书城科普读物探究式科普丛书-大自然的礼物:岩石和矿物质
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第4章 地质运动的传说——沉积岩

第一节沉积岩简介

1.沉积岩的形成与分布

通常是指在常温、常压环境下,早先形成岩石的风化物质、火山喷出的碎屑物质、生物遗体及少量宇宙尘埃,经搬运、沉积和成岩等地质作用而形成,多呈层状产出。由于它主要是由先成岩石的风化物质再堆积而成,所以又被称为次生岩;又因其主要是在水体中沉积形成的,故又被称为水成岩。

沉积岩是在地表和地表下不太深的地方形成的地质体。它是在地表或接近地表常温常压条件下,由风化作用、生物作用和某些火山作用产生的物质经搬运、沉积和成岩等一系列地质作用形成的。

风化的岩石颗粒,经大气、水流、冰川的搬运作用,到一定地点沉积下来,受到高压的成岩作用,逐渐形成岩石。沉积岩保留了许多地球的历史信息,包括古代动植物化石,沉积岩的层里有地球气候环境变化的信息。沉积岩的物质来源主要有几个渠道,风化作用是一个主要渠道,它包括机械风化、化学风化和生物风化。机械风化是以崩解的方式,把已经形成的岩石破碎成大小不同的碎屑;化学风化,是由于水、氧气、二氧化碳引起的化学作用,使岩石分解形成碎屑;此外,细菌、真菌、藻类等生物风化作用,也能分解岩石。

火山爆发喷射出大量的火山物质,也是沉积物质的来源之一,植物和动物有机质在沉积岩中也占有一定比例。

沉积岩的体积只占岩石圈的5%,但其分布面积却占陆地的75%,大洋底部几乎全部为沉积岩或沉积物所覆盖。沉积岩不仅分布极为广泛,而且记录着地壳演变的漫长过程。目前已知,地壳上最老的岩石年龄为46亿年,而沉积岩圈中,年龄最老的岩石就有36亿年。沉积岩中蕴藏着大量的沉积矿产,如煤、石油、天然气、盐类等、而且在铁、锰、铝、铜、铅、锌等矿产中,沉积类型的,也占有很大比重。同时,沉积岩分布地区,又是水文地质和工程地质的主要场所。

因此,研究沉积岩对发展地质科学的理论、寻找丰富的沉积矿产以及水文地质和工程地质工作,均具有重要意义。

2.沉积岩的划分

以物质来源为主要考虑因素来划分,可以将沉积岩可以分成三类,即由母岩风化物质、火山碎屑物质和生物遗体形成的不同沉积岩。

(1)母岩分化产物形成的沉积岩是最主要的沉积岩类型,包括碎屑岩和化学岩两类。碎屑岩根据粒度,细分为砾岩、砂岩、粉砂岩和黏土岩;化学岩根据成分,主要分碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物岩、硅岩和其他一些化学岩。

(2)碎屑沉积岩是从其他岩石的碎屑沉积形成的,包括有长石、闪石、火山喷出物、黏土,以及变质岩的碎屑,碎屑的大小不同,形成的岩石也不同。砂岩的碎屑小于0.004毫米,形成页岩的碎屑有0.004~0.06毫米,形成砾岩的碎屑则有2~256毫米。

沉积岩的分类,不仅根据其形成颗粒的大小,还要考虑到组成颗粒的化学成分和形成的条件等因素。颗粒形成的条件,是被冰、水、温度变化将岩石碎裂,再加上化学作用,如淋融再析出等。在搬运过程中,颗粒体积进一步变小,最终在一个新地点沉积成岩。

(3)生物沉积岩是由生物体的堆积造成的,如花粉、孢子、贝壳、珊瑚等大量堆积,经过成岩作用形成的。一般认为,地球大气中的含碳量之所以相对其他行星如金星要低,就是因为被石灰岩等沉积岩固定。形成石灰岩的碳和钙,都能在生物系统中循环。

3.常见的沉积岩

各类沉积岩都有各自的成因特征,成分上差别也较大。

(1)砂岩,是一种沉积岩,是由石粒经过水冲蚀沉淀于河床上,经千百年的堆积变得坚固而成,后因地球地壳运动而形成。

在我们的生活中,砂岩是使用最广泛的一种建筑用石材。

几百年前,用砂岩装饰而成的建筑,至今仍风韵犹存,如巴黎圣母院、卢浮宫,英伦皇宫、美国国会、哈佛大学等。砂岩拥有高贵典雅的气质,以及其坚硬的质地,成就了世界建筑史上一朵朵奇葩。最近几年,砂岩作为一种天然建筑材料,被追随时尚和自然的建筑设计师所推崇,广泛地应用在商业和家庭装潢上。目前世界上已被开采利用的有澳大利亚砂岩、印度砂岩、西班牙砂岩、中国砂岩等。其中色彩、花纹最受建筑设计师所欢迎的,则是澳大利亚砂岩。澳大利亚砂岩是一种生态环保石材,其产品具有无污染、无辐射、无反光、不风化、不变色、吸热、保温、防滑等特点。

(2)页岩,是黏土岩的一种,成分复杂,除黏土矿物外,还含有许多碎屑矿物和自生矿物,具页状或薄片状层理,用硬物击打易裂成碎片。是由黏土物质经压实作用、脱水作用、重结晶作用后形成。

(3)石灰岩,主要在浅海的环境下形成。

石灰岩按成因,可划分为粒屑石灰岩、生物骨架石灰岩和化学、生物化学石灰岩。按结构构造,可细分为竹叶状灰岩、状灰岩、团块状灰岩等。

石灰岩的主要化学成分是CaCO3,易溶蚀,故在石灰岩地区多形成石林和溶洞,称为喀斯特地形。石灰岩是烧制石灰和水泥的主要原料,是炼铁和炼钢的必需品。

第二节沉积岩与物质搬运

一般来说,地表母岩风化后形成的碎屑物质、黏土物质与溶解物质,除少量残留原地,绝大部分被搬运到新的场所沉积下来。搬运风化产物的主要动力是流水、风、冰川、重力以及生物等,其中最重要的是流水的搬运作用。物质搬运的方式,决定于风化产物的性质。

碎屑物质、黏土物质,通常是以机械方式搬运。而溶解物质则以胶体溶液和真溶液方式进行搬运。

在潮湿地区,风的地质作用不明显,但在干旱的沙漠地区,风是主要的地质营力,起着侵蚀、搬运和堆积作用。

风的搬运与流水搬运不同。风只能搬运碎屑物质,而不能搬运溶解物质。风的搬运能力较流水要低,在同一速度下,它的搬运能力仅及水的1/300。风所搬运的,多半是砂以及细小的质点,只有在刮起狂风的时候,才能搬运砾石,可见风搬运的碎屑物分选性特别好。

在高山地区和两极地带,搬运碎屑物质的主要地质营力是冰川。

冰川搬运碎屑物质的特点,是将沿途刨蚀下来的碎石、泥沙冻结在冰中,随冰川的流动而运动,待冰川融化后,就沉积下来,成为冰川沉积物。