簡(jiǎn)明巖石學(xué)第三章經(jīng)典：3沉積巖課件

第三章沉積巖水文和工程地質(zhì)工作的主要場(chǎng)所一、沉積巖的形成過程(風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積、成巖作用）二、沉積巖的基本特征和分類(顏色、成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造）(分類）三、陸源碎屑巖(礫巖類、砂巖類、粉砂巖類、泥質(zhì)巖類）四、內(nèi)源沉積巖(碳酸鹽巖類、硅質(zhì)巖類、其他內(nèi)源沉積巖）內(nèi)容提要沉積巖的物質(zhì)來源有母巖風(fēng)化、生物骨骼、火山物質(zhì)和宇宙物質(zhì)。一、沉積巖的形成過程2Fe2SiO4+O2+4H2O→2Fe2O3+2H4SiO4鐵橄欖石赤鐵礦(一)風(fēng)化作用4K[AlSi3O8]+KAl2[(Al,Si)Si3O10](OH)2+n·H2O→Al4[Si4O10](OH)8鉀長(zhǎng)石伊利石 高嶺石物理風(fēng)化化學(xué)風(fēng)化總體穩(wěn)定性（1）碎屑物巖屑、脫落的礦物（2）溶解物

易遷移的活動(dòng)性元素K、Na、Ca、Mg等構(gòu)成真溶液；溶解度低的Al、Fe和Si的氧化物和氫氧化物成膠體溶液。（3）不溶殘余物

粘土礦物，其次是氧化硅礦物、氧化鋁礦物和氧化鐵礦物。不溶殘余物可近距離遷移和聚集，例如狗頭金。風(fēng)化作用的產(chǎn)物(二）搬運(yùn)和沉積作用1.碎屑物的搬運(yùn)和沉積河流是碎屑物質(zhì)搬運(yùn)的主要?jiǎng)恿?.溶解物質(zhì)的搬運(yùn)和沉積化學(xué)搬運(yùn)物質(zhì)組分的溶解度從小到大：Al2O3―Fe2O3―MnO―SiO2―P2O5―CaCO3―CaSO4―NaCl—MgCl2Al2O3·nH2O+SiO2·nH2O→H2Al2Si2O8·H2O氧化鋁溶液氧化硅溶液高嶺石凝膠——松散的沉積物被壓實(shí)、固結(jié)而形成巖石的地質(zhì)過程稱(固結(jié))成巖作用。例如砂、礫層轉(zhuǎn)變?yōu)榈[巖層或砂巖層，粘土層轉(zhuǎn)變?yōu)槟鄮r層，灰泥和介殼層轉(zhuǎn)變?yōu)榻闅せ規(guī)r層等。壓實(shí)作用膠結(jié)作用重結(jié)晶作用成巖作用方式主要有：(三）成巖作用因上覆物質(zhì)靜壓力而使松散沉積物體積縮小、含水量減少和密度增加的作用稱之為壓實(shí)作用。

淤泥層轉(zhuǎn)變成泥巖層，其孔隙度可降至50%1、壓實(shí)作用(成巖過程中的主要物理變化)松散的沉積物由化學(xué)物質(zhì)或其他細(xì)小物質(zhì)粘結(jié)而變成堅(jiān)硬巖石的作用。猶如建筑混凝土中的水泥將碎石粘結(jié)起來一樣2、膠結(jié)作用常見的膠結(jié)物有鈣質(zhì)和白云質(zhì)、硅質(zhì)、鐵質(zhì)和海綠石質(zhì)等膠結(jié)作用還可減小沉積物的孔隙度。礦物組分因擴(kuò)散或溶解－沉淀而重新排列組合而使晶粒增大的現(xiàn)象稱為重結(jié)晶作用。

重結(jié)晶作用與原礦物的溶解度有關(guān)、礦物的分子體積和結(jié)晶能力有關(guān)，礦物重結(jié)晶的次序是：黃鐵礦－赤鐵礦－白云石－菱鐵礦－磷灰石重結(jié)晶作用對(duì)碳酸鈣沉積物的成巖作用最為典型。3、重結(jié)晶作用二、沉積巖的基本特征和分類顏色成分構(gòu)造分類(二)、物質(zhì)成分1.化學(xué)成分2.礦物成分它的成分、結(jié)構(gòu)、內(nèi)部構(gòu)造和顏色基本均一或相同，其上、下由明顯的層面與相鄰巖層分開且彼此間有天然的分界。1.巖層和層理構(gòu)造(1)巖層組成沉積地層的基本單位HorizontallylayeredsandstoneineasternUtahhasbeenerodedtoproducespectaculartowers.粒序?qū)永碛址Q粒級(jí)層理/遞變層理，這是層系組內(nèi)從底到頂粒度由粗向細(xì)逐漸變化顯示出來的層理。2.層面構(gòu)造（1）波痕由流水、波浪、潮汐、風(fēng)力作用產(chǎn)生的波浪狀構(gòu)造，稱為波痕。波痕構(gòu)造（2）泥裂泥質(zhì)沉積物上，?？梢姷蕉嘟切蔚牧鸭y，稱為泥裂，又稱干裂。指示海濱、河床、湖濱等淺水環(huán)境及陽光充足的干燥氣候條件。雨水滴落于松軟的泥質(zhì)沉積物表面因沖擊形成的近圓形凹坑（3）雨痕在松軟的泥質(zhì)和細(xì)粒碳酸鹽沉積物中含有易溶礦物晶體（石膏或石鹽），在溶解過程中被其他物質(zhì)交代而構(gòu)成原礦物晶體的假象，應(yīng)是干旱炎熱高鹽度環(huán)境的標(biāo)志（4）假晶嵌入到下邊巖層中的鹽晶假象發(fā)育于不同巖層之間的凹凸不平的界面，它代表較高速流體在下伏沉積物頂面沖刷留下的痕跡。（5）沖刷面3.變形構(gòu)造（1）包卷層理一種復(fù)雜褶皺狀的變形層理，上下層面平整4.溶解和凝聚構(gòu)造（1）.結(jié)核成分、結(jié)構(gòu)和顏色不同于圍巖的礦物、細(xì)粒碎屑物或隱晶化學(xué)物質(zhì)相聚的集合體碳酸鹽巖中常見的構(gòu)造，它在石英砂巖中也可觀察到?？p合線形態(tài)多樣，可呈微波狀、鋸齒狀，近平行或斜交層理的縫合線居多。（2）縫合線構(gòu)造由藍(lán)綠藻分泌物粘結(jié)細(xì)粒碎屑（粉砂或泥）組成的一種紋層構(gòu)造（1）疊層構(gòu)造5.生物成因的構(gòu)造（四）分類三、陸源碎屑巖(一）一般特點(diǎn)1.巖石組成石英是最穩(wěn)定的碎屑礦物，巖石中碎屑石英含量越高，礦物成熟度[石英/(長(zhǎng)石+巖屑)]越高。長(zhǎng)石多為正長(zhǎng)石和酸性斜長(zhǎng)石。由于長(zhǎng)石較不穩(wěn)定，若砂巖中有大量長(zhǎng)石出現(xiàn)，表明該巖石是在干燥氣候區(qū)或快速堆積的條件下形成的。云母多為白云母巖石碎屑（簡(jiǎn)稱巖屑）是母巖破碎后的殘余碎片。主要出現(xiàn)在較粗的砂巖和礫巖中。(1).碎屑是從溶液中經(jīng)化學(xué)沉淀形成的，這類物質(zhì)在陸源碎屑巖中多起著膠結(jié)碎屑物質(zhì)的作用。（2）化學(xué)膠結(jié)物和自生礦物基質(zhì)又稱雜基，是充填于碎屑顆粒之間的細(xì)粒機(jī)械混入物，包括<0.05mm的細(xì)粉砂和粘土物質(zhì)，它們對(duì)碎屑顆粒也起著膠結(jié)作用。（1）碎屑的結(jié)構(gòu)（碎屑顆粒的大小、分選性和磨圓程度）

2.巖石結(jié)構(gòu)顆粒的大?。６龋╊w粒的形態(tài)(圓度)大小均勻者，分選性好，大小混雜者，分選性差。分選性好：某一級(jí)碎屑含量達(dá)到75%；分選性差：大小混雜者，沒有一級(jí)碎屑含量達(dá)到50%。顆粒的分選(粗細(xì)均勻程度)分選好分選差（2）膠結(jié)物及基質(zhì)與碎屑間關(guān)系的結(jié)構(gòu)支撐結(jié)構(gòu)(巖石的基本骨架)指膠結(jié)物與碎屑顆粒在成巖作用的膠結(jié)階段形成的彼此關(guān)系。膠結(jié)結(jié)構(gòu)（二）礫巖類(conglomerate)粒徑>2mm的陸源碎屑其含量>50%的沉積巖稱為礫巖。若礫石多數(shù)為棱角狀，則稱角礫巖。礫巖1.礫巖的分類（1）按礫石的粒徑大小劃分：(2)礫巖可以按礫石成分分為單成分礫巖和復(fù)成分礫巖濱海礫巖沖積扇礫巖河流礫巖冰川角礫巖喀斯特角礫巖（3）按成因劃分復(fù)成分礫巖:顏色＋膠結(jié)物成分＋粒徑大小＋礫巖，如灰色鈣質(zhì)粗礫巖。單成分礫巖：顏色＋膠結(jié)物＋礫石巖性＋粒度大小十礫巖，如灰白色硅質(zhì)中礫巖、灰黃色泥質(zhì)細(xì)礫巖。2.礫巖的定名3.礫巖的研究意義構(gòu)造運(yùn)動(dòng)指示古地理環(huán)境指示礫巖往往是重要的儲(chǔ)水層和儲(chǔ)油層，有的礫巖中還含有金、鈾、金剛石等重要礦產(chǎn)，鹽溶角礫巖則是尋找蒸發(fā)巖礦床的重要找礦標(biāo)志，因此研究礫巖和角礫巖還具有重要的經(jīng)濟(jì)意義。(三)、砂巖類(sandstone)由2~0.05mm的陸源碎屑含量大于50%的沉積巖稱為砂巖。1.一般特征碎屑成分：石英、長(zhǎng)石和巖屑膠結(jié)物常見：鈣質(zhì)、硅質(zhì)、鐵質(zhì)等發(fā)育層理構(gòu)造和層面構(gòu)造1).根據(jù)碎屑物顆粒大小分為：粗砂巖：碎屑顆粒直徑為2—0.5mm；中砂巖：碎屑顆粒直徑為0.5—0.25mm；細(xì)砂巖：碎屑顆粒直徑為0.25—0.05mm；2.

分類凈砂巖（基質(zhì)含量＜15%）----常稱的砂巖雜砂巖（基質(zhì)含量＞15%）-----泥質(zhì)膠結(jié)的砂巖2）根據(jù)砂巖中基質(zhì)含量分：3）按各碎屑物含量劃分石英砂巖

砂巖中石英碎屑（包括硅質(zhì)巖屑）含量≥95%，長(zhǎng)石含量和巖屑含量分別<5%。膠結(jié)物多為硅質(zhì)，雜基量很少。一般分布于濱?；驕\海帶，常具交錯(cuò)層理。3.砂巖的主要類型長(zhǎng)石砂巖碎屑中長(zhǎng)石含量>25%，巖屑含量<25%，石英含量<75%。長(zhǎng)石以正長(zhǎng)石為主，其次為斜長(zhǎng)石(酸性)。膠結(jié)物多為鈣質(zhì)、鐵質(zhì)和泥質(zhì)。一般呈淺紅或淡黃色。介于長(zhǎng)石砂巖和石英砂巖之間的過渡類型，其碎屑中長(zhǎng)石含量為5%~25%，石英小于95%。膠結(jié)物常為硅質(zhì)及鈣質(zhì)多為淺紅色至灰白色常與石英砂巖或長(zhǎng)石砂巖共生長(zhǎng)石石英砂巖命名原則：顏色+膠結(jié)物+基本巖石名+結(jié)構(gòu)+砂巖如:灰白色硅質(zhì)長(zhǎng)石石英中(粒)砂巖、灰色泥質(zhì)巖屑石英粗砂巖。4.砂巖的定名抗壓強(qiáng)度較高，可作為工程的基礎(chǔ)巖石有助于恢復(fù)古地理、古氣候和古水流環(huán)境。砂巖常是較好的儲(chǔ)水層和儲(chǔ)油層良好的建筑材料，質(zhì)純的石英砂巖可作玻璃原料。5.砂巖研究意義砂巖的含水性和透水性主要決定于巖石的孔隙度、孔隙的大小及連通的情況。砂巖的孔隙度與巖石的分選性、顆粒的圓度、膠結(jié)物的成分及膠結(jié)類型等密切相關(guān)。分選性好、顆粒圓度高的巖石其孔隙度也較高，反之則低。膠結(jié)物成分、膠結(jié)的緊密程度和膠結(jié)類型對(duì)巖石的孔隙度也有很大的影響。在膠結(jié)類型中基底式膠結(jié)的砂巖孔隙度最小，孔隙式膠結(jié)次之，接觸式膠結(jié)的孔隙度最高。粒徑為0.05—0.005mm的陸源碎屑含量>50%的沉積巖稱為粉砂巖。碎屑以石英為主,含少量白云母,長(zhǎng)石和巖屑很少填隙物多為泥質(zhì)，膠結(jié)物以碳酸鹽類最常見，常見薄的水平層理和波狀層理。(五)粉砂巖類(siltstone)泥質(zhì)巖(粘土巖)是粒度<0.005mm的陸源碎屑和粘土礦物組成的巖石。常見的礦物有高嶺石、蒙脫石和水云母(伊利石)。(六)泥質(zhì)巖類(mudstone)泥狀結(jié)構(gòu)一般為水平層理具泥狀結(jié)構(gòu)的泥巖，以手摸之有滑感，其刀切面很光滑，斷口可呈貝殼狀。含砂和粉砂量越高的泥巖，手感越粗糙，刀切面不光滑。按構(gòu)造頁理和固結(jié)強(qiáng)度泥巖(不顯頁理)頁巖(頁理明顯)兩類

(1)紅色頁巖(泥巖)(2)黑色頁巖(泥巖)(3)炭質(zhì)頁巖(泥巖)(4)硅質(zhì)頁巖(泥巖)(5)鈣質(zhì)泥巖頁巖質(zhì)地較純的粘土和泥巖是重要的陶瓷原料、耐火原料、漂白劑、凈化劑和造紙工業(yè)的填充材料等。一些富含有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)巖還常是重要的生油巖石。

泥質(zhì)巖不具大的空隙，并飽含結(jié)合水，故不含水、不透水，一般不能成為含水層，但可成為良好的隔水層。

在工程地質(zhì)上，泥質(zhì)巖的抗壓強(qiáng)度較低，且遇水易膨脹、泥化，強(qiáng)度降低，加之泥質(zhì)巖易風(fēng)化破碎，因此泥質(zhì)巖很易引起巖層的滑動(dòng)、崩塌，故對(duì)工程建設(shè)甚為不利。泥質(zhì)巖研究的地質(zhì)意義四、內(nèi)源沉積巖1.一般特征（一）、碳酸鹽巖類(1）礦物成分碳酸鹽礦物（方解石、白云石）陸源礦物非碳酸鹽的自生礦物是內(nèi)源沉積物經(jīng)波浪、潮汐和流水等機(jī)械作用的破壞、搬運(yùn)和再沉積形成的。其特征可與陸源碎屑巖的碎屑結(jié)構(gòu)相當(dāng):顆粒（粒屑）、膠結(jié)物和基質(zhì)、膠結(jié)物類型三要素。(2)結(jié)構(gòu)1）粒屑（顆粒）結(jié)構(gòu)A)粒屑主要有三類：內(nèi)碎屑生物碎屑鮞粒(包粒)內(nèi)碎屑生物碎屑

由死亡生物的碳酸鈣硬體被海浪擊破、磨蝕而成，也有的為完整化石。鮞粒（<2mm)和豆粒（>2mm)b)基質(zhì)(灰泥基質(zhì)或泥晶基質(zhì))主要由微晶方解石組成，其粒徑小于0.03mm。與陸源碎屑巖中的泥質(zhì)基質(zhì)相似，它們是與碎屑顆粒一起沉淀的，表明其沉積物分選不好，是在水動(dòng)力較弱的環(huán)境中沉積的。在手標(biāo)本上表現(xiàn)為污濁致密。c)膠結(jié)物（亮晶膠結(jié)物）

是碳酸鹽顆粒之間的化學(xué)沉淀物，一般是在顆粒沉積后從顆粒之間的粒間溶液中沉淀出來的，粒徑大于0.03mm。說明巖石是在水動(dòng)力較強(qiáng)的高能環(huán)境中形成的，微晶基質(zhì)已被動(dòng)力較強(qiáng)的水介質(zhì)沖洗干凈，余下的孔隙在成巖作用過程中為粒間溶液淀出的亮晶方解石所充填。2).生物骨架結(jié)構(gòu)

是造礁生物形成的礁灰?guī)r所特有的結(jié)構(gòu)。常見的造礁生物有群體珊瑚、海綿、苔蘚蟲、層孔蟲及藻類。3).晶粒結(jié)構(gòu)(顯晶、隱晶)

主要為化學(xué)沉淀和重結(jié)晶作用形成的結(jié)構(gòu)。在粒屑碳酸鹽巖中可見到與陸源碎屑巖相同的種種構(gòu)造，包括層理及層面構(gòu)造。此外，還有疊層構(gòu)造、結(jié)核、縫合線等構(gòu)造。

(3）構(gòu)造疊層構(gòu)造疊層構(gòu)造是由藍(lán)綠藻維胞絲狀體或球狀體分泌的粘液，將細(xì)屑物粘結(jié)固化而形成的一種構(gòu)造。2、分類和命名1）.內(nèi)碎屑灰?guī)r由礫級(jí)、砂級(jí)內(nèi)碎屑被灰泥或化學(xué)成因的方解石（多為亮晶）膠結(jié)而成。3、主要巖石類型(1)灰?guī)r類2).鮞?；?guī)r

由碳酸鈣鮞粒>50%構(gòu)成的灰?guī)r稱為鮞?；?guī)r。由豆粒為主構(gòu)成的則稱豆粒灰?guī)r。3).生物礁灰?guī)r

由固著生長(zhǎng)的造礁生物形成的石灰?guī)r，故是原地形成的。