沉積巖的風化作用

1、第二章第二章 沉積巖的形成與演化沉積巖的形成與演化原始物質原始物質 沉積物的搬運沉積物的搬運 沉積后作用階段沉積后作用階段形成階段形成階段 和沉積作用階段和沉積作用階段原始物質原始物質 沉積物沉積物 沉積巖沉積巖搬運搬運 沉積后作用沉積后作用沉積沉積第一節(jié)第一節(jié) 沉積巖的基本概念沉積巖的基本概念 沉積巖（沉積巖（sedimentary rockssedimentary rocks）的概念）的概念沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因 母巖母巖 地表上出露的供給沉積巖原始物質成分的巖石，地表上出露的供給沉積巖原始物質成分的巖石，主要指早于該沉積巖而存在的巖漿巖、變質巖主要指早于該沉積巖而存在的巖漿

2、巖、變質巖和較老的沉積巖。和較老的沉積巖。 一、風化作用的概念一、風化作用的概念沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因沉積巖與巖漿巖的區(qū)別沉積巖與巖漿巖的區(qū)別 形成條件：形成條件：沉積巖：沉積巖：地表或離地表不深的地帶地表或離地表不深的地帶，有豐富的水、氧、，有豐富的水、氧、二氧化碳和生物參加的條件下形成。沉積巖的形成過二氧化碳和生物參加的條件下形成。沉積巖的形成過程太陽能及由太陽能轉化的生物能和機械能均起著直程太陽能及由太陽能轉化的生物能和機械能均起著直接的作用。由地球內(nèi)能所引起的地殼構造運動，直接接的作用。由地球內(nèi)能所引起的地殼構造運動，直接控制了侵蝕區(qū)和沉積區(qū)的分布，地貌條件也為沉積巖控制

3、了侵蝕區(qū)和沉積區(qū)的分布，地貌條件也為沉積巖的形成提供了必要的條件的形成提供了必要的條件巖漿巖巖漿巖：是由巖漿凝結形成的巖石，約：是由巖漿凝結形成的巖石，約占地殼總體積的占地殼總體積的65%65%。巖漿是在地殼深處或上地幔產(chǎn)生的高溫熾熱、。巖漿是在地殼深處或上地幔產(chǎn)生的高溫熾熱、粘稠、含有揮發(fā)分的硅酸鹽熔融體粘稠、含有揮發(fā)分的硅酸鹽熔融體在在地球地表地球地表，有，有70%70%的巖石是沉積巖，但如果從地球表的巖石是沉積巖，但如果從地球表面到面到1616公里深的公里深的整個巖石圈整個巖石圈算，沉積巖只占算，沉積巖只占 5%5%。沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因沉積巖沉積巖巖漿巖巖漿巖礦物成分礦

4、物成分成分簡單，富含氧、二氧化碳成分簡單，富含氧、二氧化碳和水。和水。特有礦物：粘土礦物、鹽類礦特有礦物：粘土礦物、鹽類礦物、煤、石油物、煤、石油1 1、大部分為塊狀的、大部分為塊狀的結晶巖石，部分為結晶巖石，部分為玻璃質巖石玻璃質巖石2 2、特有的礦物和結、特有的礦物和結構構造，如霞石、構構造，如霞石、白榴石等礦物和氣白榴石等礦物和氣孔構造和杏仁構造孔構造和杏仁構造3 3、巖體與圍巖有明、巖體與圍巖有明顯的界限，產(chǎn)狀多顯的界限，產(chǎn)狀多樣樣4 4、巖體中常含圍巖、巖體中常含圍巖碎塊碎塊5 5、巖漿巖中沒有生、巖漿巖中沒有生物遺跡物遺跡結構結構取決于產(chǎn)生某一類沉積巖的那取決于產(chǎn)生某一類沉積巖的那

5、些形成作用些形成作用碎屑結構、生物結構碎屑結構、生物結構和晶粒結和晶粒結構等構等構造構造成層構造、具有泥裂、波痕、成層構造、具有泥裂、波痕、縫合線縫合線其它其它常含生物化石，顆粒間存在孔常含生物化石，顆粒間存在孔隙隙沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因沉積巖的研究意義沉積巖的研究意義 1 1、沉積巖記錄了地球演化歷史、沉積巖記錄了地球演化歷史 地球約有地球約有4646億年歷史，最古老沉積巖億年歷史，最古老沉積巖3636億年，這億年，這3636億年的沉積億年的沉積記錄對研究地球的演化和發(fā)展有著十分重要的理論價值。記錄對研究地球的演化和發(fā)展有著十分重要的理論價值。 根根據(jù)沉積巖的各種特征及其在空間

6、和時間上的分布關系，可作地據(jù)沉積巖的各種特征及其在空間和時間上的分布關系，可作地層劃分和地質剖面對比的基礎，并能恢復它們堆積時的古地理、層劃分和地質剖面對比的基礎，并能恢復它們堆積時的古地理、古地球化學、物理化學和其他條件古地球化學、物理化學和其他條件 2 2、沉積巖（物）蘊藏著占世界礦產(chǎn)資源總儲量的、沉積巖（物）蘊藏著占世界礦產(chǎn)資源總儲量的8080 能源礦產(chǎn)：石油、天然氣、煤和油頁巖能源礦產(chǎn)：石油、天然氣、煤和油頁巖 、金屬和非金屬礦產(chǎn)資、金屬和非金屬礦產(chǎn)資源：鋁土礦、錳礦、各種鹽類礦產(chǎn)等幾源：鋁土礦、錳礦、各種鹽類礦產(chǎn)等幾 乎全為沉積類型乎全為沉積類型 ，極，極大部分鐵礦、磷礦亦都屬于沉積

7、或沉積變質類型大部分鐵礦、磷礦亦都屬于沉積或沉積變質類型 3 3、與大型水利工程、港口、國防軍事等建設密切相關、與大型水利工程、港口、國防軍事等建設密切相關 通過沉積巖研究可以尋找地下蓄水層，解決水庫、大型水壩、通過沉積巖研究可以尋找地下蓄水層，解決水庫、大型水壩、電站、港口和河流的沖淤及土壤的侵蝕、地基的牢固性等問題電站、港口和河流的沖淤及土壤的侵蝕、地基的牢固性等問題 在國防上軍港設計、潛艇和海底導彈基底的建設等均與沉積巖在國防上軍港設計、潛艇和海底導彈基底的建設等均與沉積巖（物）的研究密切相關（物）的研究密切相關 沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因沉積巖的研究意義沉積巖的研究意義 4

8、4、油氣勘探、開采、開發(fā)等問題的突破與沉積巖（學）、油氣勘探、開采、開發(fā)等問題的突破與沉積巖（學） 還有油氣勘探領域的圈閉問題、石油的二次采油向三次采油、還有油氣勘探領域的圈閉問題、石油的二次采油向三次采油、減少地層傷害、開采剩余油、提高采收率以效益為中心的轉移減少地層傷害、開采剩余油、提高采收率以效益為中心的轉移等，沉積巖（學）的研究正發(fā)揮重大的作用等，沉積巖（學）的研究正發(fā)揮重大的作用 5 5、與人類生存環(huán)境、災害預警、與人類生存環(huán)境、災害預警 沉積巖（學）的研究與人類生存和可持續(xù)發(fā)展密不可分，地質沉積巖（學）的研究與人類生存和可持續(xù)發(fā)展密不可分，地質災害預測研究和環(huán)境保護中也正發(fā)揮著越來

9、越大的作用災害預測研究和環(huán)境保護中也正發(fā)揮著越來越大的作用 第一節(jié)第一節(jié) 沉積巖的形成及演化沉積巖的形成及演化u 母巖的風化作用母巖的風化作用風化作用的概念風化作用的概念沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因1 1、物理風化作用、物理風化作用是地殼表層巖石的一種是地殼表層巖石的一種機械破壞作用機械破壞作用。它是一種使巖石破碎、。它是一種使巖石破碎、崩解成各種不同大小的碎塊，而崩解成各種不同大小的碎塊，而不發(fā)生化學成分變化也不形不發(fā)生化學成分變化也不形成新礦物成新礦物的作用。的作用。 引起母巖發(fā)生機械破裂的因素引起母巖發(fā)生機械破裂的因素: :溫度變化、冰劈作用、重力溫度變化、冰劈作用、重力作用和巖

10、石裂隙中溶解鹽類的結晶作用作用和巖石裂隙中溶解鹽類的結晶作用沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因物理風化作用物理風化作用 冰劈作用冰劈作用 層裂或卸載作用層裂或卸載作用 鹽分結晶的撐裂作用鹽分結晶的撐裂作用 熱脹冷縮作用熱脹冷縮作用 生物作用生物作用沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因 冰劈作用冰劈作用：由于氣溫的變化，：由于氣溫的變化，巖石裂隙中的水反復結冰和融巖石裂隙中的水反復結冰和融化，從而造成巖石裂隙不斷擴化，從而造成巖石裂隙不斷擴大，使巖石發(fā)生崩解的作用。大，使巖石發(fā)生崩解的作用。主要發(fā)生在高緯度地區(qū)和高山主要發(fā)生在高緯度地區(qū)和高山區(qū)區(qū)沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因 水的凍融水

11、的凍融 當溫度下降到攝氏零度以下當溫度下降到攝氏零度以下時，貯藏在地表巖石空隙中的液時，貯藏在地表巖石空隙中的液態(tài)水就會結冰，因態(tài)水就會結冰，因結冰后其體積結冰后其體積將增大將增大1 111 11左右，左右，故在巖石空隙故在巖石空隙中產(chǎn)生巨大的中產(chǎn)生巨大的膨脹壓力膨脹壓力（冰劈作（冰劈作用）用） ，造成巖石的崩裂。，造成巖石的崩裂。 沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因 在地下深處的巖石承受巨大靜壓力，其潛在膨脹力是十分驚人。在地下深處的巖石承受巨大靜壓力，其潛在膨脹力是十分驚人。巖石從地下深處變到地表條件時由于巖石從地下深處變到地表條件時由于上覆靜壓力減小而產(chǎn)生張應力上覆靜壓力減小而產(chǎn)生張應

12、力形成一系列形成一系列與地表平行的與地表平行的宏觀和微觀的內(nèi)部破裂面。形成這種裂隙宏觀和微觀的內(nèi)部破裂面。形成這種裂隙構造的作用稱為剝離作用。構造的作用稱為剝離作用。巖石的釋荷巖石的釋荷沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因 巖石的熱脹冷縮巖石的熱脹冷縮 溫差大溫差大的地區(qū)，在白天當?shù)牡貐^(qū)，在白天當太陽光直射時，巖石太陽光直射時，巖石表層增溫表層增溫而而膨脹膨脹，而，而內(nèi)部膨脹小內(nèi)部膨脹小甚至未發(fā)生甚至未發(fā)生變化。到了變化。到了夜晚夜晚氣溫驟降，巖石氣溫驟降，巖石表面收縮表面收縮。這樣使其巖石表面與。這樣使其巖石表面與內(nèi)部產(chǎn)生應力差。這種應力差就內(nèi)部產(chǎn)生應力差。這種應力差就會使巖石破裂。會使巖石

13、破裂。 沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因鹽分結晶的撐裂作用：鹽分結晶的撐裂作用：大量的大量的鹽類礦物鹽類礦物溶解溶解于巖石裂隙的水中，于巖石裂隙的水中，水分蒸發(fā)后水分蒸發(fā)后會會達到飽和達到飽和，鹽類再結晶體積增大鹽類再結晶體積增大會對周圍的裂隙壁產(chǎn)生會對周圍的裂隙壁產(chǎn)生膨脹壓力膨脹壓力，由于巖石裂隙中的鹽類反復結晶、由于巖石裂隙中的鹽類反復結晶、 潮解，使巖石崩解的作用，多發(fā)生在潮解，使巖石崩解的作用，多發(fā)生在干旱及干旱及半干旱地區(qū)半干旱地區(qū)沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因鹽類結晶造成的干裂鹽類結晶造成的干裂 美國美國沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因 物理風化作用產(chǎn)物特征：物理風化

14、作用產(chǎn)物特征：碎屑粗細不等，棱角顯著，沒有層理；碎屑粗細不等，棱角顯著，沒有層理；多分布在分水嶺上或斜坡上；多分布在分水嶺上或斜坡上；碎屑物的成分與下覆基巖成分一致碎屑物的成分與下覆基巖成分一致。沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因2 2、化學風化作用、化學風化作用是母巖的一種是母巖的一種化學分解化學分解作用作用。在。在氧、水氧、水和溶于水中和溶于水中的的各種酸各種酸的作用下，母巖遭受的作用下，母巖遭受氧化氧化、水解水解、和、和溶濾溶濾等等化學變化化學變化，使其分解并產(chǎn)生在表生環(huán)境下穩(wěn)定的，使其分解并產(chǎn)生在表生環(huán)境下穩(wěn)定的新礦物組合新礦物組合的過程。的過程。引起母巖發(fā)生化學風化的因素引起母巖發(fā)

15、生化學風化的因素: :溶解溶解作用、作用、水化水化作用、作用、水解水解作用、作用、氧化氧化作用、作用、酸的酸的作用作用沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因化學風化作用化學風化作用: :氧化作用（氧化作用（氧的作用氧的作用）水解作用水解作用水化作用水化作用 酸的酸的作用作用膠體作用及離子交換反應膠體作用及離子交換反應水的作用水的作用沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因 氧化作用氧化作用 大氣圈中氧含量為大氣圈中氧含量為20201 1。當巖石和礦物。當巖石和礦物暴露于地表暴露于地表或位于地或位于地表層時，表層時，與氧充分接觸與氧充分接觸，將發(fā)生一系列，將發(fā)生一系列氧的化學反應氧的化學反應。氧化作用

16、是地殼表層氧化作用是地殼表層最常見最常見的一種化學反應。的一種化學反應。氧化作用主要是氧化作用主要是游離氧游離氧造成，是含有造成，是含有變價元素（鐵、錳）變價元素（鐵、錳）的礦物，的礦物，在在氧和水氧和水的作用下，它們的的作用下，它們的低價氧化物、硅酸鹽、硫化物低價氧化物、硅酸鹽、硫化物變成變成高高價氧化物、氫氧化物和含氧鹽價氧化物、氫氧化物和含氧鹽的過程，如黃鐵礦氧化形成褐鐵礦，的過程，如黃鐵礦氧化形成褐鐵礦，其中的硫氧化后形成其中的硫氧化后形成H2SO4H2SO4并流失。并流失。沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因氧化作用氧化作用2FeS2 + 7O2+ 2H2O 2FeSO4 + 2H2

17、SO4 Fe2(SO4)3+4Fe(OH)3 黃鐵礦 硫酸亞鐵 硫酸鐵 褐鐵礦 礦物中的變價元素從低價變成高價： 4Fe3O4 +O2 + 18H2O 12Fe(OH)3 磁鐵礦 褐鐵礦沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因 水解作用水解作用 水解作用的實質是水解作用的實質是水中電離的礦物水中電離的礦物陰離子和陽離子與陰離子和陽離子與H2OH2O的的電離產(chǎn)物電離產(chǎn)物(H(H+ +及及OHOH- -) )相互結合，分別取代陽離子和相互結合，分別取代陽離子和陰離子，從而使陰離子，從而使礦物解體礦物解體形成形成新的含水礦物新的含水礦物的過程的過程 。當水。當水中含有溶質，尤其是中含有溶質，尤其是酸性物

18、質酸性物質時，水的破壞作用就明顯加時，水的破壞作用就明顯加強，其中最常見的是強，其中最常見的是CO2CO2溶于水形成碳酸的溶蝕作用溶于水形成碳酸的溶蝕作用4K(AlSi3O8) + 6H2O Al4(Si4O10)(OH)8 + 8SiO2 + 4KOH ( 鉀長石 ) ( 高嶺石 ) (蛋白石膠體)Al4(Si4O10)(OH)8 + nH2O Al2O3. nH2O +4SiO2 + 4H2O( 高嶺石 ) 水鋁石（鋁土礦）沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因水化作用水化作用水化是指水化是指水直接參加到礦物中去水直接參加到礦物中去，使某些礦物變成，使某些礦物變成含水礦物含水礦物，如硬石膏變

19、為石膏等，如硬石膏變?yōu)槭嗟菴aSO4 + 2H2O CaSO42H2O ( 硬石膏 ) ( 石膏 ) 沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因溶解作用溶解作用巖石中巖石中礦物溶解于水礦物溶解于水而產(chǎn)生而產(chǎn)生分解和碳酸化分解和碳酸化的作用，巖的作用，巖石中石中可溶性可溶性礦物被水溶解礦物被水溶解帶走帶走，巖石的，巖石的孔隙度增大孔隙度增大，硬度降低硬度降低 溶解作用溶解作用 礦物溶解導致巖石結構的破壞礦物溶解導致巖石結構的破壞 礦物溶解度能力的排序。礦物溶解度能力的排序。方解石方解石 白云石白云石 橄欖石橄欖石 輝石輝石 角閃石角閃石 長長石石 石英石英 水的溫度、壓力以及水的溫度、壓力以及PHP

20、H值等對礦物的溶解度影值等對礦物的溶解度影響明顯。響明顯。沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因 溶解風化產(chǎn)物：溶解風化產(chǎn)物：離子離子膠體膠體難溶物質難溶物質 沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因溶解和未溶解的灰?guī)r溶解和未溶解的灰?guī)r溶解作用溶解作用沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因酸的作用酸的作用自然界中常見的酸是自然界中常見的酸是碳酸和腐殖酸碳酸和腐殖酸等弱酸。它們對等弱酸。它們對硅酸鹽和硅鋁酸鹽礦物的分解起著極其重要的作用。硅酸鹽和硅鋁酸鹽礦物的分解起著極其重要的作用。這些礦物與這些礦物與碳酸碳酸發(fā)生反應時，其中的陽離子（發(fā)生反應時，其中的陽離子（FeFe2+2+、CaCa2+2+ 、 K

21、 K+ + 、 NaNa+ +）常形成）常形成碳酸鹽和重碳酸鹽碳酸鹽和重碳酸鹽，SiO2SiO2被分解出來被分解出來。沉積學沉積學沉積巖的成因沉積巖的成因膠體作用及離子交換反應膠體作用及離子交換反應硅酸鹽和鋁硅酸鹽礦物遭受風化，使礦物中的硅酸鹽和鋁硅酸鹽礦物遭受風化，使礦物中的AlAl2 2OO3 3、SiOSiO2 2的連接力鍵遭到完全破壞而被游的連接力鍵遭到完全破壞而被游離出來。以及由含鐵硅酸鹽礦物分解出來的離出來。以及由含鐵硅酸鹽礦物分解出來的FeFe2 2O O3 3，他們的溶解度比較小而形成膠體，膠體他們的溶解度比較小而形成膠體，膠體間的相互作用間的相互作用 、凝聚和晶華形成粘土礦物，、凝聚和晶華形成粘土礦物，膠體還具有從介質溶液中吸附離子的能力膠體還具有從介質溶液中吸附離子的能力帶