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2第二章 沉积岩的一般特征

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第二 沉积岩 一般 特征
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第一节 物质成分一 、 化学成分组成沉积岩的物质主要是母岩的风化产物 , 因此 , 沉积岩的化学成分和矿物成分与母岩有着不可分割的联系 。 然而 , 由于沉积 、 成岩作用对母岩物质的改造 , 使沉积岩的化学成分和矿物成分又具有自己的特征 , 其物质成分 、 结构、 构造等特征也不同于岩浆岩 。表 1— 1 沉积岩和岩浆岩的平均化学成分 (按氧化物百分含量 )氧化物沉 积 岩岩 浆 岩(克拉克,1 924)克拉克 (1924) 克里宁 (1941) 舒科夫斯基(1952) 1)沉积岩与岩浆岩中铁的总量相近,但沉积岩中 浆岩中 2)碱金属和碱土金属的含量,沉积岩低于岩浆岩。但 在沉积岩中的含量高于岩浆岩,这与生物及生物化学作用使 3)碱金属钾与钠的含量比在沉积岩中 岩浆岩中则 4)沉积岩较岩浆岩富含 是岩浆岩中所没有的。二 、 矿物成分矿物成分特征沉积岩中已发现的矿物有 160余种 , 但常见的仅有 20多种 。如石英 、 长石 、 云母 、 粘土矿物 、方解石 、 白云石 、 菱铁矿 、 石膏 、 硬石膏 、 石盐 、 沉积岩的矿物成分与岩浆岩比较:( 1) 岩浆岩中常见的主要造岩矿物如橄榄石 、 辉石 、 角闪石 、 黑云母及基性斜长石等 , 在沉积岩中含量甚微或缺失 。( 2) 岩浆岩中为量甚多的矿物如钾长石 、 酸性斜长石 、 石英等 , 在沉积岩中也大量存在 , 但不同的是岩浆岩中长石的含量多于沉积岩 , 而石英却相反 ,沉积岩中较多 。( 3)在沉积岩形成过程中新生成的矿物,如粘土矿物、碳酸盐矿物、盐类矿物等,在沉积岩中含量极大,而岩浆岩中却很少或没有。( 4)由生物作用形成的有机炭为沉积岩所特有。 陆源碎屑矿物:系指从母岩中继承下来的一部分矿物 , 呈碎屑状态出现 , 是母岩物理风化的产物 , 亦称继承矿物或他生矿物 。 自生矿物:指沉积岩形成过程中 , 母岩分解出的化学物质沉积形成的矿物及成岩作用过程中生成的矿物 。 次生矿物:则是沉积岩遭受风化作用而形成的矿物 , 如由海绿石或黄铁矿风化所产生的褐铁矿 、 碎屑长石风化而成的高岭石等 。沉积岩中的矿物按其成因一般可以分为 三类:陆源碎屑矿物、自生矿物、次生矿物 。1.碎屑矿物又称陆源矿物,继承矿物或他生所物。1) 石 英 :石英抵抗风化的能力很强 , 既抗磨又不易分解 , 因此是碎屑岩中分布最广的一种碎屑矿物 。 在砂岩 , 粉砂岩中含量尤高 , 平均含量达 , 在粗碎屑岩中含量较少 , 且以充填物的形式出现 。 由不同母岩风化来的石英其特征不一样 , 故可据石英的特征来推测母岩的类型 。一般由岩浆岩 (如花岗岩等 )风化来的石英,常有矿物包裹体 — 锆石、磷灰石、电气石等,有时有细小的液体或气体包裹体 ; 来自变质岩 (片麻岩、片岩、石英岩等 )中的石英单晶可具波状消光 ; 来自先期沉积岩中的石英 , 因经过长期磨蚀 , 故较圆 , 有的有磨蚀的次生加大边 。2)长石长石在碎屑岩中的含量仅次于石英,平均含量有 ,长石主要来自花岗岩、花岗片麻岩中。在碎屑岩中常见的是钾长石 , 酸性斜长石 , 而中一基性斜长石少见 。 由于长石是不稳定矿物 , 故它们若在砂岩中大量出现 , 则多半是干燥气候和快速条件下堆积 。3)云母多是稳定的白云母,常集中在细砂岩、粉砂岩的层面上。黑云母不稳定,少见,只出现在离陆源区近、而成分复杂的砂岩中。4)重矿物 (比重 >矿物在碎屑岩中含量一般很少 , 常少于 1% 。 颗粒也很小 , 分布在 它们可以是岩浆岩中的副矿物 , 变质岩中的变质矿物及部分早先沉积岩中的自生重矿物 。 重矿物含量虽少 ,但意义很大 , 它们可以用来划分和对比地层 (特别是缺乏化石的哑地层 ), 可以确定母岩性质 。不同母岩来源的重矿物种类特点:源自花岗岩的重矿物常有:锆石、榍石,独居石,磷灰石等。源自超基性岩的重矿物有:尖晶石、铬铁矿、橄榄石、紫苏辉石等。源自变质岩的重矿物有:蓝晶石 、 十字石 , 硅线石 、 石榴石等 。2.自生矿物在同生 、 成岩 、 后生阶段新生成的化学成因的矿物叫自生矿物 。 他们是生物化学岩的主要组成部分 , 在碎屑岩中呈孤立的星散状或结核状分布矿物晶体 , 称为自生矿物 , 如对碎屑颗粒起胶结作用的化学沉淀矿物晶体或非晶质 , 故称胶结物 。常见者有以下几类:1)硅质矿物:石英、玉髓、蛋白石。2)硫酸盐矿物:石膏、硬石膏、重晶石、天青石。3)碳酸盐矿物:方解石,白云石,菱铁矿。4)磷酸盐矿物:磷灰石、胶磷矿等。5)粘土矿物;水云母、高岭石,蒙脱石。6)铁的氧化物及氢氧化物:赤铁矿、褐铁矿。7)卤化物:萤石、岩盐、钾盐等。8)硫化物:黄铁矿。9)硅酸盐矿物:自生长石、云母、海绿石、鲕绿泥石、沸石等。10)自生重矿物;常见者有电气石,锆石等。3、岩石碎屑,简称岩屑。岩屑是母岩直接破碎的产物,故岩屑可直接用来推断母岩。岩屑反映了母岩风化不彻底、搬运近、沉积快的特征,故碎屑岩中若岩屑含量高,则说明岩石的矿物成熟度低。岩屑多分布在大于 种岩石都可呈岩屑出现 , 但以细晶或隐晶质岩石的碎屑为主 。1)岩浆岩岩屑:多为火山岩 — 玄武岩,安山岩、流纹岩,粗面岩及火山玻璃等;部分微细的脉岩 — 细晶岩、辉绿岩等,少见粗粒的侵入岩 —— 如花岗岩等。2)变质岩岩屑:多为浅变质岩 — 板岩,千枚岩,变质石英岩、少数片岩、个别见深变质的片麻岩。3)沉积岩岩屑:多为细粒及隐晶的岩石 —泥岩,页岩、燧石。少数微晶灰岩,粉砂岩、个别有砂岩、凝灰岩等。第二节 沉积岩的结构特征根据沉积岩的形成方式可将沉积岩的结构划分为五个主要类型:主要类型 结构类型 特 征碎屑结构陆源碎屑结构颗粒类型 、 粒度 、 分选性 、 磨圆度 、 形状 、 表面特征杂基胶结物粒屑结构颗粒类型 、 粒度 、 分选性 、 磨圆度 、 形状 、 表面特征泥晶基质亮晶胶结物泥质结构 泥状结构泥晶结构生物结构 生物骨架结构生物骨架生物化石 磨圆度残余结构 交代残余结构重结晶残余结构晶粒结构 粒度沉积岩结构分类表一、碎屑结构由机械搬运和机械沉积形成的沉积岩具有碎屑结构。一)陆源碎屑结构陆源碎屑结构主要由碎屑颗粒、化学胶结物和杂基三部分组成。结构的特征取决于颗粒的结构、胶结物 (或基质 )的结构以及二者之间的量比和相互关系。1、碎屑本身的结构(1)粒度碎屑颗粒的大小称为粒度。粒度是以颗粒直径 (一般以长径或中径 )来度量的。粒级:为了研究方便 , 常将粒度划分为若干级别 , 并赋予一定的专用名称 ,如砾 、 砂 、 粉砂 、 泥等 。 这种粒度等级称为粒级 。Ⅰ 、自然粒级标准:按自然数及颗粒大小及颗粒的水力学行为的内在联系,来确定粒级之间的界限。一般把碎屑颗粒的粒级划分为:碎屑直径>2毫米 砂2屑: 2~ 屑: 屑: 屑: 4粗晶 4~ 晶 晶 晶 晶 晶或隐晶 <晶体的相对大小可以分为:(1)斑状结构,即较大的晶体处在细晶基质中。 (2)嵌晶结构,为较大的晶体包含较小的晶体。按晶体的形状不同可分为:他形晶 (无晶面 ),半自形晶 (具有一部分晶面 )、自形晶 (具有良好晶面 )。第三节 沉积构造特征沉积岩的构造是指岩石各个组成部分的空间分布和排列方式。沉积岩的构造是沉积岩最显著的特征之一 , 尤其是原生构造 , 为研究岩相古地理等提供重要依据 。 沉积岩的构造 , 种类多样 , 成因复杂 。 有生物成因的 , 非生物成因的;物理 ( 机械) 成因的 , 化学成因的;有原生的 ,又有次生的 。常见的沉积岩构造如表:非生物成因沉积构造 生物成因沉积构造机械的(原生地) 化学的(主要为次生的)Ⅰ 层理水平层理平行层理波状层理斜层理粒序层理块状层理潮汐层理Ⅰ 溶解构造缝合线溶 洞溶 孔Ⅰ 生物构造生物礁非生物成因沉积构造 生物成因沉积构造机械的(原生地) 化学的(主要为次生的)Ⅱ 层面构造波痕泥裂雨痕、冰雹痕晶痕冲刷面流痕槽模沟模Ⅱ 凝集构造结核晶镞Ⅱ 生物层理叠层构造非生物成因沉积构造 生物成因沉积构造机械的(原生地) 化学的(主要为次生的)Ⅲ 变形构造负荷构造球 组成构造迭 锥龟背石Ⅲ 生物遗迹虫 迹虫 孔1.机械成因的构造机械作用形成的构造主要有三种类型,层理、层面构造、变形构造。( 1)层理层理是沉积岩中最常见的一种原生构造 , 它是通过成分 、 结构 、 颜色等在垂向上 ( 垂直于沉积物表面的方向 )的变化而显示的一种层状构造 。有关层理的术语:细层是层理的最小单位,厚度很小,几毫米至几厘米,甚至小于 1毫米,成分常常很均一。它是在一定条件下同时沉积的。层系由许多成分、结构、厚度和产状都相似的同类型细层组成。它是在相同沉积条件下形成的。层系组由若干个相似的层系组成 , 它是在相似沉积环境下生成的 , 其中间无明显的不连续 。层或岩层是组成沉积地层的基本单位,其成分、结构、内部构造和颜色基本均一,上下由明显的层面与相邻层分开。它是在较大区域内生成条件基本一致的情况下形成的岩石地质体。它的厚度变化很大,它可包括一个或若干个细层、层系甚至层系组。需要注意:层或岩层的厚度是指上下层面之间的距离,而层理的厚度则以层系上下界面之间的距离计之,二者是两个不同的概念。1)层理的基本类型( 1)根据细层的形态与层系的关系,可将层理分为下列类型:水平层理、平行层理、波状层理、斜层理。斜层理根据细层特点又可分为:单斜层理,交错层理斜层理根据层系界面形态和性质又可分为;板状斜层理,楔状斜层理和槽状斜层理。( 2)根据层内粒度递变特征划分为:块状层理 、 韵律层理 、 粒序层理 。I、水平层理细层界面平直,彼此互相平行,并且都与层面一致。细层可以由颜色差异、粒度变化、矿物成分不同、片状矿物定向排列等形式显示出来。水平层理见于泥质岩、粉砂岩中,是静水或微弱水流中缓慢沉积作用的标志。Ⅱ 、平行层理平行层理与细粒沉积中的水平层理形态相似,但成因不同,见于砂质沉积中,顶面往往有平行的线理或拖曳印模。它常与斜层理共生,它是在急流水流状态下形成的。Ⅲ 、波状层理细层界面呈波状起伏,但总方向平行层面。层系界面或平行细层、或切割细层。波形有对称的,也有不对称的;有规则的,也有不规则的。波状层理一般是由水介质的波浪运动而形成,也可由水介质的单向运动造成,后者形成不对称波状层理。在波浪和水流可以波及水底沉积的浅水区,如海滨、湖滨以及河漫滩等环境中。Ⅳ 、斜层理内部由一系列斜交层系界面的细层组成,层系界面互相交切、重叠。A、单斜层理 细层界面向同一方向倾斜。它是由于流动介质以一定的流速作定向流动形成的。B、 交错层理层系界面互相切交 , 各层系中细层的倾斜方向不同 , 呈交错状 。 它是由于介质流动方向交替变化形成的 。A、板状层理 层系之间的界面为平面,而且互相平行。B、楔状层理 层系之间的界面为平面,但不互相平行。C、槽状层理 层系的下界面为糟状,细层或与之平行、或以一定角度与之切交,层系界面呈弧状相交。上述三类斜层理 , 反映了水流强度逐渐递增的序列 。Ⅴ 、序粒层理又称递变层理,系指层内从底到顶粒度由粗向细逐渐变化的一种层理。通常由砾、砂、泥依次沉积组成,具有清晰的底界面,单层厚度一般几十厘米,达 1米者偶见。序粒层理有两种类型 , 其一是粒度由粗向细逐渐变化 , 由水流强度逐渐减弱沉积而成;其二是粒度粗细混杂 , 碎屑颗粒显示递变 , 是浊流沉积的产物 。塔里木盆地库车坳陷白垩系中的粒序层理Ⅵ 、韵律层理由层与层间平行或近于平行的两种或两种以上的岩层互层重复出现所组成。常见砂质层和泥质层的韵律层,称为泥砂互层层理。形成于潮汐环境中的潮汐水流的周期变化;或气候的季节性变化的深色 、块状层理岩层不见任何内部构造,称块状层理。块状层理是沉积物的快速堆积产物。有时由于强烈的生物扰动作用,把沉积物原生层理等内部构造破坏,也可使岩层呈块状层理。Ⅷ 、潮汐层理潮汐层理包括脉状层理、透镜状层理和波状复合层理。脉状层理是指层系界面呈波状起伏 ,波谷内夹有泥质条纹的一种砂质交错层理 。透镜状层理是指以泥质层系为主 , 砂质交错沉积层系呈透镜状断续地夹在泥质沉积层系中 。波状复合层理是指砂质交错沉积层系和泥质层系呈波状交互,是脉状层理和透镜状层理的过渡类型。 脉状层理、波状复合层理或透镜状层理是在沉积环境有泥、砂供应,水流强度有间歇性变化,砂与泥质相间沉积的潮汐条件下形成的。( 2)层面构造沉积岩的层面构造多种多样,具有重要的成因意义。含见的层面构造有:波痕、泥裂、雨痕、雹痕、晶痕、冲刷面、流痕、槽模、沟模等。1)波痕系运动介质在沉积物表面形成的一种有规律的波状起伏构造。它由一系列近于平行的呈线性延长的波峰和波谷组成,波痕的延长方向一般垂直于介质运动方向。波痕乃是在流动的条件下,床沙形体保存在层面上的一种形迹,它的形态反映了形成环境,特别是水动力状况。但是古代地层中所保存下来的大都是沙纹的遗迹, 1968年艾伦曾根据沙纹的波峰 (脊线)在平面上的延续形态分为直线状、弯曲状、链状、舌形及新月形几种。2)泥裂未固结的细粒沉积物 ( 泥质 、 粉砂及细粒碳酸盐沉积 ) 露出水面 , 遭曝晒而千固收缩 , 形成多角形裂缝 , 称为泥裂 。3)雨痕和雹痕雨痕是由雨滴落于松软的泥质沉积物表面上之后,在沉积物表面上所形成的圆形或椭圆形凹穴。雨滴若直落,雨痕圆形;若斜落,雨痕呈椭圆形。雹痕与雨痕相似 , 但较大而深 , 边缘略微高起 , 粗糙 , 形状不规则 。 雨痕和雹痕主要出现在干旱或半干旱环境的陆相细粒沉积物中 。4)晶痕在泥质、细粒碳酸盐沉积岩中包含的盐类矿物的晶体痕迹或晶体假象。 晶痕是干旱炎热的高盐度环境的标志,如盐湖、成化泻湖、萨勃哈等。5)冲刷面由于海平面的升降变化 , 水流对已沉积的沉积物发生再冲刷 , 在沉积层顶部造成凹凸不平的侵蚀面称为冲刷面 。6)流痕系指沉积层表面存在的一种树枝状水流痕迹。流痕常出现在潮间泥坪,湖滨及何漫滩的泥质沉积层顶面。在其上覆岩层的底面上,常保留有流痕印模。7)槽模当泥质沉积层表面被底流冲刷所产生的槽状冲蚀痕迹被上覆砂质沉积物充填后,在砂质层的底面上的上游端突起高,向下游端缓倾,逐渐接近底面的丘状印模,称为槽摸。槽模常见于浊流沉积物中 , 是浊流沉积物的一种特征标志 。8)沟模在砂质层底面上则保存沟状痕的印模,称为沟模。 当泥质沉积层表面被水流携带的 “ 工具 ” (如骨骼介壳、砾石、砂粒、树枝等)刻划所产生的沟状痕,由上覆砂质沉积物充填之后,在砂质层底面上则保存沟状痕的印模。一般见于浊流沉积物中,但也可产于浅水沉积物中( 3)变形构造变形构造是在沉积物沉积的同时或稍后,沉积物尚处于塑性状态时,经变形所形成的构造。沉积物的变形主要与自身的某种不稳定性以及重力作用、介质运动等有关。常见的变形构造有:负荷印模、球一枕构造、包卷层理、滑坡构造、碎屑岩脉、盘状构造等。1)负荷印模也称为重荷模。常见于泥质层之上的砂质层底面上呈圆形或不规则的瘤状凸起。它是由饱含水分的软泥沉积物在可塑性状态下,接受上覆砂质沉积物负荷不均衡所造成的。负荷印模常见于浊积岩中,在浅海、潮坪及河流环境中也可出现。2)球 — 枕构造球 — 枕构造常出现在覆盖于泥质层之上的砂质层中。砂层断成许多球状或枕状的块体,其直径自几厘米到几米,砂球和砂枕的内部有时不见构造,有时有弯曲变形的层理。3)滑坡构造水下斜坡上未固结的沉积物 , 在重力作用下发生滑动而形成的变形构造 , 称为滑坡构造 。 滑动使原生层理强烈褶皱 、 变形 、 断错以至角砾化 。滑坡构造是水下斜坡的良好标志 , 在浊积岩中 、以及三角洲 、 生物礁和海底峡谷的前缘沉积物中颇为常见 。4)碎屑岩脉饱含水的砂或粉砂,在差异压力作用下,上冲注入到附近沉积层裂隙中,因而形成碎屑岩脉等。碎屑岩脉一般规模不大,但也有延伸较远者。5)盘状构造系指砂岩或粉砂岩中的盘状纹理 。 盘状体的直径为 50厘米 , 边缘上翘 , 它们可互相重叠 。 劳和洛皮科罗认为这是在沉积物固结过程中 , 孔隙水向上流动形成的一种构造 。2、化学成因的构造化学成因的构造大致有三类:溶解作用形成的构造(缝合线、溶洞和溶孔);凝聚作用形成的构造(结核和晶簇);组成构造(叠锥和龟背石)。1)缝合线缝合线是在垂直碳酸盐岩等岩石层理的切面中出现的呈头盖骨接合缝式的锯齿状缝隙。缝合线形态多样,可呈微波状、锯齿状、陡峰状等。2)结核结核是一种成分、结构、颜色等与围岩有显著差异的矿物集合体,它是成岩阶段物质重新分配的产物。 结核形态很多,有球状、椭球状、不规则团块状等。结核按成分为:碳酸盐结核、硅质结核、磷酸盐结核、锰质结该、黄铁矿结核、白铁矿结核、石膏结核等。3)叠锥叠锥是由一系列漏斗状锥体套叠而成。常见于钙质岩石中,而且具叠锥构造的岩石常呈夹层出现在泥质岩系中。叠锥体一般垂直于层面分布,锥顶向下,锥底朝上。锥高 1~ 10厘米,少数可达 20厘米,锥顶角 300~ 600。叠锥由乎行于锥轴的纤维状方解石组成,叠层间以泥质薄膜相隔。4)鸟眼构造在细粒碳酸盐岩中,见有一种微小的孔洞,其形状似鸟眼,一般高1~ 3毫米,长、宽几毫米,大致平行层理排列。孔洞常为亮晶方解石充填,这种构造称为鸟眼构造。因为它们常成群出现,故又叫窗格状构造。3.生物成因的构造生物通过生活活动形成的沉积构造。生物形成的特殊构造有:生物构造(如生物礁体);生物层理(如叠层构造);生物遗迹(如虫迹、虫孔)。1)叠层构造叠层构造是由蓝绿藻类分泌的粘液捕获粘结砂、粉砂、泥级颗粒或晶体而组成的一种纹层构造。叠层构造由两种不同的纹层相间组成:富藻纹层:又称基本暗带,富屑纹层:又称基本亮带。2)虫迹和虫孔虫迹是生物在朱固结的沉积层表面留下的活动痕迹,是一种层面构造,虫迹在下层面上所形成的印模呈圆筒状或压扁的埂状小突起;成弯曲状、树枝状或交叉状分布。虫孔是生物在未固结的沉积层内部觅食或穴居的孔道 , 一般属于岩石内部构造 。第四节 沉积岩的颜色沉积岩的颜色按成因可分为原生色和次生色。原生色又可分成继承色和自生色。继承色取决于碎屑物质的颜色,为碎屑岩所特有;自生色决定于自生矿物及原生混人物的颜色,主要为化学岩、粘土岩及部分碎屑岩所具有。次生色主要是在风化作用过程中 ,原生色素组份发生次生变化而形成的颜色 。
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