沉积物质的形成作用

组成沉积岩的原始物质的来源有四类:①母岩风化作用形成的沉积物———陆源碎屑及粘土物质，此类物质是组成沉积岩的最重要和最丰富的原始物质;②生物成因的沉积物———生物残骸及有机质;③深部来源的沉积物———火山碎屑物、深部来源的热流体，包括深源热卤水、温泉水和喷气物质等;④宇宙来源的沉积物———陨石及宇宙尘埃。以下仅介绍母岩风化作用形成的沉积物。

1.风化作用的概念

地壳表层的岩石，在水、空气、太阳能以及生物的作用和影响下，发生机械破碎和化学变化的作用，称为风化作用(weathering)。

风化作用的趋势是使原先生成于温度、压力较高的岩石，包括岩浆岩、变质岩以及先形成的沉积岩等地质体发生物理的和化学的变化，以适应低温低压、富含H₂O、O₂、CO₂、有机质等地表环境而产生新的物质。因此，风化作用可使母岩结构改变、体积增大、相对密度减小，最后松解和分解成物理的和化学的新物质，即风化的产物。

2.风化作用的类型

风化作用按其因素和性质分为物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用。

(1)物理风化作用(physical weathering)

使母岩发生机械破碎，而化学成分极少或根本不变化的风化作用，称为物理风化作用。引起物理风化的主要因素有温度变化、盐的结晶作用、冰劈作用、植物根劈作用、动物钻孔活动，以及重力作用、应力效应以及水、风和冰川的机械破坏作用等。

物理风化作用主要发生于严寒的极地，气候干燥、温度变化强烈的干旱气候区，永久积雪的高山区等，其产物主要是碎屑物质。

(2)化学风化作用(chemical weathering)

化学风化作用不仅使母岩破碎，而且其矿物成分和化学成分也发生本质的改变，直至形成在地表条件下新的稳定矿物组合或产生可溶解的化学物质的过程，称为化学风化作用。

引起化学风化的主要因素是氧、水、二氧化碳、有机酸等。方式有氧化作用(oxidation)、溶解作用(solution)、水化(水合)作用(hydration)、水解作用(hydrolysis)、碳酸盐化作用(carbonatization)以及离子的带出作用和生物的化学分解作用等。

(3)生物风化作用(biologicalweathering)

生物对岩石、矿物产生机械的和化学的破坏作用，称为生物风化作用。生物对母岩的破坏方式既有机械作用(如根劈作用)，也有生物化学作用(如植物、细菌分泌的有机酸对岩石的腐蚀作用)，既有直接的作用也有间接的作用。

生物风化作用可发生于任何地区，但以生物繁多、植被发育的温湿地区最强烈。生物特别是微生物的化学风化作用是很强烈的，它不仅可腐蚀和分解岩石，并能从母岩中吸取某些物质，转化为有机化合物，对某些金属矿床的形成也有一定意义。

3.风化作用的产物

以花岗岩的物理和化学风化作用为例，可看出其变化过程及性质不同的三类风化产物(表4－1):

表4－1 花岗岩的风化作用

碎屑物质 是母岩机械破碎的产物，如表4－1中的石英砂粒、云母碎片及锆石等。这类物质除未遭受分解的矿物碎屑外，还有母岩直接机械破碎而成的岩石碎屑。

粘土物质 是母岩在分解过程中残余的或新生成的粘土物质，它们常是化学风化过程中呈胶体状态的、不活泼的物质，如Al₂O₃、SiO₂等，在适合的条件下形成粘土矿物。所以可称作“化学残余物质”或“化学风化矿物”，也有部分粘土物质是机械磨蚀的碎屑物质。

溶解物质 主要是活泼性较大的金属元素，如K、Na、Ca、Mg等元素呈离子状态形成真溶液，而Al、Fe、Si等的氧化物呈胶体状态形成胶体溶液。它们在适当条件下可沉淀而形成新的化学物质。

这三类风化产物当其分别沉积时，就构成三大类沉积岩的基本物质:碎屑物质构成碎屑岩的主要成分，粘土物质组成粘土岩，溶解物质组成化学岩和生物化学岩。

4.主要造岩矿物和岩石在风化过程中的稳定性

造岩矿物在风化时的稳定性决定于两方面的因素:首先是内因，即对化学风化的稳定程度决定于化学成分和内部构造，对物理风化的稳定程度则决定于矿物的物理性质，如解理、硬度等;其次是外因，即造岩矿物所处的风化条件，主要是地理位置和气候条件。

(1)主要造岩矿物在风化过程中的稳定性

各种造岩矿物在风化时的稳定性不同，其风化习性和风化产物也不同，现简介如下。

长石类 长石类矿物是风化过程中不稳定的矿物，但不同类型的长石其稳定性有较大差别，如钾长石比斜长石相对稳定，而斜长石中的酸性斜长石又较基性斜长石稳定。因此，在沉积岩中比较常见的碎屑长石是钾长石和酸性斜长石。因为长石类矿物抵抗风化能力不强，故在沉积岩中少见新鲜的长石碎屑，或多或少受到风化作用影响。若出现新鲜的碎屑长石，则可能是在干燥的气候和迅速堆积埋藏的条件的产物，否则就可能是成岩过程中形成的自生长石或为火山坠落物质。

铁镁矿物类 主要是含Fe、Mg及Ca的硅酸盐矿物，如橄榄石、辉石、角闪石等，它们的稳定性比长石要低得多，是最不稳定的矿物。其中以橄榄石最易风化，辉石次之，角闪石再次之。故这类矿物在沉积岩中含量很少，一般多在近物源的沉积体中以重矿物的形式存在。

石英 石英是在地表环境中最稳定和最丰富的造岩矿物，在风化过程中几乎只发生机械破碎。母岩风化愈彻底，风化产物中石英所占的比例愈大，所形成的沉积物中石英的相对含量也愈高。因此，碎屑岩物质组分的改造强度，即成分成熟度是以岩石中石英含量或石英/(长石+岩屑)的比值大小来度量的，即石英含量愈高，或石英/(长石+岩屑)的比值愈大，物质组分的改造愈强，即成分成熟度愈高，反之则低。

云母类 云母类矿物中以白云母稳定性较强，故在沉积岩中比较常见。黑云母不稳定，容易遭受水化(水合)作用改造，在大气水风化条件下，可形成水黑云母、绿泥石，最终变为细分散的氧化铁、氢氧化铁或高岭石等粘土矿物。而在海底风化条件下，经水解改造的黑云母可转变成海绿石。

(2)主要岩石类型在风化过程中的稳定性

岩石是由造岩矿物组成的，因而各类岩石在风化时的稳定程度决定于它所含的矿物成分。如超基性岩、基性岩和偏基性的深度变质岩，主要成分是易风化的铁镁矿物和基性斜长石，因而易风化;酸性岩浆岩和浅变质岩则相反，因其主要由石英、钾长石、酸性斜长石和白云母等稳定性较高的矿物组成，故抗风化的能力也较强，不易风化。

在沉积岩中，砂岩的主要成分为石英碎屑，不易化学分解，而以机械破碎为主;粘土岩一般也较稳定，但易碎解呈细小碎屑被搬运;石灰岩在干寒地区以机械破碎为主，在湿热地区则以溶解为主;硅质岩则很难化学风化。