沉积学与层序地层学4(陆源碎屑岩)

第四章陆源碎屑岩clasticrocksofterrigenousorigin按照成因，碎屑岩的组成部分包括：陆源碎屑物质、化学沉淀物质。碎屑岩陆源碎屑物质化学沉淀物质碎屑颗粒杂基胶结物矿物碎屑岩屑第一节碎屑岩的成分Compositionofclasticrocks一、概述按照按产出形式，碎屑岩的基本组成部分包括：碎屑颗粒（矿物碎屑和岩石碎屑）、填隙物（杂基和胶结物）、孔隙。碎屑岩的基本组成碎屑颗粒填隙物杂基胶结物矿物碎屑岩屑孔隙碎屑颗粒填隙物碎屑岩中的矿物碎屑岩中的矿物陆源碎屑矿物自生矿物在后生阶段生成的矿物他生矿物，亦称继承矿物沉积、成岩阶段生成的矿物后生矿物（一）矿物碎屑（Mineralclastics）沉积岩中已发现的碎屑矿物约有160种，最常见的约有20种。在一种碎屑岩石中，其主要的碎屑矿物通常不过3～5种。按照相对密度，碎屑矿物可分为：轻矿物：2.86，石英、长石等重矿物：2.86，榍石、锆石等碎屑：矿物碎屑、岩石碎屑（岩屑）二、碎屑成分（Clasticconstituents）1.石英（Quartz）石英抗风化能力强，既抗磨又难分解，同时在大部分岩浆岩和变质岩中石英含量又高。所以石英是碎屑岩中分布最广的一种碎屑矿物。石英主要出现在砂岩及粉砂岩中（平均含量66.8%），在砾岩中含量较少，在粘土岩中则更少。石英具有油脂光泽，但只在新鲜断口上表现得明显。在结晶岩中，深成中酸性岩浆岩、石英一长石质片麻岩及片岩含有大量石英，这是碎屑石英的主要来源。不同来源的石英具有不同的特点。通过石英中所含包裹体及波状消光现象，结合颗粒大小及形状等特征，有助于判断石英的来源。来自深成岩浆岩的石英：来自中酸性深成岩的石英，常含有细小的液体、气体包裹体，或含锆石、磷灰石、电气石、独居石等岩浆岩副矿物包裹体。矿物包裹体颗粒细小，自形程度高，排列无一定方位。尘状气、液包裹体使石英颗粒呈云雾状。过去认为岩浆岩中的石英很少见到波状消光，但更多观察表明：较老的岩浆岩中的石英常常也表现有明显的波状消光。来自变质岩的石英：片麻岩和片岩风化崩解后，会产生大量的单晶及多晶石英。变质石英表面常见裂纹，不含气液包裹体。大多数的石英晶粒都具有波状消光。来自喷出岩及热液岩石的石英：火山喷出岩中的石英为高温石英，多为单晶，不具波状消光，不含包裹体，表面光洁如水，具有石英外形和破裂纹、港湾状溶蚀边缘。来自热液脉的石英常含很多水、气包裹体。再旋回石英：呈浑圆状或带自生加大边，以单晶的非波状消光石英为主。2.长石（Feldspar）在碎屑岩中，长石的含量少于石英。砂岩中长石的平均含量为10～15%，长石主要分布于巨、粗砂岩中，有时见于中粒砂岩中，在砾岩和粉砂岩中长石矿物碎屑含量较少。长石主要来源于花岗岩和花岗片麻岩。地壳运动比较剧烈，地形高差大，气候干，物理风化作用为主，搬运距离近以及堆积迅速等条件，是长石大量出现的有利因素。在碎屑岩中，钾长石（正长石微斜长石）斜长石（钠长石钙长石）。在长石中，最新鲜的是微斜长石，其颗粒表面极光洁，网格双晶清晰可见，常呈圆粒状。正长石常见高岭石化，使表面呈云雾状，颗粒轮廓模糊不清。酸性斜长石常具有清晰的钠长石双晶。斜长石常被绢云母或碳酸盐矿物所交代，表面呈云雾状，轮廓模糊。再旋回长石的特征是微斜长石、正长石或斜长石具有自生加大边，与石英的自生加大不同，长石自生加大与原长石碎屑的光性方位不同，不同时消光。3.云母（Mica）在碎屑岩中，白云母黑云母。4.重矿物（Heavymineral）在碎屑岩中含量极少，一般不超过1%，在粒级为0.25～0.05mm的范围重矿物含量最高。按重矿物的风化稳定性可分为：稳定的重矿物和不稳定的重矿物。不同类型的母岩其矿物组分不同，经风化破坏后会产生不同的重矿物组合，因此，利用重矿物解释母岩是非常有用的。各类岩石的轻、重矿物组合（二）岩屑（Rockfragments）岩屑是母岩岩石的碎块，是保持着母岩结构的矿物集合体。岩屑的含量决定于粒度、母岩成分及成熟度等因素。所以，岩屑是提供沉积物来源区的岩石类型的直接标志。在砂岩的碎屑中，岩屑的平均含量为10～15%，常见的岩屑类型有：花岗岩岩屑：花岗岩是地壳上分布最广的一类岩浆岩，沉积碎屑岩的主要母岩。喷出岩岩屑：在砂岩中较丰富酸性中性基性碱性片麻岩、片岩岩屑：易形成大量多晶石英脉石英岩屑脉石英岩屑石英砂岩岩屑：较少或很少燧石：稳定，抗风化能力较强⑦粘土岩岩屑在碎屑岩中，碎屑成分与粒度分布具有一定关系。三、填隙物成分（Interstitialminerals）碎屑碎屑颗粒间的填隙物包括：杂基和胶结物（一）杂基（Matrix）1.杂基是碎屑岩中的细小的机械成因组分，其粒级以泥级为主，可包括一些细粉砂。3.不同碎屑岩中，杂基含量不同。杂基含量高是不成熟砂岩的特征。2.杂基成分：高岭石、水云母、蒙脱石等粘土矿物，亦见灰泥、云泥以及一些细粉砂级碎：绢云母、绿泥石、石英、长石等。（二）胶结物（Cement）胶结物是碎屑岩中以化学沉淀方式形成于粒间孔隙中的自生矿物。胶结物成分主要有：硅质（石英、玉髓、蛋白石）碳酸盐（方解石、白云石）铁质（赤铁矿、褐铁矿等）硬石膏、石膏、黄铁矿粘土矿物1.硅质胶结物（Siliceouscement）包括非晶质的蛋白石、隐晶质的玉髓和结晶质的石英。重结晶转变：蛋白石——玉髓——石英硅质胶结物是由砂岩的过饱和孔隙水中沉淀出来的，孔隙水中溶解的SiO2可以有不同的来源：海相沉积物孔隙水中，大量硅藻、放射虫、硅质海绵以及其它非晶质氧化硅骨骼发生溶解。在强大压力下，石英颗粒的局部溶解。长石、粘土矿物等硅酸盐矿物以及火山玻璃等物质的分解。2.碳酸盐胶结物（Carbonatecement）在砂岩中最常见的碳酸盐胶结物是方解石由方解石胶结的砂岩常形成嵌晶结构铁白云石胶结物菱铁矿胶结物3.其它类型的胶结物氧化铁：赤铁矿、纤铁矿、针铁矿石膏及硬石膏磷灰石、沸石、海绿石等重晶石、天青石、高岭石、水云母、蒙脱石、萤石、岩盐、钾盐、黄铁矿、绿泥石等碎屑颗粒杂基化学胶结物孔隙含义母岩机械破碎的颗粒,是碎屑岩的主体和骨架,决定着碎屑岩的生要特征与碎屑颗粒同时沉积下来并充填在碎屑颗粒之间的细小机械混入物,其粒级与碎颗粒有明显的大小间隔在碎屑颗粒沉积之后由粒间孔隙水中某些物质达到过饱和时而产生化学沉淀的物质,对碎屑颗粒起着胶结作用碎屑岩中未被固体物质充填的碎屑颗粒之间的那一部分空间,沉积时或沉积后形成的分布状况及所起的作用岩石的主体和骨架充填于碎屑颗粒之间,起胶结作用碎屑颗粒之间、杂基之间的空孔隙,起主要胶结作用分布于碎颗粒之间搬运方式挪动、滚动、跳跃悬浮溶解沉积方式及控制因素机械沉积,受流体力学定律支配机械沉积,受流体力学定律支配化学沉积,受化学和物理化学定律支配水动力条件强而稳定由强急剧减弱弱而稳定水动力强而稳定时,孔隙多形成阶段二者同时沉积同生、成岩、后生沉积时或沉积后四、化学成分（Chemicalcomposition）碎屑岩的成分可以用所含矿物成分表示，也可以用化学成分表示。化学成分对岩浆岩、变质岩的研究十分重要。当前化学分析方法在研究碎屑岩中的应用还是日趋广泛。砂岩中不同碎屑组分的砂岩，其化学成分特点亦不相同主要砂岩类型的平均化学组分化学成分与粒度之间存在明显关系粗细SiO2减少，Al2O3和FeO增加成熟度——指碎屑物质在风化、搬运过程中，被改造趋向于最终产物的程度。碎屑物质被改造趋于的最终产物是什么样的程度？化学成分与矿物成分：SiO2、Al2O3含量；石英、长石、岩屑等含量→成分成熟度结构：圆度、球度、分选性等方面→结构成熟度五、成分成熟度成分成熟度——指碎屑物质成分上被改造趋向于最终产物的程度，亦称“化学成熟度”或“矿物成熟度”。化学成分：SiO2含量高，Al2O3含量少；矿物成分：石英含量高、长石、岩屑等含量少成熟度指数——判别砂岩或其它碎屑岩在化学上及在矿物学上成熟度高低的一个指数：SiO2/Al2O3，Q/F，Q/（F+R），ZTRQ=Quartz石英F=Feldspar长石R=Rockfragments岩屑Z=zircon锆石T=tourmaline电气石R=rutile金红石成熟的砂岩——以最稳定组分Q为主，Q75%，甚至90%以上，SiO2含量极高，Al2O3含量极低，SiO2/Al2O3比值高。未成熟的砂岩——最稳定组分含量低，不稳定组分含量高，SiO2/Al2O3比值低，如长石砂岩、岩屑砂岩。按成分成熟度来划分，砂岩可以分为成熟砂岩和未成熟砂岩。第二节碎屑岩的结构Texturesofclasticrocks碎屑岩的结构是指构成碎屑岩的矿物及岩石碎屑的大小、形状以及空间组合方式。碎屑岩的结构组分碎屑颗粒填隙物孔隙（派生组分）矿物碎屑岩石碎屑杂基胶结物一、碎屑颗粒的结构（Texturesofclasticgrains）碎屑颗粒的结构特征一般包括：粒度、球度、形状、圆度、颗粒的表面特征。（一）粒度（Grainsize）1.粒度的概念粒度—是指碎屑颗粒的大小。粒度是碎屑颗粒的最主要的结构特征，直接决定着岩石的类型和性质，是碎屑岩分类命名的重要依据。表示粒度，可用线性值和体积值体积值：可用标准直径（dn）表示，代表着与颗粒同体积的球体直径。线性值：直观度量出来的线性直径，颗粒的长、中、短直径:dL（A）、dI（B）、dS（C）最大投影面dI外切矩形颗粒2.粒级的划分（1）伍登—温特华斯（Udden-Wentworth）的划分方案，2的几何级数制。它是以1mm为中心，乘以2或除以2来进行分级的。0.06250.1250.250.51mm（2）十进制划分方案，在我国应用较广泛。0.00010.0010.010.11101001000mm（3）中国石油天然气集团公司标准——石油行业碎屑颗粒粒度分级标准。粒级粒径，mm砾石2粗砂0.5~2中砂0.25~0.5细砂0.1~0.25粉砂0.03~0.1杂基0.033.碎屑岩的粒度分类及命名（1）三级命名法：≧50%的粒级定为岩石的主名，即基本名；介于50-25%之间的粒级以形容词“××质”的形式写在基本名之前；25-10%的粒级作次要形容词，以“含××”的形式写在最前面；含量﹤10%的粒级一般不反映在岩石的名称中（2）复合命名：若碎屑岩的粒度分选较差，所含粒级较多，没有含量50%的粒级，而含量介于50～25%的粒级又不止一个，进行复合命名，以“××—××岩”的形式表示，含量较多的写在后面。（3）若碎屑岩的粒度分选更差，粒度含量均25%，则应将此岩石的全部粒度组分分别合并为砾、砂和粉砂三大级别，然后按前两条原则命名。（二）球度（Sphericity）球度是一个定量参数，用它来度量一个颗粒近于球体的程度。1958年斯尼德和福克（SneedandFolk）提出了最大球度投影法，用以确定球度参数数值。它是用与颗粒体积相同的球体的横切面积与该颗粒的最大投影面积的比值求得的。球度=32ABC颗粒的三个轴愈接近相等，其球度愈高；相反，片状和柱状颗粒都具有很低的球度。在悬浮搬运组分中，球度小的片状颗粒最容易被漂走。在滚动搬运中，只有球度大的颗粒才最易沿床底滚动。颗粒的形状是由颗粒中A、B、C三个轴的相对大小决定的。辛格（Zingg，1935）根据颗粒A、B、C三个轴的长度比例，将颗粒划分为四种形状：圆球体：B/A2/3，C/B2/3椭球体：B/A2/3，C/B2/3扁球体：B/A2/3，C/B2/3长扁球体：B/A2/3，C/B2/3（三）形状（shape）（四）圆度（Roundness）圆度—指碎屑颗粒的原始棱角被磨圆的程度在手标本的观察描述中，通常把碎屑的圆度划分为4个级别：棱角状、次棱角状、次圆状、圆状球度与圆度的关系（五）颗粒的表面结构（Surfacetextureofgrains）表面结构是碎屑颗粒表面的形态特征，一般主要观察表面的磨光程度及表面刻蚀痕迹两个方面。研究方法：电子显微镜能够识别的环境有滨海、风