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      第二章 沉積巖的形成及演化... 1

      第一節  沉積巖原始物質的形成... 3

      一、風化作用的概念... 3

      二、各種造巖礦物的風化及其產物(重點)... 3

      三、各種巖石的風化及其產物... 3

      四、母巖風化過程中元素的轉移順序及母巖風化的階段性... 4

      五、母巖風化產物的類型(重點)... 4

      六、風化殼... 4

      七、沉積物的其它來源... 4

      第二節 碎屑物質的搬運和沉積作用... 4

      一、流體的一些基本知識和概念(難點)... 4

      二、碎屑物質在流水中的搬運和沉積作用(重點)... 5

      三、碎屑物質在海、湖水中的搬運和沉積作用... 6

      四、碎屑物質在空氣中的搬運和沉積作用(自學為主)... 6

      五、碎屑物質在冰川中的搬運和沉積作用(自學為主)... 6

      第三節 溶解物質的搬運和沉積作用(簡要介紹)... 6

      一、概述... 6

      二、膠體溶液物質的搬運和沉積作用... 7

      三、真溶液物質的搬運和沉積作用... 7

      四、生物的搬運和沉積作用(自學為主)... 7

      五、化學沉積分異作用... 7

      六、兩種沉積分異作用的關系及其地質意義(重點)... 8

      七、正常沉積作用和事件沉積作用... 8

      第四節  沉積后作用及其階段劃分(簡介)... 8

      一、概述... 8

      二、沉積后作用階段的劃分... 8

      三、有關術語的闡明... 9

      四、沉積期后的影響因素... 9

      五、沉積期后階段的主要成巖作用... 9

      第五節  沉積巖的分類... 9

      一、沉積巖基本類型劃分(重點)... 9

      二、一些問題的說明... 9

       

       

       

      第二章  沉積巖的形成及演化    

      Formation and evolution of sedimentary rocks  

      學時6學時    

      基本內容包括    

      ①基本概念:風化作用(物理風化、化學風化、生物風化)、風化殼、牛頓流體、層流、紊流、雷諾數、佛羅德數、沉積分異作用(機械沉積分異和化學沉積分異作用)、正常沉積作用、事件沉積作用、沉積后作用    

      ②基本原理:各種造巖礦物、巖石的風化及其產物,母巖風化的階段性,碎屑物質在流水中的搬運和沉積作用,兩種沉積分異作用的關系,沉積后階段的劃分,沉積巖的分類  

      重點碎屑物質在流水中的搬運和沉積作用、沉積分異作用、沉積巖的分類  

      難點流體的一些基本知識、尤爾斯特隆圖解    

      教學思路①簡要回顧地球科學概論中關于風化作用的概念,然后介紹各種造巖礦物、巖石的風化及其產物、母巖風化的階段性。②在簡要介紹流體基本知識的基礎上,重點講解碎屑物質在流水中的搬運和沉積作用,簡要介紹碎屑物質在海洋、湖泊、空氣和冰川中的搬運和沉積作用、溶解物質的搬運和沉積作用,對于沉積分異作用的概念、類型、關系及意義亦進行重點講解。③簡要介紹沉積后階段的劃分。④在前述沉積巖形成和演化的基礎上講解沉積巖的分類  

      主要參考書:  

      ①馮增昭主編《沉積巖石學》上冊第二章,石油工業出版社,1993.

      ②曾允孚、夏文杰主編《沉積巖石學》第二、三、五章,地質出版社,1986.

      ③何幼斌編《Sedimentary Petrology》(英文輔助教材)第八、九章,江漢石油學院,2003.

      Selly R C, An introduction to sedimentology, 1985.

      復習思考題  

      試述物理風化、化學風化、生物風化的表現形式及其影響因素?    

      試述母巖風化產物的主要類型。  

      何謂礦物成熟度?并說明它在碎屑巖、粘土巖和重礦物中的表示方式,研究礦物成熟度有何地質意義?

      何謂牽引流、重力流?二者在搬運和沉積方面各有什么特點?  

      試述斯托克沉速公式的含義及其適用條件。  

      試述影響碎屑物質在流水中搬運和沉積作用的主要因素。  

      試以龍爾斯特龍圖解為例,說明碎屑顆粒的搬運、沉積與流速的關系。并說明細砂級顆粒為何分選最好。  

      何謂沉積分異作用?試述機械沉積分異和化學沉積分異的關系及其在地質中的意義。  

      試述沉積后作用的概念及其研究的意義。  

      試述沉積巖分類的原則、依據及巖石類型。并從原始物質、搬運方式、沉積作用及成巖后生作用等方面說明碎屑巖、粘土巖、化學巖和生物化學巖的形成作用及其相互關系。  

      教學內容提要    

      第一節  沉積巖原始物質的形成    

      一、風化作用的概念  

      風化作用是地殼表層巖石的一種破壞作用,引起巖石破壞的外界因素有溫度的變化,水以及各種酸的溶蝕作用、生物的作用以及各種地質營力的剝蝕作用等。  

      分類:物理風化作用、化學風化作用、生物風化作用 

      二、各種造巖礦物的風化及其產物(重點)  

      各種造巖礦物在風化作用條件下的穩定性不同,主要造巖礦物的風化產物如下:  

      石英是巖石的主要造巖礦物,在風化作用中穩定性極高,幾乎不發生化學溶解作用,只發生機械破碎作用。  

      長石的穩定性次于石英,鉀長石在風化過程中大多轉變為水白云母和高嶺石。斜長石經常形成沸石、蒙脫石、蛋白石、方解石。  

      云母抗風化能力較強,風化過程中先形成水白云母,最后變為高嶺石。  

      橄欖石、輝石、角閃石等鐵鎂硅酸鹽礦物,風化過程中大部分元素呈溶液狀態流失走,一部分元素在風化帶中形成褐鐵礦、蛋白石等。  

      各種粘土礦物如高嶺石、蒙脫石、水云母等,在風化過程中可轉變為更加穩定的礦物,如鋁土礦、蛋白石等。  

      各種碳酸鹽礦物如方解石、白云石等,風化穩定性甚小,很易溶于水并順水轉移。  

      各種硫酸鹽礦物(如石膏、硬石等)、硫化物礦物(如黃鐵礦)、鹵化物礦物(如石鹽)等最易溶于水,呈溶液狀流失走。  

      三、各種巖石的風化及其產物  

      巖石是礦物的集合體,因此巖石的內化其產物主要是由組成它的礦物的風化的情況決定的。以花崗巖為例,說明如下:  

      花崗巖的風化作用    

      礦物成分        

      化學組分        

      所發生的變化        

      風化產物        

      石英        

      SiO2        

      殘留不變        

      砂粒        

      鉀長石        

      KAISi3O8        

      K2O

      成為碳酸鹽、氧化物進入溶液        

      溶解物質        

      AI2O3        

      水化后成為含水鋁硅酸鹽        

      粘土        

      6SiO2        

      少部分SiO2游離出來,溶于水中        

      溶解物質        

      斜長石        

      NaAISj3O8

      CaAI2Sj2O8        

      3Na2O

      成為碳酸鹽、氯化物進入溶解        

      溶解物質        

      CaO        

      成為碳酸鹽、溶于含CO2的水中        

      溶解物質        

      4AI2O3        

      同鉀長石        

      粘土        

      20SiO2        

      溶解物質        

      白云母        

      KAI2AISi3O10        

      OH2        

      2H2O

      K2O

      3AI2O3

      20SiO2        

      殘留不變        

      云母碎片        

      黑云母        

      KMg,Fe3

      AISi3O10)(OH2        

      H2O

      水溶液        

      水溶液        

      K2O

      成為碳酸鹽、氯化物進入溶液        

      溶解物質        

      AI2O3        

      生成含水鋁硅酸鹽        

      粘土        

      2Mg,FeO

      成為碳酸鹽、氯化物進入溶解,碳酸鹽氧化為赤鐵礦、褐鐵礦等        

      溶解物質及色素        

      3SiO2        

      部分SiO2游離出來溶于水中        

      溶解物質        

      鋯英石ZrSiO4        

      ZrO2

      SiO2        

      殘留不變        

      砂粒(重礦物)        

      磷灰石        

      Ca5PO43F

      ca5PO43CI

      Ca5  PO43F,

      CI  OH        

      溶解或殘留不變        

      溶解物質或砂粒        

      (重礦物)        

       

      四、母巖風化過程中元素的轉移順序及母巖風化的階段性  

      1. 風化過程中元素的析出順序  

         

      轉移順序        

      元素或化合物        

      數量級別        

      1   最易轉移的        

      2   易轉移的        

      3   可轉移的        

      4   略可轉移的        

      5   基本上不轉移的        

      CI,  Br, I, SC

      A,Na, Mg,K        

      SiO2(硅酸鹽),P, Mn        

      Fe,  AI, Ti

      SiO2(石英)        

      n.10

      n

      n.10-1

      n.10-2

      n.10-8        

      2. 母巖風化的階段性  

      破碎階段  

      飽和硅鋁階段  

      酸性硅鋁階段  

      鋁鐵土階段  

      五、母巖風化產物的類型(重點)  

      1. 碎屑殘留物質——碎屑巖的主要特物質來源  

      2. 新生成的礦物  

      3. 溶解物質  

      六、風化殼  

      七、沉積物的其它來源  

      1. 生物成因的沉積物  

      2. 深部來源的沉積物  

      3. 宇宙來源的沉積物  

      第二節 碎屑物質的搬運和沉積作用    

      一、流體的一些基本知識和概念(難點)  

      1. 牛頓流體和非牛頓流體:凡服從牛頓內摩擦定律的流體稱做牛頓流體,否則稱非牛頓流體。  

      2. 層流、紊流和雷諾數  

              層流是一種緩慢流動的流體,流體質點作有條不紊的平行的線狀運動,彼此不相摻混。紊流是一種充滿了漩渦的急湍流動的流體,流體質點的運動軌跡極不規則,其流速大小和流動方向隨時間而變化,彼此互相摻混。          

         

         

         

         

         

         

         

            層流與紊流的流動特點  

      3. 緩流、急流和佛羅德數  

      佛羅德數是表示慣性力與重力之間關系的一個數值,一般用Fr表示,當Fr1時,流體的性質為急流或超臨界的流動,當Fr1時,流水性質為靜、緩流、或臨界以下的流動。  

      4. 兩種流體及其搬運和沉積作用方式  

      二、碎屑物質在流水中的搬運和沉積作用(重點)  

      1. 搬運方式:主要有兩種,即推移搬運,(或滾動搬運)和懸浮搬運,(或懸浮搬運)。前者也可稱推移載荷,后者也可稱懸浮載荷。  

      2. 機械沉積作用  

      流水把處于靜止狀態的碎屑物質開始搬運走所需要的流速叫做開始搬運流速,開始搬運流速要大于繼續搬運業已處于搬運狀態的碎屑物質所需的流速,即繼續搬運流速。一般來說,開始搬運流速要大于繼續搬運流速。  

                       

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

      碎屑物質在流水中的侵蝕、搬運、沉積與流速的關系(尤爾斯特隆圖解)  

         

                       

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

      隨著流動強度的變化流水所能懸浮和滾動的最大顆粒直徑  

      3. 碎屑物質在流水搬運過程中的變化  

      4. 碎屑物質在流水搬運及沉積作用過程中的分異作用  

      三、碎屑物質在海、湖水中的搬運和沉積作用  

      1. 碎屑物質在海水中的搬運和沉積作用  

      2. 碎屑物質在湖水中的搬運和沉積作用  

      四、碎屑物質在空氣中的搬運和沉積作用(自學為主)  

      五、碎屑物質在冰川中的搬運和沉積作用(自學為主)  

      第三節 溶解物質的搬運和沉積作用(簡要介紹)  

      一、概述  

         

                       

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

      在自然界中膠體溶液與真溶液的分布情況示意圖  

      二、膠體溶液物質的搬運和沉積作用  

      引起膠體質點搬運和沉積作用的主要因素是同種電荷的膠體質點之間的相互排斥力。這是膠體質點僅在重力的影響下難以沉淀的根本原因。假如膠體質點的電荷在某些因素的影響下被中和了,它們之間的相互排斥力消失了,則它們就會相互凝聚為大的質點,就會在重力的作用下迅速地下沉,成為膠體沉積物;這是膠體溶液物質沉淀的根本原因。  

      膠體沉淀的因素:不同名電解質的加入,不同名膠體的相互作用。  

      三、真溶液物質的搬運和沉積作用  

      真溶液物質的搬運及沉積作用的根本控制因素是它們的溶解度,即溶解度愈大,愈易搬運,愈難沉積,反之,溶解度愈小,則愈易沉積,愈難搬運。  

      四、生物的搬運和沉積作用(自學為主)    

      五、化學沉積分異作用  

         

                       

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

                       

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

             化學沉積分異作用圖解  

      六、兩種沉積分異作用的關系及其地質意義(重點)  

      一般來說機械沉積分異作用與化學沉積分異作用,這是自然界中兩種并存的沉積分異作用。一般說來,機械沉積分異作用進行得較早,化學沉積分異作用進行較晚,機械沉積分異作用的砂和粉砂階段,大致與鐵的氧化物階段即化學沉積分異作用的開始階段相當,械機沉積分異作用的最后階段即粘土沉積階段,大致與化學沉積分異作用的碳酸鹽階段相當,待化學沉積分異作用進行到硫酸鹽及鹵化物階段時,械機沉積分異作用已基本結束了,故蒸發巖中很少有碎屑混入物。  

      七、正常沉積作用和事件沉積作用  

      第四節  沉積后作用及其階段劃分(簡介)  

      一、概述  

      沉積后作用是泛指沉積物形成以后,到沉積巖的風化的作用和變質作用以前這一演化階段的所有變化或作用,包括成巖作用和后生作用。  

      二、沉積后作用階段的劃分  

      沉積后作用階段可進一步分為同生作用、準同生作用、成巖作用、后生作用階段。  

         

                       

         

                                                                                                                  

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

         

      三、有關術語的闡明  

      四、沉積期后的影響因素  

      五、沉積期后階段的主要成巖作用  

      第五節  沉積巖的分類    

      一、沉積巖基本類型劃分(重點)  

      首先根據沉積巖的原始物質的來源,將沉積巖劃分為三類;然后再分別根據其巖性特征進一步劃分。(如下表)  

         

       

       

             

       

       

       

             

       

       

       

             

      原始物質成分來源        

       

       

       

       

       

      1.主要由母巖風化產物形成的沉積巖(按母巖風化產物的類型和其搬運沉積作用不同,再劃分為兩類)        

       

      碎屑巖        

       

      按粒度劃分        

      礫巖        

      砂巖        

      粉砂巖        

      粘土巖        

       

       

      化學巖        

       

       

      按成分劃分        

      碳酸鹽巖        

      硫酸鹽巖        

      鹵化物巖        

      硅巖        

      其它化學巖        

      2.主要由火山碎屑物質組成的沉積巖        

      火山碎屑巖        

      3.主要由生物遺體組成的沉積巖        

      按可燃性劃分        

      可燃生物巖        

      非可燃生物巖        

      二、一些問題的說明  

      1.粘土巖  

      2.碳酸鹽巖  

      3.火山碎屑巖  

      4.過渡的巖石類型  

      5.生物化學巖  

      6.附生巖  

      7.異地巖和原地巖  

      8.內源巖和外源巖  

       

         

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