第三章 碎屑岩的成分

“陆源碎屑岩 :是指母岩风化作用所形成的碎屑物质经过机械搬运沉积(少量化学搬运沉积)和 成岩作用所形成的岩石。碎屑岩包括砾岩、砂岩、粉砂岩、粘土岩。 陆源碎屑岩按其结构特征 第三章 碎屑岩的成分 陆源碎屑岩 :是指母岩风化作用所形成的碎屑物质经过机械搬运沉积(少量化学搬运沉积)和 成岩作用所形成的岩石。碎屑岩包括砾岩、砂岩、粉砂岩、粘土岩。

第三章 碎屑岩的成分

• 第一节 碎屑成分
  • 一、概述
    • 碎屑岩：主由母岩风化作用所形成碎屑物质经过机械搬运和沉积作用、少量化学搬运和沉积作用，并经沉积后作用形成，又叫陆源碎屑岩
    • 基本(结构)组成：碎屑颗粒：碎屑岩的骨架，主要由母岩物理风化作用过程中机械破碎而成的矿物碎屑和岩石碎屑组成。杂基：细小的碎屑，与碎屑颗粒同时沉积。胶结物：化学沉淀物质，成岩期的产物。孔隙 （储层）
    • 碎屑岩
      • 陆源碎屑物质
        • 碎屑颗粒（矿物碎屑）；杂基
      • 化学沉淀物质
        • 胶结物
    • 碎屑岩中的矿物
      • 他生矿物（亦称继承矿物）；自生矿物（沉积成岩阶段生成矿物）；后生矿物（后生阶段生成矿物）
  • 二、矿物碎屑
    • 按照相对密度，碎屑矿物可分为：轻矿物：<2.86，石英、长石等。重矿物：>2.86，榍石、锆石等（岩浆岩：榍石、锆石、铁镁矿物；变质岩：石榴石、红柱石；自生矿物：黄铁矿、重晶石）
    • 1.石英
      • 石英抗风化能力强，既抗磨又难分解，同时在大部分岩浆岩和变质岩中石英含量又高。所以石英碎屑岩中分布最广。石英主要出现在砂岩及粉砂岩中（平均含量66.8%），砾岩中较少，粘土岩中则更少。
      • ①来自深成岩浆岩的石英：来自中酸性深成岩的石英，常含有细小的液体、气体包裹体，或含锆石、磷灰石、电气石、独居石等岩浆岩副矿物包裹体。矿物包裹体颗粒细小，自形程度高，排列无一定方位。尘状气、液包裹体使石英颗粒呈云雾状。
      • ②来自变质岩的石英：片麻岩和片岩风化崩解后，会产生大量的单晶及多晶石英。变质石英表面常见裂纹，不含气液包裹体。大多数的石英晶粒都具有带状、波状消光。
      • ③来自喷出岩及热液岩石的石英：火山喷出岩中的石英为高温石英，多为单晶，不具波状消光，不含包裹体，表面光洁如水，具有石英外形和破裂纹、港湾状溶蚀边缘。
      • ④再旋回石英（来自于沉积岩）：呈浑圆状或带自生加大边，以单晶的非波状消光石英为主。
    • 2.长石
      • 在碎屑岩中， 长石的含量少于石英。砂岩中长石的平均含量为10～15%，长石主要分布于巨、粗砂岩中， 有时见于中粒砂岩中，在砾岩和粉砂岩中长石矿物碎屑含量较少。
      • 长石主要来源于花岗岩和花岗片麻岩。地壳运动比较剧烈，地形高差大，气候干，物理化作用为主， 搬运距离近以及堆积迅速等条件，是长石大量出现的有利因素。在碎屑岩中， 钾长石（正长石>微斜长石）>斜长石（钠长石>>钙长石)
      • 最新鲜是微斜长石，其颗粒表面极光洁，网格双晶清晰可见，常呈圆粒状。正长石常见高岭石化，表面呈云雾状，颗粒轮廓模糊不清。酸性斜长石常具有清晰的钠长石双晶。斜长石常被绢云母\碳酸盐矿物所交代，表面云雾状，轮廓模糊
      • 再旋回长石的特征是微斜长石、正长石或斜长石具有自生加大边，与石英的自生加大不同，长石自生加大与原长石碎屑的光性方位不同，不同时消光。
    • 3.云母
      • ①在碎屑岩中，白云母>黑云母。②黑云母易风化为海绿石或绿泥石、磁铁矿，常分布在距离母岩较近的砾岩或杂砂岩中。③云母呈薄片状，常分布于细、粉砂岩的层面，平行层理排列，可作为层面的判断标志，在成岩中可发生变形，反映压实作用
    • 4.重矿物
      • 比重大于2.86，在碎屑岩中含量极少，一般不超过1%，主要分布在0.25～0.05mm的粒级范围（细砂-粗粉砂岩）
      • 按重矿物的风化稳定性可分为：稳定的重矿物和不稳定的重矿物
      • 各类岩石的轻、重矿物组合
  • 三、岩屑
    • 岩屑是母岩岩石的碎块，是保持着母岩结构的矿物集合体。所以，岩屑是提供沉积物来源区的岩石类型的直接标志。岩屑的含量决定于粒度、母岩成分及成熟度等因素。砾岩中岩屑含量最大。
    • 岩屑母岩机械破碎形成的碎块，保留母岩结构的矿物集合体。提供母岩特征的直接信息：大量出现（气候干燥、快速剥蚀和堆积、距离母岩近等）；砾岩中大量出现，平均10～15%，可达95～100%。粘土岩中几乎没有
    • 岩屑类型
      • 在砂岩碎屑中岩屑平均含量为10～15%，常见的岩屑类型有：①花岗岩岩屑：花岗岩是地壳上分布最广的一类岩浆岩，沉积碎屑岩的主要母岩。②喷出岩岩屑：在砂岩中较丰富；③片麻岩、片岩岩屑：易形成大量多晶石英④脉石英岩屑;⑤石英砂岩岩屑：较少或很少⑥燧石岩屑：稳定，抗风化能力较强；⑦粘土岩岩屑
  • 四、盆地（内）岩屑
    • 我国中新生代陆相碎屑岩中经常含少量盆内碎屑（内源碎屑)。主要是碳酸盐岩鲕粒、球粒、内碎屑和化石碎屑，其次是泥质内碎屑。随着碳酸盐岩颗粒增加，可过渡为含陆源碎屑颗粒碳酸盐岩(石灰岩或白云岩)
  • 五、研究碎屑颗粒的意义
    • 分析母岩：岩屑类型∕矿物组合∕矿物特征
    • 成分成熟度：成熟度（碎屑颗粒在风化、搬运、沉积等作用的改造下接近终极产物的程度）。成分成熟程度：轻组分—Q/(F+R)；重矿物—ZTR指数。反映搬运距离、水动力条件和物源方向
• 第二节 填隙物成分
  • 一、杂基
    • 1.定义（分布于碎屑颗粒之间，以悬移载荷方式与颗粒同时沉积，粒径一般小于0.03mm的细小机械成因碎屑沉物） 成因：机械成因；粒级：泥为主，少量细粉砂
    • 2.成分：高岭石、水云母、蒙脱石和绿泥石等粘土矿物灰泥、云泥，细粉砂级别的石英、长石及岩屑
    • 3.不同碎屑岩中，杂基含量不同。杂基含量高是不成熟砂岩的特征
    • 4.杂基意义
      • 搬运介质流动性质（流体性质）：低——牵引流；高——重力流；沉积速率：低——低；高——高 结构成熟度：碎屑岩中保留大量杂基，表明沉积环境中筛选作用不足以对沉积物进行再改造，而使不同粒度的泥、砂混杂堆积，是不成熟砂岩的特征。
  • 二、胶结物
    • 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。（自生矿物：沉积和成岩阶段以化学或生物化学方式形成的沉积矿物）
    • 胶结物类型成分：
      • 1.硅质胶结物（石英、玉髓、蛋白石）：重结晶转变：蛋白石—玉髓—石英硅质胶结物是由砂岩的过饱和孔隙水中沉淀出来的，孔隙水中溶解的SiO2可以有不同的。来源：①海相沉积物孔隙水中，大量硅藻、放射虫、硅质海绵以及其它非晶质氧化硅骨骼发生溶解。②在强大压力下，石英颗粒的局部溶解。③长石、粘土矿物等硅酸盐矿物以及火山玻璃等物质的分解
      • 2.碳酸盐胶结物（方解石、白云石）:在砂岩中最常见的碳酸盐胶结物是方解石。由方解石胶结的砂岩常形成嵌晶结构
      • 3.其它类型的胶结物
        • ①氧化铁：赤铁矿、纤铁矿、针铁矿；②石膏及硬石膏；③磷灰石、沸石、海绿石等 ④重晶石、天青石、高岭石、水云母、蒙脱石、萤石、岩盐、钾盐、黄铁矿、绿泥石等
• 第三节 化学成分
  • 不同碎屑组分的砂岩，其化学成分特点亦不相同
  • 化学成分与粒度之间存在明显关系
• 第四节 成分成熟度
  • 成熟度——指碎屑物质在风化、搬运过程中，被改造趋向于最终产物的程度。最终产物是的程度：化学成分与矿物成分： SiO2、Al2O3含量；石英、长石、岩屑等含量→成分成熟度；结构：圆度、球度、分选性等方面→结构成熟度
  • 成分成熟度
    • 指碎屑物质成分上被改造趋向于最终产物的程度，亦称“化学成熟度”或“矿物成熟度”。化学成分：SiO2含量高，Al2O3含量少；矿物成分：石英含量高、长石、岩屑等含量少
  • 成熟度指数——判别砂岩或其它碎屑岩在化学上及在矿物学上成熟度高低的一个指数：SiO2/Al2O3， Q(石英)/F(长石)， Q/（F+R( 岩屑)），Z(锆石)T(电气石)R(金红石)
  • 砂岩
    • 成熟的砂岩——以最稳定组分Q为主，Q > 75%，甚至90%以上，SiO2含量极高，Al2O3含量极低，SiO2/Al2O3比值高
    • 未成熟的砂岩——最稳定组分含量低，不稳定组分含量高，SiO2/Al2O3比值低，如长石砂岩、岩屑砂岩