陆源碎屑岩1st－－概论、陆源碎屑岩粒度结构特征

2023/2/41李刚

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“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室沉积地质研究院2023/2/42一.陆源碎屑岩结构类型

CONTENTS二.陆源碎屑岩的水动力结构（一）陆源碎屑岩物质成分（二）陆源碎屑岩结构组分三.陆源碎屑岩的成岩后生结构2023/2/43一.陆源碎屑岩结构类型

二.陆源碎屑岩的水动力结构（一）陆源碎屑岩物质成分（二）陆源碎屑岩结构组分三.陆源碎屑岩的成岩后生结构

CONTENTS2023/2/44陆源碎屑岩结构－碎屑结构2023/2/45一.陆源碎屑岩结构类型

二.陆源碎屑岩的水动力结构（一）陆源碎屑岩物质成分（二）陆源碎屑岩结构组分三.陆源碎屑岩的成岩后生结构

CONTENTS2023/2/46陆源碎屑岩物质成分2023/2/47一.陆源碎屑岩结构类型

二.陆源碎屑岩的水动力结构

（一）陆源碎屑岩物质成分

（二）陆源碎屑岩结构组分三.陆源碎屑岩的成岩后生结构

CONTENTS2023/2/48结构组分主要有：(1)陆源碎屑(fragment）：砾、砂、粉砂等含量在50％以上。(2)胶结物(cement)：充填于空隙中并对碎屑起胶结作用的的化学沉淀物。(3)杂基(matrix)：粒度<0.0315mm，与碎屑同时沉积充填于碎屑之间孔隙内的粘土和细粉砂物质。(4)孔隙(pore)：指碎屑岩中未被固体物质占据的空隙，可以是原生的，也可以是次生的。2023/2/49概述

陆源碎屑岩是指出母岩经物理风化作用(机械破碎)所形成的砟屑物脉经过机械搬运和沉积，并进一步压实和胶结而形成的沉积岩类，简称碎屑岩。

碎屑岩包含四种基本组成部分，即碎屑颗粒、杂基、胶结物和孔隙，杂基和胶结物又合称为填隙物。碎屑颗粒是碎屑岩的最主要组分，如砾岩中的砾石、砂岩中的砂，它占整个岩石组成的50％以上，并决定了岩石的基本特征。杂基也译为“基质’’，是指与砂、砾等碎屑一起由机械沉积作用沉积下来的较细粒物质，主要为粘土物质，还有细粉砂和碳酸岩灰泥等。胶结物是对碎屑颗拉起胶结作用的化学沉淀物，如碳酸盐、铁的氧化物、氢氧化物、以及氧化硅等。孔隙是指岩石中未被固体物质所占据的部分，它可以是原始沉积时就保留下来的原生孔隙，也可以为成岩后生阶段的淋滤溶解作用所形成的次生孔隙。

碎屑颗粒，杂基、胶结物和孔隙的形成方式、形成阶段是不一致的，如果深人地研究就可以得到有关岩石成因、岩石物理性质等方面很有意义的资料。碎屑颗粒、杂基和胶结物间的组合关系，反映了岩石形成时的古水体介质之流动性质和沉积环境的某些特征、以及岩石本身的一些物理性质如孔隙性、渗透率等)。2023/2/410碎屑岩水动力结构要素

粒度

分选性圆度球度形状碎屑颗粒表面特征支撑性杂基类型碎屑颗粒的定向2023/2/411粒度（Grainsize）粒级划分

>2mm…………砾

2-0.5mm………砂

0.05-0.005mm………………粉砂

<0.005mm…泥（粘土）

陆源碎屑岩分类粗碎屑岩………………砾岩和角砾岩

中碎碎屑岩…砂岩

细碎屑岩……粉砂岩ø=－log2dd－颗粒直径2023/2/4122023/2/4132023/2/4142023/2/4152023/2/4162023/2/4172023/2/4182023/2/4192023/2/4202023/2/4212023/2/4222023/2/4232023/2/424分选性（Sorting）分选性是指沉积物粒度的分选程度，即碎屑颗粒大小的均匀程度，常用分选系数S0(sorting)及标准偏差δ1(standarddeviation)来表示。若沉积物(岩)中主要粒级百分含量>75％或颗粒大小相等者称为分选好，主要粒级百分含量在50-75%者称为分选中等；没有一种粒级组分含量>50％或碎屑粒径大小悬殊者称为分选差。2023/2/425分选性还可用分选系数(S0)及标准偏差值(δ1)来确定：

S0<2．5……分选好

S02．5—4.0………………分选中等

S0>4．0……分选差

按标准偏差(d1)大小将分选程度分为六级：

分选很好………………δ1<0.35

分选好…δ10．35--0．5

分选中等………………δ1o．5--1

分选差…δ11--2

分选很差………………δ12—4

分选极差………………δ1>42023/2/426双峰态(众数)结构

双峰态(众数)结构(bimodaldistribution)由福克(Folk，1968)提出，是指同一岩石中，粒度分布特征显示由大小截然不同的两个粒度众数(粗众数、细众数)组成的结构。粗、细中间过渡的粒度很少，在粒度频率曲线上呈双峰形态而得名。双峰态结构的砂岩不仅出现在风成沙漠，海岸沙丘环境，而且也出现在河道，海滩、潮坪环境。不同的环境所受动力因素不同，归纳起来有如下几种：(1)沙漠、·海岸沙丘地区的选择性搬运作用，呈跳跃搬运的颗粒被选择性地移走，滚动搬运的颗粒和细小颗粒相对集中；(2)河道沉积物中底负载和悬浮负载两个总体的混合；(3)因风暴使高能环境中的碎屑与低能环境中的碎屑相混合；（4）来自不同物源区的碎屑相混合；(5)某些物源中缺乏中间粒级。2023/2/4272023/2/4282023/2/429圆度（Roundness）圆度指颗粒的棱和角被磨蚀圆化的程度。一般与碎屑本身的抗磨性，搬运距离及流体性质有关。用比较法将圆度分为四级：棱角状，次棱角状，次圆状，圆状(照片所示)。碎屑颗粒的圆化程度取决于碎屑的粒度，物理性质(结晶习性、解理、硬度)．介质条件及磨蚀历史。圆度好的石英砂粒可能是多次旋回搬运的结果，也可能是在特殊环境遭受强烈磨蚀产生，也可能是受到碱性介质溶蚀的结果所造成，但常有港湾状的溶蚀边。2023/2/4302023/2/431球度（Sphericity）

球度是碎屑颗粒接近球体的程度。球度和圆度不同，球度是碎屑颗粒形态在三度空间度量的特征，圆度则是碎屑颗粒形态在两度空间的特征。球度高的石榴石圆度不一定高，圆度高的云母片球度可很低。球度不同的颗粒在搬运、沉积过程中的水力学行为是不同的。球状颗粒易于滚动，因表面积最小，受阻力小而易于沉积。然而球度低的片状矿物碎屑（如云母片等)呈漂浮状，易于搬运，很难沉积。通常在搬运至远离河口的三角洲前缘地区可见大量的云母片沉积。2023/2/432形状（Shape）

碎屑颗粒的形状可有规则的及不规则的。可以是继承原生形状形成的，或者是次生形成的。继承原生形状形成的颗粒常见有等轴状(石榴石、大部分石英)，柱状、片状(云母)，不规则状，椭圆状对原生形状的观察可判断母岩的牲质。如花岗岩受破坏时，石英一般呈不规则的等轴形：结晶片岩，片麻岩中来的石英往往具拉长的外形，沉积来源的石英多半具该圆的外形。次生形状（secondaryshape)：成因可分为再生形状，溶蚀形状，变形(或破碎)形状等。碎屑除四种基本形状外还有一些特殊形状，如风棱石中的三棱石多棱石等。2023/2/4332023/2/4342023/2/435碎屑颗粒表面特征

（Surfacecharacteristic）

颗粒的表面特征包括颗粒表面的磨光及刻蚀痕两方面，有些肉眼可见，另一些则只能在双目镜下或扫描电镜下分辨。表面结构可用来指示地质营力的侵蚀，搬运作用及沉积环境。

1．光滑表面(polish)：可由缓慢的机械磨蚀作用造成(如风棱石上的磨光面)，也可由化学作用在颗粒表面上沉积一层玻璃状或釉质薄膜物形成(如沙漠漆皮，由存在于岩石中的水，经太阳能蒸发，沉积不溶的硅质、氧化铁、锰质)。

2．毛玻璃糙面(霜面)(frost)：颗粒具机械的不透明的表面。可由风蚀作用引起，也可由腐蚀性的溶解作用产生。河滩、海滩、海岸的沙丘砂和沙漠砂，·特别是后者的石英颗粒常具霜面。

3．微起伏凹凸面(microrelief)，碎屑颗粒的表面常见的微起伏凹坑或凸脊。如砾石表面具冰川擦痕、刻蚀痕、撞击痕，齿痕等。引起各种痕迹的原因可以是冰川作用，构造作用，强风暴或高速水流中夹带物相互的刻蚀作用及差异溶解作用所致。可以是机械的、也可以是化学的．2023/2/436支撑性（Supporty）

支撑性指岩石中碎屑与填隙物之间的关系。它可反映具碎屑结构的岩石，搬运、沉积过程中水动力特征。支撑性取决于颗粒与杂基的相对含量．可分为颗粒支撑和杂基支撑两类。

颗粒支撑(grainsupported)：岩石中碎屑颗粒量多，杂基少，颗粒／杂基比值大，碎屑颗粒彼此接触搭成格架，粒间为化学胶结物或杂基充填。

杂基支撑(matrixsupported)；岩石中碎屑颗粒少，杂基多，颗粒／杂基比值小，碎屑颗粒彼此不相接触，呈漂浮状分布于杂基之中。

两种支撑性对比如下：2023/2/437两种支撑性对比表2023/2/4382023/2/4392023/2/440杂基类型

（Classificationsofmatrix

）

杂基指砂岩中粒度<o．0315毫米(或>+5Ø)的非化学沉淀的机械成因物，其成分为细粉砂、泥质、及碎屑粘土。它们充填于碎屑之间，也可起粘结碎屑的作用。与碎屑同时沉积的杂基，称原杂基，经重结晶后为正杂基，它的有无及含量的多少，能反映搬运介质的流体性质，流动强度及岩石的结构成熟度。此外，砂岩中有时还可见到与碎屑非同时沉积的粘土物质、或细粉砂，泥质，如孔隙溶液中化学沉淀粘土，压碎的泥质岩屑等，称为似杂基

原杂基和似杂基区别如下表。2023/2/441原杂基与假杂基2023/2/442碎屑颗粒的定向（Orientationofgrain）

岩石中任何一个非球形颗粒都有一个方位．若在出现的所有可能方位中有许多类似的颗粒具有占优势的定向，则称优选方位。这种优选方位可由砾石，砂粒的长轴定向、长形生物碎屑(如竹节石，笔石、腹足、植物枝干等)定向、云母片定向、重矿物定向等表现出来。

颗粒定向(orientationofgrain)，包括结晶学方位的定向和量纲的定向两方面。碎屑岩中量纲定向是最重要的。若颗粒外形与其结晶轴有关，量纲定向就意味着结晶学定向。例如大多数长形石英颗粒的长轴方向与其光轴(c轴)方向一致。测定岩石中各轴不等的组构颗粒的优选方位，可确定水流方向。实际工作中量纲定向需要在定向切面（垂直层理平行水流方向的切面、平行层理的切面)中进行。2023/2/4432023/2/444两个概念成分成熟度：碎屑沉积组分在风化、搬运、沉积作用改造下接近最稳定产物的程度。（表征参数：QFR&ZTR）结构成熟度：沉积物在风化、搬运、沉积作用改造下接近终极结构的的程度。（表征参数：分选性、磨圆度、杂基含量）2023/2/445一.陆源碎屑岩结构类型

二.陆源碎屑岩的水动力结构

（一）陆源碎屑岩物质成分（二）陆源碎屑岩结构组分三.陆源碎屑岩的成岩后生结构

CONTENTS2023/2/446

碎屑岩的成岩后生结构主要是通过压实作用、压溶作用、胶结作用，交代作用、溶解作用及重结晶作用等来完成的。按成因可分为机械成岩后生结构及化学成岩后生结构。

2023/2/447（一）机械成岩后生结构（A.压实组构;B.压溶组构）1.压实组构特征

(1).漂浮状颗粒(floatinggrains)：颗粒呈分散状互不接触，颗粒之间是胶结物或是杂基；也有可能原始沉积颗粒之间本是点、线接触，切片时因切面很少通过接触点，所以看起来呈游离状。

(2).点接触：颗粒之间以角顶或部分边缘相接，呈支架状排列，接触长度小于颗粒周长的2／3。2023/2/448(3).线接触(1inearcontact)：颗粒周长的2／3以上与其它颗粒接触。按接触线是否弯曲又可分平直接触(颗粒间接触线平直)、凹凸接触(颗粒间接触线呈孤形，一颗粒压入另一颗粒中)。

（4）.缝合接触(suturalcontact)：颗粒互相嵌合，嵌合线可弯曲也可呈锯齿缝合状，颗粒之间几乎无孔隙。

2023/2/4492023/2/4502023/2/451

2.压溶组构(pressuresolutionfabric)特征

随着压力的增大(静压力或动压力)，温度增高，在颗粒接触点上承受较高的有效压力，增大了溶解度，使石英碎屑在颗粒接触点处首先溶解。压溶作用的结果，使颗粒原始形状发生变化。压溶作用与胶结作用发生的同时，颗粒的原始轮廓变得不清晰，最后颗粒间呈凹凸的边界，甚至缝合接触。

2023/2/452（二）.化学成岩后生结构

1.胶结物的结构(textureofcement)

指胶结物的结晶程度、晶粒的相对大小、绝对大小、分布的均一性以及胶结物本身的组构特征。可分为：

（1）非晶质胶结(amorphous·．cement)：胶结物未结晶或为胶体，常有蛋白石，铁质。它们大都为原生胶结。

（2）隐晶质胶结(aphaniticcement)，正交偏光下显光性，晶粒<0．001毫米。如玉髓、隐晶磷酸盐矿物。常是同生期产物。

(3)微晶胶结(microliticcement)：结晶颗粒细小，表面脏，晶粒0.0l一0.001毫米。如微晶、泥晶白云石、方解石,常是同生期产物。

2023/2/453(4)结晶粒状胶结(Crystallinegranularcement)：胶结物呈结晶粒状。根据其晶粒大小可细分为：粉晶(0.05—0.01毫米)，细晶(0.25—0.05毫米)，中晶(0.5—0.25毫米)，粗晶(4—0.5毫米)，巨晶(>4毫米)。构成这种结构的胶结物常有方解石，白云石，为成岩期、后生期，表生成岩期产物。

(5)丛生及栉壳胶结(drusycementsandcombshapedrimcement)：胶结物成纤维状，垂直于碎屑表面生长，称丛生胶结,当胶结物呈较粗的柱状矿物，垂直碎屑表面生长时，则称栉壳胶结。构成这种结构的胶结物常见有硅质、磷质、方解石、文石。一般是早期成岩胶结结构。2023/2/454(6)薄膜带状胶结(zoningfilmcement)：胶结物围绕碎屑颗粒呈薄膜状，切面上呈带状。此种胶结物常见有磷酸盐，粘土矿物。晶体细小，紧靠碎屑。通常是早期成岩胶结物所具有的结构特征。

(7)连生胶结(connectingcement)：胶结物在相当大的范围内光性一致，呈一个晶体。其中嵌着两个以上的光性方位不一致。碎屑颗粒，连生胶结结构是胶结物经重结晶作用’形成，一般是典型的后生阶段产物，但在表生成岩环境也可见到。构成此种结构的胶结物常为碳酸盐(如方解石)、硫酸盐(如硬石膏、重晶石)。

(8)串珠状胶结(Paternostercement)：结晶良好的细粒晶体围绕碎屑颗粒或孔隙的边缘生长，排列戍串珠状(例如，菱铁矿、黄铁矿)。它们和薄膜带状及丛生胶结一样，形成于早期成岩阶段。2023/2/455

(9)再生胶结(regeneratedcement)：胶结物重结晶围绕矿物碎屑颗粒边缘按原碎屑的光性方位生长，成为碎屑的次生加大部分。两者成分相同，通常光性一致，正交偏光镜下同时消光，同时干涉，似一个颗粒。单偏光下可借碎屑边缘铁泥质细线与其次生加大部分分开。常见有石英较结物围绕石英碎屑次生加大及长石次生加大，偶见电气石次生加大．见于成岩期至后生期。

再生胶结可进一步按成岩后生强度由弱到强分为三种类型：A、B、C。

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A．碎屑颗粒经次生加大后，具规则的结晶轮廓存在，仍留有粒间孔或被其它矿物充填。B．次生加大边充填粒间孔内的所有空隙，颗粒呈镶嵌结构。

次生加大石英可用阴极发光技术加以区别因为碎屑和加大部分形成环境不同，所含微量元素不同，故发光性质不同，发光性质与石英晶体内所含痕量元素的种类和数量有关，较高温度的变种中进入晶体构造中的痕量元素种类较多，且量也较大而次生加大石英往往缺乏包体和痕量元素，与低温有关，在阴极发光技术下则呈现出不同的颜色。

C．砂岩经次生加大后，颗粒间接触面呈锯齿状轮廓，每一个颗粒的齿部深深插入相邻颗粒内，砂岩具石英岩状结构。此种结构出现于压溶，物质再分配，重结晶次生加大的岩石中。2023/2/457

2.胶结类型

(1)基底式胶结(basece~mentation)：填隙物含量较多(>30％，<50％)，颗粒含量较少，颗粒不相接触，在填隙物中呈悬浮状。往往是颗粒和填隙物同时沉积，常代表密度较大快速沉积的特征。此种结构形成于同生期。2023/2/458(2)孔隙式胶结(Pore—fillingcementation)：碎屑颗粒紧密接触；胶结物含量少(一般8％+15％)颗粒支撑。胶结物充填在粒间孔隙内，多半为成岩期的化学沉淀物质，也有后生期的。2023/2/459(3)接触式胶结(contactcementation)

胶结物量很少，只在颗粒接触处才有胶结物。它是在干旱气候带的砂层中由于毛细管作用，溶液沿颗粒接触点细缝流动沉淀而成，或原生胶结物在近地表处，经天水淋蚀而成。2023/2/460(4)镶嵌胶结(mosaiccementation)：在成岩期的压固作用下，特别是压溶作用明显时，碎屑颗粒更加紧密接触。颗粒之间成凹凸及缝合状接触。薄片下很难区分出胶结物。这是成岩晚期及后生期所形成的。2023/2/461(5)溶蚀胶结(Solutioncementation)：胶结物溶蚀并交代碎屑颗粒使碎屑边缘呈港湾状。交代溶蚀与组成碎屑物的元素活泼性有关，与介质的pH，Eh有关。常见铁质，粘土质、钙质溶蚀交代石英碎屑，方解石溶蚀交代长石。

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凝块胶结：在同一岩石中如同时存在两种或两种以上胶结物的结构和胶结类型时，采用复合命名法，主要的放在后面，次要的放在前面。如连生基底胶结，再生孔隙胶结等。胶结物分布不均匀，称凝块胶结。

胶结类型中，以基底胶结，孔隙胶结，接触胶结为基本胶结类型，可称原生胶结，其余的属次生