第4章 外动力地质作用与沉积岩4学时.pdf

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1、 第四章第四章 外动力作用与沉积岩外动力作用与沉积岩 Chapter 4 The Role of External Force and Sedimentary Rock 第一节第一节 外动力地质作用的一般特征外动力地质作用的一般特征 Section 1 General features of geological action under an external force 地球动力学地球动力学(geodynamics)(geodynamics)：塑造大自然和地球形貌的作用力。：塑造大自然和地球形貌的作用力。 分分内动力内动力(internal force)与与外动力外动力(external

2、force)两种。两种。 一、内动力作用一般特征一、内动力作用一般特征 内动力源：内动力源：岩浆、层圈摩擦与化学作用、放射能等。岩浆、层圈摩擦与化学作用、放射能等。 产物：产物：火山岩、侵入岩；地震、褶皱、断裂、火山岩、侵入岩；地震、褶皱、断裂、 节理；各种岩节理；各种岩 浆矿产（金、银、铜、铁、钼、钨、锡）等。浆矿产（金、银、铜、铁、钼、钨、锡）等。 意义：意义：了解地质体成因、寻找资源矿产了解地质体成因、寻找资源矿产 。 二、外动力作用一般特征二、外动力作用一般特征 外动力源外动力源：太阳辐射热能、地球转动能、日月引力能、重力太阳辐射热能、地球转动能、日月引力能、重力 能等引起的力能等引起

3、的力, , 如科氏力、弯道离心、水流冲击、潮汐力、风、如科氏力、弯道离心、水流冲击、潮汐力、风、 浪等。浪等。 作用场所作用场所：大气圈（风沙）、水圈（海洋、河流、冰川、湖大气圈（风沙）、水圈（海洋、河流、冰川、湖 泊、地下水）、生物圈、地壳表面（滑坡、泥石流）。泊、地下水）、生物圈、地壳表面（滑坡、泥石流）。 类型与过程类型与过程：风化作用：风化作用( (地表岩石在大气、水、生物作用下地表岩石在大气、水、生物作用下 发生的机械破碎作用或化学分解作用发生的机械破碎作用或化学分解作用) ) 剥蚀作用剥蚀作用搬运作用搬运作用 沉积作用沉积作用固结作用固结作用：压固、胶结、重结晶、新矿物生长。：压固

4、、胶结、重结晶、新矿物生长。 产物产物：四类沉积岩、各种沉积矿产：煤、油气、铁、砂矿。四类沉积岩、各种沉积矿产：煤、油气、铁、砂矿。 意义意义：了解地球演化史；找矿。了解地球演化史；找矿。 河流冲刷砂岩地层形成的洞穴河流冲刷砂岩地层形成的洞穴 人面兽身像人面兽身像 (白垩纪灰岩白垩纪灰岩,埃及开罗埃及开罗) 舒良树摄舒良树摄 2016-01-16 三、与外动力作用有关的三、与外动力作用有关的4个物质层圈个物质层圈 1. 大气圈大气圈 (atmosphere) （厚度（厚度900km)900km) （1）大气圈的组成大气圈的组成: 对流层对流层平流层平流层中间层中间层热层热层外层外层 对流层对流

5、层(troposphere): 高度高度0 016 km16 km。温度来自地面反射的太阳能；每上。温度来自地面反射的太阳能；每上 升升1km1km降温降温6.56.5o oC C。 大气大气(O2+N2+CO2+Ar+H)集中在此层集中在此层, ,地球表面地球表面最稠密。最稠密。 大量大量地质作用发生在此范围地质作用发生在此范围, 如风、雨、冰、雪如风、雨、冰、雪。 平流层平流层(stratosphere): 距地面高度距地面高度1616 55km55km。不受地表热辐射或大气对流不受地表热辐射或大气对流 的影响的影响。位于位于202035km35km高处的是高处的是臭氧层臭氧层，为地球生命

6、的保护层。，为地球生命的保护层。 平流层以上基本不发生平流层以上基本不发生地质作用。地质作用。 水圈与大气圈的循环关系水圈与大气圈的循环关系 2 2水圈水圈 (hydrosphere) 水圈水圈 = = 河流河流+ +湖泊湖泊+ +海洋海洋+地下水和地下水和岩石裂隙水岩石裂隙水; ; 为一连续的物质层圈。它与大气圈为一连续的物质层圈。它与大气圈风、雨、冰、雪风、雨、冰、雪关系密切。关系密切。 3. 3. 生物圈生物圈 (biosphere) 破坏岩石破坏岩石：机械破坏机械破坏( (根劈根劈););化学破坏化学破坏( (生物有机酸分解矿物生物有机酸分解矿物) )。 堆积堆积成岩成矿成岩成矿: :

7、 形成有机岩和石油、煤等能源与矿产。形成有机岩和石油、煤等能源与矿产。 科里奥利效应科里奥利效应(coriolis effect)（18351835年提出）年提出） 定义：定义：由于地球自转，而使地表运动流体偏离方向的力。由于地球自转，而使地表运动流体偏离方向的力。 大气大气、河流受此影响特别明显河流受此影响特别明显。 纬度和线速度不同纬度和线速度不同，科氏力作用的方向也不同：科氏力作用的方向也不同： N N半球半球: :水体向前运动水体向前运动，水体总是偏向前进方向的右侧水体总是偏向前进方向的右侧。 S S半球半球: :水体向前运动水体向前运动，水体总是偏向前进方向的左侧水体总是偏向前进方向

8、的左侧。 水圈的作用水圈的作用(works of hydrosphere) a. a. 破坏岩石：破坏岩石：机械破坏机械破坏( (干寒带干寒带) )、化学破坏（、化学破坏（COCO2 2）( (温湿带温湿带) )。 b. b. 搬运物质；搬运物质； c. c. 沉积成岩、矿质凝聚成矿。沉积成岩、矿质凝聚成矿。 沉积环境沉积环境 河流河流 冰川冰川 地下水体地下水体 海洋海洋 湖泊湖泊 沙漠沙漠 4. 4. 岩石圈岩石圈 （lithosphere） 岩石圈：岩石圈：地壳地壳+ +上地幔顶部的刚体部分。上地幔顶部的刚体部分。 厚度厚度: : 60km (60km (大洋地壳）或大洋地壳）或 150

9、km150km（大陆地壳）（大陆地壳） 是矿物是矿物- -岩石岩石- -能源矿产和生命之家，是地学研究的主体。能源矿产和生命之家，是地学研究的主体。 一、物源一、物源(source)、特性特性(character)、搬运搬运与与固结固结 物质来源：物质来源：母岩风化物、生物骨骸、火山物质、宇宙物质。母岩风化物、生物骨骸、火山物质、宇宙物质。 重要特性：重要特性：层理、含化石。层理、含化石。 搬运搬运(transportation): : 底运（滚、跃底运（滚、跃): ): 沿水流底部搬运；沿水流底部搬运； 2mm,2mm,砾岩砾岩;2;20.1mm,0.1mm,砂岩砂岩; ; 悬运悬运( (悬

10、浮状悬浮状):0.1):0.1 0.01 mm,0.01 mm,粉砂岩粉砂岩; ; 溶运（离子态）溶运（离子态）: 0.01mm,: 2mm2mm、砂、砂2 20.1mm0.1mm、粉砂、粉砂0.10.1 0.01mm0.01mm、泥、泥0.01mm25.6 cm25.6 cm、中砾、中砾 6.46.4- -25.6 cm25.6 cm、小砾、小砾 6.4 cm 6.4 cm （Mclane，1995） 碎屑结构碎屑结构 (clastic texture): 岩石中的颗粒是机械沉积的碎屑物。岩石中的颗粒是机械沉积的碎屑物。 碎屑岩碎屑岩: 砾岩砾岩砂岩砂岩细砂细砂- -粉砂岩；泥岩（页岩）粉砂

11、岩；泥岩（页岩） 砾岩砾岩 = = 粗碎屑粗碎屑 + + 填隙物填隙物( (基质基质matrixmatrix) ) + + 化学胶结物化学胶结物 填隙物填隙物( (基质基质) )：比碎屑小比碎屑小1 1- -2 2个粒级的砂、细砂、粉砂等个粒级的砂、细砂、粉砂等 胶结物胶结物( (cement) : Si, Fe, Ca, 泥泥 (肉眼分不出大小肉眼分不出大小) 砾岩的碎屑结构砾岩的碎屑结构 沉积岩的非碎屑结构沉积岩的非碎屑结构 (non-clastic texture) 岩石的颗粒由化学沉积作用形成；岩石的颗粒由化学沉积作用形成； 粗碎屑、填隙物、胶结物均为一样的成分；粗碎屑、填隙物、胶结物

12、均为一样的成分； 为化学岩、生物化学岩所特有。为化学岩、生物化学岩所特有。 类型类型 晶质结构晶质结构: :全由近等大的沉积晶体（如方解石）组成。灰岩特有。全由近等大的沉积晶体（如方解石）组成。灰岩特有。 生物结构生物结构: :由丰富的生物碎屑组成。生物屑灰岩特有。由丰富的生物碎屑组成。生物屑灰岩特有。 分选性分选性(sort)(sort)： 碎屑大小的均匀程度。碎屑大小的均匀程度。 均匀者，反映搬运距离远。均匀者，反映搬运距离远。 圆度圆度 (roundness): 碎屑的圆化程度。碎屑的圆化程度。 棱角棱角次棱角次棱角 次圆次圆圆。圆。 滚圆者，反映搬运距离远。滚圆者，反映搬运距离远。 分

13、选差（分选差（a a）好（）好（b b） 碎屑的磨圆度碎屑的磨圆度 四四. 沉积构造沉积构造 （sedimentary structure） 定义：定义：沉积岩在形成过程中产生的构造沉积岩在形成过程中产生的构造, ,是各组成部分的空间是各组成部分的空间 分布与排列方式。分布与排列方式。 1. 层理层理（bedding）: 沉积岩的成层性。沉积岩的成层性。 若颗粒粗细和硬度不同，或气候发生变化，就会形成粗细或若颗粒粗细和硬度不同，或气候发生变化，就会形成粗细或 颜色不同的层理。颜色不同的层理。 a.平行层理平行层理(parallel bedding)：不同沉积层顶与底面平行。不同沉积层顶与底面平

14、行。 沉积岩在安静的水体中形成。沉积岩在安静的水体中形成。 b.交错层理交错层理(cross bedding)：不同沉积层顶与底面不平行。不同沉积层顶与底面不平行。 沉积岩形成于动荡的水体环境。沉积岩形成于动荡的水体环境。 根据根据“顶截底切顶截底切”原理，可判断地层顶底原理，可判断地层顶底 沉积岩的水平层理沉积岩的水平层理 ( (塔里木盆地北缘塔里木盆地北缘) ) 舒良树摄舒良树摄 斜层理斜层理(新疆黑英山新疆黑英山) 舒良树摄舒良树摄 2.2.递变层理递变层理(graded bedding)：同一层内，碎屑粒级由下而上同一层内，碎屑粒级由下而上 逐渐变小。逐渐变小。 形成环境：形成环境：水

15、体运动由强到弱或由弱到强周期变化，在重力下沉水体运动由强到弱或由弱到强周期变化，在重力下沉 积就形成了积就形成了“韵律层韵律层”。 意义意义：确定地层的顶底。确定地层的顶底。 3.3.波痕波痕(ripple mark)：波浪弯曲的层面波浪弯曲的层面. .反映沉积环境动荡。反映沉积环境动荡。 水介质定向运动形成不对称波痕水介质定向运动形成不对称波痕: : 可确定流向可确定流向( (从缓坡向陡坡从缓坡向陡坡),), 但不能确定顶底。但不能确定顶底。 水介质往复运动形成对称波痕水介质往复运动形成对称波痕: :可确定地层顶底可确定地层顶底( (尖头朝顶尖头朝顶) ,) ,但但 不能确定流向。不能确定流

16、向。 4.4.泥裂泥裂(mud crack)：层面上多边形，剖面上楔形。层面上多边形，剖面上楔形。 成因成因：滨海、滨湖沉积物暴露出水面，失水滨海、滨湖沉积物暴露出水面，失水变干变干收缩而成；收缩而成； 填充物与上复岩层相当。填充物与上复岩层相当。 用途用途：确定地层的顶底；确定地层的顶底；指示古气候（干燥）；指示古气候（干燥）； 确定沉积相（陆相、海岸相）。确定沉积相（陆相、海岸相）。 具递变层理的碎屑岩具递变层理的碎屑岩 ( (新疆石河子新疆石河子) ) 舒良树摄舒良树摄 不对称波痕不对称波痕(南京湖山南京湖山 C1g) 舒良树摄舒良树摄 暴露标志暴露标志: 现代干裂现代干裂 5.5.（层

17、间）缝合线（层间）缝合线(stylolite) 岩层中的锯齿状曲线，与层面岩层中的锯齿状曲线，与层面 平行（但有例外）。平行（但有例外）。 与英文的与英文的“suture”区别很大。区别很大。 分布分布：石灰岩、砂岩中（如五通石英砂岩）。石灰岩、砂岩中（如五通石英砂岩）。 成因成因：压溶作用。含二氧化碳的流体沿层面循环时，溶解二侧压溶作用。含二氧化碳的流体沿层面循环时，溶解二侧 物质扩大界面。物质扩大界面。大型缝合线可能与沉积作用短暂停顿有关。大型缝合线可能与沉积作用短暂停顿有关。 用途用途：确定地层产状确定地层产状 缝合线缝合线 （stylolite）( (湖南始兴湖南始兴) ) 舒良树摄舒

18、良树摄 6. 6. 结核结核(nodule, concretion) 定义定义：沉积时，一些不同物质绕质点滚动聚积而成的核状体。沉积时，一些不同物质绕质点滚动聚积而成的核状体。 分布分布：石灰岩石灰岩( (栖霞组灰岩栖霞组灰岩P1P1、硅质岩、硅质岩( (孤峰组孤峰组P1)P1)。 变化变化：结核脱水收缩，形成网状裂隙，称“龟背石”。结核脱水收缩，形成网状裂隙，称“龟背石”。 用途用途：地层沿走向的对比标志（结核体多定向排列）。地层沿走向的对比标志（结核体多定向排列）。 7. 7. 鲕状构造鲕状构造（oolitic structureoolitic structure） 定义定义：矿物以凝胶方

19、式以某种碎屑物为核心沉积而成的鲕粒。：矿物以凝胶方式以某种碎屑物为核心沉积而成的鲕粒。 粒径小于粒径小于2 mm。形成于浅水动荡环境下的胶体溶液中。形成于浅水动荡环境下的胶体溶液中。 外形呈球形或椭圆形，内部具同心圆及发射状构造。外形呈球形或椭圆形，内部具同心圆及发射状构造。 8. 8. 冲刷痕、槽模冲刷痕、槽模 (scour mark) 定义定义：沉积岩层的底面起伏状突起。沉积岩层的底面起伏状突起。 分布分布：砂岩、页岩中。砂岩、页岩中。 成因成因：冲刷、荷重。冲刷、荷重。 9.假晶：假晶：残留的矿物外形，反映残留的矿物外形，反映干旱环境。干旱环境。 10.虫迹：虫迹：浅海环境浅海环境； 槽

20、槽 模模 (flute cast)(flute cast) ( (江西井冈山，江西井冈山， 舒良树摄舒良树摄) 虫虫 迹迹（trace) 干旱标志干旱标志: : 食盐假晶食盐假晶 一、三种常见碎屑岩一、三种常见碎屑岩 (clastic rock) 1. 砾岩砾岩 (cnglomerate) （碎屑（碎屑+填隙物填隙物+胶结物）胶结物） 粒径：粒径： 2 mm2 mm。 砾石成分：石英、砂岩、髓石、灰岩、火成岩、变质岩。砾石成分：石英、砂岩、髓石、灰岩、火成岩、变质岩。 2. 砂岩砂岩 (sandstone) 2 0.1mm 粒径：粗砂粒径：粗砂2 2 0.5mm0.5mm，中砂，中砂0.50.

21、5 0.25mm0.25mm，细砂，细砂0.250.25 0.1mm0.1mm 成分：石英、长石居多。成分：石英、长石居多。 3. 粉砂岩粉砂岩 (siltstone) 粒径：粒径：0.10.1 0.01mm 0.01mm 。 成分：石英、长石、云母。成分：石英、长石、云母。 第三节第三节 常见的沉积岩常见的沉积岩 Section 3 Common Sedimentary Rock 粉砂岩与泥岩粉砂岩与泥岩 ( (山东临朐山东临朐) ) 舒良树摄舒良树摄 二、化学岩二、化学岩 （chemical rock） 1. 硅质岩硅质岩 （silliceous rock） 成分成分：SiOSiO2 2

22、成因成因：a a 生物骨骼堆积生物骨骼堆积, ,如硅藻土；如硅藻土；b b 火山作用使火山作用使SiOSiO2 2凝聚凝聚. . SiOSiO2 2结晶结晶：透明者称水晶。透明者称水晶。 紫水晶（紫水晶（FeFe多）、蔷薇水晶（多）、蔷薇水晶（FeFe少）、烟水晶（少）、烟水晶（MnMn） 隐晶隐晶：玉髓、玛瑙、蛋白石、碧玉。玉髓、玛瑙、蛋白石、碧玉。 不同颜色的隐晶若具同心圆构造，则称玛瑙不同颜色的隐晶若具同心圆构造，则称玛瑙(agate)(agate)； 其中水胆玛瑙极珍贵！其中水胆玛瑙极珍贵！ 珍贵的蛋白石均产于澳洲（珍贵的蛋白石均产于澳洲（95%95%），称），称Opa1Opa1澳泊澳

23、泊( (欧泊、澳宝欧泊、澳宝) ) 硅质岩硅质岩（江西武功山，（江西武功山，Z2d） 舒良树摄舒良树摄 2. 石灰岩（石灰岩（ limestone） 组成：组成：由化学作用成因的方解石颗粒集合而成，很致密。由化学作用成因的方解石颗粒集合而成，很致密。 亮晶：粒径亮晶：粒径 0.01 mm 0.01 mm、透明的方解石颗粒。、透明的方解石颗粒。 泥晶泥晶: : 粒径小，肉眼不可分辨，粒径小，肉眼不可分辨， 0.01 mm0.01mm0.01mm，常是透明的方解石颗粒。常是透明的方解石颗粒。 泥晶泥晶: 粒径粒径0.01mm0.01mm。 胶结物胶结物: CaCO3 。 。 浙浙 江江 常常 山山

24、 的的 竹竹 叶叶 状状 灰灰 岩岩 舒良树摄 白云岩白云岩 （南京湖山南京湖山） 舒良树摄 三、生物化学岩三、生物化学岩 只有硅藻岩、放射虫岩，分布较少。只有硅藻岩、放射虫岩，分布较少。 四、粘土岩四、粘土岩 (claystone) （早先划归碎屑岩类）早先划归碎屑岩类） 粒径：粒径：小于小于0.01 mm0.01 mm 成分为成分为粘土矿物粘土矿物：高岭土高岭土 China kaolinite、澎润土、水云母、澎润土、水云母 蒙脱石蒙脱石 montmorillonite。 成因：成因：经远距离搬运沉积而成。经远距离搬运沉积而成。 固结无层理者称泥岩；成层性好的称页岩固结无层理者称泥岩；成层性好的称页岩 (shale)。 性质：性质： 可塑性；可塑性； 吸水性（蒙脱石吸水后体积增大吸水性（蒙脱石吸水后体积增大5 52020倍）；倍）； 吸附性；吸附性； 烧结性（瓷器的控温烧结）；烧结性（瓷器的控温烧结）； 耐火性。耐火性。 为当代高科技重要材料。为当代高科技重要材料。 舒良树摄舒良树摄 T T1 1q q页岩页岩 （shaleshale） （南京湖山机修厂南京湖山机修厂） 本本 章章 结结 束束