03第三章 沉积岩及其成因分析.docx

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03第三章沉积岩及其成因分析

第三章沉积岩及成因分析

张河湾地区出露的岩石类型齐全，包括了沉积岩、变质岩及火成岩的部分岩石类型，主要分布在太古代、早元古代、中元古代和古生代。

第一节岩石类型

沉积物来源是沉积岩全部历史的物质基础。

由于沉积物来源不同，其成分和性质亦不同，搬运和沉积方式以及其成岩后生作用的方式和趋势也会有所不同，所形成的岩石的结构与构造以及其它性质都会有所差异。

因此，这里我们采用了按照物质来源进行沉积岩分类的观点。

本区的岩石类型丰富多样，包括陆源沉积岩、内源沉积岩及火山碎屑岩，其中以火山碎屑岩最为发育。

一、陆源沉积岩

一）一般特征

陆源沉积岩是指由母岩经物理风化作用所形成的碎屑物质，经过机械搬运和沉积，并进一步压实胶结而形成的沉积岩类。

它包含四种基本组成部分，即碎屑颗粒、杂基、胶结物和孔隙。

碎屑颗粒是陆源碎屑岩的最主要组分，如砂岩中的砂，它占整个岩石组成的50％以上，并决定了岩石的基本特征。

杂基是指与砂、砾等碎屑一起由机械作用沉积下来的较细粒物质，主要为粘土物质；还有细粉砂和碳酸盐灰泥等。

胶结物是成岩作用过程中新生的对碎屑颗粒起胶结作用的化学沉淀物，如碳酸盐、氧化硅、氧化铁、硫酸盐及海绿石等自生矿物。

杂基和胶结物合称为填隙物，孔隙是指岩石中未被固体物质所占据的部分，它可以是在原始沉积时就保留下来的原生孔隙，也可以为成岩后生阶段的淋滤溶解作用所形成的次生孔隙；碎屑颗粒、杂基和胶结物间的组合关系，往往能反映岩石形成的古水体介质的流动性质和沉积环境的某些特征，以及岩石本身的一些物理性质。

一般说来，碎屑颗粒的大小是以颗粒的直径来计算的，按照粒径的大小，可以把陆源沉积岩进一步划分为：

砾岩、角砾岩（粒径＜2mm）

巨砾岩，粒径＞256mm

粗砾岩，粒径256一64mm

中砾岩，粒径64一4mm

细砾岩，粒径4一2mm

砂岩（粒径2一0.0625mm

粗砂岩，粒径2一0.5mm

中砂岩，粒径0.5一0.25mm

细砂岩，粒径0.25一0.0625mm

粉砂岩（粒径0.0625一0.0039mm）

泥质岩（粒径＜0.0039mm）.

陆源沉积岩主要分布在下元古界滹沱系、中元古界长城系，以砂岩为主，砾岩和粉砂岩只有少量。

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值得指出的是，下元古界滹沱系的碎屑岩均遭受低级变质，因变质程度较低，故仍放入沉积岩类之中描述。

二）岩石类型

1、角砾岩、砾岩类

砾岩和角砾岩是粒度＞2mm的陆源碎屑物含量大于30%的沉积岩。

角砾岩为砾石中棱角状和次棱角状的碎屑含量大于50%的粗碎屑岩；砾岩为砾石中圆状和次圆状的碎屑含量大于50%的粗碎屑岩；砾岩和角砾岩主要分布在下元古界滹沱系、中元古界长城系，按其特征可分为五类。

（1）复成分粗砾岩

在大玉帮沟水流沟村东石英砂岩采石场以北可见。

在此处可明显观察到馒头组一段与下伏高于庄组的含燧石团块和条带白云岩呈微角度不整合接触，砾石分布在不整合面之上，故称为底砾岩。

砾石成分主要为石英砂岩和叠层石白云岩。

砾石大小不一，最大可达30cm，砾石呈次棱角-次圆状。

填隙物为砂级碎屑。

分布于张河湾水库北岸-六庙底一带，产于中元古界赵家庄组的底部，即为底砾岩。

按其成因，属河流沉积。

岩石呈褐灰-红褐色，厚层状。

砾石成分为脉石英、石英砂岩、变质安山岩、板岩、粉砂岩、泥岩和白云质砂岩，含量为50-80%之间，粒径一般在6-10cm，最大可达30cm，砾石大小不等，分选差，一般呈次圆状及次棱角状。

填隙物主要为砂质和泥质，成分复杂，为石英、长石和各种与砾石成分相近的岩屑，含量在20-50%。

杂基含量较低，以细粉砂和泥为主。

基底式、孔隙式胶结，胶结较疏松。

砾岩层间夹有砂岩层，即透镜体，砾石向上含量减少，粒度变小为中砾岩。

（3）中砾岩

赵家庄组砾岩在苍岩山宾馆的后院山坡和徐汉北沟出露较好，为标准的中砾岩，在其它处以含砾粗砂岩出现，这些岩石类型实际是复成分粗砾岩的横向变化。

砾石成分以变质砂砾岩和石英岩为主，亦有少量片岩的砾石。

砾石分选极差，最大砾石可达35cm，一般在5～7cm。

砾石呈次棱角-次圆状，略具定向排列。

填隙物以砂级碎屑为主。

砾岩厚度变化大，一般厚约2m左右。

在上述两地，可明显观察到它角度不整合于甘陶河群不同层位之上，故为底砾岩。

（4）变质细砾岩

变质细砾岩广泛分布于滹沱群封龙山组的下部，岩石具轻微变质称为变质砾岩。

砾石成分主要为石英岩、石英、长石和燧石，偶见花岗岩和片麻岩的砾石，砾石含量30-70%，分选差，粒径一般在1-2cm，最大砾石可达10-20cm，砾石呈次圆状-次棱角状。

填隙物主要为泥质杂基或泥砂混合物，其中泥质杂基均以变质为绢云母或白云母。

颗粒支撑或杂基支撑，孔隙式或基底式胶结，具变余砾状结构和鳞片变晶结构。

砾石具定向排列或具斜层理，细层可由自形或它形的磁铁矿颗粒组成。

在剖面中，细砾岩与含砾砂岩、砂岩和千枚状泥岩组成小层序。

在封龙山组中常见变质细砾岩、变质砂质细砾岩和变质泥质细砾岩等岩石类型。

当砾石含量小于30%时，可过渡为

变质含砾粗砂岩。

2、砂岩

砂岩主要产出于长城系和寒武系。

根据成分-成因分类方案，用三角图解法对砂岩进行分类、首先按基质含量将砂岩分为净砂岩和杂砂岩两大类，前者基质含量＜15％，后者基质含量＜15％。

在砂岩和杂砂岩中，按照三角图解中三个端元组分石英（Q）、长石（F）及岩屑（R）的相对含量划分岩石类型

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（图3-1），三个端元所代表的碎屑物质组分为：

石英（Q）端元：

石英，燧石、石英岩和其它硅质岩岩屑。

长石（F）端元、长石以及花岗岩、花岗片麻岩类岩屑；

岩屑（R）端元：

除石英、长石端元中的岩屑以外的其它岩屑（火山岩及其变化产物、板岩、千枚岩、结晶片岩）等浅变质岩，粉砂岩及泥质岩、砂岩碳酸盐岩等沉积岩，以及碎屑云母和绿泥石等。

砂岩是碎屑岩中所占比例最大的一种岩类，广泛出露于区内的常州沟组，主要为矿物成熟度高的石英砂岩。

根据石英砂岩胶结物的成分、结构及石英砂岩中含有的特殊自生矿物和沉积构造等特征，可分为以下几种类型。

（1）海绿石石英砂岩

该岩石呈夹层分布在常州沟组二段，岩石呈紫红色或灰白色，风化面呈褐红色，中层或薄层状，具细粒砂状结构，碎屑成分由石英和海绿石组成，石英碎屑约占80-95％，海绿石含量约占10％左右，局部可达30%以上，石英颗粒具有氧化环，磨圆度较好，为圆状、次圆状，粒度较细时可有少量为次棱角状。

分选较好，大小颗粒随机分布，颗粒支撑，孔隙式胶结，填隙物为硅质、铁质，具次生加大现象，含自生钾长石，海绿石呈团块状，并在层序上向上增高，可呈透镜体或组成斜层理的细层。

岩层中可夹有少量的粉砂岩，具微波状层理和平行层理。

系由波浪作用搬运的风成砂丘物质向下移，并受沿岸流作用沉积，形成于潮下近滨环境。

（2）粘土质石英砂岩

该岩石分布在常州沟组，岩石新鲜面呈淡红色，细、中粒砂状结构。

岩石碎屑主要由石英组成，含量98％，燧石碎屑含量小于2％，碎屑分选中等，圆度中等，石英碎屑颗粒一般为0.1-0.5mm，约占90％。

胶结物为粘土，已重晶为绢云母，围绕石英碎屑周围分布。

少量铁质沿交错层理分布。

构成红色条纹，十分醒目。

（3）铁质石英砂岩

该岩石呈夹层分布在常州沟组，岩石新鲜面呈紫红色、暗紫色，中细粒结构和中粗粒结构居多，碎屑成分基本一致。

主要由石英组成，含量98％，含极少量的锆石。

石英颗粒形状以圆状或次圆状为主，分选中等。

胶结物为铁质及硅质，以铁质为主。

铁质围绕石英颗粒周围分布，硅质大部分结晶为石英碎屑的次生加大边、该岩石分布在常州沟组一段和二段，岩石风化表面常具褐铁斑点，波痕和小型斜层理

（4）石英岩状砂岩

该岩石广泛分布在常州沟组，岩石新鲜面呈灰白色，呈中-厚层状，细粒砂状结构或中粒砂状结构。

碎屑成分几乎全由石英组成。

碎屑形状为次圆状，分选中等。

部分石英被溶蚀成港湾状，波状消光。

胶结物为硅质，并形成碎屑石英的次生加大边，使石英颗粒呈紧密相嵌接触。

该岩石分布在常州沟组一段，普遍发育大型板状交错层理。

（5）斑点石英砂岩

岩石分布于常州沟组三段下部。

岩石风化面上稀疏的孔洞十分发育，貌似蜂窝，故亦称为蜂窝状石英砂岩。

岩石呈灰色、中层状，含有褐红色斑点，岩石主要由石英组成，含量为93％以上，可有5％左右的长石，具细粒砂状结构，粒度为0.164mm，分选和磨圆度均较好、颗粒支撑，孔隙式胶结，填隙物为硅质及铁质，硅质均重结晶成为次生加大边，铁质呈凝块状胶结，手标本上表现为斑点，风化后形成近球形孔洞或呈蜂窝状，在沉积序列中，底部斑点为lmm左右，分布均匀，下部直径增大2-4cm，但数量较少，并可呈球状，上部直径增大，数量增多，最大10cm，并含较小的斑点，最小3mm，并发育有斜层理和平行层理等沉积构造。

关于斑点状石英砂岩的成因尚有不同的认识。

高永丰等（1993）认为：

这些团块应该属于内碎屑成因。

由于这些内碎屑富铁泥质，易于被风化淋滤，在露头上形成孔洞或只残留下结构疏松的石英砂。

同样，在风化淋滤过程中，内碎屑28

中的铁质以被淋滤，渗人到其周围的主岩中，形成了红色的晕圈。

宋天锐（1987）认为是砂岩中由海浪作用形成的残余气泡被后期褐铁矿填充而成。

我们通过剖面及区域上观察，结合薄片研究后发现，斑点成分为铁质石英砂岩，与周围的石英岩状砂岩的结构完全相同，只是在填隙物的成分上的差异，斑点的分布受层位控制，有时大小混杂，毫无分选，所以我们认为它是陆地带来的铁质胶团或质点与石英同时沉积，脱胶后扩散胶结石英颗粒，形成斑点状，其中斑点含量增高可能与温暖潮湿气候有关，斑点的大小与能量成正比，能量低时，形成较小的斑点，能量高时出现斜层理，形成较大的均一的斑点。

出现平行层理时形成大小混合的斑点，形成于升浪带高能环境。

（6）具冲洗层理石英砂岩

该岩石分布在常州沟组，岩石呈粉白色，中薄层状，主要由石英组成，可含3％的长石，磨圆度较好，颗粒呈圆状、次圆状，分选好，具双众数，较大的粒径为0.5-0.75mm，较小的粒径为0.15mm左右，颗粒支撑，孔隙式胶结，填隙物为硅质，及少量重结晶伊利石，具次生加大胶结，冲洗层理的细层由粗、细颗粒组成，它形成于前滨冲洗带沉积环境。

（7）白云质石英砂岩

分布于高于庄组底部，岩石呈灰白色中层状，底部可见冲刷面，横向稳定，具砂状结构，颗粒含量61％左右，岩石由石英（含量70％左右），白云岩砂屑（含量15％左右），藻屑白云岩（10％），长石（5％左右）等组成，石英磨圆度为次圆状，较细的为次棱角状，白云岩砂屑为圆状，藻屑白云岩为棱角状，板状，石英颗粒较白云岩颗粒细。

粒度为0.42mm以下，白云岩颗粒为粗砂级或细砾级，岩石呈基底式胶结，杂基支撑，局部为颗粒支撑，填隙物为白云质粉屑，含量39％左右。

并见有石英溶蚀现象。

砂体呈透镜状，层理不明显，具正粒序。

系由风暴潮引起的液化沉积物流在潮下低能带沉积。

（8）长石石英砂岩或长石砂岩

广泛分布于常洲沟组一段上部，岩石呈灰白色，中层、厚层状，主要由石英及长石组成，石英含量76-95％左右，长石含量5-20％，当长石较多时过渡为长石石英砂岩及长石砂岩，具磨蚀现象，含少量电气石、锆石及榍石等重矿物。

岩石粒径为0.35-0.53mm，局部粒度较粗为0.75mm以上。

分选好，磨圆度较好为圆状、次圆状，孔隙式胶结，填隙物为硅质，少量铁质，具次生加大边，及铁质的凝块状胶结，具平行层理及低角度斜层理，细层由中粒及细粒砂组成。

该岩石系由多次改造冲刷的潮下砂坝沉积环境。

长石砂岩，钾长石碎屑一般含量可达40％左右，石英碎屑仅35-40％，胶结物占20％左右，为硅质和泥质杂基，它们多分别围绕石英、长石碎屑呈再生长结构。

长石石英砂岩，长石含量一般20％左右，石英含量一般75-80％，胶结物10-15％，多为硅质和泥质杂基，颜色发红、发紫者，胶结物中均含一定量的铁质。