沉积岩的结构和构造

沉积岩的结构和构造沉积岩的结构和构造 碎屑岩是沉积岩中的一个重要类型 砾岩 砂岩 黏土岩都属于碎屑岩 碎屑岩的结构与岩浆岩和变质岩有很大的不同 后者的矿物颗粒之间是连续接 触的 而在碎屑岩中 颗粒之间以点接触 颗粒之间有孔隙 这些孔隙被胶结 物或者细粒填隙物质充填 因此 具有孔隙是碎屑岩重要的结构特征 层积岩的不同结构 碎屑岩的结构包括碎屑颗粒的结构 杂基或胶结物的结构以及碎屑和填隙 物之间的关系等诸多特征 碎屑颗粒的结构特征是指粒度 球度 形状 圆度和颗粒的表面特征 粒 度是指颗粒的大小 1 1000mm 为砾级 0 1 1mm 为砂级 0 01 0 1 为粉砂级 0 01 为黏土级 球度用于衡量一个颗粒近乎于球体的程度 等轴状矿物球度 高 片状 柱状矿物球度低 形状用大家熟悉的圆球体 椭球体 扁球体和长 扁球体来表示 圆度是指原始的碎屑棱角被磨圆的程度 用比较形象的棱角状 次棱角状 次圆状和圆状划分出四个级别 颗粒表面特征是看碎屑颗粒的表面 的磨光程度如何以及是否有刻蚀的痕迹 填隙物结构包括杂基和胶结物 杂基是和粗大碎屑一起沉积下来的细粒填 隙组分 属于机械沉积 杂基粒度一般 0 03mm 而胶结物是化学成因的物质 一般含量小于 50 填隙在孔隙之间 胶结物有非晶质和显晶质等结构类型 碎屑和填隙物之间的关系 也称胶结类型 主要有以下四种情况 基底胶 结的填隙物为杂基且含量多 碎屑颗粒呈星点状分布 孔隙胶结则不然 胶结 物含量少 只充填在碎屑之间的孔隙中 接触胶结和孔隙胶结类似 但胶结物 含量更少 只分布在颗粒之间接触的地方 镶嵌结构的特点是颗粒之间呈凹凸 线状接触 似乎没有胶结物 层积岩的层理 沉积岩最典型的构造特征是具有层理 沿垂直方向观察这种层状构造可以 发现 由于矿物成分 结构或颜色的不同而表现出成层性 根据纹层排列的特 点 层理可以继续细分 比如纹层呈直线状相互平行 并且平行于层面 称为 水平层理和平行层理 纹层呈对称或不对称的波状 总方向平行于层面 称为 波状层理 纹层斜交层面 斜层系呈彼此重叠 交错 切割的组合方式 称为 交错层理或斜层理等等 沉积岩的另一个重要的构造类型是有层面构造 既在岩层表面有波痕 泥 裂 槽模 沟模等机械成因的各种不平坦的沉积构造痕迹 还有因为化学成因 的晶体印模 结核以及生物成因的生物遗骸等 这些都是在沉积岩中常见的构 造现象 根据成因 波痕分成浪成 水成和风成三种 泥裂在现代沉积中经常 见到 是沉积物露出水面后 爆晒干涸形成的收缩裂缝 平面形态呈网格状的 龟裂纹 它是沉积面暴露地表的标志 槽模是定向的水流在还没有固结的软泥 表面冲刷形成的凹槽 后来被砂质充填形成的 其长轴方向代表水流方向 高 起的一端代表上游 沟槽常成组出现 是岩石底面上的一种平行脊状构造 和 模槽一样 也是确定古水流方向的标志之一 泥裂 干旱的产物 晶体印模和结核是化学作用形成的构造 晶体印模是原来在松软沉积物表 面形成的石盐晶体 后来被熔融掉 留下的印痕被其他物质交代或充填 以假 象的形式保留下来 结核是与周围岩石有显著差别的团块状矿物集合体 生物成因的构造有生物遗迹构造和生物扰动构造 前者是生物生存期间运 动 居住 寻找食物等活动留下的痕迹 底栖生物的活动使沉积物的原始构造 受到破坏 形成生物扰动沉积岩 不同种类的岩浆岩 岩浆岩这个家族中有四个大的分支 也就是四大岩类 这里我们只能介绍 各大岩类的基本特征 并选择一些常见的岩石做一简单描述 1 超基性岩类 在四大岩类中 超基性岩类在地表分布很少 是四大岩类中最小的一个分 支 仅占岩浆岩总面积的 0 4 超基性岩体的规模也不大 常形成外观象透镜 状 扁豆状的岩体 它们好象一串大小不同的珠子一样沿着一定方向延伸 断 断续续排列 有时可以追索上千公里 超基性岩颜色比较深 大部分都是黑灰色 墨绿色 比重也很大 一般都 在 3 0 以上 因此很坚硬 常具致密块状构造 它的化学成分特征是酸度最低 SiO2 含量小于 45 碱度也很低 一般情况下 K2O Na2O 不足 1 但铁 镁含量高 通常 FeO Fe2O3 在 8 16 之间 MgO 含量范围较宽 在 12 46 之 间 超基性岩 超基性岩基本上由暗色矿物组成 主要是橄榄石 辉石 二者含量可以超 过 70 其次为角闪石和黑云母 不含石英 长石也很少 这类岩石最常见侵入岩是橄榄岩类 喷出岩是苦橄岩类 2 基性岩类 基性岩类岩石颜色比超基性岩浅 比重也稍小 一般在 3 左右 侵入岩很 致密 喷出岩常具有气孔状和杏仁状构造 其化学成分的特征是 SiO2 为 45 53 Al2O3 可达 15 CaO 可达 10 而铁镁含量约各占 6 左右 在矿物 成分上 铁镁矿物约占 40 而且以辉石为主 其次是橄榄石 角闪石和黑云 母 基性岩和超基性岩的另一个区别是出现了大量斜长石 这类岩石的侵入岩是辉长岩 分布较少 而喷出岩 玄武岩 却有大面积分 布 虽然玄武岩构成的火山和台地在陆地上比较多见 但是和海洋底部玄武岩 的分布情况相比 就逊色得多 因为海洋底部几乎全部由玄武岩形成 辉长岩的成分和玄武岩很相近 但是结构上差别较大 辉长岩因为在地下 深处 斜长石和辉石同时结晶 因此 矿物颗粒形态发育比较完整 大小也差 不多 玄武岩一般由斑晶矿物和基质两部分组成 斑晶主要是斜长石 辉石 橄榄石 基质就是岩浆喷发时没有来得及结晶的玻璃质或者是只有在显微镜下 才能看出的隐晶质 玄武岩 3 中性岩类 中性岩类岩石颜色较浅 多呈浅灰色 比重比基性岩要小 化学成分特征 是 SiO2 为 53 65 铁 镁 钙比基性岩低 Al2O3 16 17 比基性岩略高 而 Na2O K2O 可达 5 比基性岩明显增多 就象这个岩类的名称一样 它是在基性岩和酸性岩中间的过渡类型 侵入 岩是闪长岩 相应的喷出岩是安山岩 闪长岩既可以向基性岩辉长岩过渡 也 可以向酸性岩花岗岩过渡 同样 喷出岩之间也关系密切 安山岩和玄武岩 流纹岩也常常共生在一起 4 酸性岩类 酸性岩类中以人们熟悉的花岗岩类出露最多 是在大陆壳中分布最广的一 类深成岩 常形成巨大的岩体 喷出岩是流纹岩和英安岩 这类岩石的 SiO2 含 量最高 一般超过 66 K2O Na2O 平均在 6 8 之间 铁 钙含量不高 矿物成分的特点是浅色矿物大量出现 主要是石英 碱性长石和酸性斜长 石 暗色矿物含量很少 大约只占 10 变质岩是怎样形成的 变质岩是组成地壳的重要成分 虽然和岩浆岩相比稍有逊色 但是根据其 占地壳总体积约 27 4 的比例来看 发生在地壳中的变质作用也相当广泛 变质岩是在变质作用过程中形成的 变质作用有很多类型 每种变质类型 的作用范围 引起变质作用的原因和形成的变质岩都不大一样 下面介绍几种 常见的变质作用 不同类型的变质岩就是在各种不同的变质作用过程中形成的 我们身边的变质岩 大理石 接触交代变质作用 这是指岩浆侵入时 岩浆和围岩的接触带受到岩浆的 热烘烤而引起的变质作用 这是一种局部变质作用 仅限于接触带附近 变质 温度大致为 300 800 压力 0 2 3Kb 反映出高温 低压的特点 角岩是接触变质作用特有并且常见的岩石 一般呈块状 矿物排列没有定 向性 典型的角岩甚至连云母 角闪石这样的片状 柱状矿物排列都没有定向 性 角岩的种类很多 有泥质角岩 长英质角岩等类型 区域变质作用 这是分布最广泛 变质因素最复杂的一种变质作用 一般 具有比较大的规模 分布面积可以达到数百 甚至数千公里 高温和定向构造 应力是引起区域变质作用诸多因素中的主要因素 通常 变质作用温度范围大 约在 200 900 压力在 3 12Kb 区域变质作用程度的深浅不同 形成的变质岩也有一些差别 表现在岩石 结晶程度 矿物组合特征上最为明显 比如板岩 千枚岩 片岩 片麻岩都是 区域变质岩 由于变质程度不同 它们的结晶程度逐渐变化 从板岩的隐晶质 到片岩的显晶质 并且开始出现片理 区域变质岩中的片理 片麻理是岩石在 定向压力作用下形成的 岩石呈片状 矿物大致在垂直压力的方向上定向排列 变质岩中出现的矿物能反映岩石的变质程度 比如在不同的岩石中见到了绿泥 石 角闪石和辉石 可以粗略地认为它们是代表较浅变质 较强变质到强烈变 质作用的三个指示矿物 混合岩化作用 是指随着变质作用增强 温度 压力增高 岩石发生部分 熔融 那些成分和花岗岩相近的组分首先发生熔融 而富含镁铁的难熔组分仍 然留在原地 这种由浅色长石 石英物质和暗色角闪石 黑云母共同组成的岩 石被称为混合岩 由变质岩经过熔融而形成混合岩的过程 称为混合岩化作用 混合岩按照浅色组分和暗色组分的排列关系 可以分为肠状混合岩 条带 状混合岩 网状混合岩 角砾状混合岩等类型 埋藏变质作用 这是新近提出来的一种变质作用类型 它是指由于巨厚的 火山沉积物埋藏深度大而导致温度 岩石压力升高而发生变质作用 这是一种 低级变质作用 变质改造常常不彻底 有时甚至和原岩难以区分开来 动力变质作用 这是机械过程占主导的一种变质作用 大部分发生在地壳 活动地带 主要表现为岩石破裂 韧性变形和重结晶的过程 动力变质作用最常见的岩石类型是糜棱岩 其次为构造角砾岩 千糜岩等 巨大的褶皱 地质应力的产物 冲击变质作用 这种变质作用发生在陨石冲击地球或其他星体表面所产生 的冲击坑中 是一种瞬间高温 高压条件下发生的 特殊类型的变质作用 外 表很象火山岩 具有特征的矿物学标志 比如含有高压条件下形成的柯石英 斯石英 还有一些常见的冲击变质玻璃 水热变质作用 这是岩浆作用晚期析出大量的挥发份和含有矿物质的水溶 液使岩石化学成分和矿物成分发生变化的一种变质作用 也叫蚀变作用 其与 矿产形成关系密切 常见的蛇纹岩 云英岩 青磐岩 滑石菱镁岩都属此类型 岩石的三大类型之一 变质岩 在地壳形成和发展过程中 早先形成的岩石 包括沉积岩 岩浆岩 由于 后来地质环境和物理化学条件的变化 在固态情况下发生了矿物组成调整 结 构构造改变甚至化学成分的变化 而形成一种新的岩石 这种岩石被称为变质 岩 变质岩是大陆地壳中最主要的岩石类型之一 在变质岩的概念中 有两点必须强调 这是变质岩区别于沉积岩和岩浆岩 的关键所在 首先 变质作用形成于地壳一定的深度 也就是发生于一定的温 度和压力范围 既不是沉积岩的地表或近地表常温常压条件 也不同于岩浆岩 形成时的高温高压条件 另外一点就是变质作用中的矿物转变是在固态情况下 完成的 而不是岩浆岩那种从液态的岩浆中结晶形成的 什么地方能见到沉积岩 沉积岩是在地表或近地表的条件下形成的 它占据了地球表面的大部分面 积 从分布来看 大陆表面 70 以上是沉积岩盖层 海洋中除了海底火山喷发 形成的海山之外 几乎全部为沉积岩和沉积物所覆盖 那么 我们在什么地方能见到沉积岩呢 他们是在地球表面什么地方形成 的呢 首先的答案是在地壳表层 也就是包围地球表面的一个层圈 平均厚度 为 735 米 沉积岩就生成在这个层圈中 但是 地质学家研究发现 在这个层圈中的沉积岩不仅种类繁多 而且它 们在成分和结构 构造上也有明显的差异 这是因为它们形成于地表不同的沉 积环境所造成的 因此 要想认识沉积岩 还必须了解沉积物的特征以及它们 的形成环境 沉积学家认为 一定的沉积环境可以产生一定的沉积岩和古生物 组合 反之 我们见到一定的沉积岩和古生物组合 也可以推断它们所代表的 沉积环境 由此 引出了 沉积相 的概念 早在 1938 年 瑞士地质学家格列斯利就首先采用 相 这个术语表示具有 相同岩石学特征和古生物特征的岩石单位 1669 年丹麦地质学家斯坦诺首先把 相 引入了地质文献 科学家 R C 塞利认为 沉积环境应该是 在物理上 化学上和生物上均有别于相邻地区的一块地球表面 沉积环境包含很多内容 诸如自然地理条件 气候条件 大地构造背景 沉积介质的物理性质以及介质 的地球化学性质等诸多因素 我国地质学家把沉积环境和在这个环境下形成的 沉积岩特征二者综合起来 称为沉积相 科学家们按照地球表面的自然地理分区 把沉积环境分为大陆环境 海洋 环境以及与海洋和大陆都有联系的过渡环境 大陆沉积环境又分出山麓环境 冰川环境 沙漠环境 河流环境 湖泊环境和沼泽环境 过渡沉积环境可分出 三角洲环境 泻湖环境和河口湾环境 海洋沉积从海岸向海的方向大致分出滨 海 浅海和半深海环境和深海环境 层积岩的层状构造 沉积岩特征包括岩性特征 如岩石的物质成分 颜色 结构 构造 岩石 类型等内容 古生物特征以及地球化学特征三个部分 在以上的十几个沉积环 境分区中 每个环境都有其特定的沉积岩和古生物组合 它们既反映了相应的 沉积环境 又是沉积环境的物质记录 掌握了以上这些知识 我们就会知道沉积岩可以形成在不同的沉积环境中 每个沉积环境都有不同的沉积岩类型 比如在冰川环境下形成的冰碛砾岩 沙 漠环境形成的风成沙丘 浅海碳酸盐沉积环境中的生物礁沉积 半深海和深海 环境形成的软泥沉积等都是这些沉积环境中有代表性的沉积岩或沉积物 砂岩在很多沉积环境中可以见到 从高山大漠到河床湖底的搬运过程中 各种沉积环境都有可能沉积成岩 但是 不同沉积环境形成的砂岩 其特征也 有所不同 沉积学家们经过仔细研究 能够根据碎屑的粒度 原生的沉积构造 组合 碎屑在漫长的搬运沉积过程中被磨蚀改造的程度等特征来加以区分 总之 根据对现代各种自然地理环境中所具有的物理化学特点 生物特点 和沉积物特点的研究以及模拟实验 采取将今论古的方法可以对古沉积环境进 行推断 同时 古沉积环境通过地质历史中留下的遗迹 如沉积岩 地层和古 生物的特征也可以进行综合判断和确定 岩浆岩家族的划分 自然界中的岩浆岩是个大家族 种类繁多 形形色色 仅现有的岩石名称就达 千种之多 虽然各种岩浆岩之间存在着化学成分 矿物成分 结构 产状和成 因等方面的差异 但是它们彼此之间又有着一定的过渡关系 因此 正确认识 不同岩石之间的差异和联系 共性和特性 搞清楚它们的共生关系和成因联系 是对岩浆岩这个家族进行归纳和划分的主要任务 自十九世纪七十年代起 国内外地质学家就为之做出了不懈的努力 经过 一百多年的研究和实践 目前 对岩浆岩的分类已经得到了大多数科学家的肯 定 一般情况下 划分岩浆岩类型主要考虑岩石的基本特征和产状两大因素 显微镜下的玄武岩结构 在划分岩浆岩类型时 岩石化学成分中的酸度和碱度是主要考虑因素之一 岩石的酸度 是指岩石中含有 SiO2 的重量百分数 通常 SiO2 含量高时 酸 度也高 SiO2 含量低时 酸度也低 而岩石酸度低时 说明它的基性程度比较 高 SiO2 是岩浆岩中最主要的一种氧化物 因此 它的含量有规律的变化是岩 浆岩分类的主要基础 根据酸度 也就是 SiO2 含量 可以把岩浆岩分成四个大 类 超基性岩 SiO2 66 岩石的碱度即指岩石中碱的饱和程度 岩石的碱度与碱含量多少有一定关 系 通常把 Na2O K2O 的重量百分比之和 称为全碱含量 Na2O K2O 含量越 高 岩石的碱度越大 A Rittmann 1957 年考虑 SiO2 和 Na2O K2O 之间的关 系 提出了确定岩石碱度比较常用的组合指数 值越大 岩石的碱性 程度越强 每一大类岩石都可以根据碱度大小划分出钙碱性 碱性和过碱性岩 三种类型 9 时 为 过碱性岩 除了岩石化学成分之外 矿物成分也是岩浆岩分类的依据之一 在岩浆岩 中常见的一些矿物 它们的成分和含量由于岩石类型不同而随之发生有规律的 变化 如石英 长石呈白色或肉色 被称为浅色矿物 橄榄石 辉石 角闪石 和云母呈暗绿色 暗褐色 被称为暗色矿物 通常 超基性岩中没有石英 长 石也很少 主要由暗色矿物组成 而酸性岩中暗色矿物很少 主要由浅色矿物 组成 基性岩和中性岩的矿物组成位于两者之间 浅色矿物和暗色矿物各占有 一定的比例 进入微观世界 玻基辉橄岩 根据产状 也就是根据岩石侵入到地下还是喷出到地表 岩浆岩又可以分 为侵入岩和喷出岩 侵入岩根据形成深度的不同 又细分为深成岩和浅成岩 每个大类的侵入岩和喷出岩在化学成分上是一致的 也就是说岩浆成分是相似 的 但是由于形成环境不同 造成它们的结构和构造有明显的差别 深成岩位 于地下深处 岩浆冷凝速度慢 岩石多为全晶质 矿物结晶颗粒也比较大 常 常形成大的斑晶 浅成岩靠近地表 常具细粒结构和斑状结构 而喷出岩由于 冷凝速度快 矿物来不及结晶 常形成隐晶质和玻璃质的岩石 根据上述原则 首先把岩浆岩按酸度分成四大类 然后再按碱度把每大类 岩石分出几个岩类 它们就是构成岩浆岩大家族的主要成员 比如超基性岩大 类 钙碱性系列的岩石是橄榄岩 苦橄岩类 偏碱性的岩石是含金刚石的金伯 利岩 过碱性岩石为霓霞岩 霞石岩类和碳酸岩类 基性岩大类 钙碱性系列 的岩石是辉长岩 玄武岩类 相应的碱性岩类是碱性辉长岩和碱性玄武岩 中 性岩大类 钙碱性系列为闪长岩 安山岩类 碱性系列为正长岩 粗面岩类 过碱性岩石为霞石正长岩 响岩类 酸性岩类 主要为钙碱性系列的花岗岩 流纹岩类 几种典型的沉积环境 这里 我们选择几种典型的沉积环境并且把在这些环境中形成的沉积岩做 一个简要的描述 假如你看到一块标本 可以根据它的特征首先判断它是不是 沉积岩 再根据岩石的组成和结构 构造特点 推测这块岩石可能形成在什么 样的沉积环境中 河流环境 地质学家根据河流发育特点将河流分成平直河 蛇曲河 辫状河 网状河 四种类型 其中 蛇曲河不论在现代还是在古代都是最常见和最重要的河流类 型 我们仅以此种河流为例 来了解河流的沉积特征 大家都知道 河床是河谷里流水的地方 在横断面上呈槽形 在河床最底 部常形成河床滞留沉积 主要沉积砾石等粗碎屑物质 砂和粉砂极少 往往局 部集中堆积 形成断续分布的透镜体 在河岸上 凹岸侵蚀形成的沉积物携带 到凸岸沉积 这种侧向沉积作用称为边滩沉积 岩性以砂岩为主 边滩沉积是 曲流河很主要的一种沉积类型 田野上的河流 在洪水期 因水位升高 河水携带的细砂 粉砂沿着河床两岸堆积 形成 与河床平行的堤岸 称为天然堤沉积 天然堤由细砂岩 粉砂岩和泥岩组成 并且常见到砂岩和泥岩的互层 河漫滩位于河床外侧河谷底部地势平坦低洼的地方 在洪水泛滥时期漫出 河床淹没谷底 形成河漫滩沉积 河漫滩沉积物比较简单 以粉砂岩 黏土岩 为主 在平面上离河床越远粒度越细 冰川环境 在漫长的地质历史上曾经有几次全球性的冰川活动时期 那个时候 气温 高寒 降雨量很大 蒸发力又非常弱 因此 形成了许多有冰块的雪场 巨大 的冰块在重力作用下流动形成了冰川 冰川沉积 也叫冰碛沉积 是冰川活动 时期在地层中留下的见证 冰川的搬运能力很强 它象一辆大型推土机 在前进的过程中 可以挖掘 走大量的基底岩石 形成较大的碎块 地质学中把大小不等的岩石碎块统称为 岩屑 同时 冰川底部与地表在不断地进行切削 磨锉 劈裂 研磨和溶蚀过 程中 又可以产生比较细粒的沉积物 因此 典型的冰川沉积物 基本没有经 过搬运 或者搬运距离比较短 大多直接沉积在底部 岩屑没有任何分选 粒 度变化很大 可以从巨大的漂砾到粉沙和黏土杂乱地堆积在一起 没有沉积层 理 这是在冰川直接作用形成的非层状沉积物 另一种类型是冰川消融沉积物 它是在有冰融水的情况下形成的 与冰碛沉积相比 消融沉积物成层状 具有 一定的分选性 我国南方震旦系地层中有典型而广泛的冰碛层存在 沙漠环境 大家都知道 沙漠是 没有水 没有草 连鸟儿也不飞 的地方 那里蒸 发量大 风沙大 降雨量很少 地球上 除了北极地区是寒漠之外 绝大部分 沙漠是气候炎热的热沙漠 广阔的沙漠沉积主要受风的作用控制 因此 风成 沉积物在沙漠环境中占绝对优势 风成沙丘是沙漠地区常见的景观 沙漠中尽 管降雨量很少 但是仍然有短时的暴雨天气 所以局部地区可以见到水流沉积 物和风成沉积物共存 如果在野外见到一套有水平层理 斜层理或交错层理的 地层 主要由分选好 粒度变化不大 磨圆度很高的砂粒组成 我们就可以初 步认为它们是风成沉积物 沉积岩的分类 沉积岩的分类是沉积学家首先研究的课题之一 其核心问题是分类的依据 要搞清楚 经过几十年的探索和修改 沉积岩的分类日趋一致 实际上 岩石 分类是否合理和准确与沉积岩研究的水平和认识程度有着非常直接的关系 我们这里介绍以物质来源为主要考虑因素的分类方案 按照这个方案沉积 岩被分成三类 即由母岩风化物质 火山碎屑物质和生物遗体形成的不同沉积 岩 母岩分化产物形成的沉积岩是最主要的沉积岩类型 包括碎屑岩和化学岩 两类 碎屑岩根据粒度细分为砾岩 砂岩 粉砂岩和黏土岩 化学岩根据成分 主要分出碳酸盐岩 硫酸盐岩 卤化物岩 硅岩和其他一些化学岩 火山碎屑岩主要由火山碎屑物质组成 是介于火山岩与沉积岩之间的岩石 类型 有向熔岩过渡的火山碎屑熔岩类和向沉积岩过渡的火山碎屑沉积岩类 火山碎屑占 90 以上的岩石 被称为火山碎屑岩类 生物遗体可组成可燃性 如煤及油页岩