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第13讲—自生沉积岩

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地质 储层 沉积 地化 层序地层
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矿物岩石学吉林大学地球科学学院2008年秋季岩石学 ( 介岩浆岩沉积岩 √变质岩第十三章 内源沉积岩第一节 碳酸盐岩概述第二节 碳酸盐岩的成分特征第三节 碳酸盐岩的结构第四节 碳酸盐岩的构造第五节 碳酸盐岩的分类第六节 碳酸盐岩的主要岩石类型第七节 其他内源沉积岩第一节 概 述1. 定义: 自生的碳酸盐矿物 (方解石和白云石)含量超过 50%的沉积岩类称碳酸盐岩。类型:自生碳酸盐矿物中若一半以上为方解 石称石灰岩,若一半以上为白云石称白云岩。碳酸盐多为区域性的稳定层状; 就体积而言,碳酸盐岩约占所有沉积岩的 4%左右,但在大陆地表的沉积岩中它却可占 10仅次于泥质岩 (包括粉砂岩 ),和砂岩相近,是最常见、也是最重要的一类内源沉积岩。方解石白云石第一节 概 述矿产资源: 油气(约占 50%),金属矿产,建筑材料等。理论意义: 沉积相标志、古地理再造、古环境恢复、古气候变迁等。形成环境: 碳酸盐岩主要形成于温暖气候带的海相环境。形成作用: 化学、生物、机械作用或复合沉积作用。产状分布: 多为区域性的稳定层状;占沉积岩体积20%,我国沉积岩占全国总面积 75%,其中 55%为碳酸盐。第二节 .(纯 )白云岩的化学成分: a 作为判别环境的标志。一 化学成分:第二节 碳酸盐岩的成分特征二 矿物成分: 方解石和文石、白云石、菱铁矿、菱锰矿、菱锌矿、铁白云石 g, 粘土矿物、石英、长石及微量重矿物。当陆源碎屑混入物 >50%则过渡为粘土岩或粉砂岩 /砂岩。 石膏、硬石膏,重晶石、天青石、 K,蛋白石、自生石英、黄铁矿、白铁矿、海绿石( K,鲕绿泥石( 磷酸盐矿物和有机质。第三节 碳酸盐岩的结构一 经波浪或流水搬运、沉积而成的碳酸盐岩常具有粒屑结构。它主要由自生颗粒 (内碎屑、生物碎屑、包粒、团粒、团块 )、填隙物和孔隙构成。 由原地固着生长的生物骨架构成。重结晶结构 : 由化学或生物化学作用沉淀而成。 如白云岩化灰岩,交代白云岩。第三节 1)内碎屑 (无内部结构的碳酸盐岩软泥颗粒 )结构( 2)生物碎屑 (骨粒 )结构、( 3)包粒 (鲕粒和豆粒,核形石 )结构( 4)团粒 (不具有内部结构的粪团粒 )结构( 5)团块 (颗粒集合体 )结构。二、碳酸盐岩结构特征分述第三节 >250%白云岩-白云石含量 >50%岩、白云岩和菱铁岩。 菱铁岩只在河口附近的沉积环境生成,数量少。白云岩大多数是同生或成岩期交代成因的,原始结构与灰岩相同。所以主要介绍 灰岩的分类 。矿物成分、结构、成因① 碳酸盐岩矿物成分分类矿物成分分类常用的界线 : 10%、 25%、50%,当 白云石或方解石< 10%时不参加命名 。 例如:当白云石含量为以下范围时:0 灰岩10 含白云质灰岩25 白云质灰岩第五节 基于方解石和白云石相对含量划分的岩石类型岩类 方解石 % 白云石 % 岩石名称 岩石简称石灰岩类100酸盐岩的分类岩类 方解石( %) 1白云石( %) 2 粘土 岩石名称 1 岩石名称 2石灰岩(或白云岩)100~9090~7575~50 0~1010~2525~50 石灰岩含泥石灰岩泥灰岩白云岩含泥白云岩泥云岩泥岩50~2550~7510~25 50~7575~9090~100 灰质泥岩含灰泥岩泥岩白云质泥岩含云泥岩泥岩第五节 基于方解石(或白云石 )与粘土相对含量划分的岩石类型岩类 方解石( %) 白云石( %) 粘土 (砂 )( %) 岩石名称石灰岩 50~7050~7550~7510~2525~1050~25 10~2525~5010~25含泥(砂)含云石灰岩含云泥(砂)灰岩含泥(砂)云灰岩白云岩 10~2510~2525~50 50~7550~7550~7510~2525~5010~25含泥(砂)含灰白云岩含灰(砂)泥云岩含泥(砂)灰云岩泥(砂)岩类10~2525~5010~2510~2510~2525~5050~7550~7550~70 含灰含云泥(砂)岩含灰含云泥(砂)岩含灰云质泥(砂)岩第五节 基于方解石、白云石和粘土 (或砂 )相对含量划分的岩石类型② 正常化学岩 ): 为化学 — 生物化学成因,形成于低能环境,具微晶或泥晶结构。异常化学岩 ): 是经过波浪及流水作用或重力作用形成的岩石类型 , 具有典型的粒屑结构特征 。以生物作用为主形成的石灰岩 , 具有典型的生物骨架结构 。前三类岩石经过强烈重结晶作用而形成 , 具有各种化学结构及残余结构 。第五节 碳酸盐岩的分类灰岩结构 — 成因分类 (曾允孚, 1980)颗粒灰岩类 颗粒百分含量 主要填隙物 内碎屑 骨屑 鲕粒 团粒 团块 混合 原地固着生物灰岩 亮晶 亮晶内碎屑灰岩 亮晶骨屑灰岩 亮晶鲕粒灰岩 亮晶团粒灰岩 亮晶团块灰岩 亮晶颗粒灰岩 大于50% 泥晶 泥晶内碎屑灰岩 泥晶骨屑灰岩 泥晶鲕粒灰岩 泥晶团粒灰岩 泥晶团块灰岩 泥晶颗粒灰岩 50 - 25% 泥晶 内碎屑泥晶灰岩 骨屑泥晶灰岩 鲕粒泥晶灰岩 团粒泥晶灰岩 团块泥晶灰岩 颗粒泥晶灰岩 25 - 10% 泥晶 含内碎屑泥晶灰岩 含骨屑泥晶灰岩 含鲕 粒泥晶灰岩 含团粒泥晶灰岩 含团块泥晶灰岩 含颗粒泥晶灰岩 小于10% 泥晶 泥晶灰岩或微晶灰岩类 生物礁灰岩 生物层灰岩 生物丘灰岩 重结晶灰岩 具残余结构 第五节 碳酸盐岩的分类• 四个常用的术语:白云岩: 未经搬运的灰岩,指微晶灰岩和生物礁灰岩。白云岩: 经过搬运的灰岩,指粒屑灰岩。原地机械沉积的、粒度< 淀晶: 化学沉淀的、粒度> 为洁净的方解石(胶结物)。第五节 碳酸盐岩的分类② 石灰岩的结构一成因分类第六节 碳酸盐岩的主要岩石类型一、石灰岩1、内碎屑灰岩内碎屑: 砾屑级 圆度因搬运磨蚀程度有差别填隙物: 灰泥基质 , 或亮晶胶结物或者两者均有 。两个基本类型:( 1)亮晶内碎屑灰岩 高能且稳定环境,如滨浅海;特征:颗粒支撑、具波痕、交错层理( 2)泥晶内碎屑灰岩 高能但不稳定环境,如浊流;特征-基质支撑、具粒序层理碎屑形成高能环境但沉积于低能环境。亮晶内碎屑灰岩示意图一、石灰岩1、内碎屑灰岩第六节 碳酸盐岩的主要岩石类型粒屑灰岩一、石灰岩2、生物碎屑灰岩( 1)亮晶生物碎屑灰岩 成因:高能、稳定环境,如滨浅海;特征:颗粒支撑、具波痕、交错层( 2)泥晶生物碎屑灰岩 成因:低能、稳定(静水)环境,如潮下带;特征-基质支撑、块状层理。( 3)生物碎屑种类 海百合茎、珊瑚、介形虫、有孔虫、藻类、层孔虫、双壳、腕足类等。第六节 碳酸盐岩的主要岩石类型生物碎屑灰岩 :( 1)亮晶生物碎屑灰岩 ( 2)泥晶生物碎屑灰岩3、鲕粒灰岩:主要特征: 由鲕粒构成,填隙物可以是灰泥基质或亮晶胶结物。颗粒支撑、具波痕、交错层理;形成条件: 温暖浅水、中等搅动; 一般形成于温暖的、中等能量的浅海环境,如台地边缘浅滩(鲕滩)、潮汐协坝或潮汐三角洲等环境。4、藻灰岩 典型的生物-生物化学成因5、生物礁灰岩: 主要造礁生物:钙藻、珊瑚、层孔虫、海綿、苔藓虫、厚蛤一、石灰岩第六节 碳酸盐岩的主要岩石类型鲕粒灰岩: 由鲕粒构成,填隙物可以是灰泥基质或亮晶胶结物。颗粒支撑、具波痕、交错层理。叠层石粘结灰岩: 由单细胞或简单多细胞藻类(还有细菌)等在固定基底上周期性繁殖形成的一种纹层状灰岩叠层石粘结灰岩一、石灰岩( 6) 泥晶 ( 微晶 ) 灰岩颗粒含量较低 , 一般小于 10%, 还含有少量陆源碎屑 。 泥晶 ( 微晶 ) 灰岩外观致密 、 均一 。 水平层理或微波状层理发育 。( 7) 亮晶灰岩化学沉淀的产物 。 一般为微晶结构 , 呈稳定的层状分布 , 具有均匀块状或水平层理 。 具水平纹理的化学成因的微晶灰岩与发育水平层理的机械或生物成因的泥屑 ( 晶 ) 灰岩难以区分 。第六节 碳酸盐岩的主要岩石类型二、白云岩白云石含量 >50%的碳酸盐岩称白云岩。白云岩可单独产出,也可与石灰岩或砂岩等共生,或者在石灰岩中以斑块、条带形式存在。白云岩风化面常布满方向杂乱的“刀砍纹”,沉积构造则与石灰岩相仿。与石灰岩不同,白云岩不仅有沉积成因的,更多的是次生交代成因的。第七节 其他内源沉积岩一 硅质岩二 磷质岩三 铁质岩四 铝质岩五 由化学、生物和生物化学作用及某种火山作用形成的富含 70%)的沉积岩 称硅质岩,欧美国家或国际上则多统称为燧石岩。硅质岩在地壳中的分布仅次于碳酸盐岩,居第四位。2. 硅质岩的颜色 : 不同沉积环境 (地球化学环境 )形成的硅质岩颜色各不相同。 开阔远洋盆地相硅质岩可能为红色、米黄色或灰白色; 洋中脊和与海底火山活动相关的硅质岩系可能为灰绿色-碧绿色; 裂谷盆地中的硅质岩常为黑色-深灰色-墨绿色。 总之,硅质岩的颜色多样且有一定的环境意义。一 硅质岩4. 硅质岩的矿物成分: 硅质岩中常见的主要矿物成分:蛋白石、玉髓和自生石英。但蛋白石较少见,多出现在结核状硅质岩中或以硅质生物硬体形式出现在层状硅质岩中。 硅质生物主要是硅藻、放射虫和硅质海绵(常是它的骨针)。一 主要是 有混入物,如 般硅质岩几乎全由硅质矿物构成,在某些结核状或与其它岩石互层的层状硅质岩内,其它矿物可能稍多一些并常与相邻岩石的成分有关,如与页岩互层的硅质岩可含一些粘土矿物和其它杂质(包括有机质),与碳酸盐岩互层或产在碳酸盐岩中的结核状硅质岩可含一些碳酸盐矿物,燧石铁建造中的硅质岩常含赤铁矿、磁铁矿、黄铁矿、菱铁矿等等。一 胶状结构、隐晶质结构、微晶结构、生物结构和粒屑结构等。绝大多数硅质岩都为 结晶结构, 少数层状或条带状硅质岩为 颗粒结构 ,颗粒常为生物硬体、鲕粒、内碎屑或团粒。有的层状硅质岩几乎全由生物硬体构成,习惯上也称为具有 生物结构 。同石灰岩一样,这些颗粒也可表现出粒度、分选、支撑类型等方面的特征。发育叠层构造的硅质岩也可具有粘结结构。一 硅质岩大多数呈薄-极薄层状 (连续稳定的条带状 )产出,内部具均一状, 水平纹理构造 等。 透镜状、结核状、团块状 等也可见。与其他化学岩共生时,常见各种类型 层理及波痕 等。前寒武纪的硅质岩大多与铁质岩互层,以后则多与碳酸盐岩、页岩或火山岩、火山碎屑岩互层或共生。野外露头上,由于差异风化作用 ,硅质岩常常比共生岩石更为突出。一 ( 1)按产状划分 : 层状硅质岩 (国内也称燧石岩 ):以稳定层状产出。结核或条带状硅质岩 (或燧石结核或燧石条带 ):以结核或条带状产出。( 2)按主要硅质矿物划分 : 蛋白石硅质岩:主要由蛋白石构成。玉髓硅质岩:主要由玉燧构成。石英硅质岩:主要由自生石英构成。一 硅质岩一 玉髓硅质岩:主要由粒状玉髓和少量纤状玉髓或蛋白石构成,部分玉髓可能会转变成石英而向石英硅质岩过渡。硅藻岩 (或硅藻土 ):主要由硅藻外壳堆积而成,有时含少量放射虫或海绵骨针并有粘土、碳酸盐等混入。硅藻很小,多在几到几十微米左右,形态变化很大,可以确证的硅藻产生侏罗纪或以后的地层中。更古老的硅藻则因壳体已向玉髓或石英转化而不易识别。海绵岩:主要由海绵骨针构成,有时含少量放射虫,也有粘土、碳酸盐等等杂质。骨针比硅藻粗大一些,长可达几百微米,粗细约几十微米,蛋白石质,变成玉髓质后常常仍可辨认。放射虫岩:主要由放射虫构成,可含少量海绵骨针,放射虫相对较大,多超过 球或钟罩形为主,中空,表面多孔,大多有刺,刺的长短多少不一,最长可占壳体一半以上,呈放射状排列。虫腔可被杂质或硅质充填。壳体也是蛋白石质,也会向玉髓或石英转化。一 硅质岩对具体岩石可根据情况或需要作综合命名,如层状藻迹硅质岩(或燧石岩)、蛋白石硅藻岩、含放射虫石英硅质岩 等等除上述规范化的分类命名以外,还有一些习惯性或具特殊成因的硅质岩名称,其中使用较多的有:碧玉岩:泛指含有铁的氧化物的硅质岩,可以呈各种颜色,但主要为红色。硅板岩:含一些粘土,强烈压实、易呈板状裂开的黑色硅质岩。硅华:产于温泉出口处,由热水溶液沉淀而成,较疏松,杂质多。二 块岩和磷质岩泛称为磷质岩 ,按磷的工业品位划分 : 磷块岩: 磷质岩: 磷是一种较为分散的元素,多以磷酸盐矿物或有机质形式存在。除 磷酸盐矿物 以外,磷质岩中的其它矿物还有 硅质矿物、粘土矿物、方解石、白云石、石膏、硬石膏、针铁矿以及陆源石英、长石 等等。二 质岩的结构与石灰岩非常相似,常见的有 自生颗粒结构、微晶(泥晶)结构和结晶结构 (包括非晶质结构)。自生颗粒也是 生物碎屑、内碎屑、鲕粒、团粒等。生物碎屑常常是双壳、腕足、海绵、有孔虫、以及鱼牙齿等等。自生颗粒常与隐 — 微晶磷酸盐基质共生,也可被“亮晶”磷酸盐矿物或玉髓、石英、方解石以及针铁矿胶结。二 自生颗粒或微晶(泥晶)结构的磷质岩可发育 水平 — 波纹层理、交错层理、粒序层理 ,有时有波痕。一般磷质岩还可发育 块状层理、泥裂或叠层构造 。磷质岩可以结核(团块)状或层状产出。 结核状磷块岩常产在中 — 细碎屑岩内。 层状磷质岩常夹在黑色页岩、黑色硅质岩或碳酸盐岩之间或与它们互层,层厚几厘米到几十厘米。 露头上,磷质岩多呈黑色,手标本有沉重感(密度大于陆源碎屑岩、碳酸盐岩或硅质岩)。二 核状磷块岩: 结核状磷块岩一般呈深黑色,由大小不等的磷结核组成,结核的直径从几毫米到几厘米,表面上常有许多压凹面。在一些较大的结核表面常有铁和锰的氧化物存在,有些大的结核还包裹着两个或两个以上的小结核。叠层石磷块岩: 特点是藻核不大,叠层与叠层间包裹着大量的磷酸盐球粒,这些小的球粒在藻层中分层分布且不破坏藻层。三 铁质岩是一种富铁岩。铁矿物含量为50% 沉积岩称为铁质沉积岩或铁质岩。有经济价值的铁沉积岩、铁质沉积岩、含铁沉积岩,称为沉积铁矿。 沉积铁矿是极重要的铁矿类型,沉积及沉积变质的铁矿约占世界铁矿总储量的90%,所以铁沉积岩及沉积铁矿的经济意义很大。在地质记录中,富铁岩有两种存在形式,一是铁建造,二是铁质岩或铁岩。铁建造主要产于前寒武纪,特别是中早元古代到太古代。由于它经常还特别富硅,故也称燧石铁建造。三 铁矿物种类很多,大体可分为铁的氧化物、硫化物、碳酸盐和含铁硅酸盐 4大类,在铁沉积岩及沉积铁矿中,常见的有:磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿等。菱铁矿等。鲕绿泥石、海绿石、铁蛇纹石等。黄铁矿、白铁矿等。四 由富含氢氧化铝矿物组成的沉积岩称为铝质土岩;如果铝土岩中 其 2:1,则称为铝土矿。铝土矿是提炼铝的主要原料,是重要的矿产资源。在铝土矿中,还经常含有镓、锗、铀、镍、锡、铌等微量稀有元素,这就更提高了它的经济价值。四 铝质岩的主要矿物成分是铝的氢氧化物:三水铝石、一水软铝石和一水硬铝石。其次是各种粘土矿物、石英、玉髓和少量的重矿物。三水铝石又称为三水铝矿 ,常以极细小的颗粒与鲕绿泥石、氧化铁、氧化硅等构成混合物,呈结核状、鲕状、豆状产出,也呈凝胶状及隐晶质产出。四 铝土岩或铝土矿划分为风化残余型和沉积型两大类。风化残余型的铝土矿:主要是铝硅酸盐岩石,是在湿热气候条件下化学风化作用的产物。由于与风化残余型的铝土矿物共生的还常有褐铁矿,故常使铝土矿呈红色,所以这一风化残余型的铝土矿也常称为红土型铝土矿。沉积型铝质岩:海相沉积铝质岩主要与滨海及泻湖沉积物有关,形成于海盆地的边缘地带,呈层状产出,沿走向厚度和成分都十分稳定,以一水硬铝石为主,常具鲕状或豆状结构。四 铝质岩湖成铝质岩的铝矿物以三水铝石为主,但粘土、铁矿物微粒、粉砂等杂质较多,可发育水平层理或小型波状交错层理。整个岩石常呈较薄的层状或透镜状夹在泥质岩之间,顶部可出现沼泽沉积(黑色页岩或煤层。海成铝质岩的铝矿物以三水铝石和一水软铝石为主,经成岩变化后也可转变成一水硬铝石,共生矿物相对较少,多为粘土、针铁矿、绿泥石等。岩石为泥状结构、鲕粒结构、豆粒结构或内碎屑结构等。五 强烈蒸发条件下,海盆或湖盆水体因盐分逐渐浓缩以至发生沉淀,这种由于蒸发作用以化学沉淀方式而形成的 易溶盐类矿物占 50%以上 的沉积岩称蒸发岩。由于蒸发岩主要组分都是盐类矿物,它是盐类岩中的主要成因类型,其主要 矿物成分是钾、钠、钙、镁的氯化物、硫酸盐、碳酸盐 ,其中以石膏、硬石膏和石盐最重要。五 蒸发岩原生沉积结构有 微晶结构、自生颗粒结构 等,自生颗粒可以是单个盐类晶体,更多的是盐类晶体的集合体,大体上与石灰岩中的内碎屑或凝聚颗粒相当。3. 蒸发岩的构造: 蒸发岩原生沉积构造有 水平层理、交错层理、粒序层理 。更常见的构造则是经成岩改造后形成的,如 块状构造、角砾化构造、多孔状构造、镶嵌结核状构造 。五 蒸发岩多呈 层状 产出,层厚从毫米级的纹层到几十厘米的中厚层不等,常与白云岩、石灰岩、细碎屑岩(特别红色泥质岩)互层。由蒸发岩构成的沉积序列可厚达几百上千米,分布范围常在几百平方公里以上。由于蒸发矿物易溶,所以除非在干旱地区,蒸发岩一般很少有好的露头,地表可以见到的也主要是溶解度相对较小的石膏。多数蒸发岩都是在地下通过钻井发现的。如:我国大庆、胜利、江汉等等油田都钻到了白垩纪或第三纪的蒸发岩。五 蒸发岩某些和蒸发作用有关的碳酸盐岩却不包括在蒸发岩之中, 如白云岩。 尽管当海水被蒸发时白云岩首先被沉淀出来、有时成层状的白云岩常常作为蒸发岩旋回的开始,但是,在沉积岩的分类学上仍将白云岩归如碳酸盐岩5. 蒸发岩主要的岩石类型 : 蒸发岩常常是有用的矿产,一般是根据主要矿物命名,如石膏岩、石盐岩;有时则用有价值的矿物命名,如钾镁质盐岩中含量多的矿物是石盐,钾镁盐类矿物含量较少。蒸发岩主要可分为以下三大类 : 石膏和硬石膏岩石岩盐(岩盐)钾镁质盐岩
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