《沉积地质学》复习整理.docx.pdf
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1、沉积地质学复习整理(一) 1 ?压实作用 压实作用或物理成岩作用是指沉积物沉积后,在其上覆水体或沉积层的重荷下,或在构造形变M 力的作用下,发生水分排出、孔隙度降低、体积缩小的作用。在沉积物内部可发生颗粒的滑动、转动、 位移、变形、破裂,进而导致颗粒的重新排列和某些结构构造的改变。在沉积物埋藏的早期阶段表现得 比较明显。 压实作用的表现形式: 颗粒接触方式 : 点接触、线接触、凹凸接触。颗粒破裂:刚性颗粒易发牛,产牛微裂隙。颗 粒变形:赠性颗粒易发生,形成假杂基。软性颗粒弯曲:云母等。 压实(溶)受控因索:颗粒(孔隙水)的成分、填隙物的类型、胶结物的类型和胶结速率、地温 梯度、埋藏速度、吋间。
2、 (1)内因:颗粒的成分(石英难)、粒度、形状、圆度(反,因为填积紧密孔隙度小)、分 选性(反)、粗糙度(f彩响压实作用的进程)。 (2)外因:沉积物的埋藏深度、埋藏过程、胶结类型及程度、溶解作用、异常高压。早期快 速深埋、胶结弱或溶蚀强、不存在异常高压时,冇利于压实作用。 Eg:泥炭(假设厚度为100%),在上覆沉积物的压实作用下变成褐煤(厚度20%),变 J戈烟煤 (厚 度10%) O 2.压溶作用:一种物理化学成岩作用。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(2-2.5倍),颗粒接触处的溶解度增 高,将发生品格的变形和溶
3、解作用。随着颗粒所受应力的不断增加和地质吋间的推移,颗粒受压处的形 态:点接触一线接触凹凸接触(砾石中的砾岩)一缝合接触(砂岩中的石英颗粒)。 3.白云岩化作用 口云岩的成因问题多年來- 直是沉积学争论的重人问题之一。古代地层小所见的口云岩大多具有交 代的证据, 它们是经白云石化作用所形成的。白云石化作用的机制很复杂,并不 是一种机理所能概括, 学 者们提出了许多白云岩化作用的机理來解释白云岩的成因。 亚当斯等(I960)在研究美国二證纪白云岩的成因时,提出了蒸发泻湖渗透冋流作用形成交代口 云岩的假说。后来迪菲耶斯等(1965)在研究加勒比海的博内尔岛的现代口云石形成时,也证实存在 这种作用。
4、亚当斯和罗徳斯(I960)等所提出的蒸发泻湖渗透回流作用机制是: 在蒸发强烈的海洋地 区,堡礁或沙堤所阻挡的近岸泻湖,与外海海水交流不能正常 进行,在强烈的蒸发作用下,使间歇性 进入泻湖的海水盐度不断增高。向岸方向盐度更高。当盐度达到72%。时,除CaCO3以文石和高镁方 解石方式沉淀外,开始出现石膏沉积,向岸越近其蒸发作用越强烈。当盐度达到199%o,沉积物中大量 出现石膏并逐渐出现石盐。大量过盐水中的Ca被沉淀。大人提高了海水屮M百含量。这种重卤水沉降 到泻湖底部并顺着泻湖向海洋方向平缓的斜坡流动,当遇到堡礁或沙堤和附近的沉积物时,由于沉积物 的孔隙中饱含正常盐度海水,因浓度差使高盐度高密
5、度的重卤水向含低盐度和低密度的止常海水沉积物 中渗 透,并向海洋方向回流。在流经毓松的钙质沉积物和礁体时,Mg进入沉积物的CaCO3晶格 中, 逐渐形成口云石。 4.胶结作用:从孔隙溶液屮沉淀出的矿物质(胶结物)将松散的沉积物固结起来形成岩石的作 用。是沉积物转变成沉积岩的重要作用,也是使沉积层中孔隙度和渗透率降低的主因之一。可发生在成 岩作用的各个吋期。 5?沉积地质学及具研究意义 (1)沉积地质学所要研究的, 并不是一组地层的沉积学特征,而是地壳某一个地段的沉积环境、 沉积作用及英物质表现在时间和空间上的变化,包括性质、规模和速率的变化,进而探讨这种变化的原 因和驱动力。 (2)它是沉积岩
6、石学和 / 或沉积学与地层学以及构造学、矿物学、 地球化学、 地震学、 地理学、 气候学等广泛、深层次交叉的结果。但它的主体还是沉积学以及沉积作川在时空上的演变。 (3)同匕,皿当把它看作是沉积学的新发展,是沉积学和地层学在新的形势要求下和更高层次 上的交叉,是沉积地球科学发展的一个新阶段。 (4)沉积岩或沉积盆地是数十亿年地球环境和生物演化信息的重要载体,是化石能源及其它多 种矿产最重要的赋存场所。不仅如此,当今地球表血90%以上的血枳为巨厚的沉积岩与沉积物覆盖,沉 积作用还是地球上与人类牛活息息相关,并能为人类目睹和身历其境的为数不多的地质过程。因此,学 习和研究沉积地质学不仅对于认识地球
7、和发展地球(系统)科学具有重要的理论意义,而H在资源、能 源、环境探测和开发治理方而具有巨人的应用潜力。 6. 沉积地质学的发展阶段 (1)奠基19世纪末20世纪50年代 19世纪末 ,Sorby率先将显微镜用于沉积岩的鉴定开创了沉积岩石学研究的历史纪元。20世纪初 期,石油勘探和开发都耍和沉积岩打交道。人们对沉积岩有关信息的期望越来越高。之后,沉积岩的研 究方法、基木理论逐渐成熟,研究队伍也逐渐形成壮人。 20世纪30年代50年代,沉积岩石学发展鼎盛时期。出现了一批重要论著。 代表性事件: 出版物:沉积岩石学沉积岩石学导论 沉积相:由1838年瑞士学者Gressly提Hh每一个地层单位在水平
8、方向上都有岩石成分和古生 物特征的显著变化。 这种变化均为一定的和不变的规律所支配。这种岩石的和古牛物的特征统称为“相”。 相的研究在逻辑上势必导向沉积环境的恢复和重建。为此,区域岩相古地理研究和岩相古地理编图很快 发展起来。 古地理图 从理论上说,古地理的概念是瞬时的。但在实际上,要找到一个瞬时的区域性等时面, 不仅在过去 是不可能的,即使在现在和将來也是不可能的。因此,实践中都是选择一个地层单位來进行编图。所选 的时段间隔越小,精度越高,工作难度也就越人。 因此,这种图既是动态的,又是静态的。 从多幅古地理图了解一个地区的时间演化,是动态的;从一幅图了解某一时间的古地理分布,是静 态的。因
9、此,古地理研究是认识地质历史的十分成功和有效的手段。 (2)革命性发展20世纪50年代70年代 对现代沉积作用的研究口益迫切。 代表性事件: 水槽实验:通过水槽实验研究“交错层理?底形类型与规模 ?水流速度与水流性质” 之间的相互 关系,取得重人突破,为定量沉积学研究奠定了基础。 Q浊流:最早由Daly提出,之后Kuenen与Migliorini合作,证实了递变层理的浊流成因,并确 认浊流是一种深海地质作用。由此为复理石的形成机制找到了合理的解释和现代实例。 石灰岩结构沉积岩石学一直把沉积岩按其搬运和沉积方式分为碎屑岩、黏土岩和化学?生物化学 岩三类。1959年,Folk提出了石灰岩的结构成因
10、分类。揭示了碳酸盐岩与陆源碎屑岩在形成过程和形成 机制方面的同一性。这是沉积学理论体系的一次意义深远的革命。 相模式:20世纪60年代相模式的出现使比较沉积学的认识论发生了一次意义深远的质的飞 跃。 早在1894年,就有学者提出,在没有沉积间断的情况下,相的纵向序列也就是其横向坏境序列的 反映。也就是说,只有在横向上相依的相,才能形成纵向的替置关系而不出现间断。这是自然界连续性 和有序性的物质表现,即众所周知的“Walther和律。札I的序列关系是不能改变的,完全可以作为一种 判别河流相的比较标准。这就是人们常说的“相模式”。相模式反映的都是必要组分。 沉积体系:一个沉积体系是由不整合或相的间
11、断血限定的一个沉积地质体。即使它有口己的确定 的横向环境序列和纵向产物序列,但相邻的沉积体系Z间,却没有相序上的必然联系。 例如,一个三介洲沉积体由前三介洲、三角洲前积层和三介洲顶积层三部分组成。当三角洲向前进 积吋, 三角洲沉积可以覆盖在滨海或浅海Z上。因此,三角洲沉积虽然经常与浅海沉积共生,二者却并不 属于同一个沉积体系。 事件沉积: 是20世纪70年代以来沉积学发展另一令人瞩目的成就。 起因:白垩纪末期事件的提出,再一次点燃了地学界论争的烽烟。它使地球科学家不得不承认,在 较矩吋间内以极快速度发生的事件地质作用,同人们常见的均变地质作用一样,貝有极其重要的地质意 义,都在地质历史演化的过
12、程中发挥过重要作用。事件沉积学向统治地球科学一百多年的“均变论”发 出了挑战并导致了“新灾变论”的诞牛。 20世纪60?70年代,是一个地球科学界解放思想、刻意创新的时代。于是白垩纪?第三纪界线生 物灭绝事件又被重新提起,成为事件地质作用的范例。 那种在极短时间内以极快速度发牛的地质作用就是事件(event或episode),由事件本少或其衍生 作用所形成的沉积物就是事件沉积物,如火山沉积物、风暴沉积物、浊流沉积物、洪水沉积物、地震沉积 物等。也冇许多事件表现为沉积记录的间断,如硬底和冲刷面。 除了白垩纪末期事件及其他界线事件外,地屮海干化、屮白垩世人西洋缺氧事件、冰期?间冰期交 替事件等,都
13、是重要的地质事件。 (3)沉积地质学的奠基发展20世纪70年代今 沉积地质学的诞生离开时间朋标去认识沉积物的运动规律是不可能的,要将沉积过程纳入到时 间框架内加以重新研究。 主要事件: 60年代后期,板块构造理论诞生,使沉积建造理论受到冲击。按照板块构造理论,所谓地槽沉 积,并不是原地的沉积物堆积体,而是在活动边缘由于板块碰撞而造成的异地混杂岩带。沉积作用与构 造运动的关系必须用新的理论重新加以审视。这对沉积地质学的发展无疑具有十分重耍的意义。 盆地分析理论的提出及其在汕气勘探及资源评价屮的应用。 沉积学的发展、板块构造理论的出现、沉积体系的提出、地震地层学和层序地层学的发展、年代地 层学的发
14、展以及计算机模拟技术的成熟, 为盆地分析奠定了理论和方法学基础。 (4)目前,环境问题、全球变化、化石能源及矿产需求是当今大地学中最为活跃的分支之 2011 IAS Meeting指出,学科研究以个方面热点领域: 微生物作用和沉积成岩; 深海与陆缘沉积过程及产物; 沉积记录与重人地质环境演化; 陆地环境变化的地史记录。 7.沉积学:沉积学的研究内容与沉积岩石学有许多共性,但其主要任务是利用物理学、 化学、生物学和数学的原理,研究沉积物搬运和堆积过程,为解释沉积岩的成因提供基础。 8.浊流:是一种在水体底部形成的高速紊流状态的混浊流体,是水和人量呈H悬浮的沉 积物质混合 成的一种密度流,也是一种
15、由重力作用推动成涌浪状前进的重力流。 9.盆地分析:与地层学、构造地质学相结合,利川地球物理等先进手段,在时空四维格架内研究盆 地的演化历史和汕气生成、运移、聚集和保存的规律。这就是盆地分析。 10.沉积物形成的主控因素为吋空观 (1)物理、化学、生物作用 (2)风化- 剥蚀、搬运、沉积环境 (3)构造、地理、气候 (4)气候、构造、海平面和/ 或基准面变化 (5)物源供给、构造、气候(基准面可容空间accommodation变化) Eg:大地构造运动是沉积作用最重耍的外部控制因素(升降与风化);构造活动区, 包含垂向和 横向构造运动;构造稳定区,多垂向构造运动。 大地构造环境对沉积岩的形成及
16、其以后的变化有多方面的制约。例如在陆内造山带形成山前粗碎屑 砾岩层序;在陆内断陷盆地、洼地和山前拗陷盆地,可形成湖泊、干盐湖或湖沼沉积;在稳定大陆块或克 拉通之上的陆表海内,常形成厚度不大的砂质岩或碳酸盐岩组合;在大陆与火山岛弧之间或弧后海沟一 带,可形成厚度很大而且包含火山岩和火山碎屑岩的韵律层状沉积岩;在大陆架到深海的斜坡带形成滑 塌堆积岩或混杂岩等。古气候对沉积岩的形成的影响在陆地范围内非常明显。 Eg:全球海平面变化:海平而变化具有周期性,变化规模不同Q海平面变化对滨岸地区影响明显 海平面上升,易形成碳酸盐岩海平面下降,易沉积碎屑岩。 Eg:气候:气候影响温度和降雨量;Q气候影响沉积物
17、类型;气候变化的周期性;气候存在明 显分带性;气候影响造山运动 在干旱古气候条件下,形成大面积的陆相红色粗细碎屑岩,这是由于沉积物中的氧化铁常氧化为三 氧化二铁。 潮湿气候条件下, 有机质丰富, 进入沉积物中使沉积岩颜色成为暗灰或黑色。 盐类在炎热干旱 气候形成,煤炭在温暖潮湿气候聚集,都说明古气候对沉积岩形成是有制约作用的。生物在地质历史时 期的进化, 繁盛或衰亡对沉积岩的形成有明显影响,元 古宙时期还未出现大量的海生动物群,因此,世界 各地的中、晚元古代地层都包含大量叠层石藻灰岩,据认为在显生宙以后大量海生动物出现并以食藻为 生,因而叠层石灰岩大为减少。在石炭纪,全球性的植物繁茂,形成了大
18、量煤炭层。 Eg:沉积物供给:沉积物供给变化影响沉积水深和环境沉积速率影响沉积类型 沉积供源特点 不同(点、线物源)沉积物粒度影响沉积物的分布面积。 Eg:古水动力条件对沉积岩的形成的影响表现为不同的水流条件形成不同的沉积或造成不同的结构构 造。山前和河流的水流主要是市高处流向低处的定向水流,常形成分选差的、具单向交错层理的洪积和 冲积沉积。在滨海带,潮汐带主要是往复流动的双向水流,常形成分选好的、具角骨状交错层理的滨海 和潮汐沉积。在海洋中还有风眾流、浊流等深流造成碎屑岩的结构、构造和造岩成分的差界。此外,有 些沉积岩形成后还受到地卜?潜水流的影响, 使石灰岩发生白云岩化和硅化等次生变化。此
19、外,冰川和 风也可搬运碎屑物,在特定条件下, 形成冰磧岩和风成岩。 11?沉积岩成岩演化的主控因素 (1)温度、时间、压力、流体活动 (2)沉积基础:岩矿化学体系、沉积(层序)格架 (3)盆地域、层序域、亚层序域、层内域这儿种尺度 系统分级分级标志分类标志 尺度边界条件 时空分异主控 因素 水文体制和 流体源 盆 地 域 I 盆地 ( 105 10*cm) 大型构造边界或区域 不整合界面 大地构造位豪及其控 制的温压场、物源、 埋滾历史、剥蚀?搬 运气候背景. 水文体 制盘方式 大气水 . 压实水、温 压水水文体制的叠 合:流 体源来自盆内 和 盆外 U 次级盆地或盆内次级 构造单元(1 声
20、构适边界 . 区 it 不整合 界 面. 特殊岩体界面 层序in 口级层序(104构迨 “ 合界阪区 / 性 埋裁漆度 . 物渾及其气 候背杲、层序结构与宏 观物理 ?化学障、沉积 体系(配 ?. 水文体制 可以是一种或多种 水文体制叠合, 流体 激来自层序内或相 邻层 序甚至基底 域IV m 级层序 (io 3 KHcm) 构迨不整合界的沮度 和湾体封陽层 亚层 序 域 V 載砂组 (KPcm ) 明显的温度和浹体药 隔层 亚层序结构、沉积相和 微相配S).流体活动 类 型、层间物理 ?化 敢一水文体制;流体 源主要来自层序内 VI 草泥砂 ?泥岩层姐合 (lOKPcm ) 明显的潦体封RI
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