地球岩石及其形成作用（14）
胡经国
第三章沉积岩及其形成作用
第一节沉积岩及其形成作用基本概念
一、风化作用的概述
㈠、风化作用的概念
风化作用（Weathering）是指地表或接近地表的坚硬岩石（及其所含矿物）在与大气、水及生物接触的过程中产生物理、化学变化而在原地形成松散碎屑物或溶解物质（分化作用产物，简称风化物）的作用过程。
风化作用是地球和宇宙之间、地壳表层与大气圈、水圈和生物圈之间物质与能量转化的表现形式。风化作用是在大气条件下导致岩石的物理性质和化学成分发生变化的作用过程。风化作用的营力有太阳辐射、水、气体和生物等。
㈡、风化作用的基本类型
按作用的因素和性质，风化作用可以分为物理风化作用（PhysicalWeathering）、化学风化作用（ChemicalWeathering)和生物风化作用（BiologicalWeathering）三种基本类型。在岩石风化过程中，这三类风化作用通常是同时进行的，而且往往是既互相影响又互相促进的。
岩石是热的不良导体。当温度变化时，由于其表层与内部受热不均，因而产生膨胀与收缩；这种作用长期进行的结果导致岩石发生崩解破碎。在气温的日变化和年变化都比较突出的地区，岩石中的水分不断冻融交替；冰冻时体积膨胀，好像一把把楔子插入岩石内直到把岩石劈开、崩裂、破碎。以上两种风化作用属于物理风化作用。
岩石中的矿物成分在氧、二氧化碳以及水的作用下，常常发生化学分解作用，产生新的物质。这些物质有的被水溶解，随水流失；而不溶解物质则残留在原地。这种改变岩石原有化学成分的风化作用属于化学风化作用。
此外，植物根系的生长，洞穴动物的活动、植物体死亡后分解形成的腐植酸对岩石的分解，都可以改变岩石的状态与成分。这种由生物及其活动引起的风化作用属于生物风化作用。
㈢、风化作用与水分和温度的关系
岩石风化作用与水分和温度密切相关。温度越高，湿度越大，风化作用越强。在干燥环境中，主要以物理风化为主，而且随着温度升高物理风化作用逐渐加强。在湿润环境中，主要以化学风化作用为主，而且随着温度的升高化学风化作用逐渐加强。物理风化主要受温度变化影响，而化学风化则受温度和水分变化影响都较大。从地表风化壳厚度来看，温度高、水分多的地区风化壳厚度最大。土壤是在风化壳的基础上演变而来的。
二、侵蚀作用概述
㈠、侵蚀作用的一般概念
侵蚀作用（Erosion）是指风力、流水、冰川、波浪等地质（简称外营力）在运动状态下对地表及其附近岩层（体）及其风化物的崩解、分解、溶解等改造和破坏作用过程。例如，在干旱的沙漠区常常可以见到一些奇形怪状的岩石形态。它们有的像古代城堡，有的像擎天立柱，有的像大的石蘑菇。它们并非雕塑家们的精工巧作，而是风挟带岩石碎屑磨蚀岩石——风蚀作用的结果。它们所代表的地表形态称为风蚀地貌。
㈡、广义和狭义的侵蚀作用
侵蚀作用的含义有广义和狭义之分。
1、狭义侵蚀作用
狭义侵蚀作用是指流水及其携带的泥沙和石块对地表及其附近岩层（体）的冲刷等改造和破坏作用过程。按其发育空间的形态，它可分为坡面上的片蚀作用和沟谷、河流的线蚀作用。按其作用方向，线蚀作用可分为向（溯）源侵蚀作用、侧向侵蚀作用和下切侵蚀作用。
2、广义侵蚀作用
广义侵蚀作用是指风力、流水、冰川、波浪等外营力在运动状态下对地表及其附近岩层（体）及其风化物的崩解、分解、溶解等改造和破坏作用过程，包括流水侵蚀作用、溶蚀作用、冰川侵蚀作用、海蚀作用（波浪、洋流和潮汐的侵蚀作用）和风蚀作用等，是多种自然侵蚀作用的总和。
㈢、侵蚀作用基本类型
按作用性质，侵蚀作用分为机械侵蚀作用和化学侵蚀作用两种基本类型。机械侵蚀作用是指风、流水、冰川、波浪等外营力依靠其本身的动能对岩土体的机械破坏作用过程；化学侵蚀作用是指地表流水、地下水、海水等对地表和地下岩层（体）的、以溶解作用（溶蚀）为主的侵蚀作用。
三、搬运作用的概念
搬运作用（Transportation）是指地表和近地表的岩石碎屑和溶解质等岩石风化产物被外营力从原地搬运到别的场所（如海洋、河流、湖泊、低洼地等）的作用过程。它是自然界塑造地球表面形态的重要作用之一，是沉积岩形成作用的一种重要作用。
搬运作用的外营力包括水流、波浪、潮汐流和海流、冰川、地下水、风和生物作用等。在搬运过程中，风化物的分选性以风力搬运作用为最好，以冰川搬运作用为最差。搬运作用的方式主要有推移（滑动和滚动）、跃移、悬移和溶移等。不同的搬运外营力有不同的搬运方式。
四、沉积作用的概念
沉积作用（Sedimentation）的概念有广义、比较狭义和更加狭义之分。按沉积环境，沉积作用可以分为大陆沉积作用与海洋沉积作用两大类型。按作用方式，沉积作用可以分为机械沉积作用、化学沉积作用和生物沉积作用三种类型。按作用营力，沉积作用可以分为河流沉积作用、冰川沉积作用、海洋沉积作用、地下水沉积作用、风力沉积作用、生物沉积作用等类型。
㈠、广义沉积作用概念
广义沉积作用是指被地质外营力（水流、运动海水、冰川、地下水流、风力等）搬运的岩土体的风化、侵蚀作用产物以及火山喷发物和有机物等在到达适宜的场所（海洋、湖泊、河流、陆地低洼处等）以后，由于条件发生改变而发生沉积（下沉、沉淀和堆积）形成松散（软）沉积物，再经成岩作用固结为坚硬岩石（沉积岩）的整个作用过程。它是地壳－岩石圈三大成因类型岩石之一的沉积岩的形成作用。
很多人使用广义沉积作用概念。例如，在矿床学中，常把沉积演化过程中形成的矿床统称为沉积矿床。这是相对于岩浆作用、变质作用等与地质内营力（简称内营力）有关的作用而言的。
㈡、比较狭义的沉积作用概念
比较狭义的沉积作用是指被地质外营力（水流、运动海水、冰川、地下水流、风力等）搬运的岩土体的风化、侵蚀作用产物以及火山喷发物和有机物等在到达适宜的场所（海洋、湖泊、河流、陆地低洼处等）以后，由于条件发生改变而发生沉积（下沉、沉淀和堆积）形成松散（软）沉积物的作用过程。它不包括沉积物再经成岩作用固结成岩石（沉积岩）的作用过程。
在沉积学中，通常使用比较狭义的沉积作用概念。
㈢、更加狭义的沉积作用概念
更加狭义的沉积作用是指在介质（如水）中呈悬浮状态的物质在重力作用下发生机械沉积的作用过程。
由此，广义沉积作用的概念可以概括为：岩土体的风化、侵蚀作用产物以及火山喷发物和有机物等经搬运作用、比较狭义的沉积作用和成岩作用形成沉积物和沉积岩的整个作用过程。
五、沉积物的概念
在地质学中，沉积物是指被地质外营力（水流、运动海水、冰川、地下水流、风力等）搬运的岩土体的风化、侵蚀作用产物以及火山喷发物和有机物等在到达适宜的场所（海洋、湖泊、河流、陆地低洼处等）以后，由于条件发生改变发生沉积（下沉、沉淀和堆积）而形成的的松散（软）碎屑物，如砾石、砂、粘土、淤泥、灰泥以及火山碎屑和生物残骸等。其中，最主要的是岩土体的风化、侵蚀作用产物；其次是火山喷发物和有机物；有时含有宇宙物质等。
简而言之，沉积物是指岩土体的风化、侵蚀作用产物以及火山喷发物和有机物等经搬运作用、沉积作用而形成的松散（软）碎屑物。
沉积物是形成沉积岩的物质基础。沉积物经成岩作用而固结成为沉积岩。
六、成岩作用的概念
成岩作用（Diagenesis）是指在一定压力、温度的影响下，由原岩经风化作用、侵蚀作用、搬运作用、沉积作用而形成松散（软）沉积物固结为坚硬沉积岩的作用过程。成岩作用大多发生在地下几千米以内的地质环境中。成岩作用一词最早由德国学者C.W.冈贝尔（1868)提出。各国学者对这一名词所赋予的含义并不完全一致。
成岩作用的主要方式包括沉积物的压实作用、胶结作用、交代作用、结晶作用、淋滤作用、水合作用和生物化学作用以及新矿物的产生等。这些作用通常是在压力、温度不高的地壳表层发生的。
在作为成岩物质的沉积物被上覆沉积物覆盖以后，由于厌氧细菌的作用，有机质腐烂分解，产生H2S、CH4、NH3和CO2等气体，促使碳酸基矿物溶解成重碳酸盐，高价氧化物还原成低价硫化物，酸性氧化环境变为碱性还原环境。此时，沉积物发生重新分配、组合，胶体矿物脱水陈化、压缩胶结，最终固结成为坚硬的沉积岩。
七、沉积岩的概念
沉积岩（SedimentaryRock)，又称为水成岩，是组成地壳－岩石圈的三大成因类型岩石之一（另外两类是岩浆岩和变质岩）。它是指在地表不太深的环境条件下，由原岩经风化作用、侵蚀作用产生的碎屑物和溶解物质以及火山喷发物质、有机物和宇宙物质等，经搬运作用、沉积作用和成岩作用而形成的岩石。
在地球表面有70%的岩石是沉积岩。但是，在从地表到地下16公里深处的整个岩石圈，沉积岩只占5%。沉积岩主要包括石灰岩、白云岩、砾岩、砂岩、页岩、泥岩等，此外还有火山碎屑沉积岩等。沉积岩中所含有的沉积矿产，占全世界矿产蕴藏量的80%。
沉积岩的物质来源主要有以下几个渠道：风化作用和侵蚀作用是主要的渠道。此外，火山爆发喷射出来的大量火山物质也是沉积物来源之一；植物和动物有机质在沉积岩中也占有一定比例。
沉积岩保留有许多地球的历史信息。其中，古代动植物化石具有地球生物演化信息。相较于岩浆岩和变质岩，沉积岩中的化石所受破坏较少，也比较易于完整保存，因此对于考古学来说沉积岩是十分重要的研究目标。此外，沉积岩的层理构造具有有地球气候、环境变化的信息。
八、沉积相的概念
沉积相（SedimentaryFacies）是指沉积物（岩）的生成环境、生成条件及其特征的总和。物质成分相同的岩石组成同一种相，在同一地理区的岩石则组成同一个组。鉴定这些岩石不仅要依靠其在地质时代的生成环境，岩石的成分和结构构造，还可以依据其中所包含的生物、微生物的化石。
2020年2月13日编写于重庆
5
|
|
