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沉积岩的成因及分类特征  

2014-05-23 14:35:56|  分类: 学术资料 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文转载自我行之我素《沉积岩的成因及分类特征》
沉积岩的成因及分类特征
沉积岩:沉积岩曾经有过另一个名称,叫水成岩。组成沉积岩的物质是一些砾石、砂、粘土、灰泥和生物残骸等松散物质(这些物质大多来自风化的岩石,其次是火山喷发物、有机物和来自宇宙的一些物质)。这些物质有的是溶解在水里的。更多的则是被水搬运,它们逐年累月地集聚起来并沉积,最终压实并变成了岩石。
沉积岩分布在地壳的表层。露出地面的面积约占75%。沉积岩种类很多,其中最常见的是页岩、砂岩和石灰岩,它们占沉积岩总数的95%。这三种岩石的分布随沉积区的地质构造和古代地理位置不同而不一样。总的说,页岩最多,其次是砂岩,石灰岩数量最少。沉积岩地层中蕴藏着绝大部分矿产,如煤、石油、非金属、金属和稀有元素矿产等。
 
水和风将陆地上的泥沙,碎石等物质带到江河湖海,这些物质一层层沉积下来,年长日久变成了岩石。
水和风将陆地上的泥沙,碎石等物质带到江河湖海,这些物质一层层沉积下来,年长日久变成了岩石。
 
我们知道了沉积岩是由一些松散的物质经过沉积而形成的。这些松散的物质来自各个不同地方(如磷质岩中的磷来自海洋生物骨骸或陆地的鸟粪)、不同时期、有不同的化学成分、经历过不同的化学变化过程等等。在形成沉积岩的漫长时间里,它们中的物质还会发生这样那样的变化,生成各种各样的岩石或矿物(如在强烈蒸发条件下,可出现石膏、硬石膏、石盐、镁盐或钾-镁盐,或天然碱、苏打等;如各种动植经沉积埋藏和细菌分解,可衍变为由碳、氢、氧不同比例聚合而成的有机酸、脂酸、醣、纤维素和有机碳等多种物质并最终构成煤、石油、天然气、油页岩等的主要成分。此外,微生物或细菌活动的参与还可以造成一些自然硫、锰、铁、铜、铅、锌、铀等在沉积岩中的聚集)。火山喷发可以带出多种元素,这些元素聚集到一起,可在沉积岩、沉积层内形成矿床。
沉积岩中含少量宇宙物质,如陨石、宇宙尘。宇宙尘的研究不仅可了解沉积岩本身,而且还可进一步了解各地质时代沉积岩形成时,天体可能发生的某些事件或变化。如在代表某一地质年代的沉积岩中,发现一层超乎寻常的宇宙物质,经过研究分析,科学家可以知道那时究竟发生了什么。
由此我们可以知道,沉积岩中包含着很多地质变化的信息,甚至古代生物及宇宙发展变化的情况。它就像是一页页的地质历史教科书。
沉积岩构成的壮丽景观
 
沉积岩形成的过程中,地理、气候等环境和大地构造种种变化化也会造成沉积岩的种种不同情况。陆地沉积岩的分布范围要比海洋沉积岩分布范围小得多。在干旱古气候条件下,会形成大面积的红色沉积岩,这是由于沉积物中的氧化铁容易氧化为三氧化二铁。而潮湿气候条件下,有机物质就会增多,较多的有机质进入沉积物中使沉积岩颜色成为暗灰或黑色。盐类在炎热干旱气候形成,煤炭则在温暖潮湿气候聚集。这都说明古气候对沉积岩形成是有制约作用的。生物的进化、繁盛或衰亡也在沉积岩的形成中留下了印迹。如在石炭纪,全球性的植物繁茂,就形成了大量煤炭层。不同的水流条件形成不同的沉积或造成不同的结构构造。如从高处流向低处的水流不会改变方向,这就常形成一个方向层理的沉积区,比如江河的三角洲就是这种情况。在海边,潮汐是来回往复流动的双向水流,这样就常形成另外一种交错层理的滨海和潮汐沉积,等等。
人们可以根据沉积岩层面上表现出来的种种特征来推断过去发生沉积时的条件,判断地层的顺序等等。比如看沉积岩表面痕迹和堆积形态,可知道当初风、水流及波浪的运动方向等。沉积岩可简单地分为2类:
  1. 一是陆源碎屑岩,主要由陆地岩石风化、剥蚀产生的各种碎屑物组成。按它们颗粒粗细不同又分为砾岩、砂岩、粉砂岩和泥质岩。
  2. 二是内积岩,主要指在盆地内沉积的。内积岩中有一种是我们所熟悉的,叫可燃有机岩(如煤、油页岩)。
地壳
 
科学家把地球的构造分成三部分,最外一层叫地壳,地壳下面的一层叫地幔,地幔包着的就叫地核。如同我们所见到的一样,因为有高山、盆地、峡谷、河湖海洋等,地壳的厚度是不均匀的。像青藏高原的地壳厚度可达65公里多,而海洋下面的地壳却只有薄薄的几公里。一般的讲法为大陆地壳平均厚度约30公里。大陆地壳上层的岩石大约为花岗闪长岩和闪长岩,下层岩石可能是麻粒岩和闪岩。海洋地壳是橄榄岩。据目前所知,地壳岩石的年龄绝大多数小于20多亿年。这说明现在地壳的岩石不是地球形成时原有的样子,而是以后由地球内部的物质通过火山活动与造山运动而形成的。
泥质岩
页岩,是泥质岩的一种。顾名思义,我们可以把它理解为是沉积的泥土变成的岩石。说它是泥土变成的并不为过,因为一方面它们是由一些非常细小的颗粒组成,超过一半以上都是直径小于0.0039毫米的,一方面又含有大量粘土。所以人们也称它为粘土岩。事实上,它们在没有变成岩石时或疏松时,就是粘土。页岩是分布最为广泛的一种沉积岩,约占大陆沉积物的69%。它们能给我们提供很多地壳演化的信息。形成页岩的物质大多是岩石风化中产生的细碎屑,这些碎屑被水流带到盆地等低洼处沉积起来。
页岩具有可塑性、耐火性、烧结性、吸水性等,被广泛应用在多种工业中。有些页岩中还存在一些金属矿床如镍、铅等,还有的页岩中含有有用气体和焦油,被称为油页岩。泥质岩中还有一种叫高岭石,也叫高岭土。它的发现地在中国江西景德镇附近的高岭村。说到这里你可能猜到了什么吧。高岭石就是制作陶瓷的原料,当然,它还有很多其他的用途呢。江西景德镇、湖南衡阳、河北唐山、山东淄博等地都是优质高岭石的产地,所以这些地方也就盛产陶瓷制品。
高岭石
砂岩
在沉积岩中,除了泥质岩以外,最多的就要算是砂岩了。砂岩占沉积岩总体积的四分之一。砂岩中半数以上是由砂粒构成的,这些砂粒的大小在2~0.0625毫米之间。因此,肉眼可见它们比泥质岩要粗糙得多。这些砂粒主要是石英,其次是长石、岩屑、白云母、绿泥石、重矿物等。砂岩不但能够告诉人们一些过去的地质信息,而且它还是石油、天然气和地下水的聚集所(储集层)许多砂岩都可以用来做磨料、玻璃原料和建筑材料等。通常按砂岩中砂粒的大小来分类,如砂粒直径在2~1毫米的,叫巨粒砂岩、1~0.5毫米的叫粗粒砂岩、 0.5~0.25毫米的叫中粒砂岩、0.25~0.125毫米的叫细粒砂岩、 0.125~0.0625毫米的叫微粒砂岩。同时,砂岩类型还可分为石英砂岩(石英含量高)、长石砂岩(长石含量超过25%)、岩屑砂岩(岩屑含量超过25%)等。
石灰岩
石灰岩也叫灰岩,它是主要由方解石组成的碳酸盐岩。石灰岩成分中经常混入有白云石、石膏、菱镁矿、黄铁矿、蛋白石、玉髓、石英、海绿石、萤石、磷酸盐矿物等。此外还常含有粘土、石英碎屑、长石碎屑和其他重矿物碎屑。
石灰岩的主要类型有十多种,其中比较有意思的有:叠层灰岩,远古时期,一些能分泌粘液的藻类,通过分泌碳酸钙,然后沉淀、捕获和收集、粘结碳酸盐颗粒物质而形成岩石;障积灰岩,是指海底含有的生物(钙藻、海百合、层孔虫、苔藓虫),通过自身的阻挡作用将碳酸钙泥晶截获并堆积而成。障积灰岩内部常见层状晶洞构造和有根茎的生物化石。骨架灰岩,又称生物礁灰岩。它是由珊瑚、石枝藻、层孔虫、苔藓虫和厚壳蛤类等这些生物形成,这些生物的骨架将碳酸岩沉积物粘在一起,形成固定在海底上的坚硬的碳酸盐岩礁。骨架灰岩通常在海底形成一个隆起,就是我们平常所说的珊瑚礁;白垩,是一种细粒白色疏松多孔易碎的石灰岩,质极纯。它生成于温暖海洋环境,沉积的厚度从几十米到几百米;结晶灰岩,一般就是我们常说的钟乳石和石笋它是由水中的溶解的物质沉淀累积而形成的,是一种致密的钙质沉淀物,多产于石灰岩洞穴表面。
障积灰岩
石灰岩主要用于制造水泥和石灰及铺路基石,冶金工业中作熔剂,环保中用于软化饮用水及污水处理,农业中作土壤调节剂、家禽饲料添加剂,还可用于轻工、化工、纺织、食品等工业。由于石灰岩容易溶解在水中,在石灰岩发育地区,常形成石林、溶洞等景观,是宝贵的旅游资源。
石膏
石膏为透明或半透明的结晶体,它是一种有重要商业价值的含水硫酸盐矿物。多数晶体为板状,少数呈柱状。一般为白色至灰色,如果含其他杂质则可显淡黄色、粉红色或浅褐色等。无色透明的晶体称透石膏;雪白色、半透明的细粒块体称雪花石膏;纤维状集合体并具绢丝光泽的称纤维石膏;光泽暗淡的疏松土状集合体称土石膏。我们平常所说的石膏其实是经过煅烧(煅烧是为了使矿物脱水,制成的熟石膏遇水后可再凝结)后得到的,俗称熟石膏。熟石膏大量用于塑造各类模型和建筑上的胶结材料。著名的埃及金字塔,就是用熟石膏做粘结物砌成的。在造纸、油漆的制造过程中,熟石膏被用作充填剂,此外熟石膏还在制取硫酸铵、生产硅酸盐水泥的生产过程中充当缓凝剂、在冶炼锌矿的做助熔剂等。土壤中施用石膏粉,能降低土壤的碱性和改良土壤的结构。熟石膏还可作为中药,有清凉解热的功能。
    石膏是由海洋卤水沉积的,潟湖(海边低洼地因海水进入而形成的湖)盆地中沉积的石膏层,规模巨大,常与硬石膏、石盐和钾石盐等共生。内陆盐湖盆地由于水的不断蒸发也会发生沉积并形成石膏矿床。硬石膏受地表水和地下水的作用,还可以水化成石膏。中国的石膏矿储量在世界上名列前茅,以湖北应城最为著名。
硬石膏
硬石膏也是晶体硫酸盐矿物。晶体呈柱状或厚板状,集合体呈块状或纤维状。无色、白色,如果含杂质则可变成浅灰色、浅蓝色或浅红色,具有玻璃光泽,暴露在地表时容易被水化而变成石膏。中国南京的周村出产此矿。硬石膏主要用于制造农肥和代替石膏作硅酸盐水泥的缓凝剂。
石盐
石盐也是晶体矿物,纯净的石盐无色透明或白色,含杂质时则可染成灰、黄、红、黑等色。新鲜面呈玻璃光泽,受潮后表面呈油脂光泽。易溶于水,味咸。晶形呈立方体,在立方体晶面上常有阶梯状凹陷。中国青海现代盐湖中有些石盐呈球珠状,特称珍珠盐。集合体呈块状、粒状、钟乳状或盐华状。石盐是典型的化学沉积成因的矿物。在干热气候条件下常沉积于各个地质年代的盐湖和海滨浅水潟湖中,与钾盐、石膏等共生,广泛分布于世界各地。中国以柴达木盆地最为著名,四川、湖北、江西、江苏也都有大规模的石盐矿床。石盐是重要的食品调料和防腐剂。它又是提取金属钠、氯气,制造苏打、盐酸、碱、等的重要原料。
钾石盐
钾石盐也称钾盐,也是晶体。纯净的钾石盐无色透明或白色,含有杂质时可成红、黄、蓝等色。透热辐射性能良好。易溶于水,味苦涩。钾石盐通常成致密的粒状。它的分布比石盐少很多,通常与石膏矿在一起被发现,有的火山口附近也可见。中国云南有此矿。钾石盐绝大部分用于制造钾肥,部分用于提取钾和制造钾的化合物,是钾的主要来源。无色透明的大晶体可用作光学材料。
煤是我们非常熟悉的,它其实是一种可燃的有机岩石,属于原生化石燃料。煤是由大量有机物不完全分解并通过一系列化学变化而形成的。这一过程叫煤化作用。这一点在显微镜下可以得到验证,在显微镜下,可以看见煤中一些石化了的植物组织、树脂、花粉以及菌类和藻类等。煤化作用先期是形成泥煤,这一时期气候温和多雨,有广阔的积水区覆盖平坦而庞大的地面。这就为植物残渣转变成泥煤提供了有利条件。再过一段时间,地形发生变化,陆地下沉,海水淹没陆地,其他沉积物开始堆积在泥煤之上形成沉积岩层。随着被埋深度增加,温度升高,泥煤发生变质作用,形成了煤。在这一过程中,掩埋时间长短、深度、压力、温度等的不同,最终形成的煤也不同。因此有褐煤、亚烟煤、烟煤和无烟煤之分。形成煤的时间有两个阶段,较早的是在二三亿年前,较晚的是在数百万至数千万年前。构成煤的物质除了上述那些有机物外,还有其他一些无机物,如粘土、碳酸盐、硫化物、石英等等。因此说,煤是多种有机物与无机物的混合物,是一种有机岩石而不是矿物。
    煤是重要的能源,世界上所使用的能源中三分之一来自煤。随着现代科技的发展,煤还成为重要的化工原料。
油页岩
油页岩,是一种能够燃烧的有机岩石,如果把它放在密封的容器里加热,会得到页岩油。油页岩主要有灰褐色、褐黄色、深灰色、灰黑色,少数呈灰绿色或杂色,暗淡无光泽,但刻划后会出现有光泽的油迹划痕。油页岩富有韧性,可以用刀切割,切成薄片的油页岩还具弹性并可以直接点燃,燃烧时火焰很大并会发出沥青味。
    油页岩中的有机质在显微镜下呈透明或半透明样子,其中可发现少量还没有完全腐烂分解完的生物遗体,人们管这叫作腐泥基质。油页岩中的无机物质则主要是石英、粘土等。油页岩的含油量并不都是一样的,如果含油量过低就没有工业开采价值了。一般含油量要大于百分之四五以上。油页岩的发热量不如煤,一般为煤的四分之一到二分之一。它们主要被用作炼油和作化工原料。
    一般大家认为在远古时期,沙子、淤泥和一些腐烂的生物有机质混在一起沉积到地下深处,经过一系列复杂的变化成为岩石形成油页岩层。如我国抚顺油页岩矿区过去就是一个内陆湖,那里的油页岩中可见到一些小虫、鱼和植物的化石。
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