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沉积岩石学--绪论

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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沉积岩和沉积相共 80学时 每周 6学时第一章 绪 论一、沉积岩的概念及基本特征沉积岩是在地壳表层条件下,由母岩风化产物、火山物质、有机物质等沉积岩原始物质成分,经搬运作用、沉积作用以及沉积后作用而形成的一类岩石。沉积岩在地壳中分布甚广,陆地面积的大约四分之三被沉积物(岩)所覆盖。而海底的面积几乎全部被沉积物(岩)所覆盖。但岩石圈体积中,沉积岩仅占 5%,而岩浆岩和变质岩约占 95%。1、地壳表层的温度变化范围不大。2、地壳表层的压力较小,一般说来,绝大多数沉积岩形成的压力在 2~ 20范围内。3、水和大气的作用4、生物作用和生物化学作用5、事件沉积作用“ 地壳表层条件 ” 特征:沉积岩是研究地球发展和演变历史不可缺少的资料。 地壳最老岩石的年龄为 46亿年,而沉积圈岩石的年龄为 36亿年,其中有生命记载的岩石年龄为 31亿年。沉积岩的种类繁多,但自然界分布最多的(泥) 页岩 ,其次是 砂岩 和 石灰岩 ,它们占沉积岩总量的 95%以上。在沉积岩中蕴藏着大量矿产 。世界资源总储量的 75%~85%是沉积变质成因的。石油、天然气、煤、油页岩等可燃有机矿产以盐类矿产,几乎全部是沉积成因的。还有铁矿、铅锌矿、铜矿、锰矿和铅矿等是沉积成因和部分沉积成因的。沉积岩的基本特征矿物成分沉积岩中常见的矿物 20余种(已发现的矿物达 160以上) ,而一种岩石中主要矿物只有 1~ 3种。① 在岩浆岩中大量存在的矿物,如橄榄石、辉石、角闪石等铁镁矿物以及基性斜长石,在沉积岩中则很少。② 岩浆岩中数量甚多的矿物,如钾长石、酸性斜长石及石英,在沉积岩中也广泛存在。③ 有些矿物是在沉积作用过程中新生成的。如粘土矿物、某些氧化物和氢氧化物、盐类矿物、碳酸盐矿物,它们是沉积岩主要矿物之一,但在岩浆岩中极少或缺乏。沉积岩与岩浆岩的平均矿物成分( %)化学成分将沉积岩与岩浆岩的平均化学成分加以比较,可见数据十分接近。这是由于沉积岩基本上是由岩浆岩的风化产物所组成。但仍可发现有若干差别 :① 两者铁的总是大体相等,但在岩浆岩中 而在沉积岩中 是由于地表比地下深处有更多的自由氧。② 沉积岩中碱金属的含量远低于岩浆岩,尤其是 沉积岩中富含 2O,岩浆岩中则极少。④ 在沉积岩中含有大量有机质,这是它们与岩浆岩最重要的区别之一。沉积岩和岩浆岩的平均化学成分(按氧化物 %)沉积岩特征及与其它岩类的区别:1、 (主要 )是外动力地质作用的产物,形成并稳定在地壳表层条件 (环境 )(沉积岩形成圈 )中。地表条件以温度不高、压力不大、水和空气 (氧 )丰富并参与形成(水成岩 )、生物作用普遍且强烈。2、沉积岩中具有多种地表条件的烙印:外生沉积矿物 (粘土矿物、铁和铝的氧化物及氢氧化物、碳酸盐矿物、蒸发盐类矿物 )常见且数量大,含水矿物多;稳定性高抗风化能力强的多;高温高压形成的典型岩浆矿物和变质矿物数量极少,搞风化能力弱的矿物很少;生物成因的化石 (矿物 )常见;铁、锰等变价无素多以高价形式存在;碱金属的含量少且钾的含量一般大于钠的含量。3、生物在沉积岩的形成过程有极其的作用与意义,沉积岩中有机物质 (石油、天然气、泥碳、煤等 )常见或单独形成岩石;4、具有特殊的极其多样复杂的结构 (孔隙发育、生物结构、碎屑结构 )与构造 (成层构造、层内构造以及层面构造 );层理构造乃是沉积的基本构造特征。5、事件沉积作用较常见且与正常沉积作用间互共生;6、在地壳中所占比例很小,在地表分布即十分广泛 ;二、沉积岩石学任务及研究方法一、概念沉积岩石学 是研究沉积岩的物质成分、结构、构造、分类和形成作用,以及沉积环境分布规律的一门科学。沉积岩石学是地质学的重要基础学科。一、主要研究内容1、全面地研究沉积岩(物)的物质组分、结构、构造、分类命名、岩体产状和岩层之间的接触关系 (岩类学研究 )。2、 探讨沉积岩石的形成机理 :探讨沉积岩石的形成过程,包括风化作用。搬运作用。沉积作用以及沉积后的变化等,了解其形成机理及控制因素 (岩理学 )。3、 古沉积环境和沉积条件分析 :确定其沉积相类型,预测砂体的形态、分布位置、延伸方向、各岩石的组合状况,用以恢复沉积岩形成时的古气候条件、古地理条件、古介质条件以及大地构造条件等。4、沉积岩石学是地层学、层序地层学、古地理学、地球化学、矿床学、工程地质学、油气地质学和储层地质学的基础,并不断地为矿产资源普查和勘探提供新的科学依据和信息。5、通过沉积岩石学的研究,增加对沉积物形成、演化、及分布及其与人类生存等重大问题的了解。 “ 地球科学与灾害观测 ” 和 “ 地学与可持续发展问题 ” 等课题的研究越来越受到人们的关注。三、研究方法1、野外调查与室内研究并重。2、覆盖区的沉积岩研究,岩心观察和描述,充分利用录井、测井和地震资料进行岩性、电性、物性和含油气性分析。3、显微薄片鉴定,常规分析(铸体薄片、粒度分析和物性分析)和特殊仪器分析(扫描电镜、电子探针与能谱、 极发光、显微荧光、流体包裹体、图像分析)。4、水槽模拟实验。三、沉积岩的分类1、刘宝君主编 ,1980,沉积岩石学,地质出版社。2、 冯增昭等, 1993,沉积岩石学(上、下册),石油工业出版社。3、曾允孚,夏文杰, 1987,沉积岩石学,地质出版社。4、方邺森等, 1987,沉积岩石学教程,地质出版社。参考书籍第二章 沉积岩的形成及演化一、母岩的风化及产物1、母岩及风化作用的概念母岩,是供给沉积岩原始物质成分的岩石,主要是岩浆岩和变质岩,也包括早已形成的沉积岩 。风化作用是地壳表层岩石的一种破坏作用。其原因是环境条件改母岩变得不稳定而发生的碎裂解体作用,由岩石变为松散风化产物。2、风化作用的类型物理风化作用 : 温度的变化,晶体生长,重力作用,水、冰及风的破坏侵蚀作用,只形成岩石和矿物的碎屑化学风化作用:在氧、水和溶于水中的各种酸的作用下,母岩遭受氧化、水解和溶滤等化学变化,使其分解而产生新物质和新矿物的过程称为化学风化作用。既形成新矿和新物质,也形成碎屑物质。化学风化作用包括:生物风化作用:在岩石圈的上部、大气圈的下部和水圈的全部,几乎到处都有生物的存在。故生物,特别是微生物,在风化作用中能起到巨大的作用。生物对岩石的破坏方式既有机械作用,又有化学作用和生物化学作用;既有直接的作用,又有间接的作用。3、风化作用产物的三种类型第一类 残留碎屑物质主要是指母岩的岩石碎屑和矿物碎屑。主要经机械方式搬运和沉积,是陆源碎屑岩的主要物质成分。第二类 新生成的矿物主要是指在风化作用过程中新生成的粘土矿物以及蛋白石、铝土矿、褐铁矿等。经机械以及化学搬运沉积,是粘土岩 (铝、铁质岩 )的主要物质成分。第三类 溶解物质主要是化学风化过程中被溶解的那些成分,如 、 K、以及 要以化学方式搬运沉积,是化学沉积岩的主要物质成分。二、影响风化产物类型和数量的因素1、与母岩矿物中所含元素有迁移能力大小有关即是说,凡含有最易迁移和易迁移元素的矿物在地表条件下,因元素的迁移而容易遭受化学风化而破坏。表 2- 3 母岩的主要造岩元素或化合物在风化作用过程中转移顺序及其数量级别转移顺序 元素或化合物 数量级别 最易转移的 C l, B r , I , S n· 10 易转移的 C a , N a , M g, K n 可转移的 S ( 硅酸盐 )P , M n· 10- 1略可转移的 F e , A l, T i n· 10- 2基本上不转移的 S ( 石英 ) n· 10- 22、与组成岩石的矿物的稳定能力有关矿物的稳定性相差很大,一般岩浆晚期形成的矿物稳定性较高,抗风化有力强;岩浆早期形成的矿物抗风化能力较弱。3、与岩石结构的均一程度的细密程度有关一般结构均一的岩石、粒度细小致密的岩石 (如流纹岩、安山岩、凝灰岩、千枚岩、粉砂岩等 )抗风化能力较强,在沉积岩中广泛分布;粒度粗结构不均一的岩石(如花岗岩、伟晶岩、片麻岩、砾岩、砂砾岩等 )抗风化能力较弱,在沉积岩中较少出现且多发育在砾岩、砂砾岩、粗砂岩中。4、与风化作用进行的时间和发育的阶段有关波雷诺夫将结晶岩的风化过程分为四个阶段,即:碎屑阶段;饱和硅铝阶段;酸性硅铝阶段;铝铁土阶段 ;在不同的风化作用阶段有不同的风化产物,及各种风化产物的数量比例亦各不相同。参考书 - 4 玄武岩的分解作用及产物5、气候条件、地形条件 (大地构造条件 )和时间等因素对风化作用产物也有重要影响气候条件影响风化作用类型和强度。寒冷气候以物理风化 (第一阶段 )为主;温带气候仅可达二三阶段;潮湿多雨的热带雨林气候可达四阶段;构造活动强烈的高山地区常仅达风化的初级阶段。参考 化壳地壳表层岩石风化的主物,除一部分溶解物质流失外,其碎屑残余物质和新生成的化学残余物质大都残留在原来岩石的表层。这个由风化残余物质组成的地表岩石的表层部分,或者说已风化了的地表岩石的表层部分,就称为风化壳或风化带。风化壳也即是尚未被搬运的沉积岩原始物质。其发育情况同样与母岩性质(化学组成、矿物组成、结构构造)、构造气候条件地形及大地构造条件有关。不同气候带风化作用的强度和深度(据汉布林, 1980)1、生物来源的沉积物 —— 是最重要的原始物质分布广泛,数量相当巨大 。 可分为 :硬体 (内外骨骼 ), 即各种化石。多为碳酸盐质、硅质、磷质,是生物成因的无机物;软体,即有机质 (碳氢化合物 )。 可分为类脂质、氨基化合物、碳水化合物、色素 (类叶绿素、类叶红素、类黄朊素等 )、木质质等。大多数有机质参与有机物的循环,部分保存在沉积物中经变化而成不溶性的干酪根、可溶性的烃类及有机酸。 1015t,主要在泥页中,煤占 1/600;石油天然气占1/19000.是油气和煤的物质来源,是碳酸盐岩的主要成分之一。生物活动也可产生碎屑、新生粘土及溶解物质。三、沉积岩原始物质的其它来源2、地下深部来源的沉积物质 —— 是地壳表面局部地区的重要来源火山物质 :火山爆发作用带到地表或水下的火山碎屑物,可直接堆积成火山碎屑岩,也可以混入正常碎屑沉积岩中。深部来源的卤水 :沿深断裂流出地表或注入地下的热卤水、温泉、热气液等,数量也是可观的,它们对形成某些岩石(如盐岩、硅岩和铁锰岩等)和矿床(如铅、锌等)也有较大的意义。受大地构造和板块运动控制,主要分布在板块边缘地带。是火山碎屑岩的主要物质来源,也是许多化学沉积岩的重要物质来源之一。3. 宇宙来的沉积物从宇宙空间落到地球上的陨石及其尘埃,大小悬殊,从几十克到 17701976年吉林陨石雨中最大的陨石)以至数十吨或更大,小者至微粒、尘埃,每年降落的较大陨石的数量有几千吨,小的尘埃无法统计。陨石也可加入到沉积物和沉积岩中。宇宙来源的物质数量不多,分布广泛,在特殊条件下具有重要意义。本讲小结(重点)1、 沉积岩是在地壳表层条件下,由各种沉积岩原始物质,经搬运作用、沉积作用以及沉积后作用而形成的一类岩石。 (主要 )是外动力地质作用的产物,形成并稳定在地壳表层条件 (环境 )(沉积岩形成圈 )中。 形成过程和机理相当复杂。沉积岩的矿物组成及化学组成与岩浆岩类似,其差异在于: 粘土等外生沉积矿物常见;抗风化能力强的矿物多;抗风化能力弱的矿物很少;生物成因的化石 (矿物 )常见;变价无素多以高价形式存在;碱金属的含量少且钾的含量一般大于钠的含量;有机物质常见或单独形成岩石;具有极其多样的结构与构造;形成过程中空间与时间的跨度很大,阶段性明显,分异作用普遍且可以十分彻底;在地壳中所占比例很小,在地表分布即十分广泛。2、 沉积岩石学是研 ;究沉积岩的物质成分、结构、构造、分类,研究沉积岩的形成过程,研究沉积岩形成环境及分布规律的一门科学。3、沉积岩原始物质 :地面的风化产物是最主要来源;地面的生物物质是重要的来源;地面下喷出的火山碎屑主要分布在板块边缘及深大断裂等局部地区;宇宙来源的物质数量很小。4、风化产物可分为碎屑、新生矿物及溶解物质三种类型;分别以机械的和化学的方式搬运沉积,分别是陆源碎屑岩、粘土岩和化学沉积岩的主要物质组分。风化产物的类型和数量受内因(母岩的化学成分、矿物成分和结构构造)与外因(气候条件、风化作用阶段、地形和大地构造条件)的控制。因此,在不同的母岩区、不同的气候条件及地构造形构造条件下常发育不同类型的沉积岩 。
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