碎屑岩的沉积构造.docx

1、碎屑岩的沉积构造沉积岩实验指导书季汉成 张琴 编中 国 石 油 大 学二八年一月第一部分 碎屑岩的沉积构造 沉积构造是恢复沉积岩形成过程和沉积环境的重要标志。为了便于在实验中观察各种沉积构造，现将沉积构造分类及研究内容列表如下(表11)。 表1-1 沉积岩构造的分类成因类型沉积岩的构造类型流动成因构造波痕：流水波痕、浪成波痕、风成波痕、干涉波痕与改造波痕、孤立波痕、皱痕层理：水平层理、平行层理、交错层理、上攀砂纹层理、波状层理、压扁层理和透镜状层理、波状层理、递变层理、韵律层理、块状层理流动侵蚀痕：槽模、沟模、刻蚀、冲刷充填构造、叠覆递变构造同生变形构造层面变形构造：干裂和脱水收缩裂隙、撞击坑

2、、雨痕及冰雹痕层内变形构造：负荷构造、砂球和砂枕构造、包卷层理、滑塌构造、泄水管和碟状构造、碎屑岩脉生物成因构造生物活动痕迹：停息迹、爬行迹、觅食迹、搜索迹、居住迹生物扰动构造：弱扰动、中等扰动、强扰动、极强扰动生长痕迹：叠层构造、植物根迹化学成因构造结核、缝合线、叠锥其它沉积构造鸟眼构造、示顶底构造等下面以层理和波痕为例说明沉积构造的描述方法。 一、层理的描述层理是沉积物呈层沉积时岩石性质沿垂向变化而产生的层状构造，可通过矿物成分、颜色、粒度等的突变或渐变而显现出来。层理要素包括纹层、层系、层系组。纹层：通常也称细层。纹层是组成层理的最基本的最小的单位，纹层之内没有任何肉眼可见的层。它是在一

3、定条件下同时沉积的结果。其厚度甚小，一般为数毫米至数厘米，后者仅见于砾岩中。层系：由许多在成分、结构、厚度和产状上近似的同类型纹层组合而成，它们形成于相同的沉积条件下，是一段时间内水动力条件相对稳定的水流条件下的产物。层系组：也称层组，由两个或两个以上岩性（成分、结构）相似的层系或成因上有联系的层系叠覆组成，其间没有明显间断。按层内组分和结构的性质，层理划分为：非均质层理，包括水平层理、平行层理、波状层理、交错层理；均质层理；韵律层理和粒序层理。对层理进行描述，首先从纹层的观察入手，然后对层系、层系组进行描述，判断层理的类型，测定层系的倾角，分析其成因。观察内容见表1-2，表1-3。表1-2细

4、层的研究内容(据波特文金娜,有修改)3表1-3层系的研究内容(据波特文金娜,有修改)层系的标准层理类型倾斜的波状的水平的形态1.层系界面的形状(1)直线的对称凹(槽形)凹凸凸规则的不规则的(2)弯曲的a.凹b.凹凸c.凸不对称凹凹凸凸2.层系之间的关系(1)平行的(2)楔形的(3)交错的(1)平行的(2)楔形的(3)交错的永远是平行的3.层系的结构相邻细层中细层的方向(1) 同方向的(2)不同方向的(3)不规则的方向变化明显,对斜波状层理可以是:(1) 同方向的(2) 不同的或不规则的没有成分物质的变化(1) 同种(2) 分异的同左同左4.包体及其位置成分同细层的,位置可以是(1) 在上部(2

5、) 在中部(3) 在下部同左但在上部者少见同左配5.在层内层系的配置(1)层系厚度的变化a.均匀的b.按一定方向变化c. 无规则的变化同斜层,但表现不清楚与斜层相同(2) 层系物质的变化a.均一的置b.按一定方向变化c 不规则的变化(3)层系内细层倾角的变化a. 上部变陡b.上部变缓没有变化定量指数(测得)6.层系的厚度(1)小型100cm(1)层系的厚度和斜层同(2)测波长L(3)测波高H(4)算波痕指数L/H(5)不对称指数l1/l2如有层系,分类和斜层相同,若无层系就不必进行分类7.层系对岩层的倾角(1)水平的,和层面平行(2)一个防向的(3)不同方向的(1)和层面平行(2)和层面倾斜无

6、 二、波痕的描述 描述内容包括波长、波高、波痕指数、不对称指数、波脊的形态及波痕类型等。一般来讲，不同成因类型的波痕，其波痕指数、不对称指数和波脊的形态也不相同。 1浪成波痕：波峰尖锐，波谷圆滑，形状对称，不对称指数近于1，波痕指数一般413，多数为67。拍岸浪的波痕指数可达20，显不对称状，其陡坡朝向岸一方。 2流水波痕：波峰波谷均圆滑，不对称状，不对称指数等于2(或2.5)，波痕指数大于5，大多为815，对于波长大于60cm的大型流水波痕一般大于15，其陡坡倾向指示水流方向。在海、湖滨岸，波峰走向与岸线延伸方向大致平行，陡坡朝向陆地。 3风成波痕：极不对称，不对称指数远远大于2，波痕指数变

7、化大，范围在1070，一般在1520以上，个别可达50，甚至更大。波峰波谷都较圆滑开阔，但常常谷宽峰窄，陡坡倾向与风向一致。实验一 沉积构造 一、目的要求 1学会观察和描述各种沉积构造的方法及不同成因沉积构造的特征。 2掌握常见沉积构造的特征并分析、判断其形成过程和沉积环境。 二、实验内容 1层理：水平层理、平行层理、波状层理、槽状交错层理、楔状交错层理、板状交错层理、羽状交错层理、块状层理、粒序层理、韵律层理 2波痕：直脊波痕、曲脊波痕、对称波痕、干涉波痕 3槽模 4暴露成因的构造：干裂、雨(冰雹)痕 5化学成因的构造：石盐假晶、黄铁矿晶体印痕、结核、叠层石（柱状、锥状、波状)、叠锥 6生物

8、成因构造：居住迹、觅食迹、爬行迹 三、报告要求 选择典型沉积构造类型，观察标本，画出素描图，并分析其成因。具体内容如下： 1岩石类型 2沉积构造类型 3构造形态、要素，并画出素描图。 4分析水动力特征和沉积环境。对流动成因的构造要指出水流方向(图示)。四、思考题1 试述碎屑岩沉积构造的主要类型？2 图示并说明层理的基本类型和描述术语？3 说明与河流、波痕、潮汐、风、浊流等作用有关的层理类型及其特征？4 图示并说明流动体制、底床形态和层理类型之间的关系？第二部分 碎屑岩的肉眼观察及镜下鉴定 碎屑岩的观察分为手标本（野外露头）和薄片两部分内容，前者具有宏观和空间（三维）性，后者则是微观和断面（二维

9、）的显示，两者相辅相成。按照认识事物的一般规律，观察总是从总体开始，逐渐深入到各个细节，再从细节回到整体，有时甚至要经过多次反复，才能对岩石的特征获得较全面、深刻的认识。在实验过程中，首先详细地观察手标本，对岩石的成分、结构、构造、风化特点有较全面的了解之后，再有目的、有意识地进行镜下薄片观察，以弥补手标本鉴定中的不足之处。显微镜下岩石薄片的鉴定是沉积岩室内研究的基础，为此要很好地学习掌握。 沉积岩室内鉴定的目的是为了仔细确定沉积岩中各种组分的成分、含量及结构、构造等方面的特征，以便对岩石进行准确的定名、推断岩石形成条件、形成后的变化以及与油气方面的关系。 现将砾岩、砂岩、粉砂岩和粘土岩的观察

10、描述内容说明如下。一、砾岩 （一）肉眼观察 1颜色：指出岩石总的颜色（岩石新鲜面的颜色），并推断其成因。 2成分：包括颗粒（砾石）、填隙物的类型、含量和特征。 （1）砾石的成分：砾岩中砾石成分以岩屑为主，少量矿物碎屑。对砾石成分的鉴定应从砾石的表面特征（光滑程度）、断口特征（贝壳状、平坦状、砂状）及岩石物理性质等着手。如： 脉石英砾石：表面光滑，断口贝壳状，油脂光泽，色浅等为其特征。 石英砂岩砾石：表面较粗糙，砂状断口，由碎屑及填隙物两部分组成，碎屑具油脂光泽。 燧石岩砾石：表面光滑，黑色或灰色，断口致密，隐晶结构，硬度大。石灰岩砾石：浅色，表面光滑，硬度低，滴稀盐酸剧烈起泡。 千枚岩砾石：灰

11、色，丝绢光泽，硬度低，具片理。 （2）填隙物成分：包括杂基和胶结物。 砾岩中杂基的粒度上限有所提高，是充填于砾石之间与砾石同时沉积的机械混入物，由粘土、粉砂和砂组成。 常见的胶结物有硅质、铁质和钙质。 硅质：一般为石英、玉髓和蛋白石，白色，硬度大于小刀，岩石致密坚硬。 铁质：多为赤铁矿或褐铁矿，常使岩石呈红色。 钙质：以方解石为主，加稀盐酸起泡。 3结构 (1) 砾石大小：一般粒径，最大的粒径，最小的粒径，说明其分选性。说明砾石在岩石中的百分含量(一般经砾石统计得出)。 (2) 砾石的圆度、球度，并说明其磨圆的程度及长、中、短三个轴的情况。 (3) 砾石的形状及表面特征。 (4) 支撑性，指杂

12、基支撑或颗粒支撑。 4构造：注意砾石有无定向排列或优选方位及粒序变化等，否则定为块状构造。 （二） 镜下鉴定 一般用低、中倍镜，进一步鉴定砾石成分和填隙物的成分、结构及显微构造等。 (三) 举例 野外定名：细角砾岩；层位：CP；产地：北京西山郝家坊。 室内手标本描述：灰褐色，块状构造，砾石含量65，以硅质岩岩屑（硬度大）为主，次为泥岩；填隙物约30，为泥质；孔隙约占5；砾石直径210mm，平均4mm，分选差，棱角次棱角状；孔隙直径达lmm，呈杂基支撑结构。 镜下鉴定：砾石成分有硅质岩、泥岩和页岩，硅质岩单偏光下无色，有的被泥质交代，边缘污浊；正交光下具小米粒状结构，约占砾石总量的23。泥岩和页

13、岩表面污浊，泥质结构，页岩显水平层理，填隙物为粘土矿物，已发生绿泥石化和绢云母化。 定名：灰褐色块状构造单成分（燧石）细角砾岩。 成因分析：鉴于砾石分选、磨圆差，杂基支撑，故为近源快速堆积的泥石流沉积。 二、砂岩 （一）肉眼观察 1颜色：观察风化面及新鲜面的颜色，并推断其成因。 2成分及含量：首先指出碎屑在整个岩石中的含量，然后再分别描述其碎屑成分，并估计各种碎屑在岩石中的含量。标本上鉴定砂岩碎屑的成分时，因颗粒小有一定困难，但只要掌握几点主要鉴定特征还是不难定出的。如： 石英：浅色、透明或半透明（因磨蚀而呈毛玻璃状）、油脂光泽。 长石：肉红色或灰白色，新鲜者具闪光的解理面，玻璃光泽；蚀变者则

14、为浅色泽，具碎屑轮廓，以此与粘土杂基相区别。 云母：片状，珍珠光泽，多为白云母。 岩屑：多为暗色颗粒，特征变化大。其次描述填隙物成分及含量：包括胶结物和杂基。 （1） 胶结物：应定出成分及含量。常见的胶结物有：碳酸盐：加稀盐酸起泡者为方解石，加稀盐酸不起泡，但加浓盐酸起泡者为白云石。 硅质：浅色、断口致密，岩石坚硬。 铁质：氧化铁显暗红色，断口致密。 磷质：暗褐色，断口致密，加浓硝酸，再加钼酸铵出现黄色沉淀。 （2） 杂基：主要是粘土物质，浅色，比较疏松，无定形态。充填于碎屑颗粒之间的孔隙内。 3结构：包括颗粒粒度(最大、最小，一般)、磨圆度、分选及接触关系、胶结类型、支撑性质等。 4构造：主

15、要在野外观察，标本上有微细构造时也应加以描述，显均一构造时定为块状构造。 （二）镜下鉴定 1成分及含量 （1）碎屑颗粒：指出占整个薄片的含量。 石英：占碎屑颗粒的含量及其特征。 石英：无色，透明，粒状，无解理，有时有裂纹，折光率略高于树胶，突起糙面不显著，表面光滑。干涉色一级灰白，最高时可达一级淡黄，一轴晶，正光性。除此以外，常见波状消光现象及气液体或其它矿物的包裹体。 长石：占碎屑颗粒的含量及其特征。 长石：在碎屑岩中含量仅次于石英，由于长石较石英易风化，应区分：“新鲜的”和“风化的”。在砂岩中最常见的长石是正长石和微斜长石，还有较少的酸性斜长石，中基性斜长石很少见。根据光性特征应区别开正长

16、石、微斜长石、透长石和斜长石。通常在砂岩中，由于颗粒较小，正长石的卡氏双晶常见不到，而其它光性又与石英很相似，主要是根据其折光率略低于树胶、颗粒表面常因风化而污浊、微带浅棕色、土状等特点与石英区别。 长石易风化，正长石和微斜长石常风化成高岭土，使长石表面呈浅棕黄色、土状。一般情况下，微斜长石风化程度比正长石差。斜长石风化后易产生绢云母，其光性与白云母相似，只是呈极小的鳞片状。长石风化后透明程度减低。长石风化程度常分级表示，若是长石表面大部分被风化物质掩盖，则风化程度深；若不及14，则风化浅，两者之间为风化中等。 岩屑：占碎屑颗粒的含量及其特征。 在砂岩中可见到各种成分的岩石碎屑，在镜下要准确地

17、鉴定出各种岩屑，必须有岩浆岩、变质岩和各类沉积岩的镜下鉴定基础，并且碎屑岩中的岩屑是母岩经过风化搬运，在一定环境下沉积而成，本身的成分、结构、构造等特征远没有母岩那样清楚，所以鉴定时要十分小心。各种岩屑的特征参考沉积岩石学教材。 其它；包括重矿物、云母等。 (2)杂基：主要指泥质和细粉砂，也包括泥、粉晶碳酸盐矿物。在镜下呈隐晶质。由于经常被铁质浸染而带浅褐色，在含油砂岩中，杂基常被原油浸染而呈棕色、黑色。有时粘土矿物经后期重结晶而呈细小鳞片状或纤维状矿物。也要统计杂基占整个岩石的含量。 (3)胶结物：含量（占整个薄片）、类型和特征。 铁质：最常见的铁质胶结物为赤铁矿或褐铁矿，在显微镜下为红色、

18、褐色，不透明或半透明状。 硅质：有石英、玉髓和蛋白石等。 蛋白石：无色透明，折光率比树胶低得多，为1.401.46，正交光下全消光，是均质体矿物。 玉髓：无色透明，折光率与树胶接近，在正交光下可见小米粒状的微晶结构或呈放射纤维组成的球粒状、十字花状或扇形的集合体，一级灰干涉色。 碳酸盐：以方解石和白云石为主。在染色片中可区分开方解石、铁方解石和白云石、铁白云石。方解石染成红色；铁方解石紫红，白云石不染色，铁白云石蓝色。 除此以外有时尚有石膏、硬石膏、海绿石等物质作胶结物。一块岩石中若有两种以上的胶结物，应注意不同胶结物之间、胶结物与颗粒之间的接触关系，以判断其生成顺序。 胶结物成分确定后，便估

19、计其含量，挑选有代表性的几个视域，估计每个视域中碎屑颗粒占多少面积，胶结物占多少面积，几个视域平均一下，就直接得出其百分含量。 2结构 （1）颗粒结构：颗粒大小(最大、最小、一般)、形状、分选、磨圆等。 （2）填隙物结构，包括杂基和胶结物的结构，参考沉积岩石学教材。 （3）孔隙结构：包括孔隙含量、类型、大小、几何形状，连通性、分选性。 （4）颗粒接触关系、支撑性质和胶结类型，参考沉积岩石学教材。 3显微构造：如微递变、微冲刷、微细层理。 4其它：含油情况，含化石情况。 5定名：颜色+构造+粒度+成分 如灰白色块状中粒长石砂岩。有时也把自生矿物等反映在岩石名称上，如灰绿色海绿石石英砂岩。 6砂岩

20、的成岩作用 常见的成岩作用有： （1）胶结作用：应注意胶结物的成分及结晶程度，胶结物的结构或世代关系，以便了解胶结作用的强度及固结历史。 （2）压实及压溶作用：主要根据颗粒的填集程度(是否紧密填集)、颗粒间的接触强度(由点接触线接触凹凸接触缝合线状接触)及胶结物的多少，颗粒变形，如云母弯曲、假杂基等来加以确定。 （3）重结晶作用：砂岩的重结晶作用主要发生在填隙物中，如方解石胶结物形成连生胶结；硅质胶结物形成再生石英（次生加大边）、粘土杂基转变成正杂基等均为重结晶现象。 （4）交代作用及自生矿物的形成：交代作用的发生与外来物质的加入和介质Eh、Ph条件的变化有关。通过对于矿物交代共生关系的研究，

21、可以了解砂岩的成岩变化历史。 （5）溶解或溶蚀作用 7砂岩成因分析 通过砂岩标本和薄片的研究，应对岩石的特点加以综合分析，作出某些成因推论。成因分析可从以下几方面着手： （1）从碎屑成分看物源区母岩的性质及大地构造状况。 （2）从成分成熟度看风化作用的强弱和搬运距离的远近。 （3）从结构成熟度(分选、磨圆及杂基含量)及沉积构造特征看搬运沉积介质的性质、搬运方式及对碎屑的改造作用，并推断沉积环境。 （4）从化学胶结物的成分、结构、胶结类型、自生矿物、颗粒接触关系等看成岩环境及成岩历史。油区碎屑岩成岩阶段的划分见表21。 （5）从岩石及胶结物的颜色、成分推断古气候。 （三） 举例 岩石名称：海绿石

22、石英细砂岩。时代：青白口群龙山组，产地：石门寨鸡冠山。 1室内手标本肉眼观察 （1）颜色：风化面红褐色、新鲜面绿灰色，绿色由海绿石引起，故绿灰色属自生色。 （2）构造：平行层理。 （3）成分：颗粒占70，填隙物约30，颗粒成分为石英，具油脂光泽，无杂基，胶结物为自生海绿石（占20）和石英次生加大。 （4）结构：碎屑石英约0.3mm，分选好，次圆状圆状。自生海绿石呈团粒状。 2镜下鉴定 （1）成分颗粒占70，几乎全由单晶石英组成，含量99%，偶见脉石英，含量1。又由于有海绿石出现，故为浅海环境。 成岩作用： a胶结作用：形成海绿石和石英加大边；b压实压溶作用：石英颗粒呈点接触及缝合接触；c交代作

23、用：海绿石交代石英颗粒及其加大边，及海绿石的褐铁矿化和粘土化。成岩顺序是：海绿石形成褐铁矿化、粘土化石英加大海绿石等交代颗粒和石英加大压溶作用。表2-1油区碎屑岩成岩阶段划分 三、粘土岩 粘土岩是主要由粘土矿物组成的沉积岩，粒度50，故粘土岩的一切特征都是由粘土矿物的性质决定的。粘土岩的研究也和其它岩石的研究一样，首先从野外露头、手标本、岩心及岩石薄片的观察鉴定开始。而未解决的问题可以配合室内粒度分析、染色分析、差热分析、加热脱水失重分析，电子显微镜鉴定、X射线衍射法、油浸法，原子吸收光谱法等手段，得到进一步解决。 根据教学要求和现有的设备情况，着重介绍粘土岩的肉眼观察及镜下鉴定。同时也介绍粘

24、土矿物染色鉴定法。 （一）肉眼观察 1颜色：首先要区别是原生色还是次生色。原生色可反映粘土岩的成分及形成条件。 较纯的粘土岩呈浅色（白色、灰白色）；如混入有机质呈黑色；含有高价Fe3+时呈红色。不同颜色的粘土工业价值亦不同，浅色者可作耐火粘土。 2成分：由于粘土矿物颗粒十分细小，肉眼鉴定困难。肉眼主要估计其所含的机械混入物（砂和粉砂）及钙质、铁质和有机质。 纯的可塑性粘土岩断口呈油脂光泽或丝绢光泽，纯的可塑性粘土岩则具平坦状断口或贝壳状断口。蒙脱石粘土岩在水中易泡软且膨胀，而高岭石粘土岩则相反。含有少量砂和粉砂的粘土岩用牙咬即可发现，如含量多时断口呈粗糙状。 3结构：纯的粘土岩具粘土结构。除此

25、还有含砂（粉砂）粘土结构、粉砂（砂）质粘土结构、含鲕粒粘土结构等。 4构造：主要是观察页理发育程度及层面特征。 （二） 镜下鉴定 1进一步鉴定粘土岩成分。包括所有机械混入物成分和含量，自生矿物种类、大小、形状和含量，生物化石的类型和含量等。某些粘土矿物也能在镜下鉴定出来。 蒙脱石（胶岭石）：在薄片中无色，有时带黄、绿或粉红颜色并有多色性。负突起，折光率随其中的Fe、Mg含量的增加而增高。晶体为鳞片状。平行(001)解理完全。干涉色为二级，但由于颗粒极为细小，而往往不超过一级黄，主要鉴定特征是晶形、突起及干涉色。 高岭石：在薄片中无色透明，有时为浅黄色。晶体为片状、鳞片状，平行(001)解理完全

26、。低正突起。干涉色为一级灰白色。 伊利石：在薄片中无色，有时带淡绿色、淡黄褐色。晶体叶片状。低中正突起。干涉色可达二级顶部，但常见为一级黄红。近于平行消光。 2进一步鉴定结构。 3构造 4次生变化 5定名：如果能鉴定出粘土矿物成分则按成分定名，如灰白色高岭石粘土岩，但一般不易定出粘土矿物成分。 粘土岩定名主要包括颜色、次要成分(或特殊成分)、构造。如灰白色钙质泥岩，灰黑色碳质页岩等。 （三） 粘土矿物染色鉴定法 1原理：这种方法是用有机染料，使粘土矿物染上不同颜色的方法，实质是基于各种粘土矿物一般为小于0.01mm的质点，不同有机染料具有不同选择吸收能力。因而，使不同粘土矿物染上深浅不一及不同

27、的颜色，然后根据染色结果来定出矿物成分。 2试剂及仪器：浓度为0.001的亚甲基蓝（MT）、浓度为0.1的盐酸联苯胺（BH）、浓度为0.01的二氨基偶氮苯（C）、饱和KCl溶液、试管架、小试管12个、悬浮液及滴管等。 3操作步骤： （1）取已制备好的三种悬浮液分别注入12个试管（配成三套，每套四个试管），每试管注入样品均为2ml。（2）每套样品分别注入亚甲基兰、盐酸联苯胺及二氨基偶氮苯，每套有一试管注入2ml的亚甲基蓝和2ml的饱和KCl。 （3）摇均匀，静置一昼夜或更长。 4记录解释结果 一般主要观察沉淀物的颜色，先观察沉淀物的着色情况，如果颜色鲜明纯净，该情况表明矿物成分纯，颜色灰暗混杂者

28、，表明粘土成分不纯。另要观察沉淀物是致密状还是乳胶状。再观察悬浮液的颜色。 将分析结果与标准样品分析结果(表22)对比，就可以得出粘土矿物的成分。 观察以MT和MT+KCl结果为主，再配合“C”和BH的染色结果。因为亚甲基蓝对各类粘土均可染色。但在不同pH值的介质中，MT染色结果对拜来石和蒙脱石是不同的，而对另外两种矿物（高岭石和伊利石）则相同。对拜来石，MT在碱性介质中为绿色，酸性介质中为淡绿色；而蒙脱石在碱性介质中为紫蓝或蓝色，酸性介质中为天蓝色或天蓝绿色。表2-2 粘土矿物的染色结果试剂结果矿物盐酸联苯胺（BH）二氨基偶氮苯（C）亚甲基蓝（MT）亚甲基蓝（MT）+氯化钾（KCl）沉淀溶液沉淀溶液沉淀溶液高岭石不染色黄浅黄致密浅蓝紫致密浅蓝紫蒙脱石浅蓝灰砖红浅砖红胶凝状紫蓝胶凝状浅天蓝、绿天蓝伊利石蓝、蓝灰浅红浅红致密紫蓝、蓝致密紫蓝、蓝拜来石蓝色、着色慢同上颜色，稍发棕色胶凝状绿蓝、绿胶凝状绿、蓝绿实验二 碎屑岩结构组分 一、目的要求 1掌握碎屑岩结构组分的类型和特征；