沉积学—沉积岩的成因 沉积岩的研究意义
• 1、沉积岩记录了地球演化历史
地球约有46亿年历史，最古老沉积岩36亿年，这36亿年的沉积 记录对研究地球的演化和发展有着十分重要的理论价值。 根据 沉积岩的各种特征及其在空间和时间上的分布关系，可作地层划 分和地质剖面对比的基础，并能恢复它们堆积时的古地理、古地 球化学、物理化学和其他条件
第二章 沉积岩的形成与演化
第一节 沉积岩的基本概念
• 沉积岩（sedimentary rocks）的概念
– 组成岩石圈的三大类岩石（岩浆岩、变质岩、沉积岩）之一，是在地壳表 层条件下，由母岩的风化产物、火山物质、有机物质等沉积岩的原始物质
成分，经过搬运作用、沉积作用及沉积后作用而形成的一类岩石。
搬运
引起母岩发生化学风化的因素:溶解作用、水化作用、 水解作用、氧化作用、酸的作用
沉积学—沉积岩的成因
化学风化作用:
•氧化作用（氧的作用）
•水解作用 •水化作用
水的作用
•酸的作用
•胶体作用及离子交换反应
沉积学—沉积岩的成因
氧化作用
大气圈中氧含量为20．1％。当岩石和矿物暴露于地表或位于地 表层时，与氧充分接触，将发生一系列氧的化学反应。 氧化作用是地壳表层最常见的一种化学反应。 氧化作用主要是游离氧造成，是含有变价元素（铁、锰）的矿物， 在氧和水的作用下，它们的低价氧化物、硅酸盐、硫化物变成高 价氧化物、氢氧化物和含氧盐的过程，如黄铁矿氧化形成褐铁矿， 其中的硫氧化后形成H2SO4并流失。
取决于产生某一类沉积岩的那 些形成作用 碎屑结构、生物结构和晶粒结 构等
成层构造、具有泥裂、波痕、 缝合线
常含生物化石，颗粒间存在孔 隙
1、大部分为块状的 结晶岩石，部分为 玻璃质岩石 2、特有的矿物和结 构构造，如霞石、 白榴石等矿物和气 孔构造和杏仁构造 3、岩体与围岩有明 显的界限，产状多 样 4、岩体中常含围岩 碎块 5、岩浆岩中没有生 物遗迹
第一节 沉积岩的形成及演化
母岩的风化作用
风化作用的概念 地壳表层的岩石（岩浆岩、变质岩和先生成的沉积岩） 在大气、水、生物活动以及其它外部表生因素的影响 下，发生机械破碎和化学变化的作用。
形成条件：主要在地表或接近地壳表层的地带发生。 风化产物为沉积岩的主要物质来源
风化作用按其性质可分为：物理风化作用、化学风化作用 及生物风化作用。
( 钾长石 )
( 高岭石 )
(蛋白石胶体)
Al4(Si4O10)(OH)8 + nH2O →Al2O3. nH2O +4SiO2 + 4H2O
( 高岭石 )
水铝石（铝土矿）
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水化作用
水化是指水直接参加到矿物中去，使某些矿物变成 含水矿物，如硬石膏变为石膏等
CaSO4 + 2H2O → CaSO4·2H2O
沉积学—沉积岩的成因 沉积岩的研究意义
• 4、油气勘探、开采、开发等问题的突破与沉积岩（学） 还有油气勘探领域的圈闭问题、石油的二次采油向三次采油、 减少地层伤害、开采剩余油、提高采收率以效益为中心的转移 等，沉积岩（学）的研究正发挥重大的作用
• 5、与人类生存环境、灾害预警
沉积岩（学）的研究与人类生存和可持续发展密不可分，地质 灾害预测研究和环境保护中也正发挥着越来越大的作用
岩浆岩：是由岩浆凝结形成的岩石，约占地壳总体积的 65%。岩浆是在地壳深处或上地幔产生的高温炽热、粘 稠、含有挥发分的硅酸盐熔融体
在地球地表，有70%的岩石是沉积岩，但如果从地球表 面到16公里深的整个岩石圈算，沉积岩只占 5%。
沉积学—沉积岩的成因
沉积岩
岩浆岩
矿物成分 结构 构造
其它
成分简单，富含氧、二氧化碳 和水。 特有矿物：粘土矿物、盐类矿 物、煤、石油
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胶体作用及离子交换反应
硅酸盐和铝硅酸盐矿物遭受风化，使矿物中的 Al2O3、SiO2的连接力键遭到完全破坏而被游 离出来。以及由含铁硅酸盐矿物分解出来的 Fe2O3，他们的溶解度比较小而形成胶体，胶体 间的相互作用 、凝聚和晶华形成粘土矿物， 胶体还具有从介质溶液中吸附离子的能力 带正电荷的铁和铝的氢氧化物胶体常吸附阴离 子团 带负电荷的粘土胶体常吸附阳离子
沉积学—沉积岩的成因
冰劈作用：由于气温的变化， 岩石裂隙中的水反复结冰和融 化，从而造成岩石裂隙不断扩 大，使岩石发生崩解的作用。 主要发生在高纬度地区和高山 区
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ห้องสมุดไป่ตู้水的冻融
当温度下降到摄氏零度以下 时，贮藏在地表岩石空隙中的液 态水就会结冰，因结冰后其体积 将增大1／11左右，故在岩石空隙 中产生巨大的膨胀压力（冰劈作 用） ，造成岩石的崩裂。
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氧化作用
2FeS2 + 7O2+ 2H2O → 2FeSO4 + 2H2SO4→ Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3 黄铁矿 → 硫酸亚铁 → 硫酸铁 → 褐铁矿
矿物中的变价元素从低价变成高价：
4Fe3O4 +O2 + 18H2O → 12Fe(OH)3
磁铁矿 →
褐铁矿
沉积学—沉积岩的成因
沉积学—沉积岩的成因
岩石的释荷
在地下深处的岩石承受巨大静压力，其潜在膨胀力是十分惊人。 岩石从地下深处变到地表条件时由于上覆静压力减小而产生张应力 形成一系列与地表平行的宏观和微观的内部破裂面。形成这种裂隙 构造的作用称为剥离作用。
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岩石的热胀冷缩
温差大的地区，在白天当 太阳光直射时，岩石表层增温而 膨胀，而内部膨胀小甚至未发生 变化。到了夜晚气温骤降，岩石 表面收缩。这样使其岩石表面与 内部产生应力差。这种应力差就 会使岩石破裂。
沉积学—沉积岩的成因
•盐分结晶的撑裂作用：大量的盐类矿物溶解 于岩石裂隙的水中，水分蒸发后会达到饱和， 盐类再结晶体积增大会对周围的裂隙壁产生 膨胀压力，由于岩石裂隙中的盐类反复结晶、 潮解，使岩石崩解的作用，多发生在干旱及 半干旱地区
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盐类结晶造成的干裂 美国
沉积学—沉积岩的成因
• 2、沉积岩（物）蕴藏着占世界矿产资源总储量的80％
能源矿产：石油、天然气、煤和油页岩 、金属和非金属矿产资 源：铝土矿、锰矿、各种盐类矿产等几 乎全为沉积类型 ，极大 部分铁矿、磷矿亦都属于沉积或沉积变质类型
3、与大型水利工程、港口、国防军事等建设密切相关
通过沉积岩研究可以寻找地下蓄水层，解决水库、大型水坝、 电站、港口和河流的冲淤及土壤的侵蚀、地基的牢固性等问题 在国防上军港设计、潜艇和海底导弹基底的建设等均与沉积岩 （物）的研究密切相关
沉积学—沉积岩的成因
• 生物物理风化作用
– 生物活动使岩石产生机械破坏
• 生物物理风化作用方式
– １.根劈 – ２.动物钻洞、挖土 – ３.人类活动
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生物的机械风化作用
主要发生在生物的生命活动过 程中。生长在岩石裂隙中的植 物，随着根系不断地长大，对 裂隙壁产生挤压，使岩石裂隙 扩大，从而引起岩石破坏，这 种作用称根劈作用 。
• 物理风化作用产物特征： – 碎屑粗细不等，棱角显著，没有层理； – 多分布在分水岭上或斜坡上； – 碎屑物的成分与下覆基岩成分一致。
沉积学—沉积岩的成因
2、化学风化作用 是母岩的一种化学分解作用。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，使其分解并产生在表生环境下稳定的 新矿物组合的过程。
( 硬石膏 )
( 石膏 )
沉积学—沉积岩的成因
溶解作用
岩石中矿物溶解于水而产生分解和碳酸化的作用，岩
石中可溶性矿物被水溶解带走，岩石的孔隙度增大，
硬度降低 • 溶解作用
– 矿物溶解导致岩石结构的破坏 – 矿物溶解度能力的排序。 方解石 > 白云石 > 橄榄石 > 辉石 > 角闪石 > 长 石 > 石英 – 水的温度、压力以及PH值等对矿物的溶解度影
水解作用
水解作用的实质是水中电离的矿物阴离子和阳离子与 H2O的电离产物(H+及OH-)相互结合，分别取代阳离子和 阴离子，从而使矿物解体形成新的含水矿物的过程 。当水 中含有溶质，尤其是酸性物质时，水的破坏作用就明显加 强，其中最常见的是CO2溶于水形成碳酸的溶蚀作用
4K(AlSi3O8) + 6H2O → Al4(Si4O10)(OH)8 + 8SiO2 + 4KOH
原始物质 沉积
沉积后作用
沉积物
沉积岩
原始物质 沉积物的搬运 沉积后作用阶段 形成阶段 和沉积作用阶段
沉积学—沉积岩的成因
• 母岩 – 地表上出露的供给沉积岩原始物质成分的岩石， 主要指早于该沉积岩而存在的岩浆岩、变质岩 和较老的沉积岩。
• 一、风化作用的概念 – 是因温度的变化，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。
沉积学—沉积岩的成因
• 生物的化学风化作用
– 生物的新陈代谢及遗体腐烂分解物（析出硝 酸、亚硝酸、碳酸、硫化氢、二氧化碳和有 机酸等）与岩石进行的作用。
– 生物在生活中，不断从周围环境吸取养分， 排泄废物，岩石因化学成分的改变而发生破 坏
沉积学—沉积岩的成因
化学风化作用残留物的特点： 松散 出现富铁、铝、硅的化合物，如褐 铁矿、铝土矿、高岭土、蛋白石等
沉积学—沉积岩的成因
1、物理风化作用 是地壳表层岩石的一种机械破坏作用。它是一种使岩石破碎、 崩解成各种不同大小的碎块，而不发生化学成分变化也不形 成新矿物的作用。
引起母岩发生机械破裂的因素:温度变化、冰劈作用、重力 作用和岩石裂隙中溶解盐类的结晶作用