二、陆源碎屑岩

1.陆源碎屑岩的成分

碎屑岩主要由碎屑和胶结物组成，其中碎屑成分不少于50%。碎屑岩的性质主要由碎屑组分和胶结物的性质决定。

（1）陆源碎屑岩的碎屑成分包括各种矿物碎屑和岩石碎屑。常见的矿物碎屑约20种，但一种碎屑岩中主要碎屑矿物通常不超过5种。

石英抗风化能力很强，既抗磨蚀又难以分解，同时大部分火成岩和变质岩中石英的含量较高，因此石英是碎屑岩中分布最广的碎屑矿物。它主要出现在砂岩及粉砂岩中，在砾岩和黏土岩中分布相对较少。

在碎屑岩中，长石碎屑的含量一般少于石英。据统计，砂岩中长石的含量为10%~15%。而在火成岩中，长石的平均含量一般是石英的数倍。这种变化主要是由于长石的抗风化能力较弱，易水解、易破碎，在风化过程和搬运过程中逐渐减少。长石的主要来源是花岗岩和花岗片麻岩，主要分布于中、粗砂岩中，砾岩和粉砂岩中长石矿物的含量较少。

岩屑是母岩岩石的碎块，保持着母岩结构和矿物集合体，因此岩屑是鉴定沉积物来源区岩石类型的直接证据。由于成岩过程中的复杂变化，各类岩屑含量变化极大，其含量主要取决于岩屑粒级、母岩成分及成分成熟度等因素。

成分成熟度是指以碎屑岩中最稳定的组分的相对含量来标志其成分的成熟程度，它反映了碎屑组分所经历的地质作用时间、距离和强度。在构造稳定、气候湿润的沉积区，碎屑岩成熟度一般较高。在轻组分中，单晶石英是最稳定的，其相对含量常被作为碎屑岩成熟度的标志。在砂岩中，石英加燧石与长石加其他岩屑的比率常被作为成熟度的衡量标志。在重矿物中，锆石、金红石、电气石最为稳定，这三种矿物在所有透明重矿物中的比重也是判断成熟度的标志。

（2）杂基和胶结物都可以作为碎屑颗粒的填隙物。

杂基是充填碎屑颗粒之间的细小的机械成因组分，其粒级以泥为主，最常见的是高岭石、水云母、蒙皂石等黏土矿物。沉积岩中含有大量杂基表明沉积环境分选作用不强。

胶结物是碎屑岩中以化学沉淀方式形成于粒间孔隙的自生矿物，大多是成岩-后生期的沉淀产物。碎屑岩中的主要胶结物是硅质（石英、玉髓和蛋白石）、碳酸盐（方解石、白云石），以及部分铁质和泥质。

在砂岩的胶结物中，总的看来硅质胶结分布相对较多。从时代上看，较老的砂岩以硅质胶结为主，较新的砂岩以碳酸盐为胶结物的较多。这可能是由于硅质属于难溶物质，因而更容易长期保存。

2.碎屑岩的粒度及结构

碎屑岩的结构包括碎屑颗粒、杂基（基质）、胶结物和孔隙。

（1）碎屑颗粒的结构特征

碎屑颗粒的结构特征一般包括粒度、球度、形状、圆度及表面结构等。粒度指碎屑颗粒的大小，是碎屑颗粒最主要的结构特征，直接决定岩石类型和性质，是碎屑岩分类的主要依据。国际上广泛采用以1毫米为基准的二进制方案，我国则采用十进制粒级划分方案（表2-3）。碎屑岩很少由单一粒级的碎屑组成，一般的岩石粒度其相应的粒级成分应该大于50%。

碎屑颗粒大小的均匀程度称为分选性，可粗略的划分为好、中、差三级。主要粒级成分占碎屑颗粒75%以上时称为分选性好，占比50%~75%时中等，小于50%时则为分选性差。

（2）胶结类型及颗粒支撑性质

胶结物或填隙物的分布状况及其与碎屑颗粒的关系称为胶结类型或支撑类型。它首先取决于碎屑颗粒与胶结物、填隙物的相对数量，其次和碎屑颗粒之间的接触关系有关。

按碎屑和杂基的相对含量，可以分为杂基支撑结构和颗粒支撑结构。按碎屑颗粒和填隙物的相对含量，可以分为基底式胶结、孔隙式胶结和接触式胶结（图2-8）。一般来讲，基底式胶结属于杂基支撑结构，孔隙式胶结和接触式胶结属于颗粒支撑结构。

3.碎屑岩的构造和颜色

碎屑岩的沉积构造是碎屑岩的宏观特征，是碎屑岩重要的成因标志和鉴别特征。碎屑岩的颜色对岩石成因分析和岩相古地理分析具有重要意义。

（1）构造

沉积物在沉积期或沉积后通过物理化学作用和生物作用形成特定的沉积构造。沉积期形成的构造称为原生构造，如层理、波痕。沉积后形成的构造有的是在固结成岩之前形成的，如负荷构造、雨痕、龟裂；有的是在固结成岩之后产生的，如缝合线、结核等化学成因构造。

层理是岩石性质沿垂向变化的一种层状构造，可以通过矿物成分、结构、颜色的变化展现出来。它是碎屑岩最典型、最重要的特征之一，也是沉积物水动力环境和沉积环境的直接反映。按照层内组分和结构的性质，层理一般分为4种类型：均质层理、非均质层理、递变层理和韵律层理。主要层理类型见表2-4。

纹层：通常也称为细层，是组成层理的最基本单位，纹层之内没有任何肉眼可见的层，其厚度甚小，一般为数毫米至数厘米。

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环境。一般由一系列倾斜纹层组合而成的层系容易被识别，而水平层理、波状层理的组合划分层系比较困难。

层系组：也称层组，由两个或两个以上岩性基本一致的相似层系或性质不同但成因有联系的层系叠覆组成，其间没有明显的间断。

岩层的厚度变化范围很大，自数毫米至数十米。按沉积层厚度可将层划分为块状层（>1.0米）、厚层（0.5~1.0米）、中层（0.1~0.5米）、薄层（0.01~0.1米）、微细层或页状层（<0.01米）。

均质层理也称块状层理，大致呈均质外貌，不具任何纹层构造，不显层理。需要注意的是，均质外貌的沉积岩，并不一定是均质块状的，只有在X光下也不能发现内部纹层时，才符合块状层理的真正含义。

递变层理是指沉积物粒度发生垂向递变的特殊层理，又称粒序层理。这种层理除了粒度变化以外没有任何内部纹层。

韵律层理是指成分、结构与颜色等性质不同的薄层有规律地重复出现而形成的层理，如潮汐作用形成的砂泥交替纹层。

（2）层面构造

岩层表面呈现出的各种不平坦的沉积构造的痕迹，统称为层面构造。有的层面构造保存在岩层顶面上，如波痕、雨痕、剥离线理、泥裂等；有的层面构造保留在岩层的底面上，如槽模、沟模等。

波痕是由风、水流、波浪等介质运动时在沉积物表面形成的一种波状起伏的层面构造，它与交错层理的形成条件密切相关。砂波的迁移在层内表现为交错层理，在层面表现为波痕。波痕的形状、大小差别很大，种类繁多，大致可以分为浪成波痕、流水波痕和风成波痕（图2-9）。

雨痕是指雨滴降落在松软的沉积物表面所形成的撞击凹坑，大小多为毫米至厘米级。冰雹痕迹与雨痕类似，但相对较大、较深且不规则。

泥裂是沉积物露出水面时因干涸而产生的收缩裂缝，常见于黏土岩和碳酸盐岩中，某些覆盖在泥裂表面的砂层也可能会呈现泥裂。平面上，泥裂一般为网格状龟裂纹，断面呈V形或U形，有的因压缩变形而呈肠状。泥裂的规模不一，深度一般为几毫米至几十厘米（图2-10）。

在各种底面构造中，最常见的是槽模。它是分布在底面上的一种半圆锥形不连续凸起构造，是定向浊流在尚未固结的软泥表面冲刷侵蚀形成的凹槽被砂质填充而成，形态特点是略具对称、伸长状，起伏明显，向上游一端具有圆滑的球根状形态，向下游一端呈倾伏状渐趋消失。槽模的长度多为几厘米至几十厘米。

沟模是砂质岩层底面上平行排列、间隔紧密、稍微凸起的脊沟交替构造，它是流水携带的物体对底部泥质沉积物刻划而留下沟槽或擦痕后，被上覆砂质沉积物充填而成，其长轴平行于水流方向。

在地震、荷载和底部掏蚀等触发机制下，斜坡中不稳定的沉积物易发生整体移动，形成滑移-滑塌地层。其基本特征是滑动块体沿滑动面整体侧向移动但内部原生沉积构造基本保持不变（滑移构造），或滑移块体在滑移的同时伴随着不同程度的扰动，从而形成各种不对称褶皱或逆掩断层。

化学成因构造主要有晶体印痕和结核。晶体印痕一般在泥质沉积物中容易保存。结核是指岩石中成分、结构、颜色等与围岩有显著差别的自生矿物集合体，通常为球状、椭球状、饼状等，成分主要有碳酸盐、硅质等。

（3）颜色

按成因可分为继承色、自生色和次生色。继承色主要取决于碎屑颗粒的颜色，如长石砂岩多呈红色，纯石英砂岩呈白色。自生色取决于沉积物堆积过程中及其早期成岩过程中自生矿物的颜色，如海绿石。继承色、自生色均为原生色，与层理界线一致，在层内均匀稳定。次生色是在后生作用阶段或风化过程中，原生组分发生次生变化，由新生成的次生矿物所造成的颜色，一般分布不均。

沉积岩的颜色主要取决于岩石的成分，多是由于含铁质化合物或含染色物质造成的。灰色和黑色一般是因为含有有机质（炭质、沥青质）或分散状硫化铁（黄铁矿、白铁矿），表明岩石形成于还原~强还原环境；红色、棕色和黄色一般是因为含有铁的氧化物或氢氧化物（赤铁矿、褐铁矿）等，代表氧化~强氧化环境；绿色多数是由于含低价铁的矿物，如海绿石、鲕绿泥石等，少数是由于含铜的化合物，如孔雀石，有时是由于含有绿色的碎屑矿物，如角闪石、阳起石等。

影响岩石颜色的因素很多，除岩石成分和风化程度外，还受岩石颗粒大小、干湿程度、光照条件等影响。粒度越细，越潮湿，颜色就越暗。因此，在野外观察颜色时，应观察新鲜断面并注明岩石状态。

4.主要陆源碎屑沉积岩

（1）砾岩

砾岩是指由30%以上直径大于2毫米的颗粒碎屑组成的岩石，填隙物为砂、粉砂、黏土物质和化学沉淀物质。其中，由磨圆度较好的砾石、卵石胶结而成的称为砾岩；由带棱角的角砾石、碎石胶结而成的称为角砾岩。

（2）砂岩

砂岩是源区岩石经风化、剥蚀、搬运、沉积、成岩等作用后形成主要由各种砂粒胶结而成的沉积岩，颗粒直径在0.05~2毫米，其中砂粒含量要大于50%。

砂岩分布广泛，约占沉积岩的1/3。绝大部分砂岩是由岩屑、石英和长石组成的。根据三种成分的含量，可以通过三角图对砂岩进行分类（图2-11）。

石英是一种十分稳定的矿物，可以经受化学风化和长距离搬运，而长石等其他矿物易发生化学变化，在经历不同程度的地质作用后，含量会逐渐减少。在实际分类中，一般先估计石英的含量，判断该砂岩是否为石英砂岩，再依次估计长石和岩屑的含量。

石英砂岩（图2-12）：碎屑物质中90%以上为单晶石英，胶结物常为硅质，次生加大胶结现象普遍。石英砂岩富集石英，一般在构造稳定、温暖潮湿的气候条件下，由富含石英的母岩（花岗岩、花岗片麻岩、变质石英岩等）遭受强烈的化学风化并经过长距离搬运后沉积而成，原岩中的长石等矿物经过化学风化和分选后残留较少，是成熟度很高的沉积岩。

长石砂岩：长石碎屑含量大于25%的砂岩，长石的种类多为酸性斜长石和钾长石，一般为粗砂状，肉红色至灰色，分选性和磨圆度变化较大，常含较多的杂基，胶结物多为碳酸盐质、硅质、铁质，多由长英质母岩，如花岗岩、片麻岩经机械风化，短距离搬运，在山前或山间盆地堆积而成。世界上最著名的长石砂岩为澳大利亚乌鲁鲁巨石，该单体巨石高348米，基围周长约8.5千米，是世界上第二大的单体巨石。

岩屑砂岩：以岩屑为主的砂岩（岩屑含量>25%，长石含量<25%），其岩屑成分随母岩变化，颜色一般较深，为灰色、灰绿色、灰黑色，多形成于强烈构造隆起区的构陷带或坳陷盆地中，由母岩快速剥蚀、堆积而成。

黏土含量大于15%的泥沙混杂的砂岩一般归类为杂砂岩。杂砂岩一般富含石英（可达50%）。主要由粒级为0.005~0.1毫米碎屑组成（含量>50%）的碎屑岩称为粉砂岩，按颗粒大小又可分为粗粉砂岩和细粉砂岩。

（3）泥质岩

泥质岩是由直径小于0.005毫米的微细颗粒组成的岩石，矿物成分以黏土矿物为主，多具有致密均一、质地较软的泥质结构，是介于碎屑岩和化学岩之间的过渡岩石，在沉积岩中分布很广。具有薄层状页理（厚度1~10毫米）或纹理（厚度<1毫米）结构，固结较强的泥质岩称为页岩。泥质岩宏观沉积构造主要有水平层理和块状层理，层面构造主要有干裂、雨痕、虫迹、结核、晶体印痕等。 4jqpQH7SV3pwSy/8+Y84zyKvee7aGVP/6wETAEQ8ljrzHthNEwhwA1tWwBWnQZxw