Sedimentary Petrology 第二篇 沉积岩石学 Sedimentary Petrology

课 程 安 排 绪论（2学时大课） 第一 章 沉积岩的形成过程（2学时大课） 第二章 陆源碎屑岩—基本特征（ 2学时大课） 课 程 安 排 绪论（2学时大课） 第一 章 沉积岩的形成过程（2学时大课） 实习一：沉积岩的构造（2学时实习课） 第二章 陆源碎屑岩—基本特征（ 2学时大课） 实习二：陆源碎屑岩的成分（2学时实习课） 实习三：陆源碎屑岩的结构（2学时实习课） 第三章 陆源碎屑岩—主要岩石类型（ 2学时大课） 实习四：陆源碎屑岩的岩石类型标本和薄片（4学时实习课） 第三章 陆源碎屑岩—砂岩的成岩作用（2学时大课）

实习五 砂岩的成岩作用特征 第四章 碳酸盐岩—基本特征（ 2学时大课） 实习六 碳酸盐岩的成分和结构（2学时实习课） 实习七 碳酸盐岩的岩石类型（2学时实习课） 第四章 碳酸盐岩——成岩作用（ 2学时大课） 第五章 其它内源岩（ 1学时大课） 第六章 沉积环境和沉积相（ 3学时大课） 实习八 未知标本和薄片综合鉴定（2学时） 综合实习（6学时）

绪论 一、沉积岩的基本概念 二、沉积岩的一般特征 三、沉积岩的研究意义 四、沉积岩的研究方法

一、沉积岩的基本概念 沉积岩是组成岩石圈的三大类 (岩浆岩、变质岩、沉积岩)岩石之一。它是在地壳表层或地表不太深的地方，在常温常压条件下，由母岩（岩浆岩、变质岩、先成的沉积岩）的风化产物、生物来源的物质、火山物质、宇宙物质等原始物质，经过搬运作用、沉积作用以及成岩作用所形成的一类岩石。

深入理解沉积岩的涵义 1、沉积岩分布：沉积岩主要集中分布于地表 2、形成部位：地壳表层或地表不太深的地方 3、形成条件：在常温常压条件下 4、物质组成：母岩的风化产物、火山作用物质、生 物作用有机 物质、来自宇宙物质（陨 石尘埃）等 5、形成过程：搬运作用、沉积作用和成岩作用（压 　　　　　　　实、胶结、固结）

1、沉积岩分布：沉积岩主要集中分布于地表 体积：沉积岩体积 4.4亿km3(Pettijohn,1975) , 占岩石圈5% 岩浆岩和变质岩（结晶岩）则占95％ 面积和厚度：占陆地面积的大约75％(3/4),平均厚度1.8km 岩浆岩和变质岩约占25％ 已探明的海底、洋底几乎全部由沉积岩（物）所 组成，平均厚度1km 但各处厚度很不均一，地槽区厚度大，如高加索 地区沉积岩的厚度可达30km (Pettijohn，1975)， 而在地台区较薄 类型：自然界分布最多的是粘土岩（页岩、泥岩）、砂岩和石 灰岩，它们约占沉积岩总量的95%以上。

1、沉积岩分布 地球发展历史： 地壳最老岩石的年龄为46亿年 沉积圈最老岩石的年龄达36亿年（前苏联科拉半岛） 有生命记载的岩石年龄为31亿年（南非） 沉积岩是研究地球发展和演变历史不可缺少的宝贵资料

2、形成部位：地壳表层或地表不太深的地方 大气圈的下部、岩石圈的上部、水圈和生物圈的全部 ——称为沉积圈

3、形成条件：在常温常压条件下 1）温度和压力：同岩浆岩的高温、高压相比， 沉积岩形成于常温常压下 地表的年最高温度在非洲中部可达85℃ 最低温度在北极圈附近（维尔霍扬斯克）为－70℃ 最大温差在50～160℃左右，一般在40～50℃之间 现代沉积物一般形成于上述的温度范围之内 成岩温度一般不会超过200℃，否则沉积岩转变为变质岩 沉积物形成带的压力在1.01×105~2.02×106Pa之间 高山地区不到1.01×105Pa 海平面是1.01×105Pa 海平面向下压力逐渐增加(按计算1.01×105Pa/10m ), 最深的洋底压力可达11.11×107Pa 压力的大小影响水中气体的含量，也影响沉积物的形成与变化

2)水和大气作用 绝大多数的沉积作用是在水中进行的 大多数沉积物和沉积岩也是水中形成的 水是母岩风化的主要地质营力 水也是风化产物、火山物质、宇宙物质等搬运和沉积的主要介质和场所 沉积岩曾认为都是“水成岩” 大气中CO2、H2O也是沉积物和沉积岩形成的主要因素 对于母岩的破坏和沉积作用等都起着重要作用

3)生物和生物化学作用 生物和生物化学作用：对沉积物和沉积岩的形成具有特殊的 意义 有的沉积物和沉积岩就是生物遗体形成的，如煤、石油、生物礁灰岩等 生物和生物化学作用也可间接地参与沉积物和沉积岩的形成 自地球上生命发生以来，时代越新，生物对沉积物、沉积岩的形成所起的作用就越大

4、物质组成： 母岩的风化产物 火山作用物质 生物作用有机物质 来自宇宙物质（陨石、尘埃）等

５、形成过程： 搬运和沉积作用： 　　搬运介质主要是水和风、冰川、生物等。沉积方式主要以机械沉积和化学沉积为主。只有经过搬运沉积作用形成的岩石才能归属于沉积岩。 成岩作用：以压实、固结和胶结作用为主

沉积岩、岩浆岩、变质岩三大岩类岩石在成因上的关系 岩浆岩 变质岩 沉积岩 700-1300℃岩浆作用 2 00-900 ℃（1000 ℃ ）变质作用 <200 ℃沉积成岩作用 冷凝结晶 固态岩石变质反应、变质重结晶、交代、变形、变质分异 压实固结

沉积岩和岩浆岩的平均化学成分（按氧化物百分含量） 二、沉积岩的一般特征 1、沉积岩的化学成分 沉积岩和岩浆岩的平均化学成分（按氧化物百分含量）

二、沉积岩的一般特征 （1）、Fe2O3和FeO的含量 1、沉积岩的化学成分 　　对比岩浆岩和沉积岩的化学成分可以看出：虽然总体化学成分相近似，由于两者形成条件的不同，在化学成分上仍然存在很大的差别： （1）、Fe2O3和FeO的含量 在岩浆岩和沉积岩中铁的总量接近 岩浆岩中FeO含量多于Fe2O3 地下深处缺氧 亚铁 沉积岩中Fe2O3 含量多于FeO 地表自由氧充足 高价铁

二、沉积岩的一般特征 （2）、K2O和Na2O的含量 在岩浆岩中钠含量比钾高，在沉积岩中钾总量比钠高 因为：沉积岩中富钾的白云母、绢云母相对稳定 岩浆岩风化后生成的胶体分散物（粘土矿物）易吸附钾，导致沉积岩中钾的含量相对增高 岩浆岩风化后，其中的钠以氧化物、硫酸盐等可溶性盐的形式流失，使沉积岩中钠的含量相对减少

二、沉积岩的一般特征 （3）、Al2O3的含量 岩浆岩中铝多以铝硅酸盐的形式出现 （4）、H2O和CO2的含量 沉积岩中铝通常剩余而游离，是沉积岩的主要化学成分之一 大多数沉积岩中Al2O3>K2O+Na2O+CaO (判别变质原岩有用) （4）、H2O和CO2的含量 沉积岩形成于地表条件下，富含H2O和CO2 岩浆岩形成于地壳下部高温、高压的环境,H2O和CO2含量很低

2、沉积岩的矿物成分 （1）高温矿物少见 （2）低温矿物富集 （3）自生矿物 无橄榄石、辉石、角闪石 形成于岩浆结晶早期高温 矿 物 沉 积 岩 岩浆岩（65%花岗岩+35%玄武岩） 利思与米德（1915） 克里宁（1948） 橄 榄 石 —— 2.65 普通角闪石 1.60 普 通 辉 石 12.90 长 石 15.57 7.50 49.29 石 英 34.80 31.50 20.40 云母+绿泥石 19.00 7.76 氧化铁矿物 4.10 3.00 4.6 玉 髓 9.00 粘 土 矿 物 9.22 碳酸盐矿物 13.63 20.50 石 膏 0.97 碳 质 0.73 其 它 0.58 0.88 （1）高温矿物少见 无橄榄石、辉石、角闪石 形成于岩浆结晶早期高温 （2）低温矿物富集 富石英、钾长石、钠长石 形成于岩浆结晶晚期低温 （岩浆岩主要造岩矿物在高温、高压条件形成，稳定地壳下部） （3）自生矿物 各种盐类、氧化物、氢氧化物、粘土矿物、碳酸盐矿物 （形成于地表常温常压环境，稳定于地表条件）

3、沉积岩的结构构造 沉积岩的结构 要比岩浆岩更为多样 碎屑结构、粒屑（颗粒）结构，机械作用形成 沉积岩的结构 要比岩浆岩更为多样 碎屑结构、粒屑（颗粒）结构，机械作用形成 　　 生物结构：等是沉积岩所特有的结构； 晶粒（结晶）结构：虽然岩浆岩也有类似结构，但它们形　　　　　　　　　　　成的热力学条件迥然不同。 沉积岩的构造 成层构造、层内构造以及层面构造 　　层理构造：沉积岩最基本构造特征，在岩浆岩中除少数情　　　　　　况（层状火成岩）外很少见到 　　层面构造：波痕、泥裂、雨痕、雹痕、印模、晶痕 　　化学成因的构造：缝合线、叠锥、结核、叠层构造等构造　　　　　　　　　　都是沉积岩所特有的 　　生物成因的构造：生物礁所特有 由于沉积岩是在地表或接近地表的压力条件下形成，因此具有各种各样空隙,而结晶岩一般缺乏孔隙(曾允孚等，1986）

三、沉积岩的研究意义 1、沉积岩记录了地球演化历史 地球约有46亿年历史，最古老沉积岩36亿年，这36亿年的沉积记录对研究地球的演化和发展有着十分重要的理论价值。 2、沉积岩（物）蕴藏着占世界矿产资源总储量的80％ 能源矿产：石油、天然气、煤和油页岩 　　金属和非金属矿产资源：铝土矿、锰矿、各种盐类矿产等几　　　　　　　　　　　　　乎全为沉积类型 极大部分铁矿、磷矿亦都属于沉积或沉积变质类型 放射性原料、有色金属（铜、铅、锌）、稀有和分散元素、非金属（重晶石、萤石）等矿产中绝大多数为沉积类型 不少的金、铂、钨、锡、金刚石等矿产也是来源于沉积砂矿

三、沉积岩的研究意义 有些沉积岩本身就是多种工业原料或辅助原料 石灰岩建筑材料、冶金用添加剂、水泥和人造纤维的主要原料； 白云岩建筑材料、冶金用添加剂、镁质耐火材料； 粘土岩按性质不同可作为耐火材料、陶瓷原料、钻井液原料、吸收剂、填充剂和净化剂等 沉积石英砂岩或石英砂可作为玻璃原料等

三、沉积岩的研究意义 3、与大型水利工程、港口、国防军事等建设密切相关 通过沉积岩（学）研究可以寻找地下蓄水层，解决水库、大型水坝、电站、港口和河流的冲淤及土壤的侵蚀、地基的牢固性等问题 在国防上军港设计、潜艇和海底导弹基底的建设等均与沉积岩（物）的研究密切相关 4、油气勘探、开采、开发等问题的突破与沉积岩（学） 还有油气勘探领域的圈闭问题（由构造圈闭向隐蔽圈闭、由盆地边缘向盆地腹地、由海岸浅海向半深海和深海的转移等问题）、石油的二次采油向三次采油、减少地层伤害、开采剩余油、提高采收率以效益为中心的转移等，沉积岩（学）的研究正发挥重大的作用 5、与人类生存环境、灾害预警 沉积岩（学）的研究与人类生存和可持续发展密不可分，地质灾害预测研究和环境保护中也正发挥着越来越大的作用

四、沉积岩的研究方法 （1）野外研究方法： 沉积岩分布属于地壳中成为一种地质体，在野外对沉积岩进行研究时，首先使用地质学的方法，在野外研究沉积岩（物）的物质组分、结构构造、岩体产状、岩层间的接触关系、岩层厚度、各种成因标志和岩性组合在纵向和横向上的变化；并收集古流向资料，从而查明沉积岩体在时间上和空间上的分布和演化特点。获得这些资料的最基本方法就是系统测制沉积相剖面，并进行区域相剖面的分析和对比 新技术新方法：遥感技术、钻探技术、深海钻探及采取长岩心、各种测井技术、反射地震波谱(地震地层学、层序地层学)、航空摄影或地面摄影用的测雷达以及探测水下地形的测视声纳等。

四、沉积岩的研究方法 （2）室内研究方法： 显微镜薄片法:仍是研究沉积岩最基本的方法，作为一个岩石工作者必须熟练掌握此方法。 其他室内方法:主要应用各种分析仪器和设施探索研究沉积岩的宏观和微观的研究 如：粒度（机械）分析、重矿物分析、不溶残渣分析、热分析、化学分析、光谱分析等 近年来的新的测试手段：阴极发光显微镜、同位素分析（碳、氧、硫）、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、图像分析仪、电子探针、原子吸收光谱、红外光谱、气相色谱以及激光拉曼光谱和古地磁研究等。 计算机技术已经广泛应用于沉积岩（学）研究中，包括沉积过程和沉积体系的展布及储层分布的模拟和预测，沉积盆地的模拟等

四、沉积岩的研究方法 沉积岩研究中值得注意的问题 必须将野外（或岩心）和室内研究密切结合起来 野外（或岩心）研究是室内研究的基础 室内研究是野外（或岩心）研究的继续

绪 论 思考题 1、沉积岩与火成岩相比，沉积岩在形成条 件方面有什么不同？ 2、根据其形成过程判断沉积岩与火成岩在 组构方面存在哪些区别？ 绪 论 思考题 1、沉积岩与火成岩相比，沉积岩在形成条 件方面有什么不同？ 2、根据其形成过程判断沉积岩与火成岩在 组构方面存在哪些区别？ 3、沉积岩的成分包含那些内容？ 4、沉积岩的研究意义？