沉积岩石学-第4章 碎屑岩（1）

2017/12/29,1,第四章（陆源）碎屑岩,2017/12/29,2,第一节 碎屑岩的成分 第二节 碎屑岩的结构 第三节 砾岩和角砾岩 第四节 砂岩 第五节 粉砂岩,本章主要内容,2017/12/29,3,陆源碎屑岩是母岩机械破碎产生的碎屑物质经搬运、沉积、压实、胶结形成的岩石，简称碎屑岩。碎屑岩由碎屑物质和填隙物质（包括杂基和胶结物）两部分组成，碎屑物质占50以上。碎屑岩的性质主要是由碎屑组分的性质决定的。碎屑物质：包括矿物碎屑和岩石碎屑填隙物质：包括杂基和胶结物,2017/12/29,4,碎屑与填隙物,2017/12/29,5,碎屑岩的物质组成，按其主要成因可归为两类：一类是陆源碎屑和填隙物中的杂基，它们是母岩的风化产物借助于介质机械的搬运方式在适当的地点沉积而成；另一类是胶结物，它们是在沉积期后以溶液方式沉淀而成的。,第一节 碎屑岩的成分,2017/12/29,6,(一)碎屑物质 碎屑物质是陆源区母岩机械破碎的产物，又称陆源碎屑。矿物碎屑：一个碎屑颗粒就是一个（种）矿物。岩石屑碎：一个碎屑颗粒内含有两个（种）以上的矿物颗粒（矿物集合体）构成,简称岩屑。,2017/12/29,7,矿物碎屑和岩石碎屑,2017/12/29,8,矿物碎屑中比重2.86的称为重矿物，2.86的称为轻矿物。轻矿物种类不多，石英、长石、云母是其基本组分，重矿物的种类繁多，但数量甚微。在碎屑岩中，目前已发现的碎屑矿物约有160种，其中最常见的约20种，但在一种碎屑岩中，主要的碎屑矿物一般都不超过35种。,2017/12/29,9,1. 矿物碎屑 常见的矿物碎屑有石英、长石、云母和重矿物。 1）石英碎屑 陆源碎屑矿物中以石英最常见，几乎每一种陆源碎屑岩中都含有石英，除了单晶石英碎屑外，还常见由几个石英晶体或许多微粒石英组成一颗碎屑，称为多晶石英碎屑。 单晶石英与多晶石英在成因上是有密切联系的，但是严格讲，多晶石英是一种岩屑。,2017/12/29,10,碎屑岩中石英比值往往超过其母岩中石英的比值。例如酸性火成岩中石英的含量一般为3040%，而砂岩中石英的平均含量近70，石英砂岩中石英的含量甚至高达90%以上。?,不同来源的石英其特征不同，研究石英的标形特征，可以帮助确定石英的来源。,研究石英内部具有的各种特征，可以为追溯母岩的性质提供依据,2017/12/29,11,单晶石英与多晶石英,单晶石英 一个碎屑颗粒仅由一个矿物晶体组成。,多晶石英 一个碎屑颗粒由几个石英晶体或许多微粒石英组成。,2017/12/29,12,a)来自深成岩浆岩的石英： 来自中酸性深成岩的石英，常含有细小的液体、气体包裹体，或含锆石、磷灰石等岩浆岩副矿物包裹体。矿物包裹体颗粒细小，自形程度高，排列无一定方位；尘状气、液包裹体使石英颗粒呈云雾状。,2017/12/29,13,2017/12/29,14,含气液包裹体的石英,2017/12/29,15,2017/12/29,16,石英中的磷灰石包体,2017/12/29,17,源于花岗岩的多晶石英 晶粒间呈镶嵌状接触，各晶粒大小相似，形状近等轴状，无定向排列。,2017/12/29,18,b）来自变质岩的石英：,变质石英表面常见裂纹，不含液体和气体包裹体，却可见有特征的电气石、矽线石、蓝晶石等变质矿物的针状、长柱状包裹体。大多数的石英晶粒都具有波状消光。,2017/12/29,19,变质岩型多晶石英常由5个以上的晶粒组成，晶粒间呈缝合线状结合，常呈相互平行的结晶方向 ，并呈定向的拉长状排列。,2017/12/29,20,变质岩中分离出来的单晶石英较之来自深成岩的单晶石英颗粒细小，其平均大小分别是2-2.2和1左右。变质石英表面常见裂纹.,2017/12/29,21,2017/12/29,22,c）来自喷出岩及热液岩石的石英： 火山喷出岩中的石英为(高温)-石英。喷出岩石英多为单晶，并呈短的双锥状，洁净透明，不具波状消光，不含包裹体，但常有裂纹和熔蚀现象。 来自热液脉的石英常包含很多水、气包裹体,有时含有电气石、金红石等矿物包裹体或绿色蠕虫状绿泥石包裹体，可显微弱波状消光。,2017/12/29,23,来自喷出岩的石英,2017/12/29,24,d）.再旋回石英：呈浑圆状或带自生加大边是再旋回石英的特征。来自石英砂岩的再旋回石英具有自生加大边，可以是单晶石英，也见有多晶石英。由于多晶石英的晶间界线相对比较软弱，按热力学特点看波状消光石英的稳定性又较差，因此它们在再旋回作用中将陆续被淘汰。最终，再旋回石英应是单晶的非波状消光石英。,2017/12/29,25,再旋回石英,2017/12/29,26,2）长石碎屑在碎屑岩中长石的含量少于石英。砂岩中长石的平均含量为1015%，远比石英含量为少，而在岩浆岩中长石的平均含量则为石英的几倍。为什么这种截然相反的变化 ? 长石主要来源于花岗岩和花岗片麻岩。地壳运动比较剧烈，地形高差大，气候干燥，物理风化作用为主，搬运距离近以及堆积迅速等条件，是长石大量出现的有利因素。,2017/12/29,27,在碎屑岩中钾长石多于斜长石，在碱性长石系列中正长石略多于微斜长石，在斜长石中钠长石远远超过钙长石。造成相对丰度的这一差别的原因？一方面与母岩成分有关，地表普遍存在的酸性岩浆岩为钾长石、钠长石的大量出现创造了先决条件；另一方面又与不同长石在地表环境的相对稳定性有关，各种长石稳定性的顺序是：钾长石最稳定，钠长石较不稳定，钙长石最不稳定。,2017/12/29,28,2017/12/29,29,微斜长石 在长石中，最新鲜的是微斜长石，颗粒表面光洁，格子双晶清晰可见，常呈圆粒状。,2017/12/29,30,微 斜 长 石,2017/12/29,31,正 长 石 正长石常见高岭石化，使表面呈云雾状，颗粒轮廓模糊不清。,2017/12/29,32,斜 长 石 酸性斜长石常有清晰的钠长石双晶。,2017/12/29,33,斜 长 石 常被绢云母或碳酸盐矿物所交代，强烈的蚀变作用会使斜长石的表面呈云雾状，轮廓模糊，甚至形成斜长石假象。,2017/12/29,34,斜 长 石,2017/12/29,35,在长石中，最新鲜的是微斜长石，颗粒表面极光洁，网格双晶清晰可见，常呈圆粒状。斜长石常被绢云母或碳酸盐矿物所交代，这些作用多发生于成岩、后生阶段。强烈的蚀变作用会使斜长石的表面呈云雾状，轮廓模糊，甚至形成斜长石假象。,2017/12/29,36,不同类型长石的成因分布不同，在碎屑岩研究中，长石是重要的物源标志。透长石只生成于高温接触变质岩及火山岩中；而微斜长石广泛分布于深成岩浆岩及深变质岩中，却从不出现在火山岩中。再旋回长石的特征是微斜长石、正长石或斜长石具有自生加大边。这种碎屑的自生加大边可较混浊或较干净，与原长石碎屑的光性方位常有差别，故多不同时消光。这是由内外两部分成分上的差异引起的。,2017/12/29,37,3）云母黑云母和白云母也是砂岩中常见的矿物组分。云母是片状矿物，因此在搬运过程中表现为较低的沉降速度，常与细砂级甚至粉砂级的石英、长石共生。黑云母的风化稳定性差，主要见于距母岩较近的砾岩或杂砂岩中，经风化及成岩作用常分解为绿泥石和磁铁矿，经海底风化还可海解为海绿石。白云母的抗风化能力要比黑云母强得多，相对密度也略小，常见其呈鳞片状平行分布于细砂岩、粉砂岩的层面上，有时会富集成层。,2017/12/29,38,云 母,2017/12/29,39,4）重矿物 碎屑岩中相对密度大于2.86的矿物称重矿物。它们在岩石中含量很少，一般不超过1%。其分布的粒度受重矿物的晶形大小、相对密度及硬度的控制。 重矿物的种类很多，根据重矿物的风化稳定性可将其划分为稳定和不稳定的两类。前者抗风化能力强，分布广泛，在远离母岩区的沉积岩中其百分含量相对增高；后者抗风化能力弱，分布不广，离母岩愈远其相对含量愈少。,2017/12/29,40,电气石、锆石碎屑,2017/12/29,41,重矿物十字石,2017/12/29,42,2017/12/29,43,从砂岩成分来看，在成分纯、分选好的石英砂岩中重矿物含量少，而且只含那些风化稳定性高的重矿物组分(如锆石、电气石、金红石等)；在成分复杂，分选差的岩屑砂岩中，则重矿物含量高，稳定与不稳定的重矿物(如辉石、角闪石、绿帘石等)均可出现。 不同类型的母岩其矿物组分不同，经风化破坏后会产生不同的重矿物组合，因此利用重矿物解释母岩是非常有用的。,2017/12/29,44,如果能结合轻矿物组合来判断母岩，可能会得到更加可靠的结果。,2017/12/29,45,“ZRT”指数碎屑岩中三种重矿物：锆石（Zircon）、金红石（Rutile）、电气石（Tourmqline）在透明重矿物碎屑中所占的比例。其中锆石和金红石属于最稳定重矿物，而电气石也很稳定。因此可以用这三者在透明重矿物碎屑中所占的比例来判别碎屑岩的成分成熟度。,2017/12/29,46,2.岩石碎屑（岩屑）岩屑是母岩岩石的碎块，是保持着母岩结构的矿物集合体。因此，岩屑是提供沉积物来源区岩石类型的直接标志。 在砂岩的碎屑中，岩屑的平均含量为1015。碎屑岩中岩屑的含量决定于粒度、母岩性质及成熟度等因素。首先，岩屑含量明显地取决于粒级，即岩屑的含量随粒级的增大而增加。各类岩屑的丰度还取决于母岩的性质,细粒或隐晶结构的岩石，如燧石岩、中酸性喷出岩等岩石的岩屑分布最广；而易受化学分解的石灰岩，除非在母岩区附近有快速堆积和埋藏的条件，否则很难形成岩屑。岩屑的含量还是碎屑成熟度的函数。结构上成熟的砂或砂岩，其碎屑的圆度和分选都较好，岩屑含量一般较低；而岩屑砂岩则常表现出很差的结构成熟度。,2017/12/29,47,2017/12/29,48,2017/12/29,49,中性喷出岩岩屑,2017/12/29,50,2017/12/29,51,燧 石 岩 屑,泥质岩岩屑,2017/12/29,52,凝灰岩岩屑,2017/12/29,53,2017/12/29,54,（二）、填隙物 填隙物包括杂基和胶结物，它们对碎屑颗粒都起胶结作用，故又称广义的胶结物。但是它们的形成阶段和形成方式不同，因此具有不同的成因意义。 1.杂基 杂基是充填于碎屑颗粒之间，与碎屑物质基本同时沉积下来的细小的机械成因物质(0.03mm或5)，它们一般是悬移载荷的产物。,2017/12/29,55,杂基含量是识别流体密度和粘度的标志。沉积物重力流中含有大量杂基，由此形成的沉积物以杂基支撑为特征；而牵引流中主要搬运床沙载荷，最终形成的砂质沉积物以颗粒支撑结构为特征，杂基含量很少，粒间由化学沉淀胶站物充填。 杂基含量也是重要的水动力强度标志，在高能量环境中，水流的簸选能力强，粘土会被移走，从而形成干净的砂质沉积物，相反，砂岩中杂基含量高，则表明分选能力差。 杂基含量也是沉积速率的反映标志，一般地说，沉积越快，杂基含量越高。,2017/12/29,56,杂基和陆源碎屑颗粒一样，都属陆源物质，但其粒度比碎屑岩中主要碎屑颗粒小, 在碎屑岩中作为填隙物出现。 杂基从粒级上看：是一个相对的概念，在砂岩中以泥为主，其次为细粉砂，而对于砾岩杂基的粒度可以粗一些。 杂基从成分上看：以粘土矿物为主，也可以是碳酸盐灰泥、云泥及细小的矿物碎屑和岩石碎屑。但成分不是鉴别杂基的主要标志，主要标志是结构。 碎屑岩中杂基含量变化很大，杂基含量的多少可以反映搬运沉积介质的性质和水动力强弱。,2017/12/29,57,杂基（单偏光）,杂 基（正交偏光）,2017/12/29,58,砾 岩 中 的 杂 基,2017/12/29,59,2.胶结物 胶结物是沉积期后以化学沉淀方式充填在碎屑颗粒孔隙之中的物质（自生矿物）。常见结晶或非晶质的自生矿物，在碎屑岩中含量50%，对颗粒起胶结作用，使之成为坚硬的岩石。胶结物有的形成于沉积-同生期，但多数是成岩-后生期的沉淀产物。 碎屑岩中主要胶结物是硅质(石英、玉髓和蛋白石)、碳酸盐(方解石、白云石)及一部分铁质(赤铁矿、褐铁矿)。此外，硬石膏、石膏及高岭石、水云母绿泥石等粘土矿物都可以作碎屑岩的胶结物。,2017/12/29,60,1）硅质胶结物 硅质常作为胶结物在砂岩里出现。其出现的形式是多种多样的，主要有非晶质的蛋白石、隐晶质的玉髓和结晶质的石英。 蛋白石可以围绕砂粒沉淀，形成自生环边；也可以大量充填孔隙，从而胶结砂岩。由蛋白石胶结的砂岩只形成在埋藏较浅的层位中。 在砂岩中，特别是古老的石英砂岩中，自生加大石英是常见的。碎屑石英颗粒被与之连续的增生体所包围，从而使石英颗粒长成自形轮廓或各晶粒间紧密镶嵌接触。在碎屑部分的边缘常有一个不洁净的外膜，其成分可以是氧化铁、粘土矿物或其它污物。这个外膜的存在是自生加大的证据。,2017/12/29,61,硅 质 胶 结 物,2017/12/29,62,硅质胶结物次生加大,2017/12/29,63,2）碳酸盐胶结物 在砂岩中最常见的碳酸盐胶结物是方解石，它在砂岩中大量分布。与方解石为同质多象体的文石在现代沉积中经常可见，但其性质不稳定，易逐渐转变为方解石。因此在古代砂岩中一般见不到文石胶结物。以白云石、铁白云石、菱铁矿等碳酸盐矿物作胶结物的砂岩实例时常能够找到。方解石沿长石、石英等碎屑颗粒的边缘或裂隙进行交代，会使碎屑变得形状不规则，这种溶蚀现象是常见的。 在现代沉积中，大量的证据说明碳酸盐物质是在碎屑沉积物埋藏后才进入孔隙和形成胶结物的。,2017/12/29,64,钙质（方解石）胶结,2017/12/29,65,钙质（方解石）胶结,2017/12/29,66,白云石胶结物,2017/12/29,67,3）其它胶结物 在碎屑岩中氧化铁也是一种较为常见的胶结物。 石膏和硬石膏也可以作为砂岩的胶结物。 磷灰石、沸石、海绿石及有机质等化学成因矿物也可出现在碎屑岩中，它们可能作为孤立的自生矿物存在，也可以作为碎屑岩的胶结物。另外，石英、长石、重晶石、天青石、高岭石、岩盐、黄铁矿、绿泥石等均可在碎屑岩中呈孤立星散状或结核状分布。常表现得成分较单纯，结晶颗粒较小，但晶形完好。在碎屑岩中，这类矿物一般只含很少的数量，但它们的出现对于分析碎屑岩的沉积环境和解释成岩、后生作用都是很有意义的。,2017/12/29,68,铁 质 胶 结 物,2017/12/29,69,2017/12/29,70,（三）、碎屑岩化学成分,1、碎屑岩化学成分与大地构造环境分析联系密切主要类型砂岩的平均化学组分（据裴蒂庄，1963） 注：石英砂岩26个分析样品，岩屑砂岩20个分析样品，长石砂岩32个分析样品。,2017/12/29,71,2、化学成分与粒度之间存在明显关系 较细粒沉积物石英含量较少而粘土矿物较丰富，较粗粒沉积物在化学成分上差异明显。化学成分与粒度的关系（据裴蒂庄，1975）,注：资料来源：依格劳特（Grout,1925）,2017/12/29,72,（四）、碎屑岩的成分成熟度 碎屑物质在风化、搬运、沉积过程中，被地质营力综合改造，稳定组分被富集的程度称为成分成熟度。 改造作用的强度和时间长短决定了碎屑物质的结构成熟度；改造作用的强度和时间长短取决于气候条件和大地构造条件。 大地构造因素决定了地形和剥蚀强度，地形起伏大、剥蚀强烈、改造程度就弱，成分成熟度就低。反之成分成熟度就高。,补充内容,2017/12/29,73,成分成熟度：也称矿物成熟度，指碎屑沉积物中碎屑成分与稳定成分极端富集的终极状态。沉积物中相对稳定的碎屑成分含量愈高，其成分构成愈接近这个终极状态，它的成分成熟度也就愈高。因此，成分成熟度就可用沉积物中稳定性较高与稳定性较低的碎屑成分的含量之比来衡量，有时也单独用相对最稳定的碎屑矿物的含量来衡量，这个比值或含量就称为成分成熟度指数（）。但成分与粒度的关系很密切，故实际使用的随沉积物粒度的不同而不同。结构成熟度：结构成熟度指碎屑沉积物与无基质、分选、磨圆都极好的终极状态的接近程度。,补充内容,2017/12/29,74,成熟度指数判别砂岩或其它碎屑岩在化学上及在矿物学上成熟度高低的指数。SiO2/Al2O3、Q含量、Q（+燧石岩岩屑）/（F+R）、ZTR指数Q= Quartz 石英 F= Feldspar 长石 R= Rock fragments 岩屑 Z= zircon 锆石 T=tourmaline 电气石 R=rutile金红石,2017/12/29,75,成熟砂