沉积岩的形成过程.ppt

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1、1,第二节 沉积岩的形成过程,沉积岩的形成一般要经历三个阶段： 一沉积岩原始物质的形成阶段； 二沉积物的搬运与沉积作用阶段； 三沉积后作用阶段。,2,1、搬运介质与机理概述 风化产物以及其它来源沉积物质除少部分残留原地外，大部分都要被搬运到沉积盆地中沉积下来。对沉积物进行搬运和沉积的介质主要是水和大气，其次为冰川、生物等,二、沉积物的搬运与沉积作用阶段 （一）概述,3,沉积物在其搬运过程中仍可发生机械破碎和化学分解，从而形成一些新矿物。 随着介质搬运能力的减弱，被搬运的沉积物要发生沉积； 由于地壳上升、侵蚀基准面下降，流速加快，使已沉积下来的物质又发生侵蚀而重新被搬运。 风化、搬运和沉积是三个

2、连续而又独立的阶段，但又是相互交替和重叠的，其中尤其搬运和沉积更是常常频繁交替的。,4,（1）机械搬运和沉积作用：滚动、跳动、悬移三种方式搬运，受流体力学定律所支配。 （2）溶解物质和沉积作用：以真溶液、胶体溶液或络合物的方式进行搬运。其搬运和沉积作用是受化学和物理化学定律所支配。 （3）生物搬运和沉积作用：搬运作用相对来说意义不大，但其沉积作用意义巨大。通过生物生理作用、生物物理作用和生物化学作用可使大量溶解物质、内源碎屑物质以及部分粘土物质发生沉积。,2、沉积物的搬运与沉积方式,5,（二）牵引流与重力流的基本特征,自然界牵引流常见，含少量沉积物的流水（包括河流、海流、波浪、潮汐流和等深流）

3、和大气流都属于牵引流。 沉积物重力流是一种在重力作用下发生流动的弥散有大量沉积物的高密度流体。浊流、泥石流等都属于沉积物重力流。 牵引流和沉积物重力流在流体力学、沉积物的搬运方式和驱动力、流体与颗粒之间力学关系等方面才有显著差异。从而形成的沉积物也有各自不同的特点。,6,牵引流与重力流对比表,7,：单位面积上的内摩擦力，称为粘滞切应力， dudy：称作流速梯度（或称剪切变形率）， ：反映流体粘滞性大小系数，称为动力粘滞系数。,牛顿流体和内摩擦定律,凡服从牛顿内磨擦定律的流体称作为牛顿流体，否则称非牛顿流体。内磨擦定律可表示为:,8,所谓服从内摩擦定律是指在温度不变条件下，随着dudy变化，值始

4、终保持一常数，称为牛顿流体；牵引流就属牛顿流体。若 值随dudy变化而变化，则为不服从内摩擦定律，称为非牛顿流体，沉积物重力流属非牛顿流体。,沉积物重力流即属于宾汉流体。只有当切应力达到某一个值（0）后才开始流动。,9,1、牵引流的机械搬运与沉积作用 2、重力流的搬运与沉积作用 3、冰的搬运与沉积作用 4、碎屑物质在机械搬运过程中的变化 5、空气的机械搬运和沉积作用（略）,（三）机械搬运与沉积作用,10,（三）机械搬运与沉积作用,1、牵引流的机械搬运与沉积作用,流水（河水、海水、湖水）和风均属牵引流，以下说明牵引流的机械搬运与沉积作用。 （l）福劳德数和雷诺数,11,在明渠水流（类似自然界的河

5、流、海湖浅水环境中的牵引流水流）中按流动强度的不同可出现急流、缓流和临界流三种流态，这三种流态的判别标准是佛罗德数Fr。,对于流速为v的单位流体质量来说，惯性力等于使质点在距离（L）内减速到停止状态所需的力，所需的时间为 t= L/v。故惯性力与 v/t =v2/L成正比。作用于单位质量上重力为g,所以佛罗德数为：,佛罗德数缓流和急流判别准则,12,式中V是平均流速，h是水深，福劳德数为一无量纲数，用它可判别明渠水流的流态； 当Frl时水流为缓流，也称临界下的流动状态或低流态，它代表一种水深流缓的流动特点； Fr=1时水流为临界流； Frl时水流为急流，也称超临界的流动状态或高流态，它代表一种

6、水浅流急的流动特点。,13,如果Fr1，则表示向下游的流速大于向上游传播的波速，此时不可能有向上游移动的波(流动过程中不会出现壅水)，水的性质为急流或超临界的流动； 当 Frl时，流水性质为静流、缓流或临界以下的流动，这表示水深流缓的情况。 佛罗德数可普遍用于碎屑物质以床沙载荷方式搬运和沉积过程的解释中，它也是一个无量纲数。,14,d管道直径，V-流速，-密度, -流体动力粘滞系数 Re=2000为紊流转变为层流的临界雷诺数，管道流； Re2000时为紊流。 对明渠流来说，则应该用水力半径（R）来代替管道直径（d）来计算临界雷诺数，因 R14d，故对明渠流来说临界雷诺数应为500。,雷诺数层流

7、和紊流判别准则,Re（V. d.)/,15,层流（A）与紊流（B）的流动特点,平行流向的河流垂向剖面（下层流 上紊流）,16,河流中的紊流及层流底层（据鲁比，1938） 流线长度代表流速大小,17,（2）碎屑颗粒在流水中的搬运和沉积作用 1）受力分析 作用于碎屑颗粒上的力主要有： 有效重力（W）颗粒在水中同时受到重力和水体浮力作用，两者差值称为有效重力。 水平推移力（Px）：水流作用于颗粒顺水流方向的力。 垂直上举力（Py）为垂直向上的力，主要是由压力差及上升涡力所造成。 粘结力（PC）：由多种因素造成，其中主要是由颗粒表面的水膜所造成的粘结力。,18,Px和Py是促使颗粒移动，而w和Pc则是

8、抗拒颗粒运移，碎屑颗粒的搬运和沉积就是这两类作用力的相互作用的表现。上述作用力中最主要的还是Px、Py和W三种力。,19,垂直上举力（Py）解剖,颗粒上下存在有流速差引起的压力差。由边界底部往上水流流速逐渐增大，颗粒上方流水断面变窄，流速进一步加大。由伯诺利方程： P/+ gy + V2/2 = 常数 颗粒上下方存在一个差力差，有一定的上举力。,20,在紊流中除上述压力差外，还存在有涡流的扬举作用（下一张幻灯片图）。 因此：紊流的上举力要明显大于层流。,21,2）碎屑颗粒的搬运方式,在流水中可以推动（床砂）载荷和悬移载荷方式搬运床沙表面可随水流强度变化而出现各种类型的床沙形体，每一类型的床沙形

9、态不是固定不变的。 A 推移载荷的搬运： 粗碎屑颗粒在水体底部主要呈滑动或滚动搬运，较细碎屑则呈跳跃搬运。搬运方式和碎屑大小、水流强度有关。 B 悬浮载荷的搬运 细小的碎屑颗粒在流水中不易沉到水底，总是呈悬浮状态被搬运。,22,3）尤尔斯特隆图解 碎屑物质的搬运和沉积，与其颗粒的大小、比重、形状和水的流速有关。尤尔斯特隆研究了物质的侵蚀（开始搬运）、继续搬运、沉积与水流速度的关系,颗粒开始搬运（侵蚀）所需的起动流速，要大于继续搬运所需的流速。 当水流速1500cms,粒径1000mm的颗粒均可被侵蚀；当水流速度18cms时，几乎所有粒径的颗粒都不会被侵蚀。,23,对粘土及粉砂而言，固结的要比未

10、固结的抗侵蚀，侵蚀前者的流速要比侵蚀后者大几到几十倍. 0.052mm的颗粒所需的起动流速最小，而且与与沉积临界流速的差值亦不大，说明细砂（0.1250.25mm）在流水中易于搬运也易于沉积，最为活跃，砂粒常呈跳跃搬运。 2mm颗粒的起动流速与沉积临界流速的差值小,砾石不易搬运，但易沉积; 0.0625mm两个流速相差很大，因而粉砂（ 0.06250.0039mm）和泥质（0.0039mm）一经流水搬运，就长期悬浮于水中不易沉积下来.,24,4）机械沉积作用 在一定的条件下，主要是当流水的动力不足以克服碎屑的重力时，碎屑物质就会沉积下来。悬浮的粉砂或粘土在流速减小到一定限度（小于沉速的12倍）

11、时下沉.,25,2、重力流的机械搬运与沉积作用 重力流是一种在重力作用下发生流动的弥散有大量沉积物的高密度流体。 重力流可以分为：水下的和大气的两类 水下重力流分为四类：碎屑流或泥石流、颗粒流、液化沉积物流和浊流,（三）机械搬运与沉积作用,26,27,28,水下沉积物重力流的类型及搬运沉积机理,29,（1）泥石流或称碎屑流:是砾、砂、泥和水混合的高密度流体，泥和水相混合组成的杂基支撑着砂、砾，呈悬浮状态搬运。所产生的沉积物，大小混杂，无分选，少磨圆，杂乱排列 （2）颗粒流:是由无凝聚力颗粒（主要是砾、砂）所组成的，因颗粒之间互相碰撞所产生向上应力支撑的，使颗粒不下沉，而被搬运的一种重力流，所产

12、生的沉积物常无泥，似砾浮于砂中。,30,（3）液化沉积物:由颗粒间孔隙内液体的超孔隙压力支撑颗粒运动，其沉积物主要是砂、粉砂，还有泥，有一定分选。 （4）浊流:浊流中碎屑的悬浮状态与牵引流中的悬浮搬运有所不同，称为“自悬浮”。由于重力作用于悬浮沉积物而引起浊流体的流动，并使得其中流体因扰动而造成湍流运动，这种湍流又利于其中悬浮的沉积物长期保持悬浮状态。可见浊流体的流动、流体的湍流运动和沉积物的悬浮三者是相互影响的，构成了一个完整的反馈环。浊流体的头部侵蚀能力强，体部和尾部主要发生沉积作用。,31,3冰的搬运与沉积作用 现代冰川覆盖面积约占陆地的10，在地质历史中的一些时期曾有广泛的冰川分布。

13、冰川主要搬运碎屑物质。 碎属物质可来自冰川对底部和两壁基岩的侵蚀，或由两侧山坡崩塌下来的。 由于冰川是固体搬运，故搬运能力极大，可搬运大达数十米、重达数千吨的岩块。,（三）机械搬运与沉积作用,32,无磨圆又无分选，大小混杂堆积在一起，碎屑与底壁基岩间的磨蚀和刻划，可产生特殊的冰擦痕丁字痕。 沉积作用主要发生在冰川后退或暂时停顿期。 当冰川入海裂为冰山就可到处漂浮，浮冰融化而碎屑下沉，就形成冰川海洋沉积，现代南极四周，阿拉斯加北部陆棚上都广泛分布有这种沉积。,33,西藏绒布冰川冰蘑菇,34,母岩风化产物中的溶解物质，主要为CI、S、Ca、Na、K、Mg、P、Si、AI、Fe等。前面的溶解度较大，

14、多呈真溶液；后面的溶解度较小，多呈胶体溶液。 它们均呈溶解状态，在河水或地下水中，向湖泊和海洋中转移。在河流中，这些物质是很少沉淀的；在地下水中，沉淀的也不多，它们主要沉淀在内陆的盐湖及海洋中，尤其是在海洋中；海洋是这些溶解物质沉淀的最主要的场所。,（四）化学搬运和沉积作用,35,图. 自然界中胶体溶液与真溶液的分布情况,表. 自然界常见的正负胶体,36,1.胶体溶液的搬运与沉积 胶体溶液的性质介于粗分散系（悬浮液）和离子分散系（真溶液）之间，胶体粒子的直径介于1100nm之间，多呈分子状态。 胶体稳定的条件：由于胶体质点的布朗运动的存在可抗衡重力作用，不使胶粒下沉；具有相同符号的电荷，因排斥

15、力而避免胶粒相碰撞聚集成较大的粒子；扩散层形成的溶剂膜，可缓冲和阻止粒子碰撞。 胶体沉淀的条件：带有相反电荷的两种胶体相遇，发生中和而凝聚沉淀； 电解质作用，使胶体表面吸附的带电相反电荷的离子中和，使胶体失去稳定性而凝聚； 蒸发作用促使胶体溶液浓度增大而引起凝聚。 其它作用，如辐射作用，剧烈的振荡、大气放电等作用均可以使胶体凝聚。,37,2. 真溶液物质的搬运与沉积 呈真溶液搬运的主要是CI、S、Ca、Na、K、Mg、等离子，P、Si、AI、Fe、Mn等也可部分呈真溶液状态。真溶液物质的搬运与沉积的根本控制因素是它们的溶解度，即溶解度愈大，愈易搬运而难沉积；溶解度愈小，则愈沉积而难搬运。 Fe

16、3+只有在强酸性（PH3时，就开始沉淀。 Fe2+在PH=5.57时才开始沉淀， Fe3+和 Fe2+ 存在时要求的Eh值也不同。 SiO2的沉淀条件需要弱酸性条件；而CaCO3的沉淀条件则相反，需要弱碱性条件。 溶解度大的 CI、S、Na、K、Mg等只有在封闭、干旱、蒸发条件下才沉淀 ，形成盐岩、石膏岩等。,38,3、pH值和Eh值对难溶物质的溶解与沉积有重要影响；,39,40,沉淀,41,生物作为一种搬运营力意义较小，但生物的沉积作用确是巨大的。 它不仅可使溶解物质大量沉积，还可使部分粘土物质和内源碎屑物质，以及大量大气迁移元素沉积下来。 在各类生物中尤以藻类和细菌等微生物的沉积形成作用尤

17、为巨大，不仅由于这类生物繁殖快、分布广、数量多、适应性强，而且在地质历史中出现得早，被认为是确信无疑的最早的生命记录，即31亿年前南非无花果树群中的生物遗迹，就认为是属蓝绿藻类的。 生物的沉积作用可表现为生物遗体直接堆积形成岩石或沉积矿床。,（五）生物搬运和沉积作用,42,43,44,45,46,47,1机械沉积分异作用 主要因素是颗粒大小、形状、比重以及搬运介质的性质和速度。首先，沉积物会按照颗粒大小和比重发生分异。这就有可能使比重大、体积小的矿物与比重小、体积大的矿物堆积在一起，含金砾岩就是如此。,按颗粒大小（右）和比重（左）分异示意图,（六）沉积分异作用,48,2化学沉积分异作用 分异顺

18、序的主要因素是溶解度，按溶解度从小到大依次沉淀。,49,50,沉积后作用阶段（成岩作用）：沉积物沉积以后，到它遭受风化作用或变质作用即到其破坏或发生质的变化以前，沉积物所发生一系列的物理、化学、生物等作用，统称成岩作用。 压实与压溶作用 胶结作用 交代作用 溶解作用 重结晶作用等,二、沉积后作用成岩作用以后详讲,51,52,根据沉积岩的原始物质成分的来源，可首先把沉积岩划分为三类： 1主要由母岩风化产物组成的沉积岩； 2主要由火山碎屑物质组成的沉积岩； 3主要由生物遗体组成的沉积岩；,第三节 沉积岩的分类,53,主要由母岩风化产物组成的沉积岩是最主要的沉积岩类型，它还可以根据母岩风化产物的类型（碎屑物质及溶解物质）和其搬运沉积作用的不同（机械的和化学的）再划分为两类： （l）碎屑岩 （2）化学岩,54,砾岩 砂岩 粉砂岩 粘土岩,碎屑岩,碳酸盐岩； 硫酸盐岩 卤化物岩； 硅岩； 其它化学岩,化学岩,主要由火山碎属物质组成的火山碎屑岩。,主要由生物遗体组成的,可燃生物岩 非可燃生物岩,沉积岩,主要由母岩风化 产物组成的,沉积岩的基本类型,