其它内源沉积岩及附生岩

其它内源沉积岩及附生岩沉积岩石学·内源沉积岩专题Contents课程目录内源沉积岩的分类体系与各岩类特征概述01其它内源沉积岩概述02硅质岩03铝、铁、锰质岩04磷质岩05蒸发岩06附生岩CHAPTER01其它内源沉积岩概述概念界定、物质分类与一般特征沉积岩石学其它内源沉积岩的定义与分类其它内源沉积岩是由化学作用、生物及生物化学作用形成的一类重要沉积岩，按物质成分可划分为六大类型，多数可形成重要矿床。概念定义由化学沉淀、生物活动及生物化学作用在沉积盆地内直接形成的岩石，区别于陆源碎屑岩的外来搬运成因。与碳酸盐岩同属内源沉积岩大类，但矿物组成和化学性质差异显著。六大分类01硅质岩：富含自生硅质矿物(>70%)，以蛋白石、玉髓和自生石英为主02铝质岩：富含氢氧化铝矿物，Al₂O₃>40%且Al₂O₃∶SiO₂≥2∶1即为铝土矿03铁质岩与锰质岩：分别以铁、锰化合物为主要造岩矿物，是重要金属矿产来源04磷质岩与蒸发盐岩：分别以磷酸盐矿物和蒸发结晶盐类矿物为主要组分沉积岩层理构造野外露头SEDIMENTOLOGY·CHAPTER05其它内源沉积岩的一般特征其它内源沉积岩在结构特征上与碳酸盐岩高度相似，均具备粒屑结构、化学结构、生物结构和次生结构四大类型；沉积构造以层理构造、层面构造和生物成因构造为主，反映了内源沉淀成因的共性规律。结构特征与碳酸盐岩类似，均具有粒屑结构（内碎屑、鲕粒、球粒等）、化学结晶结构、生物骨架结构和次生交代结构四大基本类型四大结构类型沉积构造类型丰富，包括层理构造（水平层理、交错层理等）、层面构造（波痕、泥裂等）以及生物成因构造（生物扰动、叠层石等）三大构造类型化学成分差异碳酸盐岩以CaO/MgO和CO₂为主，硅质岩以SiO₂为主，铝质岩以Al₂O₃为主，反映沉积分异对不同元素的选择性富集沉积分异作用经济与工业意义大部分可独立形成具有工业开采价值的沉积矿床，如铝土矿、沉积铁矿、磷矿和盐矿等，经济意义极为重大沉积矿床CHAPTER02硅质岩从生物成因到化学沉淀的硅质矿物富集岩SedimentaryPetrology硅质岩的概念与物质组成硅质岩是由化学、生物化学及火山作用形成的富含自生硅质矿物(>70%)的沉积岩，其矿物以蛋白石、玉髓和自生石英为主，化学成分以SiO₂为核心。定义与成因自生硅质矿物含量超过70%的沉积岩，形成途径包括化学沉淀、生物化学作用和火山作用三大类。Definition主要矿物蛋白石(非晶质)、玉髓(隐晶质)和自生石英(显晶质)，代表从非晶质到晶质的演化序列。Minerals次要矿物粘土矿物、碳酸盐矿物和氧化铁等杂质，其种类和含量直接决定岩石的颜色和物理性质。Impurities化学成分以SiO₂和H₂O为主体，伴生Fe₂O₃、Al₂O₃、CaO、MgO等，不同成因类型微量元素差异显著。CompositionSiliceousRocks·Classification硅质岩的主要岩石类型硅质岩按成因分为生物(生物化学)成因与非生物成因两大类：前者以生物遗骸为骨架，后者可由化学沉淀、次生交代或火山作用形成。生物与生物化学成因DIATOMITE硅藻壳体组成，含量70-90%，质软多孔，密度仅0.4-0.9RADIOLARITE放射虫骨骼为主，深海沉积的重要标志SPONGOLITE海绵骨针组成，淡灰绿或黑色，坚硬与疏松两型OPALITE蛋白石为主，硅质矿物未完全结晶的过渡类型硅藻土·白色多孔燧石·贝壳状断口非生物成因CHERT最常见硅质岩，隐晶质结构，硬度大，常以结核状产于碳酸盐岩中JASPER富含氧化铁杂质，红色或暗红色，多与火山作用或化学沉淀有关SINTER温泉出口化学沉淀形成，多孔状，地表热水活动的直接证据GEOLOGY·SEDIMENTOLOGY硅藻土的成因、分布与演化硅藻土是由硅藻壳体(蛋白石)大量堆积形成的生物成因硅质岩，质软多孔、相对密度仅0.4-0.9；主要产于第三纪以来的海相或湖相地层，随成岩作用加深逐步演化为蛋白土乃至燧石岩，是蛋白石脱水结晶的天然记录。0170–90%由硅藻壳体(蛋白石)组成，可含少量放射虫及海绵骨针，混入物有粘土矿物、碳酸盐矿物、海绿石和碎屑石英等02ρ0.4–0.9质软疏松多孔，孔隙度高且吸水性强，页理发育薄如纸页，工业上广泛用作过滤剂、隔热材料和轻质填料03第三纪主要产于第三纪以来海相或湖相地层，多与泥岩、泥灰岩共生，有时与火山岩共生，暗示溶解硅来源与火山活动关联04脱水重结晶年代较老地层中硅藻土逐步转变为板状硅藻土→蛋白土→燧石岩，记录蛋白石脱水、重结晶为玉髓和石英的完整过程硅藻土矿床的层状产出特征与白色多孔外观CHAPTER03铝、铁、锰质岩三种重要金属沉积矿产的岩石学特征与成因GEOLOGY·ALUMINOUSROCK铝质岩的成分特征与工业标准铝质岩以富含氢氧化铝矿物为核心特征，当Al₂O₃>40%且Al₂O₃∶SiO₂≥2∶1时即达到铝土矿工业标准；其化学成分复杂易变，并伴生镓、锗、铀等多种稀有元素，综合利用价值极高。铝土矿标本·典型豆鲕状结构与红褐色外观01铝质岩定义为化学成分上富含Al₂O₃（通常大于50%）、主要由铝的氢氧化物矿物组成的沉积岩类，其基本化学特征为Al₂O₃>SiO₂Al₂O₃>50%02工业品位标准明确：当Al₂O₃含量大于40%且Al₂O₃∶SiO₂比值≥2∶1时，铝质岩即升级为具有开采价值的铝土矿≥2∶103主要矿物成分为三水铝石[Al(OH)₃]、一水软铝石[γ-AlO(OH)]和一水硬铝石[α-AlO(OH)]，三者代表了铝的氢氧化物从含水多到含水少的脱水序列三水铝石04伴生矿物丰富：包括粘土矿物、石英、玉髓、少量重矿物，以及自生矿物菱铁矿、方解石、沸石、氧化铁和氢氧化铁等伴生矿物SEDIMENTARYPETROLOGY铁沉积岩的结构构造与生物证据铁沉积岩的结构与碳酸盐岩高度相似，具有内碎屑、鲕粒、豆粒、球粒和泥状等多种结构类型，反映了化学-生物化学沉淀成因的共性；矿化木等特殊构造保存了植物原始形态，为生物参与铁质沉积提供了直接证据。内碎屑与鲕粒结构—铁沉积岩具有与碳酸盐岩相似的结构类型：内碎屑结构反映水动力再改造，鲕粒和豆粒结构反映化学沉淀的同心层包裹生长机制球粒与泥状结构—分别代表低能环境下的化学絮凝沉淀和静水条件下的极细粒沉积，与碳酸盐岩中的对应结构成因类似矿化木生物构造—铁质岩中特殊生物成因构造，主要矿物为赤铁矿，常具鲕状构造，完整保存了原有植物形态特征层理与层面构造—沉积构造方面常见层理和层面构造，部分铁矿层中可见交错层理，指示古水流方向和水动力条件条带状铁建造（BIF）典型条带构造·前震旦纪沉积变质铁矿MINERALOGY锰质岩的成分特征与成矿条件锰质岩以锰的氧化物、氢氧化物和碳酸盐为主要矿物，化学成分中普遍含铁是其最显著特征；由于地壳中Fe/Mn比率高达40-60且锰多呈分散状态，形成经济锰矿需要比铁矿更为苛刻的地球化学富集条件。01多元化学成分除锰外还含较多Al₂O₃、SiO₂、CaO、MgO、BaO，最特征是普遍含较多铁，并伴生Ti、Co、V、Ni、Cu、Pb、Zn等微量元素Fe伴生02矿物多样性含锰矿物以锰的氧化物及氢氧化物为主，其次是锰的碳酸盐，另有少量锰的磷酸盐、硫化物和硼酸盐，反映锰的多价态地球化学特性多价态03苛刻富集条件成因条件比铁矿更为苛刻：地壳中锰含量远少于铁且多呈分散状态，每吨岩石Fe/Mn比率约40-60，需特殊的地球化学条件才能实现锰的有效富集40-6004海相沉积主导矿层位于海侵层序底部，矿体呈层状或透镜状，层位稳定，世界大型锰矿如苏联尼柯波尔和澳大利亚葛罗特矿床均属此类海侵层序GeologicalDistribution沉积锰矿的时空分布与矿床特征海相沉积锰矿主要分布于古陆边缘浅海近岸地带，矿层位于海侵层序底部，矿体呈层状或透镜状；我国锰矿成矿时代跨越前震旦纪至三叠纪，时间跨度大，但各时代矿床规模和品位差异显著。我国沉积锰矿主要成矿时代分布成矿时代沉积环境矿床特征前震旦纪海相古老变质锰矿，多经历区域变质改造，矿体形态复杂震旦纪浅海层位较稳定，常与磷质岩共生，部分达工业品位奥陶纪浅海近岸矿体呈透镜状，品位变化大，分布较为局限泥盆纪海相全球重要的锰矿成矿期之一，我国华南地区发育良好二叠纪海相矿层位于海侵层序底部，层位稳定，是我国重要锰矿来源三叠纪海相至海陆过渡成矿规模相对较小，多与碳酸盐岩共生我国沉积锰矿跨越多个地质时代，以二叠纪和泥盆纪矿床最具经济价值，矿体多位于海侵层序底部CHAPTER04磷质岩磷酸盐矿物富集岩的成因机制与矿产意义COMPOSITION&CLASSIFICATION磷质岩的概念与物质组成磷质岩是以磷酸盐矿物(主要为碳氟磷灰石)为核心组分的沉积岩，P₂O₅含量>18%时具有工业开采价值；其物质组成复杂，常与硅质、碳酸盐和铁质组分共生，反映了海洋环境中磷元素多途径富集的地球化学过程。磷块岩矿石标本—磷酸盐矿物的典型宏观特征造岩矿物Ca₅(PO₄)₃F以磷酸盐矿物为主要造岩矿物，最重要的矿物是碳氟磷灰石，其次有羟基磷灰石和胶磷矿（非晶质磷酸盐），三者代表了磷酸盐从非晶质到晶质的演化工业指标P₂O₅>18%P₂O₅含量是衡量磷质岩工业价值的核心指标，一般要求>18%方可开采，优质磷矿可达30%以上，全球磷矿资源分布极不均匀化学组分SiO₂·CaO·Fe₂O₃除磷酸盐外含SiO₂、CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO等组分，杂质含量直接影响磷矿石的选矿难度和加工工艺伴生资源REE·U·V常含稀土元素和微量元素（U、V等），部分磷矿可作为稀土元素的综合回收来源，提升了矿产资源的多重利用价值GenesisMechanisms磷质岩的成因机制与成矿模式磷质岩的成因涉及上升洋流、生物富集和成岩交代三种主要机制的协同作用；其中上升洋流假说最能解释全球大型磷矿带的空间分布规律。上升洋流假说：深层富磷冷海水上涌至浅水陆架区，因温度升高、CO₂逸出和pH值升高导致磷酸盐过饱和沉淀，成功解释了全球磷矿带主要分布于大陆西缘的空间格局大陆西缘生物富集假说：海洋浮游生物大量吸收海水中的磷，死亡后骨骼在海底集中堆积，生物骨骼的磷酸盐化过程是磷质岩形成的重要中间环节磷酸盐化成岩交代假说：磷酸盐在早期成岩阶段交代碳酸盐沉积物，磷酸盐化的碳酸盐岩保留了原始碳酸盐的结构构造特征，是交代成因的直接证据交代成因协同成矿模式：大型磷矿的形成往往是多种机制协同作用的结果——上升洋流提供磷源、生物活动实现初始富集、成岩交代完成最终矿化，三者缺一不可三者协同CHAPTER05蒸发岩蒸发浓缩结晶作用下的盐类矿物富集岩SEDIMENTARYPETROLOGY蒸发岩的概念与矿物组成蒸发岩是封闭-半封闭水体中溶解盐类因强烈蒸发而依次结晶沉淀形成的沉积岩，矿物以石膏、硬石膏、石盐、钾盐等易溶盐类为主；按主要组分分为石膏-硬石膏岩、石盐岩和钾镁盐岩三大类，分别对应蒸发浓缩的早期、中期和晚期阶段。01形成条件干旱-半干旱气候下封闭或半封闭盆地（潟湖、内陆盐湖等），水体因强烈蒸发浓缩至盐类矿物依次达到饱和并结晶沉淀02矿物组成石膏(CaSO₄·2H₂O)、硬石膏、石盐(NaCl)、钾盐(KCl)、光卤石、芒硝等数十种易溶盐类矿物03三大分类石膏-硬石膏岩（蒸发早期）、石盐岩（中期）和钾镁盐岩（晚期），遵循溶解度由低到高的沉淀序列04杂质特征含粘土矿物、碳酸盐矿物和有机质等杂质，其含量和分布反映了蒸发盆地水体盐度的周期性波动EVAPORITEGEOLOGY蒸发岩的沉积环境与矿产分布蒸发岩的形成需要干旱气候与封闭地形两大条件的叠加，全球主要分布于南北纬10°-30°干旱带的潟湖和内陆盆地中；我国蒸发岩资源从震旦纪到新生代均有发育，以四川盆地三叠纪盐矿和柴达木现代盐湖最为著名。形成条件苛刻需同时满足干旱-半干旱气候（蒸发量远大于降水量）和封闭-半封闭地形（潟湖、内陆盆地、封闭海湾）两大条件，缺一不可。干旱+封闭古地理分布规律全球蒸发岩主要集中于南北纬10°-30°的副热带高压干旱带，与全球沙漠带分布高度吻合；因大陆漂移，古蒸发岩可出现在各纬度。10°—30°我国蒸发岩资源丰富四川盆地三叠纪蒸发岩以石盐和石膏为主；柴达木现代盐湖盛产石盐、钾盐和锂盐；云南勐野井白垩纪钾盐矿是国内重要钾肥来源。超千米厚常伴生石油天然气石膏和石盐层是优质的盖层岩石，许多大型油气田的储层被蒸发岩层覆盖和封闭，如中东地区的大型油田。油气盖层CHAPTER06附生岩沉积盆地中特殊成因类型的岩石学讨论SEDIMENTARYPETROLOGY附生岩的概念与主要类型附生岩是与沉积作用密切相关但成因特殊的岩石类型，以煤和油页岩为代表；煤由植物遗体在沼泽环境中经泥炭化和煤化作用形成，油页岩富含干酪根可通过干馏获得页岩油，两者均具有重要的能源矿产价值。煤层露头的层状产出特征01附生岩定义：成因上与沉积作用密切相关、形成于沉积盆地中，但在传统岩石分类中不完全归入典型碎屑岩或化学岩范畴的特殊岩石类型02煤是最典型的附生岩：由高等植物遗体在沼泽环境中经过泥炭化作用和煤化作用逐步演变形成生物化学→物理化学03煤化序列：泥炭→褐煤→烟煤→无烟煤，碳含量递增、挥发分和水分递减，热值逐步提高C↑·V↓·Q↑04油页岩：富含有机质（干酪根>3.5%）的细粒沉积岩，页理发育，通过低温干馏可获得页岩油干酪根>3.5%SEDIMENTARYPETROLOGY六大类内源沉积岩核心特征总结其它内源沉积岩涵盖硅质岩、铝铁锰质岩、磷质岩和蒸发岩四大类加附生岩，各自以特征性化学组分和矿物组合为标识，成因机制从生物化学沉淀到蒸发结晶各有不同，但均可形成具有重大经济价值的沉积矿床。六大类其它内源沉积岩核心特征对比岩石类型主要化学组分特征矿物核心成因机制硅质岩SiO₂>70%