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2）沉积岩特征：

宏观的颜色、成份、结构、沉积构造及生物特征；

微观的、成份、结构、显微构造特征；

地球化学特征。

3）沉积岩成因：

沉积体系、沉积环境、沉积盆地分析。

4）沉积岩与成矿和成藏过程的关系。

研究意义

1）是地球科学理论研究的基础之一;

沉积岩地层中记录了45亿年来地球表层的变迁和重大地质事件；

既属于地球物质学科的分支，又有涉及到地球表层学科领域;

沉积岩石学是地质学的基础课之一。

2）能源矿产与其它沉积矿产研究的基础。

３）沉积岩理论和方法是生态环境研究的基础。

现代湖泊、深海沉积系列纪录了气候和生态环境的变化，

第一章沉积岩的形成条件和形成过程

沉积岩的形成条件

沉积岩形成的三个基本条件:

1）．常温和常压，

　沉积岩形成时的温度和压力相对于岩浆岩的形成而言属低温低压或常温常压。

沉积岩在地下沉积过程中，可以承受到较高的温度，但一般不超过150－200℃，否则将逐渐变成变质岩类。

一般说来，绝大部分沉积物沉积时的压力为一个大气压，而山区则不到一个大气压，如果以水深每深10米增加一个大气压计算，200米深的浅海底为20个大气压；

深10000米海底可到1000个大气压（但都是在低温下）。

在地下，一般不超过1500大气压，否则沉积岩也将受到变质。

2）．水和大气的作用，

绝大部分沉积岩都是在水体中沉积的，所以曾有人称之为“水成岩”。

今天来看，这个术语不能作为沉积岩的同义语，因为，在于沉积岩沉积过程中，还有由冰川作用形成的“冰碛岩”，以及风（大气流）的作用形成的“风成岩”等。

3）．生物及生物作用的参与。

在沉积岩形成过程中，生物及生物作用的参很常见于主要体现在三个方面：

A）由生物遗体直接堆积成岩石，如生物礁灰岩、岩生屑灰岩和煤等；

B）是通过生物的生命活动制造沉积岩的原始产物（如：

粪粒、生物打洞产生的团粒等及生物粘液）；

C）生物活动（细菌）改变沉积和成岩介质的水化学条件。

从而促使某些化学物质的沉淀和自生矿物的形成。

沉积岩的原始物质及来源

沉积岩原始物质是多来源的，主要有４种：

１,母岩的风化产物（碎屑物质、化学物质和不溶残积物），

母岩:

可以是任何早先形成的岩石（岩浆岩、变质岩和沉积岩）。

母源区：

位于侵蚀基准面之上，被风化和剥蚀并提供沉积物质的地区。

又称物源区或剥蚀区。

在母岩区，母岩通过物理或化学风化作用进行机械破碎和化学分解、形成各种风化产物。

1）,物理风化作用

在表生条件下，由温度的变化、水的作用、冰的作用、风的作用、生物作用以及晶体生长等所产生的母岩的机械破碎。

物理风化的产物：

大小不等的碎屑物质，常见有岩石碎块（岩屑）、石英、等及各种重矿物（锆石、磷灰石、金红石、电气石等），它们是母岩的缩影或矿物继承物。

2）母岩的化学风化作用:

化学风化过程：

指在水、氧、二氧化碳、细菌等因素的作用下，母岩所产生的化学分解。

例如：

长石化学风化至水云母水分子和氢氧根加入，至高岭石钾及其他粒子分离进入真溶液，最后风化为蛋白石和铝土矿可进入胶体溶液。

母岩化学风化作用的产物：

1）真溶液（离子）和胶体溶液（化合物的胶体颗粒）以化学物质（溶解产物）形式，通过水流搬运到沉积区。

在沉积和成岩过程中，再通过化学和生物化学作用，形成沉积岩的自生矿物。

2）不溶残余物质，其中以粘土矿物为主，故又称粘土物质。

通常以悬浮物的形式搬运到沉积区。

母岩风化提供的原始沉积物质有三种：

a,碎屑物质（不同成分的砾石、砂粒和粉砂粒）――物理风化而形成

b,化学物质（是产生自生矿物的主要物质来源）――化学风化而形成

c,粘土物质（不溶残积物）――化学风化而形成

２,火山物质，

1）,火山集块和火山角砾（＞２mm），直接降落到沉积盆地或降落后通过短距离的搬运再沉积到沉积盆地中。

2）,细的火山碎屑（<

２mm），火山凝灰物质，包括火山玻屑和晶屑。

3）,火山灰，火山喷发后可能在空中漂浮很远。

３,有机物质及生物壳体，

中生物所提供的原始物质的数量仅次于母岩风化产物，特别是在碳酸盐岩、硅质岩和可燃有机岩中最为丰富。

它包括：

１）生物礁体

２）化石岩（放射虫硅质岩、海面骨针岩、硅藻岩、微生物岩、煤、叠层石等）

３）生物碎屑和生物成因的颗粒.

４,宇宙物质等

在沉积岩中所占比例虽少，但十分有意义，它是地质时期星际事件的记载，常见有：

陨石球粒体、宇宙尘。

第三节：

沉积物的搬运和沉积过程

源区产生的原始物质通过水、空气、冰等介质的搬运，可能会有两种结果：

a,在一定的沉积环境中沉积下来被埋藏的越来越深，最后变为成层的岩石；

b,在沉积不久后，被更强烈自然营力或由自身的重力作用再搬运到它处沉积下来。

因此，在许多环境中，沉积物的搬运和沉积过程难以截然划分。

最典型的实例是河流环境和滨海环境，河流中的水流和海边的破浪与潮汐能量变化万千，沉积物再搬运的过程经常发生。

这就是我们把搬运和沉积过程放在一起讲的原因。

根据搬运、沉积的介质和动力过程的不同，可分为６种搬运和沉积过程（作用）：

1，牵引流的搬运和沉积过程.

2，重力流的搬运和沉积过程.

3，风的搬运和沉积过程.

4，冰（冰川和浮冰）的搬运和沉积过程.

5，化学搬运和沉积过程.

6，生物沉积过程.

1,牵引流的搬运和沉积过程（p165）

牵引流：

是指低粘度、低密度的水流，如一般的河流、海洋沿岸流、潮汐流等。

其中所含悬浮状固态颗粒不多，因而其物理沉积作用在很大程度上取决于它对底载荷的牵引。

（1）,牵引流（Tractivecurrent）搬运

以搬运介质（水和气流）的流动能量驱动沉积物运动的方式，称作牵引流搬运。

牵引流的能量大于沉积物被启动的能量，沉积物被搬运；

当能量不能维持沉积物继续运动，则沉积下来。

所以在牵引流载体中既有搬运过程又有沉积过程。

（2）,牵引流搬运的对象：

主要是不同大小的碎屑物质，包括巨砾、砾石、粗中细和极细砂粒、粉砂以及粘土物质。

（3）,影响牵引流搬运的因素

影响牵引流搬运能力的因素分3个方面：

1）流体自身的密度、粘度、流速、水深等，其中流体的密度和流速是主导，因为牛顿流体质量（密度）乘以流速的平方决定了流体的动能大小。

2）被搬运颗粒的大小、比重（密度）、形态以及颗粒迎流面与流向的夹角等，颗粒的比重乘体积再乘摩擦系数为静止颗粒被启动所需要的牵引力。

3）流体搬运空间的底床形态和摩擦系数，如：

平滑的底床、凹凸不平的底床和松软的底床摩擦系数各不相同。

（4）牵引流的流动方式和佛劳德数公式

a,层流：

流线平行、水流平稳的水流称层流。

它的总牵引力主要表现为平行流向的力；

由于底部层流受底床摩擦力的影响，流速相对较小，上部层流速度相对较大.

b,紊流：

水流湍急、流线紊乱、充满了漩涡的急湍流动的流体，

紊流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。

c,牵引流的流态（Flowregime）

牵引流在流动过程的内在能量和流体力学状态可称为流态。

它与牵引流总牵引力（水动力）密切相关。

其大小可常用一个状态函数来衡量.

佛罗德数是表示惯性力与重力之间关系的一个数值。

V：

为水流流速，　g：

为重力加速度D：

为水深。

速度越大，Fr越大；

水深越大，Fr越小。

Fr愈大，水动力也愈大。

d,牵引流的流态分类

按Fr的大小可将水流分为三种流动状态：

Fr＜1时，为低流态（缓流），大致相当于河流下游（水深流缓）的状态；

Fr＞1时,为高流态（急流），大致相当于河流上游（水浅流急）的状态；

Fr=1时，为临界流态。

（5）,牵引流的搬运方式

三种搬运方式，

１）悬浮搬运：

较小、较轻或片状颗粒：

细碎屑物（粉砂）和粘土物质被启动浮在水中很难下沉的状态称悬浮液，震中搬运方式为悬浮搬运。

黄河水悬浮搬运量最大。

２）跳动（跃）搬运:

较大、较重或粒状颗粒：

在牵引流底部的碎屑颗粒，时浮时落的运动方式，为跳跃搬运。

３）滚（挪）动搬运:

更大、更重的颗粒：

在牵引流流动过程中，底部碎屑颗粒的迎流面承受水流的推动力，当这种推动力大到足以克服有颗粒重量与底摩擦系数决定的摩擦力时，颗粒就会沿底部以滚动或挪动的方式被搬运，通常称为滚动搬运。

（6）,牵引流的分选作用（p167）

分选性：

碎屑颗粒大小均匀程度。

产生分选性的原理：

不同的流速的水流搬运不同大小范围的碎屑颗粒，当其流速减小或水深加大到一定程度时，就或有一定大小范围的碎屑颗粒沉积下来，这就是牵引流沉积的分选作用。

在离母岩区不远的山前地带，分选作用最弱，河流下游的分选要强于上游，海湖浅水环境的分选要强于河流，也强于较深水的泻湖，而潮汐海滩的分选几乎总是最强的。

影响碎屑磨圆度和细粒化程度的因素

a,搬运距离及搬运的强度：

搬运距离越长磨损越厉害，但更重要的是水流能量和搬运的强度，如：

海滩环境下波浪往返冲洗颗粒被磨损十分厉害，所以海滩砂圆度和分选性最好。

搬运方式为滚（挪）动或跳跃搬运，磨蚀相对较强，悬浮搬运模式相对较弱；

b,颗粒自身形态和物理性质：

抗磨强度由高到低的排列顺序大体是石英、电气石、十字石、尖晶石、石榴石、长石、绿帘石、锆石、角闪石、磁铁矿、磷灰石、方解石。

磨蚀和细粒化作效果：

碎屑颗粒磨圆度增高。

磨圆度（圆度）：

碎屑颗粒在搬运过程中棱和角被磨蚀的程度，它是衡量颗粒结构成熟度的重要指标之一。

碎屑颗粒粒度变细。

粒度：

碎屑颗粒的到小。

牵引流的磨蚀、细粒化和分选的最后结果体现在砂质沉积物的两个成熟度之上:

碎屑岩的结构成熟度

碎屑岩的成分成熟度

　　主要指砂岩的结构成熟度，其定义是：

砂质沉积物在其形成过程中，接近于分选好、磨圆好和和无基质的程度，它反映了碎屑颗粒长期被搬运和被筛选的程度。

　　结构成熟度是衡量牵引流的磨蚀、细粒化和分选程度的综合指标，也是指示沉积环境的重要标志。

如海滩砂岩就具三好特征，即：

分选好、磨圆好和胶结好；

河流砂岩成熟度中－较差。

碎屑岩的成分成熟度

碎屑颗粒在搬运过程中，只有形态变化；

而非稳定矿物颗粒和岩屑通常粒度较大，早、中期就沉积下来。

细粒的不稳定颗粒，在被搬运过程中，除了破碎之外，还有被风化和转化为悬浮物的过程。

因此，在长期被搬运和进行过高能水流洗刷的沉积物通常是稳定矿物颗粒（石英）占绝对优势，最终状态是只有石英颗粒和稳定的重矿物（锆石、金红石）存在，这既是牵引流分选和细粒化的最终产物。

由此，给矿物成熟度的定义就是：

砂质沉积物在其形成过程中，接近于最终状态的程度。

通常以石英颗粒与长石＋岩屑颗粒的比值来衡量.

（7）牵引流的沉积构筑方式和加积类型

几乎在任何牵引流为主的沉积环境中，都会产生沉积作用，但在不同水动力环境中沉积物沉积构筑的方式不同，因而产生了不同的沉积构造类型。

a,高流态（如河流上游，水浅流急）状态情况下，边界层粒度较粗，大多会沿底面快速滚（挪）动，纹层将呈平行流向的平面状叠置形成平行层理。

b,低流态（如河流下游，水深流缓）情况下，沉积底面会逐渐出现不对称的丘垅，其迎水面较缓，背水面较陡。

迎水面颗粒被水流搬运到丘顶后会沿背水面滚落而沉积一个纹层。

随着时间的推移，丘垅就慢慢向前移动就成了交错层理中的一个层系。

c,水浅流速很小，沉积底面也是平坦的，纹层也呈平面状叠置，但这时底载荷粒度也相应变得很细，形成水平层理的粉砂岩－粉砂质泥岩。

d,当环境水体长期安静少动的状态才可能由泥级悬浮载的极缓慢沉降构筑出没有纹层的块状沉积物。

（1）,重力流定义

又称密度流，是一种沉积物和水混合而形成的高密度、高黏度的、涌浪式流动的非牛顿流体。

它与牵引流的区别在于沉积物自生与水混合在一块整体流动，在重力流的搬运和沉积过程中，沉积物运动是主动的；

而在牵引流搬运和沉积过程中，沉积物是被动地运动。

重力流与牵引流的区别：

重力流

高密度、高黏度、涌浪式流动的非牛顿流体.

沉积物与水混合在一块整体流动，

在搬运和沉积过程中，沉积物运动是主动的.

牵引流

低粘度、低密度的牛顿流体,

以搬运介质（水和气流）的流动能量驱动沉积物运动.

在搬运和沉积过程中，沉积物运动是被动的.

（2）,重力流分类

重力流可在水上发生，也可进入水底形成水下重力流。

MiddeletonandHampoto,1973）根据重力流的支撑类型和流动状态将水下重力流分为四种类型：

a,碎屑流（Debrisflow）（泥石流）

b,颗粒流（Grainflow）

c,液化流（liquefiedflow）

d,浊流（Turbiditycurrent）

a.泥石流（Debrisflow

定义：

大小不等的碎屑物与粘土物质和水混合而形成的高黏度、高密度重力流。

支撑机制：

流体靠其中的基质支撑，泥石流产生的条件是具备一个大于５度的斜坡。

沉积产物：

水上泥石流沉积形成冲积扇的主体沉积物（扇砾岩、砾质泥岩），进入牵湖或浅海形成扇三角洲，在深海大陆斜坡下形成深海扇.

沉积物特点：

泥质砾岩、含砾泥岩，分选型，磨圆差、泥、石混杂沉积。

b,颗粒流

靠自身重力重力沿斜坡运动的流砂。

颗粒之间碰撞产生排斥力，自然界较少见。

块状或递变层理砂岩

c,液化流（liquefiedflow）

富含水的砂质或砂泥质沉积物，在上覆压力或突发外力（地震、海啸等）激发下，内部流体运动产生超空隙压力，导致沉积物液化变成重力流，然后沿斜坡流动形成液化流。

内部水沸腾产生的空隙压力。

形成薄－中层砂岩，具泄水沟造（泥质充填的泄水管和合叠状构造）。

d,浊流（Turbiditycurrent）

浊流是在水下斜坡上产生的，含大量自悬浮颗粒（泥砂）和水分、以紊乱状态流动的重力流。

流体内部的紊流上举力

形成具鲍马序列的浊积砂岩，夹在深海或深湖泥岩中。

鲍马序列反映了由重力流向牵引流转化的过程。

3，风和冰川的搬运和沉积作用

风的沉积作用原理与水流相同，也是通过牵引力的变化来实现搬运和沉积的，颗粒的搬运方式也是滚（挪）动、跳跃和悬浮。

但与水相比，空气的密度和粘度要小得多，当流速相同时，空气的搬运力远比水小，能够搬运的颗粒也更细。

（1）,风成沉积的特点

风成沉积与水的沉积的主要区别如下：

a,搬运颗粒通常较细

　　以粉细沙为主，风力搬运的颗粒一般不会超过粗砂级，在特殊条件下可达3mm左右的细砾级，更粗颗粒在细颗粒撞击下也有可能向前挪动少许距离。

因此，粗的风沉积物常是干旱型冲积扇或辫状河带来的沉积物被风再搬运的结果。

在季风的影响下沙丘移动也很快。

分所携带的黄土可以搬运很远很快，如：

沙尘暴。

b,风成沉积物分选性好

一定的风力，以跳跃和滚动只能搬运一定粒度范围的颗粒，而细的泥级质点常会随风飘散，所以沙漠沉积的砂粒大小比较均匀。

c,颗粒表面具风蚀特征

颗粒搬运时相互碰撞磨蚀比较强烈，颗粒外形常比较圆滑，粗大滞留砾石也会因此而发育风成棱石。

当然撞击也容易在颗粒表面造成浅的麻点状撞击痕和霜面。

风暴浪沉积发生在正常浪基面与风暴浪基面之间.风暴浪可以触发形成重力流,垂向层序由上至下为：

正常浅海沉积

浪成波纹层

高流态平层

丘状或凹状交错层理层

块状或递变内碎屑层

风暴挖掘面

4，冰（冰川和浮冰）的搬运和沉积过程（自学）.

5，化学（真溶液和胶体溶液）的搬运和沉积过程

（1）胶体溶液的搬运作用

低溶解度的金属氧化物（如：

Al2O3,SiO2,Fe2O3,MnO,P2O5）常常以胶体溶液搬运，胶体颗粒介于粘土颗粒与离子之间，靠布朗运动支撑。

由于胶体常带电荷，自然界存在的有正胶体和负胶体之分。

同一种胶体中，胶体颗粒带相同电荷，相互之间互相排斥，所以难以沉淀。

（2）胶体沉积过程

正负胶体相遇、介质PH值变化导致胶体质溶液中和，胶体颗粒之间的相互排斥力消失了，则它们就会相互凝聚为大的质点，就会在重力的作用下迅速地下沉，成为胶体沉积物。

纯化学沉积硅质岩、铝土岩、锰质岩、铁质岩就是胶体沉积成因的。

（3）,真溶液的搬运作用

化学风化产生的K+1,Na+1,Ca+2,Mg+2,Fe+2,Sr+3,Ba+2,Cl-1,CO3-2,SO4-2离子呈真溶液搬运，在陆相江、河、湖泊中，这些离子浓度低，所以通常为淡水，它们不易沉淀，大部分被搬运到海洋之中。

（4）,真溶液沉淀作用

真溶液物质被搬运到海洋或湖泊之后，在蒸发量大于淡水补给量的条件下，离子的容积度达到饱和－过饱和状态，开始沉淀形成盐岩沉积，沉淀顺序为：

碳酸盐（方解石、菱铁矿、白云石）－硫酸盐（天青石、石膏）－卤化物（钾盐、食盐）。

6生物沉积过程

由生命活动直接或间接造成的物质的迁移和聚集作用称生物沉积作用。

　　从现在掌握的资料看，至少从太古代中晚期开始生物就已遍布世界各地的海水中，可能不晚于泥盆纪生物已蔓延到了陆地。

现在在地下1000米以上的深度也仍然有生命存在。

地球上的任何生物，包括人在内，都是生物沉积作用的主体，但在地质历史中具有重要造岩意义的生物还是植物、无脊椎动物和细菌。

无论是时空分布还是在个体数量上其它生物都不能与其相比。

（1）,生物造岩作用

生命的实质就是生物能动地利用外部物质和能量在从分子到整个个体的多个层次上进行自我复制。

从沉积学角度看，它主要通过三种方式或途径来实现物质的迁移和聚集。

　　生物化学作用产生生物骨骼、硬壳和有机质

　　改变环境的物化条件

　　机械捕集或粘结

（详见教科书P185）

（2）,生物沉积构筑沉积岩的方式

生物原地生长－造架式构筑（如：

生物礁、叠层石、生物丘、原地煤）.

生物遗体被搬运后与其它造岩原始物质混合式构筑.

作为化石原地保存在沉积岩中.

生物作用改造沉积介质条件（催化沉积作用）.

成岩作用（Diagenesis）p198）

　各种沉积作用形成的沉积物，都是松散的，要变成坚硬岩石，就要经过成岩过程。

广义的成岩作用：

沉积物从最后沉积下来的那一时刻起一直到变质或风化之前，所发生的一切物理、化学和生物化学作用总称为成岩作用．

　　狭义的的成岩作用：

沉积物从其被埋藏下来到变质或风化之前，所发生的一切物理、化学和生物化学作用作用.

1，成岩作用的类型

沉积物的压实和压溶作用

氧化-还原作用

胶结作用

溶蚀和交代作用

重结晶作用

（1）沉积物的压实和压溶作用

a,压实作用：

指沉积物沉积后在其上覆盖层的重荷下，或在构造形变应力的作用下，发生水分排出，孔隙度降低，体积缩小的作用并逐渐固结。

这种单纯机械压缩－固化作用称为压实作用。

b,压溶作用：

沉积物随埋藏深度的增加，碎屑颗粒接触点上所承受的来自上覆层的压力或来自构造作用的侧向应力超过正常孔隙流体压力时，颗粒接触处的溶解度增高，将发生晶格变形的溶解作用。

（2）氧化-还原作用：

随着成岩过程深入，由氧化型成岩环境转化为还原型成岩环境，低价矿物的阳离子升价，形成新矿物，这种作用为氧化－还原作用，

如：

灰绿色泥岩中的氧化亚铁转化为三氧化二铁，形成紫斑。

（3）胶结作用（Cementation）：

彼此分立的颗粒被胶结物焊结在一起的作用称为胶结作用，胶结作用是通过粒间水的沉淀、颗粒的溶解再沉淀和粒间作用而实现的。

（4）溶蚀和交代作用

A,溶蚀（Corrosion）：

沉积物、胶结物或其它矿物在成岩过程中，被水局部溶解称为溶蚀，残留下来的部分就具有溶蚀结构。

溶蚀总是从颗粒表面、颗粒、基质内的裂缝等部位开始再逐渐扩展开来。

B,交代作用（Replacement）:

一种矿物置换另一种矿物的同时还保持原矿物的大小和形态化学过程叫交代．能够显示这种置换关系的结构称为交代结构。

交代结构可分为以下4种类型：

a,漂浮自形晶结构

b,交代假像结构

c,交代残余结构

d,交代阴影状结构

（5）重结晶作用（Recrystallization）：

一般重结晶作用指矿物在不改变基本成分的同时为减小表面能，而自然增大粒度的作用，伴随有体积减小。

广义重结晶还包括玻璃质或非晶质向晶质的转化、晶格的调整等，如；

火山碎屑中的酸性玻璃转变成隐晶的长英质矿物、蛋白石转变成玉髓或进一步转变成石英，胶磷矿转变成磷灰石等。

2，成岩作用的阶段划分（p196）

早期成岩作用

（1）同生阶段及同生作用：

沉积物沉积下来到被埋藏之前为同生阶段，在此阶段所发生的一切物理、化学或生物作用成同生作用。

（2）浅埋成岩作用：

指同生作用之后一直到沉积物固结为止为浅埋成岩阶段，发生在此阶段的一切物理、化学和生物作用称成岩作用。

伴随上覆沉积物厚度的增大，浅埋成岩作用条件的总体变化趋势是温压升高、层间连通性变差，开放系统变为封闭系统，孔隙水和厌氧细菌的间接生物化学作用增强，Eh值降低。

晚期成岩作用

指沉积物固结之后至变质或风化作用开始的为晚期成岩阶段，在此阶段发生的物理、化学作用称晚期成岩作用。

此时，层间封闭系统转化为开放闭系统，外来物质进入，导致已固结沉积岩的成分、结构和构造等的进一步变化。

（3）深埋成岩作用：

指已固结的沉积岩在上覆沉积物厚度进一步加大、温压进一步升高直到变质作用之前所经历的所有作用，这时沉积物的埋深相对较大。

在深埋成岩作用中，生物作用一般都已停止，沉积物中的孔隙已大大减少，内部的相互连通