第一篇 沉积岩总论 -...

第一篇 沉积岩总论

第一章 绪论

第二章 沉积岩的形成及演化

沉积岩的形成：

第二章 沉积岩的形成及演化

原始物质 搬运作用

沉积作用

原始物质形成阶段

沉积岩 沉积物 沉积后作用

搬运和沉积阶段—沉积物的形成阶段

沉积后作用阶段— 沉积岩的形成阶段

第二章 沉积岩的形成及演化

第一节 沉积岩原始物质的形成

第二节 沉积物的搬运和沉积作用

第三节 沉积后作用

第一节 沉积岩原始物质的形成

↑ ↑ ↑ ↑

母岩风化产物 生物残骸及有机质 火山碎屑+深层卤水 陨石

★★★★ ★★★ ★★ ★

沉积岩的原始物质

陆源物质 火山物质 生物源物质 宇宙源物质

第一节 沉积岩原始物质的形成

陆源物质 风化作用的概念

各类造岩矿物的风化及其产物

各种岩石的风化及其产物

母岩风化过程中元素的转移顺序

母岩风化过程的阶段性

母岩风化产物类型

风化壳

其他来源物质

第一节 沉积岩原始物质的形成

一、陆源物质的形成——母岩的风化产物

母岩：地表上出露的先期岩石，能够为沉积岩提供原始物质，早于该沉积岩而存在的岩浆岩、变质岩和较老的沉积岩。

母岩区：母岩分布区或陆源区、物源区，简称源区。

风化作用:

地壳表层岩石的一种破坏作用；

因温度的变 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，地壳表层的岩石处于不稳定状态，逐渐遭受破坏，转变为风化产物的过程。

一、陆源物质的形成——母岩的风化产物

（一）风化作用类型

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。

使母岩崩解、产生细颗粒碎屑物质（岩屑或矿屑）。

引起物理风化的主要因素：

温度变化

晶体生长

重力作用

水、冰及风的破坏

生物活动

第一节 沉积岩原始物质的形成

第一节 沉积岩原始物质的形成

一、陆源物质的形成——母岩的风化产物

（一）风化作用类型 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。

使母岩破碎、矿物成分和化学成分发生本质改变。

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。

机械破坏

分泌有机酸

第一节 沉积岩原始物质的形成

第一节 沉积岩原始物质的形成

一、陆源物质的形成——母岩的风化产物

岩石←矿物的集合体←元素组成

元素→矿物→岩石的风化特征

（二）元素的风化分异作用：

第一节 沉积岩原始物质的形成

结论： 1、Si、Al转移程度低

2、Cl、SO4、CO3等转移程度高

3、不同元素在风化作用过程中转移性的差别是很大的

（二）元素的风化分异作用：

在相同的特定风化条件下，不同造岩元素由于从母岩

中析出的难易程度不同，而按一定顺序从母岩中分离

出来，这种现象就叫元素分异作用

受原子与离子特性、矿物特征、介质pH、Eh、生物及

气候条件等的影响。

第一节 沉积岩原始物质的形成

温湿条件下（波雷诺夫，1934；彼列尔曼，1955）

1.最易迁移元素：Cl，Br， I，S；

2.易迁移元素：Ca， Na， Mg，K，F，Sr

3.可迁移元素：Cu， Ni，Co， Mo，V， Mn，

Si（硅酸盐中），P

4.惰性（微弱迁移）元素：Fe, Al, Ti 等

5.几乎不迁移元素：Si（石英）

第一节 沉积岩原始物质的形成

第一节 沉积岩原始物质的形成

一、陆源物质的形成——母岩的风化产物 （三）主要造岩矿物的风化及其产物

1.石英 稳定性高，一般只发生机械破碎作用。 碎屑岩的主要造岩矿物。

2.长石 稳定性仅次于石英。

钾长石 酸性斜长石 ∨ ∨ 斜长石 中性斜长石 ∨ 基性斜长石

第一节 沉积岩原始物质的形成

第一节 沉积岩原始物质的形成

一、陆源物质的形成——母岩的风化产物

（三）主要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。

析出钾，加入水→水白云母→高岭石

黑云母（Fe、Mg）的抗风化能力弱。

析出K、Mg，加入水→蛭石＋绿泥石＋褐铁矿

第一节 沉积岩原始物质的形成

一、陆源物质的形成——母岩的风化产物

（三）主要造岩矿物的风化及其产物

4.铁镁硅酸盐矿物

抗风化能力较差。

稳定性：橄榄石 < 辉石 < 角闪石。

Ca、Mg、Fe先析出，其次Si析出，最终形成褐铁

矿、蛋白石等。

第一节 沉积岩原始物质的形成

一、陆源物质的形成——母岩的风化产物

（三）主要造岩矿物的风化及其产物

5.碳酸盐矿物

稳定性低，易溶于水；

干旱条件近源快速堆积可形 成岩屑。

6.粘土矿物

很稳定（自身是在风化条件下或沉积环境中生成）

高岭石>伊利石>蒙脱石→蛋白石、铝土矿

第一节 沉积岩原始物质的形成

一、陆源物质的形成——母岩的风化产物

（三）主要造岩矿物的风化及其产物

7.硫酸盐矿物、硫化物矿物，卤化物矿物

最易溶于水。

8.岩浆岩及变质岩中的一些次要矿物或副矿物

差别很大

锆英石、金红石、电气石、石榴石、刚玉、锡

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。

——沉积岩中的重矿物

第一节 沉积岩原始物质的形成

为什么造岩矿物风化稳定性差别如此之大？

思考题

观点1：与矿物的结晶温度有关——颠倒的鲍文反应系列 ； 矿物结晶温度越高、风化稳定性越低； 欠妥之处： 金刚石结晶温度比橄榄石高，抗风化能力比橄榄石高，甚至比石英高； 热液型硫化物的结晶温度很低，其风化稳定性却很低。

第一节 沉积岩原始物质的形成 为什么造岩矿物风化稳定性差别如此之大？

第一节 沉积岩原始物质的形成 观点2：与矿物化学成分活泼性（主要指在水中的溶解能力）有关

化学元素在风化过程中析出顺序与风化难易程度：

氯、硫等元素最易析出→卤化物和硫化物最易风化；

钙、钠、镁、钾等元素次之→钾长石比斜长石难风化、酸性斜长石比基性斜长石难风化；

锰、铁、硅、铝等元素最差→褐铁矿、蛋白石、铝土矿最难风化；

不全面之处

只考虑了元素本身的化学性质，没考虑矿物的晶体化学性质；

矿物中的元素都是按照一定的晶体化学规律相互联系着，元素以及矿物在自然界中许多性质都与该矿物的晶体构造性质有关；

钾和钠的硅酸盐矿物比（钾长石和钠长石）远比卤化物矿物（石盐和钾石盐）难溶解；钙和镁的硅酸盐矿物（斜长石和辉石）远比碳酸盐矿物（方解石和白云石）难溶解；石英的硅远比各种硅酸盐矿物中的硅难溶解；

第一节 沉积岩原始物质的形成

观点3：矿物风化稳定性取决于化学成分和晶体构造

定量地计算出鲍温反应序列中各种矿物的氧离子与阳离子之间键强度的总数

白云母键强度总数与系列中的顺序不符，原因是氢氧根能量效应未知。

第一节 沉积岩原始物质的形成

（四）岩石的风化及其产物 母岩的矿物组成不同，风化产物也不同。 1.花岗质的岩浆岩及变质岩—分布最广

• 石 英：机械破碎 ——砂 粒 • 钾长石：K2O——成为碳酸盐、氯化物进入溶液——溶解物质

Al2O3 ——水化后成为含水铝硅酸盐 ——粘土

SiO2——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——溶解物质

CaO ——碳酸盐，溶于水 ——溶解物质

Al2O3, SiO2 ——同钾长石

• 白云母：较少分解 —— 云母碎片

• 黑云母：H2O ——水溶液 —— 水溶液

K2O，Al2O3，SiO2 ——同钾长石

(Mg,Fe)O——成为碳酸盐,氯化物,赤铁矿,褐铁矿 ——溶解物质及色素

• 副矿物：锆石、磷灰石—残留不变 ——重矿物

（四）岩石的风化及其产物

2.中性和碱性侵入岩——同花岗质岩石类；

3.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；

4.火山岩及火山碎屑岩—含玻璃质或火山质，风化速度快，如玄武岩遭风化形成蒙皂石、高岭石、铝土矿、褐铁矿等；

5.沉积岩——风化作用简单，但差异性大

蒸发岩（卤化物和硫酸盐矿物组成）最易风化；

碳酸盐岩次之；

粘土岩、石英砂岩、硅岩等最难风化；

第一节 沉积岩原始物质的形成

（五）母岩风化作用的阶段性

第一节 沉积岩原始物质的形成

由于母岩的各化学成分在风化作用中转移性质不同，风化作用具有明显的阶段性。

波雷诺夫将结晶岩（以玄武岩为例）的风化过程分为四个阶段。

1.机械破碎阶段

物理风化为主→岩石或矿物的碎屑

第一节 沉积岩原始物质的形成

（五）母岩风化作用的阶段性

2.饱和硅铝阶段

氯化物和硫酸盐全部溶解屑

在CO2、H2O作用下，铝硅酸盐矿物中的

K+，Na+，Ca2+， Mg2+ 开始游离，组

成弱酸盐，使溶液呈中-碱性，促使一

部分SiO2转入溶液。

形成少量胶体粘土矿物——蒙脱石、水

云母、拜来石、绿泥石等。同时，溶解

性较差的碳酸钙开始堆积

第一节 沉积岩原始物质的形成

（五）母岩风化作用的阶段性

1）.最易迁移元素

Cl,Br,I,S等元素为主；

2）.易迁移元素

Ca,Mg,Na,F,Sr,K,Zn

3）.迁移元素

Cu,Ni,Co,V,Mn,Si,P ；

4）.惰性（微弱迁移）元素

Fe,Al,Ti,Sc,Y, Tr…

5）.几乎不迁移元素

Si（石英）

3.酸性硅铝阶段

几乎全部的Ca2+、Na+、K+、Mg2+被带走

SiO2进一步进入溶液，介质开始转为酸

性。

形成高岭石、变埃洛石等粘土矿物

第一节 沉积岩原始物质的形成

（五）母岩风化作用的阶段性

1）.最易迁移元素

Cl,Br,I,S等元素为主；

2）.易迁移元素

Ca,Mg,Na,F,Sr,K,Zn

3）.迁移元素

Cu,Ni,Co,V,Mn,Si,P ；

4）.惰性（微弱迁移）元素

Fe,Al,Ti,Sc,Y, Tr…

5）.几乎不迁移元素

Si（石英）

4.铝铁土阶段

硅酸盐矿物彻底分解，全部可移动的元素

都被溶液带走；

主要剩下铁、铝的氧化物及一部分二氧化

硅，在原地形成水铝矿、褐铁矿、赤铁矿

和蛋白石。堆积物也称红土。

第一节 沉积岩原始物质的形成

（五）母岩风化作用的阶段性

1）.最易迁移元素

Cl,Br,I,S等元素为主；

2）.易迁移元素

Ca,Mg,Na,F,Sr,K,Zn

3）.迁移元素

Cu,Ni,Co,V,Mn,Si,P ；

4）.惰性（微弱迁移）元素

Fe,Al,Ti,Sc,Y, Tr…

5）.几乎不迁移元素

Si（石英）

（五）母岩风化作用的阶段性

上述四个阶段是一个理想的、完整的母岩风化过程：

并不是所有的结晶岩风化作用都能进行到第四个阶段

并不是所有的岩石都存在四个演化阶段

风化作用的阶段性受多个因素控制：

母岩岩性、气候、地形、地壳运动强度、风化时间长短等多种因素，

尤其是气候因素。

第一节 沉积岩原始物质的形成

第一节 沉积岩原始物质的形成

（六）母岩风化产物类型

1.碎屑残留物质

主要是母岩的岩屑和矿物碎屑

在风化作用的第一阶段最为发育

2.新生成的矿物

主要指在风化作用过程中新生成的一些矿物，如

水白云母、高岭石、蒙脱石、蛋白石、铝土矿、

褐铁矿等；多存于母岩风化带中，也被称为

“化学风化矿物”。

3.溶解物质

主要是指母岩在化学风化过程中被溶解的那些成

分，如Cl、S、Ca、Na、Mg、K、Si、Fe、Al、P

等

第一节 沉积岩原始物质的形成

（七）风化壳

第一节 沉积岩原始物质的形成

（七）风化壳

地壳表层岩石风化的结果，除一部分溶液物质流失以外，其碎屑残余物质和新生成的化学风化物质大部分残留在原来的岩石表层，这个由风化残留物质组成的地表岩石的表层部分，叫作风化壳或风化带。

完整风化壳的结构：底部基岩

半风化的残积层

上部的土壤层

第一节 沉积岩原始物质的形成 （七）风化壳

3. 风化壳的厚度

决定于母岩性质、气候、地形、构造等因素。

气候湿热、地形平坦、构造活动稳定，风化作用强，剥

蚀弱，风化残余物质易于保存，则风化壳厚度较大

相反条件下，风化壳厚度就较小

（七）风化壳

3. 风化壳的类型

按时间界定：分为现代的和古代的，二者以新近系

为界

按岩石大类划分：碎屑岩风化壳、碳酸盐风化壳、

火山岩风化壳，其中以碳酸盐风化壳分布最广，

最有油气藏工业价值。

第一节 沉积岩原始物质的形成

第一节 沉积岩原始物质的形成

（七）风化壳

4. 古风化壳的地质意义和经济意义

地壳上升、不整合的重要标志

古地理、古气候分析的重要依据

铁、铝、高岭土等矿产

可以形成油气藏

如我国北方发育的奥陶系顶部碳酸盐岩风化壳，由于有

岩溶储层缝洞孔发育，可形成中高产油气田。

第一节 沉积岩原始物质的形成 二、沉积岩原始物质的其他来源

（一）生物成因的沉积物

1. 无机成分为主的生物残骸

生物硬体部分，常保存为化石

成分为碳酸盐、磷酸盐和硅质

第一节 沉积岩原始物质的形成

（一）生物成因的沉积物 2. 有机生物残体 植物体和动物的软体部分——有机物（碳氢化合物） 经埋藏成岩后形成：

• （1）不溶物质——干酪根：不溶于有机溶剂的固体有机质 • （2）可溶物质——烃类、沥青等

一部分转化为石油、天然气、油页岩、煤等，大部分 呈分散状态存在于沉积岩中。

第一节 沉积岩原始物质的形成

（二）深部来源（深源）的物质

1.火山碎屑

2.沿深断裂流出的地下深层热卤水、温泉、热气液等

形成盐岩、膏岩、硅岩、铁岩、锰岩等岩石和铅、锌等矿床

第一节 沉积岩原始物质的形成

（三）宇宙（来）源的物质

陨石，宇宙尘埃

大小悬殊，从几十克至数十吨或更大；

1976年吉林陨石雨中最大的陨石中1770Kg；

第二章 沉积岩的形成过程

第一节 沉积岩原始物质的形成

第二节 沉积物的搬运和沉积作用

第三节 沉积后作用

风化作用的产物及其它来源的原始物质除了少量残留原

地以外，大部分将进入搬运状态向沉积盆地转移。

第二节 沉积物的搬运和沉积作用

母岩风化： 碎屑物质 新生成物质 溶解物质

生物来源： 生物硬体 生物软体

深部来源： 岩浆、卤水、气热液

宇宙来源：陨石

碎屑颗粒

溶解物质

水

大气

冰川

物理

化学

生物

流水

波浪

风

潮汐

重力

搬运动力

搬运方式

搬运介质

第二节 沉积物的搬运和沉积作用

一、碎屑物质的搬运和沉积作用

二、溶解物质的搬运和沉积作用

三、生物的搬运和沉积作用

四、沉积分异作用

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

（一）牛顿流体和非牛顿流体

内摩擦定律

在温度不变的条件下，随着流速梯度变化，动力粘滞

系数/运动粘滞系数始终保持一常数。

服从内摩擦定律——牛顿流体—牵引流（含少量泥砂的流水：河

流、波浪流、潮汐流、大气流等）。

不服从内摩擦定律——非牛顿流体---重力流（浊流、泥石流、

风暴流、狂风流等）。

碎屑物质的搬运和沉积作用

牵引流和重力流的区别

一）流体的一些基本知识和概念

（二）层流、紊流和雷诺数

层流：流体质点平行线状缓慢流动，彼此不相掺混（只有粘滞切应力）

紊流：充满旋涡的急湍的流动，流速大小和流动方向随时 间变化，流体质点运动轨迹极不规则，彼此掺混（不仅有粘滞切应力，还有紊乱流动引起的附加切应力及涡旋的上举力）

层流 紊流

碎屑物质的搬运和沉积作用

碎屑物质的搬运和沉积作用

自然界中流水多为紊流，使

沉积物得以搬运，层流类似

于静水，易发生沉积

碎屑物质的搬运和沉积作用

碎屑物质的搬运和沉积作用

（三）缓流、急流和弗雷德数、床沙形态

床沙底形（形态）-Bedform

流水在床沙表面流动形成的几何形态，受流动强

度(Fr)控制

明渠水流随流动强度加大在床面上依次出现下列

床沙形态：无颗粒运动的平坦床沙--沙纹--沙浪--沙

丘--过渡型--平坦底床--逆行沙丘—槽、坑

（四）沉积物的搬运方式、载荷

载 荷：流体中被搬运的沉积物（Load）

载荷量：单位时间内流经某一横断面的沉积物总量

碎屑物质的搬运和沉积作用

Py

W

Px Pc

碎屑颗粒在流水中的受力分析

1.有效重力（w）：颗粒受到的重力和浮力两者之差

2.粘结力（Pc）：由颗粒表面的水膜所造成的粘结力

3.水平推移力（Px）：水流作用于颗粒顺水流方向的力

4.垂直上举力（Py）：垂直向上，产生原因：

①水体浮力（已计算在有效重力中）；

②颗粒上下因流速差而引起的压力差；

③紊流中存在涡流的扬举作用/上举涡力—紊流的上举力大于层流。

（四）沉积物的搬运方式、载荷

搬运方式：

溶解物质：

化学方式---溶解载荷（solutional

load)

碎屑物质：

滚动、跳跃搬运---推移（床沙）载荷(bed load),粗

悬浮搬运——悬移载荷（suspended

load）,细

碎屑物质的搬运和沉积作用

两种流体的搬运和沉积作用方式 牵引流——溶解物质和碎屑物质 牵引流的搬运力体现在两方面： 作用于碎屑颗粒上的推力（牵引力），取决于流体的速度 载荷力（负荷力），取决于流体的流量

牵引流搬运方式包括： 溶解载荷——化学搬运 悬移载荷——悬浮搬运 推移（床沙）载荷——滚动和跳跃搬运

重力流——碎屑物质

驱动力：重力

搬运方式：悬移载荷方式为主

碎屑物质的搬运和沉积作用

碎屑物质的搬运和沉积作用

二）碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用

1、碎屑颗粒的搬运、沉积作用的条件

受力分析：

动力：上举力：流速、水深

水平推力：大小、密度

-------流速、颗粒大小

--尤尔斯特隆用图解方式定量表示了颗粒大小、流速与搬运、沉积的关系

开始搬运速度（V开）：流水把处于静止状态的碎屑物质开始搬运走所需的流速

继续搬运速度（V继）：流水维持碎屑物质继续搬运所需要的流速

V开> V继： V开要克服颗粒间吸附力

碎屑物质的搬运和沉积作用 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、沉积区

三个段：

• 砾级(d>2mm)： 难搬易沉 山区

V开大，V继大，ΔV＝V开—V继，小，短距离，滚动搬运；

• 粉砂和泥级(d<0.01mm) ：难搬难沉 深水 V开大，V继很小， ΔV很大，悬浮搬运，泥砾发育；

• 砂级 ( 0.01<d<2mm）：易搬易沉

跳跃 分布最广 V开最小，V继中等， ΔV不大，跳跃式前进。

碎屑物质在流水中侵蚀、搬运、沉积和流速的关系（据尤尔斯特隆，1936）

剥蚀区

沉积区 搬运区

搬运和沉积的决定因素粒径和流速

碎屑物质的搬运和沉积作用

经森德伯格修改的尤尔斯特隆图解

森德伯格修改的尤尔斯特隆图解

不仅表示了碎屑物质在流水中侵

蚀、搬运、沉积与流速的关系，

而且表示了启动流速与碎屑大小

之间的关系。

碎屑物质的搬运和沉积作用

粒径>0.1mm 的颗粒，下沉速度与其半径平方根成正比。

根据实验极细砂下沉30m约2小时，细粘土则需要1年；下

沉3000～4000m，极细砂需要10天，细粘土需要100年。

碎屑物质的搬运和沉积作用

3、碎屑物质在流水搬运过程中的变化

碎屑物质在流水搬运过程中的变化体现在：

随着搬运时间和距离的增长：

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 在流水搬运过程中，石灰岩碎屑粒度、 圆度、球度的变化（据克伦宾，1941，

转引自裴蒂庄，1975）

碎屑物质的搬运和沉积作用

三）碎屑物质在海、湖水体中的搬运和沉积作用

Question:

流水搬运的碎屑物质最终都要流入海洋、湖泊，那么是否这些物

质流入海洋、湖泊中就立即发生沉积呢？

海洋、湖泊中除了流水搬运来的碎屑物质外，是否还有其它来源

的碎屑物质呢？

海洋主要营力:

波浪、潮汐

近岸流

风暴流

浊流

等深流……

湖泊主要营力:

波浪

湖流

风暴流

浊流

……

碎屑物质的搬运和沉积作用

四）碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用

营力：风

条件：干旱地区，沙漠或滨岸地区。

风的搬运和沉积作用的特点

• 搬运能力：风力密度比水小300倍，搬运能力为水的1/300；

• 搬运对象：选择性强，搬运砂和粉砂为主，风成沉积物粒度分选性较好；

• 搬运方式：牵引流特点，跳跃为主，其次滚动，悬浮较少

• 沉积作用：风速降低、障碍堆积、两股风相遇

• 沉积物特点：分选好，磨圆好，具霜面（圆玻璃状），形成各种形状的沙丘，具大型交错层理，颗粒支撑，杂基少，化学胶结为主。

碎屑物质的搬运和沉积作用

空气中碎屑物质搬运的三种基本形式（据任明达，1985）

风成砂的跳跃轨迹（据曾允孚，1987）

碎屑物质在空气中的搬运

呈弓形轨迹跳远前进

碎屑物质的搬运和沉积作用

在平坦的沙漠中沙丘如何形成？

思考题

碎屑物质的搬运和沉积作用

五）碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用

（一）冰川的搬运与堆积

冰川和浮冰——固体搬运和沉积

能力巨大，碎屑为主—冰碛物—冰碛岩

搬运距离差别大：

• 一般冰川，尤其底碛——搬运距离小

• 规模巨大冰川——搬运距离远

如欧洲第四纪冰川曾把斯堪的纳维亚半岛上的冰川巨砾搬运到千里之外的英国东部、德国等地区 冰川沉积物（据赖内克，1979）

(a)搬运中的底碛；(b)层状底碛；

(c) 非层状底碛

碎屑物质的搬运和沉积作用

五）碎屑物质在冰川中的搬运和沉积作用

（二）冰碛物的基本特征

混杂堆积，没有分选和磨圆

冰川擦痕，特征“丁”字痕、

“V”形刻蚀坑

缺乏层理构造，砾石排列有时略具

定向性

漂砾长轴与冰川流向基本一致，扁

平面倾向上游

第二节 沉积物的搬运和沉积作用

一、碎屑物质的搬运和沉积作用

二、溶解物质的搬运和沉积作用

三、生物的搬运和沉积作用

四、沉积分异作用

第三节 溶解物质的搬运和沉积作用 一、概述

搬运物质：溶解物质及部分新生成物质

搬运方式：化学搬运和沉积作用—胶体溶液或真溶液

Al、Fe、Mn、Si的氧化物难溶于水，常呈胶体溶液搬运；

Ca、Na、Mg的盐类则常呈真溶液搬运

二）、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用 二）胶体溶液物质的搬运和沉积作用

1.胶体溶液：介于粗分散系(悬浮液)和离子分散系(真溶液)间，粒子直径介于1～100μm间，多呈分子状态，受重力影响极其微弱，扩散能力很弱的胶质质点。

2.胶体质点常带有电荷

正胶体：表面带正电荷，如Fe、Al含水氧化物胶体

负胶体：表面带负电荷，如Si、Mn氧化物，Pb、Cu硫化物；

溶解物质的搬运和沉积作用

正胶体 负胶体

Al(OH)3 Fe(OH)3

Cr(OH)3 Ti(OH)4

Ce(OH)4 Cd(OH)2

CuCO3 MgCO3

CaF2

PbS,CuS,CdS,As2S3,Sb2S等硫化物

S,Au,Ag,Pt

粘土质胶体，腐植质胶体

SiO2,SnO2

MnO2,V2O5

二）胶体溶液物质的搬运和沉积作用 3.胶体溶液稳定因素

布朗运动可抗衡重力作用，不使胶粒下沉 同种电荷的胶体质点之间的相互排斥力 扩散层和双电子层中反离子和溶剂的亲和作用，形成的溶剂化膜，

缓冲和阻碍粒子的碰撞 4.胶体聚集和沉淀的因素

正负胶体相遇——“相互聚沉” 电解质作用，不同名电荷（电解质）与胶粒电荷中和，胶体降低

电动电势，失去稳定性而凝聚 蒸发作用 溶液的pH和Eh值 温度增加，剧烈振荡，大气放电，毛细管作用等 穿透能力较强的辐射线--如带负电荷的β射线可使正胶体凝聚

溶解物质的搬运和沉积作用

二）胶体溶液物质的搬运和沉积作用

5.胶体沉积物的特点

呈贝壳状断口

因脱水出现收缩裂隙，易敲击成尖棱角状碎块

常呈钟乳状、肾状、豆状

孔隙度较大，吸收性较强

巨厚层、透镜状、结核状产出

化学成分常不固定

溶解物质的搬运和沉积作用

二）、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用

尘暴的搬运和沉积：<0.05mm的粉砂和粘土

二）、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用 溶解物质的搬运和沉积作用

三）真溶液物质的搬运和沉积作用

1.真溶液物质

是指在溶液中呈离子状态存在的化学物质

主要有：母岩风化产生的Cl、S、Ca、Na、 K 、 Mg等

2.真溶液物质搬运及沉积作用的控制因素

溶解度—根本控制因素

• 溶解度大，易搬难沉；反之易沉难搬（如Si、 Al、 Fe、Mn）

介质的酸碱度（pH值）

• 某些溶解物质的溶解度随pH值变化而变化 如：酸性介质条件下，SiO2沉淀而CaCO3溶解，在碱性介质中则相反

• 随pH值变化，某些溶解物质沉淀形式不同 如：铁，pH＝2～3以Fe(OH)3沉淀，pH=5以Fe(OH)2沉淀。pH=6～7，溶液含CO2，以FeCO3沉淀。

介质的氧化—还原电位（Eh值）

• Eh值对铁、锰等变价元素的溶解和沉淀影响很大

二）、碎屑物质在空气中的搬运和沉积作用 溶解物质的搬运和沉积作用

pH值及Eh值对真溶液物质搬运和沉积作用的影响

SiO2及CaCO3的溶解度与介质

pH值的关系（转引自鲁欣，1958）

各种铁、锰矿物生成时所需的p

H

和Eh

值

尘暴的搬运和沉积：<0.05mm的粉砂和粘土

三）真溶液物质的搬运和沉积作用

2.真溶液物质搬运及沉积作用的控制因素

温度和压力

• 一般物质的溶解度随温度升高而增大

• 压力对溶液中CO2含量影响很大

溶液中CO2的含量——对碳酸盐影响很大

• CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2

Pco2升高，即CO2浓度增高，平衡向右移动，CaCO3溶解

反之，向左移动CaCO3沉淀

• 水中CO2含量与温度、压力有关

其它

• 气候、蒸发作用

溶解物质的搬运和沉积作用

第二节 沉积物的搬运和沉积作用

一、碎屑物质的搬运和沉积作用

二、溶解物质的搬运和沉积作用

三、生物的搬运和沉积作用

四、沉积分异作用

四、生物的搬运和沉积作用

生物作为一种搬运营力意义较小，沉积作用意义重大。

生物搬运和沉积作用的方式：

直接作用—生物遗体直接堆积成岩或沉积矿床

有机质部分埋藏下来经生物化学演化，可形成石油、天然气、煤

以及油页岩等。

无机的生物外壳和骨骼经富集堆积后可形成岩石或矿床

生物的搬运和沉积作用

生物搬运和沉积作用的方式：

间接作用

•生物化学沉积作用

生物的生命活动过程或生物遗体分解过程引起介质物理化学环境变化，使某些溶解物质沉淀，或由于有机质吸附作用使某些元素沉积

•生物物理沉积作用

指生物在生命活动中通过捕获、粘结或障积等作用使沉积物沉淀

生物的搬运和沉积作用

第二节 沉积物的搬运和沉积作用

一、碎屑物质的搬运和沉积作用

二、溶解物质的搬运和沉积作用

三、生物的搬运和沉积作用

四、沉积分异作用

沉积分异作用

沉积分异作用的概念

母岩风化产物以及其他来源的沉积物在搬运和沉积过程

中会按颗粒大小、形状、比重、矿物成分和化学成分在地

表依次沉积下来的现象，也叫地表沉积分异作用。

机械分异作用：

主要受物理原理支配，见于碎屑物质中

碎屑物质在流水搬运和沉积的过程中，将按粒度、密

度、形状、成分等差异发生有序沉积的现象

化学分异作用：

主要受化学原理支配，见于溶解物质沉积过程

沉积分异作用

机械沉积分异作用

碎屑物质在流水搬运和沉积的过程中，将按粒度、密度、形状、成

分等差异发生有序沉积的现象

粒度分异：粒度由大变小，分选由差变好

密度分异：按密度大小依次沉积，相对密度大的逐渐减少

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

矿物成分分异：稳定矿物含量增高

沉积物按颗粒大小分异（据曾允孚等，1986） 沉积物按颗粒密度分异（据曾允孚等，1986）

沉积分异作用

化学沉积分异作用

化学沉积分异作用的概念

溶液中的溶解物质在搬运和沉积过程中，由于化学活泼性或溶解度的差异，以及物理化学条件的变化，将按一定的顺序依次从溶液中沉淀出来的现象。

氧化物→磷酸盐→硅酸盐→碳酸盐→硫酸盐和卤化物

关系：

两者并存

机械沉积分异作用早些，化学沉积分异作用晚些。

• 机械沉积分异作用的砂和粉砂阶段，大致与铁的氧化物阶段

即化学沉积分异作用的开始阶段相当；

• 机械沉积分异作用的最后阶段即粘土沉积的阶段，大致与化

学沉积分异作用的碳酸盐沉积阶段相当；

• 待化学沉积分异作用进行到硫酸盐及卤化物阶段时，机械沉

积分异作用已基本结束间

地质意义：

形成各种类型的碎屑沉积岩和化学沉积岩以及相应的沉积矿产，

分异越彻底，对矿产形成越有利。

沉积分异作用

第二章 沉积岩的形成过程

第一节 沉积岩原始物质的形成

第二节 沉积物的搬运和沉积作用

第三节 沉积后作用

第三节 沉积后作用

沉积后作用（Postdeposition）的概念

沉积物形成以后到沉积岩的风化和变质作用以前这一演化阶段的

所有变化和作用——广义的成岩作用（diagenesis）

第三节 沉积后作用

1.同生作用（syngenesis)

指沉积物刚刚沉积后而且尚与上覆

水体相接触时的变化，也称为“海

底风化作用”或“海解作用”。

2.准同生作用

这一变化发生在同生作用后，沉积

物已基本与水体脱离，但基本上还

未脱离沉积时的环境。

第三节 沉积后作用

成岩作用：是指沉积物已基本与上

覆水体脱离的情况下，由疏松的沉积

物转变为固结的沉积岩的作用。

后生作用：泛指沉积岩形成以后，

转变为变质岩以前发生的变化或作用。

表生作用：指沉积岩抬升近地表，

在潜水面以下常温常压的条件下，由

于渗透水和浅部地下水的影响所发生

的作用、变化。

沉积岩的分类

分类的分类原则：成因分类和物质来源

沉积岩的成因分类可从不同角度考虑：

（1）沉积作用方式不同，即沉积岩的形成是受物理（机械）作用还是化学

和生物化学作用控制的，可将沉积岩分成碎屑岩、化学岩和生物化学岩

等基本类型；

（2）沉积物来源不同，即来自地球内部（如火山碎屑）还是地表风化产物

，或者说沉积物是形成于盆地内部还是盆地外部，而分成内源（内生、

自生、盆内）沉积和外源（外生、他生、盆外、陆源）沉积；

（3）沉积物堆积方式不同，即是搬运沉积的或是残积的；

（4）按沉积岩生成的顺序（即分异作用）；

（5）按沉积岩形成时动力条件和自然地理环境（海、河、冰川、或风的）

沉积岩分类

碎屑岩

+

碳酸盐岩