沉积岩石学-第4章 碎屑岩（3）

2017/12/29,1,第1节、 碎屑岩的物质成分第2节、 碎屑岩的结构及粒度分析第3节、 砾岩和角砾岩第4节、 砂岩第5节、 粉砂岩,第四章（陆源）碎屑岩,2017/12/29,2,要点回顾,2017/12/29,3,第3节 砾岩和角砾岩,2017/12/29,4,由粒径2mm的碎屑颗粒组成的岩石称为砾岩(或角砾岩)。在岩石分类命名中，砾岩的砾石含量下限比其它碎屑岩下限(50%)要低，通常砾石含量30%者，即可定名为砾岩。 当砾石占岩石体积530%时，可以“砾质”作为前缀命名，如砾质砂(泥)岩。,（一）一般特征,2017/12/29,5,1.成分特征：碎屑物质以岩屑为主，单矿物碎屑较少；填隙物以杂基为主，化学胶结物较少；,2.结构特征：粒度分布范围大，分选差，磨圆一般较好，基底胶结或孔隙基底胶结为主。,2017/12/29,6,3.构造特征：层理一般发育不好，可见粒序、韵律及大型交错层理，砾石排列常有一定方位，呈叠瓦状，一般长轴垂直于水流，扁平面迎水流；,2017/12/29,7,4.分布特征：分布较局限、厚度一般不大，稳定成层者少，呈透镜状者多。,2017/12/29,8,(二)砾岩和角砾岩的分类,1.根据圆度，可分为：砾岩：圆状、次圆状的砾石含量50%的岩石。角砾岩：棱角状和次棱角状砾石含量50%的岩石。,2017/12/29,9,2.根据砾石的大小，可分为：粗砾岩：砾石直径为1001000mm中砾岩：砾石直径为10100mm细砾岩：砾石直径为210mm,2017/12/29,10,3.根据砾石的成分，可分为： (1)单成分砾岩：砾岩中某种成分的砾石占75%以上，多半由稳定的岩屑或矿物组成，如石英岩质砾岩。也有部分由不稳定岩屑组成。,2017/12/29,11,石英质砾岩,2017/12/29,12,(2)复成分砾岩： 砾石成分复杂，各种成分的砾石均不超过50%，大部分砾石抵抗风化能力不强。 通常分选不好，磨圆度不高，层理不明显，多沿山区呈带状分布，厚度变化大，为母岩迅速破坏和迅速堆积的产物。成因类型很多，以造山期后的河或砾岩及山麓洪积砾岩分布最广。,2017/12/29,13,岩 块 砾 岩,岩块角砾岩,2017/12/29,14,4.根据砾岩在地质剖面中的位置，可分为： (1)底砾岩：因位于海进层序底部而得名,与下伏岩层呈不整合或假整合接触，为海进开始阶段的产物。成分一般比较简单，稳定组份较高，磨圆度高，分选性好；杂基含量少，主要是砂质粉砂质成分，代表了长风化、搬运改造的产物。,2017/12/29,15,巢湖泥盆系五通组底砾岩,2017/12/29,16,2.层间砾岩：整合地夹于其他岩层之间，与下伏地层呈连续沉积。砾石成分中，可有软的不稳定的岩屑，有时甚至是主要成分，如石灰岩、粘土岩及弱胶结的粉砂岩岩屑，圆度差，杂基成分复杂。通常是当地岩石边冲刷、边沉积的破坏产物。,2017/12/29,17,3层内砾岩(同生砾岩) 层内砾岩是指该岩层在准同生期尚处于半固结状态时，经侵蚀、破碎和再沉积而成的砾岩沉积物，再经成岩作用而成的砾岩，,2017/12/29,18,这种成因的砾石确切地讲应属于内碎屑，故又称为同生砾岩。形成这种碎屑的作用常很局限，砾石成分单一，未经搬运或搬运距离很短，只有轻微磨损，一般限于单一的沉积环境内，厚度通常几厘米，最大可到1-2m。层内砾岩在碳酸盐岩中分布普遍，我国北方寒武系和奥陶系中的竹叶状砾屑石灰岩；在砂岩内的泥页岩碎屑也是很常见的。层内砾岩比较普遍，但不指示沉积作用上有任何大的间断。,2017/12/29,19,同生砾岩砾屑灰岩（竹叶状灰岩）,2017/12/29,20,2017/12/29,21,2017/12/29,22,三、砾岩和角砾岩主要成因类型 诺尔顿（Norton，1917）首先提出角砾岩的成因分类。 滨岸砾岩-近岸角砾 河成砾岩 洪积砾岩 冰川砾岩、角砾岩 岩溶角砾岩 滑塌角砾岩,2017/12/29,23,（1）滨岸砾岩-近岸角砾岩 滨岸砾岩主要形成于滨海地区，其次是滨湖地区。由河流携带的砾石或沿岸岩石崩塌下来的碎块经波浪和海流反复改造而成。砾石成分单纯，多由石英岩质砾岩构成，砾石的磨圆度高，分选性好。有时可见海相化石。岩层厚度不大，可见交错层理，常与石英砂岩共生，砾石长轴可顺岸排列。,2017/12/29,24,叠瓦状排列的滨岸砾石,2017/12/29,25,近岸角砾岩：是当岸边岩石崩塌后尚未经受改造而迅速被埋藏形成。它常呈透镜状产出，其特征是分选性很差，碎屑呈棱角状，但角砾成分单一，而且其母岩为近处基岩。,2017/12/29,26,（2）河成砾岩 多由岩屑砾岩构成。砾石的平均粒径比海相砾石大，但碎屑的分选性差，粒级可达710级之多，在直方图中一般无一个高峰。砾石磨圆度随砾屑大小而异，大砾石圆化好，小砾石常呈棱角状。砾石最大扁平面向上游倾斜，倾角随水流流速而变化；长轴垂直水流方向，但近岸处多与河岸平行。,2017/12/29,27,2017/12/29,28,（3）冲积扇（洪积）砾岩 由暂时性水流形成的洪积砾岩多沿山麓成扇群分布，与砂岩一起形成巨厚层，有时厚达千米以上，长可达几百千米，甚至上千千米，是毗邻山脉地区剧烈上升后遭受快速剥蚀的产物。岩性和厚度变化大，横断面呈透镜状。,2017/12/29,29,2017/12/29,30,（4） 冰川角砾岩,由冰川携带的物质堆积而成，其组成以粉砂和泥级碎屑为主，砾级碎屑含量一般占530%，分选差，粒径大小不一，大的漂砾粒径可达1m以上，最大粒径和最小粒径相差可达100倍。砾石主要来自下伏基岩，常见新鲜的不稳定组分。,2017/12/29,31,（5）滑塌角砾岩 在地形陡峻地区的边界地带，常由某种地质营力作用发生崩塌，或沿斜坡发生地滑，从而形成滑塌角砾岩。可形成于陆上，也可形成于水下。 特点：棱角状角砾和磨圆砾石可同时存在，分选性很差，厚度变化大，常呈透镜状岩体产出。,2017/12/29,32,（6）岩溶角砾岩(喀斯特角砾岩) 由碳酸盐岩地区的溶洞（或膏岩层溶解）顶壁崩落堆积而成。 特点：角砾较单一，主要为石灰岩碎块，亦可混入少量其他围岩的碎屑，角砾大小相差悬殊，棱角清晰，填隙物为碳酸盐粉屑、红粘土，孔隙中常有梳状方解石结晶。 分布：受岩性和气候等各种条件控制，分布局限，但常有固定的层位，厚度几厘米到十几米以上，底界很清楚，上界不明显。岩溶角砾岩在地层中很少保存，形成的时期不定。,2017/12/29,33,岩溶角砾岩,2017/12/29,34,2017/12/29,35,2017/12/29,36,*第4节、砂 岩,主要由砂粒(粒径为20.1mm)和填隙物组成的陆源碎屑岩，称砂岩。砂岩在沉积岩中的分布仅次于粘土岩而居第二位，约占沉积岩的1/3左右。它是最主要的储集油气和水的岩石之一。一、砂岩的分类目前砂岩分类普遍采用三角形图解，可大致分为三组分和四组分两种体系。,2017/12/29,37,（一）克里宁（1948）提出了以源区和构造变动为分类准则，三个端元组分砂岩分类方案： (1)石英+硅质岩屑，代表岩石成熟度即该组分含量越大，岩石成熟度越高，则其搬运历史越长； (2)长石+高岭石，代表母岩的性质； (3)云母+绿泥石，表示构造变动的强度，当构造变动大时，母岩风化剥蚀得快，碎屑物质快速掩埋。因此不稳定成分（云母、绿泥石）尚能较多保存。,2017/12/29,38,克里宁的砂岩分类方案（1948）,克里宁提出的分类对于砂岩分类和命名的进一步发展仍有重大影响。,2017/12/29,39,四组分体系的分类特点是把粘土基质作为一个组份引入砂岩分类中，吉尔伯特(1955)首先按照分选性把砂岩分为两大类： (1)粘土基质含量10%且分选不好的混杂砂岩，归为杂砂岩(wacke，旧译瓦克岩)； (2) 粘土基质含量10%且分选良好的纯净砂岩，归为砂屑岩(arenite，或译纯砂岩)。然后，再根据稳定和不稳定组分的相对含量划分一定类型。,2017/12/29,40,裴蒂庄（1975）把反映成因的源区、矿物成熟度及流动因素(介质的密度和粘度)作为砂岩分类的准则。 首先以杂基含量15%为界限把砂岩分为两大类：砂屑岩和杂砂岩。然后，再以砂岩的主要碎屑组分石英、长石和岩屑为三端元，分别以Q、F和R表示，进一步分类和命名。,2017/12/29,41,Pettijohn(1975)的砂岩分类方案,2017/12/29,42,福克分类： 1954分类三端元组分为：石英+硅质岩(Q)，表示沉积来源； 长石+火成岩屑(F)，表示火成来源；云母+变质岩屑(M)，表示变质来源(图a),强调来源区的母岩类型，1968年分类偏重于母岩类型和矿物成熟度两个因素 (图b)。,2017/12/29,43,（二） 建议分类原则和依据： 沉积岩一般有两种分类方法：即描述分类和成因分类。理想的分类应当兼顾描述和成因两个方面。 基于上述分类原则，就成因观点而言，砂岩分类应当反映岩石生成的三个主要问题： (1)来源区的母岩性质； (2)搬运和磨蚀历史，即岩石成熟度； (3)沉积时的介质物理条件，即流动因素。 从具体标志来说，应当选择砂岩中的石英、长石、岩屑和粘土基质四种组分作为分类依据。因为这些变量容易鉴别，又有成因意义，它们彼此间的数量关系可以反映砂岩的成因特征。,2017/12/29,44,来源区的母岩性质可以用不稳定碎屑组分反映来源区母岩的性质。长石是花岗质母岩的标志；岩屑是火山岩、沉积岩和浅变质岩母岩的标志。长石和岩屑的比值（即F/L称为来源指数）以反映出来源区母岩组合的基本特征。石英（指单晶石英）的来源是多方面的，既可以来源于富含石英的石英岩、花岗岩、片麻岩等岩石，也可以是经历多次沉积旋回的产物。所以石英与长石和岩屑不同，它常常不能直接反映来源区的母岩性质，需要经过一些测试。,2017/12/29,45,搬运和磨蚀的历史可以通过稳定组分和不稳定组分的相对量比（即QFR，称为矿物成熟度）来表示。在一般情况下，矿物成熟度越高，磨蚀条件越好，搬运历史也越长。砂岩中分布最普遍的稳定组分是石英。有学者主张燧石和其他硅质岩屑不归入石英端元，将其放入岩屑组分之中。介质的物理条件（密度和粘度）是影响碎屑物质机械沉积的重要因素，砂岩中粘土基质的有无和数量多少，是机械分异作用好坏的具体指标，介质的这种性态可以用碎屑（clast）与基质（matrixes）比值（即C/M称为流动指数）来表示。C / M比值可以直接反映砂泥混杂的程度，即岩石分选性的好坏。,2017/12/29,46,国家标准推荐的砂岩分类,建议采用的分类,2017/12/29,47,以长石或岩屑含量大于25作为长石砂岩类或岩屑砂岩类的分界，便于野外鉴定。此外，岩屑端元的组合包括燧石、硅质岩屑和花岗质岩屑在内的各种岩屑以及碎屑状云母及绿泥石，这样可以减少分类工作中的困难。,2017/12/29,48,（三）本教材的砂岩分类,本教材采用的砂岩分类属于四组分分类体系。首先按基质含量将砂岩分为砂岩和杂砂岩两大类：从油气储层沉积学研究结果来看，规定粘土基质含量15为划分两类砂岩的界线，理由是基质含量大于15的砂岩分选性差，砂岩的孔隙度和渗透率显著变坏，一般难以成为储集油气的砂岩。当基质含量大于50时，则过渡为泥质岩。,2017/12/29,49,岩屑质长石砂岩,长石砂岩,长石岩质屑砂岩,岩屑砂岩,混合砂岩,图7-4砂岩的成因分类（1965，1977）（以粘土基质含量15%为界，分别命名为砂岩和杂砂岩）,10,25,25,10,岩屑长石砂岩,长石岩屑砂岩,2017/12/29,50,2017/12/29,51,对于富长石特别是富岩屑砂岩（一般指长石或岩屑含量大于75），可以采用辅助三角图解，对岩屑砂岩或长石砂岩进一步划分和命名。例如，岩屑可细分为沉积岩屑、火成岩屑及变质岩屑三端元，或燧石、喷出岩屑及千枚岩板岩三端元；长石可细分为钾长石、钠长石和更长石三端元等。砂岩（杂砂岩）基本类型的划分依据是主要的陆源碎屑组分，没有考虑次要矿物和特殊矿物。当砂岩中含有这些矿物时，可采用附加定名，如海绿石石英砂岩等。砂岩的命名：详细名称=颜色+胶结物+粒级+成分+基本名称如：灰白色钙质细粒石英砂岩,2017/12/29,52,二、砂岩的主要类型,1. 石英砂岩类碎屑石英的含量占砂级碎屑总量的50%以上，长石和岩屑的含量均小于25%。该类砂岩包括：石英砂岩；长石质石英砂岩；岩屑质石英砂岩；长石岩屑质石英砂岩,2017/12/29,53,典型的石英砂岩石英碎屑占95%以上，随长石、岩屑含量的增加，石英含量的减少，过渡为长石石英砂岩或岩屑石英砂岩。石英砂岩的成分成熟度和结构成熟度一般都较高。石英大都为单晶石英，磨圆度和分选性都比较好。长石主要是微斜长石、正长石和钠长石。岩屑通常只包含少量磨蚀好的燧石和石英岩等。胶结物多为硅质，次为钙质、铁质及海绿石等，杂基很少或没有，常为明显的颗粒支撑。硅质胶结物常由石英、蛋白石和玉髓组成。石英胶结物主要以次生(自生)加大的形式存在。碳酸盐胶结物以方解石较常见，一般具三种结构形式：(1) 粒状结构；(2) 嵌晶结构；(3)栉壳状结构。,2017/12/29,54,根据胶结物的成分，可进一步确定石英砂岩的种属名称，如铁质石英砂岩、钙质石英砂岩及硅质石英砂岩等。在硅质石英砂岩中，根据胶结物性质又可划分以下三种：1.硅质石英砂岩：简称石英砂岩，硅质胶结物常为蛋白石或玉髓，碎屑石英不具或很少次生加大现象。2.石英岩状砂岩：大部分石英具次生加大现象。3.沉积石英岩：几乎全部石英具次生加大现象。 沉积石英岩的特点是胶结牢固、坚硬，当岩石破碎时，断口会切穿颗粒，而不绕过颗粒。抗风化侵蚀，在地貌上通常形成陡坎和峭壁。,2017/12/29,55,石英砂岩的颜色大部分为灰白色，有些略带浅红、浅黄、浅绿等。颜色主要取决于胶结物的颜色，如胶结物为海绿石，可呈浅绿色，胶结物为铁质则呈浅红或浅褐色。沉积构造常见波痕和交错层理。产状一般为厚度不大的稳定层状。高成熟度的石英砂岩是长期风化、分选和磨蚀作用的产物。因此，石英砂岩主要产于海洋环境。在河流或湖泊环境也可以形成长石石英砂岩，岩屑石英砂岩类。 少数石英砂岩也会出现结构成熟度较低的情况，粒度分布为双众数，或分选性和磨圆度都不高。,2017/12/29,56,海绿石石英砂岩,铁质石英砂岩,沉积石英岩,2017/12/29,57,成因 纯净的石英砂岩 具有高成分成熟度和结构成熟度，它是风化作用，分选作用和磨蚀作用持续较久和深化的终极产物。主要来自花岗岩母岩彻底风化的产物，多形成于滨浅海砂质海岸沉积环境。在河流、湖泊环境中可形成长石石英砂岩、岩屑石英砂岩类。,中-细粒石英砂岩，铸体薄片，单偏光,实例塔里木盆地下石炭统底部的东河砂岩；,2017/12/29,58,海绿石石英砂岩。,2017/12/29,59,2.长石砂岩类长石砂岩类包括长石砂岩和岩屑质长石砂岩。长石砂岩主要由石英和长石组成，石英含量小于75，长石含量大于25，岩屑含量小于25。长石/岩屑3，重矿物含量有时可达1%。成分： 石英颗粒一般不规则，并且磨圆度差。因为颗粒较粗，所以有较多的多晶石英存在，长石以钾长石和酸性斜长石为常见，钾长石类以正长石为多，具格子双晶的微斜长石和条纹长石也常见。高岭石化长石表面呈土状或云雾状，新鲜的或微弱风化的表面光洁如石英。在较细的岩石中可含较多的云母，云母片因受邻近颗粒的挤压，可产生弯曲甚至裂开，黑云母常见绿泥石化。,2017/12/29,60,颜色常呈灰色、灰白色、淡黄色、灰绿色或肉红色。结构 长石砂岩以粒度较粗者常见，分选性和磨圆度变化很大，由分选差的棱角状的，到分选好磨圆度高的均可出现。填隙物 胶结物主要为钙质，有时为铁质，而硅质较少，较古老的长石砂岩可显出石英和长石的次生加大现象，而且当次生加大很完善时，可使砂岩很像花岗岩类的岩石。 长石砂岩常含粘土杂基，并常重结晶为云母、绿泥石，或经次生变化形成次生加大的长石。,2017/12/29,61,长石砂岩,岩屑长石砂岩,长石杂砂岩,2017/12/29,62,62,长石的稳定性较差，在搬运沉积过程中易遭受化学的分解和机械的磨蚀，因此，要形成长石的大量沉积需要两个条件： a.母岩是富含长石的花岗岩和花岗片麻岩类； b.形成过程以机械的破碎为主。,2017/12/29,63,63,以机械的破碎为主的形成条件有两种情况： 强烈起伏的地形条件，母岩被强烈侵蚀，风化产物快速堆积，这种条件下形成的长石砂岩其特点是分选和磨圆都不好、稳定性较差的重矿物也较多、粘土基质含量也高，甚至形成长石杂砂岩，构造长石砂岩。 干燥、寒冷的气候条件，风化产物免遭化学分解，可被长距离搬运，这样形成的长石砂岩，其特点是分选性和磨圆度都比较好、长石也比较新鲜、重矿物也多为稳定性者较高者，气候长石砂岩。,2017/12/29,64,实例 鄂尔多斯盆地上三叠统延长组砂岩，长石含量一般为50%左右；渤海湾盆地下第三系沙河街组岩屑质长石砂岩，石英含量一般为55%，长石35%，岩屑10%左右。,2017/12/29,65,3.岩屑砂岩岩屑砂岩类包括岩屑砂岩和长石质岩屑砂岩。石英含量75%，岩屑含量25%，长石含量 25%，且长石/岩屑 1/3，并含有少量的重矿物。岩屑成分复杂，常见有三类：(1)各种隐晶质的喷出岩屑；(2)板岩、千枚岩及云母片岩等低级变质岩屑；(3)粉砂岩、粘土岩岩屑；在许多岩屑砂岩中，碎屑云母常是值得注意的组分，可以有黑云母和白云母。云母片一般平行层理面富集，常常由于压实作用而发生变形，在相邻石英颗粒之间成弯曲状甚至破裂。,2017/12/29,66,胶结物 常为氧化硅和碳酸盐，常含有粘土杂基，在自然界中岩屑杂砂岩要比岩屑砂岩更为常见。结构 颗粒的分选性和磨圆度一般都不好。颜色 以灰色、灰绿色和灰黑色者居多。在地层中常与粉砂岩、泥岩组成韵律层，在岩性上则常与长石砂岩或长石杂砂岩过渡。岩屑砂岩的分布较广，其成分及结构成熟度均低，需要强烈剥蚀和快速堆积的构造条件，才得以保存。故常大量产出于经强烈褶皱的侵蚀区附近的山前或山间坳陷盆地中。,2017/12/29,67,主要类型 （1）岩屑砂岩：岩屑砂岩含有丰富的岩屑，在其碎屑含量中，岩屑25%，长石25%，石英含量在75%以下，常含有较多的碎屑云母。胶结物常见碳酸盐和氧化硅。 （2）长石质岩屑砂岩：随着长石含量的增加，逐渐向长石砂岩过渡，当长石含量增加到1025或更多，而岩屑含量（2575）仍大于长石含量时，则称为长石质岩屑砂岩。成因： 形成条件与长石砂岩类似，需要有利于不稳定物质产生和沉积的条件，只有在这种条件下，强烈的物理风化和近源快速堆积，才可使大量母岩的崩解产物得以保存。,2017/12/29,68,岩 屑 砂 岩,2017/12/29,69,4、杂砂岩类1、一般特征杂砂岩是指粘土基质含量大于15%，分选不好、泥砂混杂的砂岩。分类命名原则与净砂岩相同。 杂砂岩一般富含石英，有不同比例的长石和岩屑；长石主要是斜长石、钾长石少见；岩屑主要是泥页岩、粉砂岩、板岩、千枚岩、云母岩；富含基质是杂砂岩的基本特征；常呈暗灰色或黑色，一般是坚硬的固结良好的砂岩。2、成因 典型的杂砂岩通常堆积在急速沉降的地槽中，并且主要是在较老层系的复理式建造中，因此目前不少认为大多数杂砂岩地是海相浊积岩。,2017/12/29,70,岩屑杂砂岩,粘土基质在15%以上。,2017/12/29,71,第5节、 粉 砂 岩,一、粉砂岩的一般特征主要由0.10.005mm粒级(含量50%)的碎屑颗粒组成的细粒碎屑岩称粉砂岩。按碎屑颗粒大小又可分为：粗粉砂岩 0.10.05mm细粉砂岩 0.050.005mm。,2017/12/29,72,二、分类和主要类型,粉砂岩的进一步分类命名。还可根据砂和粘土的含量（按照三级命名原则）：如含砂泥质粉砂岩、含泥质粉砂岩等。根据石英和不稳定碎屑组分的含量：分为单成分粉砂岩和复成分粉砂岩；根据胶结物的成分：如铁质粉砂岩和钙质粉砂岩等。,2017/12/29,73,碎屑组分：稳定组分较多，成分较单纯，以石英为主；长石较少，多为钾长石，次为酸性斜长石；岩屑极少或不存在，常含较多白云母。重矿物含量比砂岩多，可达23%，多为稳定性高的组分，如锆石、电气石、石榴石等。,填隙物：粘土基质含量高，常向粘土岩过渡形成粉砂质粘土岩。碳酸盐胶