛顿流体、层流、紊流、雷诺数、佛罗德数、沉积分异作用（机械沉积分异和化学沉积分异作用）、正常沉积作用、事件沉积作用、沉积后作用

②基本原理：各种造岩矿物、岩石的风化及其产物，母岩风化的阶段性，碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用，两种沉积分异作用的关系，沉积后阶段的划分，沉积岩的分类

重点：碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用、沉积分异作用、沉积岩的分类

难点：流体的一些基本知识、尤尔斯特隆图解

教学思路：①简要回顾地球科学概论中关于风化作用的概念，然后介绍各种造岩矿物、岩石的风化及其产物、母岩风化的阶段性。②在简要介绍流体基本知识的基础上，重点讲解碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用，简要介绍碎屑物质在海洋、湖泊、空气和冰川中的搬运和沉积作用、溶解物质的搬运和沉积作用，对于沉积分异作用的概念、类型、关系及意义亦进行重点讲解。③简要介绍沉积后阶段的划分。④在前述沉积岩形成和演化的基础上讲解沉积岩的分类

主要参考书:

①冯增昭主编《沉积岩石学》上册第二章，石油工业出版社，1993.

②曾允孚、夏文杰主编《沉积岩石学》第二、三、五章，地质出版社，1986.

③何幼斌编《Sedimentary Petrology》（英文辅助教材）第八、九章，江汉石油学院，2003.

④Selly R C, An introduction to sedimentology, 1985.

复习思考题：

①试述物理风化、化学风化、生物风化的表现形式及其影响因素？

②试述母岩风化产物的主要类型。

③何谓矿物成熟度？并说明它在碎屑岩、粘土岩和重矿物中的表示方式，研究矿物成熟度有何地质意义?

④何谓牵引流、重力流？二者在搬运和沉积方面各有什么特点？

⑤试述斯托克沉速公式的含义及其适用条件。

⑥试述影响碎屑物质在流水中搬运和沉积作用的主要因素。

⑦试以龙尔斯特龙图解为例，说明碎屑颗粒的搬运、沉积与流速的关系。并说明细砂级颗粒为何分选最好。

⑧何谓沉积分异作用？试述机械沉积分异和化学沉积分异的关系及其在地质中的意义。

⑨试述沉积后作用的概念及其研究的意义。

⑩试述沉积岩分类的原则、依据及岩石类型。并从原始物质、搬运方式、沉积作用及成岩后生作用等方面说明碎屑岩、粘土岩、化学岩和生物化学岩的形成作用及其相互关系。

教学内容提要：

第一节沉积岩原始物质的形成

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,引起岩石破坏的外界因素有温度的变化,水以及各种酸的溶蚀作用、生物的作用以及各种地质营力的剥蚀作用等。

分类：物理风化作用、化学风化作用、生物风化作用

二、各种造岩矿物的风化及其产物（重点）

各种造岩矿物在风化作用条件下的稳定性相同，主要造岩矿物的风化产物如下：石英是岩石的主要造岩矿物，在风化作用中稳定性极高，几乎不发生化学溶解作用，只发生机械破碎作用。

长石的稳定性次于石英，钾长石在风化过程中大多转变为水白云母和高岭石。斜长石经常形成沸石、蒙脱石、蛋白石、方解石。

云母抗风化能力较强，风化过程中先形成水白云母，最后变为高岭石。

橄榄石、辉石、角闪石等铁镁硅酸盐矿物，风化过程中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。

各种粘土矿物如高岭石、蒙脱石、水云母等，在风化过程中可转变为更加稳定的矿物，如铝土矿、蛋白石等。

各种碳酸盐矿物如方解石、白云石等，风化稳定性甚小，很易溶于水并顺水转移。

各种硫酸盐矿物（如石膏、硬石等）、硫化物矿物（如黄铁矿）、卤化物矿物（如石盐）等最易溶于水，呈溶液状流失走。

三、各种岩石的风化及其产物

岩石是矿物的集合体，因此岩石的内化其产物主要是由组成它的矿物的风化的情况决定的。以花岗岩为例，说明如下：

四、母岩风化过程中元素的转移顺序及母岩风化的阶段性

1. 风化过程中元素的析出顺序

2. 母岩风化的阶段性

破碎阶段

饱和硅铝阶段

酸性硅铝阶段

铝铁土阶段

五、母岩风化产物的类型（重点）

1. 碎屑残留物质——碎屑岩的主要特物质来源

2. 新生成的矿物

3. 溶解物质

六、风化壳

七、沉积物的其它来源

1. 生物成因的沉积物

2. 深部来源的沉积物

3. 宇宙来源的沉积物

第二节碎屑物质的搬运和沉积作用

一、流体的一些基本知识和概念（难点）

1. 牛顿流体和非牛顿流体：凡服从牛顿内摩擦定律的流体称做牛顿流体，否则称非牛顿流体。

2. 层流、紊流和雷诺数

层流是一种缓慢流动的流体，流体质点作有条不紊的平行的线状运动，彼此不相掺混。紊流是一种充满了漩涡的急湍流动的流体，流体质点的运动轨迹极不规则，其流速大小和流动方向随时间而变化，彼此互相掺混。

层流与紊流的流动特点

3. 缓流、急流和佛罗德数

佛罗德数是表示惯性力与重力之间关系的一个数值，一般用Fr表示，当Fr＞1时，流体的性质为急流或超临界的流动，当Fr＜1时，流水性质为静、缓流、或临界以下的流动。

4. 两种流体及其搬运和沉积作用方式

二、碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用（重点）

1. 搬运方式：主要有两种，即推移搬运，（或滚动搬运）和悬浮搬运，（或悬浮搬运）。前者也可称推移载荷，后者也可称悬浮载荷。

2. 机械沉积作用

流水把处于静止状态的碎屑物质开始搬运走所需要的流速叫做开始搬运流速，开始搬运流速要大于继续搬运业已处于搬运状态的碎屑物质所需的流速，即继续搬运流速。一般来说，开始搬运流速要大于继续搬运流速。

碎屑物质在流水中的侵蚀、搬运、沉积与流速的关系（尤尔斯特隆图解）