Sedimentary Petrology

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1 Sedimentary Petrology
第二篇 沉积岩石学 Sedimentary Petrology

2 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）

3 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）

4 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

5 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。

6 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）

7 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。

8 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

9 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

10 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

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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 ℃岩浆作用 ℃（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

16 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）

17 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Fe2O 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

18 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

19 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

20 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）

21 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）

22 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

23 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

24 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

25 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。

26 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

27 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

28 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？