沉积学2015第八讲 砂岩

1、沉积学第八讲砂岩砂岩的一般特征 层厚：薄层、中层、厚层、巨厚层 层理：水平层理、平行层理、交错层理 层的形态：水平状、透镜状（冲刷面） 粒度：2mm 0.063mm 组成：颗粒（石英、长石、岩屑等），杂基， 胶结物砂岩分类 根据组成成份，砂岩两种分类体系 三组分体系根据砂岩的三种砂级碎屑组分- 石英、长石及岩屑 （Folk，1954）。 四组分体系除了考虑碎屑成分外，还把粘土杂基作为一个组分（Pettijohn，1987）。 50净砂岩（arenite）和杂砂岩（wacke） 净砂岩(杂基含量95石英磨圆度高。长石主要是微斜长石、正长石和钠长石。岩屑通常为少量磨蚀好的燧石和石英岩等。重矿物含量

2、极少，多为稳定组分，通常由极圆的锆石、电气石、金红石等组成，有时有钛铁矿及其衍生的白钛石。胶结物大多为硅质，次为钙质、铁质及海绿石等。铁质石英砂岩、钙质石英砂岩及硅质石英砂岩。长石（净）砂岩（arkose）Q25%，L1%），既有稳定组分，如锆石、金红石、电气石、石榴石和磁铁矿等，还常见稳定性差的矿物， 如磷灰石、榍石、绿帘石和电气石。胶结物常为钙质，铁质、硅质的较少。较古 老的砂岩可显出石英和长石的次生加大现象。岩屑（净）砂岩（litharenite）Q25%，F25%。岩屑成分复杂，从几种到十几钟。石英可来源于先存的砂岩，也可是变质成因的波状消光石英和多晶石英。碎屑云母可以有黑云母和白云母

3、。常见的重矿物有锆石、电气石、角闪石、绿帘石、斜黝帘石、榍石和石榴石等。钙质和硅质胶结，一般缺乏杂基物质，然而在压实作用较强的砂岩中，较软的泥质岩屑在石英颗粒间可以发生变形，出现假杂基。杂砂岩（wacke/greywacke）富含杂基是杂砂岩的基本特征，颗粒越细，杂基含量越高。由绿泥石和绢云母以及石英、长石粉砂级细粒杂基粘合起来的，而不是由充填孔隙的沉淀胶结物胶结在一起。杂砂岩一般富含石英，有不同比例的长石和岩屑，含少量云母碎屑。岩屑主要是泥页岩、粉砂岩、板岩、千枚岩和云母片岩。在杂砂岩中沉淀的胶结物比在净砂岩中少见得多，这是由于存在不渗透性的杂基，阻碍了溶液通过，且填塞了那些能够发生沉淀作用

4、的绝大部分孔隙。砂岩的颜色 石英砂岩的颜色大都为灰白色，有些略带浅红、浅黄、浅绿等，少数为较深色调。 长石砂岩类常因钾长石含量多而呈肉红色；但也有不少长石砂岩呈灰色或白色，它们多是因为长石风化为高岭石，或是因为某些来自花岗岩质的母岩， 其中的确含有灰色或白色的长石所致。 杂砂岩一般呈暗灰色或黑色，由沉积环境决定。砂岩的颜色与环境 灰、黑色：含有机质（炭质、沥青质）或分散状硫化铁（黄铁矿）造成，形成于还原或强还原环境中。 红、棕、黄色：含自生铁的氧化物或氢氧化物（赤铁矿、褐铁矿等）染色的结果，沉积时为氧化或强氧化环境。 绿色：含自生低价铁的矿物，如海绿石、鲕绿泥石等所致，一般反映弱氧化或弱还原环

5、境。也可能由于含有绿色的碎屑矿物，如角闪石、阳起石、绿泥石、绿帘石， 伊利石。砂岩组成用于物源区判别 Diskinson（1985）提出砂岩的四 种物源区： 稳定克拉通， 基底隆升， 岩浆弧和再旋回造山带。源区一：稳定克拉通（Craton） 大陆内部或被动大陆边缘 石英砂岩（富Qt），Qm/Qp和Fk/Fp比值高源区二：基底隆升区（Basementuplift） 裂谷或者转换断层带 石英长石（QmF） 砂岩，低Lt， Qm/F和Fk/Fp比值与基岩类似源区三：岩浆弧（Magmaticarc） 岛弧或大陆弧 从长石岩屑（F-L）火山碎屑砂岩（高Fp/Fk和Lv/Ls比值） 到石英长石（Qm-F）

6、砂岩，源区四：再旋回造山（Recycledorogen） 俯冲带杂岩或褶皱逆冲带 石英岩屑（Qt-Lt）砂岩F和Lv的含量低，且具有可变的Qm/Qp和Qp/Ls比值砂岩成熟度用于指示搬运距离和气候环境 结构成熟度依据杂基含量、颗粒分选性、圆度， 划分为不成熟、次成熟、成熟和高成熟度砂岩。 成份成熟度由石英的含量来反映。搬运距离由近及远潮湿气候干旱气候砂岩的成岩作用 压实及压溶作用 胶结作用 交代作用 重结晶作用 溶解作用压实作用压实作用系指沉积物沉积后在其上覆水层或沉积层的重荷下，或在构造形变应力的作用下，发生水分排出、孔隙度降低、体积缩小的作用。成岩早期阶段。颗粒发生滑动、转动、位移、变形、

7、破裂，进而导致颗粒的重新排列和某些结构构造的改变。压实作用最明显的结果是沉积物体积缩小和发生排水、脱水作用。孔隙度变化颗粒的形状、圆度、分选性等对压实作用的效应（孔隙度）都有影响。压溶作用沉积物随埋藏深度的增加，碎屑颗粒接触点上所承受的来自上覆地层的压力或来自构造作用的侧向应力超过正常孔隙流体压力时（达22.5倍），将发生晶格变形和溶解作用。此时，砂质沉积物进入了化学压实或压溶作用的阶段。随着颗粒所受应力的不断增加和地质时间的推移，颗粒受压溶处的形态将依次由点接触演化到线接触、凹凸接触和缝合接触石英大约在5001000m深处发生压溶和次生加大生长现象。胶结作用胶结作用是指矿物质从孔隙溶液中沉淀

8、，将松散的沉积物固结为岩石的作用。成岩过程的各个阶段胶结物来主要自于孔隙水，粘土杂基以及不同碎屑颗粒间发生反应形成的第三种矿物也可构成胶结物。胶结物生长的两种方式：1) 同成分的底质上形成次生加大，如氧化硅在碎屑石英颗粒上形成次生加大；2）不同的底质上沉淀，如碎屑颗粒边缘的粘土矿物等的衬边胶结，分布于碎屑颗粒间的碳酸盐晶粒胶结以及石膏、沸石类矿物胶结等。交代作用交代作用是指一种矿物代替另一种矿物的现象。胶结物对碎屑颗粒的替代交代矿物一般首先交代颗粒的边缘，使其溶蚀成锯齿状或鸡冠状等不规则形态，随着交代作用的加强其幅度也越来越大，甚至可以完全交代碎屑颗粒，从而成为它的假象；交代彻底时甚至可以使被

9、交代的矿物全部消失，岩石的结构亦发生显著变化。交代作用是体系的化学平衡及平衡转移的结果。当体系内的物理、化学条件（温度、压力、浓度、流体成分、pH值、Eh值等）发生改变时，原来稳定的矿物或矿物组合将变得不稳定， 发生溶解、迁移或原地转化，形成在新的物理化学条件下稳定存在的新矿物或矿物组合，在此过程中往往伴随着一些重要的成矿作用。自形白云石交代燧石方解石交代长石重结晶作用 砂岩中的各种组分都可以通过溶解、局部溶解和固体扩散等方式，使物质质点发生重新组合，由非晶质变成结晶质，或由小颗粒集合成粗大的晶粒，这就是重结晶作用。 高岭石，随埋深的增加、温度和压力的升高，可重结晶成鳞片状或蠕虫状晶形粗大的高岭石；碳酸盐矿物则通过重结晶作用由微晶形成细粒、粗粒甚至成连生胶结物；以及玉髓重结晶成是石英等属于重 结晶现象，在转变过程中仅发生了晶体大小的变化。白云石胶结物发生重结晶溶解作用砂岩中的任何碎屑颗粒、杂基、胶结物和交代矿物（后两者统称为自生矿物），包括最稳定的石英和硅质胶结物，在一定的成岩环境中都可以不同程度地发生溶解作用。溶解包括两种方式，1)一致溶解。对组分的直接溶