区域地质调查之地层野外工作方法

野外地层调查方法徐德斌2011-03-082020年1月4日星期六972提纲一、区（矿）调工作步骤二、野外地层调查内容三、地层研究思路四、岩石分类命名与调查内容五、沉积相识别标志与主要沉积环境六、层序地层分析与应用七、盆山类型与盆山耦合关系研究八、多重地层单位划分与区（矿）调要求2020年1月4日星期六973一、区（矿）调工作步骤•沉积岩(地层)填图工作方法•岩浆岩填图工作方法•变质岩填图工作方法•构造填图工作方法•矿产调查工作方法•化探工作方法•物探工作方法•遥感工作方法•数字填图技术与方法立项报告、地质（矿产）草图、工作部署图设计报告、地质（矿产）草图、工作部署图、物化遥解译图、工作程度图野外验收简报告、野外地质图（矿产图），物探测量成果图、化探测量成果图，实际材料图，各类剖面图及记录本、各类标本、样品、测试分析报告等原始资料区（矿）调联测报告、专题报告、地质图（矿产图），说明书，物探测量成果图、化探测量成果图，实际材料图，各类剖面图及记录本、各类标本、样品、测试分析报告等原始资料、数据库2020年1月4日星期六974•野外地层调查内容：•岩性与组合特征；•沉积特征（沉积相标志）→沉积微相与沉积相→基本层序→相序特征（厚度变化、接触关系等）；•古生物化石特征（含产出状况）→地层时代（结合同位素年龄）；•划分沉积相类型→恢复沉积环境；•沉积岩区构造特征与演化（产状、标志层）；•盆地类型与盆山耦合关系；•沉积作用与成矿作用的关系（含矿层及其变化）；•第四系：+成因类型、古文化层等。二、野外地层调查内容及存在的矛盾2020年1月4日星期六975地层系统划分依据地层单位缺点岩石地层岩性群、组、段、层、非正式单位穿时性生物地层化石生物带、组合带、延限带、顶峰带、间隔带哑地层、分辨率年代地层时间宇、界、系、统、阶、时带测年对象、费用、分辨率生态地层环境（群落）？哑地层、分辨率磁性地层磁性极性超时、极性时、极性亚时系统性、费用、分辨率事件地层事件全球性、区域性、地方性系统性、分辨率化学地层地球化学化学异常层费用、分辨率矿物地层重矿物组合带费用、分辨率•Waterhouse(1976)：亚群落、群落、生物区、相关生物群•Kauffman等人（1974,1976）：域、大区、区、亚区或分区、土著中心、生态系、组合、群落、组伴、种群•Boucot(1975-1984)：群落、群落群、底栖组合、生态进化单元、态（古生态）单位（小生境或生态位、生境、生态系统或生态体系、生态区）•核心问题：地层单位的划分与厘定2020年1月4日星期六976岩石地层与层序地层划分对比•用层序地层研究成果优化、厘定岩石地层单位界线2020年1月4日星期六977•野外调查总体原则：•以现代地层学、沉积学理论为依据，以沉积地层多重划分对比为基础，采用岩石地层单位填图，通过研究岩石地层单位的基本层序，准确地描述沉积地层组成、结构、变化和单位的识别特征—岩相分析。•通过正式和非正式岩石地层填图，查明并表示其时空存在状态、纵横向变化与年代单位的相互关系；•建立和完善区域地层格架和模型；探讨和预测岩石地层单位的形成环境、沉积作用过程、区域地质发展史与控制资源分布的规律。•调查方法：地质填图与地层剖面研究相结合2020年1月4日星期六978•沉积岩区：岩石地层单位填图法•火山岩区：岩石地层—火山岩相双重填图法•侵入岩区：侵入体（“岩性+时代”或“岩性+时代+典型命名地”）•变质岩区：构造—地（岩）层（如岩组、岩群）—事件或构造—岩石-事件法填图•第四纪地质：岩石地层单位或成因单位•构造：构造解析法•填图方法2020年1月4日星期六979三、沉积地层研究思路成层性与旋回性岩性岩相相序盆地资源评价沉积岩石学沉积学层序地层学盆地分析煤田地质学石油地质学…………古生物学沉积地质学2020年1月4日星期六9710一）陆源沉积岩：碎屑颗粒、杂基、胶结物、孔隙1．分类与名命•自然粒级划分砾砂粉砂泥漂砾巨砾粗砾中砾细砾极粗砂粗砂中砂细砂极细砂粗粉砂细粉砂毫米值：10002505010210.50.250.10.050.030.005φ值：-10-8-6-3-10123458φ=－log2d（d为最大视直径的毫米值）四、岩石分类命名与调查内容2020年1月4日星期六9711•粒度、结构分类与命名2020年1月4日星期六9712•砾级碎屑含量达到或超过30%的沉积岩称粗碎屑岩。按成因常见的粗碎屑岩有滑坡角砾岩、洪积砾岩、河成砾岩、湖成砾岩、滨海砾岩、浊积（海底扇）砾岩、冰碛砾岩以及溶洞角砾岩等。粗碎屑岩是砂金、砂锡、地下水等矿产的主要赋存岩石。2020年1月4日星期六9713表15-1主要粗碎屑岩成因类型的主要沉积特征洪积(洪积扇)河流滨湖滨海浊流(海底扇、水下扇)冰碛沉积构造块状，有时有交错层理和向源倾斜的叠瓦构造块状或交错层理，向源或向湖倾斜的叠瓦构造块状或交错层理、低角度交错层理、向海倾斜的叠瓦构造块状，有时有各种粒序或向源叠瓦构造块状结构粒度分选磨圆支撑中粗砾为主很差角或次角状混基或颗粒支撑中砾为主，有时细砾中等-好次圆或圆状通常颗粒支撑中砾为主，有时细砾好圆状颗粒支撑中粗砾通常很差通常次角或次圆状泥基或混基支撑变化很大，通常中粗砾很差角或次角状颗粒或混基支撑砾石成分复杂性成熟度复成分很低通常复成分低或较高通常单成分通常很高复或单成分低或高复成分低2020年1月4日星期六9714含50%以上砂级陆源碎屑的沉积岩•主要沉积在河流、沙漠、湖泊等大陆环境，河海过渡环境（三角洲、河口湾），浅海至深海环境，并与粗碎屑岩、粉砂岩、泥质岩、碳酸盐岩等共同构成各种各样的垂向序列AreniteWacke•硬砂岩（Graywacke）：Dott（1964）认为一种杂基含量超过10-15%、杂基成分主要为云母、绿泥石和粘土的坚硬的杂砂岩，是经过了较强深埋成岩作用（强烈压实和重结晶）的产物。2020年1月4日星期六9715•泥级质点（主要指粘土矿物）含量超过50%的沉积岩称泥质岩（Argillaceousrocks或Mudrocks），•室内分析：显微镜（电镜扫描）、X线全岩衍射、X线粘土矿物衍射、碳酸盐含量、粒度、化学分析2020年1月4日星期六9716混积岩(diamictites)（混杂岩）的命名•基本组分50%基本名称•次要组分25-50%XX质•次要组分5-25%含XX•次要组分5%不参与命名2020年1月4日星期六9717•碎屑岩的成分•砾岩：单成分砾岩、复成分砾岩•砂岩：1石英砂岩（Quartzsandstone）2长石石英砂岩（Feldspathicquartzsandstone）3岩屑石英砂岩（Lithicquartzsandstone）4长石砂岩（Feldsparsandstone）5岩屑长石砂岩（Lithicfeldsparsandstone）6长石岩屑砂岩（Feldsparlithicsandstone）7岩屑砂岩（Lithicsandstone）2020年1月4日星期六97182020年1月4日星期六97192．野外观察内容–岩石特征•颜色、结构（颗粒形态、分选性、接触类型、胶结类型和组构形式、孔隙）及成熟度、构造•碎屑颗粒成分及成熟度–薄片鉴定（组分、结构、显微构造、成岩厚生变化）–其他室内分析：X线全岩衍射、X线粘土矿物衍射、粒度、阴极发光、重矿物分析、化学分析、电镜扫描、–层/岩层厚度–沉积构造（见沉积环境与沉积相判别标志）–古流向测量–基本层序–地层是否倒转沉积岩的颜色•颜色分类原生色继承色——碎屑物颜色（碎屑岩特有）自生色——自生矿物和原生混入物次生色——风化作用过程中母岩物质次生变化后形成的•色素1%或者n%有机质——黑色铁质——绿色的Fe2+、红色的Fe3+颜色与组分和成岩环境•灰色、黑色：富含有机质或分散状硫化铁（FeS）—还原、强还原•红、紫红、褐红色、黄棕色：含Fe3+氧化物、氢氧化物—氧化、强氧化–黄色：炎热干旱，陆相沉积物–红色：炎热潮湿；•绿色：Fe2+(或Fe3+)的硅酸盐（绿泥石、海绿石、孔雀石）—弱氧化、弱还原•蓝色、青色：硬石膏、石膏、天青石、石盐—炎热干旱2020年1月4日星期六9722碎屑颗粒形态球度、圆度、形状、表面2020年1月4日星期六97232020年1月4日星期六9724•分选性：沉积物粒度的分选程度，即碎屑颗粒大小的均一程度。–含量：主要粒级75%(好)、50-75%(中等)、50(差)–分选系数（S0）：2.5(好)、2.5-4.0(中等)、4.0(差)–标准偏差（1）：0.35(很好)、0.35-0.5(好)、0.5-1(中等)、1-2(差)、2-4(很差)、4(极差)2020年1月4日星期六9725接触类型与胶结类型2020年1月4日星期六9726颗粒支撑杂基支撑常以牵引流为主常以密度流为主以床沙载荷搬运为主以悬浮移载荷搬运为主颗粒/杂基比大，颗粒支撑颗粒/杂基比小、杂基支撑杂基少或被冲洗掉杂基与颗粒同时沉积结构成熟高结构成熟度低孔隙性、渗透性好孔隙性、渗透性差•支撑类型2020年1月4日星期六9727显微镜下的颗粒支撑显微镜下的基质支撑2020年1月4日星期六9728砾石组构特征2020年1月4日星期六9729表13-1碎屑沉积物的结构成熟度分级及其与沉积环境的关系（据Folk,1951,1961,陈屏杨，1968综合、简化）结构特征成熟度分级圆度分选基质含量（%）可能的沉积环境极不成熟差差＞15大陆泥石流、洪积、冰碛不成熟差差5-15洪积、河流、浅湖次成熟差中等＜5洪积、河流、浅湖、风成砂丘成熟中等好＜5河流、风成砂丘、海滩极成熟好好＜5风成砂丘、海滩结构成熟度2020年1月4日星期六9730砾级碎屑沉积物：燧石岩砾石+石英岩砾石/其它岩类砾石砂或粉砂级碎屑沉积物：单晶石英/单晶长石单晶石英+燧石岩屑/单晶长石+其它岩屑泥级碎屑沉积物：Al2O3/Na2O（二者均为化学分析结果）上述比值愈大，沉积物在成分上就愈成熟。•矿物成熟度•成分成熟度指数（CMI）：沉积物中稳定性较高与稳定性较低的碎屑成分的含量之比2020年1月4日星期六9731•层/岩层——组成沉积地层的基本单位，内部成分、结构、构造和颜色基本均一，上、下有明显的层面，可以包括一个或若干细层、层系或层系组。–块状层(100cm)–厚层(100-50cm)–中厚层(50-10cm)–薄层(10-1cm)–微薄层(1cm)层/岩层厚度2020年1月4日星期六9732•古流向测量–交错层理：前积纹层最大倾斜方向、槽状交错层理槽轴的最大倾斜方向；–不对称波痕：迎水面缓、背水面陡；–槽模：辐射状散开端指示水流方向、突起端为迎水方向；–剥离线理：–碎屑颗粒与化石优选方向：–冲蚀槽：弧内侧指向水流方向–砾石组构2020年1月4日星期六97332020年1月4日星期六9734•地层的正常与倒转判断•示顶构造：交错层理、冲刷现象、泥裂、雨痕、帐篷构造、鸟眼构造、沉积韵律、生物化石等。•劈理关系等均可用来判断上下层面的方向。2020年1月4日星期六97352020年1月4日星期六97362020年1月4日星期六97372020年1月4日星期六9738•矿物成分分类方案二）碳酸盐岩１．分类与命名自生碳酸盐矿物含量超过50%的沉积岩•染色剂是茜素红—S（磨片室或实验室常备试剂）：可使方解石染成红色或紫红色，对白云石（和石英、石膏等）不起作用•低镁方解石•高镁方解石•文石•白云石•灰岩屑2020年1月4日星期六9739•溶解度由大到小（稳定性趋强）变化：•镁方解石：当MgCO3摩尔当量达11%与文石接近•文石：为方解石的1.5倍；•方解石：几乎不溶解；•理想白云石：等摩尔比的MgCO3和CaCO3，几乎不溶解；•原白云石：白云石中富含MgCO3白云石过饱和2020年1月4日星期六9740修改后Dunham的碳酸盐岩沉积结构分类①各英文名为原分类使用的名称；②“基质支撑”之下两种岩石之间的颗粒含量界线在原分类中是10%；③“沉积组分被粘结”中的生物骨架灰岩（F