沉积岩绪论.ppt

主讲教师: 雷卞军 专业年级: 勘查技术工程2003(一),多媒体教学讲稿,沉积岩沉积相,地壳是由岩石组成的，而岩石又是由一种或数种矿物组成的集合体。 岩石是天然产出的具一定结构、构造和稳定外形的矿物集合体，是地质作用的产物。 地壳中的岩石类型较多，按其成因可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。 石油天然气在地壳三大岩石中均有分布，但绝大多数石油天然气赋存于沉积岩中。,矿物（mineral）是地壳中组成岩石的基本单位，是地质作用形成的单质或化合物，它具有一定的化学成分和物理性质。 绝大多数矿物是固体，也有少量呈液体状态。固体矿物按其内部构造可分为结晶质矿物和非晶质矿物。结晶质矿物是指矿物不仅具有一定的化学成分，而且组成矿物的质点（原子和离子）按一定方式作规则排列。非晶质矿物是指矿物的质点不作规则排列。 矿物的形态，颜色与条痕，光泽，透明度，解理与断口，硬度，比重，磁性，导电率，放射性，可溶性。,矿物学基础知识,矿物的形态和理化性质,矿物的形态 单体形态：柱状、纤维状、针状(文石、石棉、电气石) 板状、片状（重晶石、云母、绿泥石） 粒状、等轴状（石榴石、黄铁矿、石盐） 集合体的形态，晶簇状、放射状集合体，鲕状豆状体等。 2. 矿物的光学性质,颜色,2. 矿物的光学性质 条痕矿物的粉未的颜色叫做条痕，是矿物在白色无釉瓷板上磨划所留下的粉未的颜色。 光泽矿物表面反光的能力称为光泽。 金属光泽，半金属光泽，金刚光泽，玻璃光泽。 油脂光泽，松脂光泽，丝绢光泽，珍珠光泽。 透明度矿物透过可见光的能力称为透明度。 透明（石盐），半透明（闪锌矿），不透明（黄铁矿）,3. 矿物的力学性质 解理矿物受力后，沿一定结晶方向裂开成光滑平面的性质。 极完全解理云母， 完全解理方解石，萤石 中等解理角闪石， 不完全解理磷灰石 极不完全解理石英，石榴石 裂开和断口 硬度指矿物抵抗外来机械作用（如刻划、压入、研磨）的能力。摩氏硬度计来表示相对硬度。 滑石 石膏 方解石 萤石 磷灰石 正长石 石英 黄玉 刚玉 金刚石,4. 矿物的其它物理性质 导电性是矿物对电流的传导能力。 一般来说，金属是电的良导体，非金属矿物是电的不良导体，而有些矿物则是半导体。 磁性 强磁性矿物矿物颗粒能被永久磁铁吸引，易磁化，如磁铁矿，磁黄铁矿 中等磁性矿物矿物颗粒能被强磁力磁铁吸引，也能被电磁铁吸引，可以磁化，但又可复失去磁性，赤铁矿，黑云母 弱磁性矿物矿物只能被磁场强大的电磁铁吸引，普通角闪石 无磁性矿物石英，方解石,4. 矿物的其它物理性质 比重是矿物在空气中的重量与4同体积纯水重量之比。 轻比重比重在2.5之下，如石膏比重为2.32 中等比重2.54, 石英2.65，方解石2.715，正长石2.56 重比重重晶石4.5，方铅矿7.5 放射性含有铀、钍、钾等放射性元素的矿物叫做放射性矿物。由于放射性元素的蜕变而放出、粒子或射线，同时释放出能量的现象，叫做放射性。 其它物理性质：压电性、热电性、介电性、发光性 5. 矿物的化学性质 矿物的可溶性， 矿物与酸、碱的反应 敏感性矿物水敏，酸敏，碱敏，速敏,硅酸盐矿物在自然界分布极为广泛，已知矿物种的1/3是硅酸盐矿物，其重量约占地壳岩石圈总重量的85%。硅酸盐矿物的基本结构单位是硅氧四面体。SiO4-4, Al+3,一、岩浆岩 岩浆是在地下深处形成的炽热、粘稠、富含挥发组分的以硅酸盐为主要成分的熔融体。岩浆岩是在内力地质作用下，由地下深处向上运动逐渐冷却，凝固而形成的岩石。 侵入岩岩浆向上运动未达到地表即已冷凝固结形成的岩石。 浅成侵入岩距地表不足3km处形成的。 喷出岩岩浆沿构造裂隙向上运动喷出地表冷凝固结形成的岩石。,岩浆岩和变质岩简介,岩浆岩基本牲特征 化学成分地壳中的所有元素，几乎都在岩浆岩中存在，但其含量不同，最多的是O，Si,Al,Fe,Mg,Ca,K,Na等。 矿物成分（1）铁镁矿物FeO与MgO含量高，SiO2含量低， 如橄榄石，辉石，角闪石，黑云母；深色矿物。 （2）硅铝矿物 SiO2与Al2O3含量高，不含或少 含铁镁元素。如石英，长石；浅色矿物。 岩浆岩结构-根据结晶程度分为全晶质结构、半晶质构造、玻 璃质结构。 岩浆岩构造-块状结构、斑杂构造、带状构造、气孔杏仁状构 造、流纹构造、原生节理、枕状构造和晶洞构造。,岩浆岩分类表 (p.123),变质作用是指地壳运动、岩浆活动过程中，使原来的沉积岩、岩浆岩发生构造、构造及矿物成分的变化，在这一过程中形成新的岩石即为变质岩。,一、变质岩,由于变质岩大多数由原岩从固态转变而来，反映在矿物成分、结构、构造上都与原岩有密切联系，有些变质岩残留了原岩的结构构造，并常保持着原岩的产状特点。同时，原岩遭受了变质作用也形成了某些变质矿物和特殊的结构、构造。 正变质岩是由岩浆岩经变质作用形成。 副变质岩是由变质岩经变质作用形成。,1、重结晶作用是指温度、压力升高时，组成岩石的矿物在固态条件下重新生长的过程。经重结晶作用后晶粒由小变大。 2、变质结晶作用在高温高压下、原岩在基本保持固态下，经化学反应使原岩内部化学成分重新组合，结晶成新的矿物，原有矿物消失，因此又叫重组合作用。特点是反应前后岩石的总化学成分不变。 3、交代作用化学活动性流体和固体岩石之间发生的物质置换作用，使原有矿物被破坏和新矿物的形成是同时进行的。岩石的总化学成分发生改变。 4、变形与碎裂作用是岩石在应力条件下产生的变质方式，当岩石受应力超过弹性极限产生塑性形变，称变形作用；当岩石受应力超过强度极限时产生的破坏称为破裂作用。片状、柱状矿物定向排列。 5、变质分异作用是在岩石不发生熔融和交代作用的情况下，原岩中的某些组分经扩散作用产生不均匀聚集，使成分均匀的原岩变成矿物成分不均匀的变质岩石。,常见矿物在岩浆岩、沉积岩和变质岩中的分布,变质岩的结构 是指岩石中矿物组成的形状、大小和相互关系反映出来的岩石特征和性质。 变余结构（变余泥质结构，变余砂状结构） 变晶结构（粒状变晶结构，鳞片变晶结构，纤维结构） 破碎结构， 交代结构,变质岩的构造 变余构造（变余层理构造，变余层理构造） 变成构造（板状构造，千枚状构造，片状构造，片麻状构造） 混合构造（网脉状构造、眼球状构造、肠状构造）,变质岩分类简表,1、沉积岩的基本特征及形成过程 2、陆源碎屑岩总论 3、陆源碎屑岩各论 4、火山碎屑岩 5、碳酸盐岩总论 6、碳酸盐岩各论 7、其他沉积岩,一、沉积岩部分,参 考 书 1、冯增昭等，1993，沉积岩石学（上、下册），石油工业出版社。 2、曾允孚，夏文杰，1987，沉积岩石学，地质出版社。 3、赵徵林等，2000，沉积岩石学，石油工业出版社。 4、李叔达等，1983，动力地质学原理，地质出版社。 5、方邺森等，1987，沉积岩石学教程，地质出版社。 6、乐昌硕，1984，岩石学，地质出版社 7、徐子牛,1984，地质学基础,第一章 沉积岩的基本特征及其形成过程,第一节 沉积岩的基本特征,一、沉积岩的概念 它是在地壳表层条件下，由母岩的风化产物、火山物质、生物源物质等沉积岩的原始物质成分，经过搬运和沉积作用及成岩作用而形成的一类岩石。沉积岩是组成岩石圈的三大类岩石之一。,地壳表层：是指大气圈的下层、水圈及生物圈的全部和岩石圈的上层。 与岩浆作用和变质作用的条件相比，基特点是低温、低压、受大气、水、生物化学和重力的作用明显。,地壳的厚度：在大陆区较深，最深可达70公里，在大洋区较浅，最浅不足5公里。平均厚度约35公里。,沉积岩层,现代沉积,1、沉积岩是分布面积很广，大陆表约有 75的面积覆盖着沉积层。 最大厚度可达13km，平均厚1.8km； 大洋底几乎100为沉积物和沉积岩覆盖着，其厚度为0.23km，平均厚约1km。 地壳上最古老岩石的年龄为46×108a，而沉积圈岩石最老年龄竟达36×108a（前苏联科拉半岛），其中有生命记载的岩石年龄为 31×108a (南非） 与我们的生活、交通、居住等有密切关系；,二、研究沉积岩的意义,2、 在沉积岩中，蕴藏着大量矿产。 世界资源总储量的7585是沉积和沉积变质成因的。石油、天然气、煤、油页岩等可燃有机矿产以及盐类矿产，几乎全是沉积成因的。 铁矿的90 铅锌矿的4050 铜矿的2530 锰矿和铝矿的绝大部分以及其它许多金属和非金属矿产,3、有些沉积岩本身就是重要的工业原料或辅助原料。 石灰岩：水泥和人造纤维的主要原料 白云岩：镁质耐火材料 粘土岩：耐火材料、陶瓷原料、泥浆原料、填充 剂和净化剂 石英砂岩：玻璃原料，,4、在油田勘探、开发中，对沉积岩和沉积相的研究日趋受到重视。 世界上绝大部分的石油和天然气都是形成和储集于沉积岩中。 钻井液的选择与配制、二次与三次采油、油层保护及提高采收率等钻采工艺 石油地质学、煤田地质学、矿床地质学、测井地质学、地震地层学、层序地层学等都要应用到沉积岩石学的知识。,三、沉积岩的基本特征,沉积岩与岩浆岩和变质岩相比，有其自己的特点。 1矿物成分 沉积岩中：矿物160种以上，常见：20余种；一种岩石中：造岩矿物只有13种。 沉积岩的矿物成分与岩浆岩比较，既存在有继承性，又有差异性。继承性反映了两者的历史渊源，岩浆岩的风化产物是沉积岩的主要来源；明显的差异，主要由于两者生成条件的不同所决定的，这种差异性突出地反映了沉积岩形成于表生条件这一特点。,（l）高温矿物罕见：橄揽石、辉石、角闪石等铁镁矿物及基性斜长石，在沉积岩中基本不出现或含量甚微。 （2）低温矿物富集：钾长石、酸性斜长石和石英，在沉积岩中也广泛存在。石英最为稳定。这些矿物形成于岩浆结晶晚期，故在地表环境中就比较稳定。 （3）沉积岩中有其特有的自生矿物： 有些矿物是在沉积作用过程中新成生的，如某些氧化物和氢氧化物、粘土矿物、盐类矿物、碳酸盐矿物。,2、化学成分 （l）两者铁的总量大体相等，但在岩浆岩中FeO高于Fe2O3，而在沉积岩中Fe2O3 要高于FeO，这是由于地表比地下深处有更多的自由氧，故沉积岩中高价铁居多。 （2）沉积岩中碱金属的含量远低于岩浆岩，尤其是Na的含量； （3）沉积岩中富含CO2和H2O，而岩浆岩中则极少。 （4）沉积岩中存在大量有机物质。,3、结构、构造 （1）沉积的结构取决于岩石的形成方式，碎屑结构、粒屑结构、生物结构等都是沉积岩所特有的。 （2）绝大部分沉积物都是在流体（空气、水）中搬运和沉积的，岩石中常具成层构造、层内构造及层面构造。 （3）岩石可具有各种各样的孔隙，而结晶岩一般均缺乏孔隙。,第二节 沉积岩的形成过程,沉积岩的形成一般要经历三个阶段： 一沉积岩原始物质的形成阶段； 二沉积物的搬运与沉积作用阶段； 三沉积后作用阶段。 因此本节将从上述三个方面剖析沉积岩的形成过程,一、沉积岩原始物质的形成 沉积岩原始物质或沉积物的来源有： （l）陆源物质母岩的风化产物； （2）生物源物质生物残骸及有机质； （3）深源物质火山碎屑物质和深部卤水； （4）宇宙源物质陨石。 其中，母岩的风化产物（陆源物质）是其最主要的来源。,所谓母岩是指地表上出露的先成岩石，可以是岩浆岩、变质岩或先成的沉积岩。母岩所分布的地区叫做母岩区或陆源区、物源区，简称源区。 外界因素有温度、水以及各种酸的溶蚀作用、生物的作用、以及各种地质营力的剥蚀作用等。 岩石是矿物的集合体，而矿物又由元素组成。下面分别讨论元素、矿物及岩石的风化特征。,（一）母岩的风化作用及其产物,风化壳概念 地壳表层岩石风化的结果，除一部分溶解物质流失以外，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，就叫做风化壳或风化带。,海蚀崖,风化壳的厚度决定于气候、地形、构造等许多因素。一般说来，在气候湿热、地形平坦、构造活动比较稳定的地区，风化作用较强，剥蚀作用较弱，风化残余物质易于保存，故风化壳厚度较大。在相反的条件下，风化壳厚度就较小，以至为零。,1元素的风化分异 母岩在化学风化过程中表现为某些元素的淋滤分散和另外一些元素的残积、富集两个方面。各种元素在特定风化条件下迁移的能力是不同的，亦即各种造岩元素从母岩中析出的难易程度不同，而按一定顺序从母岩中分离出来，这种现象叫做元素的风化分异。,（一）母岩的风化作用及其产物,彼列尔曼得出了各元素在表生条件下的迁移能力顺序，他将风化带中的元素分为五类： 1最易迁移元素：Cl、Br、I、S。 2易迁移元素：Ca、Mg、Na、F、Sr、K、Zn。 3迁移元素：Cu、Ni、Co、Mo、V、Mn、SiO2（硅酸盐中）、P。 4惰性（微弱迁移）元素：Fe、AI、Ti、Y、TR 5几乎不移动的元素：SiO2。（石英）。,2主要造岩矿物的风化及其产物,(1)石英 沉积岩中的主要造岩矿物，稳定性极高，不发生化学溶解作用，只发生机械破碎作用。因此，石英就成了碎屑沉积岩的最主要的造岩矿物。,（一）母岩的风化作用及其产物,（2）长石 长石的风化稳定性次于石英。在长石类中，钾长石要比斜长石稳定，斜长石中的酸性斜长石要比基性斜长石稳定。因此，在沉积岩中常见钾长石和酸性斜长石碎屑。 碱性长石（钾钠长石）亚类：钾长石和钠长石（KAlSi3O8）(NaAlSi3O8)所构成的固溶体系列。 正长石、微斜长石、透长石、钠长石、歪长石、条纹长石 斜长石(钙钠长石)系列：钙长石（CaAl2Si2O8)）和钠长石（NaAlSi3O8）所构成的固溶体系列。 钠长石、更、中、拉、倍、钙长石 酸性斜长石 基性斜长石,钾长石的风化过程及其产物如下： KAlSi2O8 K 1 Al2(Si,Al)4O10OH 2· nH20 钾长石 水白云母 Al4Si4O10OH8 高岭石 SiO2.nH2O 蛋白石 Al2O3.nH2O铝土矿,（一）母岩的风化作用及其产物,在钾长石的风化过程中，最先析出的成分是钾，其次是硅，最后才是铝。与此同时，OH或H20也参加到矿物的晶格中来。随着钾、硅、铝的逐渐析出和水的加入，原来的钾长石逐步地转变为水白云母、高岭石、蛋白石和铝土矿。 斜长石的风化情况与钾长石类似。斜长石风化时，除一些成分（如钙、钠、硅等）从矿物中转移出去以外，常形成一些在风化带中相对较稳定的新矿物，如各种沸石、绿帘石、黝帘石、蒙脱石、蛋白石、方解石等。当然，这些新矿物在风化带中也不是十分稳定的，也还会继续发生变化。基性斜长石的风化稳定性比酸性斜长石低。因此在沉积岩中，基性斜长石很少见到。,石英表面很光洁，抗风化,长石易风化，常发生高岭石化和绢云母化,（一）母岩的风化作用及其产物,高岭石，六方片状晶体，扫描电镜照片,长石正向着粘土矿物转变,（3）其它矿物 碳酸盐矿物：如方解石、白云石等，风化稳定性甚小，很易溶于水并顺水转移。 粘土矿物：如高岭石、蒙脱石等，本来就是在风化条件下或者沉积环境中生成的，在风化带中相当稳定。 云母类：白云母抗风化能力较强，黑云母的抗风化能力比白云母差得多（常转蛭石、绿泥石、褐铁矿等）。 铁镁硅酸盐矿物：如橄榄石、辉石、角闪石等，抗风化能力低，低于长石和云母类。易风化分解。,在岩浆岩及变质岩中常见的一些次要矿物或副矿物，其风化稳定性的差别是很大的。风化稳定性较大的一些，如石榴石、错英石、刚玉、电气石、锡石、金红石、磁铁矿、相石、十字石、蓝晶石、独居石、红柱石等，在沉积岩中常作为重矿物而出现。 硫酸盐矿物（如石膏、硬石膏）、硫化物矿物（如黄铁矿）、卤化物矿物（如石盐）等，它们的风化稳定性最低，最易溶于水中，呈溶液状流失走。,（一）母岩的风化作用及其产物,3母岩的风化及其产物 （1）母岩风化作用的阶段性 碎屑阶段，以物理风化为主，风化产物主要为岩屑和矿物碎屑。 饱和硅铝阶段，岩石中如有氯化物和硫酸盐将全部被溶解，Cl-和SO42-全部被带出。 酸性硅铝阶段，碱金属和碱士金属大量被溶滤掉，SiO2进一步游离出来。 铝铁土阶段，是风化最后阶段。,（一）母岩的风化作用及其产物,上述四个阶段依次表示风化程度加深，是一个一般的完整过程，并不是所有结晶岩的风化都要经历这四个阶段。能否达到风化最深的铝铁土阶段，取决于当时的气候、地形、地壳运动强度、母岩性质和风化时间长短等因素。其中特别是气候因素，如在于旱沙漠地区，母岩风化可长期停留在碎屑阶段；植被发育的温暖潮湿地区则可达到并长期停留在酸性硅铝阶段，而在潮湿炎热地区则可达到铝铁土阶段。,（2）母岩风化产物的类型 碎屑物质：是母岩机械破碎的产物，指母岩未遭受进一步分解的岩石碎屑或矿物碎屑。 不溶残积物：这是母岩在分解过程中新生成的不溶物质，如水白云母、高岭石、蒙脱石、蛋白石、铝土矿、褐铁矿等。 溶解物质 ：这部分物质成为被溶解状态(真溶液或胶体溶液)被带走，如Cl、S、Ca、Na、Mg、K、Si、P等。,（一）母岩的风化作用及其产物,母岩风化产物是沉积岩最主要的物质来源。三类风化产物沉积岩的基本物质： 碎屑物质是陆源碎屑岩（砾岩，砂岩和粉砂岩）的主要成分成分； 不溶残积物中的粘土矿物是沉积岩中粘土的主要成分；,溶解物质则构成了化学和生物化学岩。,1生物成因的沉积物： 生物遗体包括两部分：(1）无机成分为主的生物残骸（2）有机生物残体:它们除部分转化为石油、天然气、油页岩、煤等外，大量是呈分散状态存在于沉积岩中; 2深部来源的沉积物:火山爆发带来的碎屑物质和气液体，沿深断裂流出地表或水下的热卤水、温泉热气液等; 3宇宙来源的沉积物; 从宇宙空间落到地球上的陨石及其尘埃，大小悬殊。每年降落较大陨石的数量有几千吨。,（二）沉积物的其它来源,