6-第六章 陆源碎屑岩

第六章陆源碎屑岩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陆源碎屑岩：是指由母岩经物理风化作用（机械破碎）所形成的碎屑物质，经过机械搬运和沉积，并进一步压实和胶结而形成的沉积岩第一节碎屑岩的物质成分一、碎屑成分1.矿物成分在碎屑岩中，碎屑矿物约160种，其中最常见的约20种，一种碎屑岩一般不超过3～5种（1）石英碎屑——是碎屑岩种分布最广的碎屑矿物，在砂岩和粉砂岩中的平均含量达66.8％；主要来源于花岗岩、片麻岩、片岩及先成的沉积岩；石英标型多样，利用其进行母岩确定是一个复杂的问题，常用的石英标型特征有包裹体、消光性质、颗粒形态、大小和边缘特征、以及复晶性质。不同类型的岩石，石英特征不同：岩浆岩：石英主要来自花岗岩，包括单晶和多晶，其中80％都有微弱的波状消光。来自火山岩洁净透明，常为短的双锥状单晶，无波状消光；岩浆期后热液的脉石英碎屑，含气液包体，波状消光。变质岩：主要来自片麻岩和片岩，单晶和多晶、波状消光、无气液包体。沉积岩：比较圆，波状消光的很少，可见次生加大；第二旋回石英：经磨圆的具次生加大的石英颗粒是沉积岩来源的。（2）长石碎屑是碎屑岩的一种重要组分，在砂岩中的平均含量10～15％；主要来源于花岗岩、花岗片麻岩；最常见的是钾长石，尤其是微斜长石，其次是酸性斜长石，中基性斜长石很少。长石硬度低、解理发育、常见双晶，抵抗磨蚀较差。长石碎屑的含量受气候、地壳运动的强度和母岩的性质的影响。（3）云母和绿泥石云母类矿物碎屑中以白云母居多，易破碎为细片，常分布于细砂岩和粉砂岩的岩面上；绿泥石很多是成岩后生作用的产物，常成为填隙物产出。（4）重矿物碎屑其含量通常不超过1％，主要分布在中、细粒砂岩中，尤其是0.1～0.25mm的粒级中。重矿物的含量虽然很少，但多数性质稳定，种类也很多，重矿物的组合类型和标型特征，可追溯母岩和地层的划分对比。来自花岗岩的重矿物主要是锆石、独居石、榍石、金红石和磷灰石来自基性岩浆岩的为尖晶石、铬铁矿、钛铁矿和辉石来自变质岩的则为石榴子石、十字石、蓝晶石、电气石和黄玉2.岩石碎屑（岩屑）三大岩类都有可能出现可直接提供有关母岩的特征二、填隙物成分1.杂基是指与砂、砾等碎屑一起由机械沉积作用沉积下来的较细粒物质，成分有各种粘土矿物如高岭土、水云母、蒙脱石和绿泥石，以及各种细粉砂碎屑。成岩期从孔隙溶液中沉淀生成的自生粘土矿物，属胶结物而非杂基2.胶结物碎屑颗粒之间孔隙内的各种化学物质，主要形成于成岩后生期，也有少数形成于沉积－同生期的类型：（1）碳酸盐矿物－方解石、白云石、菱铁矿（2）硅质矿物—蛋白石、玉髓和石英等（3）部分铁质矿物填隙物的研究对碎屑岩的成岩后生变化、推断岩石的沉积环境都很有意义，可形成有意义的工业矿床。三、成分成熟度1.定义碎屑沉积组分在其风化、搬运、沉积作用的改造下接近最稳定的终极产物的程度。2.影响因素：其与上述作用的强度和作用时间的长短有密切的关系，其取决于气候条件和大地构造条件。终极产物：一般以石英－高岭石的轻矿物组合及以锆石－电气石－金红石的重矿物组合作为碎屑岩的终极产物在砂岩的研究中，常用石英加燧石与长石加其它岩屑的比率作为成分成熟度的衡量标志。在重矿物研究中常用“ZTR”指数，即锆石（Zircon）、电气石（Tourmaline）和金红石（Rutile）三种矿物占透明重矿物的百分含量来表示成分成熟度，其值愈大成熟度愈高。第二节碎屑岩的结构碎屑岩的结构总称碎屑结构：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。包括三方面内容：1.碎屑颗粒本身的特点2.填隙物的特点3.碎屑颗粒与填隙物间的关系（胶结类型或支撑类型）一、碎屑颗粒的结构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。1.粒度（Grainsize）（1）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。（2）粒级的划分2mm砾2～0.05mm砂0.05～0.005mm粉砂0.005mm泥（粘土）陆源碎屑岩按碎屑大小的进一步划分截获四按上述粒级划分的（1）粗碎屑岩－－－砾岩和角砾岩（2）中碎屑岩－－－砂岩（3）细碎屑岩－－－粉砂岩上述各类碎屑岩中相应的粒级的含量应占全部碎屑的50％以上克鲁宾（Krumbein,1934）将伍登—温特华斯的粒级划分转化为Ф值，Ф=-log2DФ值优点：整数、正数(粗砂以下)、作图方便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0.03（3）分选性或分选程度分选性：碎屑岩中颗粒大小的均匀程度称为分选性或分选程度可粗略的划分为：好、中、差三级分选性好：主要粒级成分含量占碎屑总量的75％以上，或其颗粒大小接近相等时称为分选性好分选性中等：主要粒级成分含量50～75％时，称为分选性中等分选性差：没有一种粒级成分能够超过50％或颗粒大小相差很悬殊时称为分选性差（4）碎屑岩的粒度分类及命名例某碎屑岩中中砂占55%，粗砂占30%，砾石占10%，其它占5%，命名为：含砾粗砂质中砂岩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；含量小于10%的粒级一般不反映在岩石的名称中②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。（1）圆度（Roundness）—指碎屑颗粒的原始棱角被磨圆的程度，它与颗粒的形状无关，只是棱角尖锐程度的函数圆度=0～1，数值愈高，圆度愈好2.碎屑颗粒的形态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、圆状棱角状：颗粒具有尖锐的棱角，棱线向内凹进。一般都未经搬运或很少搬运次棱角状：碎屑颗粒的棱角稍有磨蚀现象，但棱角仍清楚可见。反映了碎屑经短距离搬运的特点次圆状：碎屑颗粒的棱角有明显的磨损，且棱线略向外凸，但碎屑的原始轮廓还清晰可见。说明颗粒经过了较长距离的搬运圆状：碎屑颗粒的棱角已经磨损消失，棱线外凸呈弧形，碎屑的原始轮廓也已经消失。说明颗粒经过了长距离的搬运球度=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。（2）球度是用来度量一个颗粒于球体的程度参数。圆度和球度是两个概念，球度高的颗粒，圆度不一定好，反之亦然球度与圆度的关系（3）形状（Shape）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/B2/33.颗粒的表面结构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、风成、冰川等环境。(1)霜面似毛玻璃，在反向光下看，表面模糊不清，一般认为是砂丘石英颗粒的特征。(2)磨光面是光滑磨亮的表面，如河流的石英砂，海滩石英砂。(3)刻蚀痕迹是由碰撞作用造成的，如冰川作用。(4)在海滩带及海的近岸地带，石英砂粒表面具有机械成因的“V”形坑。二、填隙物的结构碎屑岩的填隙物包括杂基和胶结物。由于它们的成因不同，因此在结构上也表现着各自不同的特征。（一）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。胶结物是化学成因的物质，其结构与化学岩类似，其特点是由晶粒大小、晶体生长方式及重结晶程度等决定的。在碎屑岩中，其含量50%，表现为孔隙充填结构。（1）非晶质及隐晶质结构蛋白石、磷酸盐矿物，在偏光显微镜下表现为均质体性质（2）显晶粒状结构胶结物呈结晶粒状分布碎屑颗粒之间。因晶粒较大，在手标上可以辩认。（3）嵌晶结构胶结物结晶颗粒较粗大，晶粒间呈镶嵌结构，每一个晶粒中都可以包含有多个碎屑颗粒。（4）自生加大结构多见于硅质胶结的石英砂岩中，硅质胶结物围绕碎屑石英颗粒生长，二者成分相同，而且表现为完全一致的光性方位。良好的自生加大胶结物形成于成岩阶段或后生阶段。海绿石石英砂岩沉积石英岩（5）带状（薄膜状）和栉壳状（丛生）结构带状胶结：胶结物环绕碎屑颗粒呈带状分布称为带状胶结栉壳状结构：胶结物呈纤维状或细柱状垂直碎屑表面生长时，称为栉壳状结构带状和栉壳状胶结多形成于成岩期和同生期胶结物的结构特征（二）杂基（Matrix）1.杂基是碎屑岩中与粗碎屑一起沉积下来的细粒填隙组分，粒度一般小于0.03mm（或5Ф）。2.杂基的含量和性质可以反映搬运介质的流动特性，反映碎屑组分的分选性，也是水动力强度的重要标志，是碎屑岩结构成熟度的重要标志。3.杂基成分：成分常为小于0.03mm的细粉砂和粘土物质，有时可见碳酸盐灰泥和铁质成分的杂基，常与粘土杂基混合出现。对于更粗的碎屑岩，如砾岩，杂基也相对变粗，除泥以外，还可以包括粉砂甚至砂级颗粒。4.杂基的类型原杂基—代表原始沉积状态的杂基，泥质结构正杂基—原杂基经成岩作用明显重结晶的产物，粘土矿物→显微鳞片结构似杂基—碎屑岩中一些与杂基结构极为相似的细粒组分，在成因上与杂基完全不同。包括下面三种：A淀杂基—在成岩作用过程中，由孔隙水中析出的粘土矿物胶结物B外杂基—碎屑沉积物堆积后，在成岩后生期充填于其粒间孔隙中的外来杂基物质C假杂基—软碎屑经压实碎形成的类似杂基的填隙物压扁和压碎的假杂基呈束状体的假杂基假塑性流动构造假杂基分布不均匀三、胶结类型及颗粒接触类型1、胶结类型或支撑类型：碎屑岩中，碎屑颗粒和填隙物间的关系称为胶结类型或支撑类型：2、决定碎屑岩胶结类型的因素：(1)碎屑颗粒与胶结物或填隙物的相对数量(2)碎屑颗粒之间的接触关系3.支撑类型按碎屑和杂基的相对含量可以分为两大类：杂基支撑颗粒支撑杂基支撑的砂岩颗粒支撑的砂岩杂基支撑的砾岩4.胶结类型按颗粒和填隙物的相对含量和相互关系分为：（1）基底胶结——填隙物含量较多，碎屑颗粒在杂基中互不接触呈漂浮状，填隙物主要为原杂基（或正杂基）。代表高密度流快速堆积的特征,又可称杂基支撑结构形成于沉积同生期（2）孔隙胶结——最常见的颗粒支撑结构，碎屑颗粒构成支架状，颗粒之间多呈点状接触，胶结物含量少，只充填在碎屑颗粒之间的孔隙中。成岩期或后生期化学沉淀的产物（3）接触胶结——亦为颗粒支撑结构，颗粒之间呈点接触或线接触，胶结物含量少，分布于碎屑颗粒相互接触的地方。可能是干旱气候条件下的砂层，因毛细管作用，溶液沿颗粒间细缝流动并沉淀形成的；或者是原来的孔隙式胶结物经地下水淋滤改造而成的。（4）镶嵌胶结——在成岩期的压固作用下，特别是当压溶作用明显时，砂质沉积物中的碎屑颗粒会更紧密地接触，颗粒之间由点接触发展为线接触、凹凸接触，甚至形成缝合线接触（亦称无胶结物式胶结）。5.接触类型按颗粒间的接触性分为：点接触线接触凹凸接触缝合线接触碎屑颗粒接触性质示意图支撑类型、胶结类型和颗粒接触关系四、碎屑岩的孔隙结构1.孔隙是碎屑岩（特别是砂岩）的重要结构组成部分之一，其间可以充填大量的气体或液体。2.孔隙可以分为原生孔隙和次生孔隙两类（1）原生孔隙主要是粒间孔隙，即碎屑颗粒原始格架间的孔隙。原生的孔隙度和渗透率与碎屑颗粒的粒度、分选性、球度、圆度和填集性有关。（2）次生孔隙绝大多数都是形成于成岩中期之后及后生期，一般都是岩石组分发生溶解作用的结果。也可以是由于岩石的破碎和收缩产生的次生孔隙。五、结构成熟度1