Question

碎屑岩的一般特征

Answer 1

(一)碎屑岩的物质成分

碎屑岩的物质成分主要为碎屑物质、化学物质和杂基。

1.碎屑物质

碎屑岩中的碎屑物质，可占整个岩石组分的50%以上，是碎屑岩的特征组分。碎屑物质主要是来自沉积盆地之外的、陆地上搬运来的碎屑，故又称为陆源碎屑或外碎屑，它是母岩机械破碎的产物。碎屑物质可分矿物碎屑和岩石碎屑两类:

(1)矿物碎屑

又称陆源矿物、继承矿物或他生矿物。在碎屑岩中常见的碎屑矿物有20余种，而一种碎屑岩中主要的碎屑矿物常不超过3～5种。碎屑矿物按密度可分为轻矿物(密度ρ<2.86g/cm³)和重矿物(ρ>2.86g/cm³)。前者主要包括石英、长石和云母，后者较少见。

石英 石英抵抗风化的能力很强，既抗磨又不易分解，因此是碎屑岩中分布最广的一种碎屑矿物。在砂岩、粉砂岩中含量尤高，平均含量达66.8%;在粗碎屑岩中含量较少，且以充填物的形式出现。因石英最稳定，故若碎屑岩中石英含量高，则说明砂岩中的成分成熟度高，即碎屑是经过了长距离的搬运、分异而沉积的。

长石 长石在碎屑岩中的含量仅次于石英，平均含量有11.5%。长石主要来自花岗岩、花岗片麻岩。

在碎屑岩中常见的是钾长石、酸性斜长石，而中－基性斜长石少见。由于长石是不稳定矿物，故它们若在砂岩中大量出现，则多半是干燥气候和快速条件下堆积。因干燥气候使长石不易受化学风化，仅发生物理风化，有利于产生大量的长石碎屑;长石碎屑也只有在短距离搬运、迅速埋藏的情况下，才能保存下来不被分解。故对长石含量、长石类型及其特征的研究，有助于追溯母岩，推断古气候、古构造等情况。

云母 多是稳定的白云母，常集中在细砂岩、粉砂岩的层面上。黑云母不稳定，少见，只出现在离陆源区近和成分复杂的砂岩中。

(2)岩石碎屑

简称岩屑。岩屑是母岩直接破碎的产物，可直接用来推断母岩。岩屑反映了气候干旱、母岩风化不彻底、搬运近、沉积快的特征，故碎屑岩中若岩屑含量高，则说明岩石的成分成熟度低。岩屑多分布在>0.1mm粒级的砂岩和砾岩中。

各种岩石都可呈岩屑出现，但以细晶或隐晶质岩石的碎屑为主，如:

岩浆岩岩屑 多为火山岩，如玄武岩、安山岩、流纹岩、粗面岩及火山玻璃等;部分微细的脉岩，如细晶岩、辉绿岩等，少见粗粒的侵入岩，如花岗岩等。

变质岩岩屑 多为浅变质岩，如板岩、千枚岩、变质石英岩，少数片岩，个别为深变质的片麻岩。

沉积岩岩屑 多为细粒及隐晶质的泥岩、页岩、燧石，少数微晶灰岩、粉砂岩，个别为砂岩、凝灰岩等。

2.化学物质

是从溶液中呈化学沉淀的物质，这类物质在陆源碎屑岩中多以胶结物的形式存在，对碎屑起胶结成岩的作用。但也有少部分只是孤立的矿物晶体，对碎屑不起胶结作用，称为自生矿物。还有部分可以交代碎屑或其他物质的形式出现。三者都是在沉积盆地内，于沉积期后的不同阶段新生成的矿物，故统称为化学沉淀物质。在碎屑岩中常见的化学沉淀矿物类型有:

硅质矿物 如:蛋白石、石英、玉髓。

硫酸盐矿物 如:石膏、硬石膏、重晶石、天青石等。

碳酸盐矿物 如:方解石、白云石、菱铁矿、菱锰矿等。

磷酸盐矿物 如:磷灰石、胶磷矿。

硅酸盐矿物 如:海绿石、鲕绿泥石、沸石、自生长石、云母及自生重矿物等。

其他物质如:铁的氧化物及氢氧化物、卤化物(萤石、岩盐等)、硫化物(黄铁矿)。

自生矿物的共同特点是:成分一般较简单，结晶颗粒较小，清洁透明，晶形完好。研究自生矿物具有重要的地质意义，既可以了解沉积、成岩及后生阶段的环境，对于了解岩石的形成和变化过程很有帮助，同时又可以了解成岩及后生阶段流体的性质、来源与孔隙的形成和演化，以及某些成矿物质的运移和聚集方向与部位，为成矿预测提供信息。

3.杂基

又称基质或碎屑杂基，它们是充填于碎屑颗粒之间细粒的机械混入物，其组分包括:①粘土物质，指<0.005mm的粘土矿物碎屑，绝大多数杂基由粘土矿物组成;②细粉砂，指0.03～0.005mm的碎屑物质，如长石、石英、云母等陆源矿物碎屑。它们对碎屑也起胶结作用，但它们不是化学成因的矿物，故叫杂基，而由化学沉淀的胶结物，虽然是粒度<0.03mm的粘土矿物，但仍不包含在原生杂基的概念范畴内。

化学胶结物和杂基可统称为填隙物质或广义的胶结物，包括<0.03mm的、对砂粒起胶结作用的碳酸盐矿物(内生的灰泥)和次生的粘土矿物。

(二)碎屑岩的结构组分

1.碎屑本身的结构组分特征

碎屑本身的结构组分特征包括粒度、圆度、表面特征和分选性。

(1)粒度

碎屑颗粒的大小称为粒度。粒度是以颗粒直径(一般以长径或中径)来度量的。粒度是碎屑岩进一步分类的根据，又是粒度测量、成因分析的主要对象，故粒度是碎屑岩很重要的一个特征参数。由于工作性质和目的不同，各家所采用的粒度划分标准也不同。归纳起来有三种通用的标准(表5－2)，但以其中的自然粒级标准为最常用的划分标准。

表5－2 碎屑岩的粒级划分

注:d<0.0312mm或>5者为杂基。

(2)分选性

分选性是指碎屑颗粒大小的均匀程度，也可以表达为围绕某一个粒度的颗粒集中趋势的大小离差程度。碎屑颗粒的分选程度受沉积环境的水动力条件和自然地理条件控制，一般水动力能量高的沉积环境碎屑颗粒的分选性较好，风对风成沙丘的分选性最好，其次为海(或湖)滩沙，河流沙的分选性往往较差，而冰川沉积物的分选性最差，因此，碎屑颗粒分选性的好坏可作为环境标志，一般用分选系数描述分选性的好坏，分选系数(S₀)表达为:

S₀=P₂₅/P₇₅

式中:P₂₅和P₇₅分别对应于粒度累积曲线上的25%和75%处所对应的颗粒直径(粒度累积曲线可由粒度分析实验得到)。当碎屑颗粒分选很好时，P₂₅和P₇₅处所对应的颗粒直径很靠近，因此S₀值很小;相反，S₀值则很大，说明颗粒大小的离散程度大，即分选性差，其定量表达式为:S₀<0.35，分选极好;S₀=0.35～0.5，分选好;S₀=0.5～0.7，分选较好;S₀=0.7～1.0，分选中等;S₀=1.0～2.0，分选差;S₀>2.0，分选很差。

(3)圆度

圆度是指碎屑颗粒的棱和角被磨蚀圆化的程度，一般分四级:

棱角状 颗粒具尖锐的棱角，原始形状基本未变或变化很小，说明碎屑未经搬运或搬运距离很小。

次棱角状 碎屑颗粒的棱角稍有磨蚀、尖角不十分突出，说明碎屑经过了短距离搬运。

次圆状 棱角有显著磨损，碎屑的原始轮廓还可看出，说明碎屑经过了较长距离的搬运。

圆状 棱角已全磨圆，碎屑的原始轮廓已消失，说明碎屑经过了很长距离的搬运和磨损。

(4)球度

球度是指碎屑颗粒接近球体的程度。球度是颗粒三度空间的形状，三轴相等者球度最高，片状及柱状颗粒球度最低。

球度与圆度是两个不同的概念，球度高的颗粒，其圆度不一定高，因为有些矿物本身就具有很高的球度(如晶形很好的石榴子石);球度低的颗粒(如长柱状的角闪石的边、棱被磨圆了)，其圆度可能高。球度不仅与搬运距离有关，更与矿物形态有关(如片状云母矿物的球度很低)。但一般对同种矿物而言，随着搬运距离的加长，其圆度和球度均增高，故它们是度量碎屑岩的结构成熟度的标准之一。

(5)表面特征

碎屑颗粒的表面特征包括颗粒表面的磨光度和显微刻蚀痕两方面。由表面特征可判断搬运和沉积介质的性质。如一般认为颗粒表面呈毛玻璃状的霜面是风力搬运时颗粒间摩擦造成的，是沙漠沉积的标志(但也有人认为是化学腐蚀的)，冰川搬运的砂砾表面常有擦痕(有人认为河床砂砾也可造成擦痕)，浊流搬运的颗粒表面常带有细小的刻痕。

2.填隙物结构组分特征

位于碎屑及碎屑颗粒之间均可起胶结作用或充填作用的物质称填隙物，即广义的胶结物。它包括杂基、化学胶结物和砂质充填物(对粗碎屑岩言)等结构组分，主要是前二者。

(1)杂基结构

杂基主要是指来源于母岩风化成因的粘土和粒度<0.03mm的细粒碎屑物，一般以粘土为主，由流水搬运，并与碎屑物质一起机械沉积。因此，杂基往往充填在颗粒之间，对碎屑也起胶结作用。由于它们颗粒非常细小，肉眼下看不清轮廓，多呈泥状结构，断口呈土状，光泽暗淡，因含有不同色素物质颜色呈多样化。

(2)胶结物结构

胶结物是指碎屑颗粒和杂基之外的化学沉淀物质，常是结晶的或非晶质的自生矿物，在碎屑岩中含量小于50%，它对碎屑颗粒起胶结作用，使之变成坚硬的岩石。由于胶结物是化学沉淀物质，故可以按其结晶程度、晶粒的相对大小和绝对大小、分布的均一性、胶结物本身的组构特征等进行描述，如图5－1所示。归纳起来，胶结物结构及其成分主要有以下几种常见类型:

非晶质胶结(物) 常是蛋白石、磷酸盐(胶磷矿)、铁质等，系孔隙水沉淀的胶体物质。

隐晶质胶结(物) 玉髓、隐晶质磷酸盐矿物等，系孔隙水沉淀的微细的含水弱结晶物质。

微晶质胶结(物) 微晶碳酸盐矿物、磷酸盐矿物等，系孔隙水沉淀的细小结晶物质。

结晶粒状胶结(物) 碳酸盐矿物、硅酸盐矿物等，系孔隙水沉淀的粒状结晶物质。

图5－1 胶结物的结构类型和特征

栉壳状或丛生状胶结(物) 碳酸盐矿物等，系孔隙水沉淀的具有特殊结构的结晶物质。

带状、薄膜状胶结(物) 非晶质硅质、非晶质磷质、铁质等，系孔隙水沉淀的具有特殊结构的胶体物质。

连生胶结(物) 碳酸盐矿物、硫酸盐矿物等，系孔隙水沉淀的具有嵌晶结构的粗大结晶物质。

再生(次生加大或共轴生长)胶结(物) 次生石英、长石或方解石的加大边(图5－1)。

凝块状胶结(物) 一般以铁质为主，系孔隙水在氧化条件下沉淀的铁质胶体物质。

(3)胶结类型

胶结类型又叫支撑性质，是指碎屑物与填隙物(包括胶结物及杂基)之间的关系。类型特征首先与碎屑颗粒与杂基的相对数量比例(即粒基比)有关，其次是颗粒之间的相互关系。如当水动力强时，与碎屑同时沉积下来的杂基将被冲走，使碎屑颗粒彼此相接触，颗粒之间留有孔隙，造成“颗粒支撑”的结构，成岩后形成化学胶结物的碎屑岩，如果水动力弱或介质为密度流时，大小碎屑与泥质一起沉积，造成“杂基支撑”的结构，碎屑呈“游离状”分布于杂基之中，成岩后形成杂基充填的碎屑岩。

归纳起来，胶结类型主要有以下几种(图5－2):

基底式胶结填隙物含量较多，碎屑彼此不相连。填隙物多半是与碎屑同时沉积的杂基，或为微晶碳酸盐矿物。

孔隙式胶结 碎屑颗粒紧密相接，胶结物充填在粒间孔隙中。

接触式胶结 只在碎屑颗粒的彼此接触处才有胶结物，故胶结物数量很少。

溶蚀胶结胶结 物溶蚀并交代碎屑的边缘，使碎屑边缘成港湾状。

图5－2 支撑类型、胶结类型和颗粒接触关系

在同一岩石中可出现两种或两种以上的胶结物结构和胶结类型，可采用复合命名法，如再生孔隙胶结结构、连生基底胶结结构等。

3.孔隙结构组分特征

岩石中未被颗粒、杂基和胶结物充填的空间称之为孔隙。孔隙空间可以均匀地分布于岩石中，也可以在岩石中不均匀分布形成局部密集的孔隙群。岩石中的孔隙空间是油、气、水的赋存场所，孔隙空间的大小受碎屑颗粒的大小、分选性、磨圆度、球度、填隙性和成岩后生作用等多种因素影响。岩石中的孔隙空间大小直接影响到岩石的储集性，其描述性的术语主要为孔隙度和渗透率，一般粒度较细的岩石孔隙度较高而渗透率较低，分选好的砂岩孔隙度和渗透率都高于分选差的砂岩。同样，填隙物含量少的砂岩孔隙度和渗透率都高于填隙物含量高的砂岩。

按岩石中的孔隙空间的大小和相互之间的关系，又可划分为孔隙和喉道两种空间类型，其中孔隙是指被碎屑颗粒包围的较大的孔隙空间，它的多少和大小反映岩石的储集性能。喉道系指位于两个碎屑骨架颗粒之间和连通相邻两个孔隙空间的狭窄通道，它的多少和大小反映岩石的渗透能力。

孔隙空间按成因又可被划分为原生孔隙空间和次生孔隙空间两种主要类型。原生孔隙空间是指岩石形成时即保存在碎屑骨架颗粒之间的孔隙空间，其成因类型非常简单，仅为原生粒间孔和剩余原生粒间孔，而次生孔隙空间是指岩石在成岩后生过程中形成的孔隙空间，它通常是岩石组分发生溶解的结果，其成因类型较为复杂，包含有粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔、杂基内的微孔隙和胶结物内的晶间微孔隙和裂缝及溶缝等。喉道主要按喉道半径的大小和几何形态进行划分，按喉道半径的相对大小(具体大小标准视研究对象而定)可划分为大喉、中喉、小喉和微喉;按喉道形态可划分为点状喉道、片状喉道、弯曲片状喉道和管束状喉道等。研究岩石的孔隙结构组分特征，其实质主要分析孔隙和喉道的成因类型、孔隙空间的大小、几何形态、分布规律和相互之间的关系。

(三)碎屑岩的分类

根据碎屑颗粒的大小，可以把碎屑岩分为三类:

粗碎屑 砾岩、角砾岩，碎屑直径>2mm;

中碎屑 砂岩，碎屑直径2～0.0625mm;

细碎屑 粉砂岩，碎屑直径0.0625～0.0039mm。