内源沉积岩课件

1、 (第四章） 李文厚 编 西北大学地质系 2002年3月7日,沉 积 学 多 媒 体 教 程,第四章 内源沉积岩,第一节 碳酸盐岩 第二节 硅质岩 第三节 其他内源沉积岩,第四章 内源沉积岩 内源沉积岩系指组成岩石的沉积物在沉积盆地中通过机械作用、生物沉积作用和化学沉积作用而形成的。按沉积作用方式可分为机械、生物、化学和生物化学作用形成的碳酸盐岩、硅质岩、铝质岩、铁质岩、锰质岩和磷质岩，主要由化学作用形成的蒸发岩和主要由生物作用形成的可燃性有机岩。,第一节 碳酸盐岩 一、概述 碳酸盐岩主要由沉积的碳酸盐矿物(方解石、白云石等)组成，主要的岩石类型为石灰岩(方解石含量大于50%)和白云岩(白云石

2、含量大于50%)。它们经常还和陆源碎屑及粘土组成各种过渡类型的岩石。 据统计研究，碳酸盐岩约占沉积岩总量的20%，它在地壳中的分布仅次于泥质岩和砂岩。 碳酸盐岩中的矿产非常丰富，其中层状矿床有铁、铝、锰、磷、硫、石膏及硬石膏、岩盐、钾盐等；产于碳酸盐岩中的层控矿床，如铜、铅、锌、汞、锑、砷、铀等多金属矿 。,二、碳酸盐岩石学进展 人类对于碳酸盐岩的认识由来已久。但是，碳酸盐岩岩石学作为一门独立的地质科学分支，还是在近百年之内在西方逐渐形成的。英国地质学家索比(Sorby, 1826-1908)是碳酸盐岩岩石学的主要奠基人。早在1879年，索比在他的名著石灰岩的构造和成因中就指出，绝大多数的石灰

3、岩都是由四种机械搬运的颗粒组成的。,福克(Folk,1959)的石灰岩的实用分类以及哈姆(Ham,1962)主编的碳酸盐岩分类文集中的一些文章，使碳酸盐岩岩学进入了新的历史时代，新碳酸盐岩岩石学诞生了。,此外，像奇林格等(Chilingar et al., 1967)的碳酸盐岩、普雷等(Pray et al., 1965)的白云化作用及石灰岩的成岩作用、巴瑟斯特(Bathurst,1971)的碳酸盐沉积物及其成岩作用、布拉特等(Blatt et al,1972)的沉积岩成因中的有关碳酸盐岩部分、米利曼(Milliman, 1974)的海洋碳酸盐、威尔逊(Wilson,1975)的地质历史中的碳

4、酸盐相、库克等(Cook et al., 1977)的深水碳酸盐环境、弗卢盖尔(Flugel,1982)的石灰岩的微相分析以及马耶夫斯基(Majewske, 1969)和霍洛维兹等(Horowitz et al., 1972)关于化石碎片鉴定的专著，还有像肖(Shaw, 1964)关于陆表海、欧文(Irwin 1965)关于清水沉积作用、拉波特(Laporte 1961,1969)和杨等(Young, et at.,1972)关于潮汐作用带沉积模式、阿姆斯特朗(Armstrong,1974)关于陆源岩和碳酸盐岩沉积模式的论文等，都是碳酸盐岩岩石学及岩相学迈入新时代的重要标志。,纵观20世纪50

5、年代到70年代，碳酸盐岩石学取得了飞速的发展，其主要进展表现在以下九个方面。 第一，福克(Folk,1959,1962)的“异常化学颗粒”和“异常化学石灰岩”的观点和分类系统的创立，打破了关于碳酸盐岩是单一“化学岩”的传统观点。 第二，能量观点的定量标志的引人，为碳酸盐岩的分类及沉积环境分析提供了新的重要的定量依据。 第三，碳酸盐岩的分类由单纯的成分分类而发展为结构成因分类。这样，碳酸盐岩岩类学和成因学就十分密切地联系起来了。 第四，白云石及白云岩生成机理的全新观点或学说的问世，使碳酸盐岩岩石学工作者的思路大为开阔和活跃。,第五，对碳酸盐沉积物的沉积后作用有了更深入的认识。 第六，由于对现代碳

6、酸盐沉积的环境模式有了深入的研究，因此对于古代碳酸盐岩的沉积环境分析也大为深入了。 第七，出现了一门专门研究和鉴别碳酸盐岩生物化石碎片的科学化石岩石学。 第八，碳酸盐岩的研究方法大为改善，许多新的先进的研究手段已被引进到碳酸盐岩岩石学中。 第九，深水海洋碳酸盐沉积的研究有了很大的进展。,三、碳酸盐岩的矿物成分 碳酸盐岩主要由方解石和白云石两种碳酸盐矿物组成。以方解石为主的为石灰岩，以白云石为主的为白云岩，这是碳酸盐岩的两个最基本的岩石类型。 在方解石矿物体系中，除方解石外，还有文石、高镁方解石和低镁方解石等矿物。 在白云石矿物体系中，除白云石外，还有原白云石。 在碳酸盐岩中，除上述方解石和白云

7、石体系的矿物外，还常有铁白云石、菱铁矿、菱镁矿等。,四、碳酸盐岩的化学成分 纯石灰岩(纯方解石)的理论化学成分为CaO 56%和CO2 44%；纯白云岩(纯白云石)的理论化学成分为CaO 30.4%、MgO 21.7%、CO2 47.9%。 在碳酸盐岩中，还常含有一些微量元素或痕量元素，如Sr、Ba、Mn、Co、Ni、Pb、Zn、Cu、Cr、V、Ca、Ti、B等。这些元素在地层划分和对比及沉积环境分析上，有时很有意义。 碳酸盐岩中的硼含量就可作为古沉积环境水体含盐度的良好标志。开展碳酸盐岩中微量及痕量元素的研究，对于判别古沉积环境有着重要的意义。 在碳酸盐岩中，氧和碳的稳定同位素，尤其是碳的稳

8、定同位素，对于沉积环境的恢复，尤其是对古沉积环境水体含盐度的确定，很有实用意义。,五、碳酸盐岩的结构 碳酸盐岩主要由颗粒、泥、胶结物、生物格架和晶粒五种结构组分组成。 一般经过波浪和流水作用搬运、沉积而成的碳酸盐岩常具粒屑结构，即由颗粒(内碎屑、生物碎屑、鲕粒、球粒和藻粒等)、泥和胶结物三种结构组分构成。由原地生长的生物构成岩石骨架的生物岩或礁灰岩，常具有生物骨架结构，即由造架的生物和粘结的生物与填隙的颗粒或泥及胶结物构成。,(一)颗粒 碳酸盐岩的颗粒类型主要有内碎屑、生物碎屑、鲕粒、球粒和藻粒等。 1.内碎屑 内碎屑是沉积盆地中沉积不久的、弱固结或固结的碳酸盐沉积物，受波浪、潮汐水流或风暴等

9、的作用，破碎、搬运、磨蚀、再沉积而成的碎屑。从盆外古陆的石灰岩经过风化剥蚀而来的碎屑则为盆外颗粒或陆源碎屑。 碳酸盐沉积物中常见的内碎屑有的来自干涸的潮坪泥晶灰岩碎片或石片，大量的这些石片经过潮汐作用，发生相互磨蚀，形成扁平砾石，常产生竹叶状砾岩。,根据直径的大小，把内碎屑划分为砾屑、砂屑、粉屑和泥屑四个级别，砂屑和粉屑还可以进一步细分(如下表)。,Biao4-1,2.生物碎屑 生物碎屑系指经过搬运和磨蚀或未经搬运和磨蚀的生物化石碎屑及完整的生物化石个体。 生物钙质硬体由方解石和文石组成的空间形态的显微结构，可归纳为四种类型(戴永定，1977)。 (1)粒状结构:由光性方位杂乱的，三向大致等轴

10、的方解石晶粒组成，如软体动物。 (2)纤(或柱)状结构:由平行或放射状排列、单向延长的方解石或文石晶体组成，如三叶虫和珊瑚。 (3)片状结构:由近乎平行的两向或单向延长的方解石或文石晶体，以各种方式叠积而成，如腕足动物和软体动物。 (4)单晶结构:骨片全部或局部由光性一致的单晶或双晶晶体组成，如棘皮动物。,3.鲕粒 鲕粒是具有核心和同心纹层结构的球状或椭球状颗粒。核心通常是碳酸盐颗粒、生物碎屑或陆源碎屑等。鲕粒的直径限定在2mm以内，直径大于2mm的类似颗粒称豆粒。鲕粒与豆粒均属包粒，系形成于动荡水中 。 鲕粒的成因一般认为是无机沉淀作用生成的，但其确切的机理还没有被证实。此种观点认为，热带浅

11、海、搅动环境，对上升的冷海水升温并逸出CO2，使之对CaCO3经常处于过饱和，对围绕核心沉淀碳酸盐产生包壳鲕粒是非常有利的。,4.球粒 为粉砂级或细砂级球形、椭球形、卵形的泥晶方解石集合体，一般不具任何内部构造，大小形状较均匀，常成群出现。若分选很好，有机质含量较高，在薄片中呈暗色，一般认为是粪球粒，但也有无机成因的球粒，即内碎屑成因球粒。 5.藻粒 藻粒即与藻类有成因联系的颗粒，它包括藻鲕、藻灰结核、藻团块及藻碎屑等。,(二)泥 泥是与颗粒相对应的另一种结构组分，是指泥级的碳酸盐质点。根据它的具体成分，可分“灰泥”和“云泥”。灰泥是方解石成分的泥，也称“微晶方解石泥”；云泥是白云石成分的泥。

12、关于泥与颗粒的界限，暂以0.005mm为界。 有三种成因的灰泥： 第一种是化学沉淀作用生成的灰泥。 第二种是机械破碎作用生成的灰泥，这主要是指泥级的的内碎屑。 第三种是生物作用生成的灰泥。,(三)胶结物 胶结物主要是指沉积颗粒之间的结晶方解石或其他矿物，它与砂岩的胶结物相似。这种方解石胶结物的晶粒一般都比灰泥的晶粒粗大，通常都0.005mm或0.01mm。由于其晶体较清洁明亮，故常称作“亮晶方解石”、“亮晶方解石胶结物”或“亮晶”。 ,亮晶方解石鉴定特征是： (1)亮晶胶结物充填于颗粒间的开放孔隙中； (2)晶体干净透明，无残余结构； (3)晶间界线平直； (4)晶体同颗粒界线截然； (5)常

13、有世代现象，第二世代胶结物下面常见渗流粉砂。 亮晶方解石胶结物与粒间灰泥的区别在于： (1)亮晶晶粒较大，灰泥则较小； (2)亮晶较清洁明亮，灰泥则较污浊； (3)亮晶胶结物常呈现出栉壳状等特征的分布状况，灰泥则不是这样。,(四)生物格架 生物格架主要是指原地生长的群体生物如珊瑚、苔藓、海绵、层孔虫等，以其坚硬的钙质骨骼所形成的骨骼格架。 (五)晶粒 晶粒是晶粒碳酸盐岩(也称结晶碳酸盐岩)的主要结构组分。 晶粒可首先根据其粒度划分为砾晶、砂晶、粉晶、泥晶等，砂晶还可再细分为极粗晶、粗晶、中晶、细晶及极细晶，粉晶还可再细分为粗粉晶和细粉晶。,六、碳酸盐岩的分类 碳酸盐岩首先可按成分划分为石灰岩和

14、白云岩两种基本类型。石灰岩、白云岩的进一步划分应按结构及成因。 (一)碳酸盐岩的成分分类 碳酸盐岩最常见的矿物成分分类是按方解石及白云石的含量划分岩石类型，其次是按方解石或白云石与粘土的含量分类，还有方解石、白云石及粘土的三种成分混合的分类(如下表)。,Biao4-3,Biao4-4,(二)石灰岩的结构-成因分类 1.福克的分类 福克的石灰岩分类基本上是一个三端元的分类。这三个端元是：(1)异化颗粒，即颗粒；(2)微晶方解石泥或简称微晶，即灰泥或泥晶；(3)亮晶方解石胶结物简称亮晶。 福克以这三个主要结构组分当作三角形图解的三个端点，把石灰岩划分为三个主要的类型，即：.亮晶异化石灰岩；.微晶异

15、化石灰岩；.微晶石灰岩。,(图4-1),福克把亮晶异化石灰岩和微晶异化石灰岩叫做异常化学岩；把微晶石灰岩叫做正常化学岩。此外，还有由生物格架所组成的礁石灰岩，福克把它叫做生物岩。这是福克分类中的第类石灰岩。,在这四个主要石灰岩类型的基础上，福克又根据异化颗粒的类型及其他特征，把石灰岩又细分为11个类型。,图4-2,把碎屑岩的结构观点系统地引进到碳酸盐岩中来。他首先提出异化颗粒和异常化学岩的观点，从此打破了石灰岩的陈旧的一统的“化学岩”的概念。,福克分类优点：,福克分类缺点：,第一，福克分类基本上是三端元的。 第二，福克分类未考虑重结晶作用的影响。 第三，福克分类中的“清规戒律”太多。 第四，在

16、福克分类中，用“正常化学岩”和“异常化学岩”这些非描述性的成因术语，对岩石类型进行概括并不恰当，甚至还有错误。,2.邓哈姆的分类 邓哈姆的分类，对于颗粒-灰泥石灰岩来说，是两端元组分的分类。这两个端元是颗粒和泥。邓哈姆根据颗粒和泥的相对含量，把常见的颗粒-灰泥石灰岩分为四类，即颗粒岩、泥质颗粒岩、颗粒质泥岩、泥岩。 此外邓哈姆还分出两类特殊的石灰岩类型，即粘结岩和结晶碳酸盐岩(如下表)。 ,Biao4-6,简明扼要，有高度的概括性，他的岩石类型比福克的简明； 在沉积环境及岩相古地理研究中，尤为适用。,邓哈姆的分类优点：,“泥岩”易与粘土岩中的“泥岩”相混 ； 在四类颗粒-泥岩石中无确切的定量标

17、志； 术语系统比较别扭和欠严谨。,邓哈姆的分类缺点：,恩布里和克洛范(Embry and Klovan，1971)结合加拿大晚泥盆世礁的研究，曾对邓哈姆分类进行补充修正。,表4-7,3.本书分类的重要原则： 第一，分类必须反映碳酸盐岩类学的最新成果。 第二，分类必须首先是描述性的，即必须把第一性的、可观察到的、可以计量的各种结构组分放在第一位并反映到岩石的名称中去。 第三，分类必须有定量的标志。 第四，分类必须有较广泛的实用性，即必须是野外、井队、实验室均能应用。 第五，分类必须简明扼要，并有一定的灵活性。 第六，术语应力求确切中肯、简明扼要、通俗易懂，并适当照顾习惯。,表4-8,本书分类：

18、把石灰岩划分为三个大的结构类型，即：,.颗粒-泥晶石灰岩； .生物格架石灰岩； .晶粒石灰岩。,颗粒,灰泥,它是一个独特类型的石灰岩，其特征是含原地的生物格架组分。,主要以晶粒这一结构组分确定，基本上全由晶粒组成，几乎不含其他结构组分。,亮晶鲕粒灰岩,亮晶鲕粒灰岩,亮晶鲕粒灰岩,竹叶状灰岩,角粒状泥灰岩,生物屑泥晶灰岩,藻灰岩,葛万藻灰岩,粒屑灰岩,亮晶鲕粒灰岩,亮晶鲕粒灰岩,亮晶颗粒石灰岩,亮晶颗粒石灰岩,亮晶砂屑石灰岩,亮晶砂屑石灰岩,含泥亮晶生物灰岩,含,球松藻灰岩,球松藻灰岩,球松藻灰岩,生物碎屑灰岩,生物碎屑泥晶灰岩,直管藻石灰岩,准同生白云岩,(三)白云岩的分类 总的是按白云岩的成

19、因分为： 1.原生白云岩类 一般指准同生(或同生)的交代白云岩(交代证据不明显)及原生沉淀的白云岩。这类白云岩一般是潮坪蒸发泵形成的，往往具有干裂、鸟眼、膏盐假晶、藻席或低矮叠层石、纹层等构造。 2.次生白云岩类 即石灰岩经过成岩后生期白云化形成的白云质灰岩或白云岩。成岩白云岩是碳酸钙沉积物在其成岩过程中，经过咸水回流渗透白云石化作用，或海水-淡水混合的白云化作用及及淡水淋滤海相沉积物的调整白云石化作用等所形成的白云岩。,藻云岩,膏质泥晶白云岩,含石英泥粉晶白云岩,含食盐泥晶白云岩,泥粉晶-细粉晶白云岩,泥晶白云岩,藻团粒云岩,藻团粒云岩,七、白云岩的生成机理 (一)原生沉积作用 现在，在常温

20、常压的条件下，在实验室中尚未合成出真正的、化学计量的白云石。 近40年多年中，在已发现的近代白云石的实例中，最“过硬”的原生白云石的实例，要算澳大利亚南部考龙泻湖和美国的加利福尼亚深泉盐湖中的白云石了。,(二)毛管浓缩作用准同生白云化作用 正常海水的Mg/Ca比率约为31到41，而干热地区潮上地带表层沉积的粒间水或表层积水，其Mg/Ca比率可达201 ，甚至更高。这种高镁的粒间盐水或表层水经常与文石颗粒相接触，将不可避免地使文石被交代，被白云化，即使文石转变为白云石。现代潮上地带的白云石壳就是这样生成的。这就是近30年来出现的潮上带表层碳酸钙沉积物的粒间白云化作用，或叫准同生交代作用。所谓“准

21、同生”，就是距沉积期很近的意思，即刚沉积不久尚未脱离沉积环境就被交代的意思。弗里德曼和桑德斯(Friedman and Sanders,1967)把这一作用叫做“毛细管浓缩作用”，许靖华和西根撒勒(Hsu and Siegenthaler，1969、1971)把这一作用叫做“蒸发泵作用” 。,(图4-4),蒸发泵作用示意图,(三)回流渗透白云化作用 在潮上地带，由于毛细管浓缩作用或蒸发泵作用所产生的高Mg/Ca比率的粒间盐水，所引起的表层碳酸钙沉积物的准同生白云化作用，只是白云化作用的一个方面，即高镁盐水“向上”运动的一个方面。另外，还有其“向下”运动的一个方面。在潮上地带形成的高镁粒间盐水，

22、当其对表层沉积物的白云化基本完成时，产生这种高镁盐水的地质条件还仍然持续存在，那么多余的高镁盐水在地表就无“用武之地”了，它必然会向下回流。由于这种高镁盐水的相对密度较大，当地表无出路时，其向下回流渗透是必然的。这种向下回流渗透的高镁水，在其穿过下伏的碳酸钙沉积物或石灰岩时，必然会使它们白云化，从而形成白云岩或部分白云化的石灰岩。这就是近30年来逐渐形成的“回流渗透白云化作用 ”的观点。,(图4-5),(四)混合白云化作用 混合白云化作用发生在既有大气淡水供给，又有海水加入的半咸水带中，当混入5%30%海水时，不需要高镁盐水，Mg/Ca比为31或更低，白云石已达到饱和或过饱和，而方解石不饱和。

23、因此方解石等矿物被白云石交代，石灰岩或碳酸钙沉积物便会发生白云化作用。对于沿正性单元分布的、伴随有不整合而又缺乏潮上或泻湖等蒸发环境标志的白云岩的成因，用混合白云化作用可以得到满意的解释。,(五)淡水白云化作用 指在有洪水注入的海湾、淡水与海水混合带中、洪水淹没的潮上盐坪及其他淡化或淡水注入的环境中，溶液的Mg/Ca比只要近于11，就可以形成“淡水白云石”。,(六)调整白云化作用 调整白云化作用是指在大气水的影响下，原来的碳酸盐沉积物或碳酸盐岩经过淋滤而发生溶解作用和交代作用，即在化学成分及矿物成分上进行重新组合或调整而发生的白云化作用。这种白云化需要的镁离子，来源于沉积层内碳酸盐沉积物中的高

24、镁方解石。 此外，白云岩还有其他成因，如生物作用、机械作用、热液作用、变质作用成因等。,八、碳酸盐沉积物的成岩环境和成岩作用 (一)碳酸盐成岩作用 碳酸盐沉积成岩过程的物理-化学作用类型很多，主要有溶解和胶结作用、矿物的转化和重结晶作用、交代作用等。 1.溶解作用和胶结作用 溶解作用对成岩的重要性除产生大量溶解孔隙外，更主要的是为胶结物提供一定的物质来源。 使碳酸盐颗粒彼此粘在一起的作用称为碳酸盐沉积物的胶结作用。这一作用持续进行就会使松散的沉积物固结成岩。,2.矿物转化和重结晶作用 主要碳酸盐矿物的转化作用有两种情况：一是晶格和晶形变化，如文石转变为低镁方解石；一是镁离子带出，如高镁方解石转

25、化为低镁方解石。重结晶作用有人分为简单重结晶作用和应变重结晶作用，前者指矿物晶体单纯增大或缩小，后者指在应力作用下矿物晶格发生变形。,3.交代作用白云石化、去白云石化、硅化、膏化及去膏化作用 (1)白云石化作用：白云石交代方解石(或文石和高镁方解石)的作用称为白云石化作用。白云石化作用必须具备两个条件：引起反应的水溶液Mg/Ca比值必须大于8.4；要有比岩石(或沉积物)孔隙体积多若干倍的水溶液通过碳酸盐沉积物或岩石，即岩石应有较好的渗透性。,在石灰岩中，方解石被白云石交代的证据是： 自形的白云石晶体处在未被交代的方解石背景中。弗里德曼(1978)称它为似斑状结构。 自形的白云石晶体切穿原石灰岩

26、中粒屑或轮廓边缘，或在结晶白云岩中有由大小、形状或洁净度不同的白云石晶体组成的集合体，显示出原石灰岩的粒屑外形(负残余)。 白云石菱形晶体具有残余方解石组成的“雾状”中心和较明净的周边，有时整个晶体透明度均一，但染色后或在阴极发光下却显示出中心为方解石。偶然情况下，白云石晶体包裹了原石灰岩中的其它成分，如陆源碎屑等。 白云石分布受层理、虫孔、缝合线、裂隙等构造控制。俗称“豹皮灰岩”者，就是石灰岩不均匀白云石化的结果。,(2)去白云石化作用：白云石被方解石交代的过程称为去白云石化。交代比较彻底时可形成交代石灰岩。 去白云石化可通过以下特征鉴别： 方解石晶体或其聚合体(由许多小方解石非镶嵌状聚合而

27、成)常呈白云石菱面体假象； 方解石晶体中存在未被交代完的白云石残余，方解石形成特征的“嵌晶结构” 。,(图4-6),(3)硅化：碳酸盐矿物被硅质矿物(主要是玉髓)交代的过程称硅化，这在碳酸盐岩中也是常见的。硅化的明显证据是：硅质矿物具有原石灰岩中粒屑(如方解石质的化石、鲕粒)或白云石菱形晶假象，硅化的化石甚至还有原始壳层的痕迹；硅质岩中有时保存了叠层石的结构构造特征。石灰岩和白云岩中常见的燧石结核有的也是硅化而成的。 (4)膏化和去膏化：石膏和硬石膏交代碳酸盐矿物的现象叫石膏化和硬石膏化。在地下，石膏将被硬石膏交代。石膏和硬石膏交代，一般都具有被交代矿物或颗粒假象。交代不完全时，晶体中保留残余

28、颗粒的包体，在反射光下常呈混浊状到褐色。自生石膏呈板柱状晶体。 去膏化指硬石膏和石膏被碳酸盐矿物交代的作用。该作用常与地表淡水和细菌作用有关。,4.压固作用 由于碳酸盐岩的胶结作用会很快发生，压固作用常常不明显，因而不是主要的成岩方式。但有时也可见到很典型的压固现象，其表现是： (1)颗粒之间出现面接触，凸凹接触或缝合线接触。 (2)在颗粒内部出现裂纹或裂缝，里面被亮晶充填，或在破碎颗粒附近有它的破碎残片，有时还可拼合。 (3)塑性-半塑性颗粒呈长条状，定向排列，甚至被挤到相对较刚性颗粒的粒间孔中。,(二)碳酸盐成岩环境 布拉特(1972)将碳酸盐沉积作用的环境概括为五种类型：大气淡水环境、潮

29、汐带环境、海 底环境、地下深处环境以及表生作用环境。朗曼(1980)在理想的可渗透的砂岛内，将地下浅处主要成岩环境划分为四类：淡水渗流带、淡水潜流带、淡水-海水混合带以及海水潜流带。 ,图4-7)。,1.海底成岩环境 当碳酸盐沉积物在海底沉积之后，就开始了海底成岩作用的历史。其识别标志是：在颗粒四周具等厚纤维状环边结构，环边的横剖面呈多边形，彼此呈缝合状接触；胶结物含镁高、含锶低，富含碳和氧的重同位素；在纤维状方解石胶结物中出现微晶白云石包裹体；浅海底通常为无铁方解石，只有深海底有可能出现铁方解石；一般共轴生长(或称自生加大)比较少，但如果共轴生长边上有藻类和真菌钻孔的泥晶化现象以及棘屑共轴生

30、长呈嵌晶结构，棘皮本身无压实，而周围颗粒有压实变形现象等，也可以作为海底成岩环境的识别标志；鲕粒之间呈点接触又无压实变形，具硬化的粪球粒以及颗粒泥晶化现象等。,2.大气成岩环境 又称大陆成岩环境。研究表明，碳酸盐沉积物石化成岩并不需要高温高压和埋藏的地下环境，它们可以在地表水环境中，在常温常压下很快地成岩。 大气成岩环境既具有特殊性，又具有与海底成岩环境之间的过渡性。其特殊性表现在大气渗流带和大气潜流带的成岩特征上(其中尤以渗流带最为突出)；其过渡性明显反映在淡水-海水混合带上。 (1)大气渗流带：所谓大气渗流带，是地表以下、地下水面以上的地带。,(2)大气潜流带：大气潜流带位于地下水面以下的

31、地带，淡水仍有影响。地下水在此带作水平方向运动，速度较慢，溶解力不强，沉淀和胶结作用较明显。潜流带中孔隙全为水体所充填，没有气体，孔隙处于非开放系统，又称饱水带。 大气潜流带的识别特征是：粒间胶结物常出现世代现象，第一世代和第二世代均为粒状，前者细小，后者粗大。而海底成岩环境中第一世代胶结物为小针状或小马牙状晶体垂直颗粒表面生长；胶结物含镁低，含锶高，富含碳和氧的轻同位素；共轴生长现象发育。此外，在介形虫、竹节石等化石周围，胶结物也可依化石中纤状方解石晶格向空隙处长出，形成纤状环边胶结物。,(3)淡水-海水混合带：淡水-海水混合带是大陆成岩环境与海底成岩环境的过渡带。一般说来，混合带环境具有双

32、重性。在淡水末端的混合带可以产生微弱的胶结作用，常为微晶状、叶片状方解石。其次是文石和高镁方解石转化，文石溶解，高镁方解石变成低镁方解石，在海水末端的混合带可以产生混合白云石化。,3.浅埋和深埋成岩环境 这是一种埋藏的成岩环境，也是浅处成岩环境的继续和发展。在大陆岩环境或海底成岩环境之后，岩石孔隙已基本阻塞，故处于停滞水状态。如果早先未完全阻塞，则在浅埋环境仍可见地下水流动，产生胶结作用、溶解作用和交代作用，也可使分散油气聚集。 在深埋环境中，压力和温度有显著意义，其中压溶是一个重要现象。它一方面形成缝合线，另一方面使孔隙度降低，同时提供孔隙水中碳酸钙的物质来源。,第四章 内源沉积岩,第一节

33、碳酸盐岩 第二节 硅质岩 第三节 其他内源沉积岩,第二节 硅质岩 一、概述 硅质岩是指由化学作用、生物和生物化学作用以及某些火山作用形成的富含二氧化硅(一般超过70%)的岩石，其中也包括在盆地内经机械破碎再沉积的硅质岩。但不包括陆源石英碎屑经搬运沉积而成的石英砂岩和沉积石英岩。 硅质岩的矿物成分主要有各种类型的蛋白石、结晶质的玉髓和自生石英。 除了上述硅质矿物外，还可有其它矿物混入，常见有粘土矿物、碳酸盐矿物和氧化铁等。 比较纯的硅质岩，化学成分简单，主要是SiO2和H2O。 硅质岩的结构可以有非晶质的胶状结构、隐晶结构、微粒结构、生物结构以及粒屑结构，还可见各种交代残余结构。,硅质岩的颜色多

34、种多样，随杂质而异，常呈灰色、灰黑色，也有灰白色、灰绿色和红色。岩性坚硬，性脆，化学性质稳定，不易风化。硅质岩分布较广，在沉积岩中居第四位。 关于硅质岩的分类，可以根据产状，也可根据硅质矿物成分或根据成因。根据成因可将硅质岩分成两大类： (1)生物或生物化学成因的：硅藻土、放射虫岩、海绵岩、板状硅藻土、蛋白土。 (2)非生物成因的：碧玉岩、燧石岩、硅华等，它们可以是化学沉淀的，也可以是次生交代的，或与火山作用有关。,二、硅质岩的主要类型 (一)硅藻土(或硅藻岩) 主要由硅藻遗体(成分为蛋白石)组成。硅藻壳外形呈长方形、正方形、圆形、三角形等，个体微小，0.0020.05mm，多数小于0.02m

35、m；含量不一，可高达7090%。 硅藻土质纯者呈白色，但常被铁质或有机质染成黄色或暗灰色甚至黑色。岩石外貌呈土状，结构疏松，质软而轻，比重只有0.40.9；孔隙度甚高，吸水性强，可粘舌。在显微镜下具生物结构，一般层理不明显，有时可见水平层理。,(二)海绵岩 主要成分为硅质海绵骨针，其成分多数为蛋白石，有时为玉髓。在古代岩石中还可见少量放射虫和钙质介壳，并有粘土矿物、海绿石、粉砂等混入物。 (三)放射虫岩 主要成分为放射虫壳，也可分为疏松的和坚硬的两种，疏松的变种外貌很象硅藻土，质软，灰或黄灰色。除放射虫外，还可有硅藻、海绵骨针、海藻、有孔虫、翼足类等生物遗体；并常有粘土矿物，以及方解石、海绿石

36、、碎屑石英等混入物。,坚硬的放射虫岩有两种类型： (1)蛋白石质放射虫岩，外壳和胶结物均为蛋白石，外貌极似蛋白岩，常见于白垩纪和第三纪沉积中； (2)玉髓-石英质放射虫岩，其成分为玉髓和自生石英，介壳有时被方解石所交代，岩石坚硬，不透水，外貌很像硅质板岩或碧玉岩；一般见于地槽区的中生代和古生代沉积内。,(四)蛋白土(蛋白岩)和板状硅藻土(粉蛋白岩) 两者成分主要都是蛋白石，常成细小的棱角或球粒状质点(0.010.001mm)的集合体。它们与硅藻土或蛋白石质放射虫岩不同之处在于不含或含极少硅质生物遗体。除蛋白石外，还可有粘土、碳酸盐、黄铁矿、海绿石、沸石、玉髓、方英石、碎屑石英及有机质等。,表4

37、-11,(五)燧石(燧石岩) 这是最常见的一种硅质岩，其成分主要为玉髓和自生石英，年代较新者可为蛋白石；还常有粘土、碳酸盐及有机质等混入物；并可有少量硅质生物遗体。燧石是一种致密坚硬、常具贝壳状断口的隐晶质或微晶质岩石，颜色以灰色、黑色等暗色为常见，也有呈黄色、红色、白色者。按产状可分为两大类： 1.层状燧石 层状燧石的层厚自几厘米到几十厘米，有时则呈规则条带或大透镜体。它们可与浅水碳酸盐岩、页岩以及砂岩共生，亦可与深水的黑色页岩、远洋石灰岩或蛇绿岩共生；燧石的单层厚度一般不大，但与共生岩石一起总厚度可相当大，达几十到几百米。,2.结核状燧石 这类燧石更为常见，成为规则或不规则的结核状或不规则

38、的条带状，通常称为燧石结核。,(图4-8),(图4-9),(六)碧玉岩和硅质板岩 这是层状燧石的一类特殊变种，特点是含有氧化铁(或超过5%)，硅质矿物主要为石英，其次为玉髓。碧玉岩和硅质板岩的主要区别在于后者成岩较薄。 岩石颜色常为红色，也有绿色、灰黄色或黑色，有时呈斑杂状颜色。 一般认为这类岩石成因与地槽区的火山喷发活动有关。 (七)硅华 这是一种典型的化学成因硅质岩，常形成于火山作用后期温泉喷出地表处。硅华呈多孔状、色浅，其中二氧化硅含量不定，常有各种混入物，除较多的氧化铝外，还可有各种其它元素。,三、硅质岩的成因 硅质岩成因涉及二氧化硅来源、沉淀方式、形成阶段以及沉积时水深等问题。 1.

39、二氧化硅的来源 二氧化硅主要来源于大陆上硅酸盐及铝硅酸盐的化学分解产物。大陆化学风化作用形成SiO2最有利条件是温暖潮湿或季节性潮湿的气候，地形起伏小而排水通畅的准平原区。在这样的条件下有利于成壤作用。 火山作用仍不失为硅质的重要来源。火山喷发出来的热液中溶解有SiO2，可直接注入水体。,2.二氧化硅的沉淀方式 水体中的SiO2可通过生物作用(有机成因)或化学作用(无机成因)沉淀下来，对这两种作用在形成硅质岩中的意义看法不一。已查明现代海底有不少硅质生物软泥分布，如环南极区、北太平洋、赤道附近以及各大陆边缘地区；尤其是表层海水中养料丰富，又缺乏钙质浮游生物的水域，硅质生物更为繁盛。大陆湖泊中也

40、有不少硅藻分布。 对不含生物或含得极少的硅质岩，以及前寒武纪的硅质岩，很难用生物来解释其成因，只有归因于氧化硅的化学沉淀。 ,3.硅质岩的形成阶段 生物成因的硅质岩无疑属于原生沉积，碧玉、硅质板岩及部分层状燧石也属于原生沉淀。 燧石结核的成岩交代证据主要有：燧石沿石灰岩裂缝分布；结核形状极不规则；结核中残留有碳酸盐斑块，或保留有白云石的菱面体晶形；保存有碳酸盐岩的残余结构构造；硅化生物与燧石共生，且完好地保留有被交代生物壳质结构，结核与围岩中生物遗体排列具有一致性；某些燧石沿碳酸盐岩内一定的带分布，也有的燧石沿水下沉积间断面分布，见有交代虫孔及硬底岩石现象；如为交代膏盐沉积的燧石，则多由正玉髓

41、组成，具有斑马状构造、鸡笼铁丝网状构造的假象，并含膏盐微晶包体。,4.硅质岩沉积时的水深 硅质岩有深水沉积也有浅水沉积。 硅质岩是多种成因的岩石，既有原生沉积的，又有次生交代的；有些是生物遗体直接堆积形成或为变化后的产物，有些则与火山作用关系密切；近年还找到了季节性碱性湖泊沉积的燧石的实例。但并非所有硅质岩的成因都已得到了圆满的解释。佩蒂庄(1975)将硅质岩的物质来源和形成方式归纳如下图所示。,图4-12,第四章 内源沉积岩,第一节 碳酸盐岩 第二节 硅质岩 第三节 其他内源沉积岩,其他内源沉积岩包括铝质岩、铁质岩、锰质岩、磷质岩和蒸发岩。 一、铝、铁、锰质岩 (一)铝、铁、锰质岩的成分特征

42、 1.铝质岩 铝质岩是一种在化学成分上富含Al2O3，并主要(通常都大于50%)由铝矿物(铝的氢氧化物)组成的沉积岩类。其化学成分的特点应为Al2O3SiO2(C.，1937)，如果在铝质岩中Al2O340%，Al2O3SiO221时，即成为铝土矿。,第三节 其他内源沉积岩,(1)铝质岩的化学成分：铝质岩的化学成分复杂易变，其主要成分是Al2O3、SiO2、Fe2O3、FeO、TiO2和H2O，次要成分有CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、S等，同时还含有各种稀有元素及微量元素如Ga、Ge、U、V、Cr、Ni等。 (2)铝质岩的矿物成分：铝质岩的主要矿物成分是铝的氢氧化物，如三水铝石A

43、l(OH)3、一水软铝石-AlO(OH)、一水硬铝石-AlO(OH)，其次是各种粘土矿物、石英、玉髓和少量的重矿物。此外，还有自生矿物如菱铁矿、方解石、沸石、氧化铁和氢氧化铁等。,2.铁质岩 由于铁是地壳中最丰富的元素之一，因此习惯上只将含铁量大于15%的沉积岩称为铁质岩(据H.L.James,1966)。如果铁的品位达到了工业可采要求(如赤铁矿石30%、菱铁矿石25%)即成为铁矿石。 (1)铁质岩的化学成分： 铁质岩的化学成分包括：主要成分Fe;有用的混入成分Mn、V、Ni、Co、Cr等；有害的混入成分S、P、As等；成渣的氧化物SiO2、Al2O3、CaO、MgO;挥发成分CO2、H2O。

44、 (2)铁质岩的矿物成分： 氧化物类磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿(Fe2O3)、水赤铁矿(Fe2O3nH2O)、针铁矿FeO(OH)、褐铁矿Fe2O3nH2O。,3.锰质岩 锰质岩是以锰的化合物为重要造岩矿物的沉积岩类。 (1)锰质岩的化学成分： 锰质岩的化学成分除锰以外，还有较多的Al2O3、SiO2、CaO、MgO、BaO等，而最特征是普遍含有较多的Fe,此外，还有少量的T、Co、V、Ni、Cu、Pb、Zn、Mo、Sn等。Al2O3主要为粘土矿物的化学组分，SiO2在岩石中则以蛋白石、玉髓、石英出现，或存在于粘土矿物中。 (2)锰质岩的矿物成分： 含锰的矿物主要有锰的氧化物及氢氧化物、锰的

45、碳酸盐，以及少量锰的磷酸盐、硫化物、硼酸盐等。,(二)铝、铁、锰质岩的结构特征 铝、铁、锰质岩的结构特点可大体和碳酸盐岩类比，也具有很重要的成因标志。其结构分类如下表所示，这是一种新的很有意义的结构成因分类。从表中可以看出，铝、铁、锰质岩的结构按成因可以分机械的、化学的、生物的和成岩后生及次生淋滤的等四种。,表4-12,机械成因的粒屑结构和碳酸盐岩的粒屑结构相似，主要由粒屑和填隙物组成，粒屑包括铝、铁、锰质岩的内碎屑、包粒(豆粒、鲕粒)、团粒(球粒)和团块等，填隙物主要为泥晶基质，其成分通常和颗粒相同。根据粒屑和泥晶的相对含量，可以划分为粒屑结构(泥晶50%)、粒屑-泥晶结构(泥晶为5090%

46、)、泥晶结构(泥晶90%)。,(三)铝、铁、锰质岩的岩石类型及地质分布 1.铝质岩 铝质岩按成因可以分为二种主要类型，即红土型铝质岩和沉积型铝质岩。 (1)红土型铝质岩： 红土的矿物成分有铁质的、高岭石质的、铝土质的和混合型的。铝质红土主要是三水铝石所组成。 (2)沉积型铝质岩： 红土化作用所形成的铝土物质，经流水以碎屑或胶体溶液的方式搬运到海、湖盆边缘沉积下来即形成沉积型铝质岩。,(3)铝质岩的地质分布： 我国的铝质岩和铝土矿分布很广，红土型铝质岩(铝土矿)主要产于第四纪玄武岩的风化壳中。沉积型铝质岩(铝土矿)则分布更广，如华北、东北、西南的石炭、二叠纪地层中的铝土矿床山东淄博、河南巩县、河

47、北唐山、辽宁本溪、贵州修文等都十分有名。最近在广西平果发现的大型堆积铝土矿则是产于岩溶剥蚀面上的第四纪沉积物中，矿石质量很高。 在空间上，我国沉积型铝质岩(铝土质)都是分布于构造上相对稳定的地区，并紧邻古陆或长期侵蚀区的边缘。,2.铁质岩 铁质岩按所含铁矿物组分可以分为硫化铁质岩、氧化铁质岩、碳酸铁质岩和硅酸铁质岩等四类。 (1)硫化铁质岩： 最主要的铁矿物是白铁矿和黄铁矿，而且都是在成岩阶段形成的。通常在岩石中它们仅是伴生组分，有时也可以成为黑页岩、黑色板岩和黑色灰岩的重要组分。 (2)氧化铁质岩： 这是铁质岩的最主要类型，常见者具鲕状结构。 鲕状褐铁矿岩主要分布于中生界和第三系，鲕粒主要为

48、褐铁矿，还可以有由褐铁矿与鲕绿泥石或菱铁矿形成交替的同心圈者，后者是成岩后生期的交代产物。,(3)碳酸铁质岩： 主要的含铁矿物是菱铁矿。菱铁矿常与燧石共生构成燧石碳酸铁质岩。还可有菱铁矿交代鲕粒石灰岩，或于碎屑岩、石灰岩和粘土岩中呈结核状产出的碳酸铁质岩。菱铁矿还可以组成鲕绿泥石和褐铁矿鲕粒的基质。、 (4)硅酸铁质岩： 主要的含铁矿物是鲕绿泥石。鲕绿泥石铁质岩是寒武纪以后一种很重要的铁质岩类型，常与鲕状赤铁矿岩过渡或形成互层。 (5)铁质岩的地质分布： 我国沉积铁矿床见于前寒武纪、古生代、中生代和新生代的地层中，分布十分广泛。,3.锰质岩 根据含锰岩石的种类不同，锰质岩可以分为锰质粘土岩、锰

49、质碳酸盐岩、锰质碎屑岩和锰质硅质岩。 (1)锰质粘土岩： 主要为锰质的黑色页岩、粉砂质页岩、硅质页岩和钙质页岩。常呈黑色、暗褐色、紫红色等。 (2)锰质碳酸盐岩： 包括锰质灰岩、锰质硅质灰岩、锰质白云岩。锰矿物主要为菱锰矿、钙菱锰矿、锰方解石等，常呈致密块状、团块状、条带状和星散状产出。,(3)锰质碎屑岩： 主要为锰质粉砂岩，部分为锰质砂岩。锰矿物为硬锰矿、软锰矿和水锰矿，它们在岩石中常呈胶结物的形式出现。 (4)锰质硅质岩： 矿物成分主要为玉髓和蛋白石，含有锰的氧化物。一部分和锰质粘土岩共生，更多的还是和杂色的中基性火山碎屑岩或凝灰岩一起产出，岩石常具有层纹状结构。 (5)锰质岩的地质分布：

50、 锰质岩的物源主要是大陆的风化产物和海底火山活动的产物。其成矿的主要环境是海相，次为湖泊及沼泽相。海相锰质岩产于古陆边缘的、水流受限制的陆缘浅海或浅海陆棚地带。,二、磷质岩 含磷的沉积岩，按其磷的含量可以分为三种，即含磷沉积岩(P2O58%)、磷质岩(P2O5：818%)和磷块岩(P2O518%)。 (一)磷质岩的结构、构造特点 磷质岩的结构构造特点与碳酸盐岩极为相似，其结构类型按成因亦可分为四大类、即：机械成因的、化学成因的、生物成因的和次生成因的。 1.机械成因的结构 机械成因的结构具粒屑结构特点，按岩石中泥晶(0.003mm)含量分为粒屑结构(泥晶50%)、粒屑-泥晶结构(泥晶为9050

51、%)、泥晶结构(泥晶90%)。粒屑类型有内碎屑、包粒、团粒(球粒)、团块和骨屑五种。,(1)内碎屑按其颗粒大小分为砾屑(直径2mm)、砂屑(20.05mm)、粉屑(0.050.03mm)，分别形成了磷质砾屑结构(或磷质砾屑泥晶结构)、磷质砂屑结构(或磷质砂屑泥晶结构)、磷质粉屑结构(或磷质粉屑泥晶结构)。 (2)磷质包粒结构也可以分为包粒结构和包粒泥晶结构两种。包粒直径大于2mm者称豆粒，小于2mm者称鲕粒。 (3)磷质团粒呈圆形或卵圆形，内部结构均一，主要磷矿物为胶磷矿或泥晶磷灰石，其粒度通常为0.10.03mm。 (4)磷质团块是具有不规则外形的复合颗粒，粒度一般为0.10.3mm，内部结

52、构也不均一。团块内的颗粒可以是团粒、鲕粒、内碎屑和骨屑等，团块内的颗粒和胶结物都是磷酸盐质的。,(5)骨屑结构主要是由磷酸盐质的生物骨骼或生物介壳堆积形成的，常见的磷质生物如软舌螺、舌形贝等，它们可以是完整的或为碎屑。 (6)填隙物：粒屑磷块岩的填隙物包括泥晶基质和胶结物，二者除了在成因上不同外，在矿物成分上常见有碳酸盐(白云石、方解石)、磷酸盐及二氧化硅。 2.化学沉积成因的结构 可分为微晶结构及胶状结构两种。 磷质微晶结构是由0.030.004mm的磷灰石组成，反映了原地磷酸盐胶体化学沉淀的特点，并由胶体陈化脱水而形成。,3.生物成因的结构 可分为骨骼结构、隐藻结构的鸟粪石三类。 磷酸盐隐藻结构，如各种形态的磷质叠层石、核形石、凝块石以及磷酸盐藻泥结构，其含磷矿物主要为胶磷矿、隐晶微晶的碳氟磷灰石。 4.成岩后生作用形成的结构 这类结