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  粒径为2~0.0625毫米的砂占全部碎屑 50%以上的碎屑岩。砂岩由碎屑和填隙物组成。碎屑成分以石英为主,其次是长石、岩屑、白云母、绿泥石、重矿物等。碎屑主要有三个来源:陆源的、盆内的(大部分为碳酸盐砂)和火山源的,其中以陆源的数量最多。砂岩占沉积物总体积的1/4,仅次于泥质岩。砂岩能提供许多地质历史的重要信息。砂岩的碎屑成分是探索物源区的线索,它们的定向构造指示古水流方向,砂体几何形态反映沉积环境。砂和砂岩构成了石油天然气地下水的重要储集层。磁铁矿钛铁矿等砂矿都是重要的沉积矿产。许多砂和砂岩都可应用于磨料、玻璃原料、建筑材料等。

目录

化学成分

砂岩平均化学成分

  砂岩的化学成分变化极大,它决定于碎屑和填隙物的成分,其平均化学成分见表。砂岩化学成分以SiO2和Al2O3为主,而且SiO2/Al2O3比值是区别成熟的和未成熟砂岩的标志。

碎屑成分

  石英是砂岩的主要矿物碎屑,它在地表条件下最稳定,是大多数砂岩的主要组分,常用作母岩的指示物。砂岩中长石含量仅次于石英,有的超过石英。一般认为,长石碎屑的含量受气候、地壳运动的强度和母岩性质的影响。岩屑是判断母岩的直接标志。在砂岩中多半是火山岩屑或颗粒较细、成分较为稳定的沉积岩屑和变质岩屑。砂岩中比重大于2.87的一套矿物,称为重矿物,其含量一般不及1%。根据重矿物的标型特征和重矿物组合(再结合轻矿物组合),对恢复母岩类型、进行地层对比,以及追溯陆源区都是有意义的。砂岩中碎屑成分的丰度,可指示岩石的形成条件。如石英在砂岩中丰度高,说明它是在准平原化时期和温暖多雨气候条件下,在稳定陆棚环境中由主要是富含石英的中、酸性火成岩变质岩形成的。

填隙物

  包括化学胶结物和碎屑杂基。胶结物中占绝对优势的是硅质和碳酸盐质。硅质胶结物一般为次生加大石英,较少见的为玉髓和蛋白石。在碳酸盐胶结物中以方解石较常见,白云石菱铁矿少见。在较古老的砂岩中硅质胶结物较普遍,而中生代及以后的较年轻的砂岩中,常以碳酸盐胶结物为多。一般认为,这是由于这两种胶结物稳定性不同,或者碳酸盐胶结物易被溶淋掉造成的。砂岩中的各种胶结物都各自反映了析出时的物理化学条件,所以研究胶结物的物质来源、析出顺序和作用的起止时间等是研究岩石形成历史的重要内容。

  杂基(碎屑杂基)也称基质或粘土杂基,是指<0.0315毫米的碎屑粘土矿物,以及少量细粉砂级的石英和长石碎屑,它们是悬移质的沉积产物,能反映搬运介质的密度和粘度,对分析岩石的形成机理有意义。关于杂基成因有多种认识。

构造

  除生物成因构造外,几乎所有构造都能在砂岩中出现(见沉积岩)。层内构造和层间构造是判断搬运沉积物的运动流体的类型和强度的最明显标志,如交错层理是古流标志之一,不同类型的粒序层理是判断牵引流和浊流的标志之一。

砂岩

分类和主要岩石类型

  按砂粒直径通常把砂岩分为粒径为2~1毫米的巨粒砂岩、1~0.5毫米的粗粒砂岩、0.5~0.25毫米的中粒砂岩、0.25~0.125毫米的细粒砂岩和 0.125~0.0625毫米的微粒砂岩。砂岩分类讨论最多的是按成分和结构的分类,主要研究各类砂岩所反映的成因意义,如来源区母岩性质、岩石的成熟度、流体性质、地壳运动等。40年代以来提出了各种三角图分类。P.D.克里宁的三角图分类的准则是源区和地壳运动,把砂岩分为5类,其中包括低级硬砂岩和高级硬砂岩。R.L.福克的三角图分类根据碎屑成分将砂岩分为8类,增加了结构成熟度的内容。R.H.Jr.多特分类准则是结构成熟度和成分成熟度。他按杂基含量把砂岩分为纯砂岩和杂砂岩两大类。F.J.裴蒂庄70年代提出的把砂岩分为净砂岩和杂砂岩的分类方案已逐渐被人们所接受。在前苏联,最流行的砂岩分类几乎都是碎屑成分分类。在中国,多采用刘宝珺等的砂岩三角图分类。

  砂岩的主要类型有石英砂岩、长石砂岩和岩屑砂岩。①石英砂岩,石英及硅质岩屑的含量占砂级碎屑总量95%以上,仅含少量或不含长石、岩屑和重矿物。碎屑颗粒常以单晶石英为主,磨圆度和分选性都比较好,成分成熟度和结构成熟度都是最高的。杂基少,颗粒支撑。当杂基> 15%时则称石英杂砂岩。常见的胶结物是硅质和碳酸盐质,有时为铁质、硫酸盐、磷酸盐及海绿石。波痕、交错层理发育。岩层厚度不大,岩石常呈浅色。硅质胶结物常为蛋白石或玉髓。部分硅质胶结物由于压溶作用而次生加大时称石英岩状砂岩,若全部成为再生石英时,称为沉积石英岩(或正石英岩)。石英砂岩主要形成于稳定的大地构造环境,地形准平原化,母岩经长期风化,剥蚀的产物大多在海洋(如海滩)环境下,受到波浪和水流强烈簸选和反复磨蚀缓慢沉积而形成的。它常与碳酸盐沉积共生,组成石英砂岩-造海碳酸盐建造,如华北地台北半部的上前寒武系。②长石砂岩,长石碎屑含量占砂级碎屑总量25%以上。其中石英含量 <75%,可含较多的云母和重矿物。胶结物主要为钙质和铁质,常含粘土杂基。当杂基>15%时,则属长石杂砂岩。碎屑颗粒一般分选、圆度中等。长石砂岩常呈浅黄、肉粉或绿灰等色。长石砂岩按其形成条件可分为3类,即构造长石砂岩、基底长石砂岩和气候长石砂岩。长石砂岩一般是在构造运动比较强烈的地区,母岩是花岗岩或花岗片麻岩,气候干燥寒冷,以物理风化为主,在强烈侵蚀和快速堆积条件下形成的。大多为大陆沉积,海成的较少。常堆积于山前或山间盆地中。曾发现许多长石砂岩形成于大陆裂谷中。河北唐山震旦系产有长石砂岩,其中长石可超过50%。③岩屑砂岩,岩屑含量占砂级碎屑总量25%以上。其中石英含量<75%,并可含少量长石(<10%),重矿物含量较高,而且种类复杂。胶结物常为硅质和碳酸盐质,常含杂质。当杂基> 15%时,则属岩屑杂砂岩。碎屑颗粒的磨圆度和分选性由中等到差。常呈浅灰、灰绿至深灰色。岩屑成分与来源区母岩性质关系密切,并可按岩屑成分进一步划分岩石类型。岩屑砂岩是一种成分成熟度和结构成熟度均较低的砂岩,主要形成于构造变动强烈地带的山前或山间坳陷中。这类岩石可以是海成的,也可以是陆成的。岩屑砂岩中,还有一种硬砂岩,也称杂砂岩或灰瓦岩。它是一种暗色坚硬的岩石,主要由各种棱角状岩屑(包括基性喷发岩、浅变质岩、砂质页岩和凝灰岩等)以及石英和长石碎屑组成,常含粘土杂基(15~40%),经成岩作用和初级变质后,粘土杂基通常变为伊利石绿泥石和绢云母的集合体。碎屑颗粒分选差,圆度低,呈杂基支撑。常发育某些典型原生沉积构造,如槽模、粒序层理等。各种碎屑的含量变化很大,如石英可由5~40%,岩屑亦可达30~40%,长石有时可超过岩屑。碎屑组分有3类:第一类为火成岩和高级变质岩矿物,主要为石英和长石,伴有辉石、角闪石等副矿物;第二类为变质岩屑和沉积岩屑,后者常为燧石岩屑;第三类为基性熔岩和凝灰岩岩屑,其中富含细碧类岩屑。硬砂岩有两种类型:岩屑硬砂岩和长石硬砂岩。硬砂岩的化学成分特点是富含Al2O3、FeO、MgO及Na2O。Na2O含量与钠长石有关,MgO和FeO是由杂基中富铁绿泥石供给。Na2O>K2O,MgO>CaO,FeO>Fe2O3是硬砂岩与长石砂岩在化学成分上的区别。硬砂岩在地质记录中,特别是在较老地层中是丰富的,成为复理石层系的重要组成部分,经常和海相页岩及板岩成互层,并与水下熔岩流和燧石岩相共生。在碰撞造山带,它们常富含钠长石或过渡为火山硬砂岩。在张裂大陆边缘的硬砂岩以富含岩屑为特征。硬砂岩主要是海相的,代表造山带的产物,在稳定的克拉通地区通常没有硬砂岩。但在中国中新生代陆相地层中却存在大量硬砂岩,它们富含岩屑,特别是火山岩屑,产于中新生代的大陆裂谷湖盆中。(见彩图) 参考书目

  F. J. Pettijohn et al., Sand and Sandstone,SpringerVerlag,Berlin,1972.

  F.J.Pettijohn,Sedimentary Rocks,3rd ed.,Horperand Row Publishers,New York,1975.

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