風(fēng)化作用概述

1、風(fēng)化作用概述第1頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四一、概念 沉積巖(Sedimentary rocks)： 是地表或近地表環(huán)境的母巖，在常溫、常壓下，由風(fēng)化作用、生物作用和某種火山作用形成的產(chǎn)物，經(jīng)搬運(yùn)、沉積、固結(jié)成巖而成的巖石。 巖漿巖(Magmatic rocks, Igneous rocks)： 是地殼深處或上地幔的巖石，經(jīng)熔融或部分熔融形成的高溫巖漿，侵入地下或噴出地表冷凝而成的巖石，即由巖漿冷凝固結(jié)而成的巖石。上述定義說(shuō)明： 1.形成環(huán)境不同（地表或近地表、環(huán)境多樣性） 2.物化條件不同（常溫、常壓） 3.作用類型不同（外力作用） 4.形成過(guò)程不同（松散 固結(jié)

2、成巖或水體沉淀 固結(jié)成巖）第2頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四二、一般特征（與巖漿巖相比）（一）沉積物的來(lái)源 1.陸源物質(zhì)母巖風(fēng)化產(chǎn)物，如砂礫碎屑、化學(xué)溶解物、 不溶殘余物。 是形成沉積物的主要來(lái)源。物質(zhì)供給區(qū)域稱為“物源區(qū)”或 “陸源區(qū)”。 2.生物源物質(zhì)生物遺體（貝殼、骨骼）、有機(jī)質(zhì)。 3.深源物質(zhì)火山噴發(fā)帶來(lái)的氣、液、碎屑，以及來(lái)自深大斷裂帶的富 多金屬元素的熱鹵水等。 4.宇宙源物質(zhì)隕石的降落。 簡(jiǎn)稱為“陸、海、空、生”。第3頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（二）化學(xué)成分 1. Fe2O3 FeO（氧化強(qiáng)烈）。 2. K2O +Na2

3、O含量低（易溶解、淋濾）。 3. K2O Na2O （粘土礦物吸附或云母）。 4. H2O、 CO2等含量高。 5.有機(jī)質(zhì)豐富。（三）礦物成分 1.沉積巖中大量出現(xiàn) 粘土礦物、碳酸鹽礦物、鹽類礦物、鐵質(zhì)礦物、有機(jī)質(zhì)、蛋白 石、玉髓等。 2.沉積巖中較少出現(xiàn) 橄欖石、基性斜長(zhǎng)石、普通輝石、普通角閃石等。 3.沉積巖和巖漿巖中都大量出現(xiàn) 石英、酸性斜長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石等。第4頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四沉積巖與巖漿巖平均礦物成分對(duì)比表礦物種類沉積巖%巖漿巖% 粘土礦物沉積鐵質(zhì)礦物白云石及部分菱鐵礦方解石石膏及硬石膏磷酸鹽礦物有機(jī)物質(zhì)14.514.009.074.250.97

4、0.150.73白云母石英榍石及鈦鐵礦磁鐵礦正長(zhǎng)石鈉長(zhǎng)石15.1134.800.020.0711.024.553.8520.401.453.1514.8525.60鈣長(zhǎng)石黑云母角閃石輝石橄欖石9.803.861.6612.102.65第5頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（四）結(jié)構(gòu)與構(gòu)造 巖漿巖：高溫 低溫、液態(tài) 固態(tài)，“結(jié)晶結(jié)構(gòu)”為主。 沉積巖：形成環(huán)境多樣性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)多樣性、構(gòu)造成層性。 碎屑碎屑結(jié)構(gòu) 風(fēng)化作用 粘土泥質(zhì)結(jié)構(gòu) 化學(xué)溶解物結(jié)晶粒狀結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu) 生物作用生物結(jié)構(gòu) 火山作用火山碎屑結(jié)構(gòu) 構(gòu)造成層性（層理、層面構(gòu)造等）和生物遺跡等。第6頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，

5、5月20日，15點(diǎn)40分，星期四三、分布 1. 陸地表面覆蓋75%，最大厚度13km，平均1.8km（Blatt，1970）。 洋底幾乎全部覆蓋，0.23km，平均1km。 2. 最老的巖石年齡為36億年（前蘇聯(lián)科拉半島）。 3. 各巖類分布情況： 頁(yè)巖、砂巖和石灰?guī)r95%。統(tǒng)計(jì)方法頁(yè)巖（%）砂巖（%）石灰?guī)r（%） 地球化學(xué)方法（F.T.Mackenzie，1971）81118地層剖面厚度552520第7頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四四、礦產(chǎn)資源 沉積型與沉積變質(zhì)型礦產(chǎn)占世界礦產(chǎn)資源總量的80%。 主要有： 礦物燃料煤炭、石油、天然氣等。 礦物肥料鉀鹽、磷酸鹽、硝酸

6、鹽等。 金屬礦產(chǎn)Fe、Al、Mn、Cu、Mg等，以及砂礦里的W、Sn、Au、Pt、U、 Zr等。 非金屬礦產(chǎn)石膏、重晶石、漂白土、硅藻土、建筑砂等。 冶金熔劑、水泥原料、人造纖維原料石灰?guī)r、白云巖。 耐火材料、陶瓷原料、鉆井泥漿原料、吸收劑、凈化劑等原料泥質(zhì)巖。第8頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四五、沉積巖石學(xué)（Sedimentary Petrology）的研究任務(wù) 1. 特征研究 研究沉積巖的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、分類命名、巖體產(chǎn)狀和巖層間的關(guān)系。 2. 模擬實(shí)驗(yàn) 研究沉積巖和沉積礦產(chǎn)的形成機(jī)理，包括風(fēng)化作用、搬運(yùn)作用、沉積作用以及沉積期后變化的機(jī)理。 3. 沉積環(huán)境

7、分析 研究時(shí)空演化、分布規(guī)律以及與大地構(gòu)造的關(guān)系，恢復(fù)沉積巖形成時(shí)的古氣候條件、古地理環(huán)境以及大地構(gòu)造環(huán)境。 歐美學(xué)者稱其為“沉積學(xué)（Sedimentology）”，?；煊谩５?頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四六、沉積巖石學(xué)的研究方法1.野外 通過(guò)測(cè)剖面、填圖等方法，研究沉積巖（物）的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、巖體產(chǎn)狀、巖層間接觸關(guān)系、巖層厚度、成因標(biāo)志、巖石組合、橫向與縱向延伸變化，以及古流向等。引進(jìn)新技術(shù)、新方法，如遙感技術(shù)、測(cè)視雷達(dá)、測(cè)視聲納、測(cè)井技術(shù)、深海鉆探等。2.室內(nèi) 顯微鏡薄片法是最基本方法，以及粒度分析、重礦物分析、不容殘?jiān)治觥岱治?、X衍射分析、光譜分析

8、、電子探針、紅外光譜、原子吸收光譜、掃描電鏡等。第10頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四參考書(shū) 1.沉積巖巖石學(xué)，曾允孚 夏文杰，1986，地質(zhì)出版社 2. 沉積巖，華東石油學(xué)院 3. 沉積巖成因，布拉特等，1978，科學(xué)出版社 4. 沉積巖，裴蒂莊， 1981，石油工業(yè)出版社 5. 陸源碎屑沉積環(huán)境，賴內(nèi)克和辛格，1979，石油工業(yè)出版社 6. 沉積學(xué)講稿匯編，許靖華，1980，成都地礦所第11頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四第十四章 風(fēng)化作用第12頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四青藏高原物理風(fēng)化（4000m）一、風(fēng)

9、化作用 是指地表或近地表的巖石，在外地質(zhì)營(yíng)力（大氣、溫度、水、生物、冰川等）作用下發(fā)生破壞（物理、化學(xué)、生物）的過(guò)程。（一）物理風(fēng)化作用 由于大氣、溫度、流水、冰川等作用下（根劈、冰劈、重力效應(yīng)、鹽晶生長(zhǎng)），使母巖發(fā)生機(jī)械破壞，形成不同大小的碎屑（巖屑、礦屑），并不改變化學(xué)成分。 主要出現(xiàn)在特殊地區(qū)，例如寒 冷的高原地區(qū)、兩極地帶等，與化 學(xué)風(fēng)化作用相比較次要。物理風(fēng)化滾石坡（一號(hào)冰川，4044m）第13頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（二）化學(xué)風(fēng)化作用 在大氣、水、有機(jī)酸的作用下，使巖石破壞、礦物分解，發(fā)生化學(xué)變化，形成新物質(zhì)的過(guò)程。 主要發(fā)育在潮濕、溫暖環(huán)境中，作

10、用廣泛而強(qiáng)烈，是自然界主要風(fēng)化作用之一。 常見(jiàn)方式：1.氧化作用 含變價(jià)元素的礦物，在H2O、O2的作用下變成氧化物、氫氧化物和含氧鹽等。附帶產(chǎn)生的酸體改變了環(huán)境的酸堿度，有利于進(jìn)一步化學(xué)風(fēng)化作用。 Fe2SiO4+O2+4H2O=Fe2O3+2H4SiO4 鐵橄欖石 赤鐵礦或褐鐵礦 硅酸 2FeS2+O2+4H2O=Fe2O3nH2O+4H2SO4 黃鐵礦 赤鐵礦或褐鐵礦 硫酸第14頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四2.水化（合）作用 由不含水礦物變?yōu)楹V物。使體積膨脹、硬度降低。 Fe2O3+nH2O=Fe2O3nH2O 赤鐵礦 褐鐵礦 2KAlSi3O8+2H2

11、O K1Al2（Si,Al)4O10(OH)2nH2O 鉀長(zhǎng)石 水云母 3.水解作用（離子交換反應(yīng)） 弱酸強(qiáng)堿鹽或強(qiáng)酸弱堿鹽遇水后解離，與水中的H+、OH-離子相互交換，形成兩種產(chǎn)物真溶液、不溶殘余物。 4KAlSi3O8+6H2O Al4（Si4O10）(OH)8+8SiO2+4KOH 鉀長(zhǎng)石 高嶺石 膠體 真溶液 注：1.礦物中的金屬陽(yáng)離子與OH-結(jié)合，生成易溶的真溶液被帶出，而絡(luò)陰離子團(tuán)則與 H+結(jié)合，生成難溶的粘土礦物殘留原地，同時(shí)產(chǎn)生膠體溶液。 2.弱酸鹽最易水解，如碳酸鹽、硅酸鹽和鋁硅酸鹽巖石。 3.溫度高有利于水解，如熱帶環(huán)境化學(xué)風(fēng)化作用強(qiáng)烈。第15頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月

12、20日，15點(diǎn)40分，星期四4.碳酸化作用 硅酸鹽和鋁硅酸鹽礦物與含CO2的水溶液相遇，CO2水溶液與分解出的K、Na、Ca等金屬陽(yáng)離子結(jié)合,形成可隨水遷移的碳酸鹽和SiO2膠體。 CaSiO3+CO2+nH2O CaCO3+SiO2+nH2O1 硅灰石 碳酸鹽 膠體 如果水介質(zhì)中游離的CO2少，則CaCO3多沉淀下來(lái)； 如果游離的CO2多，則CaCO3轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹艿闹靥妓猁}被搬運(yùn)走。 CaCO3+CO2+H2O Ca（HCO3）2 4KAlSi3O8+2CO2+4H2O 2K2CO3+Al4（Si4O10）(OH)8+8SiO2 鉀長(zhǎng)石 真溶液 高嶺石 膠體5.溶解作用 使礦物發(fā)生部分溶解分化

13、的作用。不同礦物溶解度不同，礦物溶解度的差異性導(dǎo)致巖石空隙加大,加速風(fēng)化。第16頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（三）生物風(fēng)化作用1.生物物理風(fēng)化作用 例如：根劈作用、動(dòng)物潛穴 活動(dòng)等。2.生物化學(xué)風(fēng)化作用 生物的生命活動(dòng)（新陳代謝、光合作用、生物化學(xué)分解作用）以及生物死亡后，以粘液、糞便、氣體、有機(jī)體腐化等形式，產(chǎn)生大量的有機(jī)酸、CO2、H2S等成份，直接腐蝕巖石。 與其它生物相比，微生物和藻類數(shù)量多、分布廣、適應(yīng)性強(qiáng)，廣布在地表以及淺部地帶，制造著各種酸堿物質(zhì)，分解巖石。 人類工程活動(dòng)對(duì)巖石的破壞，如資源濫采、爆破、污水排放等。蘇州天平山花崗巖根劈第17頁(yè)，共90

14、頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四三種風(fēng)化作用的關(guān)系 物理風(fēng)化：使母巖形成裂隙、碎塊，有利于化學(xué)風(fēng)化作用和生物風(fēng)化作用。 化學(xué)風(fēng)化：使母巖固結(jié)度、硬度降低，有利于物理風(fēng)化作用和生物風(fēng)化作用。 生物風(fēng)化：有利于化學(xué)風(fēng)化作用和物理風(fēng)化作用的加速進(jìn)行。 三種風(fēng)化作用相互聯(lián)系、互相促進(jìn)、互相影響。 三種作用在不同環(huán)境里影響程度有所側(cè)重： 嚴(yán)寒極地、高山地區(qū)和沙漠地區(qū)，以物理風(fēng)化作用為主。 潮濕溫暖地區(qū)，以化學(xué)風(fēng)化、生物化學(xué)風(fēng)化作用為主。自然界，化學(xué)風(fēng)化作用和生物化學(xué)風(fēng)化作用最具有地質(zhì)意義。第18頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四二、元素的風(fēng)化分異性 是指在特定的條

15、件下，由于元素遷移能力不同，造成各種元素按一定順序，先后從母巖中分離出來(lái)的規(guī)律。 蘇聯(lián).波雷諾夫（1934）和.彼列爾曼（1955）提出“元素水遷移系數(shù)（Kx）”。 Kx= Kxx元素的水遷移系數(shù) mxx元素在河水中的含量（mg/L） nx河水中礦物質(zhì)殘?jiān)偭浚╩g/L） x元素在在該流域巖石里的平均含量（%）該式說(shuō)明： Kx系數(shù)越大，說(shuō)明x元素越易遷移，巖石里殘留的越少。第19頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四 根據(jù)硅酸鹽巖石在潮濕、溫暖條件下發(fā)生風(fēng)化進(jìn)行計(jì)算，將元素遷移能力分為： 1）最易遷移元素：（Kx=n10n102 ） Cl、Br、I 、S 2）易遷移元素：（

16、Kx=nn10 ） Ca、Mg、Na、F、Sr、K、Zn 3）遷移元素：（Kx=n10-1n ） Cu、Ni、Co、Mo、V、 Mn、Si（硅酸鹽）、P 4）惰性（微弱遷移）元素：（Kx n10-1） Fe、Al、Ti、Sc、Y、TR （稀土元素）、。 5）幾乎不移動(dòng)的元素：（Kx n10-10） Si（石英）第20頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四該分類說(shuō)明： 1）各元素遷移能力相差很大（成百上千倍），使得巖石中共生的元素，因風(fēng)化遷移性能不同而發(fā)生分異化學(xué)風(fēng)化。 2）元素的遷移能力與該元素的物化性質(zhì)不完全一致。除與元素本身的原子和離子特性有關(guān)外，還取決于含有該元素的礦

17、物特征，及其抗風(fēng)化能力有關(guān)。 如CaCO3、CaSO4、MgCO3比NaCl、KCl難溶解，但是，Ca、Mg比Na、K易遷移。 如鈣長(zhǎng)石抗風(fēng)化能力比鈉長(zhǎng)石弱，Ca先于Na析出礦物。第21頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四三、巖石風(fēng)化帶發(fā)育的階段性 .波雷諾夫根據(jù)元素在風(fēng)化帶遷移的分移性，將結(jié)晶巖石完整風(fēng)化過(guò)程分為四個(gè)階段，不同階段形成于不同的環(huán)境和獨(dú)特的產(chǎn)物。1. 碎屑階段 以物理風(fēng)化為主，形成巖石和礦物碎屑。如干旱沙漠地區(qū)。2. 飽和硅鋁階段 化學(xué)風(fēng)化初期階段。在CO2、H2O的作用下，巖石中易溶組分全部溶解，鋁硅酸鹽和硅酸鹽礦物開(kāi)始分解，游離出Ca2+、Mg2+、N

18、a+、K+，介質(zhì)呈堿性或中性，部分SiO2進(jìn)入溶液，并形成堿性條件下穩(wěn)定的蒙脫石、水云母、拜來(lái)石、綠脫石、綠泥石等。第22頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四3. 酸性硅鋁階段 化學(xué)風(fēng)化中期階段。堿金屬與堿土金屬大量被溶濾出來(lái)后，有機(jī)質(zhì)分解形成大量有機(jī)酸和CO2（碳酸），介質(zhì)由堿性轉(zhuǎn)為酸性，蒙脫石等礦物進(jìn)一步脫失Ca2+、Mg2+，轉(zhuǎn)變成酸性條件下穩(wěn)定的高嶺石、變埃落石等。例如植被發(fā)育的溫暖潮濕地區(qū)。 該作用通常又被稱為“粘土型風(fēng)化作用”。4. 鋁鐵土階段 風(fēng)化作用的最后階段。鋁硅酸鹽礦物徹底分解，堿金屬與堿土金屬全部游離出來(lái)，介質(zhì)又呈堿性或中性，SiO2繼續(xù)被遷移進(jìn)入溶

19、液。可遷移元素全部從巖石中析出，原地僅剩余極難溶的Fe、Al、Si含水氧化物，形成水鋁石、水鋁礦、褐鐵礦、針鐵礦、赤鐵礦、蛋白石、玉髓等混雜一起的土狀堆積物紅土。例如潮濕炎熱地區(qū)。 該作用通常又被稱為“紅土型風(fēng)化作用”。第23頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四四、主要造巖礦物與巖石在風(fēng)化帶中的穩(wěn)定性和習(xí)性 礦物的穩(wěn)定性主要取決于它的化學(xué)成分、物理性質(zhì)、晶體構(gòu)造和氣候條件等因素。 1.長(zhǎng)石 主要在碳酸的作用下分解，析出Ca2+、Na+、K+ ，水化為水云母，在堿性介質(zhì)中進(jìn)一步分解為蒙托石，在酸性介質(zhì)中分解為高嶺石，在濕熱氣候條件下，進(jìn)一步分解為水鋁石、水鋁礦、蛋白石、玉髓

20、。 長(zhǎng)石抗風(fēng)化能力較低，與種類有關(guān)?？癸L(fēng)化能力由強(qiáng)到弱為： 鉀長(zhǎng)石 斜長(zhǎng)石（酸性斜長(zhǎng)石 基性斜長(zhǎng)石） 所以，沉積巖中常見(jiàn)鉀長(zhǎng)石和酸性斜長(zhǎng)石。 地質(zhì)意義： 是干燥氣候、造山帶或火山噴發(fā)環(huán)境的指示礦物。第24頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四2.鐵鎂礦物 在酸的作用下，析出Ca2+、Mg2+、Fe2+，在強(qiáng)氧化和堿性介質(zhì)中進(jìn)一步水解為蒙托石，在弱還原條件下變?yōu)榫G泥石，蒙托石在酸性介質(zhì)中可再次分解為高嶺石，在濕熱氣候條件下，進(jìn)一步分解為褐鐵礦、蛋白石、玉髓的紅土堆積。 抗風(fēng)化穩(wěn)定性： 低 高 橄欖石 輝石 角閃石 黑云母 所以，鐵鎂礦物在沉積巖中含量少，常以重礦物出現(xiàn)。3.云

21、母類 白云母穩(wěn)定性高于黑云母，沉積巖中常見(jiàn)。 白云母 水云母 蒙托石 高嶺石 黑云母 蛭石或綠泥石 蒙托石 高嶺石第25頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四4. SiO2礦物 包括石英、玉髓、蛋白石、方英石、鱗石英等。礦物分解與溫度或環(huán)境酸堿度有關(guān)。溫度高則溶解度增大；堿性條件易水解遷移析出。 SiO2+2H2O H4SiO4 H4SiO4 H+ H3SiO4 -SiO2的溶解度與酸堿度（pH）和溫度的關(guān)系圖（等，1974）第26頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四五、風(fēng)化帶中主要造巖礦物穩(wěn)定性分類表不穩(wěn)定礦物次穩(wěn)定礦物穩(wěn)定礦物橄欖石輝石、角閃石基性

22、斜長(zhǎng)石白云石方解石金屬硫化物白云母鉀長(zhǎng)石中酸性斜長(zhǎng)石黑云母、伊利石磁鐵礦、簾石、磷灰石榍石、十字石、石榴石石 英高嶺石 （輕礦物）鋯 石（Z）金紅石（R） （重礦物）電氣石（T）高價(jià)鐵、錳、鋁的氧化物或氫氧化物（紅土）第27頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四六、風(fēng)化帶中巖石的穩(wěn)定性影響因素主要有：1.礦物組成 （1）單礦物組成的巖石抗風(fēng)化能力強(qiáng)（膨脹、收縮系數(shù)相同）。 （2）穩(wěn)定礦物組成的巖石抗風(fēng)化能力強(qiáng)。長(zhǎng)石砂巖弱于石英砂巖。 （3）早結(jié)晶者易風(fēng)化。巖漿巖抗風(fēng)化能力與鮑溫反應(yīng)中礦物晶出順序有 關(guān)，如超基性巖石抗風(fēng)化能力弱于酸性巖石。2.結(jié)構(gòu) （1）巖石疏松程度。疏松的

23、結(jié)構(gòu)易風(fēng)化，如雨花臺(tái)礫石層。 （2）粒度。粗粒巖石易風(fēng)化。3.其它 （1）硬度。堅(jiān)硬的巖石抗風(fēng)化能力強(qiáng)，如硅化帶。 （2）節(jié)理。節(jié)理發(fā)育者易風(fēng)化，如蘇州虎丘的試劍石、石桌，黃山的鯽魚(yú) 背，華山的魚(yú)脊背。 （3）地下水豐富程度等。第28頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四花崗巖風(fēng)化產(chǎn)物類型石英鉀長(zhǎng)石 SiO2 殘留不變 K2O 成為碳酸鹽、氟化物進(jìn)入溶液 Al2O3 、SiO2 水化后成為含水鋁硅酸鹽砂粒溶解物粘土更長(zhǎng)石 Na2O 成為碳酸鹽、氟化物進(jìn)入溶液 CaO 成為碳酸鹽溶于CO2的水中 Al2O3 、SiO2 （同鉀長(zhǎng)石）溶解物溶解物粘土白云母 H2O K2O 殘留

24、不變 Al2O3 SiO2 云母碎片黑云母 H2O K2O （Mg，F(xiàn)e) O 成為碳酸鹽、氟化物進(jìn)入溶液，碳酸鐵氧化為赤鐵礦、褐鐵礦等 Al2O3 、SiO2 成為含水鋁硅酸鹽，部分SiO2溶于水溶解物可溶解的色素物粘土鋯石ZrO2 SiO2 殘留不變砂粒磷灰石Ca3PO42（F，Cl）溶解或不變?nèi)芙馕锘蛏傲５?9頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四七、風(fēng)化產(chǎn)物類型 1. 碎屑陸源碎屑巖（外源沉積巖） 2. 粘土（化學(xué)風(fēng)化殘余物）泥質(zhì)巖（外源沉積巖） 3. 化學(xué)溶解物化學(xué)或生物化學(xué)巖（內(nèi)源沉積巖）第30頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四本章重點(diǎn)：

25、 1.沉積巖的一般特征 2.三大風(fēng)化作用 3.四大風(fēng)化階段 4.主要造巖礦物的穩(wěn)定性 5.反映風(fēng)化作用強(qiáng)弱的指示礦物 6.三大風(fēng)化產(chǎn)物第31頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四第十五章 搬運(yùn)、沉積作用與碎屑物第32頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四一、概述 風(fēng)化產(chǎn)物及其他沉積物除部分殘留原地外，大部分將被搬運(yùn)到沉積盆地沉積下來(lái)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，河流每年約搬運(yùn)165億噸物質(zhì)，海洋中每年新生成的巖石圈物質(zhì)約300億噸 (黃潤(rùn)秋，1997)。 沉積物的搬運(yùn)作用和沉積作用常交替進(jìn)行，并且在過(guò)程中也繼續(xù)發(fā)生著風(fēng)化作用，如化學(xué)分解、機(jī)械破碎等。三個(gè)作用階段密切聯(lián)系、又

26、相互獨(dú)立。 （一）搬運(yùn)介質(zhì) 水（河、湖、海、地下水等） 空氣（風(fēng)） 冰川 生物第33頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（二）搬運(yùn)與沉積方式 1. 機(jī)械搬運(yùn)與沉積作用 對(duì)象：碎屑、粘土以及內(nèi)源顆粒（鮞粒、生物碎屑等） 。 方式：滑動(dòng)式、滾動(dòng)式、跳躍式和懸浮式。 機(jī)理：受流體力學(xué)定理支配。 2. 化學(xué)搬運(yùn)與沉積作用 對(duì)象：化學(xué)溶解物（真溶液、膠體）。 方式：真溶液、膠體或絡(luò)合物形式。 機(jī)理：受化學(xué)、物理化學(xué)定理支配。 3. 生物搬運(yùn)與沉積作用（后者大于前者） 對(duì)象：巖石、水、大氣中的元素。 方式：光合作用、新陳代謝等形式。 機(jī)理：受生物物理、生物化學(xué)、生物生理定理支配。第3

27、4頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（三）流體類型 風(fēng)和水都是流體，也是搬運(yùn)和沉積的主要介質(zhì)。 分為：牽引流、沉積物重力流。 1. 牽引流 介質(zhì)里含有少量沉積物質(zhì)，在介質(zhì)的推動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，沉積物處于被動(dòng)狀態(tài)，大多情況下沉積物由高處向低處運(yùn)移，有時(shí)也可以由低處向高處運(yùn)移。例如風(fēng)流、河流、湖流、海流、波浪流、潮汐流、等深流等。 搬運(yùn)力： 牽引力（推力）與流體的流速呈正相關(guān)關(guān)系。如山區(qū)河流或洪流，流速 高、牽引力大，搬運(yùn)的礫石大，但搬運(yùn)的數(shù)量不一定多。 載荷力（負(fù)荷力）與流體的流量呈正相關(guān)關(guān)系。如平原河流，流量大、載 荷力大，搬運(yùn)的碎屑數(shù)量大，但搬運(yùn)的顆粒小。注：牽引力大不一定載

28、荷力也大，反之亦然。2. 沉積物重力流 介質(zhì)里含有大量沉積物質(zhì)，呈懸浮態(tài)高密度混合一起，在重力下運(yùn)動(dòng)，沉積物處于主動(dòng)狀態(tài)，沉積物都是沿斜坡由高處向低處運(yùn)移。例如泥石流、濁流等。 搬運(yùn)力重力。注： 隨著密度降低，沉積物重力流逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闋恳?。?5頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四二、與沉積學(xué)相關(guān)的流體力學(xué)基本原理（一）內(nèi)摩擦力（F） 河水流動(dòng)中，水流受河道摩擦影響，流速由河床底部的零值開(kāi)始，向上逐漸增大，各微層水流速不同，產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，快層對(duì)慢層沿流向產(chǎn)生拖力，慢層對(duì)快層反流向產(chǎn)生阻滯力。 內(nèi)摩擦力（F ）作用在流體內(nèi)部?jī)晌咏佑|面上，大小相同、方 向相反的一對(duì)力。河道

29、底部水流方向河流表面流速梯度流速0第36頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（二）內(nèi)摩擦定律 F=A = F 內(nèi)摩擦力（牛） 動(dòng)力粘滯系數(shù)（Pa.S）（與流體和溫度有關(guān)） A 接觸面積（m2） dv 單位層內(nèi)上下流速差 dz 單位層厚度 流速梯度（秒-1） 剪切應(yīng)力（F/A）應(yīng)用：凡符合于牛頓內(nèi)摩擦定律的流體，稱為 牛頓流體，如牽引流。 凡不符合于牛頓內(nèi)摩擦定律的流體，稱 為非牛頓流體，如沉積物重力流。第37頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（三）水流流動(dòng)狀態(tài)層流、紊流與雷諾數(shù) 自然界的水流流動(dòng)狀態(tài)分為： 層流流速緩慢，各質(zhì)點(diǎn)的流速、方向不變，呈平

30、行線狀，分層流動(dòng)。 紊流流速湍急，各質(zhì)點(diǎn)的流速、方向隨時(shí)間而變，運(yùn)動(dòng)軌跡不規(guī)則， 質(zhì)點(diǎn)混亂、呈漩渦狀。 臨界流介于上述兩者之間。注： 隨著水流的粘度、密度、管道直徑因素改變，流動(dòng)狀態(tài)可以轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)變時(shí)的流速稱為臨界流速。 雷諾（Reynolds Number ，英國(guó)物理學(xué)家，1883）提出實(shí)驗(yàn)室的臨界流速計(jì)算公式。管道和明渠流條件下層流（A）與紊流（B）關(guān)系示意圖（曾允孚和夏文杰，1986）紊流層流層流紊流第38頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四雷諾數(shù)與地質(zhì)意義水流狀態(tài)判斷依據(jù)雷諾數(shù)（Re ），（無(wú)量綱）。 Re =慣性力/粘滯力 =v d/ = v d/ 密度 v平均流

31、速 d管道直徑 （）粘滯系數(shù) 對(duì)于管道流，Re2000為層流，Re2000為紊流，Re=2000為臨界流。粘滯力大時(shí)水體易為層流，慣性力大時(shí)水體易為紊流。地質(zhì)意義： 1.任何水體都存在層流和紊流兩種流動(dòng)狀態(tài)。層流的深度與雷諾數(shù)為反相關(guān)關(guān)系。 2.層流有利于沉積物沉積。 3.紊流有利于沉積物搬運(yùn)。第39頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（四）水流流動(dòng)強(qiáng)度急流、緩流與福勞德數(shù)急流水流在障礙物處形成浪花，迅速越過(guò)，上部水面略有升高， 不向上游傳播，影響范圍較小。緩流水流在障礙物前形成跌落，在障礙物后形成壅高，向上游傳 播能力強(qiáng)，影響范圍較大。臨界流介于上述兩者之間。 急流（a

32、）緩流（b）遇到障礙物時(shí)的流動(dòng)特點(diǎn) （華東水利學(xué)院，1979）急流緩流第40頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四 福勞德數(shù)（Fr）與地質(zhì)意義水流強(qiáng)度判斷依據(jù)福勞德數(shù)（Fr），（無(wú)量綱）。 Fr=慣性力/重力 = v / v流速 g重力加速度 h水深分類與地質(zhì)意義： 1. Fr 1， 水流強(qiáng)度為急流，也稱高流態(tài)，對(duì) 床砂形體破壞大。 2. Fr 1， 水流強(qiáng)度為緩流，也稱低流態(tài)，對(duì) 床砂形體破壞小。 3. Fr 1， 水流強(qiáng)度為臨界流，也稱過(guò)渡流態(tài)。實(shí)驗(yàn)室水道沙床上各種床沙類型特征與水流強(qiáng)度的關(guān)系 （曾允孚和夏文杰，1986） 第41頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，1

33、5點(diǎn)40分，星期四三、機(jī)械搬運(yùn)與沉積作用（一）牽引流搬運(yùn)與沉積作用 1.水的機(jī)械搬運(yùn)與沉積作用第42頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（1）沉積物受力分析與搬運(yùn)方式 水流對(duì)底載荷施加的力包括： 1）有效重力（W）=重力浮力 2）水平推移力（Px） 3）垂直上舉力（Py） 浮力 紊流產(chǎn)生的上升渦力 壓力差產(chǎn)生的上舉力 4）底部摩擦力（Pf） 5）顆粒間的粘結(jié)力（Pc） Px、 Py增大有利于顆粒搬運(yùn)，而W、Pc、Pf增 大則不利于顆粒搬運(yùn)。若： 1） Px（ W+ Pc+ Pf） Py ，則以滑動(dòng)方式，如礫石； 2） Px與 Py形成合力 W與Pf形成合力，則以滾動(dòng)方式，

34、如礫石； 3） Py與W反復(fù)無(wú)常變化時(shí)，則以跳躍方式，如砂粒； 4） Py始終大于 W時(shí)，則以懸浮方式，如粉砂、粘土。重力摩擦力和粘結(jié)力推移力浮力和上舉力合力河床底部水流對(duì)碎屑顆粒的三種搬運(yùn)方式 （，1982）合力第43頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四跳躍方式搬運(yùn)理想模型 伯諾利方程： p/+gy+v2/2=常數(shù) p - 壓力 -水密度 y - 距床沙底面的高度 v - 流速意義： 流速與壓力呈反相關(guān)關(guān)系。流速快部位形成的壓力低，流速慢部位形成的壓力高，壓力差形成上舉力，上舉力與顆粒的跳躍高度成正比。例如飛機(jī)機(jī)翼上下的差異性。經(jīng)計(jì)算得出的在槽底流過(guò)一個(gè)圓柱體的理想流體

35、流態(tài)（Blatt等，1972）第44頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（2）碎屑搬運(yùn)、沉積與流體流速的關(guān)系 碎屑在牽引流中的搬運(yùn)與沉積，與顆粒大小有關(guān)，而顆粒大小又與流體流速相關(guān)。其相互關(guān)系見(jiàn)尤爾斯特隆圖。經(jīng)森德伯格修改的尤爾斯特龍圖解（ASundborg，1956）第45頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四水力學(xué)意義 1）沉積物的侵蝕（始動(dòng)）速度大于搬運(yùn)速度。 2）2mm的礫石，要求始動(dòng)速度和沉積速度差值不大，且隨著粒度增大而增高，說(shuō)明礫石難以侵蝕，極易沉積，不易長(zhǎng)距離搬運(yùn)。多沿河床底部滾動(dòng)式推移前進(jìn)。 3）0.052mm的砂粒，尤其是細(xì)砂，要求

36、始動(dòng)速度與沉積速度相差也不大，而且始動(dòng)速度最小，易搬運(yùn)、易沉積，極為活躍。多呈跳躍式搬運(yùn)。 4）0.05mm固結(jié)的粉砂和泥粒，要求始動(dòng)速度很高，但沉積速度很低，一旦侵蝕起來(lái)后，長(zhǎng)期懸 浮，很難沉積，在平靜 的沉積盆地里沉積下來(lái)。 對(duì)于未固結(jié)的粉砂 和泥粒，始動(dòng)速度和沉 積速度都很低，很難沉 積。第46頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四 5）在一定流速下，所搬運(yùn)的顆粒是一個(gè)群體，而不是某粒級(jí)，既有懸 浮體，也有跳躍體，甚至滾動(dòng)體。 6）隨流速降低，碎屑顆粒從粗到細(xì)依次沉積沉積分異。但是，流 速頻繁變換，則形成混雜堆積。注：隨流速增大，同一顆粒的運(yùn)動(dòng)方式可以變化。隨流動(dòng)強(qiáng)度

37、變化，流水所能搬運(yùn)最大懸浮和滾動(dòng)顆粒的關(guān)系曲線（，1975）第47頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（3）碎屑物沉降速度 斯托克斯（，1850）沉降公式： （實(shí)驗(yàn)條件：實(shí)驗(yàn)室、靜水、恒溫20、球體0.1mm、粘度、密度不變）。 球體沉降速度 g重力加速度 r 球體半徑 水的粘度 s、球體和水的密度 意義： 1）當(dāng)介質(zhì)、碎屑一定后，顆粒直徑與沉降速度呈正相關(guān)。 2）當(dāng)介質(zhì)、粒度一定后，顆粒比重與沉降速度呈正相關(guān)。 故自然界中，大而輕的常與小而重的顆粒沉積在一起。 3）可以進(jìn)行粒度分析莎巴寧法。 魏德?tīng)栒J(rèn)為碎屑是不規(guī)則的顆粒，沉降速度應(yīng)改為： p 碎屑沉降速度 g 重力加速

38、度 rp 碎屑半徑 水的粘度 s、 碎屑和水的密度 兩個(gè)公式比較： p=64% 比較后看出，碎屑顆粒因形狀不規(guī)則，表面積增大，沉降速度僅為規(guī)則顆粒的64%。 實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)體積相同時(shí)，假定球形顆粒的沉速為100，則橢球?yàn)?461，立方體為74，長(zhǎng)柱體為50，片狀為8038。片狀顆粒搬運(yùn)最遠(yuǎn)，與泥沙在一起。第48頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四2.風(fēng)的機(jī)械搬運(yùn)與沉積作用是僅次于水的搬運(yùn)與沉積介質(zhì)?？梢詫?nèi)陸砂塵搬運(yùn)到海洋，也可以將海灘砂搬運(yùn)到內(nèi)陸。僅能搬運(yùn)碎屑。密度和粘滯性小于水。 w=1000kg/m3，a=1.22kg/m3，（15） 在相同流速里，風(fēng)搬運(yùn)的粒度約為水

39、體的1/30，大大小于水體。一般僅搬運(yùn)砂級(jí)以下顆粒，故往往礫石滯留于原地，粗砂靠近物源地。作用的空間范圍大，從低處到高處。 第49頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四搬運(yùn)方式 （1）跳躍：占7080%，一般是0.5mm顆粒，尤其細(xì)砂（0.10.3mm）最為活躍，呈弓形軌跡，角度一致（1016）。 （2）蠕動(dòng)（滾動(dòng)）：20%，一般是0.52mm， 更大的顆粒一般原地不動(dòng)。跳躍和蠕動(dòng)的搬運(yùn)距離 近，多在來(lái)源地附近堆積形成砂丘。 （3）懸?。?0%，小于0.10.2毫米的顆粒，可 搬運(yùn)很遠(yuǎn)?？諝饷芏刃?，風(fēng)速變化快，搬運(yùn)的砂粒粒徑范圍窄，一旦減速便沉積，故顆粒大小較均勻分選好。顆

40、粒活躍，碰撞較多，表面較圓，具“沙漠漆”。形成大型交錯(cuò)層理，層系厚度達(dá)幾十厘米幾米。沉積：（1）風(fēng)速降低。（2）遇障礙。莫斯（，1963）“推移障礙”：松散砂粒容易移動(dòng)， 一旦聚集、彼此相靠，便穩(wěn)定下來(lái)形成沙丘。 供給不足時(shí)，迎風(fēng)坡遭侵蝕，背風(fēng)坡沉積，導(dǎo)致沙丘向 前移動(dòng)；當(dāng)砂粒足量供給時(shí)，迎風(fēng)坡和背風(fēng)坡均有沉積。砂丘遷移示意圖風(fēng)成砂的跳躍軌跡（R.A.Bagnold，1941）第50頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四3.沉積分異作用是指依據(jù)沉積物的物理、化學(xué)性質(zhì)有規(guī)律地依次沉積。 具體分為機(jī)械沉積分異作用、化學(xué)沉積分異作用。機(jī)械沉積分異作用 沉積物隨流速和運(yùn)移能力降低，

41、按其物理特性（大小、形狀、比重等）在地表依次沉積。（1）顆粒大小 水流方向 礫巖 砂巖 粘土巖 （2）形狀 粒狀近源沉積，片狀遠(yuǎn)源沉積，常與粘土沉積一起，沉積巖層面常見(jiàn)白云母碎片。（3）比重 粒度相同時(shí)，重者先沉積。粒度不相同時(shí)，比重大而體積小者可以與比重小而體積大者沉積一起，例如金、鋯石等重礦物與石英砂堆積。 碎屑物質(zhì)在流水搬運(yùn)過(guò)程中的變化：隨著碎屑物質(zhì)被搬運(yùn)的時(shí)間和距離增長(zhǎng)，不穩(wěn)定成分逐漸變少、粒度逐漸變小、圓度逐漸變好、球度有所增高。 第51頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四碎屑湖泊沉積的理想模式（據(jù)特溫霍費(fèi)爾，1932） 現(xiàn)代青海湖沉積物分布（據(jù)中國(guó)科學(xué)院蘭州地

42、質(zhì)研究所，1979） 第52頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（二）沉積物重力流搬運(yùn)與沉積作用 是指介質(zhì)里含有大量沉積物質(zhì)，呈懸浮態(tài)（自懸?。└呙芏扰c介質(zhì)混合一起，在重力下沉積物沿斜坡由高處向低處運(yùn)移，沉積物處于主動(dòng)狀態(tài)。例如泥石流、濁流等。 沉積物重力流是一種密度流。密度流還包括海洋因溫度差異形成的寒流、等深流，因鹽度差異形成的鹽水楔等。1.分類 米德?tīng)栴D和漢普頓根據(jù)顆 粒的支撐機(jī)理和堆積的沉積物 類型，將沉積物重力流分成泥 石流、顆粒流、液化沉積物流 和濁流。第53頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（1）泥石流（碎屑流） 水介質(zhì)中含有大量的粘

43、土和砂（水含量?jī)H4060%），高度混合，形成具有一定密度和支撐強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度）的載體（砂泥漿），將礫石、巖塊懸浮搬運(yùn)。 如含礫泥巖。（2）顆粒流 介質(zhì)中主要含有砂粒，少量粘土和礫石，由于顆粒之間相互碰撞產(chǎn)生的支撐應(yīng)力，使顆粒懸浮于流體中。例如： 西部地區(qū)的巖塊崩塌流、雪崩流（底部氣墊、前部氣浪）； 火山碎屑流（底部氣墊、前部氣浪） ； 風(fēng)成砂丘突然崩塌，沿坡體形成的砂流； 水底坡度變陡地帶，沉積物因斷層、地震或暴風(fēng)浪的 強(qiáng)烈震動(dòng)作用，崩落、液化，高速向深處流動(dòng)形成的流體。第54頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（3）液化沉積物流 當(dāng)碎屑緩慢堆積時(shí)，其重量由下覄沉積物所支

44、撐，孔隙壓力等于靜水壓力。負(fù)荷增大，孔隙減小，孔隙水向側(cè)方擠壓出去，達(dá)到固結(jié)。 當(dāng)大量碎屑快速堆積，下覄沉積物難以支撐上覆急劇增加的重量，部分碎屑重量傳遞給孔隙流體，孔隙壓力大于靜水壓力，形成超孔隙壓力，使顆粒懸浮、“沸騰”、液化，形成高密度流體。 礫石孔隙大，粉砂、粘土凝聚性較好，不易形成超孔 隙壓力。液化沉積物流常發(fā)育于中細(xì)碎屑巖中。（4）濁流 沉積物靠紊流或由紊流的向上分力（上舉力）支撐懸浮，在重力作用下搬運(yùn)，與介質(zhì)組成高密度流體。如礫、砂、泥的沉積組合體。 引發(fā)原因：地震、海嘯、暴風(fēng)浪、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等震動(dòng)、或失重。 濁流、紊流與沉積物懸浮三者相互作用、互相影響。三者關(guān)系為：紊流沉積物懸浮濁

45、流擾動(dòng)作用重力作用紊流作用第55頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四2.濁流發(fā)育階段 鮑瑪（，1962）提出四個(gè)發(fā)育階段： a.三角洲階段：河流將大量沉積物帶到湖、海盆地，堆積成三角洲。 b.滑動(dòng)階段：因某種作用震動(dòng)，開(kāi)始液化，整體向下方緩慢滑移，隨著水量增加， 速度加快。 c.流動(dòng)階段：流體速度加快，內(nèi)部出現(xiàn)速度分層，粗粒涌向前端。 d.濁流階段：沉積物與水高度混合，形成懸浮態(tài)高密度流體，隨流動(dòng)速度加快，沖 刷、侵蝕下部物質(zhì)，增大規(guī)模。內(nèi)部分層。平面為錐形或扇形堆積 體。具有高濃度懸浮沉積物的河流（，1942）突發(fā)高速型濁流的形成示意圖（，1962）風(fēng)暴流沉積形成的理想

46、成因示意圖類理想的風(fēng)暴巖垂向?qū)有颍〒?jù)艾格爾，1982）第56頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四3.濁流內(nèi)部構(gòu)造一般分為三部分： 頭部：呈舌狀、比體部厚，粒度最粗、密度最高、流速最快， 侵蝕能力最強(qiáng)，沖刷痕與刻痕發(fā)育，以侵蝕搬運(yùn)為主。 體部：厚度較均勻，粒度較細(xì)，密度降低，流速減緩。 尾部：厚度迅速變薄，粒度變細(xì)，密度最低，流速減緩，以沉 積作用為主。高速濁流內(nèi)部劃分圖（，1973）第57頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四4.鮑馬層序粒 度分層編號(hào)鮑馬層序分段 （1962）解 釋泥E內(nèi)濁流沉積（一般為頁(yè)巖）深海沉積作用或細(xì)粒的、低密度濁流沉積作用粉

47、砂D上平行紋層（水平層理）？C波紋、波狀、包卷交錯(cuò)層理下降流動(dòng)體制的下部 細(xì)砂 粗砂底部含 礫 石B下平行紋層（平行層理）上升流動(dòng)體制形成的平坦床沙A塊狀、粒序?qū)永淼撞堪l(fā)育槽模上升流動(dòng)體制快速沉積作用或流沙形成（？）第58頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（三）碎屑結(jié)構(gòu)與碎屑成熟度1.碎屑結(jié)構(gòu) 包括粒度、圓度、球度、形狀、分選度、支撐類型和孔隙等方面。 （1）粒度 指碎屑顆粒的最大視直徑。 測(cè)量方法： 放大鏡、顯微鏡、 篩析法、莎巴寧法等。第59頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四粒度劃分方法：1）自然粒級(jí)法 礫 2mm 砂 20.05mm 粉砂

48、0.050.005mm 泥 0.005mm 適用于水利學(xué)研究，與尤氏圖相吻合。2）粒級(jí)法 = -2d d顆粒直徑（mm） 有利于粒度統(tǒng)計(jì)與繪圖。第60頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四值粒級(jí)與教材劃分對(duì)照表相應(yīng)粒級(jí)分別稱為相應(yīng)結(jié)構(gòu)，如礫狀結(jié)構(gòu)、細(xì)砂結(jié)構(gòu)等。粒級(jí)值與mm教材粒級(jí)值與mm教材粒級(jí)值與mm教材礫巨礫-8 2561000砂極粗砂/巨砂-10 2121粉砂粗粉砂45 0.0630.03150.050.03卵石-8-6 642562501000粗砂01 10.510.5粗礫-6-4 166450250中砂12 0.50.250.50.25細(xì)粉砂58 0.03150.

49、00390.030.005中礫-4-2 4161050細(xì)砂23 0.250.1250.250.1細(xì)礫-2-124210極細(xì)砂/微砂34 0.1250.0630.10.05泥 80.00390.005第61頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（2）分選度（分選性） 指碎屑顆粒大小分布的均勻程度。 可以反映流體的動(dòng)能強(qiáng)度（簸選能力）和搬運(yùn)距離。牽引流對(duì)顆粒的分選作用：a上游環(huán)境 b沉積環(huán)境 c下游環(huán)境（F1流入水動(dòng)力、F2流出水動(dòng)力。F1F2 ，分選好； F1和F2 差值越大，分選越差）第62頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（3）圓度 碎屑棱角被磨圓

50、的程度。 不同礦物的物化性質(zhì)不同，抗磨蝕性能不同，通常根據(jù)石英的圓滑程度，分為五級(jí)。 將次圓到極圓等級(jí)稱為礫狀結(jié)構(gòu)。 將次棱角到棱角等級(jí)稱為角礫狀結(jié)構(gòu)。第63頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（4）球度 指碎屑三維空間近球體的程度。（5）形狀 由顆粒中A、B、C三個(gè)軸的相對(duì)大小決定。分為球狀、橢球狀、扁球狀、片狀、不規(guī)則狀。（6）孔隙 原生孔隙、次生孔隙。 第64頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（7）支撐類型根據(jù)巖石中碎屑與填隙物（雜基）的支撐情況，分為顆粒支撐、雜基（基質(zhì)）支撐以及過(guò)渡支撐三種類型。分別稱為支撐結(jié)構(gòu)和漂浮狀結(jié)構(gòu)。地質(zhì)意義：可以

51、反映流體的性質(zhì)，顆粒支撐（雜基含量少或無(wú)）為牽引流，雜基支撐為沉積物重力流。注：雜基（基質(zhì)）以機(jī)械方式沉積，與主體碎屑混雜堆積，充填孔 隙的細(xì)小碎屑，通常指泥和細(xì)粉砂。第65頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（8）成熟度 指碎屑接近理想終極狀態(tài)（穩(wěn)定）的程度。包括成分成熟度和結(jié)構(gòu)成熟度。 1）成分成熟度 指碎屑中穩(wěn)定碎屑成分（石英、石英巖屑、燧石巖屑、鋯石、金紅石、電氣石）的含量。含量越多，成分成熟度越高。 成分成熟度指數(shù)（CMI）穩(wěn)定碎屑成分與不穩(wěn)定碎屑成分的量比關(guān)系。 不同粒級(jí)碎屑中判別依據(jù)不同： 礫級(jí)碎屑燧石巖屑+石英巖屑/其它巖屑 砂級(jí)與粉砂級(jí)碎屑石英/長(zhǎng)石 石

52、英+燧石巖屑/長(zhǎng)石+其它巖屑 泥級(jí)碎屑AL2O3/Na2O （化學(xué)分析結(jié)果）地質(zhì)意義：反映沉積時(shí)的構(gòu)造環(huán)境與氣候條件。 成分成熟度高，表明物源區(qū)沉積環(huán)境濕熱溫暖、大地構(gòu)造穩(wěn)定、剝蝕量 較少、長(zhǎng)距離搬運(yùn)、化學(xué)風(fēng)化作用強(qiáng)烈等特征。 成分成熟度低，表明物源區(qū)沉積環(huán)境寒冷、大地構(gòu)造活躍、剝蝕量較 多、短距離搬運(yùn)、埋藏速度快、物理風(fēng)化作用弱等特征。第66頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四 2）結(jié)構(gòu)成熟度 指碎屑結(jié)構(gòu)接近理想終極狀態(tài)（無(wú)雜基、分選極好、磨圓極好）的程度。地質(zhì)意義： 一般講，結(jié)構(gòu)成熟度高，表明物源區(qū)大地構(gòu)造穩(wěn)定，剝蝕埋藏緩慢，碎屑長(zhǎng)時(shí)間、長(zhǎng)距離搬運(yùn)、磨蝕圓度高，流體清

53、澈，簸選能力強(qiáng)，分選好，形成無(wú)雜基的顆粒支撐結(jié)構(gòu)。 相反，則表明結(jié)構(gòu)成熟度低。結(jié)構(gòu)成熟度分級(jí)以及與沉積環(huán)境的關(guān)系成熟度級(jí)別結(jié)構(gòu)特征可能的沉積環(huán)境圓度分選度雜基含量%極不成熟差差15大陸泥石流、洪積物、冰磯物不成熟差差515洪積物、河流、淺湖次成熟差中等5洪積物、河流、淺湖、風(fēng)成沙丘成熟中等好5河流、風(fēng)成沙丘、海灘極成熟好好5風(fēng)成沙丘、海灘第67頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四四、化學(xué)搬運(yùn)、沉積作用與沉積物（一）膠體搬運(yùn)與沉積作用 100% 膠體溶液 真溶液 0% Al Fe Mn SiO2 P2O5 CaCO3 CaSO4 NaCl MgCl2溶解度第68頁(yè)，共90頁(yè)

54、，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四 溶解度低的Fe、Mn、Al、Si等組分，常呈膠體形式搬運(yùn)與沉積。1.膠體特征 （1）質(zhì)點(diǎn)小。1100um，大于真溶液擴(kuò)散能力弱， 小于懸浮顆粒不受重力影響。 （2）帶電荷。表面積大，吸附離子帶有電荷，成為正膠體或負(fù)膠體。 自然界常見(jiàn)的膠體有：正膠體負(fù)膠體Al(OH)3、 Fe(OH)3、Cr(OH)3、 Ti(OH)3、Ce(OH)3、 Cd(OH)3、CuCO3、 MgCO3、CaF2PbS、CuS、CdS、As2S3、Sb2S等硫化物；S、Au、Ag、Pt、粘土質(zhì)膠體、腐殖質(zhì)膠體SiO2、SnO2、MnO2、V2O5、第69頁(yè)，共90頁(yè)，20

55、22年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四 （3）吸附性強(qiáng) 粒度小、表面積大、具有很強(qiáng)的選擇性吸收。 通常正膠體吸附各種酸根以及絡(luò)陰離子團(tuán)，負(fù)膠體常吸附各種金屬離子，例如： 粘土膠體吸附：Au、Ag、K、Hg、V、Pt等 SiO2膠體吸附：放射性元素 Fe膠體吸附：V、P、As等 Mn膠體吸附： Co、Cu、Ni、Ag、W、Hg等。2.膠體凝聚沉積以及沉積物特征 膠體凝聚沉積作用，稱為膠凝作用或絮凝作用。 （1）膠體凝聚沉積原因： 1）正、負(fù)膠體相遇，電性中和。是海（湖）粘土巖形成的重要原因之一。 如：2Al2O3nH2O+4SiO2nH2O Al4（Si4O10）（OH）8+nH2O 正膠體

56、負(fù)膠體 高嶺石凝膠體第70頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四 2）膠體溶液里加入電解質(zhì)，電性中和。 河流攜帶的含有金屬陽(yáng)離子的負(fù)膠體與海水、湖水相遇后，沉積在三角洲地帶，脫水后成為沉積巖或沉積礦產(chǎn)。例如：河流搬運(yùn)的Si、Al、Fe、Mn等膠體物質(zhì)進(jìn)入海洋后大都在近岸地區(qū)迅速下沉。目前世界上發(fā)現(xiàn)的海相沉積大型鐵、錳、鋁等礦床都是膠體凝聚沉積而成。 3）蒸發(fā)作用 使膠體溶液濃縮，增加膠體粒子的碰撞幾率，形成膠體團(tuán)下沉。如干燥氣候下湖泊、河漫灘水體干涸時(shí)，泥質(zhì)類的沉積，主要由此原因引起。 4）pH值、Eh值的影響 有些膠體沉積要求具備一定的pH或Eh值，若不滿足，即使有異性電

57、荷的電解質(zhì)或膠體混合，也不發(fā)生沉淀。 例如：SiO2和Al2O3膠體，在pH值4.55.2可中和生成高嶺石，如果不滿足，即使兩種膠體混合也不發(fā)生沉淀。即高嶺石在酸性介質(zhì)中凝聚，蒙脫石在堿性介質(zhì)中凝聚。 對(duì)于兩性膠體影響顯著，例如Al(OH)3，酸性環(huán)境帶正電荷，堿性環(huán)境帶負(fù)電荷。 5）腐殖酸的保護(hù) 自然界大量存在的腐殖酸本身易于水化，成為穩(wěn)定膠粒，常與金屬氫氧化物膠體結(jié)合生成螯合物，起到“護(hù)膠作用”，提高了金屬氫氧化物膠體的搬運(yùn)能力。如河水中搬運(yùn)的Fe、Mn、Al氫氧化物膠體以及硫化物膠體較多，而河流中沉積的膠體沉積物較少。第71頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（2）

58、膠體沉積物特征 1）未脫水時(shí)呈凝膠狀、凍狀，成巖后具貝殼狀斷口。 2）脫水后具龜裂紋，裂隙發(fā)育，敲擊后碎屑易顯棱角。 3）呈放射狀、扇狀、鮞狀、腎狀、以及結(jié)核狀等結(jié) 構(gòu)，重結(jié)晶后具微晶結(jié)構(gòu)。 4）產(chǎn)狀常為結(jié)核狀、透鏡狀、層狀產(chǎn)出。 5）吸附能力與離子交換能力強(qiáng)，導(dǎo)致其顏色、化學(xué)成 分不定。第72頁(yè)，共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四（二）真溶液搬運(yùn)與沉積作用 母巖風(fēng)化產(chǎn)物中以真溶液搬運(yùn)與沉積的物質(zhì)主要是溶解度高的Cl、S、K、Na、Ca、Mg等組分，常呈離子形式溶于水中。其溶解或沉淀晶出的控制因素是溶解度（溶度積），只有當(dāng)離子濃度大于或等于其溶解度時(shí)，才能晶出。因此，溶解度

59、大的物質(zhì)不容易沉淀，溶解度小的首先沉淀。 影響真溶液搬運(yùn)、沉積（溶解度）的因素較多，如pH值、Eh值、溫度、壓力和CO2含量等，尤其是對(duì)溶解度較小的Si、Al、Fe、Mn等的影響更為明顯。 1. pH值 （1）溶解度隨pH值增高而增高。 如SiO2在堿性條件易溶解搬運(yùn)，酸性條件易沉淀。 Fe3+PH3時(shí)沉淀。 （ 2）溶解度隨pH值增高而降低。 如CaCO3弱堿性環(huán)境沉淀。 Fe2+PH5.57時(shí)沉淀， 其氫氧化 物在堿性條件易沉淀，酸性條件易溶 解搬運(yùn)。 因此，常見(jiàn)石英與方解石、 鐵質(zhì)礦物之間的交代。25時(shí)，pH值與方解石、非晶質(zhì)SiO2和石英的溶解度關(guān)系圖（Blatt，1972）第73頁(yè)，

60、共90頁(yè)，2022年，5月20日，15點(diǎn)40分，星期四 （3）溶解度隨pH值增高而變化。 如Al2O3溶液pH值為47時(shí)沉淀，4或7時(shí)均不能沉淀。2.Eh值 主要影響變價(jià)元素（Fe、Mn）的溶解度。 氧化條件下易形成高價(jià)氧化物或氫氧化物，而還原條件下形成低價(jià)氧化物或氫氧化物。低價(jià)化合物的溶解度高出高價(jià)化合物幾百幾千倍，故Fe、Mn等變價(jià)元素在還原條件易溶解搬運(yùn)，在氧化條件易沉淀。3.溫度 溫度升降影響蒸發(fā)作用，影響Cl、S、Na、K、Mg等溶解度大的鹽類物質(zhì)的溶解與沉淀。只有在干熱、蒸發(fā)的條件下，沉積形成石膏、硬石膏、鈉鹽等，稱為蒸發(fā)巖。 4.CO2含量 主要影響碳酸鹽類礦物的形成。環(huán)境溫度高