砂岩和粉砂岩.

第七章砂岩和粉砂岩一、概述（一）定义主要由砂级（2～0.1mm）（50%）的陆源碎屑颗粒组成的碎屑岩。第一节砂岩（二）一般特征1.成分：复杂碎屑颗粒石英最多，长石、岩屑次之。重矿物含量少。杂基0.03mm,粘土、碳酸盐泥、细粉砂，含量变化大胶结物：硅质、钙质、铁质多见，可有各种结构2.结构成熟度可高可低，杂基支撑、颗粒支撑均可出现3.构造各种层理、波痕、生物成因构造4.颜色各种颜色5.分布分布广泛，约占沉积岩的1/3，仅次于粘土岩。砂岩的结构成熟度通常与其成分成熟度协调一致二、砂岩的分类结构分类、成分分类、成因分类、综合分类砂岩的分类一直是重要的讨论课题。分类方案很多（自1904年葛利普以来有50多种），如结构分类按粒度：巨砂岩、粗砂岩、中砂岩、细砂岩成分分类：Q、F、R成因分类：河成砂岩、风成砂岩、滨岸砂岩单纯的结构和成分分类不能反映砂岩的形成背景，形成特征，而成因分类在实践中较难操作。综合分类：综合成分、结构特征进行分类，试图能反映其成因。（一）重要砂岩分类方案的评述1.克里宁（1948）的分类——具有重大影响的早期砂岩分类方案，采用三端元分类方案。石英＋硅质岩：成熟度长石＋高岭石：母岩性质云母＋绿泥石：构造活动强度评价——优点：将成分与成因联系缺点没把岩屑放在重要地位；云母、绿泥石在成岩过程中也可大量形成。2.福克的分类方案（1）1954年的分类：强调来源区母岩性质，选择的三端元组分为石英+硅质岩（Q）：沉积来源长石+火成岩屑（F）：火成来源云母+变质岩屑（M）：变质来源优点：能反映母岩的类型缺点把云母都当成变质成因把岩屑分开，使分类复杂化没有考虑杂基。（2）1968年做了进一步修改，三端元为石英（Q）长石＋火成岩屑（F）其它岩屑＋燧石（R）三端元组分石英、长石、岩屑＋碎屑云母优点：分类简单，便于使用缺点石英砂岩类中石英含量偏低混合砂岩不利于母岩性质分析没有考虑杂基3.北京石油学院（1965）分类4.吉尔伯特（Gilbert）分类早期四组分分类代表之一首先按杂基划分为两大类粘土杂基含量10%——混杂砂岩（杂砂岩、瓦克岩）粘土杂基含量10%——纯净砂岩（砂屑岩）优点引入杂基分类，并认为两种类型的砂岩在成因上不同砂屑岩：经流水的充分冲刷、筛选而缓慢沉积杂砂岩：未经流水冲刷、筛选而沉积，即快速沉积缺点：某些砂岩类型在图解中没有明显的划分界线5.裴蒂庄（Petijoin）（1975）分类四组分分类体系优点把反映成因的来源区、矿物成熟度及流动因素作为砂岩分类的准则缺点某些岩石类型的划分界限太高，如石英砂岩(Q95%)。（三）目前分类（本教材分类）1.分类原则——实用性、科学性（1）反映母岩性质母岩区古气候古大地构造背景/古地形母岩类型（2）反映搬运和磨蚀的历史（时间）（3）反映介质的物理条件流体性质、水体能量、沉积速率2.分类端元选择的依据石英、长石、岩屑和粘土杂基四种组分。（1）容易辨别，又具有成因意义（2）Q、F、R是砂岩的主要结构组分（3）F/R（来源系数）可反映母岩性质。F：深成岩，R：火山岩（4）Q/(F+R)（成分成熟度）反映搬运和磨蚀历史（5）C/M（claster/matrix,流动系数）表示介质性质、沉积速率、沉积能量3.分类方案（1）按杂基含量将砂岩分为两大类，杂基15%的净砂岩（简称砂岩）杂基15%的杂砂岩（相当于瓦克砂岩、硬砂岩）。（2）以含量10％（90％）、25％（75％）、50％为界Q50%F25%R25%石英砂岩类F、R含量均在10～25%间××质石英砂岩F25%FR长石砂岩类R25%RF岩屑砂岩类F25%R25%石英砂岩类102页重要102页三、砂岩的主要类型（一）石英砂岩类Q50%F25%R25%——石英砂岩、长石质石英砂岩、岩屑质石英砂岩、长石岩屑质石英砂岩1.石英砂岩①成分Q90%，F+R10%。成分成熟度较高，碎屑颗粒含量高，填隙物主要为胶结物，杂基很少或没有。胶结物：硅质★★★——石英次生加大钙质★★——充填孔隙、嵌晶式、栉壳状铁质★★和海绿石质★②结构结构成熟度较高，颗粒支撑。③构造大型交错层理（楔状、冲洗）、平行层理、波痕和冲刷充填等。④颜色取决于胶结物的颜色硅质或钙质胶结——黄白色或浅灰白色，铁质胶结——红褐色石英表面一层赤铁矿薄膜，占整个岩石1%或更少，使岩石呈浅红或红褐色海绿石胶结——浅绿色⑤产状厚度不大的稳定层状。约占砂岩总量的1/3。以前寒武纪和早古生代构造条件相对稳定的地区为多。⑥成因长期、多旋回再沉积的产物。出现环境滨岸（湖）、滩坝沉积体风成沉积成分成熟度和结构成熟度都很高的石英砂岩是长期风化、分选和磨蚀的结果，不会是直接来源于花岗岩，而是来自早先存在的砂岩的改造。通过对砂的磨蚀实验和现代大河流的观察，证明不论河流多大，其沉积物总含有相当数量的长石和岩屑。不稳定组分经过长期反复作用，才会彻底破坏以致完全消失，从而使石英高度富集并被磨圆。石英砂岩海绿石石英砂岩海绿石石英砂岩2.长石质石英砂岩F=5～25%，R15%，FR，常见钾长石和酸性斜长石3.岩屑质石英砂岩R=5～25%，F15%，RF，岩屑多为石英岩、燧石和硅质岩4.长石岩屑质石英砂岩向长石砂岩和岩屑砂岩过渡的类型。Q=50～75%，F、R均不超过25%，成分较复杂。一般与长石质石英砂岩和岩屑质石英砂岩共生。（二）长石砂岩类长石砂岩、岩屑质长石砂岩1.长石砂岩①成分Q75%，F25%，FR，少量重矿物和云母。成分成熟度较低，填隙物含量较高，杂基为主。胶结物：钙质、硅质、铁质、长石次生加大。石英颗粒磨圆度差。因为颗粒较粗，所以有许多多晶石英，并且可以看到石英和长石并连在一起的颗粒（花岗岩岩屑）。长石以钾长石和酸性斜长石为主。钾长石类以正长石为多，具网格双晶的微斜长石和条纹长石也常见。在较细粒的长石砂岩中可见较多的云母碎屑，白云母和黑云母都常见，一般比共生的石英和长石颗粒要大些，常沿层面平行排列。云母片受邻近颗粒的挤压，可发生弯曲变形以至裂开，另外，黑云母常见绿泥石化。岩屑的种类因陆源区的母岩类型而异，常具有混合来源，即在同一岩石中会有多种岩屑类型。重矿物大于1%。稳定组分如锆石、金红石、电气石、石榴石和磁铁矿等，稳定性差的如磷灰石、绿帘石、角闪石等。②结构中粒～中粗粒最常见，一般分选中等，磨圆度呈次圆～次棱角状——结构成熟度中等。含少量粘土杂基，很细而污浊，常被氧化铁和有机质污染。当其重结晶为细粒集合体时，才能大致分辨其类别。一般为高岭石质，有时为云母类和绿泥石类矿物。较古老的长石砂岩可显出石英和长石次生加大现象，次生加大很完善时，砂岩很像花岗岩类的岩石，容易判别出错。③构造各种大型交错层理、波痕、生物扰动构造等。④颜色主要与长石的颜色有关，常呈淡黄色、灰白色或红色如钾长石呈肉红色，风化成高岭土后呈灰白色、土黄色，斜长石为灰白色。⑤成因前提条件母岩是富含长石丰富的花岗岩和花岗片麻岩类，以物理风化作用为主，强烈的侵蚀、快速堆积的条件，埋藏后的蚀变作用很弱构造活动比较强烈的地带（如断陷湖盆）长石砂岩2.岩屑质长石砂岩F=25～75%，R=10～50%，FR。渤海湾地区济阳坳陷下第三系沙河街组碎屑含量：石英—55%，长石—35%，岩屑10%。岩屑类型：泥质岩屑、安山岩屑等。杂基：泥质，一般为5～10%。（三）岩屑砂岩类——岩屑砂岩、长石质岩屑砂岩1.岩屑砂岩①成分R25%，F25%，Q75%。成分成熟度较低岩屑成分复杂，常见的只有3～5种。①隐晶质喷出岩岩屑；②低级变质岩岩屑；③沉积岩岩屑。板岩、千枚岩、云母片岩粉砂岩、粘土岩、燧石岩屑，泥晶石灰岩和白云岩等填隙物含量较多。胶结物常为硅质和碳酸盐质当为硅质胶结时，碎屑石英可显次生加大现象。含沉积岩碎屑的砂岩大量的石英来源于先前存在的砂岩，磨圆度要圆些。在富含变质岩岩屑的砂岩中，大部分石英可能是变质成因的波状消光石英和多晶石英，往往呈棱角状和次棱角状。长石含量较少，各种斜长石、正长石、条纹长石和微斜长石等，但主要是酸性斜长石。②结构成熟度低③构造以各种交错层理为主④颜色灰色、灰绿色、灰黑色等暗色居多⑤成因分布较为广泛，占全部砂岩的1/5到1/4。形成条件与长石砂岩基本类似构造活动强烈母岩强烈剥蚀（物理风化为主）沉积物快速堆积，特别是石灰岩岩屑和火山岩岩屑出现环境河流、湖泊、冲积扇、重力流大量产出于经强烈褶皱的侵蚀区附近的山前或山间坳陷盆地中，如喜马拉雅山、祁连山、秦岭、龙门山等可以是海成的，尤其在地槽区的浊流沉积中特别常见。陆相环境则常见于山麓冲积、洪积环境的沉积物中。燧石岩屑砂岩表示构造条件稳定，地形起伏小，长距离搬运及较彻底的风化条件。含较多泥质岩屑（沉积的和浅变质的）可为局部来源区的标志。来源区可能是在同一沉积盆地内隆起部分。2.长石质岩屑砂岩F=10～50%，R=25～75%，RF。岩屑类型：硅岩、安山岩、泥质岩等长石风化弱钙质胶结长石质岩屑砂岩（四）杂砂岩类1.定义杂砂岩（wacke）粘土杂基大于15%，分选不好，砂泥混杂的砂岩。硬砂岩埋深较大的杂砂岩，经过强烈的硬化固结作用，含有大量极细粒的云母和绿泥石等矿物。2.分类原则同（净）砂岩（arenite）3.特征①成分成分成熟度低。Q、F、R、M（M15%）富含杂基是杂砂岩的基本特征。杂基含量似乎是砂级大小的函数，即颗粒越细，杂基含量越高长石：斜长石★★★，钾长石★岩屑：种类多泥页岩、粉砂岩、板岩、千枚岩、云母片岩，燧石和细粒石英岩、多晶石英碎屑云母常见胶结物：方解石、铁白云石等较常见②结构结构成熟度低磨圆度和分选性不好。颗粒一般呈棱角～次棱角状，碎屑包括所有粒级、似斑状结构。杂基支撑。渗透性特低基底式胶结由紧密互生的绿泥石、绢云母以及石英、长石的粉砂级细粒基质粘合起来，而不像其它砂岩由充填孔隙的胶结物胶结在一起。质地坚硬，固结良好③构造递变层理块状层理底面印模构造牵引流成因的构造不太发育。④颜色暗灰色、褐色、黑色。4.成因形成条件与长石砂岩、岩屑砂岩类似，需要侵蚀、搬运和沉积过程快速进行可以形成于不同的气候条件，也与长石砂岩类似。反映的物源区比长石砂岩更丰富。出现环境急剧沉降的地槽或裂谷盆地中深水重力流沉积中较常见岩屑杂砂岩一、定义主要由0.1～0.01mm粒级（含量大于50%）的碎屑颗粒组成的细粒碎屑岩。二、一般特征1.成分主要矿物成分：石英、白云母及粘土矿物为主，长石较少，岩屑极少或不存在。多为稳定重矿物，含量可达2～3%。填隙物常为粘土、钙质、铁质等。第二节粉砂岩2.结构分选性较好，磨圆性较差——碎屑颗粒常呈棱角～次棱角状。3.水平层理及波状层理交错层理较少，多为小型水平滑动形成的包卷层理等变形构造搬运距离远，但多为悬浮搬运。三、粉砂岩的分类（一）按颗粒大小1.粗粉砂岩0.1～0.05mm很像砂岩，不仅与砂岩共生，也常发育各种交错层理，而且可作为油气储层。2.细粉砂岩0.05～0.01mm具有粘土岩特性，常与泥质岩或泥晶灰岩共生，可能成为生油层。尤其是富含粘土物质的细粉砂岩，若粉砂岩中混有较多的砂和粘土，按三级命名法命名。（二）根据碎屑成分单成分粉砂岩石英为主复成分粉砂岩除石英外，还有较多云母、长石或其它碎屑（三）根据胶结物成分铁质粉砂岩钙质粉砂岩粉砂岩粉砂岩四、成因经过较长距离搬运，在稳定的水动力条件下较缓慢沉降长距离搬运不仅能使碎屑物质破碎形成粉砂级颗粒，还可以使粗细混杂的物质逐渐分异，使粉砂颗粒相对集中，由于颗粒细小，需要在