钻井工地质基础课件

地质基础1一、组成地壳的矿物

矿物——是通过地质作用自然形成的具有一定化学成分和物理特性的单质或化合物。（1）多数矿物是化合物；如石英（SiO2）、方解石（CaCO3）等矿物。少数由单质构成，例如自然金（An）和金刚石（C）等矿物；（2）目前已发现矿物5000多种，常见矿物几十种，而最常见的矿物约20多种；（3）多数矿物呈固态，少数呈液态（汞、水）和气态，有机矿物几十种（琥珀、石油等）；（4）固态矿物分结晶和非结晶矿物（5）人工合成的矿物称“人造矿物”，如人造金刚石、人造水晶等。石英7橄榄石金刚石10矿物物理性质形状颜色：对白光中不同波长光波吸收的结果，为吸收光的补色

条痕色：矿物粉末的颜色

透明度：透过可见光的能力

光泽：矿物表面的总光量

硬度：抵抗外来机械力（刻划、压入、研磨）的能力

解理：矿物在外力作用下严格沿着一定的结晶方向破裂，并裂成光滑平面的性质

比重：

磁性：

矿物分类自然元素矿物：

如金，金刚石、石墨、硫磺，还有铜、银、汞等卤化物矿物：如石盐、钾盐、萤石等硫化物矿物：如黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉钼矿、雄黄等氧化物和氢氧化物矿物：如赤铁矿、磁铁矿、铬铁矿、锡石、铝土矿、软锰矿、硬锰矿、石英等。含氧酸盐矿物：最重要的是下面三种：

硫酸盐矿物：有石膏、芒硝、重晶石等

碳酸盐矿物：如方解石、孔雀石

硅酸盐矿物：分布最广、含量最多,目前已发现800多种，是各种岩石的主要组成矿物。橄榄石(Mg,Fe)2[SiO4](Olivine)常为粒状集合体，浅黄绿色至橄榄绿色，随含铁量的增加而颜色加深，玻璃光泽，硬度6～7,解理不完全。常见的矿物辉石

单晶体为短柱状，横切面呈近八边形，集合体为粒状，黑绿色或黑色，玻璃光泽，硬度5.5~6.0，平行主轴方向的两组解理交角87°。角闪石普通角闪石长柱状，横切面呈六边形，常以针状出现，绿黑色或黑色，玻璃光泽，硬度5~6，有平行柱体方向的两组中等至完全解理，两组解理的交角为56°。黑云母钾长石分为透长石，正长石，微斜长石，歪长石等等。其中正长石微柱状，板柱状，肉红色，玻璃光泽，硬度为6，常见卡氏双晶。斜长石晶形呈柱状、厚板状，常为粒状或块状；颜色多呈灰白色，有时微带浅棕、浅蓝及浅红色；硬度6－6.5；相对密度2.61－2.76；玻璃光泽；两组解理。也可用作陶瓷原料。单晶，晶簇，无色透明，玻璃光泽，硬度3,解理好,菱面体，完全解理，易沿解理面分裂为菱面体。遇盐酸强烈起泡。无色透明的称为冰洲石，可作为光学材料。方解石CaCO3单晶为立方体，晶面上常有平行的细条纹。多为块状集合体，浅黄铜色，条痕为绿黑色，金属光泽，性脆，断口参差状。黄铁矿FeS2组成地壳的岩石岩石——是由矿物按照一定规律组合起来的集合体。

地壳是由各种不同的岩石组成，按照岩石的形成原因不同分为：岩浆岩、沉积岩、变质岩。岩浆作用：指岩浆的形成、活动以及冷凝的全部过程。岩浆作用形成的岩石叫岩浆岩岩浆岩岩浆作用的方式有两种：1、喷出作用（火山作用)形成喷出岩：玄武岩，流纹岩

2、侵入作用。深部岩浆向上运动，侵入到周围岩石而未到达地表便冷凝，结晶形成岩石的作用。如花岗岩、闪长岩等

岩浆岩的分类SiO2超基性岩基性岩中性岩酸性岩<45%45%-52%53%-65%>65%主要矿物橄榄石辉石角闪石钙长石、辉石角闪石中长石碱性长石石英钾长石钠长石黑云母角闪石、黑云母色率>7875-3535-20<20喷出岩岩流、岩被、斑状或隐晶质结构，气孔、杏仁、流纹构造科马提岩玄武岩安山岩粗面岩流纹岩浅成岩斑状、细粒或隐晶质结构少见辉绿岩闪长玢岩正长斑岩花岗斑岩深成岩全晶质、粗粒或似斑状结构橄榄岩辉石岩辉长岩闪长岩正长岩花岗岩常见岩浆岩为中性深成侵入岩。多为灰白色灰绿色、肉红色常为中粒等粒结构，块状构造。主要矿物为斜长石、角闪石，次要矿物为辉石、黑云母、石英、钾长石。为酸性深成侵入岩。肉红色、灰白色、白色，等粒结构或似斑状结构，块状构造。主要矿物为石英、钾长石、斜长石，次要矿物为黑云母、角闪石。为酸性浅成侵入岩。具斑状结构，斑晶为长石、石英。块状构造。颜色及矿物成分与花岗岩相似。为酸性喷出岩。灰白色、粉红色，斑状结构、隐晶质结构，常具流纹构造或拉长的气孔状构造。矿物成分与花岗岩相似。①花岗岩②花岗斑岩③流纹岩④闪长岩⑧橄榄岩为超基性深成侵入岩。多呈绿色、暗绿色、黑色等，粒状结构、块状构造。主要由橄榄石、辉石组成。新鲜者少见，大多发生次生蚀变。为基性深成侵入岩黑色、灰色或深灰色，粒状结构、块状构造。主要矿物为斜长石、辉石，次要矿物为橄榄石、角闪石、黑云母等。为基性喷出岩。黑色、灰黑色，变化后呈暗红色、暗绿色。斑状结构或隐晶质结构，常具气孔状构造或气孔被其它矿物充填形成杏仁状构造。主要矿物为斜长石、辉石、橄榄石。为中性喷出岩。红褐色、浅褐色或灰绿色。斑状结构，块状或气孔状、杏仁状构造。主要矿物为斜长石、辉石角闪石、黑云母。⑤安山岩⑥辉长岩⑦玄武岩沉积岩是组成岩石圈的三大类岩石之一，在地壳表层分布最广，约占陆地面积的75%，海底也几乎全部为沉积物覆盖。沉积岩中蕴藏着丰富的矿产，据统计，沉积矿产和沉积变质矿产约占世界矿产总储量的80%，可燃矿产几乎全属沉积成因，石油和天然气不仅生成于沉积岩中，而且大部分储存于沉积岩中。四、沉积岩母岩风化产物+火山物质+有机物质等↓沉积岩的原始物质成分↓搬运作用→沉积作用→成岩作用↓沉积岩沉积岩

——是在地壳表层条件下，由母岩的风化产物、火山物质、有机物质等沉积岩的原始物质成分，经过搬运作用、沉积作用及成岩作用而形成的一类岩石。沉积岩的分类沉积岩的分类，通常是根据岩石的主要物质成因、成分和结构，将沉积岩分为碎屑岩、化学岩和生物岩三大类型。沉积岩的鉴定识别通常通过：颜色成分结构构造沉积岩的颜色：沉积岩具有各种各样的颜色。根据颜色可以分析岩石成分和沉积时的古地理环境，是沉积岩命名的根据之一。沉积岩含有机质与黄铁矿时，颜色暗，为灰色、深灰色、黑色，是在还原环境下形成；岩石中含有少量的Fe203，就会呈现红色，是氧化环境下产物；含有少量的FeO，就会呈现绿色，是弱氧化—还原环境产物沉积岩的结构

指构成沉积岩的结构组分本身的特点以及它们之间相互关系所表现出来的岩石特征。碎屑结构：碎屑物质沉积后被胶结成岩的结构，包括颗粒、基质两部分。为砾岩、砂岩所特有。泥状结构：由粘土构成。晶粒结构：直接沉淀的晶粒或重结晶的岩石。在石灰岩、白云岩、硅质岩中发育。生物结构：直接由生物遗体构成。生物灰岩、硅质岩中出现。沉积岩的构造——是指岩石各组成部分的空间分布和排列方式。1.层理构造——是由沉积物的成分、颜色、结构沿垂直于沉积物表面（层面）方向变化而显示出来的一种层状构造。a.水平层理——由一系列与层面平行的细层组成的层理。一般形成于平静的或微弱流动的水环境中。b.斜层理——由一系列与层面斜交的细层组成的层理。一般是在单向水流（或风）的作用下形成的，常见于河床沉积物中。c.交错层理——有些斜层理与原先生成的斜层理呈一定角度相交，相互交错而形成的。粒序层理：-----又叫递变层理，无明显的细层界线，表现为粒度的变化，即由下至上粒度由粗到细逐渐递变。它是浊流的沉积特征。递变层理的两种基本类型2.层面构造——是指沉积物表面上由于流水、风、生物活动、阳光暴晒等作用所留下的痕迹。波痕—指由于风、水流或波浪等介质的运动，在非粘性沉积物（主要是松散砂）表面形成的一种波状起伏的层面构造，也称为波纹或沙纹。泥裂——是未固结的沉积物露出水面干涸时，经脱水收缩干裂而形成的裂缝。c.雨痕、雹痕颗粒胶结物孔隙

碎屑岩碎屑沉积物经压实、胶结形成的岩石。按粒度分为砾岩、砂岩、粉砂岩。胶结类型：基底胶结:碎屑互不接触，均匀分布于胶结基底之上。孔隙胶结:碎屑相互接触，胶结物充填于颗粒间孔隙。接触胶结:相互接触，胶结物仅粘着于颗粒接触点上。胶结类型（a）基底胶结；（b）孔隙胶结；（c）接触胶结；（a）（b）（c）胶结物：碎屑颗粒沉积以后，以化学沉淀方式从胶体或真溶液中沉淀出来，充填在碎屑颗粒之间的各种自生矿物。常见胶结物：硅质、铁质、钙质和泥质胶结类型与胶结物不同，岩石硬度不同孔隙式胶结最强，基底式次之、接触式弱硅质胶结最硬、铁质次之、钙质再次之、泥质胶结最弱（1）砾岩：碎屑岩中砾石（粒度＞1mm）的含量大于50％者叫砾岩。砾石呈磨圆状——砾岩砾石呈棱角状——角砾岩砾石多为岩石碎屑，胶结物多为泥沙砂岩主要由粒度为1～0.1mm的陆源碎屑颗粒（含量大于50%）组成的碎屑岩。2）砂岩成分：复杂碎屑颗粒：石英最多，长石、岩屑次之。重矿物少杂基：粘土、碳酸盐泥、细粉砂，含量变化大胶结物：硅质、钙质、铁质多见构造：各种层理、波痕、生物成因构造分布：分布广泛，约占沉积岩总量的1／3左右。意义：建材、矿床、储油层及储水层。世界上约有50%的油田为砂岩储层。新汶马头崖徐庄组交错层理的石细粒石英砂岩粉砂岩主要由0.1～0.01mm粒级（含量大于50%）的碎屑颗粒组成。1.粉砂成分：石英为主，长石、白云母较少，岩屑极少，2.结构：分选性较好，磨圆性较差、多为泥质胶结与钙质胶结3.构造水平层理及波状层理、小型交错层理4.成因较长距离搬运，在稳定的水动力条件下较缓慢沉降主要由粒度<0.01mm的细颗粒组成，含大量粘土矿物(高岭石、蒙脱石、水云母等)的疏松或固结的岩石，又称为泥质岩。分布最广，约占沉积岩总量的45％以上。粘土岩成分：比较复杂，主要是粘土矿物，此外混入粉砂（石英、长石、云母）、氧化铁、有机质。结构：包括泥质结构、胶状结构、豆状结构、鲕状结构等。构造：常见水平层理，厚度小于1cm者称页理或页状层理

。也见波痕、泥裂、晶痕、痕迹化石、。颜色：多样，取决于粘土矿物成分和混入的杂质。可大致判断粘土岩的物质成分及形成环境。（1）泥岩

一种成分较复杂、页理不发育的粘土岩，它是弱固结的粘土经压固、脱水、微弱的重结晶等作用形成的。（2）页岩一种成分较复杂、具有页状层理的粘土岩，它是由弱固结的粘土经较强的压固、脱水和重结晶等作用形成的。（3）油页岩是一种含一定数量干酪根(＞10%)的页岩。颜色有淡黄、黄褐、暗棕、黑色等。页理发育，比普通页岩轻，烧之有沥青味。常与生油岩系或含煤岩系共生。粘土岩的常见岩石类型：炭质页岩与黑色页岩油页岩碳酸盐岩：主要由方解石和白云石等碳酸盐矿物（含量大于50%）组成的沉积岩。竹叶状砾屑灰岩按方解石和白云石含量分类：灰岩：方解石>50%白云岩：白云石>50%生物灰岩鲕粒灰岩白云岩主要由白云石组成（＞50％），常含方解石、粘土混入物。变质作用——地壳中已经形成的岩石在基本上处于固体状态下，受到温度、压力及化学活动性流体的作用，发生矿物成分，化学成分，岩石结构和构造变化的地质作用。变质作用形成的岩石变质岩三、变质岩片麻岩、大理岩、石英岩变质作用类型及代表岩石根据变质因素和地质条件的不同分为四种类型：1.接触变质作用——岩浆侵入与围岩接触的地带，由于温度增高和气水热液与围岩发生的作用。泥质岩斑点板岩、角岩石灰岩大理岩石英砂岩石英岩

——构造运动使岩石产生破碎、变形、重结晶的一种变质作用。主要出现在断裂带附近，常形成特有的构造岩、碎裂岩、角砾岩、和糜棱岩等。2.动力变质作用（破裂变质作用）

——是在广大范围内发生，并由温度、压力以及化学活动性流体等多种因素引起的变质作用。区域变质作用影响范围可达数千至数万平方公里，影响深度可达20KM以上，常与强烈的构造运动有关，与一定区域范围内的构造变形、岩浆活动等同时出现。往往表现出一定的带状分布。3.区域变质作用变质带变质因素变质作用变质岩浅变质带（低级变质）温度、静压力不太高定向压力强岩石破碎重结晶板岩、千枝岩、片岩、石英岩中变质带（中级变质）温度、定向压力较强、化学活动性流体较强静压力不很强重结晶显著片岩、大理岩、片麻岩深变质带（高级变质）温度、静压力很高定向压力不一定很强重结晶极为完好片麻岩、麻粒岩、榴辉岩区域变质作用带状分布

——区域变质作用进一步发展，变质作用向岩浆作用过渡的一种超深变质作用。其最主要特征是，原岩局部或部分重熔的熔体物质与尚未重熔的固态物质发生互相交插与混合。4.混合岩化作用（超深变质作用）混合岩化的成因机理：一种观点认为：在区域变质作用过程中，当温度升至700ºC左右时，岩石中的石英、长石等低熔点的矿物熔融形成长英质流体，从而产生混合岩化。另一种观点认为：混合岩是由于深部上升的含水较多、且富含钾、钠、硅组分的稀薄熔浆和围岩经过交代作用形成的。常见的区域变质岩：（1）板岩泥岩变质而成，是浅变质带区域变质作用的产物，板状构造，击之有清脆响声，性脆。可见绢云母化。（2）千枚岩

浅变质作用，由页岩、长石砂岩、酸性喷出岩变质而成，千枚状构造，基本重结晶，丝绢光泽，细粒鳞片变晶结构。矿物由绢云母、绿泥石、石英。72千枚岩（3）片岩由泥岩、酸性喷出岩变质而成；中变质区域变质作用产物，全部重结晶，片状构造，片柱状矿物>30%，粒状矿物长石<25%，石英为主。鳞片变晶结构和斑状变晶结构。云母片岩滑石片岩和蛇纹石片岩（4）片麻岩类

深变质带产物，其特点是：具有鳞片粒状变晶结构，片麻状构造或条带状构造。主要由长石、石英、黑云母、角闪石或辉石等构成。麻粒岩大别山麻粒岩（5）麻粒岩类

高级变质作用产物，以斜长石、紫苏辉石为主，有时含少量石英、石榴石，粒状变晶结构、块状构造。（6）大理岩类白色、灰白色或各种彩色。主要由方解石、白云石（>50%）重结晶所组成，具粒状变晶结构，块状或条带状构造。碳酸盐岩变质而成。77云南大理点苍山-云石北京故宫汉白玉78（7）石英岩类白色、灰白色，粒状变晶结构，块状构造。由硅质成分的原岩（石英砂岩、硅质岩）经变质作用重结晶形成。石英含量>85%。79——某一地质时代形成的岩层或岩石组合，包括沉积岩、岩浆岩和变质岩。地层有新有老，具有形成时间的概念。地层就象一页页记录地质历史的史册，其岩石特征和其中含有的化石就象书页中记载的文字，描绘了地质历史的沧桑变迁。地层奥陶系亮甲山组厚层灰岩一、地质时代及地质年代表1、地质时代：各地层形成的时间和顺序；2、相对地质时代：岩层形成的相对新老关系或先后顺序3、绝对地质时代：各时代地层距今的时间及整个地质时代的年龄。1、地层层序律：地层形成时的原始产状一般为水平的或近水平的，并且老地层先形成、位于下面，新地层依次层层叠覆，越往上，地层越新，这种地层叠置关系即为——地层层序律。只能确定同一地区叠置在一起的地层的新老关系。对比不同地区的地层？——生物化石。相对地质时代的确定方法A-原始水平地层B-倾斜地层C-倒转地层1、2、3、4、5示地层有老到新2.化石层序律：地质历史上的生物称为古生物；保存在地层中的古生物的遗体或遗迹——化石。

不同时代的地层含有不同的古生物化石组合，相同地质时代的地层中具有相同或相似的古生物化石组合；结构愈简单，地层时代越老，反之，地层时代越新——化石层序律。可以确定地层的先后顺序以及形成的大致年代。生物进化的总体趋势结构构造：简单——复杂生物类型：低等到高等生活环境：海洋——陆地、空中前寒武纪

↓古生代（寒武纪→奥陶纪→志留纪→泥盆纪→石炭纪→二叠纪）↓中生代（三叠纪→侏罗纪→白垩纪）↓新生代（古近纪→新近纪→第四纪）三叶虫笔石鱼类蜓哺乳动物、鸟类和被子植物菊石、爬行动物（恐龙）、裸子植物造煤期厥类植物无脊椎动物繁盛两栖动物3、地质体之间的相互切割律：——较新的地质体总是切割或穿插较老的地质体，即切割者新、被切割者老。4.地质年代单位地质学家和古生物学家在地层研究和古生物化石研究的基础上，根据生物演化的阶段性、不可逆性和统一性，把地质年代划分为宙、代、纪、世、期、时等若干时间单位。其中“宙、代、纪、世”是国际性的时间单位，“期”是大区域性的时间单位，“时”是一个地方性的时间单位。地球和地壳在整个发展进程中，生物界的演化及无机界的演化均表现出明显的自然阶段性。以地球演化的这种自然阶段性为依据，对漫长的地质历史进行了系统性的编年与划分，编制出一个在全球范围内能普遍参照对比的年代表，即地质年代表。地质年代表新近纪（系）N古近纪（系）E1.年代地层单位—特定的地质时间间隔内形成的岩层体，其顶底界面为等时面。

宙——————宇

代——————界纪——————系世——————统期——————阶时——————时间带

地质年代单位年代地层单位二、地层单位2、区域性的或地方性的岩石地层单位岩石地层单位是由岩性、岩相或变质程度均一的岩石构成的三度空间岩层体。其建立在岩石特征在纵、横两个方向具体延伸的基础之上，而不考虑其年龄。（1）群--地方性最大的地层单位，由两个或两个以上经常伴生在一起而又具有某些统一的岩石学特点的组联合构成。（2）组--地方性最基本的地层单位，具有岩性、岩相和变质程度的一致性的岩层；或者由一种岩石构