第十一章++沉积岩的基本特征

1、第十一章 沉积岩的基本特征第一节 概述一 沉积岩的定义和分布 沉积岩：在地壳表层常温常压条件下，由风化作用、生物作用、火山作用的产物，经过搬运、沉积和成岩作用所形成的岩石。 沉积岩在地壳表层分布甚广，占陆地面积75%，而海底几乎全由沉积物覆盖。但以体积而言，沉积岩仅占岩石圈体积的5%，结晶岩占95%。 各类沉积岩的分布各不相同。分布最广的是泥质岩（72.2%）、砂岩（13.2%）和碳酸盐岩(7.7%)，其余的沉积岩及其沉积矿产仅占1%2%。 沉积岩在地表广泛分布，是储油、储水的有利场所。沉积岩中的矿产不仅种类多，而且储量大。据统计沉积和沉积变质矿产占世界矿产总储量的7585%。煤、石油、油页岩

2、和天然气等全是沉积形成。铁、锰、铝、磷、放射性金属及铜、铅、铅、锌、汞、锑等矿产，多属沉积成因或、与沉积有成因关系。有些沉积岩本身就是矿产。二沉积岩的成分特征（一）化学成分特征沉积岩的主要物质来源于火成岩的风化产物，所以两者的平均化学成分非常相似。但由于火成岩转变为沉积岩要经过风化、搬运、沉积、成岩等一系列转化过程，因而仍存在有一些差别。1 Fe2O3与FeO：火成岩和沉积岩中铁的总量大致相等，但沉积岩中Fe2O3FeO，火成岩中FeOFe2O3。2 K2O与Na2O：沉积岩中K2O和Na2O总量低于火成岩中。在沉积岩中K2ONa2O，而火成岩中Na2OK2O。3 H2O和CO2：沉积岩较火成

3、岩富含H2O和CO2。4 有机质：沉积岩中有且可富含（如煤、油页岩、石油等），岩浆岩中无。5 化学成分：火成岩中各类岩石的化学成分彼此过渡，而沉积岩则各类岩石之间化学成分差别很大。如石英砂岩以SiO2为主，页岩以SiO2和Al2O3为主，石灰岩则以CaO和CO2为主。（二）矿物成分特征沉积岩的平均矿物成分与火成岩相比有明显差别。构成沉积岩的主要矿物是：云母及粘土矿物，碳酸盐矿物，石英族矿物（石英、玉髓、蛋白石等）。这三类矿物约占沉积岩80%。沉积岩火成岩 橄榄石、辉石、角闪石和 少见可大量存在黑云母（铁镁矿物）石英、长石、白云母 都可大量存在 石英（平均含量） 长石（平均含量） 盐类矿物（石膏

4、、石盐等）、 特有矿物， 无或很少碳酸盐类矿物、粘土矿物 常是主要矿物生物组分 特有 无二. 沉积岩的结构构造特征沉积岩的结构构造明显不同于岩浆岩。岩浆岩多为晶粒结构；而沉积岩的结构则随岩石的类型和成因而变化，最常见碎屑结构（陆源碎屑岩）、泥状结构（泥质岩）、晶粒结构（化学及生物化学岩）、颗粒结构（内源沉积岩）等。沉积岩具特征的层理和层面构造。第二节 沉积岩的形成和变化沉积岩的形成作用可概括为以下3个阶段：沉积岩原始物质的形成阶段（风化阶段），沉积岩原始物质的搬运和沉积作用阶段，沉积物的同生、成岩作用和沉积岩的后生作用阶段。一 沉积物质的形成作用沉积岩的原始物质有四类：1 母岩风化所提供的物质

5、：陆源碎屑、粘土物质、溶解物质。2 生物成因的物质：生物残骸及有机质。3 深部来源的物质：火山碎屑物质、深部来的卤水、温泉水、喷气物质等。4 宇宙来源的物质：陨石及宇宙尘埃。以下主要介绍风化作用形成的物质。（一）风化作用地壳表层的岩石，在水、空气、太阳能和生物的作用和影响下发生机械破碎和化学变化的作用。风化作用按性质分为：物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用。1 物理风化作用使母岩发生机械破碎为主的风化作用称为物理风化作用。它为沉积岩的形成提供各种碎屑物质。2 化学风化作用不仅使母岩破碎，而且其矿物成分和化学成分也发生本质的改变，直至形成在地表条件下稳定的矿物组合的过程称为化学风化作用。它

6、为沉积岩的形成提供各种溶解物和不溶残余物。3 生物风化作用生物对岩石产生的机械和化学的破坏作用。风化作用的产物：碎屑物质碎屑岩溶解物质（真溶液、胶体溶液）化学岩和生物化学岩粘土物质 泥质岩 （二）主要造岩矿物和岩石在风化过程中的稳定性1 长石类矿物长石类矿物是地壳中分布最广的矿物。受到各种酸，尤其是碳酸的作用极易发生分解，析出K、Na、Ca等离子，同时发生水化而变为水云母，并继续分解。以钾长石为例：KAlSi3O8 K2mm颗粒的起始流速与沉积临界流速相差也很小，但这两个流速本身却很大，且随粒径增大而增大，故砾石很难作长距离搬运，且多沿河底滚动式推移前进。4）100nm）和离子分散系（真溶液分

7、子或离子直径1nm）之间。它主要靠布朗运动维系。当胶体溶液由于： 带不同电荷的胶体相互混合， 电介质的作用， 蒸发作用，使胶体浓度增大， 其它如pH值的改变等。会发生凝聚作用，使胶体质点在溶液中成凝絮状、团块状的胶块，在重力作用下沉积下来。由胶体凝聚沉淀而成的沉积物和沉积岩有以下特征： 呈胶状、贝壳状断口。 胶体沉积物形成的岩石，颗粒细小，吸收性强，故有粘舌现象。常呈微晶、放射状结构。 胶体陈化脱水而产生收缩裂隙，孔隙性也较好，易敲击成尖棱角状碎块。 具有较强的离子交换和吸附能力。 胶体沉积物可呈巨厚状岩层，也可呈透镜、结核状产出。2真溶液的搬运与沉积化学溶解物质中Cl、S、Ca、Na、K、M

8、g等成分主要呈离子状态存在于水溶液中，呈真溶液搬运。有时Fe、Mn、Al、Si也可呈真溶液搬运。并通过化学作用而沉淀。它们沉淀先后，主要受物质的溶解度决定，即溶解度愈大，愈易搬运，不易沉淀。物质的溶解度除物质本身的性质外，还受介质条件影响，如pH、Eh(氧化-还原电位)、温度、压力、CO2含量等一系列因素控制。这些因素的改变都会使溶解度发生改变，使各类溶解物先后沉淀，而使物质在沉积阶段发生分异作用。这种主要受化学因素支配的分异作用称为化学沉积分异作用。普斯托瓦洛夫根据溶解度提出从沉积盆地边缘到盆地中心溶解物质的沉积顺序，首先是溶解度小的铝、铁、锰、硅的氧化物，继而是溶解度大一些的磷酸盐、硅酸盐

9、和碳酸盐，最后是溶液解度大的硫酸盐和卤化物。三 沉积期后的变化及其作用（一）阶段划分 划分为四个阶段：同生阶段（或海解阶段）、成岩阶段、后生阶段和退后生阶段。（二） 主要的沉积期后变化1 压实作用2 压溶作用3 胶体的陈化及重结晶作用4 交代作用5 结核的形成6 自生矿物的形成7 胶结作用第三节 沉积岩的构造和颜色沉积岩的构造是指沉积岩各个组成部分空间分布和排列方式。通过沉积岩的构造研究，可确定沉积介质的营力类型及强弱、介质的流动状态，分析沉积环境，确定地层的顶底和地层层序，对恢复古地理环境及寻找相应矿产等均有重要意义。一. 层理构造主要层理类型：水平层理：主要见于细粒岩石（泥岩、细粉砂岩、泥

10、灰岩）中。平行层理：主要见于砂岩中。波状层理：常发育于粉砂岩中。交错层理：递变层理（又称粒序层理）： 韵律层理：二. 层面构造一）顶面构造1）波痕 浪成波痕流水波痕风成波痕2）干裂二）底面构造槽模沟模块状层理： 冲刷面及侵蚀下切现象二同生变形构造重荷模球状及枕状构造包卷层理泄水构造三生物成因构造（略）四化学成因构造结核缝合线五沉积岩的颜色颜色是沉积岩最醒目的标志，它反映岩石的成分、结构和成因，并常把它作为分层、对比和推断古地理条件的重要标志之一。沉积岩颜色的成因分类：继承色：取决于碎屑物质的颜色。碎屑岩类自生色：取决于沉积和成岩阶段形成的自生矿物的颜色。粘土岩类，化学岩和部分碎屑岩类。如含Fe

11、3+页岩呈红色或黄褐色，海绿石砂岩呈绿色。前二者为原生色。次生色：在后生作用或风化作用过程中，原生色发生次生变化而形成。区别：原生色在同一层内常稳定，而次生色呈斑点状或沿裂隙等分布。次生色和自生色常由色素造成，如铁质，有机质等。常见的自生色及沉积环境：白色：一般不含色素，如质纯碳酸盐岩、石英砂岩等。灰色、黑色：常由于含有机质（炭质、沥青质）、分散状硫化铁等，表明岩石形成于还原或强还原条件下。红色、紫红色、黄褐色：由于含有铁的氧化物或氢氧化物之故，表明当时沉积介质为氧化及强氧化条件。绿色：由于含有Fe2+和Fe3+的硅酸盐矿物（海绿石、鲕绿泥石）。代表弱氧化或弱还原的介质条件。第十二章 沉积岩的

12、主要类型第一节 沉积岩的分类物源类别火山源陆 源内 源大类 火山碎屑岩陆 源 沉 积 岩 内 源 沉 积 岩碎屑岩 泥质岩蒸发岩 非蒸发岩可燃有机岩集块岩火山角砾岩凝灰岩砾岩和角砾岩砂岩粉砂岩高岭石粘土岩水云母粘土岩蒙脱石粘土岩泥 岩页 岩石膏、硬石膏石盐岩钾镁盐岩铝质岩铁质岩锰质岩磷质岩碳酸盐岩硅质岩煤油页岩第二节 碎屑岩母岩机械破碎产生的碎屑物质经搬运、沉积及压实胶结等作用而形成的岩石。一碎屑岩的一般特征 （一）碎屑岩的物质成分碎屑岩的物质成分主要由碎屑物质、化学物质和杂基三部分组成。1 碎屑物质（陆源碎屑）它是母岩机械破碎产物，可分为矿物碎屑和岩石碎屑。（1） 矿物碎屑又可分为轻矿物（密

13、度2.86）。轻矿物主要为石英、长石和云母；重矿物主要为岩浆岩中的一些副矿物和铁镁矿物等，在碎屑岩中一般很少。石英：陆源碎屑岩中最常见。在砂岩、粉砂岩中含量最高，平均达66.8%。因石英最稳定，故若砂岩中石英含量多，则说明砂岩的成分成熟度高。长石：长石在碎屑岩（砂岩、粉砂岩）中的含量仅次于石英，平均含量有11.5%。长石主要来自于花岗岩、花岗片麻岩。在碎屑岩中常见的是钾长石和酸性斜长石。由于长石是不稳定矿物，故它们若在砂岩中大量出现，则多半是在干旱气候和快速堆积条件下形成，成分成熟低。云母：多是稳定的白云母，常集中在细砂、粉砂岩的层面上。重矿物：少见，但可确定源岩。（2） 岩石碎屑 岩屑是母岩

14、直接破碎的产物，故岩屑可用来推断母岩。岩屑反映气候干旱，母岩风化不彻底，搬运近，沉积快的特征。故碎屑岩中岩屑多说明岩石成分成熟度低。岩屑多分布在0.1mm粒级的砂岩和砾岩中。2 化学物质是从溶液中（沉积、成岩阶段）呈化学沉淀的物质。这类物质在陆源碎屑岩中多以胶结物的形式存在。但也可有少量不呈胶结物而孤立存在的矿物，称自生矿物；或以交代碎屑或其它物质的形式存在。作为胶结物的化学沉淀物常见的有硅质、碳酸盐质、铁质、磷酸盐类矿物等。硅质胶结物：硅质胶结物的二氧化硅可呈各种变体出现，从非晶质的蛋白石、纤维状玉髓、微晶质石英到自形的次生加大石英，其中石英最常见。3 杂基又称基质或碎屑杂基。它们是充填于碎

15、屑颗粒之间的细粒的机械混入物，它们不是化学成因的矿物，故叫杂基。它们对碎屑也起胶结作用，因而将化学胶结物和杂基称为填隙物质或广义的胶结物。杂基主要为1mm 砾 10.1mm 砂0.10.01mm 粉砂 2mm 砾 20.05mm 砂 0.050.005mm 粉砂 2mm2) 中碎屑岩砂岩 d=20.05mm3）细碎屑岩粉砂岩 d=0.050.005mm2 命名原则1） 主要根据碎屑含量占50%以上者确定岩石基本名称。2） 次要粒径碎屑含量占2550%时，则在基本名称前加“质”表示。二粗碎屑岩砾岩、角砾岩（一） 类型划分1 根据碎屑的圆度砾岩；圆及次圆状砾石含量50%岩石。角砾岩：棱角和次棱角状

16、砾石50%的岩石。2 根据砾石的大小巨砾岩：砾石直经256mm。粗砾岩：砾石直经为64256mm。中砾岩：砾石直经为464mm。细砾岩：砾石直经为24mm。3 根据砾石成分单成分砾岩：复成分砾岩：4 根据砾岩在地层中的位置底砾岩：由常见于海侵层位底部而得名。与下伏岩层呈不整合或假整合接触。层间砾岩：位于连续沉积的地层内部。三中碎屑岩砂岩碎屑中20.05mm粒级的颗粒在50%以上的岩石。砂岩的碎屑成分主要是石英、长石和岩屑。各自含量反映成分成熟度。砂岩中的填隙物除粘土杂基外，还常有钙质、硅质、铁质等胶结物。（一） 砂岩分类1 按粒度大小分粗粒砂岩：粒径20.5mm。中粒砂岩：粒径0.50.25m

17、m。细粒砂岩：粒径0.250.05mm。2 按碎屑成分分类1） 首先根椐杂基含量划分为两类：净砂岩：杂基15%2)然后根据石英、长石、岩屑相对含量进一步划分（表28）当长石25%，岩屑 25%，且长石岩屑时，称为长石砂岩类；当岩屑25%，且岩屑长石时，称为岩屑砂岩类。（二） 砂岩常见类型1 石英砂岩：碎屑物质中50%以上为石英（包括燧石和硅质岩）碎屑，可有少数长石、岩屑等。重矿物很少。石英含量90%时，称为（纯）石英砂岩。碎屑以中细粒砂常见，磨圆度及分选性良好，反映其改造作用充分，成熟度高。石英砂岩进一步按胶结物成分可分为：铁质石英砂岩：粘土质石英砂岩：钙质石英砂岩：硅质石英砂岩：2 长石砂岩

18、：长石含量25%，石英75%，岩屑75%时称富长石砂岩。长石砂岩中长石多为正长石、微科长石、酸性斜长石，而中基性斜长石少见。岩屑较少，石英可多可少。砂粒间的填隙物为钙质、铁质及粘土质。胶结类型多为孔隙式、接触式，有时为基底式。多数情况，长石砂岩岩层为块状。碎屑粒度较粗，一般为中粗粒。3 岩屑砂岩岩屑含量25%，长石10%，石英15%，分选不好，泥砂混杂的砂岩。其进一步分类命名原则同净砂岩。杂砂岩中一般含石英较少，有不同比例的长石和岩屑，常含少量云母。富含杂基是杂砂岩的基本特征。杂砂岩常呈暗灰色、黑色，分选性、磨圆度均不好，多见于浊积岩和其它重力流沉积物中。常见递变层理和底部印模构造。典型的杂砂

19、岩常堆积在急速沉降的地槽中，常见于浊积岩或复理式建造中。四 细碎屑岩粉砂岩粒径0.050.005mm大小的碎屑含量50%的岩石。粉砂岩的性质介于砂岩与泥质岩之间，并常混有砂和粘土。第三节 泥质岩一 泥质岩的一般特征泥质岩亦称粘土岩，是粒度0.005mm主要由粘土矿物组成的岩石。（一）物质成分主要成分为粘土矿物，此外还有陆源碎屑矿物和自生矿物。（二）泥质岩的结构常见的有：泥状结构：粉砂泥状结构：生物泥状结构：鲕状或豆状结构：砾状及角砾状结构：同生碎屑（或内碎屑）被粘土质胶结而成。（三） 泥质岩的构造多为水平层理，当单层厚度1580吸收性（吸附性）：二 泥质岩的分类及其主要类型1） 通常按固结程度

20、及构造（有无页理）分：泥 未固结泥岩 固结，但无页理页岩 固结，有页理泥板岩 强固结，重结晶矿物含量50%2) 根据含粉砂（砂）含量分：粉砂（砂）含量2mm，来自于火山基底和管道的各种围岩。火山渣：火山弹：塑性岩屑：晶屑：大多2mm玻屑：多64mm 集块642mm 火山角砾20.005mm 火山灰50%）划分为集块、角砾、凝灰的命名。第五节 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和白云岩。碳酸盐岩在地壳中的分布仅次于泥质岩和砂岩，约占地表沉积岩分布面积的1/5。据统计，占我国沉积岩分布面积的55%，其中西南地区最为发育。二碳酸盐岩的物质成分

21、（一） 化学成分主要化学成分为CaO、MgO及CO2，其余氧化物还有SiO2、TiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、K2O、Na2O及H2O等。方解石理论化学成分为CaO56%，CO244%，白云石为CaO30.4%，MgO21.7%，CO247.9%。（二） 矿物成分 碳酸盐岩的矿物成分包括三类：碳酸盐矿物、自生的非碳酸盐矿物及陆源矿物。1 碳酸盐矿物碳酸盐矿物是同二价络阴离子CO32-和二价的金属阳离子Mg2+、Ca2+等结合形成无水的碳酸盐矿物。阳离子MgOFeO ZnMnCdCaSrPbBa半径矿物名 称066菱镁矿074 菱铁矿074菱锌矿080菱锰矿097菱镉矿099方解石文

22、石116碳酸锶矿124白铅矿143毒重石结晶型 方解石型 文石型 位于钙左边的元素所形成的碳酸盐矿物，是完全不完全的类质同象系列，属三方晶系方解石型；位于钙右边的属于不完全类质同象系列，属斜方晶系文石型。白云石CaMg(CO3)2由于其成分和构造特殊，单独划为三方晶系白云石型。碳酸盐岩中最常见的是方解石和白云石。2 自生的非碳酸盐矿物常见的有石膏、硬石膏、重晶石、天青石、岩盐、钾镁盐矿物等，还有少量萤石、蛋白石、玉髓、石英等。3 陆源矿物常见的有粘土矿物、碎屑矿物（常见的为石英、长石等）。三碳酸盐岩的结构碳酸盐岩可由机械作用、生物作用和化学作用形成，因而可具有不同的结构类型：（一） 由波浪和流水搬运沉积而成的灰岩、白云岩，具有类似于碎屑岩的颗粒结构（粒屑结构）。可分为：颗粒（粒屑）、泥晶基质和亮晶胶结物。颗粒：包括内碎屑、生物碎屑、鲕粒、核形石、球粒、团块等（也称义的内碎屑），它们是在沉积盆地内由化学、生物化学、生物作用和波浪、潮汐、岸流的机械作用形成，并在盆地内就地沉积或经短距离搬运而沉积的。泥晶基