Transcript 沉積岩與沉積作用
沉積岩和沉積作用 沉積岩(sedimentary rocks) •字源來自於拉丁文”sedimentum”，表示沉降 的意思。 •沉積岩意指由已生成的岩石，經過風化作用破 損後所形成的碎屑，再由各種營力搬運到不同 的地點和環境，堆積下來，再經過固結而形成 的岩石。 •地球的表面約有75%是沉積岩所構成；但是在 地球外表15km以內的地殼中，沉積岩僅佔5% 的體積。 沉積岩的生成 • 沉積岩都在地表低溫低壓的環境中生成，其主要作用有： 風化作用(weathering)—各類岩石經過物理和化學作用，由 大塊的岩體，變為碎石和碎屑的過程。可形成碎屑沉積物 (clastic sediments)和化學沉積物(chemical sediments)兩種 型態。 搬運作用(transportation)—岩石風化後的碎塊，經過流水、 海洋、冰川、地下水、風、山崩(重力)等營力，搬運到其他 地方的作用稱之。 沉積作用(sedimentation)—使沉積物在搬運的途中停留下來 而堆積的作用。一般可分為物理性的沉積和化學性的沉澱 作用；化學性的沉澱作用又可分為有機和無機的兩大類。 岩化作用(lithification)—把沉積物減少其中孔隙，而轉變為 固結的沉積岩的作用。又分為膠結作用(cementation)、壓 縮作用(compaction)和乾化作用(desiccation)、結晶作用 (crystallization)。 沉積岩的分類—岩理分類 • 沉積岩的分類依其所含的礦物成份和岩理來區分。 • 沉積岩最主要的組成礦物為黏土、石英、方解石、白雲母、 長石、雲母、赤鐵礦、褐鐵礦、岩鹽、石膏等；尚有其他 有機物等物質。 • 岩理可分為碎屑狀岩理(clastic texture)和非碎屑狀岩理 (nonclastic texture)，但通常在沉積岩中兩種岩理會互相存 在。而依照岩理的不同，可將沉積岩分為兩大類： 碎屑狀岩石—地表原有的岩石，經過風化作用的破壞，在 所產生的破碎物質中，除部份可溶性岩類溶解在水中外， 餘下的礫石、砂、泥土等，經搬運作用移至他處堆積，再 經長期重壓或膠結作用而成的岩石。 非碎屑狀岩石—溶解在水中的無機物質經過化學沉澱作用 所造成者；如溶液中溫度壓力的改變，所含礦物質直接沉 澱結晶而成者。又如因生物作用或其組成物堆積而成者。 沉積岩分類表—碎屑狀岩石 岩石名稱 主要礦物組成 未膠結時的碎屑 顆粒的直徑 礫岩(conglomerate) 石英與岩石碎塊 圓礫 >2 mm 角礫岩(breccia) 岩石碎塊 角礫 >2 mm 石英 石英與長石 石英、長石、黏土 、岩屑、火山碎屑 富石英之砂 富長石之砂 砂、多黏土及岩 石碎屑 粉砂岩(siltstone) 石英、黏土 粉砂(silt) 1/16~1/256 mm 頁岩(shale) 黏土礦物與石英 泥土與粉砂 <1/256 mm 碎屑狀石灰岩(clastic limestone) 方解石 方解石粒與貝殼 多變化 砂岩(sandstone) 1.石英砂岩 (orthoquartzite) 2.長石砂岩(arkose) 3.渾濁砂岩 (greywacke) 2~1/16 mm 沉積岩分類表—有機質與化學沉澱岩石 岩石名稱 主要組成礦物 原來物質的性質 主要物質的化學 成份 石灰岩和石灰礁 limestone and reefrock 方解石 貝殼、化學與有 機碎屑沉積物 CaCo3 白雲岩 dolostone 白雲石 受溶液作用的石 灰岩和石灰質軟 泥 CaMg(Co3)2 泥碳與煤 peat and coal 有機物質 植物碎片 C、H & O 燧石 chert 蛋白石、石髓 矽質殼及化學沉 積物 SiO2、 SiO2‧nH2O 蒸發岩和鹽岩 evaporite and salt deposit 岩鹽、石膏、硬 石膏 海洋或鹽湖的蒸 發剩餘物 NaCl、 CaSO4‧2H2O、 CaSO4 沉積岩的分類--碎屑狀岩理要點 • 碎屑狀岩理是沉積岩最主要的岩理，可以有以下要點： • 粒度(grain size)—沉積物的組成物質可以其粒度大小 來區分，因粒度大小可以決定大部分沉積岩的分類和 名稱。 沉積物粒度表 粒度 直徑 巨礫 boulder 256 mm 中礫 cobble 64~256 mm 細礫 pebble 4~64 mm 小礫 granule 2~4 mm 砂 sand 1/16~2 mm 粉砂 silt 1/256~1/16 mm 黏土 clay >1/256 mm 沉積岩的分類--碎屑狀岩理要點 • 粒形(shape of grain)—沉積岩組成物質所含的顆粒形 狀，可依其搬運的遠近，以及原來岩石的性質而有所 不同，經越長距離的搬運，沉積物的圓度越佳。一般 可分圓形、次圓形、次角形、角形。 • 膠結物(cementing materials)—主要的膠結物為矽質、 石灰質、黏土質或氧化鐵等。通常黏土多構成填充物 (matrix)，不能算是膠結物。 • 淘選作用(sorting)—決定組成沉積岩或沉積物各顆粒的 大小均勻程度的一種動力作用。顆粒的平均大小很接 近或均勻，則該沉積物的淘選度便相當良好。此和水 流的性質有關。 沉積岩的分類—成因分類 Processes 機械作用 風成沉積 水成沉積 冰成沉積 生物作用 石灰質 磷質 矽質 碳質 鐵質 化學作用 硫酸鹽類 氯化物 石灰質 矽質 鐵質 Kinds of rocks 黃土(loess)、sand dune、volcanic ash conglomerate、breccia、sandstone、siltstone、shale Drift limestone、dolostone 磷酸鹽岩 矽藻土 peat、coal、petroleum 沼鐵礦 gypsum、硬石膏 Halite Calcite、limestone、dolostone 矽華、燧石 水成鐵礦 沉積岩各論—碎屑狀沉積物 • 角礫岩：具稜 角的礫石膠結 而成，搬運距 離不遠，岩石 崩壞後立即沉 積膠結而成， 直徑多在 2mm以上。 沉積岩各論—碎屑狀沉積物 • 礫岩：由大小 不同的礫石經 較細的沙或其 他物質膠結而 成。礫石的形 狀多為圓形或 次圓形，直徑 多在2mm以 上。 沉積岩各論—碎屑狀沉積物 • 砂岩：組成物質 以砂粒為主，含 有各種膠結物， 主要以矽質、石 灰質和鐵質為主。 其中由矽質膠結 者最堅硬，石灰 質和鐵質最易風 化。其中還可分 為石英砂岩、長 石砂岩、渾濁砂 岩等。 沉積岩各論—碎屑狀沉積物 • 粉砂岩：由粉砂 組成，粒度介於 砂岩和頁岩之間， 如果由黏土、粉 砂和細砂混合組 成者，稱為泥岩 (mudstone)。 沉積岩各論—碎屑狀沉積物 • 頁岩：數量最多 分布最廣的沉積 岩，由黏土或泥 土組成，具有薄 而緻密的岩理， 通常會呈現薄頁 狀，具易裂性 (fissile)結構。如 果不具薄頁狀結 構而呈塊狀，則 稱為黏土岩 (claystone)。 沉積岩各論—非碎屑狀沉積物 • 石灰岩：主要由化 學和生物作用所造 成的沉積岩，本岩 石的主要礦物為方 解石。其在海中的 沉積量最大。 沉積岩各論—非碎屑狀沉積物 • 白堊(chalk)： 為白色極軟的 粉末狀石灰岩， 由極微小的動 植物遺體堆積 而成。 沉積岩各論—非碎屑狀沉積物 • 白雲岩：主要由 白雲石所組成， 較石灰岩為硬， 遇稀鹽酸不發泡， 這是因石灰岩中 的鈣質多被鎂質 交換所致。 沉積岩各論—非碎屑狀沉積物 • 泥灰岩 (marl)：介 於頁岩和石 灰岩間的岩 石，為含石 灰質很多的 泥岩。 沉積岩各論—非碎屑狀沉積物 • 燧石：細微晶 質深灰色到黑 色的矽質團塊 或結核，主要 是有機生物作 用造成的矽質 岩石，硬而緻 密，不具碎屑 狀，多存在於 石灰岩或頁岩 的中間，或夾 於上述岩石中 成層狀。 沉積岩各論—非碎屑狀沉積物 • 岩鹽與石膏：均 屬蒸發岩，含鹽 類的湖泊或內海， 經過強烈的蒸發 作用後，其所含 的水分蒸發消失， 所含的鹽類沉積 下來，所形成的 岩石；因為這類 的沉積岩經過長 期的蒸發作用， 可以作為古氣候 和古地理環境的 指標。 沉積岩的主要沉積構造現象(sedimentary structure) • 沉積岩的主要沉積構造現象(sedimentary structure) • 沉積構造現象可以由其成因分為兩大類別和若干個 別現象: 無機構造現象(inorganic structure) a. 機械的構造現象：層理、泥裂、波痕、表面痕、拖 痕、挖痕、同時變形構造(penecontemporaneous deformation structure)。 b. 化學的構造現象：溶蝕構造、積聚構造(結核、團塊)、 複式構造(晶洞、疊錐、龜甲石)。 有機構造現象(organic structure) 化石、生物活動構造、生物痕。 沉積岩的主要沉積構造現象(sedimentary structure) • 層理(bedding or stratification)：大多數 的沉積岩會表現出一層 層之分離或劈開的層次， 這種成層的構造稱為層 理，分開相鄰不同層理 的面稱為層理面 (bedding plane)。 • 層面是由沉積時的短暫 間斷，沉積物供應來源 地變化，礦物顆粒大小、 結構或成份的變異，或 水流速度、搬運介質能 量的變異等因素所造成。 • 在平靜無干擾的環境下 形成的層理多屬水平狀， 稱為原始水平定律。 沉積岩的主要沉積構造現象(sedimentary structure) • 交錯層或偽層(cross bedding) • 交錯層是岩層的沉積 面不和主要沉積面平 行，而與之成為一個 傾斜角，它的底面可 能是平面，也可能是 槽狀。 • 交錯層是一個可以用 來指示地層上下面的 重要沉積構造。 沉積岩的主要沉積構造現象(sedimentary structure) • 粒級層(graded bedding) • 同一層理中，組 成礦物的顆粒越 下越粗、越上越 細，這便稱之。 • 粒級層通常被認 為是在大陸坡底 部，由濁流 (turbidity current) 所形成。 沉積岩的主要沉積構造現象(sedimentary structure) • 泥裂(mud crack)--泥 裂是軟質濕泥土，經 過日曬收縮後所呈現 的龜裂現象，在平面 上呈現五邊形或多邊 形。 • 波痕(ripple mark)-水的波痕流過細砂表 面所遺留下來的痕跡， 常發育在沙丘、海灘、 或河流湖泊的底部。 沉積岩的主要沉積構造現象(sedimentary structure) • 化石(fossil) • 古代生物再沉積 岩中的遺骸或遺 跡，是動植物死 亡後遺留在沉積 物中者。化石可 以決定地質年齡 和其沉積時的古 地理環境。 沉積岩的主要沉積構造現象(sedimentary structure) • 結核(concretion) • 沉積岩中局部有不同 的礦物質富集在一處， 呈現岩瘤狀，其成份、 顏色、硬度、或風化 特性常和四週的岩石 不同，這就形成結核。 • 結核通常多呈現球狀 或橢圓體，有時則為 同心圓狀，中間有一 核心。 • 若不規則的瘤狀，稱 為團塊(nodule)。 沉積岩的主要沉積構造現象(sedimentary structure) • 生物活動構造 (bioturbation structure) • 生物在沉積物或沉 積物表面活動時所 留下來的痕跡，層 理常因為這種活動 而受到擾亂。 • 包含足跡或爬痕 (trail and tracks)， 或又稱為生痕化石 (trace fossils)。 沉積岩的主要沉積構造現象(sedimentary structure) • 晶洞(geode) • 中間空的洞狀構造， 大致呈現圓形和橢 圓形，大小不一。 洞的外緣有一層玉 髓的沉積物，沿著 這層沉積物會圍滿 礦物晶體，朝向中 間的空隙部分生長。