沉积岩岩石学(二)

沉积岩岩石学

SedimentaryPetrology第四节成岩作用一、概念成岩作用—沉积物堆积下来之后，被后继的沉积物所覆盖，也就进入了与原介质隔绝的新环境，并由此开始逐渐转变成为沉积岩。在这一过程中，沉积物和沉积岩的物质成分和结构构造均发生一系列的变化。通常把这些变化，统称为成岩作用。沉积物沉积下来后至变质作用和风化作用前常发生一系列变化。沉积物沉积岩变质岩沉积岩（潜水面）同生、准同生作用成岩作用后生作用表生作用风化作用1、沉积后作用阶段划分

同生、准同生作用阶段－成岩作用阶段－后生作用阶段－表生作用阶段

同生作用（ingenesis)：系指沉积物沉积下来后，与介质还保持着联系，沉积物表层与底层水之间所发生的一系列作用和反应。准同生作用:

主要指潮上带的疏松碳酸钙沉积物被高镁粒间水白云石化的作用。

成岩作用（diagenesis)：系指松散沉积物脱离沉积环境而被固结成岩石期间所发生的作用（后面重点）。后生作用（anadiagenesis)：继成岩作用阶段后，在沉积岩转变成变质岩之前所发生的一切作用和变化。表生作用(epigenesis)：指沉积岩抬升到近地表，在潜水面以下常温常压或低温低压条件下，由于渗透水和浅部地下水的影响所发生的变化。压实作用压溶作用胶结作用固结作用重结晶作用交代作用自生矿物的形成等２、沉积后阶段的主要作用成岩作用早期成岩作用同生作用EarlyDiagenesis固结之前的成岩作用，结果使得沉积物固结。浅埋成岩作用Syndiagenesis沉积物刚刚沉积，在沉积物－水界面及其以下薄层内发生的一切物理、化学和生物作用。晚期成岩作用深埋成岩作用（变质过渡）同生作用后直到沉积物固结所发生的一切物理、化学及生物作用。同生成岩作用（风化过渡）沉积物固结之后的成岩作用，是已固结沉积物的成分、结构和构造等的进一步变化。3、成岩阶段划分二、成岩作用中沉积物的几种主要变化类型1.压固作用——由于上覆沉积物的静水压力而使松散沉积物的体积缩小、含水量减少、密度增加的作用。泥质沉积物：受压固作用影响大，新鲜者孔隙度90%——页岩仅为20%

砂岩、碳酸盐———————小 压固作用沉积物沉积岩 排出水分、孔隙度下降、密度增加、颗粒紧密、硬度增大压固作用的结果(1)导致溶解如石英颗粒的锯齿状、石灰岩中的缝合线(2)改变片状、针状、柱状矿物的颗粒排列方向，如页岩中页理(1)胶结作用——松散的沉积物颗粒由化学沉淀物质或其它物质粘结而变成坚固岩石的作用。(2)化学沉淀物质——称为胶结物常见的胶结物：碳酸盐质（方解石、白云石）， 硅质（Q，玉髓，蛋白石）， 铁质（赤铁矿、褐铁矿等）， 硫酸盐质（石膏、硬石膏、重晶石）(3)胶结物来源：粒间溶液、沉积物的溶解产物 通过粒间沉淀和粒间反应实现(4)结果：使沉积物固结成岩、减少孔隙度2.胶结作用（1）常见的胶结物：硅质矿物（石英）、方解石、赤铁矿、粘土、海绿石、石膏等，其次是菱铁矿、绿泥石、重晶石、沸石等（2）胶结类型（CementationType）：基底式胶结（Basalcementation)

孔隙式胶结（Porouscementation)

接触式胶结（Contactcementation)

悬挂式胶结（Pendantcementation)

镶嵌式胶结（Mosaiccementation)（3）胶结物的结构：胶结物的结晶程度、晶体大小、形态、排列等形貌特征称为胶结物的结构。非晶质结构/隐晶质结构/显晶质结构(1)定义——矿物成分借溶解、局部溶解和固体扩散等作用而重新排列组合的现象。(2)作用强弱决定于：物质成分、质点大小、比重、成分均一性——表面能物质成分——易溶者，如CO3、盐类，易于发生。质点大小和比重——颗粒小、比重大、分子体积小、结晶能力强者先重 结晶，如黄铁矿（FeS2))、白钛矿、白云石等均一性——愈均一者，愈容易重结晶(3)结果：固结成岩，破坏沉积物原生结构构造——形成新 构造，原有的层理可以消失3.重结晶作用(1)定义—成岩作用过程中，对已经存在的矿物进行化学替换，伴随物质的带入和带出，产生新矿物的作用。(2)交代结构类型：

漂浮自形晶结构//交代残余结构交代假象结构//交代阴影结构(3)结果—形成矿物假象，如假晶。注意：溶蚀－已存在的矿物被水局部溶解称为溶蚀，剩下来的部分称为溶蚀结构。溶蚀总是从颗粒表面和颗粒、基质内的裂隙等部位开始，逐渐扩展开来的。4.交代作用5.成岩矿物——新生矿物的形成(1)成岩作用过程中，不仅发生固结作用，形成坚硬的沉积岩，而且矿物成分也有显著变化，形成许多与成岩环境的物理化学条件相适应的成岩矿物。(2)常见的成岩矿物：自生的石英、长石、黄铁矿、白铁矿、海绿石、菱铁矿、方解石、白云石、石膏、硬石膏、重晶石，各种粘土矿物，等。(3)分布：均匀分布、或结核状、透镜状、条带状。(4)生成方式：同生水中溶解物质沉淀形成， 介质条件改变，使原矿物转变而成如：Fe,Mn高价氧化物——还原成低价氧化物

2Fe2O3•3H2O+C4FeO+CO2+3H2O

（褐铁矿）FeO+CO2FeCO3（菱铁矿）6、深埋成岩作用：指已固结的沉积岩在上覆沉积物厚度进一步加大、温压进一步升高直到变质作用之前所有作用。

一般认为该作用的结束标志是：P0.15GPa,T150-200C，并首次出现特征变质矿物如浊沸石。此时，生物作用已经停止，沉积物中孔隙已很大程度上减少，连通性也变差，含孔隙水。7、表生成岩作用：指坚固沉积岩因盆地回返而逐渐上升到潜水面附近时受渗流和潜流大气降水影响所发生的作用。该作用接近地表的常温常压，Eh值较高，盐度很低，pH值则在渗流水中较低（中偏弱酸性），在潜流水中较高（中偏弱碱性），作用强度取决于岩石成分和孔隙状况。第三篇沉积岩岩石学第一章总论第二章沉积岩特征第三章陆源碎屑岩(他生沉积岩)第四章内源沉积岩(自生沉积岩)第五章沉积相及其分析第六章沉积建造第二章沉积岩特征一、成份特征二、结构特征三、构造特征四、产状特征Fe2O3>FeOK2O＞Na2O富含CO2、H2O富含生物有机质一、成份特征1、化学成分一、成份特征2、矿物成分已经发现：沉积岩中矿物160多种，常见的仅为20多种，沉积岩中一般含有3-5种常见矿物：石英、长石、云母、黄铁矿、白钛矿、海绿石、菱铁矿、方解石、白云石、石膏、硬石膏、Fe/Mn/Al的氧化物和氢氧化物，粘土矿物，等。陆源碎屑矿物——继承的，矿物组合可以分析母岩的类型自生矿物——是沉积作用中形成的，可以分析其物理化学环境次生矿物——是沉积岩又遭受风化形成的，无成因意义沉积岩中矿物按照成因分类：极其简单，常见的只有几种沉积岩中特有的矿物，如盐类矿物，粘土矿物等岩浆岩中常见,但沉积岩中罕见的矿物，如暗色矿物三大岩类均常见的矿物，如石英、长石、云母等矿物成分特征1.岩浆岩中Ol,Py,Am,Bi,基性Pl，在沉积岩中甚少或缺失。2.岩浆岩中Or、酸性Pl、Q，在沉积岩中也大量存在。

钾长石、石英——沉积岩>岩浆岩，原因是石英是最稳定的碎屑3.有许多新生矿物，岩浆岩中很少或无，如粘土矿物、盐类矿物4.沉积岩特有的生物组分，如生物作用形成的有机碳、有机页岩与岩浆岩比较的不同之处：沉积岩的一般特征包括——物质成分、结构、构造——不同于岩浆岩 [形成条件和方式不同]在物质成分方面：

母岩风化沉积岩风化、搬运、沉积、成岩2个决定因素——母岩性质＋沉积作用过程使其与母岩化学与矿物成分既相同，又不同。

沉积岩与岩浆岩的成分差异总体说，沉积岩与岩浆岩的主要化学成分十分接近，但有如下差异：1.沉积岩中Fe2O3>FeO，而岩浆岩中Fe2O3<FeO。2.碱金属、碱土金属含量，沉积岩<岩浆岩，原因是：进入水圈;而CaO例外，在沉积岩中高，与生物、生物化学作用有关。3.K2O与Na2O含量，沉积岩中K2O>Na2O，岩浆岩中K2O<Na2O原因是：粘土矿物吸附K,含K矿物，如白云母，水云母在地表稳定，而Na进入海水，不易形成沉积矿物。4.沉积岩中富H2O、CO2、有机质，原因是：地表条件，生物参与，水圈，大气圈参与。结构:

指组成岩石的各种组分的形状、大小、结晶程度以及颗粒之间的关系.二、结构特征不同的沉积岩类型，其结构不同，例如： 陆源碎屑岩——碎屑结构 泥质岩——泥状结构 内源沉积岩——颗粒结构后面会在不同类型中，具体讲三、沉积岩的构造指沉积岩中各个组成部分的空间分布和排列方式。沉积岩的构造机械成因的构造：进一步分为

流动成因、同生变形、暴露成因化学成因的构造生物成因的构造复合成因的构造可以划分为4种：沉积构造的分类划分为3种：

（1）层理构造 （2）层面——

（3）其他——1.机械成因的构造流动成因的构造1.机械成因的构造(1)层理构造

概念：由于沉积物的成分、结构、颜色及层的厚度、形状等沿垂向发生变化而形成成层更换的现象。基本术语：细层（纹层）、层系、层系组、层有关层理的术语和图解细层（纹层）——最小单位，成分均一层系——有许多成分、结构、厚度、产状都相似的同类细层组成，为相同的沉积条件下的产物 层系组——若干相似的层系组成，无明显不连续，为相似的沉积环境的产物层/岩层——组成沉积地层的基本单位，内部成分、结构、构造和颜色基本均一，上、下有明显的层面，可以包括一个或若干细层、层系或层系组。分为块状层(>100cm)、厚层(100-50)、中厚层(50-10)、薄层(10-1)、微薄层(<1)。层理的主要类型a.水平层理——静水、微弱水流中缓慢沉积b.平行层理——急流水体c.波状层理——波浪运动d.交错层理——水流交替变化e.递变层理——底部-顶部，粗-细粒f.韵律层理——有规律重复g.块状层理——无内部构造，快速堆积下面介绍其中一些层理a.水平层理（Horizontalbedding）——纹层（细层）呈平面状，相互平行叠置且与层面平行。纹层厚度多在1mm以下，少数可达1-2mm，在岩层各个方位的垂直断面上都有较密集的平行直线状纹理显示。常产在粉砂岩、泥质岩或粒度相当的其它岩层内，可看成是水流缓慢或静水条件下的沉积产物。b.平行层理（Parallelbedding）——与水平层理相似，也由平面状纹层平行层面叠置而成，不同的是纹层厚度较大，构成粒度较粗，纹理常不如水平层理清晰。有些平行层理可沿纹层面剥开，剥开面上可出现一些长短不一，相互平行的微细沟脊状直线形条纹，称为剥离线理，它是由颗粒在沉积物表面滚挪动形成的。平行层理多产在粗砂岩、砂砾岩或粒度相当的其它岩石内，是水体较浅，流速较高或反复冲刷环境的产物。层理的主要类型纹层与层面呈斜交关系，相互平行叠置成单个的层系再组合成层系组，单个纹层的厚度可随纹层构成粒度的增大而变厚，从小于1毫米到数厘米不等。纹层和层系界面可以是平面状，也可以是曲面状，相互常常斜交，偶而也可以平行。相邻的层系界面可以彼此独立，也可以依次切割，在粉砂岩、砂岩、砾岩或粒度相当的其它岩石内都有广泛分布。无论在形态上还是在成因上，交错层理都是最复杂多变的一种层理类型，进一步细分常常十分困难，实践中，可按层系的形态分成以下4种。反映水流交替变化。C.交错层理（Cross-bedding）交错层理的主要类型1.板状交错层(Tabularcross-bedding)2.楔状交错层（Wedgecross-bedding）3,4.槽状交错层（Wavycross-bedding）5.波状交错层（Troughcross-bedding）板状交错层(Tabularcross-bedding)：各层系界面均为平面且与层面平行，单个层系呈等厚的板状，其中纹层较平直或微下凹，与层系界面斜交。楔状交错层（Wedgecross-bedding）：各层系界面也为平面，但彼此不平行，单个层系不等厚而呈楔状，其内纹层与板状交错层相仿。交错层理的主要类型波状交错层（Wavycross-bedding）：层系界面为波状起伏的曲面，相邻界面可以相交也可以不相交，总的延伸方向与层面平行。纹层也与层系界面斜交，但有时也可能不太清晰。槽状交错层（Troughcross-bedding）：层系界面为下凹勺形曲面，在岩层不同方位的断面上，曲面下凹的程度不同，一般在垂直流向的断面上比在平行流向的断面上下凹更强。层系内的纹层多呈下凹的曲面，通常与层系界面斜交，偶而平行。交错层理的主要类型上述4种交错层还可按层系的厚度进一步划分，单一层系无论是否等厚，均以它的最大厚度为准，最大厚度小于3cm时为小型，3-10cm时为中型，大于10cm时为大型，所以实际的交错层就有大型板状、中型槽状、小型波状等等的区别。交错层理主要类型这两种层理都是泥质和砂质（通常是粉砂或细砂）沉积物交替沉积形成的一种复合层理。脉状层理又称压扁层理，其主要特征是沉积物以砂为主，断面上，泥只以起伏脉状或细长飘带状等夹在砂质沉积物中。透镜状层理相反，沉积物以泥为主，断面上，砂只以透镜状或细长飘带状等夹在泥质沉积物中。两种层理中的砂质沉积物还可以发育象交错层理那样的纹层。d.脉状层理（Flaserbedding）

透镜状层理（Lenticularbedding）砂呈透镜状黑色泥质砂呈透镜状脉状层理砂泥质粒序层理又称递变层理，是一种重要的非纹层状层理，层理中没有任何纹层或纹理显示，只有构成颗粒的粗细在垂向上的连续递变。在原始岩层的断面上，按递变趋势，粒序层理可分为三种，自下而上，颗粒由粗到细的递变称正粒序，由细到粗的递变称反粒序，若正反粒序呈渐变性衔接称双向粒序。e.粒序层理（Gradingbedding）正粒序反粒序双向粒序粗尾粒序配分粒序递变层理/粒序层理不含细粒的泥质水流强-弱含细粒的泥质浊流沉积当整个岩层或岩层内的某个层状部分的成分、结构或颜色都是均一的，或虽很杂乱，但却具有某种宏观的均一性，既没有纹层或纹理显示，也不是其它层理的构成部分，该岩层或层状部分就具有块状层理，或称为均匀层理（Homogeneousbedding）。块状层理可以是沉积形成的，也可以是其它层理经成岩作用改造形成。f.块状层理（Massivebedding）(2)层面构造——多样性，具有成因意义a.波痕——浪成/流水/风成b.泥裂/干裂——平面上多角，切面V形c.雨痕／雹痕d.晶体印模e.冲刷面f.流痕g.槽模——槽状，充填后为舌状突起，浊流沉积标志h.沟模——沟状痕迹-印模1.机械成因的构造这是一种发育在不同粒度岩层分界面上的凹凸状构造，是由较高流速的流体在下伏沉积物顶面冲刷出一些下凹的坑槽，尔后又被上复沉积物覆盖形成并保存下来的。冲刷成的坑槽称冲坑或冲槽，合称为冲刷痕（Scourmarks），它们被覆盖后，在覆盖层底面就会形成与冲刷痕的大小和形态完全一致的凸起，它们被称为铸模、印模或简称为模（Casts,Molds）。(2)层面构造

a.冲刷构造（Scourstructure）不对称波痕-由单向水流形成干涉波痕-由垂直两向水流形成现代风成波痕沟槽模分布在岩层底面上的一种突起构造。它是定向水流在尚未固结的软泥表面侵蚀冲刷的凹槽被砂质充填而成。沟槽模的出现说明当时的水流环境中有强烈的底流及其冲刷作用。沟槽长轴平行于水流方向，突起一端指向上游，故其形状是确定古流向的可靠标志。其他一些层面构造a.负荷印模b.球-枕构造c.包卷层理——褶皱变形d.滑坡构造e.碎屑岩脉(3)变形构造——沉积的同时或者稍后，尚处于塑性状态时，变形形成的构造1.机械成因的构造(3)变形构造——沉积的同时或者稍后，尚处于塑性状态时，变形形成的构造a.负荷印模b.球-枕构造c.包卷层理——褶皱变形d.滑坡构造e.碎屑岩脉a.负荷印模(3)变形构造——沉积的同时或者稍后，尚处于塑性状态时，变形形成的构造a.负荷印模b.球-枕构造c.包卷层理——褶皱变形d.滑坡构造e.碎屑岩脉b.球-枕构造球-枕构造这种构造是指砂岩层断开并陷入泥岩中形成的许多紧密或枕状块体。它们一般不具内部构造。多发育在砂层底部，向上过渡为未受搅动的正常砂岩。下伏泥层往往变形强烈，甚至被挤压成舌状向上伸入砂层中。球枕构造不限于任何特殊的环境，在浅水环境与深水环境中均有发现。(3)变形构造——沉积的同时或者稍后，尚处于塑性状态时，变形形成的构造a.负荷印模b.球-枕构造c.包卷层理——褶皱变形d.滑坡构造e.碎屑岩脉c.包卷层理包卷层理是指在一个岩层内所发生的纹层盘回和扭曲现象。主要见于较薄层（2-25cm)粗粉砂层或细粉砂层中，可以是硅质的或碳酸盐质的。这种不规则的变形层理习惯上称作扭曲层理。包卷层理的成因有多种解释，但是，沉积物的液化作用即液化层地层间流动引起原生层理的弯曲，无疑是非常重要的因素含水的砂、粉砂注入到裂隙中AB岩脉e.碎屑岩脉(3)变形构造——沉积的同时或者稍后，尚处于塑性状态时，变形形成的构造a.负荷印模，b.球-枕构造，c.包卷层理——褶皱变形d.滑坡构造，e.碎屑岩脉这三种构造都是刚沉积的松软沉积物顶面暴露在大气中形成的，被统称为暴露构造（Exposedstructure），常出现在泥质岩、泥质粉砂岩或相当粒度的石灰岩中。泥裂（Mudcrack）,雨痕（Raindropprint）和雹痕（Hailprint）(3)暴露成因构造——1.机械成因的构造泥裂雨痕和冰雹痕雨痕是指雨滴降落在松软沉积物表面时所形成的小型撞击凹穴。雨痕主要见于干燥和半干燥气候条件下的大陆沉积。冰雹痕形似雨痕，区别在于冰雹痕较大、较深且不规则，其边缘比雨痕更为参差不齐。2.化学成因的构造——溶解-凝聚（1）

缝合线锯齿状微裂隙（2）

结核有核无核结核（Concretion，Nodule）在成分、颜色和结构构造等方面与围岩有显著区别的非层状单位的自生矿物集合体称为结核，也可看成是附生或寄生在围岩中、具有自己独立性状的另一种零星的岩石实体，常见于陆源碎屑岩、碳酸盐岩或古土壤层内部或层间界面上。结核外部形态变化极大，但多呈较规则到极不规则的瘤状，也可呈透镜状、饼状、姜状等等。白云岩中的燧石结核与燧石条带按自生矿物成分，结核可分为钙质、硅质、铁质、锰质和磷质的等等。有些结核的成分单纯，有些则混有围岩的成分。结核内部可以是均一的，也可以有某种非均一的构造形迹，如方格状、放射状、同心状、菜花状、网格状等等，有时还隐约有与围岩层理连续过渡的层理痕迹，某些钙质、硅质结核内部还有生物遗体或遗迹。晶痕（Crystalprint）和假晶（Crystalpseudomorph）在化学沉积作用中结晶出来的矿物晶体被泥级、粉砂级沉积物掩埋后，因沉积物失水收缩可稍稍突出在岩层顶面，突出部分同时也会嵌入到覆盖层的底面，当矿物晶体被选择性溶解后就会在两岩层接触面上留下与晶体大小和形态完全一致的空洞，该空洞就称为晶痕。晶痕被充填或原晶体直接被别的矿物交代就成了假晶。3.生物成因的构造a.叠层构造b.虫迹，包括停息/爬行/居住/觅食等Pt生物生长构造-叠层构造灰螺纹（Graywhorl）-北京生物遗迹构造4、复合成因构造1、示底构造：在碳酸盐岩的原生孔洞中，有两个世代的不同充填物，在底部或下部为泥屑、粉屑等内碎屑充填，色较暗；顶部或上部为亮晶方解石充填，色较浅，两者之间的界面平直，能批示岩层的顶底。2、鸟眼构造：主要出现在泥晶灰岩、微晶白云岩、球粒灰岩、粉屑、砂屑灰岩中的原生小孔洞，被亮晶方解石或硬石膏充填。鸟眼构造（Birdseyestructure）这是碳酸盐岩层内部成群出现的，常被较粗方解石（偶尔是石膏）晶体充填的一种孔洞状构造，孔洞边缘清楚，形状不很规则，大多平行层面一向伸长，大小通常几毫米到几厘米之间，均匀或不均匀。由于充填物常呈白色，故也称雪花构造。有些鸟眼构造是显微级的，只有在显微镜下才能见到。四、沉积岩的颜色1.颜色分类原生色继承色——碎屑物颜色（碎屑岩特有）

自生色——自生矿物和原生混入物次生色——风化作用中，母岩中物质次生变化后形成的如何区分2者原生色——大范围内稳定次生色——分布