地質學基礎----講7-講10-外動力地質作用

1、第五章 外動力地質作用與沉積巖,地質作用的概念  由自然動力引起巖石圈或地球的物質組成、內部結構和地表形態(tài)變化的作用，統(tǒng)稱為地質作用。 引起這些變化的各種自然動力，稱為地質營力。 按地質動力來源分為： 內動力地質作用和外動力地質作用,,第一節(jié) 風化作用 出露地表的礦物、巖石在大氣、水、低溫低壓、生物作用下發(fā)生機械破 裂，或通過化合分解使堅硬的巖石逐漸變?yōu)?/p>

2、碎塊和砂泥，一些可溶性物質 流失，并生成新礦物的過程。,一、物理風化作用： 溫差作用、球形風化、冰劈作用、根劈作用、鹽類結晶 特點： 巖石機械破碎、崩解并在重力作用下滾落到基巖底部，大小混雜， 層次不清，成分于原巖一致，形成墜積物。,,溫度變化引起巖石縮脹不均而崩解過程示意圖,冰劈作用示意圖 （引自夏邦棟主編《普通地質學》，1998）,球形風化的發(fā)育過程（據(jù)W.K.漢布林，1980）a—巖

3、石被裂隙切割；b—球形風化初期；c—球形風化的晚期,4FeS2 + 5O2 + mH2O→2 Fe2O3·nH2O + 8H2SO4 黃鐵礦 褐鐵礦CaCO3+H2O+CO2 →2CaHCO3,二、化學風化作用：氧化作用，碳酸化，水化作用產(chǎn)物：褐鐵礦，粘土等，形成紅土。化學風化常出現(xiàn)在溫暖潮濕的熱帶和亞熱帶地區(qū)?；瘜W風化后殘留原地的產(chǎn)物稱殘積物。,熱

4、泉中的氣體劇烈風化周圍巖石，使之變化為沸騰的泥漿 （美國黃石國家公園） （據(jù)Physical Geology,2001版）,三、風化殼與土壤 風化殼：地殼基巖被風化的表層。,風化殼,,土壤層：富含腐殖質的殘積層,殘積層：基本不含腐殖質,半風化基巖層,基巖層,風化殼的厚度，結構和土壤特征與氣候關系密切。古風化殼代表了當時陸殼處于長期穩(wěn)定并遭受風化剝蝕狀態(tài)。,周口店花崗閃長巖風化殼剖面（據(jù)胡家杰）

5、 I—土壤層；Ⅱ—殘積層（亞土壤）； Ⅲ—半風化巖石；Ⅳ—基巖,風化殼剖面,,土壤層,,殘積層,,半風化層,周口店黃院新元古界景兒峪組與寒武系府君山組地層分界點（可觀察到薄層古風化殼）,,,,不同氣候帶風化作用的強度和深度（據(jù)W.K.漢布林，1980）,第二節(jié) 剝蝕作用,風，流水，冰川等流動介質對巖石產(chǎn)生破壞分解并帶走碎屑的過程。 一、地面流水的剝蝕作用 1．概述： 地

6、面流水：坡流，洪流和河流。 坡流 洪流,,,,坡流、洪流、河流關系圖,沖 溝,沖 溝,攝于陜西橫山縣,黃土高原地貌,攝于陜西米脂,,河谷形態(tài)示意圖,2．河流的剝蝕作用,A 下蝕作用：湍急的河流沖刷谷底或挾帶的砂石磨損撞擊谷底巖石， 使河床加深的作用。發(fā)育在河流上游地區(qū)。 形成的地貌：“V”字形河谷，向源侵蝕現(xiàn)象（瀑布）。,河流襲奪示意圖（據(jù)Physical G

7、eology,2001版）,B 側蝕作用：河水及其挾帶的砂石沖刷河床底部及谷坡巖石，使谷坡后退，谷底加寬，河床左右遷移形成河曲的作用。發(fā)育于中下游地區(qū)。,形成的地貌：河曲，牛軛湖。,,單向、雙向環(huán)流,長江荊江段河曲（衛(wèi)照）,曲流截彎取直后形成牛軛湖（懷俄明）（W.R.Hansen攝, 據(jù)Physical Geology,2001版）,侵蝕基準面：一般以海平面或注入湖泊的湖平面為侵蝕基準面。

8、 其升降對河流的下蝕作用產(chǎn)生影響。 侵蝕基準面上升，導致上游下蝕作用減弱； 侵蝕基準面下降，導致上游下蝕作用加強；,黃河三角洲延伸示意圖（引自夏邦棟主編《普通地質學》，1998）,二、海水的剝蝕作用,1．海水的運動形式： ⑴ 海浪：海水的波狀運動，是一種振蕩波。 浪基面：水深為波長的1/2處， 是波浪作用的下限。 卷浪，激浪，底流，

9、沿岸流,排岸浪,⑵ 潮汐：月球－地球之間產(chǎn)生的引潮力作用下引起海水周期性漲落 的現(xiàn)象，形成潮流。,⑶ 洋流：海水沿固定方向流動的水體，分為表層洋流和深層環(huán)流。⑷ 濁流：在暴風浪，地震，海底滑坡及河流沖擊等因素作用下，河口 前緣及大陸架上堆積的大量松散沉積物被強烈攪動形成濁水 團，其沿大陸坡向海洋深處流動形成濁流。⑸ 洋底熱泉：從洋脊，洋窿和海溝破口處涌出的熱水。,80年代末提出了

10、“全球輸送帶”概念，這是深海熱鹽環(huán)流的重要組成部分，它描述了北大西洋下沉的深層水南下，通過南極繞流進入印度洋和太平洋，然后上翻到上層，再返回北大西洋。,二十世紀重大成就,橙色：表層流； 藍色：底層流,海洋邊緣地形,2．海洋環(huán)境的分帶,濱海帶：最大高潮面與低潮面之間的地帶；海陸交互的環(huán)境；平均海平 面以上，最大高潮時能被海水淹沒的地帶是后濱帶或潮上帶； 平均海平面到低潮面的地帶是前濱帶或潮間帶；淺海帶：

11、低潮面以下至200m的淺水域；半深海帶：海水從200m到2500m左右；深海帶：海水深度大于2500m；,3．濱海帶的剝蝕,形成的地貌：海蝕穴，海蝕崖，生物活動留下的小洞穴；,老虎石海蝕溝、海蝕凹槽,基巖岸海蝕平衡剖面的形成過程,4．大陸坡的剝蝕 大陸坡上發(fā)育大量的峽谷，其下端有大規(guī)模的扇形沉積體，是濁流運 動形成，其剝蝕類似河流的剝蝕作用。,三、其他地質營力的剝蝕作用,1．風的剝蝕作用：風蝕作用，其大小決定于風速和地面

12、狀況。 形成的地貌：蘑菇石，風蝕殘丘等。 2．冰川的剝蝕作用：冰川在流動過程中不斷破壞冰谷兩側和冰床 的巖石，挾帶巖石碎屑，對基巖進行刨，挫和挖掘的過程。 形成的地貌：“U”形槽谷，冰蝕角峰等。 3．地下水的剝蝕作用：以化學溶蝕為主，對可溶性巖石溶蝕改造 的過程；又稱巖溶作用。,形成的地貌：喀斯特地形，溶洞等。,,2006年3月13日，在阿根廷南部城市卡拉法特附近的

13、佩里托莫雷諾冰川邊緣，來自世界各地的游客在觀看罕見的冰川斷裂奇觀。地處阿根廷冰川國家公園內的佩里托莫雷諾冰川邊緣長期被湖水沖刷，形成一個穹拱。隨著穹拱不斷變寬變高，當日終于發(fā)生了大規(guī)模的崩塌斷裂。,第三節(jié) 搬運作用,一、河流的搬運作用 1．機械搬運作用 ⑴ 搬運能力：與流速有關。上游流速快，可搬運較粗的礫石。中 游可以搬運小礫石和粗砂。下游只能搬運細砂和更

14、 細的碎屑。 ⑵ 搬運方式：懸移，躍移和推移。 ⑶ 分選和磨圓作用 分選作用：隨搬運距離的增加和河床坡降的變小，粗大碎屑逐 漸減少，細粒相對增多的作用。 磨圓作用：碎屑物在搬運過程中，不斷與基巖或其它碎屑物碰 撞摩擦，逐漸碎裂變小，尖銳的棱角被磨損逐漸趨 于渾圓狀的作用。 2．化

15、學搬運作用：與河水的流量和河水的化學性質有關； 一般沒有沉淀現(xiàn)象。 溶運物：可溶性鹽和膠體物。,河流機械搬運物的運動方式與磨圓示意圖,,,河流搬運物形態(tài)、組分變化示意圖,二、海洋的搬運作用,1．機械搬運作用 ⑴ 海浪的搬運作用 搬運方式：懸移，躍移和推移 分選和磨圓程度比河流更好。 ⑵ 濁流的搬運作用：流動持續(xù)時間短，分選和磨

16、圓不明顯； ⑶ 洋流的搬運作用：流速緩慢，只能以懸移方式搬運極細物質， 搬運能力不大； 2．化學搬運作用： 可溶性物質以真溶液形式在海水中擴散，被長距離搬運 膠體溶液與海水混合發(fā)生凝膠沉淀，一般在淺海近岸帶沉淀。,三、其他地質營力的搬運作用,1．風的搬運作用：只有機械搬運 搬運方式：懸移、躍移和推移；

17、 分選和磨圓良好。 2．冰川的搬運作用 搬運方式：載運、推運； 不具有分選和磨圓 3．地下水的搬運作用 搬運方式：溶運； 溶洞和地下暗河中的地下水也有一定的機械搬運能力，搬 運的物質是泥質和少量細小砂粒。,第四節(jié) 沉積作用,一、河流的沉積作用 1．概述：一般沒有化學沉積，只有機械沉積；

18、 機械沉積分異規(guī)律：當流動介質的運動速度和搬運能力在一定方向 上作有規(guī)律的降低時，被搬運的物質相應按粒 度，密度和形狀分異，依次沉積。,,,,,,,,礫（>2mm),砂(2-0.05mm),粉砂(0.05-0.005mm),,,,,,,金,錫石,磁鐵礦,石英,石墨,琥珀,河流的碎屑沉積物為沖積物，具有層理，砂礫層中具斜層理，

19、粉砂層中具水平層理。,2．山口的沉積作用,在山前地帶碎屑物堆積形成洪積－沖積扇： A 扇頂相：山口附近，沉積粗大的礫石和砂，圓度較差；,B 扇形相：堆積體展寬，有多股水流，沉積物相對變細，為砂夾礫 石，圓度較好。C 扇緣相：堆積體邊緣，沉積物更細，多為細砂及粉砂。偶見粗砂， 細礫透鏡體，層理明顯。,3．河谷的沉積作用,河床相：較粗的礫石，粗砂，具斜層理；漫灘相：洪水期溢出河床的河水，流

20、速降低，在河漫灘上部分沉積， 以砂和粉砂沉積為主。具近水平層理。在洼地或廢河道中， 碎屑物全部沉積，形成具水平層理的粉砂，粘土沉積；河漫灘相：河床相＋漫灘相，具二元結構；,黃河河漫灘、河心灘,4．河口區(qū)的沉積作用,三角洲沉積 A 三角洲平原相（頂積層）：分布在河口段，以細砂，粉砂為主， 具有斜層理河水平層理； B 三角洲前緣相

21、（前積層）：入海后，在海浪和潮汐的作用下， 砂級碎屑沉積，形成向外海傾斜的 砂層；,C 前三角洲相（底積層）：粉砂，粘土在淺海區(qū)沉積，形成具水平 層理的沉積，含有大量浮游生物尸體。,二、海洋的沉積作用,1．濱海區(qū)沉積作用：濱海區(qū)海水受波浪和潮汐作用，動能大，以機械

22、 沉積為主。 ⑴ 海灘沉積 礫灘：分布在基巖海岸的陡峭坡下，礫石來自海蝕和山溪搬運， 圓度好，扁平面傾向海洋。 沙灘：分布廣，分選和磨圓較好，礦物成分以石英為主，常見磁 鐵礦，石榴石，錫石等。有時帶有長石，碳酸鹽碎屑和生 物碎屑，表面常有不對稱波痕。 泥灘：沉積物以粉砂和粘土組成，粒

23、度自陸向海由細變粗。表面 由泥裂，雨痕，流痕等。,三亞沙灘沙成分,礫灘,老虎石沙灘,泥灘,⑵ 沿岸堤、沙壩、沙咀沉積,沿岸堤：分布于高潮線附近，由礫石，粗砂，貝殼碎片組成， 發(fā)育交錯層理。 沙壩：低潮線以下地帶，平行海岸分布。砂粒沉積，分選和磨圓均好。 沙咀：一端與陸地相連，另一端深入海內，發(fā)育在海岸線彎曲的地帶 或海島側方，砂粒沉積，類似沙壩沉積。,⑶ 瀉湖沉

24、積,瀉湖：被沙壩或沙咀隔離的海灣。 淡化瀉湖：發(fā)育于潮濕氣候區(qū)。下層密度大的海水，上層陸地淡水。 沉積大量陸源碎屑物，還原環(huán)境下可形成黃鐵礦等礦物。 咸化瀉湖：發(fā)育于干旱氣候區(qū)，湖水主要靠外海補給，形成各種鹽類 沉積。按溶解度大小依次是：碳酸鹽－硫酸鹽－氯化物。,2．淺海的沉積作用,⑴ 碎屑沉積： 近岸帶：以三角洲前緣相為代表，顆粒較粗，砂級沉積，分選磨

25、 圓良好，具交錯層理和不對稱波痕，含大量底棲生物化石。 遠岸帶：以前三角洲相為代表，顆粒細，以粉砂和粘土為主，具水 平層理，波痕不常見，含底棲和浮游生物化石。 ⑵ 化學沉積：主要發(fā)育在低緯度陸源碎屑來源少的海域。按溶解度 從小到大依次沉積。 Al2O3<Fe2O3<MnO2<SiO2<P2O5<CaCO3

26、 <CaSO4<MgSO4<NaCl<KCl<MgCl2 A 碳酸鹽沉積：生物活動起重要作用。形成鮞粒沉積。 B 鋁，鐵，錳，磷，硅質沉積：多以膠體形式帶來，發(fā)生凝膠形 成鮞粒沉積。在近岸帶沉積鋁土礦，遠岸帶沉積赤鐵礦，硬錳 礦。磷沉淀形成磷塊巖，硅質形成蛋白石和海綠石。,⑶．生物沉積作用,A 介殼石灰?guī)r和生物碎屑巖：生物硬體主

27、要石鈣質，當鈣質集中堆積 并被膠結形成介殼灰?guī)r。鈣質的碎屑與其他沉積物混雜堆積形成生 物碎屑巖。,B 生物礁：群體生物大量繁殖，其遺棄的鈣質骨架形成礁體。與礁碎屑被膠結形成礁灰?guī)r。 C 有機質沉積：生物軟體被分解成有機質沉積，經(jīng)過特殊的作用可形成石油。,3．半深海和深海沉積作用,⑴．軟泥沉積：粒度小于0.005mm，由粉砂和粘土組成。 生物軟泥：含浮游生物的碎屑量小于50％的粉砂－粘土質沉積

28、 物。有鈣質軟泥和硅質軟泥。 紅色粘土：生物碎屑少，含火山碎屑較多的粘土沉積。⑵．濁流沉積：沉積物呈扇狀疊置于軟泥之上，其下部較粗，向上變 細，形成礫－砂－粉砂－粘土的層序。稱濁積層。⑶．多金屬軟泥及錳質沉積 多金屬軟泥：富含鐵，錳，銅，鋅，銀和金硫化物的未固結泥質 沉積物，分布于紅海和東太平洋地區(qū)。 錳質沉積物：含鐵，錳的球狀集合

29、體。太平洋底部多。,三、其它沉積作用,1．風的沉積作用 具良好的分選，沿風的前進方向： 含礫粗砂帶：分布于戈壁灘邊緣。 中－細砂帶：形成沙漠和沙丘。粒徑0.3－0.18mm，磨圓好，沙層具 斜層理，礦物成分主要是石英。 粉塵帶：形成黃土。呈灰色，棕黃色，粒徑0.05-0.005mm，分選好， 磨圓差，無

30、層理，礦物成分主要是石英，長石，少量暗色礦 物和方解石。,2．冰川的沉積作用,冰漬物：無分選，大小混雜，磨圓差，礫石呈棱角狀。 冰前湖泊的沉積類似沖積物和湖積物。粘土具水平層理，稱冰川紋泥。 3．湖泊和沼澤的沉積作用 湖泊：形成湖積物，其沉積作用類似海水。 沼澤：陸地上極度潮濕，嗜濕性植物大量生長并有泥炭堆積的地區(qū)。 以生物有機質沉積為主。,第五節(jié)

31、 成巖作用,一、壓實作用：物理變化。堆積物下層受壓榨，排出水分，減小孔 隙率，縮小體積，沉積物逐漸密實，固結，變硬形 成巖石。 二、膠結作用：起膠結作用的物質稱膠結物，主要有SiO2,Fe2O3， CaCO3和粘土。以膠體形式與砂，礫同時沉積，經(jīng)過 脫水和固結，將砂，礫膠結起來形成巖石。

32、 三、重結晶作用：發(fā)生在化學沉積物和碳酸鹽沉積物中。原先晶粒 較小，在壓實過程中，小晶粒結晶長大，從而形 成巖石。 靜壓力低于1×108Pa，地溫低于250℃條件下沉積物轉變?yōu)閹r石 的作用稱為成巖作用。超過這一限度是變質作用,,,第六節(jié) 沉積巖的一般特征與分類,一、沉積巖的礦物成分特征 1．沉積巖中有大

33、量粘土礦物，沉積的鐵錳鋁礦物，白云石，方解石 和鹽類礦物等，是在風化－沉積作用中新生的礦物。 2．沉積巖中缺乏巖漿巖中常見的礦物，如橄欖石，輝石，角閃石， 黑云母等。說明這些礦物易風化被分解。 3．沉積巖中具有生物作用形成的有機質，其它巖石中沒有。 4．沉積巖中石英，鉀長石，納長石，白云母等礦物較多，說明這些 礦物較穩(wěn)定。,二、沉積巖的主要構造,沉積巖的構造：巖石各個組成部分的空間分布和排列方式

34、顯示出的形貌 特征。層理：在垂直于沉積物表面的方向上以沉積物的成分，顏色，粒度等變 化顯示出來的成層性。,層理的結構： 紋層—成分單一的細微薄片組成。 層系—結構和產(chǎn)狀相似的紋層組成。 層系組—相似環(huán)境下形成層系的組合。 層面—每套層系組間的界面。,層理類型：水平層理，平行層理，波狀層理，斜層理， 粒序層理，凸鏡狀層理，壓扁層理，塊狀層理。,,,三

35、、沉積巖的結構,沉積巖的結構：巖石組成物質的形狀，大小，結晶程度及組合方式等。 結構類型： 碎屑結構：各種碎屑物被膠結物粘連起來的基本結構。 礫狀結構：碎屑粒徑大于2mm并超過50％。 砂狀結構：碎屑粒徑0.05－2mm并超過50％。 粉砂狀結構：碎屑粒徑0.05－0.005mm并超過50％。 泥質結

36、構：粒徑小于0.005mm的泥質物質形成的結構。 晶粒結構：化學沉積作用形成的結晶巖石具有的結構。 生物結構：生物遺體或生物碎屑形成的巖石具有的結構。,四、沉積巖的顏色,原生色,,繼承色：碎屑巖中碎屑物的本色。,自生色：化學巖，粘土巖中自生礦物及原生混入物的顏色。,次生色：巖石在風化作用中轉變而成的顏色。,五、沉積巖的分類,根據(jù)沉積物的來源，巖石成因，成分和結構特點，可分為：,第七節(jié) 他生沉積巖大類,一、

37、陸源碎屑巖類 1．一般特點： ⑴．物質成分,巖石碎屑：母巖的殘余碎片。若巖屑含量高，說明母巖風化程度低或 搬運距離短，礦物成熟度低。多出現(xiàn)較粗的礫巖和砂巖中。,礦物碎屑：石英，長石和云母。長石多鉀長石和酸性斜長石。 若長石含量高，說明巖石在干燥氣候區(qū)和快速堆積形成。,礦物成熟度：石英/長石＋巖屑化學物質：多以膠結物存在，有鈣質，硅質，硫酸鹽類和磷酸鹽類。雜基：充填于碎屑顆粒之間的

38、細粒機械混入物。有細粉砂(<0.01mm） 和粘土物質，也起膠結作用。,⑵．碎屑巖的結構,結構類型： 陸源碎屑結構：礫狀結構 角礫狀結構 砂狀結構 粉砂狀結構 泥狀結構 顆粒磨圓度：棱角狀，次棱角狀，次圓狀，圓狀，渾圓狀 膠結類型：基底式膠結，孔隙式膠結，接觸式

39、膠結，鑲嵌式膠結,,碎屑巖物質組成,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,膠結物,充填物,,,,,,,碎屑顆粒,孔 隙,,,晶屑、巖屑,,,,,,,,,,,晶屑,巖屑,填隙物,注：填隙物指充填物與膠結物。,二、火山碎屑巖類,1．碎屑成分： 巖屑，晶屑，玻屑 2．結構和構造 結構：集塊結構，火山角礫結構和凝灰結構。 構造：似流紋構造：塑性，半塑性火山碎屑物定向排列形成。 斑雜構造

40、：火山碎屑物成分不均一顯示出來的構造。 層理構造：經(jīng)水，風等搬運后沉積的碎屑物顯示出的構造。 3．成巖方式： 熔結壓實，壓實固結，壓實和水化學膠結 4．分類：根據(jù)成因，組分含量，成巖方式和粒度劃分。,第八節(jié) 自生沉積巖大類,一、碳酸鹽巖類 1．礦物成分 碳酸鹽礦物：方解石，白云石，少量鐵白云石，菱鐵礦，菱鎂礦等。 非碳酸鹽自生礦物：石膏，重晶石，蛋白石，黃鐵礦，海綠石，

41、 磷酸鹽等。 陸源礦物：粘土礦物，石英，長石等。 2．結構： 粒屑結構：類似陸源碎屑巖中的碎屑結構。粒屑有生物屑，內碎屑和 包粒。 晶粒結構：純化學沉積的碳酸鹽巖具有的結構，由方解石或白云石晶 體鑲嵌形成。 生物骨架結構：造礁生物骨架與充填在架間的碳酸鹽細小晶粒形成，

42、 礁灰?guī)r特有。,3．構造,疊層構造：藻類生物活動形成，剖面上藻紋層與碎屑紋層交替出現(xiàn)并向 上突起，也稱疊層石。,鳥眼構造：在微晶或隱晶碳酸鹽巖中，有1-3mm大小的大致平行層面的孔隙，被后期方解石或硬石膏充填或半充填，形似鳥眼，多形成在潮上帶。,4．分類和命名,根據(jù)巖石中方解石和白云石含量以及與泥質含量劃分為：,二、其它自生沉積巖類,1．硅質巖：以化學作用和生物化學作用形成富含SiO2的沉積巖。