陆源碎屑岩

“今夜不知宿何处,平沙万里绝人烟”,这是描述沙漠的诗句。在广阔无边的海滩上,晶莹的砂粒闪烁着亮光,你是否想过,坚硬的砂岩就是由这些松散的沙子组成的。这些沙子被泥土、钙质或其它物质胶结起来,就形成了各种各样的碎屑岩。

陆源碎屑岩是母岩机械破碎的产物经搬运、沉积和成岩作用所形成的由碎屑颗粒和填隙物所组成的岩石。碎屑岩的物质组成有两部分,一类是陆源碎屑和填隙物中的杂基。另一类是胶结物,它们是在沉积、成岩阶段以溶液沉淀的方式而形成的。

美丽的丹霞地貌由中新生代的红色碎屑岩风化而成

 

陆源碎屑矿物中以石英最常见。除单晶石英外,常见由几颗石英或许多微粒石英组成的多晶石英;长石类矿物中微斜长石常见,斜长石中钠长石远远超过钙长石;云母类碎屑一般以白云母为主;重矿物中常见者是火成岩和变质岩中的副矿物,如锆石、金红石等;岩石碎屑是母岩破碎形成的岩石碎块,保存了母岩的结构特征;若岩层中出现大量火山岩屑,标志着某一时期陆源区曾有过火山活动。

陆源碎屑岩与许多矿产有关,如煤炭、石油、天然气、地下水和许多层控矿床。碎屑岩本身就是一种矿产,具有重要的经济价值。纯净的石英砂岩是制造硅砖、普通玻璃和光学玻璃的重要原料;海绿石砂是农业肥料;砂岩中伴生的重矿物如锆石、独居石、金红石等也具有开采价值。砂岩还是很好的建筑材料和研磨材料;碎屑岩还具有良好的孔隙和渗透性能,为流体矿藏的富集提供储集空间;由碎屑岩所形成的许多奇山怪石,已经成为游览的胜地。

碎屑岩的结构包括碎屑颗粒的结构、杂基和胶结物的结构、孔隙的结构以及碎屑颗粒与填隙物之间的关系。碎屑颗粒的粒度大小的划分标准为:>2mm为;2~0.0625mm为;0.0625~0.0039mm为粉砂;<0.0039mm者称为;碎屑颗粒的形态包括碎屑颗粒的圆度、形状和球度。

杂基在碎屑岩中作为填隙物出现。最常见的杂基是从水介质中沉积下来的细粒碎屑物质,称原杂基。胶结物是碎屑颗粒间的化学沉淀物,在碎屑颗粒间起填隙及胶结作用。碎屑颗粒与填隙物之间的关系称为胶结类型。

基底胶结:碎屑颗粒彼此不相接触呈飘浮状或游离状分散在填隙物内。它通常是高密度流(如浊流、泥石流快速堆积的产物。

孔隙胶结:大部分碎屑颗粒相互接触,填隙物常是成岩期析出的化学沉淀胶结物。这种结构表明碎屑颗粒的沉积早于填隙物,如河流的边滩、滨海波浪带的海滩等。

砂岩的不同胶结类型接触胶结:填隙物分布于碎屑颗粒彼此接触处。干旱气候带的砂层中溶液沿毛细管上升,在碎屑颗粒的接触点沉淀析出而成。

碎屑岩的孔隙系指尚未被固体物质占据的空间,沉积期形成的原生孔隙称粒间孔。成岩过程中生物化石、碎屑颗粒溶解形成的孔隙称为粒内孔或铸模孔,属于次生孔隙。沉积物收缩或碎屑破裂出现的裂隙归人次生孔范畴;孔隙的规模和形态与其成因有一定的关系。碎屑岩的孔隙或裂隙是石油、天然气、地下水、层控矿床的储集场所。孔隙度、孔隙类型、孔隙的连贯性及孔道和喉道等均影响着它们的储集和运移。

 


空格由粒径>2mm的碎屑颗粒组成的岩石称为砾岩(或角砾岩)。砾岩可以作为建筑材料,如制造混凝土及用作铁路道碴。古砾石层往往是重要的储水层。砾岩的胶结物中常含有金、铂、金刚石等贵重矿产。研究砾岩还可以了解砾岩生成时的地质背景,巨厚的砾岩几乎都形成于大规模的造山运动之后,砾岩的成分、结构、砾石的排列方位以及砾岩体的形态可反映母岩的成分、剥蚀和沉积速度、搬运距离、水流方向等。

砾岩圆状、次圆状的砾石含量>50%的岩石;角砾岩  棱角状和次棱角状砾石含量>50%的岩石。

巨砾岩 砾石直径>256mm;粗砾岩 砾石直径为64~256mm;中砾岩 砾石直径为4~64mm;细砾岩 砾石直径为2~4mm。

底砾岩因位于层序底部而得名。与下伏岩层呈不整合或假整合接触,砾石分选性好、圆度好、成熟度高,代表长期侵蚀间断的产物;层间砾岩因位于连续沉积的地层内部而得名,其上下无沉积间断,岩性可以相同。通常是当地岩石边冲刷、边沉积形成。

滨岸砾岩主要形成于滨海地区和滨湖地区,它是由河流携入的砾石或沿岸岩石崩塌下来的碎块经波浪和河流反复改造而成;山区河流与平原河流形成的砾岩称为河成砾岩,多由岩屑砾岩构成。砾石的平均粒径比海相砾石大,但砾石分选性差;冰碛岩组成以粉砂和泥级碎屑为主,砾级碎屑含量—般占5~30%,分选差,粒径大小不一。冰碛岩的重要特征是砾石形状奇特,形成所谓五角砾石或熨斗状砾石,表面有丁字形擦痕;岩溶角砾岩由碳酸盐的溶洞顶壁崩落堆积而成,特点是角砾大小相差悬珠、棱角清晰,多为石灰岩碎块。填隙物为碳酸盐粉屑、红粘土,孔隙中常有方解石结晶。

 


法国普罗旺斯断崖,砂岩地层形成的自然景观
    砂是一种粒状物质,矿物和岩石碎屑是它的组分。沉积学家们通常将砂划分为粗砂:粒径2—0.5mm;中砂:粒径0.5—0.25mm;细砂:粒径0.25—0.0625mm。由这样的砂形成的岩石就是砂岩

砂岩的三角分类图砂岩根据杂基含量分为两大类,即杂基少于15%的净砂岩和杂基含量多于15%的杂砂岩。两者进一步的细分则用三角图,其三个端元所代表的碎屑物质组分为:Q(石英)端元、F(长石)端元和R(岩屑)端元。根据各种组分含量的不同将砂岩划分为:1.石英砂岩;2.长石石英砂岩;3.岩屑石英砂岩;4.长石砂岩;5.岩屑长石砂岩;6.长石岩屑砂岩;7.岩屑砂岩。

石英砂岩:碎屑物质中90%以上为单晶石英,有少数燧石和硅质岩屑等。重矿物很少。胶结物常为硅质,次生加大胶结现象普遍。石英砂岩中的次生加大胶结石英砂岩富集石英,一般在构造稳定、地形起伏不大、温暖潮湿气候条件下,由富含石英的母岩(花岗岩、花岗片麻岩、变质石英岩等,遭受强烈的化学风化,并经过长距离搬运在滨海或浅海地区沉积而成。

长石砂岩:主要由碎屑石英和长石组成,有的长石含量可很高。长石砂岩中的长石多为正长石、微斜长石和酸性斜长石。颜色常为红色或黄色。其形成很大程度上取决于母岩成分,首先要有富含长石的母岩,如花岗岩、花岗片麻岩。另外还需要有利的古构造、古地理和古气候条件。在构造运动强烈的地区,地形起伏也大,花岗岩基底隆起遭受强烈侵蚀,侵蚀产物迅速堆积,而形成很厚的长石砂岩。

杂基含量高的杂砂岩岩屑砂岩:以石英和岩屑为主的砂岩。岩屑砂岩中岩屑成分多种多样,随母岩而异。长石以斜长石为常见,也有钾长石,还可出现不稳定的基性斜长石。岩屑砂岩颜色较深,为灰、灰绿、灰黑色,浅色者少见。岩屑砂岩多形成于强烈构造隆起区附近的构陷带或拗陷盆地中,由母岩迅速剥蚀、快速堆积而成。岩屑砂岩可以是陆相的或海相的。

杂砂岩:分选不好、泥砂混杂的砂岩。一般含石英较少,且多呈棱角状。含有不同比例的长石和岩屑,常含少量云母。长石主要是斜长石,岩屑多种。富含杂基是杂砂岩的基本特征,颗粒越细,杂基含量越高。杂基成分以绿泥石、水云母常见。杂砂岩的形成条件与长石砂岩或岩屑砂岩类似,即快速侵蚀、搬运和沉积形成的,但杂砂岩可在不同的气候条件下形成。典型的杂砂岩常堆积在急速沉降的浊积岩或复理式建造中。

粉砂碎屑的粒径大小在0.0625—0.0039mm。比粉砂更细者称为泥。主要由粉砂碎屑组成的沉积岩是粉砂岩。粉砂岩的碎屑组分一般比较简单,以石英为主,长石和岩屑少见,有时含较多的白云母。填隙物有钙质、铁质及粘土质等。粉砂岩中常具有薄的水平层理,沉积物含水时易受液化产生变形层理及其它滑动构造。粉砂岩按粒度分为:粗粉砂岩(0.0625—0.0312mm)和细粉砂岩(0.0312一0.0039mm);按混入物成分分为:泥质粉砂岩、铁质粉砂岩、钙质粉砂岩等。

泥质粉砂岩粉砂岩的颜色多种多样,随混入物的成分不同而变。粉砂岩是在经过了长距离搬运、水动力条件比较安静、沉积速度缓慢的环境下形成的。在横向上和纵向上可渐变成砂岩或粘土岩,并构成韵律性层理。从沉积环境看,粉砂岩多分布于河漫滩、三角洲、泻湖、沼泽和海湖的较深水部位。

我国是世界上黄土最发育地区,厚度之大居世界之首。黄土呈浅黄色或棕黄色,是具有一系列特殊性质的半固结粉砂岩。其特点是质地均匀,以手搓之易成粉末,并含有多量的奇形怪状的钙质结核。黄土中的矿物成分以石英为主,也含有长石、碳酸盐和粘土矿物。混入物以钙质为主。