沉积岩石学及岩相古地理沉积岩概念和特征省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

沉积岩石学及岩相古地理沉积岩石学及岩相古地理Sedimentarypetrographyandlithofaciespaleogeography第1页第一章 绪论第一篇第一篇 总总 论论 本章学习要求：全方面、熟练掌握全方面、熟练掌握 沉积岩概念和基本特征 了解了解 沉积岩分类、沉积岩石学及岩相古地理学几 个相关概念 了解了解 沉积岩石学历史、现实状况及发展趋势第2页1、地壳表层条件-形成环境2、沉积岩原始物质-物质基础3、一系列作用-形成作用4、一类岩石-结果一、沉积岩一、沉积岩一、沉积岩一、沉积岩（sedimentaryrocks)sedimentaryrocks)概念：概念：概念：概念：组成岩石圈三大类岩石（岩浆岩、变质岩、沉积岩）组成岩石圈三大类岩石（岩浆岩、变质岩、沉积岩）之一。是在地壳表层条件下，由母岩风化产物、火山物质、之一。是在地壳表层条件下，由母岩风化产物、火山物质、有机物质等沉积岩原始物质成份，经搬运作用、沉积作用有机物质等沉积岩原始物质成份，经搬运作用、沉积作用和沉积后作用而形成一类岩石。和沉积后作用而形成一类岩石。第一节 沉积岩概念和基本特征第3页水圈水圈生物圈生物圈岩石圈岩石圈地壳地壳表层表层沉积圈沉积圈大气圈大气圈地地球球外外圈圈内圈内圈地核地核地幔地幔地壳地壳沉积岩壳花岗岩质壳（Si、Al）玄武岩质壳（Si、Mg、Al）大气圈下部、岩石圈上部、水圈和生物圈全部 地壳表层1、地壳表层条件、地壳表层条件形成环境形成环境（1）地壳表层定义第4页 地壳表层条件：地壳表层条件：常温、常压，存在水和大气作常温、常压，存在水和大气作用，生物和生物化学作用以及重力作用。用，生物和生物化学作用以及重力作用。1、地壳表层条件、地壳表层条件-形成环境形成环境（2）地壳表层条件特征 A 温度：常温 B 压力：常压 C 水和大气作用 D 生物和生物化学作用 E 重力作用第5页1、地壳表层条件、地壳表层条件-形成环境形成环境（2 2）地壳表层条件特征）地壳表层条件特征A A 温度温度 地表最高温度地表最高温度8585 地表最低温度北极地表最低温度北极7070B B 压力压力 地表地表1atm1atm 海（洋）底最大约海（洋）底最大约1000atm1000atm 普通小于普通小于20atm20atm常 温常 压（相对于岩浆岩、变质岩）第6页1922，ElAzizia，Libya：58，（136华氏度）华氏度）加利福尼亚死亡谷（Death Valley）：197月10日为134华氏度。Hot!第7页-89,1983，Vostok Station俄罗斯南极内陆高原东方站“沃斯托站”Cold!第8页C 水和大气作用 水成岩、风成岩、冰碛岩D 生物和生物化学作用 生物遗体“生物岩”生物礁石灰岩和煤 生物化学作用“生物化学岩”E 重力作用 洪水、泥石流、水底滑塌、雪崩、地震1、地壳表层条件、地壳表层条件-形成环境形成环境（2）地壳表层条件特征第9页水水水水冰冰冰冰风风风风水和大气作用水和大气作用水和大气作用水和大气作用第10页生物和生物化学作用生物和生物化学作用生物和生物化学作用生物和生物化学作用第11页第12页重力作用重力作用重力作用重力作用雪崩雪崩雪崩雪崩崩塌崩塌崩塌崩塌第13页2、沉积岩原始物质成份-物质基础母 岩：地表上出露供给沉积岩原始物质成份岩石，主要指早于该沉积岩而存在岩浆岩、变质岩和较老沉积岩。母岩所分布地域叫做母岩区母岩区或陆源区陆源区、物源区物源区，简称源区源区。第14页(1)(1)母岩破坏（风化）产物母岩破坏（风化）产物陆源物质陆源物质2、沉积岩原始物质成份-物质基础A A 物理风化和机械破坏生成碎屑物质物理风化和机械破坏生成碎屑物质B B 化学分解生成粘土物质化学分解生成粘土物质(2)(2)其它其它A A 地表水和浅水溶液中化学沉淀物质地表水和浅水溶液中化学沉淀物质B B 火山喷出碎屑物质火山喷出碎屑物质C C 生物物质生物物质D D 宇宙物质宇宙物质天上掉，地下冒，自己生产最主要第15页克拉玛依吐孜阿克内沟克拉玛依吐孜阿克内沟母岩风化产物第16页Mount St.Helens 40 km NNE of Mount St.Helens 1980-5-18火山喷出碎屑物质第17页宇宙物质宇宙物质第18页原始物质原始物质沉积物沉积物沉积盆地沉积盆地沉积岩沉积岩3、一系列作用-形成作用沉积后作用沉积后作用沉积作用沉积作用风化作用、搬运作用、沉积作用、沉积后作用风化作用等风化作用等搬运作用搬运作用第19页4、一类岩石-结果自然界中有三大岩石：自然界中有三大岩石：沉积岩、岩浆岩、变质岩三大类岩石在成因上关系岩浆岩岩浆岩岩浆岩岩浆岩变质岩变质岩沉积岩沉积岩沉积物沉积物沉积作用搬运作用隆升-暴露岩浆岩浆变质作用成岩作用熔融作用结晶作用固结作用风化作用岩石循环第20页 组成沉积岩原始物质经过机械、化学或生物沉积作用形成涣散沉积物，再经埋藏改造作用（即成岩作用）在地下不很深处固结形成沉积岩。从成因角度说，沉积岩是在地壳表层温度和压力条件下，在水、大气、生物和生物化学以及重力作用下，主要由母岩风化产物，同时也有火山物质、生物以及宇宙物质等，大都经过搬运作用、沉积作用以及沉积后成岩作用所形成岩石。第21页（一）矿物成份（一）矿物成份 地壳中已知矿物地壳中已知矿物地壳中已知矿物地壳中已知矿物30003000，沉积岩中矿物，沉积岩中矿物，沉积岩中矿物，沉积岩中矿物达达160160种以上，种以上，常见只有常见只有2020余种余种余种余种。一个一个岩石中主要（造岩）矿物岩石中主要（造岩）矿物只有只有只有只有1 13 3种，通常不过种，通常不过种，通常不过种，通常不过5 56 6种种种种。沉积岩矿物成份。沉积岩矿物成份与岩浆岩与岩浆岩与岩浆岩与岩浆岩相比相比相比相比，有以下几个特点：，有以下几个特点：二、沉积岩基本特征第22页沉积岩中矿物沉积岩中矿物成份基本特征成份基本特征 1.1.高温矿物罕见高温矿物罕见高温矿物罕见高温矿物罕见 橄榄石、辉石、角闪石等橄榄石、辉石、角闪石等 铁镁矿物及基性斜长石不出现铁镁矿物及基性斜长石不出现/甚少。甚少。2.2.低温矿物富集低温矿物富集低温矿物富集低温矿物富集 钾长石、酸性斜长石和石英（碎屑岩中平均含量钾长石、酸性斜长石和石英（碎屑岩中平均含量66.866.8）在沉积岩中也广）在沉积岩中也广泛存在。泛存在。3.3.沉积岩中有特有自生矿物沉积岩中有特有自生矿物沉积岩中有特有自生矿物沉积岩中有特有自生矿物 氧化物和氢氧化物、粘土矿物、盐类矿物、碳酸盐矿物氧化物和氢氧化物、粘土矿物、盐类矿物、碳酸盐矿物 在地表常温、在地表常温、常压并富含常压并富含OO2 2、COCO2 2、H H2 2OO条件下生成，又称为自生矿物。条件下生成，又称为自生矿物。第23页（二）沉积岩化学成份特征（二）沉积岩化学成份特征 沉积岩和岩浆岩平均化学成份十分靠近。沉积岩和岩浆岩平均化学成份十分靠近。沉积岩和岩浆岩平均化学成份十分靠近。沉积岩和岩浆岩平均化学成份十分靠近。1.1.二者铁总含量大致相等二者铁总含量大致相等 岩浆岩中岩浆岩中FeOFeO高于高于FeFe2 2O O3 3，而在沉积岩中则相反。，而在沉积岩中则相反。2.2.沉积岩中碱金属含量远低于岩浆岩，尤其是钠含量。沉积岩中碱金属含量远低于岩浆岩，尤其是钠含量。岩浆岩中，岩浆岩中，NaNa+KK+沉积岩中，沉积岩中，NaNa+KK+Na Na在地表条件易于从母岩中析出，大量流失进入到海水中。在地表条件易于从母岩中析出，大量流失进入到海水中。3.3.沉积岩中富含沉积岩中富含COCO2 2和和H H2 2O O。4.4.存在大量有机质是沉积岩与岩浆岩最主要区分之一。存在大量有机质是沉积岩与岩浆岩最主要区分之一。有机质在地表分布很广，而且从地球发展到一定阶段产生生物以来，有有机质在地表分布很广，而且从地球发展到一定阶段产生生物以来，有机质总量不停增加，据维尔纳斯基（机质总量不停增加，据维尔纳斯基（19261926）预计，有机质总量约为地壳）预计，有机质总量约为地壳总重量总重量0.1%0.1%（地壳厚度按（地壳厚度按16km16km计算）。计算）。二、沉积岩基本特征第24页 1.1.结构结构n n沉积岩结构取决于岩石形成方式。特有：沉积岩结构取决于岩石形成方式。特有：沉积岩结构取决于岩石形成方式。特有：沉积岩结构取决于岩石形成方式。特有：机械破碎陆源碎屑机械破碎陆源碎屑机械破碎陆源碎屑机械破碎陆源碎屑组成岩石含有组成岩石含有“碎屑结构碎屑结构碎屑结构碎屑结构”化学风化形成陆源粘土化学风化形成陆源粘土化学风化形成陆源粘土化学风化形成陆源粘土组成岩石含有组成岩石含有“泥状结构泥状结构泥状结构泥状结构”机械作用机械作用机械作用机械作用形成形成盆地内盆地内盆地内盆地内岩石则含有岩石则含有“粒屑结构粒屑结构粒屑结构粒屑结构”生物作用生物作用生物作用生物作用形成岩石含有形成岩石含有“生物结构生物结构生物结构生物结构”n n与岩浆岩共有：结晶质结构；与岩浆岩共有：结晶质结构；与岩浆岩共有：结晶质结构；与岩浆岩共有：结晶质结构；n n缺乏：玻璃质结构。缺乏：玻璃质结构。缺乏：玻璃质结构。缺乏：玻璃质结构。2.2.结构结构n n成层结构成层结构成层结构成层结构 层内结构和层面结构层内结构和层面结构层内结构和层面结构层内结构和层面结构n n层理结构、各种层面结构、结核、叠层结构等为沉积岩所特有层理结构、各种层面结构、结核、叠层结构等为沉积岩所特有层理结构、各种层面结构、结核、叠层结构等为沉积岩所特有层理结构、各种层面结构、结核、叠层结构等为沉积岩所特有n n绝大多数沉积物在流体（空气、水）中搬运和沉积绝大多数沉积物在流体（空气、水）中搬运和沉积n n含有各种各样孔隙含有各种各样孔隙含有各种各样孔隙含有各种各样孔隙 结结结结晶晶晶晶岩岩岩岩普普普普通通通通缺缺缺缺乏乏乏乏孔孔孔孔隙隙隙隙,因因为为沉沉积积岩岩是是在在地地表表或或靠靠近近地地表表压压力力条条件件下下形形成成（气孔（气孔杏仁结构）。杏仁结构）。（三）结构、结构第25页沉积岩碎屑结构生物结构第26页结晶质结构第27页沉积岩结构第28页第二节 沉积岩分布和研究意义（一）空间广泛（一）空间广泛 面积：面积：3/43/4陆地面积，陆地面积，100%100%海底面积。海底面积。厚度：改变大，厚度：改变大，0 0几十几十kmkm 海洋：几海洋：几m m几几kmkm，平均，平均1km1km 陆地：陆地：0-30km0-30km，平均，平均1.8km1.8km 体积：沉积岩占地壳总体积体积：沉积岩占地壳总体积5%5%，岩浆岩和变质岩占，岩浆岩和变质岩占95%95%。（二）时间历久（二）时间历久 当前已经确定地壳上最古老岩石年纪为当前已经确定地壳上最古老岩石年纪为461046108 8a,a,沉积沉积圈岩石最老年纪达圈岩石最老年纪达361036108 8a a（前苏联科拉半岛），其中有生（前苏联科拉半岛），其中有生命记载岩石年纪为命记载岩石年纪为311031108 8a a（南非）。（南非）。一、沉积岩分布第29页 理论意义和实际意义（国民经济建设需要，地球及其环保成为二十一世纪人类最为关切问题，地球是人类唯一家园）。理论意义：推断古地理面貌（古地理图）及演化、“将今论古、将古论今”，预测全球环境变化。实际意义：矿产资源勘查、预测，环境保护。环境改变环境改变环境改变环境改变 二、研究意义第30页厄尔尼诺厄尔尼诺(ElNino)现象现象拉尼娜拉尼娜(LaNina)现象现象理论意义：第31页 （一）（一）沉积岩中蕴含大量矿产沉积岩中蕴含大量矿产 世界资源总储量世界资源总储量757585%85%属沉积和沉积变质成因。据第属沉积和沉积变质成因。据第1919届世界地质学会统计资料，石油、天然气、煤、油页岩等届世界地质学会统计资料，石油、天然气、煤、油页岩等可燃有机矿产以及盐类矿产，几乎全是沉积成因。铁矿可燃有机矿产以及盐类矿产，几乎全是沉积成因。铁矿90%90%，铅锌矿，铅锌矿404050%50%，铜矿，铜矿252530%30%，锰矿和铝矿绝大部分以及，锰矿和铝矿绝大部分以及其它许多金属，非金属矿产，也都是沉积成因和沉积变质成其它许多金属，非金属矿产，也都是沉积成因和沉积变质成因。因。（二）（二）沉积岩是主要工业原料和建筑材料沉积岩是主要工业原料和建筑材料 石灰岩和白云岩是冶金工业中惯用溶剂，石灰岩和白云岩是冶金工业中惯用溶剂，石灰岩是制造水泥和人造纤维主要原料，石灰岩是制造水泥和人造纤维主要原料，白云岩则可作为耐火材料。白云岩则可作为耐火材料。粘土岩按性质不一样可作耐火材料、陶瓷原料、泥浆原料、粘土岩按性质不一样可作耐火材料、陶瓷原料、泥浆原料、填充剂和净化剂；填充剂和净化剂；石英砂岩可作玻璃原料；石英砂岩可作玻璃原料；建筑材料。建筑材料。实际意义：第32页 （三）研究沉积岩对油气勘探开发实践意义重大（三）研究沉积岩对油气勘探开发实践意义重大 石油和天然气大部分形成和储集在沉积岩中；石油和天然气大部分形成和储集在沉积岩中；非结构或隐蔽油气藏形成储量占石油总储量非结构或隐蔽油气藏形成储量占石油总储量1/31/31/41/4，沉积作用和成岩作用，沉积作用和成岩作用，结构油气藏非均质性也与沉积和成岩作用相关；结构油气藏非均质性也与沉积和成岩作用相关；钻井液选择与配制，二次、三次采油、油层保护及提升钻井液选择与配制，二次、三次采油、油层保护及提升采收率等钻采工艺都要考虑沉积岩成份及结构等原因。采收率等钻采工艺都要考虑沉积岩成份及结构等原因。石油地质学家主要组成部分！石油地质学家主要组成部分！（四）在环境保护、基建、国防建设等方面含有主要影响（四）在环境保护、基建、国防建设等方面含有主要影响 地下蓄水层沉积物和沉积岩是主要地下蓄水层沉积物和沉积岩是主要水库、港口、河水库、港口、河流冲淤、土壤侵蚀、军港设计、潜艇和海底导弹基地建设等。流冲淤、土壤侵蚀、军港设计、潜艇和海底导弹基地建设等。环境沉积学、生态沉积学环境沉积学、生态沉积学实际意义：第33页第三节第三节沉积岩石学及岩相古地理概念沉积岩石学及岩相古地理概念 沉积学及古地理学、沉积学及古地理学、沉积岩石学、沉积学、沉积古地理学沉积岩石学、沉积学、沉积古地理学 是地球科学范围内含有较强是地球科学范围内含有较强综合性综合性和和理论性理论性分支学科。分支学科。它包含它包含沉积岩石学沉积岩石学和和沉积古地理学沉积古地理学两个分支学科；两个分支学科；与沉积岩石学和沉积古地理学关系最为亲密是与沉积岩石学和沉积古地理学关系最为亲密是沉积学沉积学。其次是其次是 当代沉积学、当代地理学。当代沉积学、当代地理学。本课程实际上就是本课程实际上就是“古沉积学、古地理学古沉积学、古地理学”。沉积岩石学及岩相古地理概念沉积岩石学及岩相古地理概念第34页 （一）沉积岩石学（Sedimentary petrography）是研究沉积岩（包含沉积矿产）物质成份、结构结构、分类和形成作用，以及沉积环境分布规律一门地质科学。是岩石学一部分，但又是一门独立学科。（二）沉积古地理学（Lithofacies paleogeography）对一定地质历史时期形成地层进行沉积相分析，得出当初不一样地域沉积环境、沉积条件及其相互关系，再造当初海陆分布、自然地理和气候特征学科。（三）沉积学（Sedimentology）研究沉积物和沉积作用科学。包含研究未曾石化和已经石化天然沉积物及自然环境中沉积作用过程和作用。第35页当代环境和古环境术语对比：当代环境和古环境术语对比：第36页一、主要研究内容 1.沉积物（岩）物质成份、结构、结构、分类命名、产状和岩层之间接触关系；2.沉积岩形成机理，尤其是其中有用矿产形成机理、富集和储存规律；3.恢复沉积岩形成时古气候条件、古地理条件、古介质条件以及大地结构条件等；4.沉积物（岩）形成、演化及分布规律与人类生存发展之间关系。岩类学岩理学应 用第四节 沉积岩石学研究内容及研究方法第37页 1.野外 覆盖区岩芯观察和描述；当代沉积考查。2.室内 分析测试：薄片判定、粒度分析、物性分析、扫描电镜、电子探针与能谱、X衍射、阴极发光、图像分析、包体分析、同位素测定、显微荧光 模拟试验 3.多学科理论和伎俩综合应用 地层学、层序地层学、古地理学、地球化学、矿床学、储层地质学、油气地质学；地球物理（地震与测井）资料、钻井、录井资料等。野外与室内相结合，宏观与微观相结合，当代与古代相结合，常规测试伎俩与先进测试技术相结合。现实主义标准现实主义标准现实主义标准现实主义标准二、研究方法第38页野外观察测量岩心观察描述岩心观察描述克拉玛依不整合沟克拉玛依不整合沟克拉玛依不整合沟克拉玛依不整合沟敦煌七里镇，青海油田岩心库敦煌七里镇，青海油田岩心库敦煌七里镇，青海油田岩心库敦煌七里镇，青海油田岩心库野外观察岩心描述第39页 显微镜薄片法是最基本方法。显微镜薄片法是最基本方法。其它室内方法有：粒度分析、重矿物分析、不溶残渣分析、其它室内方法有：粒度分析、重矿物分析、不溶残渣分析、差热分析、化学分析、光谱分析等。差热分析、化学分析、光谱分析等。较新测试伎俩：阴极发光、稳定同位素、扫描电镜、较新测试伎俩：阴极发光、稳定同位素、扫描电镜、X X衍射、衍射、图像分析、电子探针、原子吸收光谱、红外光谱等。图像分析、电子探针、原子吸收光谱、红外光谱等。在油田区，地下地层和沉积相以圈定油气储集层主要伎俩：在油田区，地下地层和沉积相以圈定油气储集层主要伎俩：如利用测井曲线、地震资料进行岩性和沉积相分析（测井相分析、如利用测井曲线、地震资料进行岩性和沉积相分析（测井相分析、地震相分析）。地震相分析）。室内研究方法室内研究方法地震剖面与环境解释地震剖面与环境解释第40页第五节 沉积岩石学历史、现实状况与发展趋势（一）沉积岩石学诞生与发展 1.18世纪下半叶以前来自生活生产感性认识 2.18世纪下半叶近代地质学建立早期（“水成派”、“火成派”大争论）3.19世纪20世纪60年代沉积岩石学发展成独立学科 18501850年，年，SorbySorby将显微镜应用于沉积岩研究中，标志着沉积岩将显微镜应用于沉积岩研究中，标志着沉积岩石学作为一门独立学科而产生石学作为一门独立学科而产生。2020世纪上半叶世纪上半叶沉积岩石学代表作相继问世沉积岩石学代表作相继问世 2020世纪中叶世纪中叶两大进展（两大进展（浊流理论、异化颗粒浊流理论、异化颗粒）促成了近）促成了近代沉积岩石学代沉积岩石学 4.20世纪60年代以来沉积学阶段第41页Henry Clifton Sorby1826-19081849 Microscopical Petrography 1863 Microscopic Metallurgy Microspectroscopy1878Marine biology 英国地质学家英国地质学家索尔贝索尔贝索尔贝索尔贝第42页（二）现实状况与发展趋势 1.1.充实和完善了岩类学充实和完善了岩类学 2.2.扩大和完善沉积作用机理扩大和完善沉积作用机理 描述性描述性成因性成因性 定性定性半定量半定量定量（计算机）定量（计算机）3.3.加强成岩作用研究加强成岩作用研究 4.4.新学科蓬勃发展，多学科交叉渗透新学科蓬勃发展，多学科交叉渗透 碎屑岩岩石学、碳酸盐岩岩石学、火山碎屑岩岩石学、化石岩石学等。碎屑岩岩石学、碳酸盐岩岩石学、火山碎屑岩岩石学、化石岩石学等。沉积动力学、储层沉积学、结构沉积学、层序地层学、测井沉积学、有沉积动力学、储层沉积学、结构沉积学、层序地层学、测井沉积学、有机地球化学等。机地球化学等。5 5.局部研究局部研究全球研究全球研究 6.6.当代沉积研究与人类生存与发展当代沉积研究与人类生存与发展第43页第六节 沉积岩分类依据沉积岩原始沉积物质成份起源：依据沉积岩原始沉积物质成份起源：主要由母岩风化产物组成沉积岩化学岩碎屑岩砾岩 砂岩 粉砂岩 粘土岩碳酸盐岩 硫酸盐岩 卤化物岩 硅岩 其它化学岩火山碎屑岩 主要由火山碎屑物质组成沉积岩 主要由生物遗体组成沉积岩可燃有机岩非可燃有机岩煤 油页岩第44页 沉积岩概念及其形成条件？沉积岩形成要经历哪几个过程？沉积岩基本特征？沉积岩石学及岩相古地理概念及其发展历史？沉积岩分类？复习：复习：第一章第一章 绪论绪论第45页