應用沉積學主講：杜振川研究生課程應用沉積學—上篇沉積學基本原理

第二章沉積物的來源

第一節

概

述

物質來源①陸源物質——母巖的風化產物；②生物源物質——生物殘骸和有機物質；③深源物質——火山碎屑物質和深部鹵水；④宇宙源物質——隕石

其中，地表先成巖石（母巖）風化的產物是沉積物最主要的來源

應用沉積學—上篇沉積學基本原理

第二章沉積物的來源

第一節

概

述

沉積巖形成階段

風化作用階段

搬運作用階段沉積作用階段同生作用階段—沉積物沉積下來后與沉積介質(底層水等)保持聯系并發生反應的過程。

成巖作用階段—沉積物逐漸被埋藏而與沉積介質失去聯系并固結成巖的過程后生作用階段—隨著進一步埋深，巖石繼續發生變化，一直到遭受變質作用而成為變質巖之前的過程。第二章沉積物的來源

第二節

沉積物的主要來源——母巖風化產物

一、母巖的風化

1）風化作用

風化作用物理風化作用化學風化作用生物風化作用

第二章沉積物的來源

第二節

沉積物的主要來源—母巖風化產物

一、母巖的風化

2）風化過程中元素析出順序—元素的風化分異母巖在化學風化過程中表現為某些元素的淋濾分散和另外一些元素的殘積富集兩個方面。但是，各種元素在特定的風化條件下遷移能力是不一樣的，亦即各種元素從母巖中析出的難度不同，因而造成各種元素按一定順序從母巖中分離出來，即元素的風化分異。

第二章沉積物的來源

第二節

沉積物的主要來源—母巖風化產物

一、母巖的風化

2）風化過程中元素析出順序—元素的風化分異根據元素在表生條件下的遷移能力

①最易遷移元素Cl、Br（溴）、I（碘）、S；②易遷移元素Ca、Mg、Na、F、Sr、K、Zn；③遷移元素Cu、Ni、Co（鈷）、Mo（鉬）、V（釩）、Mn、Si(在硅酸鹽中)、P；④惰性(微弱遷移)元素Fe、A1、Ti、Sc（鈧）、TR(稀土元素)等；⑤幾乎不移動的元素

(Si)(石英)

第二章沉積物的來源

第二節

沉積物的主要來源—母巖風化產物

一、母巖的風化

2）風化過程中元素析出順序—元素的風化分異遷移能力使原來共生的元素在風化過程中因遷移能力不等而發生分異。遷移能力最強的Cl、S最先從風化帶中流失；其次是Ca、Mg、Na、F等；而K、Mn、Si、P等遷移能力較弱；Al、Fe、Ti等遷移能力很弱，往往殘留原地形成紅土和鋁土礦。

第二章沉積物的來源

第二節

沉積物的主要來源—母巖風化產物

一、母巖的風化

2）風化過程中元素析出順序—元素的風化分異影響元素遷移能力的因素

①元素自身的原子和離子特性(離子半徑、原子價、極化能力等)例如鈣長石要比鈉長石易風化，故在相同條件下Ca要比Na易于析出，而同樣的Ca，在石灰巖中要比在鈣長石中易于析出；②介質的pH和Eh值，例如Fe在氧化環境中遷移能力很小，但在還原環境中則顯著增加；③生物及氣候條件的影響，如潮濕炎熱地區的SiO2遷移能力大大增加，幾乎與Ca一樣。

第二章沉積物的來源

第二節

沉積物的主要來源—母巖風化產物

一、母巖的風化

3）風化帶發育的階段性在風化帶中礦物的變化具有明顯的階段性，一種原生礦物隨著風化程度的加深，通過一系列中間階段，依次形成一些過渡性礦物，然后轉化為最終產物(與最終風化環境取得平衡的生成物)。某些造巖硅酸鹽礦物風化轉變的一般階段是：鉀長石→絹云母→水云母→高嶺石；輝石→綠泥石→水綠泥石→蒙脫石→多水高嶺石→高嶺石；黑云母→蛭石→蒙脫石→高嶺石。

第二章沉積物的來源

第二節

沉積物的主要來源—母巖風化產物

一、母巖的風化

3）風化帶發育的階段性波雷諾夫根據元素從風化帶中析出的順序，將結晶巖的風化過程分為四個階段，不同階段有其獨特的風化產物。

一、母巖的風化

3）風化帶發育的階段性一、母巖的風化

3）風化帶發育的階段性

①碎屑階段：以物理風化為主，風化產物主要為巖石或礦物碎屑；②飽和硅鋁階段：巖石中的氯化物和硫酸鹽將全部被溶解，然后在C02和H2O的共同作用下，鋁硅酸鹽和硅酸鹽礦物開始分解，游離出K+、Na+、Ca2+、Mg2+，這些陽離子的存在，使介質呈堿性或中性，并使一部分Si02轉入溶液，這個階段形成的粘土礦物有蒙脫石、水云母、拜來石、綠脫石以及綠泥石等，同時堿性條件下難溶的碳酸鈣開始堆積；③酸性硅鋁階段：堿金屬和堿土金屬大量被溶濾掉，SiO2進一步游離出來，隨著有機質分解形成大量有機酸和CO2，使介質轉為酸性。使上階段形成的礦物(蒙脫石、水云母等)轉變成粘土礦物高嶺石等；④鋁鐵土階段：堿金屬和堿土金屬全部游離出來，加上有機酸被地表水淋走或沖淡，使介質又呈中性或堿性，致使SiO2大量流失，此外全部可移動的元素都被帶走了，主要就剩下鐵和鋁的氧化物及部分二氧化硅，在原地形成水鋁石、水鋁礦、褐鐵礦、針鐵礦、赤鐵礦及蛋白石的堆積，由于它是一種紅色疏松的鐵質或鋁質土壤，所以也稱為紅土。二、主要造巖礦物和巖石在風化帶中的穩定性和習性

在風化帶中由于各種造巖礦物的穩定性明顯不同，造成它們的風化速度和程度就有很大差異。

礦物在風化時的穩定性主要取決于化學成分、物理性質、晶體構造以及所處的風化條件，尤其是氣候條件。

各種造巖礦物在風化時的穩定性不同，其風化習性和風化產物也必然不同。二、主要造巖礦物和巖石在風化帶中的穩定性和習性

1、長石類

長石類受到各種酸，主要是碳酸的作用而發生分解，析出K、Na、Ca等陽離子，并水化而變為水云母。水云母可繼續分解，在酸性介質中游離出部分SiO2，并進一步脫K+而變為高嶺石，在堿性介質中則可脫K+吸Mg2+而變為蒙脫石。在濕熱的氣候條件下，高嶺石進一步分解，使其中A12O3、SiO2與羥基之間的聯系消失，形成含水氧化鋁和蛋白石的堆積。

總的來說，長石抗風化能力不高，因此沉積巖中長石碎屑多少有點風化，只在氣候干燥、堆積迅速條件下才能見到新鮮的長石碎屑。

二、主要造巖礦物和巖石在風化帶中的穩定性和習性

2、鐵鎂礦物

穩定性均很低，其中以橄欖石最易風化，其次是輝石，再次為角閃石，故它們在沉積巖中通常以含量很少的重礦物存在。此類礦物在碳酸的作用下隨著Ca2+、Mg2+、F2+等陽離子的析出，同時發生水解，在強氧化和強堿性條件下變為蒙脫石，而在弱還原條件下則可變為綠泥石。蒙脫石在酸性條件下可進一步轉變為高嶺石。最后S02全部游離出來，一部分呈膠體被帶走，另一部分則成為蛋白石、玉髓留在原地；而游離出來的Fe2+則被氧化為含水氧化鐵堆積在原地。由于風化后大量氧化鐵的形成，造成風化產物都呈紅棕色、棕褐色。

二、主要造巖礦物和巖石在風化帶中的穩定性和習性

3、云母類

白云母的穩定性較大，故在沉積巖中較常見。但在較強的化學作用下也能游離出K、O和部分SiO2，并水化而變成水云母，最后變為高嶺石，在堿性條件下也可變為蒙脫石。黑云母的穩定性較低，風化時常轉變為水云母或綠泥石，最終變為高嶺石，以及含水氧化物。

二、主要造巖礦物和巖石在風化帶中的穩定性和習性

4、氧化硅礦物

石英、玉髓、蛋白石、鱗石英、方英石等，它們在堿性條件下會發生水解而溶解。氧化硅的溶解度取決于溫度和PH值；尤其是石英在地表溫度下的溶解度極低，可見石英的化學穩定性極高。

二、主要造巖礦物和巖石在風化帶中的穩定性和習性

5、粘土礦物

這類礦物形成于地表條件下，故比較穩定，其中以高嶺石最為穩定，但在濕熱氣候條件下，經長期風化也可分解為氧化硅和氧化鋁。6、碳酸鹽礦物

主要為方解石和白云石。它們的風化主要表現為溶解作用，在富含CO2的水中極易溶解。

7、金屬硫化物

一般說來抵抗風化能力很低，其中以黃鐵礦和方鉛礦穩定性較高，最弱的是閃鋅礦和輝銅礦。這些礦物在水和氧作用下變為硫酸鹽，硫酸鹽進一步在水和各種酸的作用下，形成難溶的氫氧化物或含氧鹽留在原地。

二、主要造巖礦物和巖石在風化帶中的穩定性和習性

8、重礦物

某些碎屑重礦物的穩定性

二、主要造巖礦物和巖石在風化帶中的穩定性和習性

巖石是由礦物組成的，其風化時的穩定性取決于礦物成分。超基性巖和基性巖的主要成分為不穩定的基性斜長石和鐵鎂礦物，故易風化；酸性巖主要由穩定的石英、鉀長石及酸性斜長石組成，抗風化能力就較高；而中性巖則介于兩者之間。沉積巖中的砂巖主要由穩定的石英碎屑組成時，則以機械破碎為主；但如果長石及其他巖屑含量很多時，抗風化能力就要降低；粘土巖主要由粘土礦物組成，一般亦較穩定，只在濕熱氣候條件下才發生分解；石灰巖在干冷地區以機械破碎為主，在溫暖潮濕地區則以溶解為主。三、母巖風化產物——沉積物的主要來源

母巖遭受風化后形成各種風化產物，這實質上是在地表條件下物質發生重新分配、重新組合的過程。

母巖風化產物①碎屑物質，這是母巖機械破碎的產物，這類物質包括未遭受分解的礦物碎屑和巖石碎屑；②不溶殘積物，這是母巖在分解過程中新生成的不溶物質，粘土礦物和氧化鐵等，以粘土礦物為主；③溶解物質，這部分物質呈溶液狀態被帶走，如K2O、Na2O、CaO、MgO等。

三、母巖風化產物——沉積物的主要來源

這三類風化產物也就構成了最常見的三類沉積巖的基本物質：碎屑物質是陸源碎屑巖(礫巖、砂巖和粉砂巖)的主要成分；不溶殘積物中的粘土礦物是陸源沉積巖中泥