陸源碎屑巖1st－－概論、陸源碎屑巖粒度結(jié)構(gòu)特征

2023/2/41李剛

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“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國家重點實驗室沉積地質(zhì)研究院2023/2/42一.陸源碎屑巖結(jié)構(gòu)類型

CONTENTS二.陸源碎屑巖的水動力結(jié)構(gòu)（一）陸源碎屑巖物質(zhì)成分（二）陸源碎屑巖結(jié)構(gòu)組分三.陸源碎屑巖的成巖后生結(jié)構(gòu)2023/2/43一.陸源碎屑巖結(jié)構(gòu)類型

二.陸源碎屑巖的水動力結(jié)構(gòu)（一）陸源碎屑巖物質(zhì)成分（二）陸源碎屑巖結(jié)構(gòu)組分三.陸源碎屑巖的成巖后生結(jié)構(gòu)

CONTENTS2023/2/44陸源碎屑巖結(jié)構(gòu)－碎屑結(jié)構(gòu)2023/2/45一.陸源碎屑巖結(jié)構(gòu)類型

二.陸源碎屑巖的水動力結(jié)構(gòu)（一）陸源碎屑巖物質(zhì)成分（二）陸源碎屑巖結(jié)構(gòu)組分三.陸源碎屑巖的成巖后生結(jié)構(gòu)

CONTENTS2023/2/46陸源碎屑巖物質(zhì)成分2023/2/47一.陸源碎屑巖結(jié)構(gòu)類型

二.陸源碎屑巖的水動力結(jié)構(gòu)

（一）陸源碎屑巖物質(zhì)成分

（二）陸源碎屑巖結(jié)構(gòu)組分三.陸源碎屑巖的成巖后生結(jié)構(gòu)

CONTENTS2023/2/48結(jié)構(gòu)組分主要有：(1)陸源碎屑(fragment）：礫、砂、粉砂等含量在50％以上。(2)膠結(jié)物(cement)：充填于空隙中并對碎屑起膠結(jié)作用的的化學(xué)沉淀物。(3)雜基(matrix)：粒度<0.0315mm，與碎屑同時沉積充填于碎屑之間孔隙內(nèi)的粘土和細粉砂物質(zhì)。(4)孔隙(pore)：指碎屑巖中未被固體物質(zhì)占據(jù)的空隙，可以是原生的，也可以是次生的。2023/2/49概述

陸源碎屑巖是指出母巖經(jīng)物理風(fēng)化作用(機械破碎)所形成的砟屑物脈經(jīng)過機械搬運和沉積，并進一步壓實和膠結(jié)而形成的沉積巖類，簡稱碎屑巖。

碎屑巖包含四種基本組成部分，即碎屑顆粒、雜基、膠結(jié)物和孔隙，雜基和膠結(jié)物又合稱為填隙物。碎屑顆粒是碎屑巖的最主要組分，如礫巖中的礫石、砂巖中的砂，它占整個巖石組成的50％以上，并決定了巖石的基本特征。雜基也譯為“基質(zhì)’’，是指與砂、礫等碎屑一起由機械沉積作用沉積下來的較細粒物質(zhì)，主要為粘土物質(zhì)，還有細粉砂和碳酸巖灰泥等。膠結(jié)物是對碎屑顆拉起膠結(jié)作用的化學(xué)沉淀物，如碳酸鹽、鐵的氧化物、氫氧化物、以及氧化硅等?？紫妒侵笌r石中未被固體物質(zhì)所占據(jù)的部分，它可以是原始沉積時就保留下來的原生孔隙，也可以為成巖后生階段的淋濾溶解作用所形成的次生孔隙。

碎屑顆粒，雜基、膠結(jié)物和孔隙的形成方式、形成階段是不一致的，如果深人地研究就可以得到有關(guān)巖石成因、巖石物理性質(zhì)等方面很有意義的資料。碎屑顆粒、雜基和膠結(jié)物間的組合關(guān)系，反映了巖石形成時的古水體介質(zhì)之流動性質(zhì)和沉積環(huán)境的某些特征、以及巖石本身的一些物理性質(zhì)如孔隙性、滲透率等)。2023/2/410碎屑巖水動力結(jié)構(gòu)要素

粒度

分選性圓度球度形狀碎屑顆粒表面特征支撐性雜基類型碎屑顆粒的定向2023/2/411粒度（Grainsize）粒級劃分

>2mm…………礫

2-0.5mm………砂

0.05-0.005mm………………粉砂

<0.005mm…泥（粘土）

陸源碎屑巖分類粗碎屑巖………………礫巖和角礫巖

中碎碎屑巖…砂巖

細碎屑巖……粉砂巖?=－log2dd－顆粒直徑2023/2/4122023/2/4132023/2/4142023/2/4152023/2/4162023/2/4172023/2/4182023/2/4192023/2/4202023/2/4212023/2/4222023/2/4232023/2/424分選性（Sorting）分選性是指沉積物粒度的分選程度，即碎屑顆粒大小的均勻程度，常用分選系數(shù)S0(sorting)及標準偏差δ1(standarddeviation)來表示。若沉積物(巖)中主要粒級百分含量>75％或顆粒大小相等者稱為分選好，主要粒級百分含量在50-75%者稱為分選中等；沒有一種粒級組分含量>50％或碎屑粒徑大小懸殊者稱為分選差。2023/2/425分選性還可用分選系數(shù)(S0)及標準偏差值(δ1)來確定：

S0<2．5……分選好

S02．5—4.0………………分選中等

S0>4．0……分選差

按標準偏差(d1)大小將分選程度分為六級：

分選很好………………δ1<0.35

分選好…δ10．35--0．5

分選中等………………δ1o．5--1

分選差…δ11--2

分選很差………………δ12—4

分選極差………………δ1>42023/2/426雙峰態(tài)(眾數(shù))結(jié)構(gòu)

雙峰態(tài)(眾數(shù))結(jié)構(gòu)(bimodaldistribution)由?？?Folk，1968)提出，是指同一巖石中，粒度分布特征顯示由大小截然不同的兩個粒度眾數(shù)(粗眾數(shù)、細眾數(shù))組成的結(jié)構(gòu)。粗、細中間過渡的粒度很少，在粒度頻率曲線上呈雙峰形態(tài)而得名。雙峰態(tài)結(jié)構(gòu)的砂巖不僅出現(xiàn)在風(fēng)成沙漠，海岸沙丘環(huán)境，而且也出現(xiàn)在河道，海灘、潮坪環(huán)境。不同的環(huán)境所受動力因素不同，歸納起來有如下幾種：(1)沙漠、·海岸沙丘地區(qū)的選擇性搬運作用，呈跳躍搬運的顆粒被選擇性地移走，滾動搬運的顆粒和細小顆粒相對集中；(2)河道沉積物中底負載和懸浮負載兩個總體的混合；(3)因風(fēng)暴使高能環(huán)境中的碎屑與低能環(huán)境中的碎屑相混合；（4）來自不同物源區(qū)的碎屑相混合；(5)某些物源中缺乏中間粒級。2023/2/4272023/2/4282023/2/429圓度（Roundness）圓度指顆粒的棱和角被磨蝕圓化的程度。一般與碎屑本身的抗磨性，搬運距離及流體性質(zhì)有關(guān)。用比較法將圓度分為四級：棱角狀，次棱角狀，次圓狀，圓狀(照片所示)。碎屑顆粒的圓化程度取決于碎屑的粒度，物理性質(zhì)(結(jié)晶習(xí)性、解理、硬度)．介質(zhì)條件及磨蝕歷史。圓度好的石英砂?？赡苁嵌啻涡匕徇\的結(jié)果，也可能是在特殊環(huán)境遭受強烈磨蝕產(chǎn)生，也可能是受到堿性介質(zhì)溶蝕的結(jié)果所造成，但常有港灣狀的溶蝕邊。2023/2/4302023/2/431球度（Sphericity）

球度是碎屑顆粒接近球體的程度。球度和圓度不同，球度是碎屑顆粒形態(tài)在三度空間度量的特征，圓度則是碎屑顆粒形態(tài)在兩度空間的特征。球度高的石榴石圓度不一定高，圓度高的云母片球度可很低。球度不同的顆粒在搬運、沉積過程中的水力學(xué)行為是不同的。球狀顆粒易于滾動，因表面積最小，受阻力小而易于沉積。然而球度低的片狀礦物碎屑（如云母片等)呈漂浮狀，易于搬運，很難沉積。通常在搬運至遠離河口的三角洲前緣地區(qū)可見大量的云母片沉積。2023/2/432形狀（Shape）

碎屑顆粒的形狀可有規(guī)則的及不規(guī)則的?？梢允抢^承原生形狀形成的，或者是次生形成的。繼承原生形狀形成的顆粒常見有等軸狀(石榴石、大部分石英)，柱狀、片狀(云母)，不規(guī)則狀，橢圓狀對原生形狀的觀察可判斷母巖的牲質(zhì)。如花崗巖受破壞時，石英一般呈不規(guī)則的等軸形：結(jié)晶片巖，片麻巖中來的石英往往具拉長的外形，沉積來源的石英多半具該圓的外形。次生形狀（secondaryshape)：成因可分為再生形狀，溶蝕形狀，變形(或破碎)形狀等。碎屑除四種基本形狀外還有一些特殊形狀，如風(fēng)棱石中的三棱石多棱石等。2023/2/4332023/2/4342023/2/435碎屑顆粒表面特征

（Surfacecharacteristic）

顆粒的表面特征包括顆粒表面的磨光及刻蝕痕兩方面，有些肉眼可見，另一些則只能在雙目鏡下或掃描電鏡下分辨。表面結(jié)構(gòu)可用來指示地質(zhì)營力的侵蝕，搬運作用及沉積環(huán)境。

1．光滑表面(polish)：可由緩慢的機械磨蝕作用造成(如風(fēng)棱石上的磨光面)，也可由化學(xué)作用在顆粒表面上沉積一層玻璃狀或釉質(zhì)薄膜物形成(如沙漠漆皮，由存在于巖石中的水，經(jīng)太陽能蒸發(fā)，沉積不溶的硅質(zhì)、氧化鐵、錳質(zhì))。

2．毛玻璃糙面(霜面)(frost)：顆粒具機械的不透明的表面。可由風(fēng)蝕作用引起，也可由腐蝕性的溶解作用產(chǎn)生。河灘、海灘、海岸的沙丘砂和沙漠砂，·特別是后者的石英顆粒常具霜面。

3．微起伏凹凸面(microrelief)，碎屑顆粒的表面常見的微起伏凹坑或凸脊。如礫石表面具冰川擦痕、刻蝕痕、撞擊痕，齒痕等。引起各種痕跡的原因可以是冰川作用，構(gòu)造作用，強風(fēng)暴或高速水流中夾帶物相互的刻蝕作用及差異溶解作用所致。可以是機械的、也可以是化學(xué)的．2023/2/436支撐性（Supporty）

支撐性指巖石中碎屑與填隙物之間的關(guān)系。它可反映具碎屑結(jié)構(gòu)的巖石，搬運、沉積過程中水動力特征。支撐性取決于顆粒與雜基的相對含量．可分為顆粒支撐和雜基支撐兩類。

顆粒支撐(grainsupported)：巖石中碎屑顆粒量多，雜基少，顆粒／雜基比值大，碎屑顆粒彼此接觸搭成格架，粒間為化學(xué)膠結(jié)物或雜基充填。

雜基支撐(matrixsupported)；巖石中碎屑顆粒少，雜基多，顆粒／雜基比值小，碎屑顆粒彼此不相接觸，呈漂浮狀分布于雜基之中。

兩種支撐性對比如下：2023/2/437兩種支撐性對比表2023/2/4382023/2/4392023/2/440雜基類型

（Classificationsofmatrix

）

雜基指砂巖中粒度<o．0315毫米(或>+5?)的非化學(xué)沉淀的機械成因物，其成分為細粉砂、泥質(zhì)、及碎屑粘土。它們充填于碎屑之間，也可起粘結(jié)碎屑的作用。與碎屑同時沉積的雜基，稱原雜基，經(jīng)重結(jié)晶后為正雜基，它的有無及含量的多少，能反映搬運介質(zhì)的流體性質(zhì)，流動強度及巖石的結(jié)構(gòu)成熟度。此外，砂巖中有時還可見到與碎屑非同時沉積的粘土物質(zhì)、或細粉砂，泥質(zhì)，如孔隙溶液中化學(xué)沉淀粘土，壓碎的泥質(zhì)巖屑等，稱為似雜基

原雜基和似雜基區(qū)別如下表。2023/2/441原雜基與假雜基2023/2/442碎屑顆粒的定向（Orientationofgrain）

巖石中任何一個非球形顆粒都有一個方位．若在出現(xiàn)的所有可能方位中有許多類似的顆粒具有占優(yōu)勢的定向，則稱優(yōu)選方位。這種優(yōu)選方位可由礫石，砂粒的長軸定向、長形生物碎屑(如竹節(jié)石，筆石、腹足、植物枝干等)定向、云母片定向、重礦物定向等表現(xiàn)出來。

顆粒定向(orientationofgrain)，包括結(jié)晶學(xué)方位的定向和量綱的定向兩方面。碎屑巖中量綱定向是最重要的。若顆粒外形與其結(jié)晶軸有關(guān)，量綱定向就意味著結(jié)晶學(xué)定向。例如大多數(shù)長形石英顆粒的長軸方向與其光軸(c軸)方向一致。測定巖石中各軸不等的組構(gòu)顆粒的優(yōu)選方位，可確定水流方向。實際工作中量綱定向需要在定向切面（垂直層理平行水流方向的切面、平行層理的切面)中進行。2023/2/4432023/2/444兩個概念成分成熟度：碎屑沉積組分在風(fēng)化、搬運、沉積作用改造下接近最穩(wěn)定產(chǎn)物的程度。（表征參數(shù)：QFR&ZTR）結(jié)構(gòu)成熟度：沉積物在風(fēng)化、搬運、沉積作用改造下接近終極結(jié)構(gòu)的的程度。（表征參數(shù)：分選性、磨圓度、雜基含量）2023/2/445一.陸源碎屑巖結(jié)構(gòu)類型

二.陸源碎屑巖的水動力結(jié)構(gòu)

（一）陸源碎屑巖物質(zhì)成分（二）陸源碎屑巖結(jié)構(gòu)組分三.陸源碎屑巖的成巖后生結(jié)構(gòu)

CONTENTS2023/2/446

碎屑巖的成巖后生結(jié)構(gòu)主要是通過壓實作用、壓溶作用、膠結(jié)作用，交代作用、溶解作用及重結(jié)晶作用等來完成的。按成因可分為機械成巖后生結(jié)構(gòu)及化學(xué)成巖后生結(jié)構(gòu)。

2023/2/447（一）機械成巖后生結(jié)構(gòu)（A.壓實組構(gòu);B.壓溶組構(gòu)）1.壓實組構(gòu)特征

(1).漂浮狀顆粒(floatinggrains)：顆粒呈分散狀互不接觸，顆粒之間是膠結(jié)物或是雜基；也有可能原始沉積顆粒之間本是點、線接觸，切片時因切面很少通過接觸點，所以看起來呈游離狀。

(2).點接觸：顆粒之間以角頂或部分邊緣相接，呈支架狀排列，接觸長度小于顆粒周長的2／3。2023/2/448(3).線接觸(1inearcontact)：顆粒周長的2／3以上與其它顆粒接觸。按接觸線是否彎曲又可分平直接觸(顆粒間接觸線平直)、凹凸接觸(顆粒間接觸線呈孤形，一顆粒壓入另一顆粒中)。

（4）.縫合接觸(suturalcontact)：顆?；ハ嗲逗?，嵌合線可彎曲也可呈鋸齒縫合狀，顆粒之間幾乎無孔隙。

2023/2/4492023/2/4502023/2/451

2.壓溶組構(gòu)(pressuresolutionfabric)特征

隨著壓力的增大(靜壓力或動壓力)，溫度增高，在顆粒接觸點上承受較高的有效壓力，增大了溶解度，使石英碎屑在顆粒接觸點處首先溶解。壓溶作用的結(jié)果，使顆粒原始形狀發(fā)生變化。壓溶作用與膠結(jié)作用發(fā)生的同時，顆粒的原始輪廓變得不清晰，最后顆粒間呈凹凸的邊界，甚至縫合接觸。

2023/2/452（二）.化學(xué)成巖后生結(jié)構(gòu)

1.膠結(jié)物的結(jié)構(gòu)(textureofcement)

指膠結(jié)物的結(jié)晶程度、晶粒的相對大小、絕對大小、分布的均一性以及膠結(jié)物本身的組構(gòu)特征?？煞譃椋?/p>

（1）非晶質(zhì)膠結(jié)(amorphous·．cement)：膠結(jié)物未結(jié)晶或為膠體，常有蛋白石，鐵質(zhì)。它們大都為原生膠結(jié)。

（2）隱晶質(zhì)膠結(jié)(aphaniticcement)，正交偏光下顯光性，晶粒<0．001毫米。如玉髓、隱晶磷酸鹽礦物。常是同生期產(chǎn)物。

(3)微晶膠結(jié)(microliticcement)：結(jié)晶顆粒細小，表面臟，晶粒0.0l一0.001毫米。如微晶、泥晶白云石、方解石,常是同生期產(chǎn)物。

2023/2/453(4)結(jié)晶粒狀膠結(jié)(Crystallinegranularcement)：膠結(jié)物呈結(jié)晶粒狀。根據(jù)其晶粒大小可細分為：粉晶(0.05—0.01毫米)，細晶(0.25—0.05毫米)，中晶(0.5—0.25毫米)，粗晶(4—0.5毫米)，巨晶(>4毫米)。構(gòu)成這種結(jié)構(gòu)的膠結(jié)物常有方解石，白云石，為成巖期、后生期，表生成巖期產(chǎn)物。

(5)叢生及櫛殼膠結(jié)(drusycementsandcombshapedrimcement)：膠結(jié)物成纖維狀，垂直于碎屑表面生長，稱叢生膠結(jié),當膠結(jié)物呈較粗的柱狀礦物，垂直碎屑表面生長時，則稱櫛殼膠結(jié)。構(gòu)成這種結(jié)構(gòu)的膠結(jié)物常見有硅質(zhì)、磷質(zhì)、方解石、文石。一般是早期成巖膠結(jié)結(jié)構(gòu)。2023/2/454(6)薄膜帶狀膠結(jié)(zoningfilmcement)：膠結(jié)物圍繞碎屑顆粒呈薄膜狀，切面上呈帶狀。此種膠結(jié)物常見有磷酸鹽，粘土礦物。晶體細小，緊靠碎屑。通常是早期成巖膠結(jié)物所具有的結(jié)構(gòu)特征。

(7)連生膠結(jié)(connectingcement)：膠結(jié)物在相當大的范圍內(nèi)光性一致，呈一個晶體。其中嵌著兩個以上的光性方位不一致。碎屑顆粒，連生膠結(jié)結(jié)構(gòu)是膠結(jié)物經(jīng)重結(jié)晶作用’形成，一般是典型的后生階段產(chǎn)物，但在表生成巖環(huán)境也可見到。構(gòu)成此種結(jié)構(gòu)的膠結(jié)物常為碳酸鹽(如方解石)、硫酸鹽(如硬石膏、重晶石)。

(8)串珠狀膠結(jié)(Paternostercement)：結(jié)晶良好的細粒晶體圍繞碎屑顆?；蚩紫兜倪吘壣L，排列戍串珠狀(例如，菱鐵礦、黃鐵礦)。它們和薄膜帶狀及叢生膠結(jié)一樣，形成于早期成巖階段。2023/2/455

(9)再生膠結(jié)(regeneratedcement)：膠結(jié)物重結(jié)晶圍繞礦物碎屑顆粒邊緣按原碎屑的光性方位生長，成為碎屑的次生加大部分。兩者成分相同，通常光性一致，正交偏光鏡下同時消光，同時干涉，似一個顆粒。單偏光下可借碎屑邊緣鐵泥質(zhì)細線與其次生加大部分分開。常見有石英較結(jié)物圍繞石英碎屑次生加大及長石次生加大，偶見電氣石次生加大．見于成巖期至后生期。

再生膠結(jié)可進一步按成巖后生強度由弱到強分為三種類型：A、B、C。

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A．碎屑顆粒經(jīng)次生加大后，具規(guī)則的結(jié)晶輪廓存在，仍留有粒間孔或被其它礦物充填。B．次生加大邊充填粒間孔內(nèi)的所有空隙，顆粒呈鑲嵌結(jié)構(gòu)。

次生加大石英可用陰極發(fā)光技術(shù)加以區(qū)別因為碎屑和加大部分形成環(huán)境不同，所含微量元素不同，故發(fā)光性質(zhì)不同，發(fā)光性質(zhì)與石英晶體內(nèi)所含痕量元素的種類和數(shù)量有關(guān)，較高溫度的變種中進入晶體構(gòu)造中的痕量元素種類較多，且量也較大而次生加大石英往往缺乏包體和痕量元素，與低溫有關(guān)，在陰極發(fā)光技術(shù)下則呈現(xiàn)出不同的顏色。

C．砂巖經(jīng)次生加大后，顆粒間接觸面呈鋸齒狀輪廓，每一個顆粒的齒部深深插入相鄰顆粒內(nèi)，砂巖具石英巖狀結(jié)構(gòu)。此種結(jié)構(gòu)出現(xiàn)于壓溶，物質(zhì)再分配，重結(jié)晶次生加大的巖石中。2023/2/457

2.膠結(jié)類型

(1)基底式膠結(jié)(basece~mentation)：填隙物含量較多(>30％，<50％)，顆粒含量較少，顆粒不相接觸，在填隙物中呈懸浮狀。往往是顆粒和填隙物同時沉積，常代表密度較大快速沉積的特征。此種結(jié)構(gòu)形成于同生期。2023/2/458(2)孔隙式膠結(jié)(Pore—fillingcementation)：碎屑顆粒緊密接觸；膠結(jié)物含量少(一般8％+15％)顆粒支撐。膠結(jié)物充填在粒間孔隙內(nèi)，多半為成巖期的化學(xué)沉淀物質(zhì)，也有后生期的。2023/2/459(3)接觸式膠結(jié)(contactcementation)

膠結(jié)物量很少，只在顆粒接觸處才有膠結(jié)物。它是在干旱氣候帶的砂層中由于毛細管作用，溶液沿顆粒接觸點細縫流動沉淀而成，或原生膠結(jié)物在近地表處，經(jīng)天水淋蝕而成。2023/2/460(4)鑲嵌膠結(jié)(mosaiccementation)：在成巖期的壓固作用下，特別是壓溶作用明顯時，碎屑顆粒更加緊密接觸。顆粒之間成凹凸及縫合狀接觸。薄片下很難區(qū)分出膠結(jié)物。這是成巖晚期及后生期所形成的。2023/2/461(5)溶蝕膠結(jié)(Solutioncementation)：膠結(jié)物溶蝕并交代碎屑顆粒使碎屑邊緣呈港灣狀。交代溶蝕與組成碎屑物的元素活潑性有關(guān)，與介質(zhì)的pH，Eh有關(guān)。常見鐵質(zhì)，粘土質(zhì)、鈣質(zhì)溶蝕交代石英碎屑，方解石溶蝕交代長石。

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凝塊膠結(jié)：在同一巖石中如同時存在兩種或兩種以上膠結(jié)物的結(jié)構(gòu)和膠結(jié)類型時，采用復(fù)合命名法，主要的放在后面，次要的放在前面。如連生基底膠結(jié)，再生孔隙膠結(jié)等。膠結(jié)物分布不均勻，稱凝塊膠結(jié)。

膠結(jié)類型中，以基底膠結(jié)，孔隙膠結(jié)，接觸膠結(jié)為基本膠結(jié)類型，可稱原生膠結(jié)，其余的屬次生