Question

陆源碎屑岩的野外观察与描述

Answer 1

陆源碎屑岩是母岩机械破碎的碎屑物质，经搬运、沉积、压实和胶结作用而成的岩石。陆源碎屑岩是煤系地层中最常见的岩石类型。

1. 陆源碎屑岩的物质成分及肉眼鉴定特征

陆源碎屑岩主要由碎屑物质和填隙物质两部分组成。碎屑物质是碎屑岩的主要组分，含量应大于50%; 填隙物是充填碎屑孔隙的次要组分，按其成因可分为胶结物和杂基两种。

( 1) 碎屑物质

碎屑岩中最常见的碎屑物质是石英、长石和各种岩屑; 此外，还有少量云母和重矿物。

石英 是碎屑岩中分布最广的矿物碎屑，在砂岩和粉砂岩中的平均含量可达 67%。碎屑石英主要来源于花岗岩、片麻岩和某些沉积岩。石英碎屑常呈灰白色、烟灰色，也可呈淡黄或黄褐色等，透明或半透明，硬度大于小刀。由于受到搬运过程中的磨蚀作用，光泽常变的较暗淡，仅在较大碎屑颗粒的断口上，才能看到较典型的贝壳状断口和油脂光泽。有时石英颗粒表面被填隙物污染，会出现较深的色调。如铁质胶结的石英砂岩，石英颗粒和整个岩石均呈紫褐色，因而给准确鉴定石英碎屑的含量带来一定难度。

长石 在碎屑岩中的含量仅次于石英，砂岩中长石的平均含量约为 1. 0% ～15%。碎屑岩中以钾长石最常见，次为酸性斜长石，基性斜长石较少见。长石碎屑多呈肉红色、灰白色或黄褐色，由于长石易于风化 ( 高岭石化、绢云母化) ，其硬度常变低，可被小刀刻动，光泽也较暗淡，或呈土状光泽。肉眼鉴定时，一般根据光泽、硬度、断面上有无解理等特征与石英相区分; 根据碎屑的形态或轮廓，可与泥质填隙物相区别。

岩屑 是指母岩经机械破碎形成的保留原岩成分和结构特征的岩石碎块。岩屑的种类多样，但其含量与碎屑岩的粒度有关，粒度越粗，岩屑的含量越高，岩屑的种类也越复杂。在砂岩中，主要出现细结构的岩屑，如隐晶质或半晶质的喷出岩岩屑、细粒的板岩岩屑、千枚岩岩屑、硅质岩或粉砂岩岩屑等。

云母 碎屑岩中的云母主要为白云母。白云母一般呈细小鳞片状集中分布在细砂岩或粉砂岩的层面上，颜色较浅，但具较强的丝绢光泽，在阳光下闪闪发亮。野外鉴定时需注意，不要因其集中分布在层面上而将含量估计过高。

( 2) 填隙物质

填隙物是指充填于碎屑孔隙中的物质。按成因，填隙物质可分为胶结物和杂基两类。两者在成分上可以相同，也可以不同。在肉眼条件下难以区分时，可笼统称为填隙物或广义的胶结物。

杂基的成分主要是各种粘土矿物和各种极细粒的碎屑物质。胶结物的种类较多，常见的有硅质、钙质、铁质、磷质、海绿石质等。现将常见填隙物的肉眼鉴定特征简述如下:

硅质胶结物 主要矿物成分是蛋白石、玉髓和石英。肉眼观察颜色较浅，灰白色、致密状，硬度大于小刀，有时碎屑颗粒 ( 石英) 与胶结物( 自生石英) 之间界线难以分辨。岩石胶结坚固，锤击不易破碎，断裂面常切穿碎屑颗粒。以纯石英砂岩硅质胶结者最为常见。

钙质胶结物 矿物成分主要为方解石，颜色多呈白色或灰白色，硬度小于小刀，当其结晶较好时，可见菱形解理，滴稀盐酸剧烈起泡。如滴稀盐酸不起泡，当刮成粉末后起泡者则为白云质。

铁质胶结物 矿物成分主要为赤铁矿，颜色常呈紫、红、褐等色，胶结坚固紧密，密度较大。风化后变为褐铁矿，风化后颜色变浅呈褐黄色，硬度也变小。

海绿石质 绿色，致密状或颗粒状，硬度小于小刀，风化后变为褐铁矿，在岩石中呈褐色斑点或斑块。

粘土杂基 以粘土矿物为主，常含少量细粉砂。颜色常呈褐色或黄褐色，含有机质时颜色较深，岩石一般较疏松粗糙，土状光泽，硬度小于小刀，易刻成粉末，遇水常变软，锤击易破碎。

2. 碎屑岩结构的野外划分

碎屑岩的结构包括碎屑颗粒的特点 ( 颗粒大小、圆度、球度、形状、分选性等) 、填隙物的特点，以及碎屑颗粒与填隙物之间的关系 ( 胶结类型) 三个方面的内容。野外观察时，主要是确定碎屑颗粒的大小、分选性、磨圆度、球度和胶结类型等。

( 1) 碎屑颗粒的大小及粒级划分

碎屑颗粒的大小称为粒度，一般用颗粒的视长径来计量。

目前常用的粒级划分有两种: 一种是自然粒级标准; 另一种是粒级标准 ( 表 3-10) 。

表 3-10 碎屑颗粒粒级划分表

自然界单一粒级的碎屑岩很少见，大部分是由几个不同粒级的碎屑组成，各粒级的含量不同，岩石的粒级名称也不相同。粒度分类命名原则如下:

◎ 三级命名原则。以粒级含量 50%、25%、10% 三个界线为依据，确定岩石的粒级名称。含量大于 50%的粒级作为岩石的基本名称，如中粒砂岩; 含量 25% ～50% 的粒级，以 “× × 质”的形式写在基本名称之前 ( “质”字常省略) ，如粉砂质细砂岩; 含量10%～ 25% 的粒级，以 “含 × × ” 写在岩石名称的最前面，如含砾粗砂岩、含粗砂粉砂质细砂岩; 含量小于 10%的粒级不参加命名。

该三级命名原则，也适用于碳酸盐岩、泥质岩的成分分类。

◎ 若岩石中没有一个粒级的含量大于 50%，但含量 25% ～50% 的粒级有两个时，则以这两个粒级的名称复合命名，以 “× × ― × × 岩”的形式表示，含量多者在后，少者在前，其他含量更少的粒级仍按三级命名原则处理，如含粗砂的中―细粒砂岩。当岩石中有三种粒级均小于 50%，且都大于 25%时，可命名为不等粒砂岩。

◎ 若岩石以两个粒级为主要组分，且两者含量多少用肉眼难以区分时，仍采用复合命名法，但两粒度名称之间不加 “—”，如砂砾岩等。

◎ 在使用上述原则时，作为基本名称的主要粒级，可细分，如砂可细分为粗砂、中砂、细砂等; 作为次要名称的粒级组分，则只分为砾、砂、粉砂等，不再进一步细分。

( 2) 圆度

圆度是指碎屑颗粒的棱角被磨蚀圆化的程度。圆度的研究对象主要是中、粗碎屑岩，在野外粗碎屑岩可划分成极圆状、圆状、次圆状、次棱角状和棱角状等五个圆度级别，中碎屑岩只划分为好 ( 圆状) 、中 ( 次圆状或次棱角状) 、差 ( 棱角状) 等三个级别，而粉砂岩一般不做圆度的划分和描述。

( 3) 分选性

分选性是指相同粒级的碎屑颗粒相对集中的程度，一般用同一粒级碎屑含量占全部碎屑总量的百分比来衡量。野外观察时通常划分为三个等级。即当同一粒级的碎屑占全部碎屑的 75%以上时，称分选性好; 当同一粒级的碎屑占全部碎屑的 50% ～75% 时，称分选性中等; 当没有一个粒级的碎屑达到全部碎屑的 50%时，称分选性差。

3. 粗碎屑岩的野外观察描述

主要由 2mm 以上的碎屑颗粒组成的岩石称粗碎屑岩，又称砾岩。

砾岩的碎屑物质以岩屑为主，各种成分和结构的岩屑均可在砾岩中出现，在较细的砾岩中也可有较多的长石和石英碎屑。砾岩的孔隙多被砂质或杂基充填，有时也可有化学胶结物充填。砾岩的粒度变化范围很大，分选性常较差。砾岩的磨圆度通常较好，只有在特殊环境条件下形成的砾岩才呈明显的角砾状。砾岩的层理一般发育不好，有时可出现厚度很大的交错层理和粒序层理。砾岩中的砾石常呈叠瓦状排列。

( 1) 粗碎屑岩的分类命名

目前对粗碎屑岩的分类还不够统一和规范，特别是对砾石量的下限，有人规定为50% ，也有人规定为 30% 。由于粗碎屑岩在野外十分醒目，又具有较特殊的地质意义和成因，在沉积岩中的分布也较少，因此可将粗碎屑岩的砾石含量下限定为 30%比较合适。

粗碎屑岩根据砾石的磨圆度，可分为砾岩和角砾岩; 根据砾石成分的复杂程度，可分为单成分砾岩 ( 又可按所含砾石的成分进一步命名) 和复成分砾岩; 根据砾岩在地层剖面中的位置，可分为底砾岩和层间砾岩; 此外，还可按照砾岩的成因，可分为河成砾岩、滨岸砾岩、岩溶角砾岩和滑塌角砾岩等等。

粗碎屑岩的野外定名应综合考虑砾石的成分、结构、构造等多种因素。各因素在岩石名称中的顺序依次为: 颜色、岩层厚度、粒度、填隙物成分和主要砾石成分，如灰白色中厚层细粒硅质石英岩质砾岩。

( 2) 粗碎屑岩野外观察描述的内容

砾岩的颜色。

◎ 确定砾石的成分。注意砾石成分在平面和剖面上的变化规律，描述各种砾石的鉴定特征，统计各种砾石成分的百分含量。

◎ 观察并测量砾石的粒度，可以无选择地测量 100 个以上砾石的视长轴或测量一定范围内所有砾石的视长轴，求出平均粒径。确定砾岩的分选性，或根据测量的砾石计算出分选系数。注意观察砾石粒度在剖面和平面上的变化规律。

◎ 观察并确定砾石的磨圆度、球度和形状。

◎ 确定填隙物的成分、含量、充填方式等。

◎ 观察砾岩层的沉积构造特征，如有无层理和粒序性变化，砾石的排列是否有方向性，测量砾石长轴的延伸方向和砾石最大扁平面的倾斜方向。

◎ 测量砾岩层的厚度、产状，注意观察砾岩层与下伏岩层的接触关系、底面特征等。

4. 中碎屑岩的野外观察描述

主要由 2 ～0. 05mm 的碎屑物质组成的岩石称中碎屑岩，即砂岩。

( 1) 砂岩的一般特征

砂岩的碎屑组分主要有石英、长石和各种岩屑。石英是砂岩的主要组分，一般含量较高，长石和岩屑属不稳定组分，一般含量较少。由砂岩粒度较细，所含的岩屑多为隐晶质或微晶质结构。砂岩的填隙物常为硅质、铁质或钙质等化学胶结物。在分选性差、成分复杂的砂岩中，则常以粘土杂基充填为主。

砂岩的粒度、分选性和磨圆度变化较大，层理构造和层面构造较为发育，常见交错层理、粒序层理等。

( 2) 砂岩的分类和命名

砂岩的分类 目前普遍采用砂岩成分―成因分类，又称四端元分类 ( 表 3-11) 。这种分类方案将组成砂岩的成分归纳出以下四种具有成因意义的端元组分:

M ( 杂基) 端元: 指小于 0. 03mm 的粉砂质、粘土质机械混入物

Q ( 石英) 端元: 包括石英、燧石，以及石英岩及其他硅质岩屑

F ( 长石) 端元: 包括各种长石

R ( 岩屑) 端元: 包括各种岩屑

表 3-11 砂岩分类表

首先根据杂基的含量，将砂岩分为杂基含量小于 15% 的净砂岩 ( 简称砂岩) 和杂基含量大于 15%的杂砂岩两大类型，再按石英 ( Q) 、长石 ( F) 和岩屑 ( R) 三者的相对含量各划分出七种类型。

砂岩的命名 以成分―成因分类名称作为砂岩的基本名称。详细命名采用: 颜色 + 岩层厚度 + 粒度 + 胶结物成分 + 基本名称的方法命名，如灰白色中厚层细粒钙质长石石英砂岩。

砂岩野外观察描述的内容 ①观察描述砂岩的颜色; ②观察砂岩的结构特征，确定结构类型，目估碎屑颗粒的粒度大小及变化范围，描述其分选性、磨圆度及胶结类型; ③观察砂岩的岩层厚度，宏观沉积构造类型，如层理类型、波痕、底模、生物扰动构造、痕迹化石等，详细描述其特征; ④鉴定碎屑物质和填隙物成分，目估含量，并描述它们的肉眼鉴定特征; ⑤观察岩石的纵横向变化及其与上、下岩层间的接触关系; ⑥其他特征，如风化特点、次生变化类型、地形地貌特征等; ⑦综合定名。

5. 细碎屑岩的野外观察描述

主要由 0. 05 ～0. 005mm 的碎屑物质组成的岩石称细碎屑岩，即粉砂岩。

粉砂岩的特点是: 粒度细、碎屑物质成分较简单，以石英为主，长石和岩屑较少见，常有较多的白云母碎片沿层理面分布。碎屑颗粒磨圆差，多为棱角状，分选较好。填隙物以泥质较常见，常见泥质岩过渡，其次为钙质和铁质胶结物。粉砂岩中常发育纹层较细的水平层理或微波状层理，岩层厚度一般较薄。

粉砂岩野外观察描述的内容与砂岩基本相同。由于其粒度细、碎屑成分及粒度难以准确鉴定。因此对粉砂岩应注意观察颜色、混入物成分及含量，以及白云母碎片的分布特征、岩石的断口及层理特征，是否有生物碎片等。

粉砂岩在野外一般不再划分详细类型，可直接根据颜色、填隙物成分等单因素直接命名，如紫红色粉砂岩、钙质粉砂岩等。此外，也可综合各单因素特征进行命名，命名采用:颜色 +填隙物成分 +碎屑成分 +粒度 +粉砂岩的顺序进行，如紫红色钙质石英细粉砂岩。