采礦專業(yè)地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)3.2沉積巖

第二節(jié)沉積巖,本節(jié)學(xué)習要求一、沉積巖的一般特征二、沉積巖的分類及各類沉積巖特征三、沉積巖的肉眼鑒定及命名四、沉積巖中的主要礦產(chǎn)五、沉積巖與開采技術(shù)有關(guān)的特點本節(jié)小結(jié),第三章巖石,返回,課前思考形成沉積巖的沉積物來自哪里？它們?nèi)绾芜w移？在哪里如何成巖？學(xué)習目標了解沉積巖的主要特點，能肉眼識別最常見的沉積巖。學(xué)習指南結(jié)合沉積巖的形成過程理解沉積巖的基本特征，再通過細致的手標本觀察獲得沉積巖基本特征的感性認識，從而識別常見沉積巖。重點難點沉積巖的基本特征及常見沉積巖的肉眼識別標志。,本節(jié)學(xué)習要求,1、沉積巖的物質(zhì)成分2、沉積巖的顏色3、沉積巖的結(jié)構(gòu)4、沉積巖的構(gòu)造5、沉積巖的其他特征,一、沉積巖的一般特征,返回,沉積巖主要由沉積物顆粒（單礦物和巖屑）及膠結(jié)物組成。1）沉積物顆粒巖屑：先成巖石碎屑礦物：（1）經(jīng)風化、剝蝕、搬運而來，主要是石英、正長石及白云母；（2）新生成的礦物。主要是方解石、白云石、巖鹽、石膏、高嶺石、菱鐵礦和褐鐵礦等；（3）沉積巖礦物成分特點如下：,1、沉積巖的物質(zhì)成分,沉積巖與巖漿巖礦物成分對比表,高溫礦物少見無橄欖石、輝石、角閃石形成于巖漿結(jié)晶早期高溫低溫礦物富集富石英（玉髓、蛋白石）、長石、白云母形成于巖漿結(jié)晶晚期低溫。（巖漿巖主要造巖礦物在高溫、高壓條件形成，穩(wěn)定地殼下部）自生礦物繁多包括各種鹽類、氧化物、氫氧化物、粘土礦物、碳酸鹽礦物。（自生礦物形成于地表常溫常壓環(huán)境，穩(wěn)定于地表條件）,2）沉積巖中的膠結(jié)物,膠結(jié)物：把松散沉積物聯(lián)結(jié)起來的物質(zhì)。,膠結(jié)物一般僅占25左右，但對沉積巖的顏色、堅硬程度有很大影響。常見的膠結(jié)物有泥質(zhì)、鈣質(zhì)、硅質(zhì)和鐵質(zhì)等。（1）泥質(zhì)膠結(jié)：成土塊，如泥土、粘土。其膠結(jié)成的巖石一般色較淺，硬度小，用指甲可劃下土狀粉末，可用水泡軟。（2）鈣物膠結(jié)：由碳酸鈣膠結(jié)成的巖石，一般顏色較淺，白色、淡黃色。滴冷稀鹽酸起泡。如膠結(jié)物少量，反應(yīng)往往不顯著，可放在耳邊有咝咝聲。（3）硅質(zhì)膠結(jié)：由SiO2膠結(jié)成的巖石，一般顏色較淺，巖石堅硬，小刀刻不動。（4）鐵質(zhì)膠結(jié)：由Fe2O3膠結(jié)成的巖石，巖石堅硬，使巖石呈紫紅，棕紅，比重較大。在一種標本里，膠結(jié)物的種類可以不止一種，?？梢姷侥噘|(zhì)和鈣質(zhì)，硅質(zhì)和鐵質(zhì)等混合膠結(jié)類型。,返回,2、沉積巖的顏色,影響因素：碎屑成分、礦物成分和膠結(jié)物的成分。含碳質(zhì)、瀝青質(zhì)及細分散黃鐵礦的巖石，常呈灰色、深灰色或黑色。含綠色礦物如海綠石、綠泥石、孔雀石等的沉積巖，多呈綠色。含硬石膏、天青石等的巖石多呈藍色。研究意義：沉積巖的顏色往往反映了當時的沉積環(huán)境及成巖后的變化。氧化環(huán)境下有機物質(zhì)發(fā)生分解，鐵為三價，因而顏色為紅色或褐色；在還原環(huán)境下，有機物質(zhì)較多，鐵為兩價，因而沉積物常為藍色、綠色、深灰色和黑色。描述方法：描述巖石顏色時，常與自然界中常見物質(zhì)顏色比較，如天藍色、瓦灰色、磚紅色、肉紅色、豬肝色、桔黃色等。變化：風化作用常常會改變巖石的顏色，如煤和炭質(zhì)泥巖經(jīng)風化后，可以變?yōu)榛疑灾涟咨?。這種經(jīng)風化作用后顏色變淺的現(xiàn)象，叫做退色現(xiàn)象。巖石風化后的顏色叫做次生色或風化色。,返回,決定于組成物質(zhì)的形態(tài)特征、性質(zhì)、大小及所含數(shù)量而決定的。,3、沉積巖的結(jié)構(gòu),沉積巖的結(jié)構(gòu),是碎屑沉積巖所具有的結(jié)構(gòu)，它是由碎屑物質(zhì)被膠結(jié)起來而形成的,返回,A.礫狀結(jié)構(gòu)：顆粒直徑大于2mm，磨圓程度較好，無棱角。如礫巖;若磨圓度較差，而具有明顯棱角的，則稱為角礫狀結(jié)構(gòu)。如角礫巖,返回,B.竹葉狀結(jié)構(gòu)：系剛沉積的石灰?guī)r，因水浪打擊、沖刷而成碎屑（其形態(tài)多呈扁平狀），再被同類沉積物膠結(jié)而成。如竹葉狀灰?guī)r,返回,C.砂狀結(jié)構(gòu)：顆粒直徑在20.05mm之間。又可分為粗砂結(jié)構(gòu)（顆粒直徑20.5mm）、中砂結(jié)構(gòu)（0.50.1mm）、細砂結(jié)構(gòu)（0.10.05mm)和粉砂結(jié)構(gòu)（0.050.005mm）,返回,D.泥質(zhì)結(jié)構(gòu):顆粒直徑小于0.005mm,較軟，外觀是一種致密均勻的泥質(zhì)狀態(tài),為黏土巖類(粘土巖、泥巖和頁巖)所具有的結(jié)構(gòu)。,返回,（2）結(jié)晶結(jié)構(gòu)：為化學(xué)巖所具有的結(jié)構(gòu)。是物質(zhì)從真溶液或膠體溶液中沉淀時的結(jié)晶作用以及非晶質(zhì)、隱晶質(zhì)的重結(jié)晶作用和交代作用所產(chǎn)生的。又可分為晶質(zhì)結(jié)構(gòu)（顆粒直徑大于0.01mm)和隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)（顆粒直徑0.010.001mm),如鹽巖、石灰?guī)r、白云巖等,返回,（3）膠狀結(jié)構(gòu)顆粒直徑小于0.001mm。如鮞狀灰?guī)r的結(jié)構(gòu)。膠體物質(zhì)圍繞砂粒、碎屑沉積生長形成結(jié)核狀（鮞狀、豆狀）構(gòu)造。,返回,（4）生物結(jié)構(gòu)：系生物化學(xué)巖所具有的結(jié)構(gòu)。以含有大量生物遺體或其碎片(多已石化)為特征。,返回,4、沉積巖的構(gòu)造,沉積巖的構(gòu)造是指其組成部分的空間分布和它們相互之間的排列關(guān)系。常見的沉積巖構(gòu)造有：（1）層理（狀）構(gòu)造：是沉積巖最典型最主要特征之一,是由于季節(jié)性的氣候變化及先后沉積下來的物質(zhì)顆粒的形狀、大小、成分和顏色不同而顯示出來的成層現(xiàn)象。在一小塊巖石上層理構(gòu)造往往體現(xiàn)不出，需在野外觀察。層理構(gòu)造要素、層理構(gòu)造基本類型。（2）塊狀構(gòu)造：巖石層理不清楚，礦物顆粒排列無一定規(guī)律。（3）鮞狀構(gòu)造：具有同心圓狀之圓形或橢圓形顆粒，形似魚籽，稱鮞狀構(gòu)造。鮞粒直徑一般在0.52mm之間，鮞粒直徑大于2mm者，可稱豆狀構(gòu)造。（圖片）,返回,層理構(gòu)造要素：層面：層與層之間的接觸面。巖層：上、下兩個層面之間的巖石。,巖層劃分(據(jù)單層厚度)：塊狀:大于1m；厚層狀:10.5m；中厚層狀:0.50.1m；薄層狀:0.10.01m；頁片狀:小于0.01m。,返回,層理的基本類型:,1）水平層理：層與層之間的界面是平直的，且相互平行。穩(wěn)定的水流環(huán)境下形成。（圖）2）波狀層理：層理面成對稱或不對稱，規(guī)則或不規(guī)則的波狀線，其總方向平行于總的層面，形成于波浪運動的淺水地區(qū)。（圖片）3）斜層理：細層與主要層理面斜交。斜層理是沉積物在水介質(zhì)中作單向運動時產(chǎn)生的。傾斜方向代表了當時水流的方向。（圖片）,返回,水平層理,不同產(chǎn)狀的水平層理,返回,波狀層理,返回,斜層理：層理與層系頂部主層面成交截關(guān)系，而與層系底部層面呈收斂變緩而相切的關(guān)系，弧形層理凹向頂面。斜層理的傾斜方向代表了當時的水流方向。,不同產(chǎn)狀的斜層理,返回,返回,鮞狀構(gòu)造,5、沉積巖的其它特征,波痕,泥裂,雨痕,蟲跡,化石,（1）層面構(gòu)造,（2）生物遺跡,（5）結(jié)核,（6）縫合線,（3）疊層構(gòu)造,（4）皺紋構(gòu)造,返回,波痕當經(jīng)過砂層表面的水流或風力達到一定速度時，或在水波浪的振蕩下，砂粒發(fā)生移動，可在砂層表面上出現(xiàn)波狀起伏的痕跡，叫波痕。,波痕的類型：波痕是由無數(shù)波峰和波谷組成的，按其成因可以分為風成波痕、水流波痕和浪成波痕。,風成波痕和水流波痕的波峰圓滑，兩邊不對稱，也叫不對稱波痕。迎風或迎著水流的一面較緩，稱緩坡；另一面較陡，稱陡坡。這是由于風和水流等作用力向一個方向前進而形成的。浪成波痕的波峰較尖銳，波谷較圓滑，波峰兩邊對稱，也叫對稱波痕。這是由于水流的來回振蕩而形成的。,返回,泥裂在干旱、暴曬的情況下，黏土沉積物表面上往往形成一條條裂縫，在平面上裂縫連成多邊形，在剖面上裂縫則呈現(xiàn)上寬下窄的楔形，這些裂縫被后來的沉積物充填，這種現(xiàn)象在沉積物轉(zhuǎn)變成為沉積巖后，仍保留下來，被稱為泥裂。,返回,疊層構(gòu)造是由藍綠藻類細胞絲狀體或球狀體分泌的黏液，將細屑物質(zhì)黏結(jié)變硬而成。它的生長因季節(jié)變化，藻類分泌物的多少也有變化，因而出現(xiàn)紋層。具疊層構(gòu)造的巖石稱疊層石。現(xiàn)代疊層石廣泛分布于潮汐淺水帶，是良好的環(huán)境標志。,返回,皺紋構(gòu)造（滑塌構(gòu)造）由于重力或其它地質(zhì)作用，使沉積物質(zhì)順坡滑動，從而導(dǎo)致巖層發(fā)生變形，形成緊密褶皺，甚至一些奇形怪狀的卷曲，有時伴有小型斷層。是湖泊或海底滑坡的良好標志。,返回,蟲跡:巖層表面具有的圓筒狀或壓扁了的梗狀小脊，呈彎曲狀或樹枝狀分布，稱蟲跡。系食泥或食砂的蠕蟲或其它爬行動物在軟泥表面留下的通道、巢穴或爬痕。,返回,雨痕雨點滴落在濕潤而柔軟的泥質(zhì)或砂質(zhì)沉積物的表面上時，便形成圓形或橢圓形的凹穴，在適當?shù)臈l件下，在沉積巖層面上保存下來，這種凹穴稱為雨痕。多半是保存在當時干旱氣候地區(qū)的泥質(zhì)巖中。,返回,化石,古代海陸生物的遺骸、碎片或印模，經(jīng)過石化作用保存在沉積巖中，稱為化石。根據(jù)不同的化石，可以推斷沉積巖的成因和確定沉積巖的時代等。,返回,結(jié)核,常見的結(jié)核有鐵質(zhì)的、錳質(zhì)的、泥質(zhì)的、鈣質(zhì)的和硅質(zhì)的。結(jié)核中心部分有時可以見到礦物或巖石碎屑，圍繞中心部分常?？梢钥吹揭蝗σ蝗Φ膶訝顦?gòu)造。結(jié)核大小不一，直徑由幾厘米到幾十厘米。結(jié)核在地層中的分布與巖性有密切關(guān)系，例如在黃土中經(jīng)常見到鈣質(zhì)結(jié)核（又稱姜結(jié)人），煤系地層中廣泛出現(xiàn)黃鐵礦、菱鐵礦結(jié)核，石灰?guī)r中多見燧石結(jié)核等。,在沉積巖中，常有集中起來呈圓球狀或其它不規(guī)則形狀的沉積物質(zhì)（或礦物集合體），其成分與周圍巖石顯著不同，這種物質(zhì)叫結(jié)核。,返回,多存在于石灰?guī)r和白云巖地層中，即在巖石斷面上呈現(xiàn)齒狀曲線，宛如脊椎動物的顱骨接合線一樣，一般與層面一致。其成因復(fù)雜，多認為是在上覆巖石靜壓力下，由于石灰?guī)r的成分不純和不均一，當?shù)叵滤貙永砘蚱渌浫鯉Я鲃訒r，使巖石部分溶解并伴隨有物質(zhì)的重新分配，使其中不溶殘余物呈鋸齒狀分布。,縫合線,返回,二、沉積巖的分類及各類沉積巖特征,火山碎屑巖,正常碎屑巖,集塊巖火山角礫巖凝灰?guī)r,礫巖砂巖粉砂巖,黏土頁巖泥巖,黏土巖,化學(xué)巖及生物化學(xué)巖,鋁質(zhì)巖鐵質(zhì)巖錳質(zhì)巖硅質(zhì)巖磷質(zhì)巖碳酸鹽巖鹽巖可燃有機巖,碎屑巖,沉積巖,返回,粗粒砂巖中粒砂巖細粒砂巖,石英砂巖長石砂巖硬砂巖,0.05,0.1,0.5,2,粒徑（mm),石灰?guī)r白云巖,火山集塊巖：火山碎屑物質(zhì)占90%以上，具集塊結(jié)構(gòu)，直徑大于64mm的集塊占50%以上。,返回,火山角礫巖：火山碎屑物質(zhì)占90%以上，由大小不等的熔巖角礫組成，直經(jīng)642mm之間的角礫占50%以上，具火山角礫結(jié)構(gòu)，分選差，不具層理，通常為火山灰填隙，并經(jīng)壓實固結(jié)而成的巖石。,返回,凝灰?guī)r：指粒徑小于2mm的火山碎屑物含量超過半數(shù)的火山碎屑巖（火山物質(zhì)超過90%）。,返回,礫巖(角礫巖）破碎的巖塊，經(jīng)過較長距離的搬運或受到海浪的反復(fù)沖擊，使棱角消失，形成圓形或橢圓形的礫石（或稱卵石），再經(jīng)膠結(jié)的巖石稱為礫巖。礫石直徑一般大于2mm。不同的礫巖，其礫石成分和膠結(jié)物各不相同。具礫狀結(jié)構(gòu)、層狀構(gòu)造，但層理一般都不發(fā)育。若這類巖石中礫石未被磨圓而具明顯棱角者，則稱為角礫巖。,返回,砂巖是由各種成分的砂粒被膠結(jié)而成的巖石，一般所說的砂巖是砂質(zhì)巖石的總稱。其中砂粒直徑在20.05mm之間。膠結(jié)物可有泥質(zhì)、鈣質(zhì)、鐵質(zhì)和硅質(zhì)等。碎屑成分復(fù)雜，主要為石英和長石，其次為云母，此外，尚有一些重礦物、碳酸鹽類礦物和巖屑。,返回,石英砂巖：石英含量在90%以上，含少量長石及燧石；,返回,長石砂巖：石英占3060%，長石在30%以上尚有少量云母及巖屑；,返回,硬砂巖：石英少于60%，長石20%30%，巖屑在20%以上。,返回,粉砂巖由直徑為0.050.005mm的砂粒經(jīng)膠結(jié)而成，其成分以石英為主，有少量長石、云母、綠泥石、重礦物及泥質(zhì)混入物等。巖石外貌頗似泥質(zhì)巖，但較堅硬，并有粗糙感。,第四紀沉積物中的黃土及黃土巖亦屬于粉砂巖類。,返回,黏土巖,又稱泥質(zhì)巖。是沉積巖中最常見的一類巖石，約占沉積巖總體積的50%60%。它是介于碎屑巖與化學(xué)巖之間的過渡類型，并具有獨特的成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等特征。這類巖石是由含量在50%以上，直徑小于0.05mm的物質(zhì)所組成的。主要礦物成分是黏土礦物，如高嶺石、蒙脫石及水云母等。尚有少量極為細小的石英、長石、云母、碳酸鹽及重礦物等。主要由含鋁硅酸鹽類礦物的巖石，經(jīng)化學(xué)風化形成的細懸浮物質(zhì)，被搬運至湖、海盆地或在原地沉積而成。黏土巖的顏色與沉積環(huán)境和混入物有關(guān)，多呈黑色、褐紅色、紫色、紅色和綠色等，但也有呈白色或淺灰色者。這類巖石具典型的泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，質(zhì)地均一，有細膩感。黏土巖根據(jù)其固結(jié)程度可分為黏土、頁巖、泥巖三種。,返回,黏土為松散的土狀巖石，含黏土顆粒在50%以上。據(jù)黏土顆粒、砂粒等含量不同，有亞黏土（黏粒含量10%30%）；亞砂土（黏粒含量3%10%）及砂土（黏粒含量3%）等過渡類型。黏土根據(jù)其中所含主要礦物成分的不同又可分為：高嶺石黏土；蒙脫石黏土和水云母黏土。,返回,泥巖其成分與頁巖相似，但層理不發(fā)育，具塊狀構(gòu)造。,返回,由松散黏土經(jīng)硬結(jié)成巖作用而成。它具有能沿層理面分裂成薄片或頁片的性質(zhì)，?？梢婏@微層理，稱為頁理（頁巖亦因此得名）。巖石顏色多種，一般呈灰色、棕色、紅色、綠色和黑色等。依混入物成分的不同，又可分為黑色頁巖、碳質(zhì)頁巖、鈣質(zhì)頁巖、鐵質(zhì)頁巖、硅質(zhì)頁巖及油頁巖等。,頁巖,返回,化學(xué)巖及生物化學(xué)巖類,這類巖石是由于母巖遭受強烈化學(xué)分解作用之后，其中某些風化產(chǎn)物形成水溶液（真溶液或膠體溶液）被搬運到水盆地中，通過蒸發(fā)作用、化學(xué)反應(yīng)和在生物的直接或間接作用下沉淀而成的。這類巖石的數(shù)量和分布均比碎屑巖和黏土巖少，但它們卻占有非常重要的地位，它們本身許多就是有經(jīng)濟價值的礦產(chǎn)，如石灰?guī)r、白云巖、硅質(zhì)巖、鐵質(zhì)巖、錳質(zhì)巖、鋁質(zhì)巖、磷塊巖等。這類巖石在地殼中分布得最廣的是碳酸鹽巖，其次是硅質(zhì)巖。,返回,石灰?guī)r簡稱灰?guī)r，一般呈灰色、灰白色，因雜質(zhì)可染成為淺黃色、淺紅色、灰黑色及黑色等。由微粒方解石組成，常含少量白云石、黏土、菱鎂礦及石膏等混入物。致密塊狀、結(jié)晶粒狀、鮞狀、生物碎屑等結(jié)構(gòu)。石灰?guī)r以遇鹽酸強烈起泡為肉眼鑒定的特征?；?guī)r成因較復(fù)雜，多為海洋中生物化學(xué)和機械綜合作用形成。干旱的內(nèi)陸湖泊中，有時也可有少量CaCO3化學(xué)沉淀，但多不純。根據(jù)石灰?guī)r的成因、物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造又可分為普通灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r和燧石灰?guī)r。,返回,白云巖由白云石組成的巖石。外觀與灰?guī)r相似，但風化面常呈污濁的黃、黑等色，具刀砍狀溶溝為其特征。且常呈結(jié)晶粒狀結(jié)構(gòu)，硬度較灰?guī)r稍高。用稀鹽酸試之(粉末起泡，晶粒微起泡)可以較準確地與灰?guī)r區(qū)別。,返回,硅質(zhì)巖主要由石髓、蛋白石、石英組成。SiO2含量在7090之間，此外尚有粘土、碳酸鹽、鐵的氧化物等。這類巖石包括硅藻土、燧石巖、碧玉鐵質(zhì)巖等，以髓石巖為最常見。,返回,三、沉積巖的肉眼鑒定及命名,沉積巖具有層狀構(gòu)造，這是沉積巖共同的，也是最重要的待征。碎屑巖：觀察顏色、碎屑成分及含量，并特別注意碎屑的形態(tài)和大小以及膠結(jié)物的成分。泥質(zhì)巖：特點是顆粒細膩，柔軟而有滑感，擊之聲音暗啞。頁理構(gòu)造是區(qū)分頁巖和泥巖的主要特征?；瘜W(xué)巖：觀察物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、并輔以簡單的化學(xué)實驗（如用稀鹽酸滴試）。沉積巖命名以主要礦物為準，定出基本名稱，然后加上顏色、結(jié)構(gòu)則為巖石的全稱，即顏色+結(jié)構(gòu)+基本名稱。如灰色厚層鮞狀灰?guī)r。,返回,四、沉積巖中的主要礦產(chǎn),沉積巖的礦產(chǎn)包括：絕大部分鋁礦、磷礦；大多數(shù)錳礦、鐵礦、還有相當數(shù)量的銅礦、鉛鋅礦；全部的煤、石油；粘土巖（水泥和耐火材料）、石英砂巖（玻陶原料）、白云巖、石灰?guī)r等。除此之外，尚有金、鎢、錫、金剛石及各種稀有