碎屑沉積巖的形成和演化

郭少婷

（陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西咸陽 712000）

沉積巖是巖石三大類之一，是野外地質(zhì)調(diào)查工作的重要內(nèi)容。根據(jù)成因的不同，沉積巖中的礦床類型包括機(jī)械沉積礦床、蒸發(fā)沉積礦床、膠體化學(xué)沉積礦床和生物-化學(xué)沉積礦床等，在我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中起到了重要作用，深刻理解和掌握沉積巖的形成和演化過程至關(guān)重要。本文從沉積巖的物源、碎屑物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積、沉積分異作用和沉積后作用等幾個方面，闡述沉積巖的形成和演化過程。

1 沉積巖的物質(zhì)來源

沉積巖的物源，主要來自巖石圈中巖漿巖、變質(zhì)巖以及早期形成的沉積巖的風(fēng)化作用。通常情況下，在大氣、降水、熱液、以及動植物生命活動的影響下，母巖首先會發(fā)生物理風(fēng)化作用，由大的顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)樾〉念w粒，粒徑由粗變細(xì)，構(gòu)造由塊狀轉(zhuǎn)變?yōu)榱睿渥罱K結(jié)果就是巖石發(fā)生崩解，巖石產(chǎn)生礦物碎屑和巖石碎屑，這種風(fēng)化作用一般是在原地發(fā)生的，最后形成松散的堆積物。除了物理風(fēng)化作用，自然界還存在著化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化作用。化學(xué)風(fēng)化作用是指母巖受到溫度、濕度、水溶液等因素的影響，其化學(xué)成分和礦物組成發(fā)生了變化，部分原來的礦物消失，同時有新的礦物生成，并且在適當(dāng)?shù)臈l件下，會形成粘土物質(zhì)、真溶液以及膠體物質(zhì)等；生物風(fēng)化是指動植物的生命活動使巖石發(fā)生破碎，同時在溶液、降水的作用下，巖石的礦物成分也發(fā)生了變化，所以生物風(fēng)化作用是一種綜合性的作用，既有物理形式，又有化學(xué)形式。在自然界中，母巖通常受到多種風(fēng)化作用的共同作用，風(fēng)化產(chǎn)物既有巖石碎屑，也有形成的礦物。蒙脫石、蛋白石、鋁土礦、褐鐵礦、水云母、高嶺石等這些礦物通常在化學(xué)風(fēng)化的作用下產(chǎn)生。

2 碎屑物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積

巖石在風(fēng)化作用下會形成碎屑，水流搬運(yùn)時碎屑物質(zhì)在自然界搬運(yùn)的主要形式。由于不同的動力條件，水流呈現(xiàn)出多種形式，如：層流、紊流、急流、緩流等多種形式，另外風(fēng)化后的碎屑也會表現(xiàn)出大小、密度、形狀等的差異，水流的形式、碎屑本身性質(zhì)的差異等都會影響碎屑顆粒在流水中的搬運(yùn)和沉積。水的流速不同可以在很大程度上決定了水流的狀態(tài)，進(jìn)而影響到碎屑物質(zhì)在搬運(yùn)過程中狀態(tài)的變換，另外水本身的性質(zhì)也會有影響，例如密度、粘度、水流量、邊界條件等，因此碎屑顆粒在水流中的搬運(yùn)作用具有十分復(fù)雜的機(jī)理。碎屑物質(zhì)的搬運(yùn)過程也是一個篩選的過程，尤其是在長距離的搬運(yùn)中，碎屑顆粒之間相互碰撞和摩擦，以及流體對不同巖石碎屑、礦物碎屑的篩選作用，使得碎屑顆粒的礦物組成、粒度大小、磨圓成熟度等都會發(fā)生變化。另外，在長距離搬運(yùn)過程中，受到溶液等化學(xué)物質(zhì)的分解作用，長石、鐵鎂礦物等不穩(wěn)地的組分就會逐漸減少，而石英、燧石等耐風(fēng)化的穩(wěn)定組分則明顯增加。長期研究發(fā)現(xiàn)，搬運(yùn)距離越長，碎屑顆粒的粒徑越小，同時伴隨著水流速度的減慢，碎屑顆粒逐漸從大到小沉淀下來，前期沉淀下來的顆粒粒度大、磨圓差、成熟度低，但后期的沉淀顆粒則明顯的具有較高成熟度。在搬運(yùn)的早期階段，顆粒之間的磨蝕作用較強(qiáng)，碎屑顆粒磨圓度會迅速提高，但同時伴隨著碎屑的破碎作用，會有新的碎屑顆粒產(chǎn)生，整體看來，磨圓度提高不明顯，另外，碎屑顆粒的磨圓度還受到搬運(yùn)介質(zhì)、搬運(yùn)方式、顆粒大小、碎屑硬度等多種因素的影響。碎屑本身的生長屬性對其磨圓度也有影響，有些片狀礦物即使經(jīng)歷長時間的磨蝕，也還是片狀礦物，而等粒裝礦物則很容易被磨蝕成球狀。搬運(yùn)方式也有影響，床沙搬運(yùn)的顆粒要比懸浮搬運(yùn)的顆粒易于磨圓。

3 沉積分異作用

母巖風(fēng)化產(chǎn)物以及氣它來源的沉積物，在搬運(yùn)和沉積過程中會按照顆粒大小、形狀、相對密度、礦物成分和化學(xué)成分在地表依次沉積下來，這種現(xiàn)象稱為地表沉積分異作用。主要受物理因素支配的分異作用，叫機(jī)械沉積分異作用。溶解物質(zhì)（包括膠體溶解物質(zhì)和真溶液物質(zhì)）在搬運(yùn)和沉積作用過程中，由于物理化學(xué)條件的變化而逐漸發(fā)生沉積作用，并逐漸分離開來，這就是化學(xué)沉積分異作用。普斯托瓦洛夫認(rèn)為機(jī)械分異的決定因素是碎屑顆粒的大小、形狀、比重、礦物成分、搬運(yùn)介質(zhì)的性質(zhì)與速度，化學(xué)沉積分異主要受礦物溶解度的影響，其次是外界條件，如介質(zhì)的pH值、Eh值、氣候因素、構(gòu)造條件、有機(jī)物的作用等[3]。

4 沉積后作用

沉積后作用指從沉積物沉積之后到沉積巖發(fā)生變質(zhì)作用之前發(fā)生的一系列變化，又稱沉積物的成巖作用。在成巖階段會發(fā)生壓實(shí)作用，沉積物在上覆壓力作用下，體積不斷縮小，孔隙水不斷排出，孔隙度不斷降低，逐漸致密固結(jié)的成巖變化。壓溶作用，在壓力作用下，沉積物或沉積巖發(fā)生局部溶解，表現(xiàn)為顆粒接觸點(diǎn)發(fā)生溶解，溶解物質(zhì)在其它地區(qū)發(fā)生沉淀。膠結(jié)作用，在沉積物成巖過程中，從孔隙水中沉淀的化學(xué)物質(zhì)將松散沉積顆粒粘結(jié)成巖的過程。常見膠結(jié)物有碳酸鹽、硅質(zhì)、鐵質(zhì)、粘土、長石、石膏、重晶石及自生鹽類礦物等。

5 結(jié)語

隨著新技術(shù)的不斷革新，地質(zhì)學(xué)也迎來了飛速發(fā)展，但野外地質(zhì)調(diào)查仍是地質(zhì)工作最重要的手段，深刻理解和掌握沉積巖的形成和演化過程，對我們在野外準(zhǔn)確識別沉積巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造和沉積環(huán)境等至關(guān)重要，沉積巖的形成是多種因素共同作用的結(jié)果，必須要具有全局思維，才能準(zhǔn)確識別其沉積環(huán)境。

[1]王鵬鳴.湘東新元古代沉積巖的地球化學(xué)和碎屑鋯石年代學(xué)特征及其構(gòu)造意義[J].巖石學(xué)報，2012.

[2]楊仁超.陸源沉積巖物源分析研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢[J].沉積學(xué)報，2013.

[3]劉艷青.遼西中生代沉積巖稀土、微量元素地球化學(xué)特征及其構(gòu)造背景[J].地質(zhì)論評，2006.