1、普通地質學的理論外力地質作用與沉積巖4.1.1 引起外力地質作用的因素一、大氣 大氣圈的地質意義： O2氧化作用，生命的存在； CO2植物制造有機質、生物成巖，參與化學反應； H2O風化作用，流動成風，動力。 大氣圈是生命的保護圈。 由于大氣圈的存在，地表才有了適宜的溫度。4.1 外力地質作用的一般特征 二、水 水具有特殊的物理化學性質，水在地球溫度變化范圍內的三態變化和水是一種良好的溶劑，是水作為一種很重要的地質營力的保證。 三、生物 植物的根劈作用； 生物體通過光合作用吸收CO2、放出O2； 生物本身就是某種礦產和巖石的組成物質，如：煤、石油和生物碎屑灰巖等。Halite（巖鹽）Na+ i

2、s attracted to OH- side of water moleculesCl- is attracted to the H+ side of water moleculesWater can also react with another compound to form an acid.H2O + CO2 H2CO3 (Carbonic acid)The acid can then decompose minerals.H2CO3 + CaCO3 Ca+2 + 2HCO3- (Bicarbonate)Removed by erosionCalciteHYDROLYSIS（水解作用

3、）H+ and OH- ions in water displace other ions in a mineral structure producing a new mineral.Feldspars are readily changed by hydrolysis.2KAlSi3O8 + 2H+ + 9H2O Al2Si2O5(OH)4 + 4H4SiO4 + 2K+OrthoclaseFeldsparKaoliniteSilicicAcidROOT WEDGING（根劈作用）Trees grow in cracks in rocks and the force related toe

4、xpansion with growth breaks the rocks.LIVING ORGANISMSMix up soil exposing more material to surface forweathering reactions.FROST WEDGINGWater expands when frozen.Expands 9%.Water trapped in cracks freezes and expands.Actively fractures the rock.Works best where temperaturesfluctuate above and below

5、0C (32F).When water melts, it seepsdeeper into the crack andthen refreezes. 太陽能：使地表溫暖，并引起大氣的循環、水的運動、生命的活動等，從而引發各種地質作用的發生；重力能：重力支配下形成風、流水、冰川、湖水和海水的運動，物質降落和沉淀，山崩、地滑，生物生長和演化等；日月引力能：形成海水潮汐，從而對海岸改造。4.1.2 引起外力地質作用的能源4.1.3 外力地質作用的類型一、風化作用（weathering） 巖石受外部因素作用后發生機械崩解和化學分解，使堅硬的巖石變為松散的碎屑及土壤。風化作用的類型根據風化作用的方式和

6、特點，風化作用可分為: 物理風化作用(Physical Weathering) 化學風化作用 (Chemical Weathering) 生物風化作用(Organism Weathering) 自然界中各類礦物抗風化能力順序： 氧化物、氫氧化物硅酸鹽碳酸鹽硫化物鹵化物、硫酸鹽常見礦物抗風化能力順序： Quartz石英Muscovite白云母Alkali Feldspar鉀長石Biotite黑云母Amphiboles角閃石Pyroxenes輝石Ca-rich plagioclase富鈣斜長石 Olivine橄欖石二、剝蝕作用（Denudation） 剝蝕作用 指各種運動的介質在其運動過程中，使地

7、表巖石產生破壞并將其產物剝離原地的作用。 剝蝕作用按方式有機械、化學和生物剝蝕作用三種。 由于其產生的營力特點不同，剝蝕作用又可進一步劃分為地面流水、地下水、海洋、湖泊、冰川、風等的剝蝕作用。WEATHERING and the BREAKDOWN of ROCKS三、搬運作用(Transportation) 搬運作用 自然界中的風化、剝蝕產物被運動介質從一個地方轉移到另一個地方的過程稱為搬運作用。 主要包括機械搬運（流水、風）和化學搬運（真溶液、膠體），生物搬運作用意義較小。四、沉積作用(Sedimentation) 被運動介質搬運的物質到達適宜的場所后，由于介質條件變化而發生沉淀、堆積的過

8、程稱為沉積作用。 由沉積作用形成的松散物質叫沉積物。 陸地和海洋是地球表面最大的沉積單元。 沉積方式基本可分為3種類型，即機械沉積（流速、風速的降低）、化學沉積（介質物理、化學條件發生變化）和生物沉積（生物遺體）。 沉積物按其性質可分為以下幾類： 碎屑沉積物(Clastical Sediment)：機械沉積作用形成的物質。 化學沉積物(Chemical Sediment)：化學沉積形成的沉積物質。 生物沉積物(Biological Sediment)：生物沉積作用形成。 生物化學沉積物(Bio-Chemical Sediment)：生物化學沉積作用 形成的物質。五、固結(成巖)作用(Conso

9、lidation) 由松散的沉積物轉變為沉積巖的過程稱為固結成巖作用。 由沉積物經成巖作用形成的巖石稱為沉積巖。 固結成巖作用的主要原因： 壓固作用 (Compression) 膠結作用(Cementation) 重結晶作用(Recrystalliation) 新礦物的生長4.2 沉積巖的特征 421 沉積巖中的礦物及組成 沉積巖的礦物及組成有四類： 一、礦物和巖石碎屑：巖石風化破碎后 的產物。 二、膠結物：膠結碎屑的物質。 三、自生礦物：在沉積和成巖過程中生成的礦物。 四、生物碎屑和化石：沉積物中的動、植物遺體或碎片。礦物和巖石碎屑（1）石英、鉀長石、鈉長石、白云母。（2）粘土礦物、方解石、

10、白云石、石膏（巖漿巖中不出現）。（3）赤鐵礦、褐鐵礦、玉髓、蛋白石、膠結物。（4）橄欖石、輝石、黑云母、角閃石、中性及基性斜長石（沉積巖中少見）。4.2.2 沉積巖的結構定義：是指沉積巖組成物質的顆粒組成、性質、形狀、大小、磨園度和膠結方式等。分為：碎屑結構、非碎屑結構。碎屑結構由碎屑物質、基質和膠結構物質三部分組成。基質（雜基）膠結物碎屑結構按顆粒大小劃分： 礫狀（gravelly） 粒徑 2mm 砂狀（sandy） mm mm mm mm 粉砂狀（silty） mm 泥狀（mudy） mm近遠碎屑結構按顆粒棱角磨損程度（磨圓度）劃分：棱角狀次棱角狀次圓狀圓狀搬 運 由 遠 到 近碎屑結構按

11、分選性劃分：分選好，顆粒大小以同一粒級為主分選中等，由相鄰粒級組合而成分選差， 顆粒大小跨粒級混雜化學沉積的晶質結構 非碎屑結構 顆粒由化學沉積作用或生物、生物化學沉積作用形成的結構。大多是晶質或隱晶質，或由生物體搭成骨架。 生物沉積形成的生物骨架結構 一、成分顆粒： 巖屑原先巖石的碎塊，見于礫巖、粗砂巖中。 礦屑石英、長石、白云母等。 生物碎片，火山碎屑。膠結物：鈣質、硅質、鐵質、泥質。 4.2.3 沉積巖的成分和顏色二、顏色Color成份： 鐵質膠結紅色 鈣質、硅質膠結白、灰色 含炭質黑色。膠結物：氧化環境紅色；還原環境黑色Iron oxides and sulfides along wi

12、th buried organic matter give rocks a dark color.Indicates deposition in a reducing environment.Deposition in oxidizing environment produces red colored iron oxides.4.2.4 沉積巖的構造巖石各組成部分的空間分布與排列形式稱為構造。沉積物（巖）的構造又稱沉積構造。沉積巖在解釋地球歷史時顯得特別重要，地質學家能根據巖石的原生構造，推斷出巖石的歷史，包括原巖的組成、搬運的形式和距離以及顆粒成巖時的自然環境，即沉積環境。沉積巖在地球表面

13、沉積，因此能保存并提供原物質聚集地的物理、化學和生物環境情況的線索，進而追溯其歷史。沉積構造的類型有： 層理構造、層面構造、結核構造、生物擾動構造、 變形構造 一、層理（Bedding） 沉積物（巖）中不同的顏色、成分、結構、定向性等性質在垂向上顯示的特征稱層理構造。 層理構造是沉積物（巖）成層性的表現，是沉積物（巖）最基本、最特征的構造類型。 層理構造由紋層（細層）、層系、層系組構成。可分為：平行層理(Parallel Bedding)、斜層理(Slope Bedding)、交錯層理(Cross Bedding)、遞變層理(Graded Bedding)。斜層理水平（平行）層理交錯層理Cro

14、ss Bedding - Sets of beds that are inclined relative to one another. The beds are inclined in the direction that the wind or water was moving at the time of deposition.Boundaries between sets of cross beds usually represent an erosional surface. Very common in beach deposits, sand dunes, and river d

15、eposited sediment.遞變（粒序）層理 在動能特強的水流條件下，粗大的砂 礫和細粒的泥，均 在水中呈懸浮狀態，當水動能突然下 降時，碎屑顆粒在重力分選作用下迅 速下沉，所形成的 碎屑粒徑向上逐漸變細的層理稱遞變層理。二、層面構造Surface Features 包括：波痕、泥裂、印痕、雨痕、生物痕跡。 波痕是沉積介質動蕩的標志。更重要的是波痕還可用來判斷巖層的頂底，出現波痕的一側為頂。 地質學家能通過波痕的形狀來判斷沉積時流水或風的運動方向。 單向動力條件形成的波痕雙向動力條件形成的波痕Ripple Marks Characteristic of shallow water de

16、position. Caused by waves or winds.泥裂是由巖層表面垂直向下的多邊形裂縫。泥裂的產生表明當時的沉積環境是在干燥與濕潤之間變化的。當暴露于空氣中時，濕泥蒸干、萎縮形成裂痕。泥裂經常與淺湖和沙漠盆地相聯系，即是濱海或濱湖地帶的泥質沉積物，暴露水面后失水變干收縮而成。利用泥裂也可以確定巖層的頂底，開口方向為頂，尖滅方向為底。Mudcracks - result from the drying out of wet sediment at the surface of the Earth. The cracks form due to shrinkage of the

17、 sediment as it dries.印痕恐龍足跡生物痕跡雨痕三、結核構造后生結核 在固結成巖作用后形成的結核，結核切割層理。同生結核 在沉積過程中形成的結核，層理圍繞結核。成巖結核 在固結成巖過程中形成的結核，切割層理，但結核頂底層理圍繞結核。四、縫合線巖石剖面中呈踞齒狀起伏的曲線。發育于易溶蝕的石灰巖、白云巖及鈣質砂巖。規模較大的縫合線是沉積作用短暫仃頓或間斷時在沉積物表面發生溶蝕作用形成的溶溝、溶槽及石牙，后被同類沉積物充填覆蓋而成。4.3 主要的沉積巖 由機械沉積作用產生的碎屑沉積物所形成的巖石稱碎屑巖。 分為：礫巖與角礫巖、砂巖、粉砂巖、粘土巖。 沉積巖按其成因及組成物的不同分

18、為碎屑巖、化學巖和生物巖三大類4.3.1 碎屑巖 碎屑巖按組成巖石的主要碎屑物的粒徑及成分進行分類命名，按粒徑大小分四類： 礫巖與角礫巖 粒徑2mm的礫石占50以上 砂巖 mm的砂粒占50以上 （肉眼可明顯分辨碎屑顆粒） 粉砂巖mm的粉粒占50以上 （用放大鏡才能分辨碎屑顆粒） 粘土巖mm的粘粒占50以上 （用放大鏡也不能分辨顆粒，需用顯微鏡及電子顯微鏡觀察） 一、礫巖與角礫巖 以園次園狀礫石為主，稱礫巖(conglomerate)。 以棱角次棱角狀礫石為主，稱角礫巖（breccia)。 再根據礫石的主要成分作進一步命名： 如礫石主要是石英，稱石英質礫（角礫）巖。角礫巖 礫巖 二、砂巖（san

19、dstone） 砂巖按其粒徑大小作進一步分類： 粗砂巖mm的砂粒占50以上。 中砂巖mm的砂粒占50以上。 細砂巖mm的砂粒占50以上。 再根據碎屑、膠結物及基質成分進行命名： 細砂巖中碎屑以石英為主，長石次之，CaCO3膠結，稱細粒鈣質長石石英砂巖。 粗砂巖中碎屑以巖屑為主，其次是長石，泥質膠結，稱粗粒泥質長石巖屑砂巖。 細砂巖中碎屑以長石為主，石英次之，硅質膠結，稱細粒硅質石英長石砂巖。 三、粉砂巖(siltstone) 粉砂巖為遠源細粒沉積，碎屑成分都以石英為主、少量長石和其它成分。進一步的命名，著重考慮膠結物成分及顏色。 CaCO3膠結，稱鈣質粉砂巖泥質膠結，稱泥質粉砂巖 SiO2膠結

20、，稱硅質粉砂巖 沉積巖的不同顏色可反映不同的沉積環境： 褐紅色泥質粉砂巖 灰黃色鈣質粉砂巖 極淺水、強氧化 淺水、弱氧化 灰綠色鈣質粉砂巖 灰黑色硅質粉砂巖 較淺水、弱還原 較深水、強還原 四、粘土巖 主要由粘土礦物組成。 固結微弱者，稱粘土（clay)； 固結較好，但無層理者，稱泥巖(mudstone)； 固結好，且具良好層理者，稱頁巖（shale)。 粘土巖中除粘土礦物外常混入粉砂、細砂及CaCO3、SiO2、Fe2O3nH2O、有機質等化學與生物沉積物。粘土巖因混入物的不同而具有不同的顏色，因此，粘土巖以顏色和混入物的成分， 作進一步的命名： 棕紅色泥巖、黃綠色鈣質泥巖、黑色硅質頁巖 淺

21、水、強氧化 弱氧化 弱還原 深水、強還原 泥巖4.3.2 化學巖 由化學沉積作用，產生的硅質（ SiO2 ）、鈣質（ CaCO3 ）、白云質（ MgCO3）、鋁質（Al2O3nH2O）、鐵質（ Fe2O3nH2O ）、錳質（ MnOMnO2nH2O）、磷質（P205nH2O）等化學沉積物，形成的巖石，稱為化學巖。化學巖按其主要成分分類有：硅質巖、灰巖、白云巖、鋁質巖、鐵質巖、錳質巖、磷質巖等。 硅質巖的主要組成礦物是微粒石英、玉髓，少量蛋白石。主要鑒定特征是硬度大于小刀。 主要產于較深水深水強還原環境，大多含有機質，故色呈灰黑色；呈結核狀產出時，稱硅質結核，又稱燧石結核。 在淺水氧化弱還原環境

22、中形成的含氧化鐵的硅質巖，有時帶紅色色調，有時帶黃色或綠色色調，稱碧玉(Jasper）；當呈同心園狀構造時稱為瑪瑙（Agate)。 在溶洞、裂隙中形成的質輕多孔的硅質巖，稱硅華（Siliceous tufa）。 硅質巖與粘土巖的過渡類型為硅質頁巖（Siliceous shale）一、硅質巖（Siliceous rock)Composed largely of silica (SiO2).Most are inorganic.Precipitate from SiO2-rich waters.Can occur as nodules.Cavities in limestone or dolomi

23、te fill with silica. 簡稱灰巖，主要由方解石組成。鑒別特征是硬度小于小刀，遇稀酸劇烈起泡(放出CO2）。 碎屑結構的灰巖中，碎屑成分都是CaCO3，有三種類型的碎屑： (1)海盆先固結的碳酸鈣被波浪打碎后形成的碎屑，又稱內碎屑； (2)從海水中凝聚形成的渾圓狀或團塊狀CaCO3碎屑； (3)動植物的介殼、骨骼、莖葉被波浪打碎形成的生物碎屑。 二、石灰巖（Limestone）LIMESTONEComposed of Calcite (CaCO3).Originate in warm, marine environments.Organisms extract Ca+2 and

24、 CO2 from water to makeskeletons.Upon death, skeletal material accumulates formingLIMESTONE.Most limestones form in shallow waters on continentalshelves in equatorial regions.Can also form in deep water.碎屑結構的灰巖按碎屑及膠結物特征命名： 內碎屑形狀似竹葉，命名為竹葉狀灰巖； 由球粒或團塊構成，分別稱球粒或團塊灰巖； 由鮞粒或豆粒構成，分別稱鮞粒或豆粒灰巖； 由生物碎屑構成，稱生物碎屑灰巖。

25、SEDIMENTATION AND SEDIMENTARY ROCKSLIMESTONEFossiliferous LimestoneSEDIMENTATION AND SEDIMENTARY ROCKSLIMESTONELithographic Limestoneor Micrite 主要由白云石組成。主要鑒別特征是硬度小于小刀；遇冷酸不起泡，但粉末點酸起泡）放出（C02）。 白云巖與灰巖的化學成分相近，又成因上有聯系，因此兩者中存在許多過渡類型，按方解石和白云石的相對含量的大小進行命名： 灰巖白云質灰巖灰質白云巖白云巖 方解石100 0 白云石0 100三、白云巖SEDIMENTATION

26、 AND SEDIMENTARY ROCKSCHEMICAL SEDIMENTARY ROCKSDOLOMITEComposed of the mineral dolomite (Ca,Mg(CO3)2).Similar to limestone in appearance.Not really exactly sure how it is deposited. 四、鹽巖 石鹽，鉀石鹽、石膏、芒硝、蘇打、硼砂等。4.3.3 生物巖 碳質可燃有機巖：煤、泥炭 瀝青質可燃有機巖：石油、天然氣、地蠟、瀝青等。 4.4 沉積環境不同的沉積巖形成于不同的沉積環境中，因此可以根據沉積巖判斷這些巖石形成時的沉積環境。如石灰巖形成于海相沉積環境；而紅色砂巖形成于干旱的陸相沉積環境。 沉積地層往往是在一定的地表沉積環境（如淺海、濱海、湖泊、河流等）中形成的，不同的沉積環境形成