第十五章 其它沉积岩及矿产

第十五章其它沉积岩及矿产•第一节其它沉积岩•第二节煤及其形成演化•第三节油页岩本章重点１、蒸发岩，硅岩，铁、锰、铝、磷、铜沉积岩，煤及煤系，油页岩的基本概念第一节其它沉积岩•一、蒸发岩蒸发岩（盐岩）：海盆或湖盆水体遭受蒸发，其盐分逐渐浓缩以至发生沉淀，这样形成的化学成困的岩石叫做“蒸发岩”。它包括氯化物岩、碘酸盐岩、硫酸盐岩、碳酸盐岩和硼酸盐岩等。•（一）蒸发矿物及其形成１、蒸发矿物蒸发岩的主要矿物成分是钾、钠、钙、镁的氯化物、硫酸岩、碳酸岩，其中尤以石膏（CaSO4·2H2O）、硬石膏（CaSO4）和石盐（NaCl）最重要。•氯化物类：石盐（NaCl）、钾石盐（KCl）、水氯镁石MgCl2·6H2O）、光卤石（KC1·MgCl2·6H2O）。•硫酸盐类：硬石膏（CaSO4）、石膏（CaSO4·2H2O）、无水芒硝（Na2SO4）、芒硝（Na2SO4·10H2O）、泻利盐（MgSO4·7H2O）。•氯化物和硫酸盐的复盐类：钾盐镁矾（KC1·MgSO4·3H2O）、钙芒硝（Na2SO4·CaSO4）、杂卤石（CaSO4·K2SO4·MgSO4·2H2O）、无水钾镁矾（K2SO4·2MgSO4）、白钠镁矾（MgSO4·Na2SO4·4H2O）和软钾镁矾（K2SO4·MgSO4·6H2O）。•碳酸盐类：水碱即苏打（Na2CO3·10H2O）、天然碱（Na2CO3·NaHCO3·2H2O）。•硝酸盐类：钾硝石（KNO3）和智利硝石（NaNO3）。•硼酸盐类：硼砂（Na2B4O7·10H20）、钠硼解石（NaCaB5O9·8H2O）、硬硼钙石（Ca2B6O11·15H2O）和柱硼镁石（MgB2O4·3H2O）。２、蒸发岩矿物的形成•海水蒸发矿物的结晶顺序：六个阶段1)碳酸盐—石膏阶段：海水盐度稍高方解石→石膏2)石盐沉积阶段：海水盐度达26%石盐3)硫酸钠、镁盐阶段：海水盐度31～32%泻利盐4)钾、镁盐沉积阶段：海水盐度33～34%钾石盐5)光卤石沉积阶段：海水盐度35%光卤石6)水氯镁石沉积阶段：海水盐度35%水氯镁石析出形态成岩作用产物水氯镁石带水氯镁石、共结硼酸盐、光卤石、六水泻盐-四水化物、石盐、石膏、碱式碳酸岩方棚石、硫酸镁、菱镁矿、硬石膏光卤石带光卤石、六水泻盐（和其他水化物至四水化物）石盐、石膏（杂卤石）、碱式碳酸镁硫镁矾（钾盐镁矾）、硬石膏、菱镁矿钾石盐带钾石盐、六水泻盐、（泻利盐）、杂卤石、石盐、碱式碳酸镁钾盐镁矾、无水钾镁矾、硫镁矾、菱镁矿硫酸钠、镁岩带泻利盐（六水泻盐）、（白钠镁矾）、（杂卤石）、石盐、石膏、碱式碳酸镁硫镁矾、硬石膏、菱镁矿石盐带石盐、石膏、方解石、碱式碳酸镁硬石膏、白云石、菱镁矿碳酸岩-石膏带石膏、方解石（文石）硬石膏、白云石方解石、海洋蒸发岩各个沉积带中的矿物组合，蒸发矿物及其伴生的稳定矿物•（二）蒸发岩的结构和构造•常见到的是一些次生结构，主要有斑状变晶结构、粒状变晶结构、纤维状结构、柱状结构、放射状结构。其次还有经过机械搬运的碎屑结构、应力作用而成的矿物塑往变形等。•蒸发岩的构造常见的有：均匀块状构造、层理构造、条带状构造、角砾状构造、变形构造。此外还常见不均匀构造。•（三）蒸发岩主要的岩石类型•1、石膏和硬石膏岩单矿物的硬石膏岩、石育岩广泛的产于蒸发岩层系中。有各种颜色，如白、灰、淡黄、淡绿、红及黑色和淡蓝色。常以层状、透镜状产出。硬石膏岩和石膏常见的混人物有粘土、氧化铁、砂质、碳酸盐（白云石）、石盐、天青石、黄铁矿和各种的硅质矿物，可以和碳酸盐岩、石盐岩等呈过渡型岩类。•2、石岩盐或岩盐盐岩主要矿物为石盐并含少量其他盐类矿物。岩盐非常纯净时无色，当含有混入物或液体等包体时而呈黑色、灰色、褐色、红色、白色等。常见的混入物有白云母、黄铁矿、赤铁矿、粘土质、有机质等。岩盐呈层状、条带伏、不规则透镜状及各种形式的盐丘产出。石盐岩在蒸发岩系中常位于石膏和硬石膏岩的上部。也产于含有红色页岩的其他沉积岩中及砂岩、碳酸盐岩中。•3、钾镁质岩盐根据成分分以下几种岩石类型：1）钾石盐岩：钾石盐（15一40%）、石盐（25一60%）以及少量的硬石膏、粘土矿物和其它矿物，岩层厚度不大，常和石盐、粘土质、石膏间互成层，层理清楚。2）光卤石岩：由光卤石（40一80%）和石盐（18一50%）少量硬石膏、粘土矿物等，与钾石盐、钾盐镁矾等共生。3）钾盐镁矾矿：主要由钾盐镁矾（40一70%）、石盐（30一50%）及杂卤石组成，可见硬石膏。4）硬盐岩：钾石盐与硬石膏，硫镁矾或者杂卤石的结合称为硬盐，他们是成岩—后生变化形成的。•（四）蒸发岩的成因环境及与油气关系–砂坝说（1877）–多级海盆说（1915～1955）–回流说（1947～1965）–潮上盐沼说或“萨巴哈说”（1955～1971）–深水蒸发岩沉积说（1855～1970）–干化盆地说（1972）–大陆说或沙漠说–风成说•1.砂坝成盐说–解释巨厚盐类沉积奥克谢尼厄斯（Ochsenius，1877））•认为盐类矿物在与广海隔离的泻湖或海湾中蒸发形成–处于海湾或泻湖与广海之间的砂坝»使海湾或泻湖水体不断蒸发而浓缩»同时又让海水从其顶部不断流入补给–导致各种盐类按溶解度大小先后发生沉淀–构造隆起、生物礁和火山堤等也可起屏障作用•蒸发系列：方解石→石膏→石盐→…→水氯镁石砂坝成盐说的成盐过程（转引自袁见齐1977，略有修改）1—砂洲及海湾；2—盐湾中有碳酸盐及石膏沉积；3—进一步蒸发有石盐沉积，上有母液；4—海水渗入，母液淡化，在石盐上又有硬石膏沉积；5—砂坝出露海面，盐湾变为泻湖，逐渐沉积硫镁钒、光卤石等钾盐矿物，其上被盐泥层覆盖•2.多级盆地说（1915～1955）–解释单成分蒸发岩的形成•由于海底起伏不平或由于几个构造隆起而形成不同深度的沿岸多级盆地，沿由海向陆方向，盆地中卤水浓度依次增加→在每个盆地中只能形成一种蒸发矿物。•3.回（返）流假说（1947～1965）–解释巨厚的石膏沉积•海水通过海峡表面注入盆地，补偿由蒸发而消耗的水，盆地中产生的重盐水在较轻的海水之下返流入海，使盆地的水体保持较低的浓度状态，经蒸发浓缩形成巨厚的石膏沉积。•4.潮上盐沼或“萨巴哈”假说（1955～1971）–解释浅水或大气下蒸发岩沉积，常与碳酸盐岩共生•（1）潮上带地区，涨潮时所带的海水残留于潮上带洼地，经蒸发浓缩而成。•（2）潮上带地区，由于沉积物粒度细，海水通过毛细管作用补充蒸发的消耗。–特征»石膏、石盐为主»暴露成因标志»层理、鸡雏构造•5.深水蒸发岩沉积说——深盆地说（1855～1970）–干旱气候条件下，蒸发作用使表层海水浓缩形成的重卤水下沉，在闭塞的海盆地深处聚集起来，最终可形成盐类沉积。•特征–蒸发岩层系中有纹层，常见静水黑色页岩夹层•6.干化/干缩深盆地说（许靖华，1972）–解释地中海蒸发岩的形成•封闭的深盆地–蒸发→干涸→浅水蒸发岩–海水注入→深盆地沉积•特征–浅水蒸发岩与深水暗色泥页岩共生。–平面上呈牛眼式分布»边缘→中心：碳酸盐→硫酸盐→石盐→钾盐交替７.大陆说/沙漠说•解释成分单纯而规模较小的蒸发岩或蒸发矿床•离海较远的内陆湖泊在干旱的气候下，发生强烈的蒸发作用，使湖水逐渐转变成咸水湖，并依次沉淀形成蒸发岩。–内陆湖泊的盐类物质来源»母岩风化»盐类再溶解»火山喷发»深层卤水•８.风成说–风把溶解有盐类物质的海水泡沫搬运到陆地，泡沫經蒸发后产生的盐类小晶体经风搬运到湖盆，最终形成盐类矿床。–实例•美国大盐湖•９.深层卤水—深水成因盐湖说–在断陷湖盆发育的早中期，断裂活动剧烈而频繁，古老地层中的卤水沿深大断裂进入深水湖盆成为盐类沉积的物质基础。•特点–蒸发岩分布范围明显受断裂发育带控制，–盐岩与深水正常沉积（暗色泥页岩、浊积岩）共生•实例–渤海湾盆地东营凹陷沙四段、东濮凹陷沙二段•10、含油、盐岩系分布规律–油、盐共生的盆地中•46%的盆地的油气层产于盐系地层之下•41%的盆地的油气层分布在盐层之上•13%的盆地的油气层在盐系地层之间。–我国东部下第三系断陷湖盆广泛发育有蒸发岩地层•蒸发岩多韵律多旋回，单层厚度小，与碎屑岩或碳酸盐岩成频繁互层；•层位与生油岩共存；•与油气在地层剖面上和平面上共存。四川南部下三叠统嘉陵江组气田储、盖层综合柱状图我国东部含膏、盐沉积湖盆中，蒸发岩与生油岩层位分布略图•11、蒸发岩与油气的关系1）蒸发岩与油气生成蒸发环境有利于有机质的封存和向油气转化。蒸发岩具有一定的生油气潜能。蒸发岩的排烃作用可能与下述两种因素有关：（l）实作用使石膏转变为硬石膏时排出大量的水，这可能是烃类从潜在油源岩运移至储集层的主要驱动力；（2）当地温处于150～180゜C范围时，硬石膏发生转化流动，可促使烃从硫酸盐岩中运移出来。–蒸发岩生油的实例，见于美国帕拉多克斯盆地宾夕法尼亚系的蒸发岩中。该蒸发岩与黑色页岩呈互层产出。2）蒸发岩对油气运移的影响卤水进入沉积物，促使烃类排出进入渗透层，位于渗透层之上的蒸发岩盖层控制着油气的二次运移，使之只能侧向运移。3）蒸发岩对油气储集层的封隔及储集性的影响膏盐层是油气的良好封隔层，作为胶结物降低储集层孔隙性，溶解后产生溶模孔隙，改善储集性能4）蒸发岩对油气圈闭的影响蒸发岩地层因差异压实作用可发生塑性向上流动，形成各种类型圈闭：层状背斜圈闭、岩性圈闭、地层圈闭等。•二、硅岩•概念•主要指自生SiO2含量可达75%以上的沉积岩。•石英砂岩和沉积石英岩不是硅岩。•硅岩在沉积岩中分布仅次于粘土岩、碎屑岩和碳酸盐岩。•研究进展成因多样，有化学、生物化学、生物成因、物理成因，是可能的生油岩，在前寒武系燧石岩中发现油气显示。（一）基本特征及分类•１、成分特征（１）化学成分•SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO（２）矿物成分•蛋白石、玉髓、自生石英•粘土矿物、碳酸盐矿物、氧化铁•绿泥石、沸石、黄铁矿、有机质硅质岩的结构类型（引自何起祥，1978）A--鲕状结构×60；B—碎屑结构×60；C—生物（硅藻）结构×260；D—生物（海绵骨针）结构×90玉髓→石英玉髓重结晶成石英•２、结构、构造和颜色特征（１）硅岩的结构非晶质的胶状结构、隐晶结构、晶质结构、生物结构、粒屑/颗粒结构、各种交代残余结构。•（２）硅岩的构造水平层理，如具颗粒结构，见层理、波痕、粒序变化•（３）硅岩的颜色颜色随杂质而异，灰色、灰黑色，灰白色（硅藻土）、灰绿色和红色燧石的隐晶结构类型透射电镜下硅岩的微结构•３、分类–按产状分类•层状、结核状、条带状硅岩……–按矿物成分分类•蛋白石质、玉髓质、石英质硅岩–按岩石共生组合关系分类•与碳酸盐岩共生、与页岩或铁岩共生硅岩……–按成因分类•生物成因、无机成因、交代成因硅岩……•３、分类•成因—结构—成分综合分类的方案•（1）生物成因的（硅藻岩、海绵岩、放射虫岩等）；•（2）化学及生物化学成因的（藻叠层硅岩、藻粒硅岩等）；•（3）机械成因的（鲕粒硅岩、球粒硅岩、内碎屑硅岩等）；•（4）纯化学成因的（碧玉岩、硅质板岩、硅华等）；•（5）交代成因的（主要交代碳酸盐岩产生的，常部分保别原岩结构，如硅化鲕粒石灰岩或白云岩、硅化藻叠层石石灰岩或白云岩等）。(二)主要岩石类型1、生物成因的硅质岩（１）硅藻岩（硅藻土）•主要由硅藻壳体（含量大于50%）组成。•成分：蛋白石•特征–质纯白色。常被铁质/有机质浸染：黄→灰→黑色–外貌土状，疏松轻软，孔隙度高，吸水性强比重0.4～0.9。–显微镜下具有生物结构–可见水平层理扫描电镜下硅藻岩的微结构，自然断面（据吕正谋等，1977）(a)直链属硅藻全貌，×1200；(b)羽纹属硅藻，自形，山东，临朐，山旺，中新统（2）海绵岩•硅质海绵骨针•成分：蛋白石、玉髓（3）放射虫岩•放射虫壳体•成分：蛋白石、玉髓（4）藻细胞硅岩•我国华北中上元古界雾迷山组下部黑色层状燧石岩中有典型的真核细胞结构和构造藻细胞硅岩２、化学及生物化学成因的硅岩（１）藻叠层硅岩（层状藻叠层燧石岩）•矿物成分：主要是玉髓•层状、柱状和锥状……•亮、暗基本层：暗色层富有机质•有时基本层由碳酸盐岩和硅岩分别组成–我国