Question

沉积岩的成熟度演化

Answer 1

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。