1、沉積學沉積學Sedimentology沉積巖石學及巖相古地理沉積巖石學及巖相古地理Sedimentary petrography and lithofacies paleogeography王艷忠王艷忠地球科學與技術學院地球科學與技術學院個人簡歷u 王艷忠，講師，王艷忠，講師，2004年獲中國石油大學（華東）資源勘查工程專業學士學位，年獲中國石油大學（華東）資源勘查工程專業學士學位，2007年獲中國石油大學（華東）地質學碩士學位，年獲中國石油大學（華東）地質學碩士學位，2010年獲中國石油大學（華東）地質年獲中國石油大學（華東）地質學博士學位，學博士學位，2010年年7月留校從事教學科研工作。

2、月留校從事教學科研工作。u 發表發表論文及申請專利情況論文及申請專利情況l 在在地質科學地質科學、石油學報石油學報、沉積學報沉積學報、中國石油學報中國石油學報、AAPG會議會議等發表學位論文等發表學位論文20余篇。余篇。l 申請國家發明專利申請國家發明專利4項。項。u 獲獎情況獲獎情況l 山東省科技進步一等獎，山東省科技進步一等獎，2012。l 中國石油和化學工業學會科技進步三等獎，中國石油和化學工業學會科技進步三等獎，2009。l 中國石油大學（華東）地學院青年教師講課比賽第一名，中國石油大學（華東）地學院青年教師講課比賽第一名，2011。u 科研情況科研情況l 國家自然科學國家自然科學基金

3、：斷陷湖盆陡坡帶近岸水下扇沉積成因模式及其規模量化預基金：斷陷湖盆陡坡帶近岸水下扇沉積成因模式及其規模量化預測研究測研究l 山東省自然科學山東省自然科學基金：東營凹陷古近系中深層有效儲層采出和成藏物性下限研基金：東營凹陷古近系中深層有效儲層采出和成藏物性下限研究究l 中國中國石油大學創新石油大學創新基金：碎屑巖儲層地質歷史時期孔隙度演化研究基金：碎屑巖儲層地質歷史時期孔隙度演化研究u 辦公室：工科樓辦公室：工科樓C-718u Tel E-mail：總計總計48學時：沉積巖石學學時：沉積巖石學32學時，巖相古地理學時，巖相古地理16學時學時教學計劃教學計劃沉積相沉積相基

4、本概念和分類基本概念和分類 1學時學時沖積扇相沖積扇相 1學時學時河流相河流相 2學時學時湖泊相湖泊相 2學時學時三角洲相三角洲相 2學時學時海相沉積模式海相沉積模式 2學時學時重力重力流概念、特征流概念、特征 2學時學時碳酸鹽碳酸鹽沉積環境（相）沉積環境（相） 2學時學時課堂討論及復習總結課堂討論及復習總結 2學時學時緒論緒論 2學時學時沉積巖的形成沉積巖的形成 4學時學時陸源碎屑巖的成分陸源碎屑巖的成分 2學時學時碎屑巖結構及碎屑巖結構及粒度分析粒度分析 2學時學時碎屑巖構造和顏色碎屑巖構造和顏色 6學時學時陸源碎屑巖各論陸源碎屑巖各論 4學時學時陸陸源碎屑巖的沉積后作用源碎屑巖的沉積后作

5、用 2學時學時碳酸鹽巖概論碳酸鹽巖概論 4學時學時碳酸鹽巖各論碳酸鹽巖各論 4學時學時碳酸鹽巖的沉積后作用碳酸鹽巖的沉積后作用 2學時學時第二章第二章 沉積巖的形成過程沉積巖的形成過程 沉積巖的形成：沉積巖的形成：原始物質原始物質 沉積物沉積物 沉積巖沉積巖搬運搬運 沉積后作用沉積后作用沉積沉積沉積巖的原始物質沉積巖的原始物質陸源物質陸源物質 生物源物質生物源物質 深源物質深源物質 宇宙源物質宇宙源物質 母巖風化產物母巖風化產物 生物殘骸及有機質生物殘骸及有機質 火山碎屑火山碎屑+深層鹵水深層鹵水 隕石隕石 第一節第一節 沉積巖原始物質的形成沉積巖原始物質的形成 一、陸源物質的形成一、陸源物質

6、的形成 母巖的風化產物。母巖的風化產物。母巖：母巖：地表上出露的先期巖石，能夠為沉積巖提供原始物質。地表上出露的先期巖石，能夠為沉積巖提供原始物質。母巖分布區：母巖區母巖分布區：母巖區或或陸源區、陸源區、物源區物源區，簡稱簡稱源區。源區。風化作用分類風化作用分類物理風化作用物理風化作用 化學風化作用化學風化作用 生物風化作用生物風化作用 機械破碎機械破碎 化學分解化學分解 機械作用化學和生物化學作用機械作用化學和生物化學作用 溫度、晶體生長、溫度、晶體生長、重力生物、重力生物、 氧、水和酸氧、水和酸 直接作用間接作用直接作用間接作用水、冰、風水、冰、風 化學成分不變化學成分不變 氧化、水解和溶

7、解氧化、水解和溶解 碎屑物質（巖石碎屑物質（巖石 新礦物新礦物 促進和加速化學風化作用進行促進和加速化學風化作用進行碎屑礦物碎屑）粘土礦物和化學沉淀物質碎屑礦物碎屑）粘土礦物和化學沉淀物質 （一）母巖（一）母巖風化中元素的轉移順序風化中元素的轉移順序元素的風化分異：元素的風化分異：一定條件下，因元素從母巖中析出的難易程度不同，一定條件下，因元素從母巖中析出的難易程度不同，使得不同元素在分離時有一定的順序。使得不同元素在分離時有一定的順序。受原子與離子特性、礦物特征、介質受原子與離子特性、礦物特征、介質pH、Eh、生、生物及氣候條件等的影響。物及氣候條件等的影響。溫濕條件下（波雷諾夫，溫濕條件下

8、（波雷諾夫，1934；彼列爾曼，；彼列爾曼，1955）1.1.最易遷移元素最易遷移元素2.2.易遷移元素易遷移元素3.3.可遷移元素可遷移元素4.4.惰性（微弱遷移）元素惰性（微弱遷移）元素5.5.幾乎不遷移元素幾乎不遷移元素 （二）主要造巖礦物的風化及其產物（二）主要造巖礦物的風化及其產物 1.石英石英穩定性高，一般只發生機械破碎作用。穩定性高，一般只發生機械破碎作用。碎屑巖的主要造巖礦物碎屑巖的主要造巖礦物 2.長石長石穩定性僅次于石英穩定性僅次于石英 鉀長石鉀長石 酸性斜長石酸性斜長石 斜長石斜長石 中性斜長石中性斜長石 基性斜長石基性斜長石 （1）鉀長石）鉀長石 析出析出K,Si 析出

9、析出K,Al SiO2nH2O（蛋白石）（蛋白石）KAlSi3O8K1Al2(Si,Al)4O10OH2nH2OAl4Si4O10OH8 鉀長石鉀長石 +H2O 水白云母水白云母 +H2O 高嶺石高嶺石 Al2O3nH2O（鋁土礦）（鋁土礦）（2）斜長石）斜長石 的的 產物同鉀長石相似產物同鉀長石相似 蛋白石蛋白石 斜長石斜長石蒙脫石、黝簾石、綠簾石、方解石蒙脫石、黝簾石、綠簾石、方解石高嶺石高嶺石 鋁土礦鋁土礦 3.3.云母云母白云母（白云母（K K）的抗風化能力較強。）的抗風化能力較強。析出鉀，加入水析出鉀，加入水水白云母水白云母高嶺石高嶺石黑云母（黑云母（FeFe、MgMg）的抗風化能力

10、弱。）的抗風化能力弱。析出析出K K、MgMg，加入水，加入水蛭石綠泥石褐鐵礦蛭石綠泥石褐鐵礦 4.4.鐵鎂硅酸鹽礦物鐵鎂硅酸鹽礦物抗風化能力較差。抗風化能力較差。橄欖石橄欖石 輝石輝石 伊利石伊利石蒙脫石蒙脫石蛋白石、鋁土礦蛋白石、鋁土礦 7.硫酸鹽礦物、硫化物礦物，鹵化物礦物：硫酸鹽礦物、硫化物礦物，鹵化物礦物：最易溶于水中。最易溶于水中。8.巖漿巖及變質巖中的一些次要礦物或副礦物：巖漿巖及變質巖中的一些次要礦物或副礦物：差別很大差別很大鋯英石、金紅石、電氣石、石榴石、剛玉、錫石、磁鐵礦、鋯英石、金紅石、電氣石、石榴石、剛玉、錫石、磁鐵礦、榍石、十字石、藍晶石、獨居石、紅柱石等風化穩定性榍

11、石、十字石、藍晶石、獨居石、紅柱石等風化穩定性較大較大 沉積巖中的沉積巖中的重礦物重礦物為什么造巖礦物風化穩定性差別如此之大？為什么造巖礦物風化穩定性差別如此之大？1.1.造巖元素風化分異作用造巖元素風化分異作用2.2.礦物的結晶溫度礦物的結晶溫度 （鮑文反應系列）（鮑文反應系列） 高溫礦物，低溫礦物，高溫礦物，低溫礦物， 但金剛石呢？但金剛石呢？3.3.礦物的晶體化學性質礦物的晶體化學性質 （晶體構造）（晶體構造）（三）巖石的風化及其產物（三）巖石的風化及其產物母巖的礦物組成不同，風化產物也不同。母巖的礦物組成不同，風化產物也不同。母巖風化作用的階段性：母巖風化作用的階段性： 由于各化學成分

12、由于各化學成分在風化作用中轉移性質不同，風化作用在風化作用中轉移性質不同，風化作用具有明顯的階段性。具有明顯的階段性。波雷諾夫將玄武巖的風化過程分為四個階段。波雷諾夫將玄武巖的風化過程分為四個階段。1.1.機械破碎階段機械破碎階段物理風化為主物理風化為主巖石或礦物的碎屑巖石或礦物的碎屑 2.飽和硅鋁階段：飽和硅鋁階段：氯化物和硫酸鹽全部溶解；氯化物和硫酸鹽全部溶解；在在COCO2 2、H H2 2O O作用下，作用下，鋁硅酸鹽礦物中的鋁硅酸鹽礦物中的K K+ +,Na,Na+ +,Ca,Ca2+2+,Mg,Mg2+ 2+ 開開始游離，始游離，使溶液呈中使溶液呈中- -堿性，堿性，促使一部分促使

13、一部分SiOSiO2 2轉入溶液。轉入溶液。 3.3.酸性硅鋁階段：酸性硅鋁階段：幾乎全部的幾乎全部的CaCa2+2+、NaNa+ +、K K+ +、MgMg2+2+被帶走，被帶走，SiOSiO2 2進一步進入溶液，進一步進入溶液，介質開始轉為酸性，介質開始轉為酸性，形成高嶺石形成高嶺石、變埃洛石、變埃洛石等粘土礦物等粘土礦物 4.4.鋁鐵土階段：鋁鐵土階段：硅酸鹽礦物徹底地分解，原地形成水鋁礦、褐鐵礦、針鐵硅酸鹽礦物徹底地分解，原地形成水鋁礦、褐鐵礦、針鐵礦、赤鐵礦和蛋白石。堆積物也稱紅土。礦、赤鐵礦和蛋白石。堆積物也稱紅土。 風化作用一般并不完整。風化作用一般并不完整。能否達到鋁鐵土階段，

14、能否達到鋁鐵土階段，取決于取決于母巖巖性、氣候、地形、地殼運母巖巖性、氣候、地形、地殼運動強度、風化時間長短動強度、風化時間長短等等多種因素多種因素，尤其是尤其是氣候因素氣候因素。干旱沙漠地區干旱沙漠地區植被發育的溫濕地區停留在酸性硅鋁階段植被發育的溫濕地區停留在酸性硅鋁階段濕熱地區可達到鋁鐵土階段濕熱地區可達到鋁鐵土階段， （四）母巖風化產物的類型（四）母巖風化產物的類型1. 1. 碎屑殘留物質：碎屑殘留物質：母巖的巖屑或礦物碎屑。母巖的巖屑或礦物碎屑。 2.2.新生成的礦物：新生成的礦物：水白云母、高嶺石、蒙脫石、蛋白石、鋁土礦、褐鐵礦等水白云母、高嶺石、蒙脫石、蛋白石、鋁土礦、褐鐵礦等。

15、3.3.溶解物質：溶解物質：如如ClCl、S S、CaCa、NaNa、MgMg、K K、SiSi、FeFe、AlAl、P P等。等。 不同風化產物形成不同的沉積巖：不同風化產物形成不同的沉積巖：碎屑殘留物質化學風化礦物碎屑殘留物質化學風化礦物 陸源碎屑巖陸源碎屑巖溶解物質溶解物質 化學巖和生物化學巖和生物巖化學巖和生物化學巖和生物巖母巖的風化程度不同，沉積物的成分復雜程度也不同。母巖的風化程度不同，沉積物的成分復雜程度也不同。 （五）風化殼（五）風化殼1.1.概念概念 由風化殘余物質（包括新生成的化學風化礦物）組由風化殘余物質（包括新生成的化學風化礦物）組成的巖石地表部分。成的巖石地表部分。完

16、整風化殼的結構完整風化殼的結構：底部基巖：底部基巖 半風化的殘積層半風化的殘積層 上部的土壤層上部的土壤層 2.2.風化程度風化程度表層風化程度較深，深處風化程度較淺，表層風化程度較深，深處風化程度較淺，最終過渡到未風化的母巖最終過渡到未風化的母巖酸性鋁硅階段酸性鋁硅階段鋁鐵土階段鋁鐵土階段機械破碎階段機械破碎階段飽和鋁硅階段飽和鋁硅階段 3.3.風化殼的厚度風化殼的厚度決定于母巖性質、氣候、地形、構造等因素。決定于母巖性質、氣候、地形、構造等因素。氣候濕熱、地形平坦、構造活動穩定，則風化殼厚度氣候濕熱、地形平坦、構造活動穩定，則風化殼厚度較大；較大； 古風化殼的地質意義和經濟意義：古風化殼的

17、地質意義和經濟意義：地殼上升、不整合的重要標志地殼上升、不整合的重要標志古地理、古氣候分析的重要依據古地理、古氣候分析的重要依據鐵、鋁、高嶺土等礦產；鐵、鋁、高嶺土等礦產；可以形成油氣藏。可以形成油氣藏。 二、沉積巖原始物質的其它來源二、沉積巖原始物質的其它來源 （一）生物成因的沉積物（一）生物成因的沉積物 1.無機成分為主的生物殘骸無機成分為主的生物殘骸是生物的硬體部分是生物的硬體部分常保存為化石，成分為碳酸鹽、常保存為化石，成分為碳酸鹽、磷酸鹽和硅質等。磷酸鹽和硅質等。 2.2.有機生物殘體有機生物殘體動植物的軟體部分動植物的軟體部分有機物有機物（碳氫化合物）（碳氫化合物）。經埋藏成巖后：

18、經埋藏成巖后：（1 1）不溶物質）不溶物質干酪根：不溶于有機溶劑的固體有機質。干酪根：不溶于有機溶劑的固體有機質。（2 2）可溶物質）可溶物質烴類、瀝青等。烴類、瀝青等。一部分轉化為石油、天然氣、油頁巖、煤等，一部分轉化為石油、天然氣、油頁巖、煤等，大部分呈分散狀態存在于沉積巖中。大部分呈分散狀態存在于沉積巖中。 （二）深部來源（深源）的物質（二）深部來源（深源）的物質火山碎屑火山碎屑沿深斷裂流出的地下深層熱鹵水、溫泉、熱氣液等沿深斷裂流出的地下深層熱鹵水、溫泉、熱氣液等形成鹽巖、膏巖、硅巖、鐵巖、錳巖等巖石和鉛、鋅等礦床。形成鹽巖、膏巖、硅巖、鐵巖、錳巖等巖石和鉛、鋅等礦床。（三）宇宙（來）

19、源的物質（三）宇宙（來）源的物質 隕石、宇宙塵埃隕石、宇宙塵埃第二節 沉積物的機械搬運和沉積作用 風化作用的產物及其它來源的沉積物質除了少量殘風化作用的產物及其它來源的沉積物質除了少量殘留原地以外，大部分將進入搬運狀態向沉積盆地轉留原地以外，大部分將進入搬運狀態向沉積盆地轉移。移。母巖風化：碎屑物質、新生成物質、溶解物質母巖風化：碎屑物質、新生成物質、溶解物質生物來源：生物硬體、生物軟體生物來源：生物硬體、生物軟體深部來源：巖漿、鹵水、氣熱液深部來源：巖漿、鹵水、氣熱液宇宙來源：宇宙來源：隕石隕石n 沉積物沉積物發生物質搬運和沉積作用的介質（搬運介質）發生物質搬運和沉積作用的介質（搬運介質）l

20、流水、大氣、流水、大氣、冰川冰川n 搬運搬運動力：動力：l風、重力、流水、波浪、潮汐風、重力、流水、波浪、潮汐n 沉積物的搬運和沉積作用的沉積物的搬運和沉積作用的方式方式l機械機械搬運和沉積作用搬運和沉積作用 碎屑碎屑+ +新生成物質新生成物質+ +火山碎屑火山碎屑+ +宇宙源物質宇宙源物質l化學化學搬運和沉積作用搬運和沉積作用 溶解溶解物質、深層鹵水物質、深層鹵水l生物生物搬運和沉積作用搬運和沉積作用 生物生物源物質源物質一、流體的幾個基本概念和基礎知識一）牛頓流體和非牛頓流體一）牛頓流體和非牛頓流體內摩擦定律內摩擦定律在溫度不變的條件下，隨著流速梯度變化，動力在溫度不變的條件下，隨著流速梯

21、度變化，動力粘滯系數粘滯系數/ /運動粘滯系數始終保持一常數。運動粘滯系數始終保持一常數。服從內摩擦定律服從內摩擦定律牛頓流體牛頓流體牽引流（含少量泥牽引流（含少量泥砂的流水：河流、波浪流、潮汐流、大氣流等）砂的流水：河流、波浪流、潮汐流、大氣流等）。不服從內摩擦定律不服從內摩擦定律非牛頓流體非牛頓流體-重力流（濁流、重力流（濁流、泥石流、風暴流、狂風流等）泥石流、風暴流、狂風流等）。第二節 沉積物的機械搬運和沉積作用 類別類別牽引流牽引流重力流重力流流體性質流體性質牛頓流體牛頓流體非牛頓流體非牛頓流體密度密度低低高（高（1.08，海水比重），海水比重）液固相液固相不分不分搬運介質搬運介質流水

22、流水沉積物沉積物搬運動力搬運動力推力、負荷力推力、負荷力重力重力搬運方式搬運方式滾動、跳躍、懸浮滾動、跳躍、懸浮懸浮懸浮運動關系運動關系水主動，顆粒被動水主動，顆粒被動水被動，顆粒主動水被動，顆粒主動搬運物質搬運物質碎屑物質、溶解物質碎屑物質、溶解物質碎屑物質為主碎屑物質為主沉積作用沉積作用流速、能量減小流速、能量減小能力減小轉化或稀釋能力減小轉化或稀釋沉積環境沉積環境地形變化較小地形變化較小山前或斜坡及其下游方向山前或斜坡及其下游方向沉積構造沉積構造各種類型層理各種類型層理粒序粒序/遞變層理遞變層理牽引流和重力流的區別牽引流和重力流的區別二）沉積物機械搬運的方式和床沙形態（一）（一）碎屑顆粒

23、在流水中的受力分析碎屑顆粒在流水中的受力分析1.有效重力（有效重力（w）：顆粒受到的重力和浮力兩者之差）：顆粒受到的重力和浮力兩者之差2.粘結力（粘結力（Pc）：由顆粒表面的水膜所造成的粘結力）：由顆粒表面的水膜所造成的粘結力 3.水平推移力（水平推移力（Px）：水流作用于顆粒順水流方向的力）：水流作用于顆粒順水流方向的力4.垂直上舉力（垂直上舉力（Py）：垂直向上，產生原因：）：垂直向上，產生原因： Py水體浮力（已計算在有效重力中）；水體浮力（已計算在有效重力中）；顆粒上下因流速差而引起的壓力差；顆粒上下因流速差而引起的壓力差； Pc Px紊流中存在渦流的揚舉作用紊流中存在渦流的揚舉作用/

24、上舉渦力上舉渦力 W 紊流的上舉力大于層流。（二）沉積物的搬運方式、載荷（二）沉積物的搬運方式、載荷載荷：流體載荷：流體中被搬運的沉積物（中被搬運的沉積物（Load）載荷量：單位時間內流經某一橫斷面的沉積物總量載荷量：單位時間內流經某一橫斷面的沉積物總量搬運方式：搬運方式：溶解溶解物質物質-化學化學-溶解載荷（溶解載荷（solutional load)碎屑碎屑物質物質 滾動、跳躍搬運滾動、跳躍搬運-推移（床沙）載荷推移（床沙）載荷(bed load),粗粗 懸浮搬運懸浮搬運懸移載荷（懸移載荷（suspended load）,細細（三）福勞德數（三）福勞德數（FrFr）與床沙形態）與床沙形態1.

25、1.佛羅德數（佛羅德數（FrFr）-判斷水流狀態的參數判斷水流狀態的參數FrFr慣性力慣性力/ /重力（重力（V V2 2/L/L）/g/gV V2 2/ /（LgLg） 標志慣性力與重力之間的關系、描述流體的運動標志慣性力與重力之間的關系、描述流體的運動強度強度明渠明渠水流：河流、湖泊、海洋中的牽引流水流：河流、湖泊、海洋中的牽引流無壓流無壓流FrFr1 1：緩流，水深流緩：緩流，水深流緩上部流動體制，低流態上部流動體制，低流態FrFr1 1：臨界流，過渡流態：臨界流，過渡流態FrFr1 1：急流，水淺流急：急流，水淺流急下部流動體制，高流態下部流動體制，高流態2.2.床沙（床沙（bedbe

26、d）形態（底形）形態（底形）-bedform-bedform-流水在床沙表面流動時形成的幾何形態，受流動強度（流水在床沙表面流動時形成的幾何形態，受流動強度（FrFr）控制）控制明渠水流隨流動強度加大在床面依次出現下列床沙形態：明渠水流隨流動強度加大在床面依次出現下列床沙形態： 無顆粒運動的平坦床沙無顆粒運動的平坦床沙-沙紋沙紋-沙浪沙浪-沙丘沙丘-過渡型過渡型-平坦底床平坦底床-逆逆行沙丘行沙丘-槽、坑槽、坑（四）層流、紊流和雷諾數（四）層流、紊流和雷諾數兩種流動型態兩種流動型態層流與紊流層流與紊流/渦流渦流層流層流緩慢流動，流體質點平行線狀流動，彼此不相摻混。緩慢流動，流體質點平行線狀流動

27、，彼此不相摻混。紊流紊流充滿旋渦的流動，流速大小和流動方式隨時間變化，充滿旋渦的流動，流速大小和流動方式隨時間變化，流體質點運動軌跡極不規則，彼此摻混。流體質點運動軌跡極不規則，彼此摻混。 層流層流 紊流紊流雷諾數（雷諾數（Re, Reynolds numbers Reynolds numbers ）-判斷層流和紊流的參數判斷層流和紊流的參數慣性力與粘滯力之間的關系，描述流體的流動狀態慣性力與粘滯力之間的關系，描述流體的流動狀態Re慣性力慣性力/粘滯力粘滯力V2d2/VdVd/Re1 層流、層流、Re140 臨界流、臨界流、Re 40 紊流紊流 流速流速 流面流面 揚舉力揚舉力 剪切力剪切力

28、搬運能力搬運能力 分布分布 層流層流 小小 穩定穩定 小小 小小 弱弱 下下 紊流紊流 大大 變化變化 大大 大大 強強 上上 自然界中流水多為紊自然界中流水多為紊流，使沉積物得以搬流，使沉積物得以搬運，層流類似于靜水，運，層流類似于靜水，易發生沉積易發生沉積二、碎屑顆粒在牽引流中的搬運和沉積作用一）碎屑顆粒在單向水流中的搬運、沉積作用一）碎屑顆粒在單向水流中的搬運、沉積作用1、碎屑、碎屑顆粒的搬運、沉積作用的條件顆粒的搬運、沉積作用的條件受力分析受力分析： 動力：上舉力：流速、水深動力：上舉力：流速、水深 水平推力：大小、密度水平推力：大小、密度 -流速、顆粒大小流速、顆粒大小-尤爾斯特隆用

29、圖解方式定量表示了顆粒大小、流速與搬尤爾斯特隆用圖解方式定量表示了顆粒大小、流速與搬運、沉積的關系運、沉積的關系 -尤爾斯特隆圖解尤爾斯特隆圖解上舉力水平推力阻力有效重力碎屑顆粒在流水中的搬運和沉積與流速和顆粒大小的關系碎屑顆粒在流水中的搬運和沉積與流速和顆粒大小的關系尤爾斯特隆圖解尤爾斯特隆圖解幾個概念：幾個概念：開始搬運速度（開始搬運速度（V開）：開）：流水把處于靜止狀態的碎屑物質開始搬運走所需的流速流水把處于靜止狀態的碎屑物質開始搬運走所需的流速繼續搬運速度（繼續搬運速度（V繼）：繼）：流水維持碎屑物質繼續搬運所需要的流速。流水維持碎屑物質繼續搬運所需要的流速。V開開V繼繼尤爾斯特隆圖解

30、兩條曲線：兩條曲線：開始搬運曲線開始搬運曲線繼續搬運曲線繼續搬運曲線三個區：三個區：剝蝕區，搬運區和沉積區剝蝕區，搬運區和沉積區三個段：三個段：礫級礫級 難搬易沉難搬易沉 山區山區d2mm，V開大，V繼大，VV開V繼，小。粉砂和泥級粉砂和泥級 難難搬搬難沉難沉 深水深水 d0.1mm 0.1mm 的顆粒，下沉速度與其半徑平方成正的顆粒，下沉速度與其半徑平方成正比。根據實驗極細砂下沉比。根據實驗極細砂下沉30m30m約約2 2小時，細粘土則需小時，細粘土則需要要1 1年；下沉年；下沉300030004000m4000m，極細砂需要，極細砂需要1010天，細粘天，細粘土需要土需要100100年年

31、二）、碎屑物質在空氣中的搬運和沉積作用1.1. 特點：特點：1 1）風只搬運碎屑物質）風只搬運碎屑物質2 2）搬運能力小，只搬運）搬運能力小，只搬運細顆粒；相同細顆粒；相同速度，搬運能速度，搬運能力只有流水力只有流水1/3001/300。3 3）顆粒分選、磨圓好，常具霜面、棱面。）顆粒分選、磨圓好，常具霜面、棱面。4 4）作用空間大）作用空間大二）、碎屑物質在空氣中的搬運和沉積作用2.2.搬運方式：搬運方式：跳躍跳躍0.5mm0.5mm（70-80%70-80%）；）；滾動滾動0.50.52mm2mm（20%20%）；）；懸移懸移0.10.10.2mm0.2mm（10%10%）視風速可互相轉化

32、視風速可互相轉化搬運作用的控制因素：搬運作用的控制因素：1 1）風速）風速2 2）碎屑顆粒的濕度）碎屑顆粒的濕度3 3）顆粒的大小）顆粒的大小塵暴的搬運和沉積：塵暴的搬運和沉積：0.05mm0.05mm的粉砂和粘土的粉砂和粘土3.3.沉積作用沉積作用 風速降低：障礙物風速降低：障礙物-障礙堆積障礙堆積 兩股風相遇兩股風相遇 問題：在平坦的沙漠中沙丘如何形成？問題：在平坦的沙漠中沙丘如何形成？沙丘形成以后，沙丘形成以后，起到障礙作用，起到障礙作用，可逐漸加高。可逐漸加高。沙丘的沉積：沙丘的沉積：砂供給充足時，砂供給充足時，迎風面和背風迎風面和背風面均發生沉積面均發生沉積不足時，不足時，迎風面侵蝕

33、迎風面侵蝕背風面沉積背風面沉積三)碎屑物質在海湖水體中的搬運和沉積作用Question:1. 流水搬運的碎屑物質最終都要流入海洋、湖泊，那么是否流水搬運的碎屑物質最終都要流入海洋、湖泊，那么是否這些物質流入海洋、湖泊中就立即發生沉積呢？這些物質流入海洋、湖泊中就立即發生沉積呢？2. 海洋、湖泊中除了流水搬運來的碎屑物質外，是否還有其海洋、湖泊中除了流水搬運來的碎屑物質外，是否還有其它來源的碎屑物質呢？它來源的碎屑物質呢？三）碎屑物質在海湖水體中的搬運和沉積作用海洋主要營力海洋主要營力:波浪波浪潮汐潮汐近岸流近岸流風暴流風暴流濁流濁流等深流等深流湖泊主要營力湖泊主要營力:波浪波浪湖流湖流風暴流風

34、暴流濁流濁流三、沉積物重力流的 機械搬運與沉積作用沉積物重力流（沉積物重力流（sediment gravity flow)sediment gravity flow)： 在重力作用下，發生流動的彌散有大量沉積物的高密度在重力作用下，發生流動的彌散有大量沉積物的高密度流體。流體。類型：類型： 水上重力流：巖崩、顆粒流（火山碎屑流）水上重力流：巖崩、顆粒流（火山碎屑流） 水下重力流：水下重力流： 泥石流、顆粒流、沉積物液化流、濁流泥石流、顆粒流、沉積物液化流、濁流四、碎屑物質在冰川中的搬運和沉積作用現代冰川覆蓋面積約占陸地面積的現代冰川覆蓋面積約占陸地面積的10%10%，在地質歷史中的一些，在地質

35、歷史中的一些時期地球上曾有廣泛的冰川分布。時期地球上曾有廣泛的冰川分布。特點：特點： 1.1.冰川和浮冰冰川和浮冰固體搬運和沉積固體搬運和沉積 2.2.能力巨大，碎屑為主，數十數千噸浮于冰上或包于冰中能力巨大，碎屑為主，數十數千噸浮于冰上或包于冰中 3.3.搬運作用：搬運作用： 1 1）塑性流動）塑性流動冰冰川自身重力使其下部處于塑性狀態。川自身重力使其下部處于塑性狀態。 2 2）滑動）滑動底底部存在冰融水的現象部存在冰融水的現象 3 3）破裂面）破裂面內內部部 整體搬運整體搬運4.沉積作用：沉積作用：冰川消融，碎屑沉積冰川消融，碎屑沉積-冰磧物。冰磧物。特點：特點：1 1）混雜堆積，沒有分選

36、和磨圓）混雜堆積，沒有分選和磨圓2 2）冰川擦痕，特征）冰川擦痕，特征“丁丁”字痕、字痕、“V V”形刻蝕坑。形刻蝕坑。五、碎屑顆粒在搬運和沉積作用中變化1.1.礦物成分礦物成分不穩定組分減少，穩定組分不穩定組分減少，穩定組分增加增加2.2.粒度（顆粒大小）粒度（顆粒大小）變細，分選變好變細，分選變好3.3.顆粒形狀顆粒形狀圓度與球度變好圓度與球度變好第三節 化學和生物的搬運和沉積作用搬運物質：溶解物質及部分新生成物質搬運物質：溶解物質及部分新生成物質搬運方式：膠體溶液或真溶液搬運方式：膠體溶液或真溶液AlAl、FeFe、MnMn、SiSi的氧化物難溶于水，常呈膠體溶液搬運；的氧化物難溶于水，

37、常呈膠體溶液搬運；CaCa、NaNa、MgMg的鹽類則常呈真溶液搬運的鹽類則常呈真溶液搬運 一、溶解物質的化學搬運和沉積作用一、溶解物質的化學搬運和沉積作用（一）膠體溶液的特點（一）膠體溶液的特點1. 受重力影響極其微弱；受重力影響極其微弱；2. 擴散能力很弱；擴散能力很弱；3. 類型有正負之分類型有正負之分1）正）正膠體，表面帶正電荷，如膠體，表面帶正電荷，如Fe、Al含水氧化物膠體；含水氧化物膠體；2）負）負膠體，表面帶負電荷，如膠體，表面帶負電荷，如Si、Mn氧化物，氧化物，Pb、Cu硫化物；硫化物；4. 具有吸附具有吸附現象現象元素富集元素富集一）膠體溶液物質的搬運與沉積 一、膠體溶液

38、物質的搬運與沉積（二）膠體溶液穩定的因素（二）膠體溶液穩定的因素搬運搬運1.1. 布朗運動可抗衡重力作用，不使膠粒下沉。布朗運動可抗衡重力作用，不使膠粒下沉。2.2. 同種電荷的膠粒之間的排斥力。同種電荷的膠粒之間的排斥力。3.3. 擴散層和雙電子層中反離子和溶劑的親和作用，形成的擴散層和雙電子層中反離子和溶劑的親和作用，形成的溶劑化膜，緩沖和阻礙粒子的碰撞。溶劑化膜，緩沖和阻礙粒子的碰撞。溶解物質就可以膠體溶液的形式被搬運走。溶解物質就可以膠體溶液的形式被搬運走。 （三）促使膠體聚集和沉淀的因素（三）促使膠體聚集和沉淀的因素沉積原因沉積原因1.1. 正負膠體相遇正負膠體相遇“相互聚沉相互聚沉

39、”。SiOSiO2 2膠體同氫氧化鋁膠體相遇膠體同氫氧化鋁膠體相遇后電荷中和，形成如高嶺石沉淀。后電荷中和，形成如高嶺石沉淀。2.2. 電解質作用電解質作用-不同名電荷（電解質）與膠粒電荷中和，膠體降低不同名電荷（電解質）與膠粒電荷中和，膠體降低電動勢電動勢，失去穩定性而凝聚。海水有大量電解質，河流攜的膠體，失去穩定性而凝聚。海水有大量電解質，河流攜的膠體與其相遇，形成凝膠沉淀，三角洲和海岸常見大量粘土及氧化鐵與其相遇，形成凝膠沉淀，三角洲和海岸常見大量粘土及氧化鐵膠體沉積物，還能凝集成鐵、鋁、錳巨大沉積礦床。膠體沉積物，還能凝集成鐵、鋁、錳巨大沉積礦床。3.3. 蒸發作用蒸發作用一方面促使膠

40、體濃度增加，膠粒間的碰撞機會增加，另一方面促使膠體濃度增加，膠粒間的碰撞機會增加，另一方面也增大了膠體溶液中電解質的濃度。一方面也增大了膠體溶液中電解質的濃度。4.4. 穿透能力較強的輻射線穿透能力較強的輻射線-如帶負電荷的如帶負電荷的射線可使正膠體凝聚。射線可使正膠體凝聚。5.5. 溶液的溶液的pHpH和和EhEh值變化值變化-膠體沉淀時都有一定的膠體沉淀時都有一定的pHpH和和EhEh值。高嶺石值。高嶺石在酸性介質在酸性介質(pH(pH6.66.66.8)6.8)中發生凝聚，蒙脫石在堿性介質中發生凝聚，蒙脫石在堿性介質(pH=7.8)(pH=7.8)中凝聚。中凝聚。6.6. 溫度增加溫度增

41、加，劇烈振蕩，大氣放電，毛細管作用等。，劇烈振蕩，大氣放電，毛細管作用等。（四）（四）膠體沉積物的特點膠體沉積物的特點1. 呈貝殼狀斷口。呈貝殼狀斷口。2. 因脫水因脫水出現收縮裂隙，易敲擊成尖棱角狀碎塊。出現收縮裂隙，易敲擊成尖棱角狀碎塊。3. 常呈鐘乳狀、腎狀、豆狀。常呈鐘乳狀、腎狀、豆狀。4. 孔隙度較大，吸收性較強。孔隙度較大，吸收性較強。5. 巨厚層、透鏡狀、結核狀產出。巨厚層、透鏡狀、結核狀產出。6. 化學成分常不固定化學成分常不固定。常吸附不定量的水分、有機質及各種金屬元素，二、真溶液物質的搬運和沉積作用真溶液物質：母巖風化產生的真溶液物質：母巖風化產生的ClCl、S S、CaC

42、a、NaNa、MgMg、K K等還包括部分等還包括部分FeFe、MnMn、AlAl和硅。和硅。真溶液物質搬運及沉積作用的根本控制因素真溶液物質搬運及沉積作用的根本控制因素是溶解度。是溶解度。溶解度大，易搬難沉；反之，難搬易沉。溶解度大，易搬難沉；反之，難搬易沉。除溶解度外，其它影響因素除溶解度外，其它影響因素1.1.介質的酸堿度（介質的酸堿度（pHpH值）值）（1 1）某些溶解物質的溶解度）某些溶解物質的溶解度隨隨pHpH值增大而變化值增大而變化酸性介質條件下，酸性介質條件下，SiOSiO2 2沉淀而沉淀而CaCOCaCO3 3溶解，溶解，堿性介質中則相反。堿性介質中則相反。（2 2）隨）隨p

43、HpH值變化，某些溶解值變化，某些溶解物質沉淀形式不同。物質沉淀形式不同。如：如：AIAI在在pH=4-10pH=4-10時最穩定，時最穩定，發生發生AlAl（OHOH）3 3沉淀沉淀pH4pH1010時則易溶解時則易溶解2.2.介質的氧化介質的氧化還原電位（還原電位（EhEh值）值）EhEh值對鐵、錳等變價元素的溶解和沉淀影響很大。鐵、錳值對鐵、錳等變價元素的溶解和沉淀影響很大。鐵、錳氧化氧化條條件呈高價赤鐵礦、軟錳礦沉淀；弱氧化件呈高價赤鐵礦、軟錳礦沉淀；弱氧化弱還原形成海綠石、鮞弱還原形成海綠石、鮞綠泥石；綠泥石；還原條件還原條件低價菱鐵礦、菱錳礦。強還原則生成黃鐵礦、低價菱鐵礦、菱錳礦

44、。強還原則生成黃鐵礦、硫錳礦。低價鐵、錳礦物溶解度比高價大數十數千倍，易搬難硫錳礦。低價鐵、錳礦物溶解度比高價大數十數千倍，易搬難沉。沉。3.3.溫度和壓力溫度和壓力（1 1）一般物質的溶解度隨溫度升高而增大。）一般物質的溶解度隨溫度升高而增大。（2 2）壓力對溶液中）壓力對溶液中COCO2 2含量影響很大。含量影響很大。4.4.溶液中溶液中COCO2 2的含量的含量碳酸鹽的沉淀和溶解度有很大的影響。碳酸鹽的沉淀和溶解度有很大的影響。CaCOCaCO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O=Ca(HCOO=Ca(HCO3 3) )2 2。PcoPco2 2升高，即升高，即COCO2 2濃濃度增

45、高，平衡向右移動，度增高，平衡向右移動，CaCOCaCO3 3溶解，反之，溶解，反之，向左移動向左移動CaCOCaCO3 3沉淀。沉淀。水中水中COCO2 2含量與溫度、壓力有關。含量與溫度、壓力有關。5.5.其它其它：離子吸附、氣候：離子吸附、氣候、蒸發作用、蒸發作用第四節 生物的搬運和沉積作用生物作為一種搬運營力意義較小，沉積作用意義重大。生物作為一種搬運營力意義較小，沉積作用意義重大。藻類和細菌等微生物沉積作用巨大，不僅數量多、分布廣、繁殖快、適應性強，而且在地質歷史上,其它生物還沒有大量出現前就參與沉積作用。疊層石與藻類有關，早在25億年前太古代末就有疊層石。一、直接作用一、直接作用生

46、物遺體直接堆積成巖或沉積礦床生物遺體直接堆積成巖或沉積礦床光合作用或吸取養料形成有機體，吸取介質中鈣、磷、硅無機鹽通過生物分泌作用形成外殼和骨骼。有機質部分埋藏下來經生物化學演化，可形成石油、天有機質部分埋藏下來經生物化學演化，可形成石油、天然氣、煤以及油頁巖等。然氣、煤以及油頁巖等。無機的生物外殼和骨骼經富集堆積后可形成巖石或礦床無機的生物外殼和骨骼經富集堆積后可形成巖石或礦床，如生物骨骼石灰巖、生物磷塊巖、硅藻土、白堊等。有些生物原來就營群體生活，在生活過程中通過生物分泌作用以及生物粘結作用形成堅固骨架，不需要經過成巖作用就能直接成為巖石，如礁灰巖。第四節 生物的搬運和沉積作用二、間接作用

47、二、間接作用1.生物化學沉積作用生物化學沉積作用是指生物的生命活動過程或生物遺體分解過程引起介質是指生物的生命活動過程或生物遺體分解過程引起介質物理化學環境變化，使某些溶解物質沉淀，或由于有機物理化學環境變化，使某些溶解物質沉淀，或由于有機質吸附作用使某些元素沉積。質吸附作用使某些元素沉積。生物產生大量H2S、NH3、CH4、O2等氣體或吸收大量CO2氣體，影響介質環境的物理化學條件，使某些物質溶解或沉淀。有機質分解使介質變成還原環境。煤及黑色頁巖中往往富集各種金屬元素就是與有機質的吸附作用使得溶液中低濃度元素得以沉淀有關。2.生物物理沉積作用生物物理沉積作用指生物在生命活動中通過捕獲、粘結或

48、障積等作用使沉指生物在生命活動中通過捕獲、粘結或障積等作用使沉積物沉淀。積物沉淀。 藻類分泌的粘液捕獲和粘結水中的碳酸鹽顆粒，使之沉積于藻體表面，當一層藻席被新沉積物覆蓋時，藻絲體就會穿過上覆沉積物并繁殖于其表面，重新形成新的藻席。周而復始，形成富藻紋層和富屑紋層交替的疊層石類沉積物。 當流水流經叢生的枝狀珊瑚或枝狀藻類時，流速降低，流水中攜帶的沉積物就會障積成巖。植物造成風沙的障礙堆積，也生物障積作用。第五節 沉積分異作用沉積分異作用概念（沉積分異作用概念（sedimentary differentiation)sedimentary differentiation)母巖風化產物以及其他來源

49、的沉積物在搬運和沉積過程母巖風化產物以及其他來源的沉積物在搬運和沉積過程中會中會按顆粒大小、形狀、比重、礦物成分和化學成分在按顆粒大小、形狀、比重、礦物成分和化學成分在地表依次沉積下來地表依次沉積下來的現象，也叫地表沉積分異作用。的現象，也叫地表沉積分異作用。機械分異作用：主要受物理原理支配，見于碎屑巖中；機械分異作用：主要受物理原理支配，見于碎屑巖中；化學分異作用：主要受化學原理支配，見于溶解物質化學分異作用：主要受化學原理支配，見于溶解物質沉積過程。沉積過程。一、機械沉積分異作用一、機械沉積分異作用碎屑物質在流水搬運和沉積的過程中，將按粒度、密度、碎屑物質在流水搬運和沉積的過程中，將按粒度

50、、密度、形狀、成分等差異發生有序沉積的現象形狀、成分等差異發生有序沉積的現象1.1.顆粒大小分異顆粒大小分異從上游到下游，粒度由大到小、分選由差變好；從上游到下游，粒度由大到小、分選由差變好；2.2.比重分異比重分異: :體積小比重大和比重小體積大的沉積物可能一起堆積，如含金礫體積小比重大和比重小體積大的沉積物可能一起堆積，如含金礫巖。巖。3.3.形狀分異形狀分異: :片狀顆粒比等軸粒狀顆粒搬運得遠；圓度和球度高的滾動顆粒更片狀顆粒比等軸粒狀顆粒搬運得遠；圓度和球度高的滾動顆粒更易于搬運。易于搬運。4.4.礦物成分分異礦物成分分異: :由于顆粒的比重和形狀同礦物成分密切相關，顆粒大小與礦由于顆粒的比重和形狀同礦物成分密切相關，顆粒大小與礦物的物性有關，如脆性、解理、硬度等物的物性有關，如脆性、解理、硬度等顆粒粒度分異顆粒粒度分異礦物比重分異礦物比重分異含金礫巖含金礫巖第五節 沉積分異作用機械沉積分異結果機械沉積分異結果隨搬運距離的增長隨搬運距離的增長碎屑物質的礦物成分趨向簡單碎屑物質的礦物成分趨向簡單穩定組分增多穩定組分增多重礦物含量減少重礦物含量減少粒度變細粒度變細分選、磨圓變好分選、磨圓變好第五節 沉積分異作用二、化學沉積分異作用二、