沉积岩石学.ppt

第五章沉积岩,摘要沉积岩是在近地表的常温、常压条件及水、大气、生物、重力等作用下，主要由母岩的风化产物及其它物质，经搬运、沉积及成岩作用而形成的岩石。本章主要介绍沉积岩的基本概念、基本特征、沉积岩分类、各类沉积岩的基本特征，以及各类沉积岩与石油天然气的关系。,提纲沉积岩的一般特征碎屑岩粘土岩碳酸盐岩,,第一节沉积岩的一般特征,沉积岩是组成岩石圈的三大类岩石之一，约占岩石圈体积的5，在地壳表层分布最广，约占陆地面积的75，海底也几乎全部为沉积物覆盖。沉积岩中蕴藏着丰富的矿产，据统计，沉积矿产和沉积变质矿产约占世界矿产总储量的80，可燃矿产几乎全属沉积成因，石油和天然气不仅生成于沉积岩中，而且大部分储存于沉积岩中。,一、沉积岩的物质成分,沉积岩中已发现的矿物有160多种，其中最常见的约20种；常见的矿物有氧化物、硅酸盐（长石类、粘土矿物及云母类矿物）、碳酸盐、硫酸盐等；沉积岩中的矿物成分与岩浆岩中的矿物明显不同；在化学成分上，沉积岩中Fe2O3多于FeO，K2O多于Na2O，岩浆岩则与此相反。,二、沉积岩的颜色,沉积岩的颜色按成因可分为原生色和次生色，原生色分为继承色和自生色。继承色主要取决于岩石中所含矿物碎屑的颜色；自生色是在沉积成岩阶段由自生矿物造成的；次生色是在沉积岩形成后由于次生变化而产生的。研究沉积岩要注意区分原生色和次生色。,影响岩石颜色的因素是多方面的，除岩石的成分及沉积环境外，还有颗粒大小、干湿程度、风化程度等。一般来说，粒度越细、越潮湿，观察面越阴暗，颜色越深；反之则浅。因此，描述颜色必须观察岩石的新鲜面，并说明是在怎样的状态下观测的。,影响岩石颜色的因素,三、沉积岩的构造,沉积岩的构造是指沉积岩各组分在空间的分布、排列和充填方式。一般包括层理、层面构造和层内构造。,1、层理,层理由岩石的成分、颜色、结构等在垂直于沉积层方向上的变化所形成的一种构造现象。层理是沉积岩所具有的重要特征，是区别于岩浆岩的主要标志；根据层理可以确定岩层产状即正确判断地质构造。,,1）水平层理和平行层理,特点细层平直且与层面平行。水平层理的沉积物来自悬浮物或溶液，故多见于细粒的粉砂或泥质沉积中，常见于海、湖深水区，闭塞海湾，泻湖，沼泽及牛轭湖等低能环境中。平行层理外貌与水平层理相似，但它是在较强的水动力条件下，由连续滚动的砂粒粗细分离或含不同重矿物的纹层叠覆而成，沿纹层面容易剥开（通称剥离线理）。,2）波状层理,波状层理由许多波状起伏的纹层重叠在一起组成，是由于波浪引起沙纹的移动造成的。特点纹层呈波状，但总的方向平行层面，当沉积速率较高时，可保存连续的波状。波状层理常形成于海、湖的浅水区及河漫滩。,3）交错层理（斜层理）,由一系列彼此交错、重叠、切割的细层组成。按其层系厚度可分小型（小于3cm）、中型（310cm）、大型（10200cm）、特大型（大于200cm）四种。按其层系形态可分板状、楔状、槽状三种基本类型。板状交错层理的层系界面为平面，且彼此平行。大型板状交错层理其层系底界有冲刷面，纹层内常有下粗上细的粒度变化，有的纹层向下收敛。楔状交错层理的层系界面也为平面，但互不平行。槽状交错层理的层系底界为槽形冲刷面。大型槽状交错层理层系底界冲刷面明显，底部常有泥砾。,4）递变层理,递变层理又称粒序层理。其特点是由底至顶颗粒逐渐变化，除了粒度变化之外，无任何内部纹层。根据递变层的内部构造特征，主要分两种基本类型颗粒向上逐渐变细，但下部不含细粒物质，它是由于水流速度或强度逐渐减低而沉积的结果。以细粒物质作为基质全层均匀分布，粗粒物质向上逐渐减少和变细，它是由于悬浮体含有各种大小不等的颗粒，在流速减低时因重力分异而整体堆积的结果。,递变层理的两种基本类型（据H.E.赖内克等，1973）,5）韵律层理和沉积旋回,由不同成分、结构或颜色的沉积物有规律的交替叠置而成。如由潮汐变化产生的潮汐韵律，是一种砂、泥薄层相间的交替纹层，其砂层是在涨、落潮的水流活动期形成的，泥层是在高、低潮的滞流时期沉积的。季节韵律潮汐韵律、冰融水在冰川湖中沉积的冰川纹泥。,,海进、海退沉积情况示意图（据刘本培，1986，略有改动）,韵律分为正韵律、反韵律,沉积旋回示意图,6）块状层（均匀层理）,一种不显示任何纹层构造的层理。特点外貌大致均匀，组分和结构无分异，也称无层理。可由悬浮物质快速堆积而成（沉积物来不及分异），如洪水沉积，也可由沉积物重力流快速堆积而成。有时强烈的生物扰动，重结晶或交代作用破坏原生层理，而造成块状层理。,,2．层面构造,指岩层表面呈现出的各种构造痕迹，沉积岩中常见的层面构造有波痕、冲刷痕迹、泥裂等。,1）波痕指由于波浪、流水、风等介质的运动，在沉积物表面形成的一种波状起伏的痕迹。按成因可分三种类型,2）冲刷痕迹由于流速加大或河流改道，先沉积的较细沉积物被冲蚀形成凹坑；当流速减缓时，凹坑又被沉积物充填，在充填物底部常有来自下伏岩层的岩块。,冲刷痕迹示意图,3）泥裂泥裂亦称干裂，由未固结的沉积物被阳光暴晒、脱水收缩形成的多角型龟裂纹。,干裂示意图,干裂示意图,3．层内构造,1）结核一种与围岩成分有明显不同的自生矿物团块，属化学成因的构造。其形态有球状、卵状及各种不规则状；内部构造样式很多，有同心圆状、放射状等；大小不一，自数厘米至数十厘米不等，最大者达几米。结核有单体和复体之分。,结核的类型示意图,2）缝合线在地层剖面中呈锯齿状曲线，在平面上是一个起伏不平的面，沿此面较易劈开。缝合线裂隙中常充填有粘土、沥青或其他物质。,缝合线示意图,4．生物成因的构造,底栖生物的活动使沉积物遭到破坏，通常形成下列四种生物构造生物痕迹生物扰动构造叠层构造植物根痕迹,,1）生物痕迹指动物在未固结的沉积物表面活动所保留在岩层中的痕迹。常见的生物痕迹有动物足迹、爬痕、虫孔等。,生物痕迹构造的类型（据Tucker，1981）,2）生物扰动构造斑点构造就是一种常见的生物搅动构造，其特点是在泥质沉积物中有呈不规则斑点状分布的砂质潜穴。,四、沉积岩的结构,1．机械作用形成的结构可见于陆源碎屑岩（包括粘土岩）中，也可见于碳酸盐岩中。其主要特点是岩石由碎屑颗粒与基质或胶结物组成。2．化学结构由化学沉淀作用形成的，如隐晶质结构、显晶质结构等。显晶质结构可分粗晶、中晶、细晶、粉晶、泥晶等。化学结构可见于碳酸盐岩中，亦可见于碎屑岩的胶结物中。3、生物结构主要由生物骨架及生物化学组分构成，如珊瑚礁结构、藻礁结构等。生物骨架结构常见于生物礁灰岩中。,五、沉积岩的分类,通常是以成因作为划分基本类型的基础，而以成分、结构等特征作为进一步分类的依据。根据这个原则，将沉积岩划分为三大类碎屑岩粘土岩化学岩和生物化学岩,1．碎屑岩,主要由碎屑物质组成的岩石。这类岩石又按碎屑物质的成因、成分和结构的特点，划分为两个亚类1）正常碎屑岩指由母岩经过风化作用后所产生的碎屑物质而组成的岩石。2）火山碎屑岩指火山喷发出来的火山碎屑物质就地或在附近堆积而形成的岩石。,,2．粘土岩,介于碎屑岩和化学岩之间的过渡型岩石，主要由50以上粒径小于0.01mm的粘土矿物组成，其中常含少量细碎屑物质。它是沉积岩中分布最广的一类。,3．化学岩和生物化学岩,这类岩石是母岩风化产物的溶解物质，以化学或生物化学方式沉淀析出而形成的岩石。由生物遗体直接堆积而成的岩石亦属此类。,第二节碎屑岩,一、碎屑岩的物质成分碎屑岩的物质成分取决于母岩的成分，主要由碎屑物质、杂基和胶结物构成。,1．碎屑物质,碎屑物质是碎屑岩中最主要的组分，如砾岩中的砾石、砂岩中的砂粒。碎屑物质主要来源于陆源区母岩机械破碎的产物，亦称陆源碎屑。碎屑岩中有时含有少量火山喷发物质等其它碎屑。,2．杂基（基质）,杂基是与砂、砾等碎屑一起以机械方式沉积下来的细粒碎屑物质，主要为高岭石、水云母、蒙脱石等粘土矿物，还有细砂、粉砂、泥和碳酸盐等。在粗碎屑岩中，杂基也相对变粗。碎屑岩中若含大量杂基，表明其沉积环境簸选作用不强，致使不同粒度的砂和泥混杂堆积。,3．胶结物,以化学沉淀方式形成于碎屑粒间孔隙中起胶结作用的沉积物质。它们多数形成于晚期成岩作用阶段，也有在沉积同生期形成的。常见的胶结物有硅质、钙质、铁质和泥质四种类型。,二、碎屑岩的结构,碎屑岩的结构包括碎屑颗粒的大小（粒径）、形状（圆度、球度）、分选性和胶结类型等。,1．碎屑颗粒的粒度,碎屑颗粒直径的大小称为粒度，它是碎屑岩最重要和最基本的结构特征。在正常的碎屑岩中，通常粒度分为砾、砂和粉砂三级。,常用的碎屑颗粒粒度分级表,如果某岩石中的碎屑基本为同一粒级，只需在相应的粒级后加上“岩”字即可；如中砂岩，粗砂岩等。但岩石往往由几种不同含量和不同粒级的矿物成分组成，故需采用三级定名方法将含量大于或等于50的粒级定为主名；含量在2550者称“质”，写在主名之前；含量在1025者称“含”，放在最前面。例如某碎屑岩由55的粉砂，27的粘土和18的细砂组成，则定名为“含细砂的粘土质粉砂岩”。,如何命名,2．碎屑颗粒的形状,1）圆度即碎屑颗粒的棱角被磨圆的程度，一般分为四级,2）球度即碎屑颗粒近于球体的程度。通常分为球状、扁球状、椭球状和不规则状四类。,3．分选性,分选好岩石中某一粒级含量大于或等于75；分选中等某一粒级含量为5075；分选差任何粒级的含量都小于50。,4、磨圆度,5．胶结类型,在碎屑岩中，填隙物的分布及其与碎屑颗粒的接触关系称为胶结类型。它取决于填隙物的数量、生成条件及沉积后的变化等因素。胶结类型通常可分四种,,碎屑岩的结构与储油物性有什么的关系,讨论,三、碎屑岩的类型及特征,1．砾岩1）按圆度分类砾岩圆状、次圆状砾石含量大于50，一般由沉积作用形成。角砾岩棱角状、次棱角状的砾石含量大于50。角砾岩除沉积形成之外，还常与构造作用、火山作用、重力作用或化学作用有关。,2）按成分分类单成分砾岩成分较单一（同种成分的砾石占75以上），砾石多为稳定性高、圆度好的岩屑或矿物碎屑。复成分砾岩成分复杂，由多种砾石组成，各种砾石含量都小于50。砾石分选磨圆度不好。,3）按地层剖面中的位置分类底砾岩一种位于水进层序底部的砾岩，其下为一侵蚀面。它以成熟度高的砾石为主，不稳定的组分完全被破坏，代表一长期的侵蚀间断。层间砾岩也称层内砾岩或同生砾岩。它与上下地层之间为连续沉积，无沉积间断。,4）成因分类滨岸砾岩河流携带的砾石在滨海、滨湖地带沉积而成。河成砾岩常见于山区河流，位于河流沉积的底部、呈透镜状的分布。洪积砾岩岩体多沿山麓呈透镜状或楔状分布，是洪积锥的主体。冰碛岩成分复杂，大砾石和泥、砂混杂，分选极差，砾石多呈棱角状，常具丁字形冰川擦痕。,2．砂岩,主要由砂粒（其含量大于50）组成的碎屑岩称为砂岩。根据粒径大小，按十进制可进一步分为粗砂岩、中砂岩和细砂岩。砂岩成分较复杂，砂级碎屑主要是石英，其次是长石、岩屑，有时含有云母、绿泥石等，重矿物含量一般小于1。,砂岩的成分分类,1）石英砂岩（类）主要碎屑成分为石英，含量大于50，长石、岩屑的含量分别小于25，所含重矿物为稳定的锆英石、电气石、金红石等；胶结物多为硅质、钙质、铁质胶结，泥质胶结的少见。一般分选性好，圆度好，长距离搬运后沉积而成。2）长石砂岩（类）长石含量占碎屑总量的25以上，主要以钾长石为主。胶结物一般为泥质和钙质，也见有铁质。分选性和圆度变化大。多形成于大陆沉积盆地或河流中。3）岩屑砂岩（类）岩屑含量占碎屑总量的25以上，岩屑成分种类复杂，长石含量少于25；重矿物成分复杂，含量高于长石砂岩。胶结物以泥质为主，分选性和圆度很差，为快速堆积的产物。,3．粉砂岩,碎屑成分较单纯，以稳定的石英为主，白云母较多，长石较少，岩屑极少或无，常含稳定重矿物（含量可达23）。胶结物以碳酸盐为主，铁质和硅质较少。按粒度划分粉砂岩可分为粗粉砂岩、细粉砂岩；按胶结物成分可分为铁质粉砂岩、钙质粉砂岩等。经过较长距离搬运，在稳定的水动力条件下缓慢沉积而成的，多形成于湖、海的较深水地带以及河漫滩、三角洲、沼泽地带。,4、火山碎屑岩,正常火山碎屑岩指主要由火山碎屑（含量大于90）组成的岩石，碎屑颗粒的分选和圆度都很差。按碎屑粒径大小，前者可细分为熔结集块岩、熔结角砾岩和熔结凝灰岩；后者可细分为火山集块岩和火山角砾岩。广义火山碎屑岩广义的火山碎屑岩是一种介于熔岩与沉积岩之间的过渡类型岩石，主要由火山作用形成的各种碎屑物堆积而成。火山碎屑物含量在10以上的岩石均属此类，统称火山碎屑岩。它可由风、流水等短距离搬运火山碎屑物质沉积而成，或在火山口附近堆积而成。,第三节粘土岩,一种主要由粒径小于0.01mm，且主要是由粘土矿物组成的沉积岩。粘土矿物含量大于50，疏松的称为粘土，固结成岩的称为泥岩或页岩。粘土岩具有一些独特的物理性质，如非渗透性、吸附性、吸水膨胀性、可塑性、烧结性、粘结性等。,一、粘土岩的物质成分及颜色,矿物成分主要是粘土矿物高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石、水云母，还含有一些陆源碎屑矿物、化学沉淀自生矿物及有机质等非粘土矿物。其中，陆源碎屑物质有石英、长石、云母；自生矿物有赤铁矿、褐铁矿、蛋白石、方解石、白云石、菱铁矿、石膏、磷灰石、石盐等；有机质有煤、腐泥质、沥青质、生物遗体等。,粘土岩的颜色主要是原生色，比如在强氧化环境形成的粘土岩，因含Fe3而呈红色及紫红色；在弱氧化弱还原环境形成的粘土岩，因含Fe2离子或含海绿石、绿泥石而呈绿色；在还原环境形成的粘土岩，因富含有机质及低价铁的硫化物而呈黑色、灰色等。,二、粘土岩的结构及构造,粘土岩的结构---按其粘土矿物颗粒及粉砂、砂等碎屑物质的相对含量，可分为下列几种结构类型,按粘土矿物结晶程度分为显晶质、非晶质等结构类型。若粘土矿物在沉积过程中围绕核心凝聚呈同心状颗粒，则形成鲕粒（粒径小于2mm）、豆粒（粒径大于2mm）结构等。,其它划分,粘土岩的构造,宏观包括水平层理、块状层理、水底滑动构造、搅混构造、干裂、雨痕、结核、虫迹、晶体印痕等；显微构造显微鳞片构造、显微杂乱构造、显微定向构造。,粘土岩常具水平层理，其中细层厚度小于1cm者称为页理或页状层理，细层厚度小于1mm者常称为纹理。,三、粘土岩的分类,由于粘土岩的成分及成岩作用复杂，质点极细，故肉眼与显微镜不能准确地鉴定它的矿物成分，需采用电子显微镜、X射线衍射等综合研究方法。,1．泥岩,一种成分较复杂、页理不发育的粘土岩，它是弱固结的粘土经压固、脱水、微弱的重结晶等作用形成的。根据泥岩中所含非粘土矿物的成分，它可分为钙质泥岩、硅质泥岩、铁质泥岩、碳质泥岩和黑色泥岩等。由于黑色泥岩富含有机质，因此是良好的油源岩。,2．页岩,钙质页岩铁质页岩硅质页岩黑色页岩碳质页岩,3．油页岩,油页岩又称干酪根页岩。由低等动、植物经过生物化学和地质作用而成，形成于内陆湖泊或滨海瀉湖中较深水还原环境，常与油源岩或煤系地层共生；颜色呈棕色至黑色，具细微的水平层理；硬度和相对密度都比一般页岩小，韧性较大；用指甲刻划时，划痕呈暗褐色；用小刀沿层面切削时，呈刨花状薄片。,粘土岩与油气有什么关系,请思考,四、粘土岩的研究意义,黑色页（泥）岩、油页岩在一定条件下可成为良好的生油岩；具有一定厚度的粘土岩又可作为油、气的良好盖层；在少数情况下，当粘土岩中的裂缝发育时，也可作为储油（气）层；蒙脱石粘土岩可用作石油化工产品和其它工业产品的净化剂以及石油钻井液的原料；高岭石粘土岩还是陶瓷工业、耐火工业的重要原料。,第四节碳酸盐岩,主要由方解石和白云石等碳酸盐矿物组成的沉积岩。其分布极广，仅次于粘土岩和碎屑岩，是重要的油源岩和储集岩。,一、碳酸盐岩的成分,碳酸盐岩的矿物成分主要是方解石、白云石等碳酸盐矿物及自生矿物石膏、石英、黄铁矿、赤铁矿、海绿石等，另外还常含有机质和陆源碎屑。碳酸盐岩的主要化学成分是CaO、MgO和CO2，其次还含有一些其它氧化物及混合物。,二、碳酸盐岩的结构组分,碳酸盐岩主要由颗粒、泥、胶结物、晶粒及生物格架几种结构组分构成，另外还有一些陆源物质、其它沉淀物、有机质等次要组分。,1．颗粒,碳酸盐岩中的颗粒与碎屑岩中的碎屑颗粒相似。按其是否形成于沉积区内可分为内颗粒和外颗粒两大类。,,外颗粒（盆外颗粒）即陆源碎屑颗粒，按粒度可分为砾、砂、粉砂和泥四级。,内颗粒指沉积区内形成的各种碳酸盐颗粒，是碳酸盐岩的主要结构组分。,沉积岩的碎屑颗粒粒级划分及定命,,,常见的内颗粒有内碎屑、鲕粒、藻粒、球粒、变形颗粒、生物颗粒。,性质、分类,2．泥,指泥级的碳酸盐质点（粒径多数小于0.005mm），与粘土岩中的粘土（泥）相当，按成分可分为由方解石构成的灰泥和由白云石构成的云泥。灰泥成因有化学沉淀、生物作用和机械破碎作用三种。由化学沉淀及生物作用生成的灰泥称为泥晶，由机械破碎作用生成的灰泥称为泥屑。云泥成因较复杂，是“准同生”交代作用的产物。,3．胶结物,指充填于颗粒之间的结晶方解石或其他矿物，如白云石、石膏等。在颗粒沉积后，由粒间水以化学沉淀方式形成的，常围绕颗粒分布呈栉壳状。其晶粒一般比灰泥粗，因清洁明亮，故常称亮晶（淀晶）方解石或简称亮晶（淀晶）。,4．晶粒,结晶碳酸盐岩的主要结构组分；根据粒径大小可分为砾晶、砂晶、粉晶、泥晶。泥晶和细粉晶的方解石及白云石主要是原生或准同生的；粗粉晶以上的晶粒主要是次生的，为重结晶或交代作用的产物。,5．生物格架（生物骨架）,生物骨架是礁碳酸盐岩不可缺少的组分，它主要由原地生长的造礁群体生物（如珊瑚、苔藓虫、层孔虫、藻类等）的坚硬骨骼组成的碳酸盐格架。,什么是生物格架,三、碳酸盐岩的成分分类,根据方解石和白云石的相对含量，碳酸盐岩可分为两大类方解石含量大于50的为石灰岩类，白云石含量大于50的为白云岩类，二者之间还有一些过渡类型。在碳酸盐岩与粘土岩、砂岩或粉砂岩之间也都存在一些过渡类型的岩石。其分类命名原则类似于碎屑岩的粒度分类定名原则。,碎屑岩的粒度分类定名原则,四、石灰岩的主要类型,1．颗粒灰泥石灰岩类,,粉屑石灰岩角砾状砾屑石灰岩砂屑石灰岩竹叶状砾屑石灰岩鲕粒石灰岩生物颗粒石灰岩藻粒石灰岩,鲕粒石灰岩（含复鲕）,竹叶状灰岩,2．晶粒石灰岩类,又称结晶灰岩，它是一种主要由方解石晶粒（含量大于50）组成的石灰岩，常常是泥晶灰岩或其他类型灰岩通过重结晶形成，按晶粒的大小可以细分为粉晶石灰岩、细晶石灰岩和粗晶石灰岩等。,3．生物骨架石灰岩类,生物骨架石灰岩又称礁灰岩，是一种具有原地固着生长状态的生物骨架构成的石灰岩。它是由造礁生物（如群体珊瑚、钙藻类、苔藓虫、层孔虫、腕足类、软体动物等）的遗体在原地堆积并被碳酸盐胶结而成，如藻礁灰岩、珊瑚礁灰岩等。由于生物礁灰岩多孔，渗透性良好，因此常是良好的油气储集岩，在一定条件下也可以成为良好的油源岩。,珊瑚是动物还是植物,五、白云岩简介,1．结构组分与石灰岩类似，白云岩也是由颗粒、泥、胶结物、晶粒和生物格架五种结构组分构成；石灰岩的分类和定名原则，也适用于白云岩；晶形较好的白云石菱形体，常具环带或污浊核心，这是交代残余现象；部分白云化的石灰岩中的云斑及白云岩中的石灰岩残体等，也是交代作用的产物。,2．成因分类,同生白云岩后生白云岩成岩白云岩准同生白云岩,,石灰岩、泥灰岩、白云岩的肉眼鉴定,小结,沉积岩的一般特征沉积岩的颜色沉积岩的物质成分沉积岩的构造沉积岩的结构碎屑岩粘土岩碳酸盐岩,,,作业,1．什么叫沉积岩、层理、胶结物和沉积岩的构造2．沉积岩的构造主要有哪些其各具哪些特征3．碎屑岩的结构包括哪些主要内容其特征有哪些4．各类碎屑岩的主要特征有哪些5．碳酸盐岩的结构组分有哪些6．碳酸盐岩的主要岩石类型有哪些其特征有哪些,,