中碎屑岩砂岩

1樓：中地數媒

1.概述

粒度為2～0.0625mm的顆粒含量在50%以上的碎屑岩叫砂岩。砂岩分佈很廣，有重要的經濟和地質意義。

砂岩的碎屑成分主要是石英、長石和岩屑，還有少量重礦物。在大多數砂岩中，石英是最主要的碎屑，它是最穩定的組分，長石和岩屑在表生條件下易受破壞，為不穩定組分，故常以石英含量或石英與長石+岩屑的比值代表岩石的成分成熟度。砂岩中的填隙物除粘土雜質外，還常見鈣質、矽質、鐵質等膠結物。

砂岩是機械沉積作用的產物，砂粒在流水搬運的過程中又是最活躍的組分，故砂岩中各種層理和層面構造發育，許多研究沉積環境的重要標誌主要發育於砂岩中。

某些砂和砂岩本身就可用作建築材料，並常含有金、銅、錫石、鋯石、獨居石等礦產;孔隙度好的砂岩是良好的儲集油、氣、水的岩石，是石油、水文和工程地質工作中重要的研究物件。

2.砂岩分類問題

自葛利普在2023年首次提出的比較有科學意義的砂岩分類方案以來，目前全世界已經提出的砂岩分類方案有50多種，主要有三分類方案，即結構分類(按粒度分類)、成分分類(按碎屑成分分類)和成因分類(如劃分為河成砂岩、海成砂岩等)。表達的方式主要有**式、描述式和**式。

(1)砂岩的結構分類

砂岩首先按粒度結構大小細分為如下5個粒級:

巨粒砂岩砂粒直徑2～1mm，即值為－1～0;

粗粒砂岩砂粒直徑1～0.5mm，即值為0～1;

粒砂岩砂粒直徑0.5～0.25mm，即值為1～2;

中細粒砂岩砂粒直徑0.25～0.1mm，即值為2～3;

微粒砂岩砂粒直徑0.1～0.0625mm，即值為3～4，有時不劃分出微粒砂岩，而把0.25～0.0625mm(即值為2～4)的統稱為細粒砂岩。

(2)砂岩的成分－成因分類

1)砂岩的成分－成因分類原則

砂岩的分類原則各家雖有不同，但歸納起來主要有:①**區的母巖性質;②成分成熟度;③結構成熟度;④流動因素;⑤大地構造狀況;⑥原生沉積構造;⑦氣候及風化作用;⑧沉積期後的變化。

在實際工作中，對砂岩進行分類主要考慮的是前四點原則，其中原則①**區母巖性質，用岩屑成分、長石型別和石英特徵來判別;原則②成分成熟度，用石英佔碎屑總量的比例進行描述，如石英含量》95%者為高成熟砂岩，石英含量75%～95%者為次成熟砂岩，石英含量<75%者為不成熟砂岩，也可用石英含量/(岩屑+長石)含量的比值進行描述;原則③結構成熟度，常用雜基含量和分選性、磨圓度進行綜合判別;原則④流動因素，即搬運、沉積介質的密度與黏度，也採用雜基含量進行判別，因為雜基含量不僅能反映砂岩的結構成熟度，同時也反映搬運沉積介質的流動特徵，如高密度流體堆積的砂岩雜基含量就比較高，一般將低密度牽引流堆積的砂岩和高密度重力流堆積的砂岩雜基含量確定在15%，這也是劃分淨砂岩與雜砂岩的分界線。

2)砂岩的命名原則

砂岩的成分―成因分類方案很多，意見不一致，但分類方案中常用三端員或四端員的分類法和命名原則較為一致。本教材採用劉寶珺院士(1979)提出的方案(圖5－3)，先根據雜基含量分為兩大類，即雜基少於15%的淨砂岩(arenite，簡稱砂岩)和雜基大於15%的雜砂岩(wacke)。進一步細分則按石英、長石、岩屑三者的相對含量在三角分類圖中劃分成不同型別的砂岩，三角分類圖的三個端員所代表的碎屑物質組成分別為:

q(石英)端員:石英、燧石和其他矽質岩岩屑。

f(長石)端員:長石以及花崗岩和花崗片麻岩類岩屑。

r(岩屑)端員:除q、f中的岩屑以外的其他岩屑(火山岩及其變化產物，板岩、千枚巖，結晶片岩等淺變質岩，粉砂岩及泥質岩，碳酸鹽巖等沉積岩)，以及碎屑雲母和綠泥石。

各端員的成因意義是:q的含量或q/(f+r)值反映砂岩的成分成熟度，f/r值既反映物質**(深成岩或表成巖)，又反映大地構造狀況，f端員又在一定程度上反映了氣候和風化作用的特點。

圖5－3 本教材採用的砂岩成分―成因分類方案(據劉寶珺，1979)

3.砂岩的主要型別

砂岩類進一步按三個端員組分分為石英砂岩、長石砂岩、岩屑砂岩三類，它們之間還存在一些過渡型別的岩石，此外還有雜砂岩類。

(1)石英砂岩

石英砂岩的碎屑物質中90%以上為石英(可包括燧石和矽質岩)碎屑，可有少數長石、岩屑等，重礦物很少，常為穩定的、磨圓的重礦物，如電氣石、鋯石、金紅石等。

化學成分上的特點是sio2含量高，可達95%～99.5%(故可作玻璃原料或矽質耐火材料)。石英砂岩的膠結物常為矽質，有時為碳酸鹽(方解石、白雲石、菱鐵礦)、鐵質、石膏、磷酸鹽及海綠石等。

砂粒間有時可見少量粘土或綠泥石等雜基，膠結型別多為孔隙式、接觸式。碎屑中以中―細粒級的砂常見，圓度及分選性良好，石英顆粒表面光滑、乾淨，反映其改造作用充分、成熟度高。石英砂岩常具波痕和各種交錯層理、沖洗層理。

石英砂岩按膠結物成分特徵進一步劃分為:

1)鐵質石英砂岩;

2)粘土質石英砂岩(粘土含量》15%時，為石英雜砂岩);

3)鈣質石英砂岩;

4)白雲質石英砂岩;

5)磷質石英砂岩;

6)矽質石英砂岩，按矽質膠結物結構特徵再細分為:

矽質石英砂岩矽質膠結物未圍繞石英碎屑次生加大，

石英岩狀砂岩矽質膠結物部分圍繞石英碎屑次生加大，

沉積石英岩(或叫正石英岩) 矽質膠結物全部圍繞石英碎屑次生加大為再生石英，即全部成為再生石英;

7)若石英砂岩中含有少量特殊的自生礦物時，也可參加定名，如海綠石石英砂岩、鋯石石英砂岩、含銅石英砂岩等;

8)石英砂岩與長石砂岩之間的過渡型別稱為長石石英砂岩，與岩屑砂岩之間的過渡型別稱為岩屑石英砂岩。

石英砂岩分選性和磨圓度最好，石英最富集但重礦物含量較低，一般在構造穩定、地形起伏不大和溫暖潮溼氣候條件下，由富含石英的母巖，如花崗岩、花崗片麻岩和變質石英岩等，遭受強烈的物理和化學風化作用，母巖中不穩定成分被破壞，而穩定的石英及矽質岩岩屑增多，並經過長距離搬運，在穩定地臺區的濱海或淺海地區沉積而成。石英砂岩廣泛發育，約佔砂岩總量的1/3，單層石英砂岩厚度往往不大，但分佈面積大，穩定。

(2)長石砂岩

主要由碎屑石英和長石組成，碎屑中石英<75%，長石》25%，岩屑<10%。有的長石含量可很高，如陝北延安地區侏羅系中有些長石砂岩，其長石含量達50%～64%;湖南衡陽盆地第三系長石砂岩的長石含量達70%以上。若長石含量》50%時，稱富長石砂岩。

長石砂岩中的長石多為相對穩定的正長石、微斜長石和酸性斜長石類，而不穩定的中―基性斜長石類較少見;岩屑較少，石英可多可少;砂粒間的填隙物為鈣質、鐵質及粘土質;膠結型別多為孔隙式、接觸式，有時可出現基底式。

多數情況下，長石砂岩呈厚層―塊狀產出，碎屑的粒度較粗，一般為中―粗粒，分選性和磨圓度變化大，自分選差、稜角狀到分選好、圓度高的均有，常具塊狀層理和各種交錯層理。顏色常為紅色或黃色，外貌似花崗岩。長石砂岩的化學成分特點是含有較多的鹼金屬和氧化鋁，與花崗岩成分近似。

長石砂岩的形成在很大的程度上取決於母巖成分，首先要有富含長石的母巖，如花崗岩、花崗片麻岩等。另外還需要有利長石儲存的古構造、古地理和古氣候條件，因此，長石砂岩的成因特徵可提供有關的古構造、古地理和古氣候條件的直接資訊。按成因特徵可劃分為:

構造長石砂岩在構造運動強烈的地區，地形起伏也大，花崗岩基底隆起遭受強烈侵蝕，在鄰近地區發生沉陷，侵蝕產物迅速堆積，可形成很厚的長石砂岩，有人稱為構造長石砂岩。

基底長石砂岩有的長石砂岩直接覆蓋在花崗質基底的侵蝕面上，它是古老花崗質岩石的崩解產物，在海侵過程中經改造並在原地堆積而成。這種岩石常呈厚度不大的穩定層狀，位於海侵岩層底部，故稱基底長石砂岩或殘餘長石砂岩。多產於地臺區，如河北唐山、山西大同花崗岩基底之上的長石砂岩。

氣候長石砂岩長石由於化學性質不穩定，在溫暖潮溼的氣候條件下易風化而很難儲存，但在乾旱炎熱或寒冷氣候條件下相對穩定，能在地表保持很長時間，因此，長石砂岩被認為是極其乾旱或寒冷氣候條件下的產物，是沙漠或冰川的標誌，屬氣候長石砂岩。它的主要特點是砂粒分選性和磨圓度較好，長石新鮮，穩定重礦物較多。但許多資料表明，溫溼氣候(如煤系地層中)也有長石砂岩，這主要與構造、地形、堆積速度等因素有關。

長石砂岩常與岩屑砂岩及其他覆成分砂岩共生，當長石砂岩中岩屑含量增加時，向岩屑砂岩過渡，當岩屑》10%者稱岩屑長石砂岩。

(3)岩屑砂岩

岩屑佔碎屑總量的25%以上，長石<10%，石英<75%。以石英和岩屑為主，岩屑含量》25%的砂岩名稱叫法很多，如岩屑砂岩、硬砂岩、雜砂岩、瓦克巖等。而且即使用同一個名稱，對岩屑成分及含量界限的規定亦不同，名稱的含義也不同。

我們主張叫岩屑砂岩，而且把岩屑限定為不穩定的岩石型別，如變質岩、火山岩和除矽質岩在外的沉積岩等岩屑。岩屑砂岩可進一步按岩屑種類命名，如火山岩屑砂岩、變質岩屑砂岩、鈣屑岩屑砂岩等。

岩屑砂岩中岩屑成分可多種多樣，隨母巖而異，但以細晶質及隱晶質的岩石為主，石英碎屑常具稜角狀。長石以斜長石為常見，也有鉀長石，還可出現不穩定的基性斜長石，也可含有黑雲母等。重礦物含量一般較高，不穩定和穩定的重礦物型別均可兼有。

碎屑的分選性、磨圓度不好。粘土雜基較多，或含碳酸鹽等成分的膠結物，多為孔隙式、孔隙―基底式複合膠結，也可出現單一的基底式膠結。岩屑砂岩顏色較深，為灰、灰綠、灰黑色，淺色者少見。

岩屑砂岩分佈較廣，估計佔全部砂岩的20%～25%，單層岩屑砂岩的厚度較大，但分佈面積不大，也不穩定。

岩屑砂岩多形成於強烈構造隆起區附近的坳陷帶或坳陷盆地中，由母巖快速剝蝕、迅速堆積而成。故岩屑砂岩的不穩定組分多，屬不成熟的砂岩。岩屑砂岩可產於地槽區，或近造山帶的地臺區，可以是陸相的，或海相的，或海相濁積岩，它可與粉砂岩、泥岩組成韻律互層。

(4)雜砂岩

前已論及，將雜砂岩定義為雜基含量》15%，分選性不好、泥砂混雜的砂岩。它在分類上與淨砂岩並列，其進一步分類和命名原則也與淨砂岩相同。

雜砂岩一般含石英較少，且多呈稜角狀。含有不同比例的長石、岩屑和少量雲母。長石類主要是斜長石，少見鉀長石，岩屑多種。

富含雜基是雜砂岩的基本特徵，顆粒越細，雜基含量越高。雜砂岩常呈暗灰色、黑色，分選性磨圓度均不好，以單一的基底式膠結為主。主要發育於濁積岩和其他重力流沉積物中，常顯遞變層理和底部印模構造，也可與泥岩呈韻律互層。

雜砂岩的進一步劃分主要根據碎屑的性質分為石英雜砂岩、長石雜砂岩和岩屑雜砂岩，以及它們之間的過渡型別。

雜砂岩的形成條件與長石砂岩或岩屑砂岩類似，即快速侵蝕、搬運和迅速堆積形成的，但雜砂岩可在不同的氣候條件下形成。典型的雜砂岩常出現在快速沉降的地槽中，為組成濁積扇或復理式建造的主要岩石型別。

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