第一章續論

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仑濮
7 years ago
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1 因版權問題, 恕不提供本文提及之插圖第四章沉積岩 (SEDIMENTARY ROCKS) 基本概念 : 1. 沉積岩為因水文系統的作用, 在地表面形成的岩類其成因涉及既存岩石的風化風化物質的搬運和在海洋或其他沉積環境的沉積作用 2. 沉積岩可分為兩大類 :(1) 碎屑沉積岩和 (2) 化學和有機沉積岩 3. 層理乃最重要的沉積構造其他沉積構造尚有交錯層粒級層漣痕和泥裂 4. 沉積作用導致沉積分化現象, 物質根據其顆粒大小和成份, 進行淘選分離和集中等作用 5. 主要的沉積環境有 :(1) 河成 (2) 沖積扇 (3) 風成 (4) 冰川 (5) 三角洲 (6) 海濱線 (7) 有機礁 (8) 淺海和 (9) 深海等系統等 4-1 沉積岩 (SEDIMENTARY ROCKS) 的特性沉積岩覆蓋 75 %大陸的地表, 其形成乃沉積物經壓縮和膠結作用所致而沉積物的來源有 : (1) 其他岩石或礦物的碎屑, 如河道裏的礫海灘的沙和洋底的泥 (2) 化學沉澱物質, 如鹹水湖的鹽和淺海的碳酸鈣 (3) 有機物質, 如珊瑚礁和沼澤的植物沉積岩保存著古地形, 氣候山脈和地球侵蝕歷史的記錄地球的地質時間表 (Geologic Time Scale) 更以沉積岩和所含的化石為解析的基礎沉積岩最顯著的特徵為具有成層 (Strata) 的構造, 在地質剖面上, 經常可見明顯的不同地層 (Formation) 上下疊置, 若相鄰沉積岩層在成份顆粒大小顏色或其他物理特徵有所不同時, 則稱兩岩層被層面 (Bedding Plane) 所分隔古代植物和動物的化石可保存於沉積岩中, 提供地質時代建立和生物演化研究的證據許多沉積岩經常可見交錯層粒級層漣痕和泥裂等沉積構造, 一切特徵都顯示沉積岩形成於和現今地表相同的環境, 如三角洲溪流海濱潮間地潟湖和淺海 4-2 沉積岩的種類 30

2 沉積岩根據其岩理和組成礦物的成份來分類, 一般可分為兩大類 :(1) 碎屑狀岩石 (Clastic Rocks), 由其他岩石碎屑所組成, 和 (2) 化學岩石與有機岩石 (Chemical Rocks and Organic Rocks), 由化學沉澱或有機物的生長作用所形成 ( 一 ) 碎屑狀岩石 - 沉積物的粒度如下表, 此類岩石依其組成礦物粒度再分為 : 粒度直徑 ( 公厘 ) 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 粘土 (Clay) <1/256 mm 礫岩 (conglomerate)- 包含已固結的礫 (Gravel), 礫與礫間的空間則為砂和泥所充添礫的外形圓滑, 礫岩的層理不明顯, 常含砂岩凸鏡體礫岩常見於山脈底部河道和海灘砂岩 (Sandstone)- 組成顆粒以砂為主, 為最常見的沉積岩因其成份多變, 顏色亦有多種, 砂粒以石英居多, 大部份砂岩之砂粒, 被方解石矽石和氧化鐵所膠結砂岩的成份有助於其成因的解釋, 一般而言, 淘選度良好石英粒圓滑的砂岩, 代表長距離的搬運或數個侵蝕 - 沉積循環的結果粉砂岩 (Siltstone)- 組成以粉砂為主粉砂岩中常可見生痕遺跡, 薄層紋理 (Lamination) 亦常存在粉砂一般懸浮於河水中, 而沉積於氾濫平原和三角洲上頁岩 (Shale)- 固結的泥和粘土頁岩為量最多的沉積岩, 但因其質軟, 易受風化影響, 新鮮的露頭 (Outcrop) 並不多見頁岩層理極為發達, 薄層紋理明顯黑色頁岩富含有機物, 形成於靜水環境, 如潟湖淺海和潮間地紅色頁岩含氧化鐵, 形成於氧化環境, 如河道氾濫平原和潮間地 ( 二 ) 化學與有機岩石 - 為非碎屑狀沉積岩, 由化學沉澱或有機物的活動所造成石灰岩 (Limestone)- 為數最多的非碎屑狀沉積岩, 主要成份為 31

3 碳酸鈣依其岩理可分為三大類 :(1) 骨架狀 (Skeletal) 石灰岩 (2) 鮞狀 (Oolitic) 石灰岩和 (3) 微晶狀 (Microcrystalline) 石灰岩 (1) 許多植物和無脊椎動物需自水中吸取碳酸鈣以製造其外殼或硬體部位, 有機體死後, 其硬體經長時間堆積, 形成由各種骨幹組合而成的石灰岩稱為骨架狀石灰岩, 分布於數千平方公里的範圍, 厚度可達數百公尺白堊 (Chalk) 為骨架狀石灰岩的一種, 由顯微狀的動植物骨幹所組成 (2) 有些石灰岩由稱為鮞狀石 (Oolite) 的小球粒狀碳酸鈣組成, 顆粒相當於砂的大小考慮巴哈馬 (Bahamas) 海域的淺水環境, 該處海流和波浪活動旺盛, 蒸發作用和高溫升高海水中 CaCO 3 的濃度, 有助 CaCO 3 的沉澱, 小粒的貝殼碎片和 CaCO 3 顆粒外圍被層層的 CaCO 3 沉澱物裹覆, 同時此等小粒在海底滾動, 因海流和波浪進行淘選, 造成粒度均勻的鮞狀石, 復因搬運 - 沉積作用形成鮞狀石灰岩 (3) 在安靜的水中,CaCO 3 沉澱成細小針狀的晶體, 堆積在水底稱為石灰泥 (Limy Mud) 沉積後不久, 晶體隨即開始進行固結和再結晶作用, 生成微晶狀石灰岩白雲岩 (Dolostone)- 由白雲石 [CaMg](CO 3 ) 2 組成, 岩理和構造與石灰岩類似白雲岩可由海水中直接沉澱生成, 但大部份係由石灰岩的鈣和孔隙水中的鎂進行離子交換所造成岩鹽 (Rock Salt) 和石膏 (Gypsum) - 岩鹽的組成礦物為石鹽 (Halite), 成份 NaCl, 為鹹水湖或海水經強烈蒸發作用, 沉澱而成石膏成份 CaSO 4 2HO 2, 亦由蒸發作用沉澱而成因蒸發岩類 (Evaporites) 一般形成於狹小的盆地, 其存在對古氣候和古地理條件的重建有其指標意義 4-3 沉積構造 (SEDIMENTARY STRUCTURES) 沉積物經搬運淘選和沉積後, 沉積岩常表現特殊的沉積構造, 稱之為原生 (Primary) 沉積構造原生沉積構造可提供有關沉積環境條件的重要資料重要的原生沉積構造有 : ( 一 ) 層理 (Stratification)- 沉積岩常表現出明顯的層次構造, 稱為層理, 層與層間的界面即層面 (Bedding Plane), 其成因係因短暫的沉積中斷, 沉積物來源的變化, 礦物顆粒大小結構或成份的 32

4 變異, 水流速度或搬運介質能量的變化等因素所造成 ( 圖 4.1) ( 二 ) 交錯層 (Cross Bedding)- 岩層的層理和上下岩層的層面成一斜角相交, 其規模小者僅及一公分, 大者超過數百公尺當砂粒被水流或風搬運時, 形成波紋 (Ripples) 或沙丘 (Dunes) 稱之為砂波 (Sand Wave), 砂波兩側不對稱, 砂粒沿著平緩的迎風 ( 或水 ) 面上移, 到達波峰後崩積於較陡的背風 ( 或水 ) 面, 造成砂波兩側岩層的層理傾角大小不同, 並和砂波下覆岩層的層理成一明顯斜角相交 ( 圖 4.2) 交錯層傾角較小的方向迎向風吹或水流的來向, 可用以判斷古風吹或水流的方向 ( 三 ) 粒級層 (Graded Bedding)- 岩層的組成礦物粒度, 自下而上逐漸變細的層理混濁的 (Turbid) 海水地震或海底山崩均能產生濁流 (Turbidity), 濁流密度大流速快, 攜帶大量砂石沿大陸斜坡崩流至安靜的深海盆地, 沉積物開始沉積, 較大較重者先行沉積, 依次為較小較輕者, 因而造成粒級層 ( 圖 4.3) ( 四 ) 漣痕 (Ripple Mark)- 水波流過細沙表面所遺留下來的痕跡, 常發育於沙丘海灘或河流湖泊的底部 ( 圖 4.4) ( 五 ) 泥裂 (Mud Crack)- 軟質的溼泥經日晒乾燥收縮後所呈現的多邊形龜裂, 泥裂的裂口上寬下窄, 成 V 字形開口 ( 圖 4.5) 含泥裂的岩層表示其沉積物可能沉積於淺水湖潮間地或河岸 ( 六 ) 化石 (Fossils)- 古代生物在沈積岩中的遺骸或遺跡, 為研究地史學最好的資料 ( 七 ) 結核 (Concretion)- 沈積岩中礦物富集成岩瘤狀, 其成份顏色硬度或風化特性和四周岩層明顯不同, 通常呈球狀或橢圓體, 直徑自小於一公分至超過兩公尺, 稱為結核若為不規則的瘤狀則稱團塊 (Nodule) ( 八 ) 其他表面痕跡 (Surface Impressions) - 生物的挖痕 (Scour Marks) 拖痕 (Trail Marks) 生痕 (Biogenic Marks) 和生物活動構造 (Bioturbation structures or Ichnofossils) 均在地表留下痕跡, 並常和漣痕與泥裂相伴而生, 對沉積環境的研究, 表面痕跡常可提供重要的資訊 4-4 沉積岩的起源 (ORIGIN) 四大主要作用和沉積岩的成因相關 : 風化 ( 侵蝕 ) 搬運沉積以及壓縮和膠結作用 ( 一 ) 風化 ( 侵蝕 ) 作用 [Weathering(Erosion)]- 暴露於地表的岩層與大氣接觸, 進行機械性或化學性的變化, 形成疏鬆衰變的岩屑 33

5 或土壤, 可為地質營力所搬運 ( 二 ) 搬運作用 (Transportation)- 在不同的氣候環境中, 不同的地質營力如流水風冰川對風化岩屑進行搬運的作用搬運過程中, 沉積物會根據其大小和組成進行淘選作用, 因而造成沉積分化作用 (Sedimentary Differentiation) ( 三 ) 沉積作用 (Deposition)- 不同的沉積環境具備不同的物理化學和生物現象, 沉積物沉積於不同的沉積環境, 可顯現不同的沉積特性主要的沉積環境 ( 圖 4.6) 有 : (1) 大陸環境 (Continental Environments) 沖積扇 (Alluvial Fans)- 山脈底部的乾燥盆地內, 礫砂和泥成扇形的堆積風積環境 (Eolian Environments) - 如沙漠的砂海 (Sand Sea), 風吹砂塵堆積成沙丘水流沖積環境 (Fluvial Environments)- 如河道氾濫平原湖泊 (Lake)- 如大陸內部的淡水湖或山中盆地的鹹水湖冰積環境 (Glacial Environments)- 寒冷地區沉積物為冰川所搬運, 俟冰溶解後, 沉積物即開始進行沉積作用 (2) 海岸環境 (Shoreline Environments) 三角洲 (Deltas)- 河流在海洋或湖泊的出口處, 泥粉砂和砂形成三角形外觀的扇形堆積海灘 ( 濱 )(Beaches)- 砂粒沿海岸分布的堆積堰洲島 (Barrier Islands)- 因海浪作用沉積於離岸海水中的砂洲, 一般和海岸線平行分布潟湖 (Lagoons)- 大陸和堰洲島或珊瑚礁體間的狹長形海域, 泥質沉積物集中於此區潮間地 (Tidal Flats)- 海邊高潮時被海水淹沒, 低潮時則露出水面的區域, 以泥質沉積物為主 (3) 海洋環境 (Marine Environments) 淺海環境 (Shallow-Marine Environments)- 自海邊延伸至大陸棚 (Continental Shelves) 邊緣的海域, 以石灰質和泥質沉積物為主有機礁體 (Organic Reefs)- 溫暖淺海的環境裏, 珊瑚藻類或其他有機體的硬殼堆積成的固體團塊深海環境 (Deep-Marine Environments)- 大陸斜坡以外的深海, 包括深海沖積扇和深海平原, 以濁流岩類為主 ( 四 ) 壓縮作用 (Compaction) 和膠結作用 (Cementation) (1) 壓縮作用 - 沉積物堆積至相當厚度時, 上部沉積物的重量對較下部沉積物造成壓密的影響 34

6 (2) 膠結作用 - 沉積物沉積後, 因孔隙內所含膠結物 ( 方解石石英褐鐵礦 ) 的再結晶作用, 將疏鬆未固結的沉積物膠結成沉積物的作用 4-5 沉積岩的意義 (SIGNIFICANCE) 沉積岩在人文經濟上相當重要, 在人類工業社會和文化的發展上, 亦為不可或缺的要素, 若無沉積岩提供的物質加以應用, 人類可能無法邁入新石器時代 (Neolithic Age) 煤石油和天然氣均為生成且儲存於沉積岩裏的能源礦物 ; 礫砂和石灰岩為主要的建築材料 ; 粘土為陶瓷工業的基礎 ; 蒸發岩類提供大部份的石鹽與化學原料 ; 砂岩可含金鑽石白金和鈾 ; 玻璃則由石英砂所製成 ; 大部份的鐵礦儲存於沉積岩中, 沉積作用和金屬礦物 ( 如鉛和鋅 ) 的集中關係密切粘土可製成磚塊, 歐洲的許多大教堂則以石灰岩為建材, 若無石灰岩, 則古希臘和羅馬藝術家將不可能創作出舉世聞名的雕像 35

中國的煤

中國的煤課內活動及課後練習的建議答案課內活動討論區 ( 3 頁 ) 1 2 網上追蹤 ( 5 頁 ) 2008 年末世界各地煤的蘊藏量地區蘊藏量 ( 百萬公噸 ) 佔全球的百分比 097 29.8% 15 00 1.8% 272 33.0% 1 38 0.2% 32 013 3.9% 259 253 114 500 31.4% 13.9% 82 001 100.0% 272.2.1 15.0 32.0

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