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2-沉积学多媒体教程(第二章)

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沉积 多媒体 教程 第二
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(第二章)李文厚 编 西北大学地质系 2002年 2月 25日主要内容第二章 陆源碎屑岩 第一节 碎屑岩的物质成分 第二节 碎屑岩的结构及粒度分析第三节 砾岩和角砾岩 第四节 砂岩 第五节 粉砂岩第六节 泥质岩 陆源碎屑岩是母岩机械破碎的产物经搬运 、 沉积 、 成岩形成的岩石 , 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 , 杂基和胶结物合称为填隙物 。第二章 陆源碎屑岩碎屑岩的物质组成 , 按其主要成因可归为两类:一类是陆源碎屑和填隙物中的杂基 ,它们是母岩的物理风化产物借助于介质机械搬运方式在适当的地点沉积而成;另一类是胶结物 , 它们是在沉积 、 成岩阶段以溶液方式沉淀而成的 。 上述物质不同程度 、 不同角度地反映碎屑岩整个形成过程中的主要特征 。第一节 碎屑岩的物质成分 一 、 陆源碎屑  陆源碎屑有矿物碎屑和岩石碎屑两种 。 矿物碎屑为一个磨蚀轮廓内只有一种矿物 。 若一个磨蚀轮廓内由两种以上的矿物颗粒构成 , 则称为岩屑 。 矿物碎屑中比重> 矿物 , < 矿物 。 轻矿物种类不多 , 石英 、 长石 、 云母是其基本组分 , 重矿物的种类繁多 , 但数量甚微 。 在碎屑岩中 , 目前已发现的碎屑矿物约有 160种 , 其中最常见 的约 20种 , 但在一种碎屑岩中其主要的碎屑矿物一般都不超过 3~ 5种 。一 )矿物碎屑 陆源碎屑矿物中以石英最常见 , 几乎每一种陆源碎屑岩中都含有石英 , 除了单晶石英碎屑外 , 常见由几颗石英或许多微粒石英组成一颗碎屑 , 称为多晶石英碎屑 。单晶石英与多晶石英在成因上是有密切联系的 , 但是严格讲 , 多晶石英是一种岩屑 。 值得注意的是 , 碎屑岩中石英比值往往超过其母岩中石英的比值 。 例如酸性火成岩中石英的含量一般为 30~ 40%, 而陆源碎屑岩中石英的比值往往超过 50%, 石英砂岩中石英的含量甚至高达 75~ 90%以上 。 这种现象与石英在地表条件下稳定性较高有关 。 在沉积物生成带中它既能抵抗化学风化 , 又不易被磨损而消失 , 因此从陆源区到沉积区的总方向上 , 当稳定性较差的矿物不断遭受物理化学风化而逐渐消失时 , 石英碎屑的数量在保持不变或损失很少的情况下 , 其相对含量却会增加 。研究石英内部具有的各种特征 , 可以为追溯母岩的性质提供依据 。 (1)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 。 (2)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 。 一般这些变质岩中分离出来的单晶石英较之来自深成岩的单晶石英颗粒细小 , 其平均大小分别是 Φ左右 。 变质石英表面常见裂纹 , 不含液体和气体包裹体 , 却可见有特征的电气石 、 矽线石 、 蓝晶石等变质矿物的针状 、 长柱状包裹体 。 大多数的石英晶粒都具有波状消光 。(3)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 )β 喷出岩石英多为单晶 , 不具波状消光 , 不含包裹体 , 表面光洁如水 。 来自热液脉的石英常包含很多水 、 气包裹体 , 有时含有电气石 、 金红石等矿物包裹体或绿色蠕虫状绿泥石包裹体 , 可显微弱波状消光 。(4)再旋回石英:呈浑圆状或带自生加大边是再旋回石英的特征 。来自石英砂岩的再旋回石英具有自生加大边 , 可以是单晶石英 , 也见有多晶石英 。 由于多晶石英的晶间界线相对比较软弱 , 按热力学特点看波状消光石英的稳定性又较差 , 因此它们在再旋回作用中将陆续被淘汰 。最终 , 再旋回石英应是单晶的非波状消光石英 。 在碎屑岩中长石的含量少于石英 。 据统计 , 砂岩中长石的平均含量为 10~ 15%, 远比石英含量为少 , 而在岩浆岩中长石的平均含量则为石英的几倍 。 这种截然相反的变化 , 是由于长石的风化稳定性远较石英为小 。 从化学性质来看 , 长石很容易水解;从物理性质上看 , 它的解理和双晶都很发育 , 易于破碎 。 因此在风化和搬运的过程中 , 长石逐渐地被淘汰 。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 , 气候干燥 , 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 。在碎屑岩中钾长石多于斜长石 , 在钾长石中正长石略多于微斜长石 , 在斜长石中钠长石远远超过钙长石 。造成相对丰度的这一差别 , 一方面与母岩成分有关 , 地表普遍存在的酸性岩浆岩为钾长石 、 钠长石的大量出现创造了先决条件;另一方面又与不同长石在地表环境的相对稳定性有关 , 各种长石稳定性的顺序是: 钾长石最稳定 , 钠长石较不稳定 , 钙长石最不稳定 。在长石中 , 最新鲜的是微斜长石 , 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 。 酸性斜长石常有清晰的钠长石双晶 , 然而来自变质岩的光洁的钠长石和更长石经常没有双晶 , 这时要特别注意与石英相区别 。 斜长石常被绢云母或碳酸盐矿物所交代 , 这些作用多发生于成岩 、后生阶段 。 强烈的蚀变作用会使斜长石的表面呈云雾状 ,轮廓模糊 , 甚至形成斜长石假象 。 不同类型长石的成因分布不同 。 透长石只生成于高温接触变质岩及火山岩中;而微斜长石广泛分布于深成岩浆岩及深变质岩中 , 却从不出现在火山岩中 。 由此可见 , 在碎屑岩研究中 , 长石是重要的物源标志 。  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 。 这种碎屑的自生加大边可较混浊或较干净 , 与原长石碎屑的光性方位常有差别 , 故多不同时消光 。 这是由内外两部分 成分上的差异引起的 。 云母常见于某些砂岩 、 粉砂岩中 , 但从来不是主要成分 。 碎屑岩中云母类矿物以白云母为多 ,其抗风化能力强 , 但机械稳定性差 , 易破碎成片 ,常富集于细砂岩和粉砂岩的层面上 。 黑云母化学稳定性差 , 易分解成绿泥石和磁铁矿 , 一般在碎屑岩中含量较少 , 在近源复成分砂岩中可保存较多的黑云母 。 白云母主要来自蚀变花岗岩 、 变质岩和伟晶岩;黑云母褐色变种来自岩浆岩和高级变质岩 , 绿色变种则产于中 一般说来 , 云母丰富表示碎屑来源于变质岩 。 碎屑岩中相对密度大于 它们在岩石中含量很少 , 一般不超过 1%。 其分布的粒度受重矿物的晶形大小 、相对密度及硬度的控制 。重矿物的种类很多 , 根据重矿物的风化稳定性可将其划分为稳定和不稳定的两类 。 前者抗风化能力强 , 分布广泛 , 在远离母岩区的沉积岩中其百分含量相对增高;后者抗风化能力弱 , 分布不广 , 离母岩愈远其相对含量愈少 。 从砂岩成分来看 , 在成分纯 、 分选好的石英砂岩中重矿物含量少 , 而且其中只含有那些风化稳定性高的重矿物组分 (如锆石 、 电气石 、 金红石等 );在成分复杂 , 分选差的岩屑砂岩中 , 则重矿物含量高 , 稳定与不稳定的重矿物 (如辉石 、 角闪石 、 绿帘石等 )均可出现 。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 。如果能结合轻矿物组合来判断母岩 , 可能会得到更加可靠的结果 。(二 )岩屑 岩屑是母岩岩石的碎块 , 是保持着母岩结构的矿物集合体 。 因此 , 岩屑是提供沉积物来源区的岩石类型的直接标志 。岩屑含量决定于粒度 、 母岩成分及成熟度等因素 。 首先 , 岩屑含量明显地取决于粒级 , 即岩屑的含量随粒级的增大而增加 。各类岩屑的丰度还取决于母岩的性质 结构上成熟的砂或砂岩 , 其碎屑的圆度和分选都较好 , 岩屑含量一般较低;而岩屑砂岩则常表现出很差的结构成熟度 。 在砂岩的碎屑中 , 岩屑的平均含量为 10~ 15%。 常见的岩屑类型有各类侵入岩岩屑 、 变质岩岩屑 、 喷出岩岩屑以及硅质岩 、 粘土岩和碳酸盐岩的岩屑 。 花岗岩是地壳上分布最广的一类岩浆岩 , 它是沉积碎屑岩的重要母岩 。 但花岗岩岩屑的分布却比喷出岩 、 凝灰岩少 , 且主要出现在砾岩中 。 碎屑岩中的花岗岩岩屑可以由数量不多的几个长石 、 石英及个别暗色矿物晶粒构成 ,也可以只含长石 、 石英晶粒或完全由石英晶粒 (多晶石英 )组成 。 全由长石构成的岩屑极少见 。 花岗岩岩屑具花岗结构 。 源于花岗岩的多晶石英颗粒 , 其晶粒间呈缝合状接触 ,各晶粒大小相似 , 形状近等轴状 , 无定向排列 。 以这些特点可将花岗岩来源的多晶石英与其它来源的多晶 石英相区别 。 浅成侵入岩因其结构致密 , 亦常形成岩屑 。火山喷出岩的岩屑在砂岩中含量是很丰富的 。 在某些砂岩中 , 甚至是以喷出岩岩屑为主要组分 。 比较常见的是中 、 酸性喷出岩岩屑 , 它们来源于较老的喷出岩母岩 。 在沉积盆地内的或在其附近的火山活动可直接形成火山碎屑 , 这类碎屑大量的出现则构成凝灰岩 。酸性喷出岩岩屑 中性喷出岩岩屑基性喷出岩岩屑 千 枚 岩屑 识别变质岩岩屑 , 要从成分 、结构 、 构造等各方面寻找特征 。各种变质岩岩屑中的石英晶体普遍表现为具波状消光 。 千枚岩岩屑片麻岩和片岩崩解后会产生大量多晶石英 , 它们在数量上多于同时崩解产生的单晶石英 。 在这些多晶石英中 , 各晶粒间普遍表现为缝合接触 , 缝合线弯曲复杂 。多晶石英晶体多为扁平伸长形 , 各晶粒伸长方向相互平行 。变质石英岩岩屑实际上是变质成因的多晶石英碎屑 ,因此它的描述特征与上述多晶石英相似 , 但晶粒定向不明显 , 常为花岗变晶结构 。 在沉积岩中 , 碎屑岩岩屑在分布上要比岩浆岩 、 变质岩岩屑少得多 。 由碳酸盐物质或粘土物质固结的砂岩经风化后会很快崩解 。 只有由硅质胶结的石英砂岩才比较容易破碎成砂岩岩屑 。 由此可见 , 沉积岩岩屑的种类在代表母岩成分方面表现的得是很片面的 。脉石英主要来源于热液脉或伟晶岩脉 。 多晶脉石英中的晶粒常略显定向伸长形 , 粒间界线细小弯曲线状 , 形成鸡冠状构造 。 晶粒消 光复杂 ,在镶嵌成梳状或犬牙交错状的晶粒间 , 消光时显出似有互相重叠的现象 。燧石的化学性质稳定 , 结构致密 , 因此是属抗风化能力较强的一类岩屑 , 在碎屑岩中分布很广泛 。 它主要来源于碳酸盐岩中的燧石夹层 、 燧石结核或海相较深水沉积的燧石层 。 燧石是隐晶质二氧化硅 , 在镜下呈小米粒状结构或构成纤维状 、 放射状集合体 。 在光性上与霏细结构的火山喷出岩相似 , 但燧石成分较纯净 , 因而显得光洁 。 燧石岩屑细晶岩岩屑凝灰岩岩屑变质石英岩屑细粒石英岩岩屑泥岩岩屑页岩岩屑二 、 填隙物 填隙物包括杂基和胶结物 , 它们对碎屑颗粒都起胶结作用 , 故又称广义的胶结物 。(一 )杂基 杂基和陆源碎屑颗粒一样 , 都属陆源物质 , 但其粒度比碎屑岩中主 要碎屑颗粒小 (< 5Φ), 在碎屑岩中作为填隙物出现 。由于粘土矿物成因较复杂,杂基有多种类型,其中最常见的杂基是从水介质中沉积下来的细粒碎屑物质,称为 原杂基 。原杂基重结晶后称为 正杂基 。成岩过程中从孔隙中沉淀的粘土物质称为 淀杂基在成岩期,较软的碎屑颗粒受压而变形,被挤进孔隙而成为 假杂基。 它具有塑性假流动特点,分布也不均匀。原杂基和正杂基都是碎屑岩形成过程中以悬移方式搬运的物质 , 其含量的多少则可反映碎屑岩的形成条件和环境 。杂基与碎屑颗粒之间的关系 决定了碎屑岩的支撑性质 。 杂基少 , 碎屑颗粒彼此接触 , 称为 颗粒支撑 ;杂基多,碎屑颗粒基本上互不接触,碎屑之间充填着杂基,称为 杂基支撑 。(二 )胶结物 胶结物指碎屑颗粒和基质之外的化学沉淀物质 ,常见结晶或非晶质的自生矿物 , 在碎屑岩中含量<50%, 对颗粒起胶结作用 , 使之成为坚硬的岩石 。 胶结物有的形成于沉积 但多数是成岩 碎屑岩中主要胶结物是硅质 (石英 、 玉髓和蛋白石 )、 碳酸盐 (方解石 、 白云石 )及一部分铁质 (赤铁矿 、 褐铁矿 )。 此外 , 硬石膏 、 石膏 、 黄铁矿以及高岭石 、 水云母 、 蒙脱石 、 海绿石 、 绿泥石等粘土矿物都可以作碎屑岩的胶结物 。 硅质常作为胶结物在砂岩里出现 。 其出现的形式是多种多样的 , 主要有非晶质的蛋白石 、 隐晶质的玉髓和结晶质的石英 。 蛋白石可以围绕砂粒沉淀 , 形成自生环边;也可以大量充填孔隙 , 从而胶结砂岩 。 由蛋白石胶结的砂岩只形成在埋藏较浅的层位中 。在砂岩中 , 特别是古老的石英砂岩中 , 自生加大石英是常见的 。 碎屑石英颗粒被光性与之连续的增生体所包围 , 从而使石英颗粒长成自形轮廓或各晶粒间紧密镶嵌接触 。 在碎屑部分的边缘常有一个不洁净的外膜 , 其成分可以是氧化铁 、 粘土矿物或其它污物 。这个 外膜的存在是自生加大的证据 。硅质胶结(石英次生加大)硅质胶结(石英次生加大)在砂岩中最常见的碳酸盐胶结物是方解石 , 它在砂岩中大量分布 。 与方解石为同质多象体的文石在现代沉积中经常可见 , 但由于其性质不稳定 , 易逐渐转变为方解石 。 因此在古代砂岩中一般见不到文石胶结物 。 以白云石 、 铁白云石 、 菱铁矿等碳酸盐矿物作胶结物的砂岩实例时常能够找到 。 由方解石胶结的砂岩 , 常形成嵌晶结构 。 有时方解石胶结物也呈细小粒状充填于碎屑颗粒之间 。 方解石沿长石 、 石英等碎屑颗粒的边缘或裂隙进行交代 , 会使碎屑变得形状不规则 , 这种溶蚀现象是常见的 。在现代沉积中 , 大量的证据说明 碳酸盐物质是在碎屑沉积物埋藏后才进入孔隙和形成胶结物的 。一般的印象是在较老的砂岩中以硅质胶结物为主 , 而较新的砂岩中是碳酸盐胶结物较多 。 这可能是由硅质和碳酸盐在溶解度上的差别造成的 。碳酸盐容易溶解 , 在漫长的地质历史中由于未饱和地下水的不断作用会使其相对丰度逐渐减小 。而硅质属于难溶物质 , 因而得以长期保存 。 在碎屑岩中氧化铁也是一种较为常见的胶结物。石膏和硬石膏也可以作为砂岩的胶结物。磷灰石 、 沸石 、 海绿石及有机质等化学成因矿物也可出现在碎屑岩中 , 它们可能作为孤立的自生矿物存在 , 也可以作为 碎屑岩的胶结物 。 另外 , 石英 、 长石 、 重晶石 、 天青石 、 高岭石 、 水云母 、 蒙脱石 、 萤石 、 岩盐 、 钾盐 、 黄铁矿 、 绿泥石等均可在碎屑岩中呈孤立星散状或结核状分布 。 它们常表现得成分较单纯 , 结晶颗粒较小 , 但晶形完好 。 在碎屑岩中 , 这类矿物一般只含很少的数量 , 但 它们的出现对于分析碎屑岩的沉积环境和解释成岩 、 后生作用都是很有意义的 。长石胶结长石胶结硬石膏胶结重晶石胶结三 、 孔隙 孔隙是碎屑岩中未被固体物质占据的部分 。孔隙内可充以气体或液体 , 也可同时存在气液两相 。孔隙按成因可分为两大类 , 即 原生孔隙和次生孔隙 。 前者是沉积物沉积时保存下来的孔隙;后者是沉积后由于各种变化和作用而产生的孔隙 。原生孔隙主要是粒间孔 , 系碎屑颗粒间的空间 。 孔隙发育程度主要与碎屑颗粒的结构成熟度 、 碎屑的粒度 、 排列方式有关 。次生孔隙大多是在有效埋藏达到相当深度时产生的 (成岩中期以后 ), 主要是溶解作用 , 胶结物 、 碎屑颗粒 、 杂基 、 自生交代矿物均可被溶解形成次生孔隙 。一般来说 , 碎屑粒度愈均匀 , 即分选性好 , 磨圆度高 , 孔隙愈发育;反之 , 碎屑颗粒分选差 , 磨圆度低 , 则孔隙度偏低 。此外 , 孔隙度还与胶结类型有关 。 通常是基底式胶结孔隙度小 ,孔隙式胶结次之 , 接触式胶结的孔隙最发育 。 当颗粒粒度减小时 , 孔隙度增高 , 但渗透率则降低 。铸模孔和粒内孔是溶解矿物晶体 、 生物化石及其它颗粒形成的孔隙 。 前者是全部被溶解显外形轮廓的空洞;后者是局部溶解的孔隙 。 由于生物化石不少由文石组成 , 而文石和石膏溶解度都较方解石大 , 故易出现石膏和生物化石这两种孔隙类型 。四 、 碎屑岩的成分成熟度  碎屑物质在风化 、 搬运 、 沉积过程中 , 被地质营力综合改造 , 稳定组分被富集的程度称为成分成熟度 。“ 就是指锆石 、 电气石和金红石三者之和在全部重矿物中的百分含量 。 它的大小 , 也是判别成熟度很常用的标志 , 该指数越大 , 表示锆石 (Z)、 电气石 (T)、 金红石 (R)等稳定重矿物含量越高 , 成分成熟度也高 。 成分成熟度不仅表现在矿物种类的比例有所变化 , 而且表现在碎屑岩中的各类矿物的含量也有变 化 。有铁镁矿物存在 , 标志着碎屑岩处于不成熟期;铁镁矿物基本上消失 , 而有大量长石碎屑 , 标志着碎屑岩处于次成熟期;长石碎屑也没有或很少 , 表明碎屑岩处于成熟期 。 成分成熟度的等级是定性的划分 ,它是描绘碎屑岩岩石成熟期的内容之一 。主要内容第二章 陆源碎屑岩 第一节 碎屑岩的物质成分 第二节 碎屑岩的结构及粒度分析第三节 砾岩和角砾岩 第四节 砂岩 第五节 粉砂岩第六节 泥质岩 一 、 碎屑岩颗粒的结构 (一 )粒度 碎屑颗粒的粒度是水动力的函数 , 颗粒大小是碎屑分类的基础 , 也是反映介质搬运能力 、 速率和离源区远近的标志 。 粒度大小一般以颗粒直径计量 。第二节 碎屑岩的结构及粒度分析我国石油矿区多采用十进制 , 这一分类方法便于记忆 ,用于定名也比较简单 , 同时基本上符合储油层研究的要求 。但砾与砂的界限习惯上定在 2把 2到 1  1990年 8月公布的中华人民共和国石油天然气总公司标准 —“ 石油地质实验分析鉴定方法 ” 标准汇编中提出的碎屑颗粒粒度划分标准见下表 , 该标准已在石油系统推广使用 。 2的几何级数制所划分的粒度级别较多 , 造成在肉眼描述中应用的困难 。 但是应该看到 , 粒级划分的细致正好又是 2的几何级数制的优点 。 它在各个粒级间构成了 2的几何级数的等间距 , 因此在室内分析中为详细划分粒级 , 应用数理统计方法以及作图和参数计算都很方便 。 1934年克鲁宾 (伍登 值 , 即将 2的几何级数制标度转化为 φ 值标度 。 其转换公式为 :φ =式中 径 。 因为 D=2n, n, 所以 φ =下表说明了 “ D”与 “ φ ”的换算关系 。表 2分级标准具备以下的优点: (1)将用毫米表示的分数 (或小数 )颗粒直径变成了整数; (2)大量出现的粗砂以下的较小粒度均表现为正数; (3)在作图时 , 可不用对数座标纸 , 因为已经将对数等间距转换成了算术等间距 。 在岩石中 , 砾级碎屑含量占 30%以上称砾状结构 , 具此结构的碎屑岩为砾 (角砾 )岩 。 砂级碎屑含量> 50%称砂状结构 ,具此结构的岩石称砂岩 。 同样 , 粉砂级或粘土级含量> 50%分别为粉砂状结构或泥质结构 , 具此结构的岩石是粉砂岩或粘土岩 (泥质岩 )。 一般情况下 , 碎屑岩很少是由一种粒级颗粒组成 , 颗粒大小的均匀程度以分选性或分选程度表示 。 分选性粗略地分为好 、 中 、 差三级 。 主要粒度颗粒含量大于 75%, 颗粒大小较均匀者 , 称为分选性好;主要粒度颗粒含量在 50 , 为分选中等;如果没有一种粒度含量超过 50%, 大小混杂 , 则是分选差 。 碎屑颗粒的分选性是在搬运过程中形成的 , 与搬运距离和介质能量强弱有关 。 一般来说 , 随着搬运距离的增加 , 介质强烈的扰动和反复簸洗 , 有利于分选变好 。 所以风成砂的分选胜于河流砂 , 冰川沉积物分选最差 , 滨海沉积物一般比湖泊和河流沉积物的分选要好 。(二 )颗粒形态 颗粒形态包括圆度 、 球度和形状 。 碎屑颗粒的棱和角被磨蚀圆化的程度称为圆度。 沃德尔 (1932)给圆度下的定义是:几个角或 边的平均曲率半径与最大内接球的半径比。圆度值变化在 0 数值越大 , 圆度越高 。 据此可分为: (1)棱角状 ( (2)次棱角状 (3)次圆状 ((4)圆状 (5)极圆状 (度级的判别还可依据与标准圆度影象图进行对比确定 。颗粒接近球体的程度称为球度 。 球度值大小取决于颗粒三度空间的形状 、 大小及 A、 B、 其中 轴在同一个扁平面上 , 但它是与 形状可以从不同的角度进行描述 。 几何学和结晶学都有关于形态的术语 , 但只限于定性的描述 。 不同形状的颗粒与搬运时的动力性质并没有多大联系 。 需要一种简单的形状指数加以定量描述 , 以便进行数学或者图解分析 , 还可编制成一种形态分布或者频率曲线 。津格 (935)采用 B/比值 (A、 B、 宽和厚度值 ), 划分为四个形状级 , 如表 。(三 )颗粒表面结构 表面结构是碎屑颗粒表面的形态特征 , 主要观察颗粒表面的磨光度及表面微起伏 。 由于碎屑颗粒的表面结构在揭示侵蚀 、 搬运作用和识别沉积环境方面有着实际意义 。(1)磨光面与毛玻璃化: 磨光面是高度磨光的表面 ,其成因有几种可能 。 风磨光面 (风棱石 )可能是机械地 、和缓地磨擦或磨损造成的 , 特别是研磨剂是细粒时 , 也可能是颗粒 表面沉积了一种玻璃质薄膜或者釉质所造成的 。(2)微起伏: 一般砾石表面的微凸起伏特征很容易用肉眼观察 , 它们包括擦痕 、 刻划痕 、 撞痕和凹坑等 。 擦痕主要是冰川作用的产物 , 一般是冰川在某些砾石表面造成的标记 。二 、 胶结类型和胶结物的结构 (一 )胶结类型 胶结物的分布状况以及胶结物与碎屑颗粒之间的关系称为胶结类型 。 胶结类型取决于碎屑颗粒与基质和胶结物的相对含量 , 以及颗粒之间的相互关系 。填隙物含量较多 , 碎屑颗粒在其中互不接触 , 呈漂浮状 。 一般形成于同生沉积阶段 。碎屑颗粒紧密接触搭成骨架 , 胶结物充填于粒间孔隙之中 , 它们是颗粒沉积后的化学沉淀物 。 具这种胶结类型的砂砾岩 , 显示颗粒支撑类型 。  颗粒彼此接触 , 胶结物含量很少 , 仅分布于碎屑颗粒接触的地方 , 孔隙比较发育 。 此类型可能是干旱气候带的砂层 , 因毛细管作用 , 溶液沿颗粒间细缝流动并沉淀于颗粒接触处;或者是原孔隙式胶结物经地下水淋滤改造而成 。 成岩期在明显的压实作用下 , 颗粒间形成凹凸接触 , 甚至伴随产生压溶作用 。 颗粒间呈缝合状紧密镶嵌 , 看起来似乎没有胶结物 。 因此 , 也有人称为无胶结物式胶结 。 实质上是颗粒自生加大胶结的结果 , 以硅质胶结物常见 。 (二 )胶结物结构 由于胶结物系化学沉淀物质 , 它本身的结构特征可按其晶粒大小 、 晶体生长方式及重结晶程度等内容进行描述 。胶结物为非晶质或微晶质 , 它们在偏光显微镜下为均质体性质 , 或具微弱光性 。主要是碳酸盐和硅酸盐胶结物呈近等轴的结晶粒状 ,晶粒之间镶嵌 , 大小一般都小于碎屑颗粒 。 又称带状结构 , 胶结物围绕碎屑颗粒呈薄膜状 (带状 )分布 。 常见于绿泥石 、 胶磷矿质胶结物中 。 胶结物呈纤维状晶体 , 垂直碎屑颗粒表面生长 , 构成丛生结构 。 当垂直于颗粒表面生长的胶结物为较粗的柱状晶体时 , 即为栉壳状结构 。 碳酸盐和硅酸盐矿物常具此结构 。 胶结物晶体粗大 , 可将多个碎屑颗粒包围其中 。 粗大晶体是经成岩 、 后生阶段重结晶 作用形成的 。 方解石 、 石膏 、 沸石等胶结物易形成此种结构 。 自生加大 )硅质胶结物围绕石英碎屑颗粒共轴生长 , 形成光性一致的自生加大边 , 称为再生式胶结 。 除自生石英外 ,还有长石 、 方解石自生加大现象 。 胶结物的结构主要受两方面的因素控制 , 一为胶结物的结晶习性和结晶能力 , 二为成岩作用的强度 。 碳酸盐胶结物从溶液中沉淀的最初物态就是结晶质 , 它从来不出现非晶质 , 但是矿物的不同种属结晶习性不同 , 文石质胶结物多呈纤维状 , 方解石胶结物以粒状为主 。 硅质和磷质胶结物最初从溶液中沉淀出的物质是非晶质蛋白石和胶磷矿 ,伴随成岩作用的加强 , 蛋白石脱水转变为不稳定的纤维状玉髓 , 接着转变为稳定的他形粒状石英;胶磷矿则转变为隐晶质磷灰石 , 最后成为微晶状自形磷灰石 。 沉积 、 成岩阶段形成的各种胶结物结构表明 , 它们的形成可归纳为两种作用 , 最初通过液态化学反应形成 , 从粒间水中析出胶结物 , 如蛋白石 、 文石 、 亮晶方解石 , 然后出现固态化学反应 , 由早期析出的各种固态胶结物经重结晶或胶体脱水等作用转变为另一些胶结物结构 。 碎屑岩的胶结类型和胶结物结构的研究 , 在沉积岩成因分析中有着重要意义 。 它们不但能反映沉积物搬运和沉积时水介质条件以及沉积物的堆积速度 , 也是碎屑岩成岩阶段和作用分析的重要依据 。 例如 , 地壳稳定区形成的砂岩 , 其碎屑成分单纯 , 分选好 , 粘土物质几乎全被簸选掉 ,碎屑颗粒构成颗粒支撑 , 粒间孔隙充填少量胶结物 。 相反 ,在地壳活动地区形成的砂岩 , 则碎屑成分复杂 , 分选差 ,杂基含量较高 , 常形成基质支撑类型 。三 、 结构成熟度 结构成熟度是指碎屑沉积物在其风化 、 搬运和沉积作用改造下接近终极结构特征的程度 。结构成熟度的高低应反映在碎屑的分选性和磨圆度上 , 以及粘土 (或杂基 )的含量上 , 按这三个标准可将结构成熟度分为四个级 。四 、 粒度分析 自 50年代以来 , 粒度分析已成为研究碎屑岩水动力特点和沉积环境不可缺少的重要方法 , 在砂岩的研究中应用更为广泛 。砂岩粒度分析方法 , 是确定沉积物或岩石碎屑颗粒大小及百分含量的方法 。 经过大量统计 , 发现碎屑颗粒的粒度分布服从对数正态分布规律 。 所谓对数正态分布 ,指横坐标粒度用对数 , 纵坐标为各粒级百分数的频率曲线 , 符合正态曲线 。 该曲线峰部对称 , 两边无限延长不与横坐标相交 。颗粒粒度是水动力的函数 , 受流水能量控制 , 反映灵敏 , 故与沉积物形成环境关系极为密切 , 成为环境分析的标志之一 。 (一 )粒度分析方法 根据颗粒大小及岩石致密程度不同 , 分别采用三种方法: )粒度曲线和粒度参数 根据粒度分析结果 , 可编制各种粒度曲线及计算各种粒度参数 。 常用的粒度曲线包括 直方图 、 频率曲线 、 累积曲线 、 概率累积曲线 。 直方图: 横坐标为颗粒粒径区间 , 纵坐标表示粒级的百分含量 , 作出一系列相互连接 , 高低不平的矩形图 , 直方图优点是可直观 、 简明地反映出粒度分布特征 。 频率曲线: 是将直方图每个柱子的纵 、 横边的中点依次连成多边形频率曲线 , 此频率多边形的面积仍基本等于直方图的面积和 。 频率曲线可清楚地表明粒度分布特点 , 分选好坏 ,粒度分布的对称度 (偏度 )、 尖度 (峰度 )等 。累积曲线: 是一种常用的简单的基础图形 , 它是以累积百分含量为纵坐标 , 以粒径 Φ 为横坐标 , 从粗粒一端开始 , 在图上标出每一粒级的累计百分含量 。 将各点以圆滑的曲线连接起来 , 即成累积曲线 。 累积曲线一般呈 从图上可看出来粒级分选的好坏 , 在计算粒度参数时也可由图上读出某些累计百分比对应的粒径值 。 累积曲线的形态可用来区分不同的沉积环境 。概率累积曲线 :也是一种粒度累积曲线 ,它是在正态概率纸上绘制的 , 横坐标代表粒径 ,纵坐标为累积百分数 。与算术坐标不同 , 概率百分坐标是以 50%为对称中心的非等间距坐标 ,它是按单峰正态曲线分布的规律刻划的 。 其上下两端相应地逐渐加大 ,这样可以将粗 、 细尾部放大 , 并清楚地表现出来 。一般来说 , 往往包含有三个次总体 , 在概率图上表现为三个直线段 , 代表了三种不同的基本搬运方式 , 即悬浮搬运 、跳跃搬运和滚动搬运 。 三个次总体的累积概率曲线上分别称为悬浮总体 、 跳跃总体和滚动总体 (牵引总体 )。 概率图上除三个次总体之外的其它参数有:  截点: 二个次总体直线的交点 , 以横坐标表示 , 细截点 (是悬浮总体和跳跃总体的交点 , 表示能悬浮的最粗颗粒;粗截点 (是跳跃总体和滚动总体的交点 , 表示能跳跃的最粗颗粒 。  混合度: 指两个次总体直线段相交时 , 在截点处有些点不在直线上 , 而是零散过渡的 ,也称为过渡带 , 反映沉积分异情况 。  次总体百分含量:即各次总体分别占样品总量的百分数 。  分选性: 以各次总体直线段的斜率 , 即直线段倾斜角度表示 。  上述各次总体发育的数量 、 粒度范围 、 分选性等参数是有规律地受沉积条件和水动力条件控制的 。 各种沉积环境的概率粒度分布不同(下表 )。 常用的粒度参数有平均粒径 ( 标准偏差 (σ)、 偏度 ( 峰度 ( 计算粒度参数有二种方法: 数理统计法: 以概率和统计学为其数学基础 , 直接用粒度分析得到的各粒级的百分比计算 , 常用的计算方法是矩法 , 计算较复杂 ,较少用 。 图解法: 从累积曲线上读出某些累积百分比处的颗粒直径 , 再以简单算术公式计算各种粒度参数 。 平均粒径 ( 表示一个样品的平均粒度大小 , 反映搬运介质平均动能 。 平均粒径:标准偏差 (σ): 表示沉积物颗粒的分选程度 , 即反映颗粒的分散和集中状态 。 标准偏差 :根据对大量的不同环境采集的样品的值计算 , 可将分选程度分为七级: σ < σ =分选好; σ =分选较好; σ =分选中等; σ =分选较差; σ =分选很差;σ > 分选极差 。 偏度 ( 用来表示频率曲线对称性的参数 , 按其对称形态本身可分为三类: 单峰对称曲线 , 形成以峰为对称轴的对称曲线 , 曲线为正态分布 , 反映出 均粒径 )=值 )=数 )不对称正偏态曲线: 曲线不对称 , 主峰偏粗一侧 , 即沉积物以粗组分为主 。 不对称负偏态曲线: 曲线不对称 , 主峰偏细一侧 , 即沉积物以细组分为主 。 偏度 峰度偏度:峰度 ( 用来衡量粒度频率曲线尖锐程度的 。也就是度量粒度分布的中部与两尾端的展形之比 。峰度: 不同沉积环境的沉积控制条件不同,因而其粒度分布特征不同。(三 )粒度参数散点图 在实际上是综合表现粒度参数的一种图解 。 弗里德曼 (1967)通过对现代海洋 、 湖滩和河流的 355个样品的粒度分析 , 计算出 10种粒度参数 , 然后分别编制出各种参数之间的关系图 , 即粒度散点图共19种 。 下图就是其中之一 。 离散图实际上是综合表现粒度参数特征的一种图解 , 它比单一的参数更有意义 。 编制不同参数的离散图 , 可将不同成因的砂质沉积物区别开来 。 从上图看出 , 虽然不同环境的沙并没有明显的界限 ,但可看出其总趋势 。(四 )957)提出的综合性成因图解 ,这也是一种粒度参数散布图 。 他认为 值这两个粒度参数最能反映介质搬运和沉积作用的能力 , 故运用这两个参数分别作为双对数坐标纸上的纵 、 横坐标 , 构成 %的粒径值; 0%的粒径值 。  在最粗到最细粒的各种代表性岩性中均应分别取样 , 每一个 0个 。 因此 , 每一个 几十米厚的同成因地层剖面 。 (五 )粒度参数的环境判别公式 1964年根据福克的粒度参数 , 应用线性多元判别公式 , 得出四个综合公式 , 用以区别砂丘 、 海滩 、 浅海 、 河流和浊积 5种常见的沉积物 , 判别公式如下: (1)Y=滩  =< Y> ( 3 ) Y=Y 浅海:河流 ( 三角洲 )  = 0 . 2 8 2 5 > Y< 三角洲 ))。 ( 4 ) Y=Y 河流 ( 三角洲 ) : 浊流  = 0 . 7 8 7 5 +> Y<。  =+< Y> 。 ( 2)Y=滩主要内容第二章 陆源碎屑岩 第一节 碎屑岩的物质成分 第二节 碎屑岩的结构及粒度分析第三节 砾岩和角砾岩 第四节 砂岩 第五节 粉砂岩第六节 泥质岩 第三节 砾岩和角砾岩 由粒径> 2岩 (或角砾岩 )。 其中碎屑颗粒的成分主要是岩屑
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本文标题:2-沉积学多媒体教程(第二章)
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