沉积岩的成熟度演化

如题所述

碎屑物质在长距离的流水搬运过程中,由于颗粒之间的碰撞、摩擦,流水对颗粒的分选,以及持续的化学分解和机械破碎,使得它们在矿物成分、粒度、分选性和形状上都要发生变化,即结构成熟度和成分成熟度上都要发生变化,这些变化可以用来判断沉积过程及物源区的距离。

1.矿物成分与成分成熟度

沉积物在搬运过程中,随着搬运距离的增加,其矿物组分要发生规律性变化。通常用成分成熟度来描述这一变化。

成分成熟度(compositional maturity)是指碎屑物质在成分上被改造而接近最稳定的终极产物的程度。

由于搬运过程中的化学分解、破碎和磨蚀作用,随着搬运距离增长,不稳定组分如长石、铁镁矿物等就会逐渐减少,而稳定组分如石英、燧石等含量就会相对增加,即搬运距离愈长,一般情况下成分成熟度愈高。矿物稳定性如图2-12所示。

图2-12 搬运过程中矿物的稳定性(往下稳定性愈好)

石英在风化搬运过程中稳定性极高,一般只发生机械破碎作用。一般情况下,搬运距离愈长,石英含量愈高,即成分成熟度愈高。

长石的稳定性次于石英,在长石中,钾长石的稳定性最高,多钠的酸性斜长石次之,中性长石再次之,多钙的基性斜长石最低。

在云母类中,白云母抗风化能力较强,它在岩石中也较常见,白云母在风化过程中,主要是析出钾和加入水,先变为水白云母,最后可变为高岭石。黑云母抗风化能力比白云母差,黑云母风化后,钾、镁等成分首先析出,同时加入水,常转变为蛭石、绿泥石、褐铁矿等。

橄榄石、辉石、角闪石等铁镁硅酸盐矿物,它们的抗风化能力比石英、长石、云母都低得多。其中以橄榄石最易风化,辉石次之,角闪石再次之。

黏土矿物如高岭石、蒙脱石、水云母等,本身就是在风化条件下或者沉积环境中生成的,在风化带中相当稳定,但在一定条件下,它们也还要发生变化,转变为更加稳定的矿物,如铝土矿、蛋白石等。

碳酸盐矿物如方解石、白云石等,风化稳定性甚小,很容易溶于水并顺水迁移,它们只在干旱条件下,在距离母岩很近的地方快速搬运和堆积中,才可能看到由它们组成的岩屑。

硫酸盐矿物(石膏、硬石膏)、硫化物(如黄铁矿)、卤化物矿物(如石盐)等,它们的风化稳定性最低,最易溶于水,呈溶液状态流失。

另外,在岩浆岩及变质岩中常见的一些次要矿物或副矿物,其风化稳定性的差别很大,风化稳定性较高的一些矿物,如石榴子石、锆石英、刚玉、电气石、锡石、金红石、磁铁矿、榍石、十字石、蓝晶石、独居石、红柱石等,在沉积岩中常以重矿物出现。

2.粒度、形态、分选性与结构成熟度

沉积物在搬运过程中,随着搬运距离的增加,其颗粒大小、颗粒形态(包括圆度与球度),以及颗粒的分选性都要发生规律性变化,通常用结构成熟度来描述这一变化。

结构成熟度(textural maturity)是描述碎屑物质在结构上接近于最稳定状态的程度,颗粒大小、颗粒形态(包括圆度与球度),以及颗粒的分选性是衡量结构成熟度的重要因素。结构成熟度高,表明其分选好、颗粒支撑、亮晶胶结、颗粒磨圆度高;反之,结构成熟度就低。

随着搬运距离的增长,沉积颗粒越来越细。从现代河流沉积物中可以看得很清楚,河流上游流速大,大小颗粒一起被搬运,随着流速减缓,被搬运颗粒就从大到小依次沉积下来,这就是水力分选作用。其次,磨蚀和破碎作用不断使颗粒变小,随着搬运距离的加大,也就使得细小颗粒不断地增加。

由于磨蚀作用,随着搬运距离的增长,颗粒的磨圆程度(圆度)与接近于球形的程度(球度)一般是愈来愈高。特别是在搬运初期,圆化较为迅速,但破碎作用的存在则可部分地抵消颗粒的圆化。

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