碳酸盐岩以外的内源沉积岩

如题所述

本部分内容主要介绍除碳酸盐岩之外的其他内源沉积岩,主要由硅质岩、铝质岩、铁质岩、锰质岩、磷质岩和蒸发岩(方邺森等,1987)。

一、硅质岩

1.硅质岩的基本特征

硅质岩是指由化学作用、生物和生物化学作用以及某些火山作用所形成的富含二氧化硅的岩石(图10-12)。其中也包括在盆地内经机械破碎再沉积的硅质岩,但不包括陆源石英碎屑经搬运沉积而成的石英砂岩和沉积石英。

图10-12 正交偏光显微镜下的硅质岩

硅质岩的矿物成分主要有各种类型的蛋白石、半晶质的玉髓和自生石英(曾允孚等,1996)。此外,还可有其他矿物混入,常见有粘土矿物、碳酸盐矿物和氧化铁等。有些硅质岩中还可有海绿石、沸石、黄铁矿、有机质等混入。

硅质岩的结构可以有非晶质的胶状结构、隐晶结构、微粒结构、生物结构以及粒屑结构,还可见各种交代残余结构。硅质岩可以单独成层,也可成薄层、透镜体、条带或各种形状的结核夹于其他岩石(常为碳酸盐岩)中。

硅质岩的颜色多种多样,常呈灰色、灰黑色,也有灰白色、灰绿色。岩性坚硬,性脆,化学性质稳定,不易风化。硅质岩分布较广,在沉积岩中居第四位。

2.硅质岩的主要类型

硅藻土 主要由硅藻遗体组成,以蛋白石为主。

海绵岩 由硅质海绵骨针组成,主要为蛋白石,有时为玉髓。

放射虫岩 由放射虫壳组成,主要为蛋白石。

蛋白土 主要由蛋白石组成。

燧石 其成分主要为玉髓和石英,常见有层状燧石和结核状燧石。

3.硅质岩的成因

(1)SiO2的来源

一般认为,自然界中二氧化硅主要来源于以下几个方面:

a.火山喷发作用可以从地壳深部带出大量含SiO2的火山热液注入水盆地;另外,火山作用所形成的酸性火山熔岩和火山碎屑岩,在海解作用阶段发生分解并向粘土矿物和蒙脱石转变时,也可释放出大量SiO2,因此在局部海水中可形成SiO2的沉淀。

b.陆源区岩石的长期化学风化作用是SiO2的一个重要来源。沉积物来源的母岩在富含水、氧和碳酸的条件下发生化学风化作用,母岩中的硅酸盐和铝硅酸盐矿物发生化学分解,产生的SiO2多以真溶液或胶体溶液形式在水中进行迁移,并能在一定条件下沉淀。

c.硅质生物的介壳如硅藻壳、硅质海绵骨针及放射虫等埋藏后逐步分解,也是SiO2重要的来源之一。

d.粘土矿物在成岩转变中也可释放出一定量的SiO2。例如蒙脱石粘土向高岭石、伊利石粘土转变时可释放出SiO2

(2)SiO2的溶解

氧化硅的溶解度与pH值关系密切,在pH值处于2~8.5范围内,溶解度保持不变;pH值再增大,则溶解度急剧增大;当pH=11时达到极高值(5000mg/g)。

除了pH值外,温度也可影响SiO2的溶解度。随着温度的升高,SiO2的溶解度也加大。

(3)硅质岩的形成

生物成因的硅质岩属于原生沉积;结核状燧石主要是成岩期的产物。

对于层状燧石的成因,有三种类型:

a.饱和SiO2原生沉淀形成,属于化学成因。

b.硅质生物有机体富集而成,如有些燧石具有叠层构造,属于生物成因。

c.有些燧石具有鲕粒、内碎屑、生物碎屑等组分,是机械沉积的产物。

4.硅质岩的地质分布

硅质岩在自然界的地质分布以燧石较常见,生物成因的硅质岩出现于白垩纪以后。硅质岩在地质地史中分布很广,以前寒武纪为最多,以后数量逐渐减少。

二、蒸发岩

1.蒸发岩的基本概念

海盆或湖盆水体不断蒸发,水体盐度升高,盐类矿物发生沉淀,这种化学成因的岩石称为蒸发岩,又叫“盐岩”。它包括氯化物岩、硫酸盐岩和硼酸盐岩等,其中以氯化物岩和硫酸盐岩分布较广。

蒸发岩在工业上有广泛的用途,其中盐岩是人们日常生活中不可缺少的食盐,它也是化学工业的重要原料。而且油气层与蒸发岩之间也有密切关系。已有资料还表明,在世界上已知的许多大油田(含可采石油7.95×107m3以上)和许多个大气田(含可采天然气9.9×106m3以上)中,油气层与盐类地层有重要关系的大油田和大气田所占比例很高。

2.蒸发岩的成分特征

蒸发岩的主要矿物成分是钾、钠、钙、镁的氯化物、硫酸盐、碳酸盐,其中尤以石膏(CaSO4·2H2O)、硬石膏(CaSO4)和石盐(NaCl)最重要。蒸发岩中除了常见的海相、非海相盐类矿物之外,也可以有陆源碎屑矿物(如石英、长石、云母)和其他自生矿物(如白云石、菱镁矿、天青石、重晶石等)。

3.蒸发岩的结构和构造特征

蒸发岩的结构主要有化学沉淀形成的结晶粒状结构,机械沉积成因的粒屑结构以及在成岩阶段形成的斑点变晶结构、交代结构等。

蒸发岩的构造有沉积形成的致密块状构造、纹层或条带状构造、不均匀层状构造、结核状构造以及交错层理、粒序层理、波痕等。成岩过程中可形成斑点构造、变形构造、角砾状构造等。

4.蒸发岩的主要岩石类型

根据矿物成分的不同,蒸发岩可分为石膏—硬石膏岩、盐岩及钾镁盐岩等。

(1)石膏—硬石膏岩

石膏和硬石膏主要组成单矿物岩(图10-13,图10-14),有时组成石膏—硬石膏或硬石膏—石膏混合岩,常见的伴生自生矿物有白云石、石盐、黄铁矿、蛋白石、玉髓、石英等,在陆相石膏内往往有砂质—粉砂质和粘土质混入物。

石膏晶体通常呈白色、灰色或褐色半透明,集合体为块状、纤维状或晶簇状。硬石膏晶体呈无色透明,有时为白色、褐色或天蓝色。当有粘土混入物存在时,硬石膏常为灰色或暗灰色,半透明,玻璃光泽到弱油脂光泽。

图10-13 硬石膏岩

图10-14 石膏岩

(2)盐岩

主要矿物成分为石盐,含少量其他的氯化物、硫酸盐和粘土等。一般为块状及粗结晶结构,由于机械再沉积作用可形成粒屑结构。岩盐中常可见纹层状构造及与其共生的石膏、硬石膏互层。

(3)钾镁盐岩

主要矿物成分为钾石盐、光卤石等,常和石盐岩共生。根据成分特征,钾镁盐岩可以细分为以下几种类型:

钾盐岩 由钾盐和石盐以及少量的硬石膏、粘土和其他混入物组成,多为乳白色和红褐色,常具有明显的层理。钾盐岩是主要的钾盐矿床,如加拿大的萨斯喀彻温矿就是钾盐矿。

光卤石岩 由光卤石和石盐以及少量的硬石膏、粘土组成。

硫酸钾盐岩 主要由钾盐镁矾、杂卤石组成,共生矿物为石盐、硬石膏等。

5.蒸发岩的地质分布

自古生代开始至今,每一地质时期都有蒸发岩沉积,其中主要的成盐期为寒武纪、志留纪、泥盆纪、二叠纪、三叠纪、古近纪—新近纪。我国主要的成盐期为三叠纪、白垩纪、古近纪—新近纪,其次为奥陶纪。

三、铝质岩

1.铝质岩的成分特征

铝质岩是一种在化学成分上富含Al2O3、主要由铝矿物(铝的氢氧化物)所组成的内源沉积岩类。铝质岩的化学成分的特点为Al2O3的含量大于SiO2的含量(С.Φ.Малявкин,1937),如果在铝质岩中Al2O3>40%、Al2O3:SiO2≥2:1时,铝质岩即成为铝土矿。

(1)铝质岩的化学成分

铝质岩的化学成分主要是Al2O3、SiO2、Fe2O3、FeO、TiO2和H2O,次要成分有CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5等,同时还含有各种微量元素如U、V、Cr、Ni等。

(2)铝质岩的矿物成分

铝质岩的主要矿物成分是铝的氢氧化物,如三水铝石(Al(OH)3)、一水软铝石(γ—AlO(OH))、一水硬铝石(α—AlO(OH)),其次是各种粘土矿物、石英、玉髓和少量重矿物,此外,还有自生矿物如菱铁矿、方解石和氢氧化铁等。

2.铝质岩的结构

铝质岩的结构按成因可以分为机械成因、化学成因及次生成因的结构。

(1)机械成因的结构

铝质岩机械成因结构为粒屑结构,主要由粒屑和填隙物组成,粒屑包括铝质岩的内碎屑、包粒(豆粒、鲕粒)、团粒(球粒)和团块等,填隙物主要为泥晶基质,其成分通常和颗粒相同。

(2)化学成因的结构

铝质岩化学成因的结构是在化学沉积作用过程中形成的,主要有胶状结构和微晶结构。

(3)次生成因的结构

在表生作用带由于次生淋滤作用的影响,铝质岩形成次生淋滤结构。

3.铝质岩的岩石类型

铝质岩按成因可以分为红土型铝质岩和沉积型铝质岩两种主要类型(曾允孚等,1996)。

(1)红土型铝质岩

红土型铝质岩常为红色、棕色或黄色,质地较疏松,主要矿物成分为三水铝石,此外有一水铝石、含铁的矿物(如针铁矿、赤铁矿)、粘土矿物(如高岭石)和残留矿物石英等。红土型铝质岩的化学成分主要Al2O3、SiO2、Fe2O3、TiO2。红土型铝质岩在我国福建漳浦有分布。

(2)沉积型铝质岩

红土化作用所形成的铝土物质在流水作用下以碎屑或胶体溶液的方式搬运到海、湖盆边缘沉积下来固结成岩形成的铝质岩,就是沉积型铝质岩。根据沉积环境不同,沉积型铝质岩可以分为海相沉积和陆相沉积两类。

海相铝质岩主要沉积于海盆边缘地带的滨海和潟湖环境中。岩体呈层状,矿物主要是一水硬铝石和一水软铝石,伴生矿物有针铁矿和鳞绿泥石,具鲕粒或豆粒结构。如我国贵州石炭二叠纪的铝土矿即属此种类型。

陆相铝质岩与湖泊、沼泽的沉积环境有关。岩体呈透镜状或似层状。我国北方很多石炭、二叠纪铝土矿均属此种类型,如山东淄博上二叠统含煤地层中的铝土矿即属此种类型。

4.铝质岩的地质分布

我国红土型铝质岩(铝土矿)分布广泛,主要产于第四纪玄武岩的风化壳中。沉积型铝质岩(铝土矿)则分布更广,主要产于石炭、二叠纪地层中。

四、铁质岩

人们习惯上将含铁量大于15%的沉积岩称为铁质岩(H.J.Janes,1966)。如果铁的品位达到了工业可采要求(如赤铁矿石>30%、菱铁矿石>25%)即成为铁矿石。

1.铁质岩的化学成分

铁质岩的化学成分(В.А.Г.лаэковски,1954)以Fe的为主,此外有Mn、Al、Si、Mg、Ca、V、Ni、Co、Cr、O、S等。

2.铁质岩的矿物成分

氧化物类 包括磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿(Fe2O3)(图10-15)、针铁矿FeO(OH)、褐铁矿(Fe2O3·nH2O)等。

硫化物类 包括黄铁矿(FeS2)、白铁矿(FeS2)、水陨硫铁矿(FeS·nH2O)等。

图10-15 鲕状赤铁矿

碳酸盐类 包括菱铁矿(FeCO3)、铁白云石[Ca(Fe2+,Mg,Mn)(CO32]等。

硅酸盐类 包括鲕绿泥石[(Fe2+,Mg,Fe3+5Al(Si,Al)4O10(OH,O)8]、黑硬绿泥石[K(Fe2+,Fe3+,Mg)8(Si,Al)12(O,OH)27]、海绿石[(K,Na)(Fe3+,Al,Mg)2(Si,Al)4O10(OH)2]等。

3.铁质岩的结构

铁质岩的结构按成因可以分为机械成因、化学成因和生物成因的结构类型。

(1)机械成因的结构

机械成因的结构为粒屑结构,主要由粒屑和填隙物组成,粒屑包括铁质岩的内碎屑、鲕粒等,填隙物主要为泥晶基质,其成分也为铁质矿物。

(2)化学成因的结构

铁质岩化学成因的结构是在化学沉积作用过程中形成的,主要有胶状结构和微晶结构。

(3)生物成因的结构

生物作用形成的铁质岩结构主要是由蓝绿藻的作用所形成,如铁质隐藻粒屑结构、铁泥隐藻结构等。

4.铁质岩的岩石类型

根据含铁矿物组分,铁质岩可以分为硫化铁质岩、氧化铁质岩、碳酸铁质岩和硅酸铁质岩四类。

(1)硫化铁质岩

硫化铁质岩最主要的铁矿物是白铁矿和黄铁矿,而且都是在成岩阶段形成的。通常在岩石中它们仅是伴生组分,有时也可以成为黑色板岩和黑色灰岩的重要组分。

(2)氧化铁质岩

氧化铁质岩是铁质岩的最主要类型,常见者具鲕状结构。鲕状褐铁矿岩主要分布于中生界和古近纪—新近系。鲕状赤铁质岩主要分布在古生代或更老的地层中,如我国长城系下部的铁矿。

(3)碳酸铁质岩

碳酸铁质岩主要的含铁矿物是菱铁矿。菱铁矿常与燧石共生构成燧石碳酸铁质岩。还可有在碎屑岩、石灰岩和粘土岩中呈结核状产出的碳酸铁质岩。

(4)硅酸铁质岩

硅酸铁质岩主要的含铁矿物是鲕绿泥石。鲕绿泥石铁质岩是寒武纪以后一种很重要的铁质岩类型,常与鲕状赤铁矿岩过渡或形成互层。

5.铁质岩的地质分布

我国沉积铁矿床见于前寒武纪、古生代、中生代和新生代的地层中,分布十分广泛(曾允孚等,1996)。前震旦纪的碧玉铁质岩或含铁石英岩,在世界上大都属于巨型矿床,如美国的苏必利尔(上湖)、苏联的库尔斯克、中国的鞍山等。鲕状赤铁矿床大都能形成大型的工业矿床,如西欧侏罗纪劳伦式矿床、北美志留纪克林顿式矿床、我国宣龙式铁矿床,其主要成矿时代是古生代、晚元古代及中生代中期。

五、锰质岩

锰质岩是以锰的化合物为重要造岩矿物的沉积岩类,当含锰量达到工业要求时(如氧化锰矿>20%、碳酸锰矿>10%)即构成锰矿石(曾允孚等,1996)。

1.锰质岩的化学成分

锰质岩的化学成分因岩石类型的不同而变化很大,通常是除锰以外,还有较多的Al2O3、SiO2、CaO、MgO等,普遍含有较多的Fe。此外,还有少量的Ti、Co、V、Ni、Cu等。

2.锰质岩的矿物成分

锰质岩中含锰的矿物,主要有锰的氧化物及氢氧化物、锰的碳酸盐,以及少量锰的磷酸盐、硫化物、硼酸盐等。锰的氧化物及氢氧化物主要有软锰矿(MnO2)、水锰矿(Mn2O3·H2O)、硬锰矿(mMnO2·nH2O)、偏酸锰矿(MnO2·nH2O)等。锰的碳酸盐主要有菱锰矿(MnCO3)、锰方解石[(Ca、Mn)CO3]等。锰的硼酸盐主要为锰方硼石(Mn3B7O13Cl)。

3.锰质岩的结构特征

锰质岩的结构特点可大体和碳酸盐岩类比,其结构分类是一种新的很有意义的结构成因分类,主要包括机械成因的粒屑结构、化学成因结构和生物成因结构。

4.锰质岩的岩石类型

根据含锰岩石的种类不同,锰质岩可以分为锰质粘土岩、锰质碳酸盐岩、锰质碎屑岩和锰质硅质岩。

(1)锰质粘土岩

锰质粘土岩主要为锰质黑色页岩、粉砂质页岩、硅质页岩和钙质页岩。

(2)锰质碳酸盐岩

锰质碳酸盐包括锰质灰岩、锰质硅质岩、锰质白云岩。

(3)锰质碎屑岩

锰质碎屑岩主要为锰质粉砂岩,部分为锰质砂岩。

(4)锰质硅质岩

锰质硅质岩矿物成分主要为玉髓和蛋白石。

5.锰质岩的地质分布

锰质岩物源主要为大陆风化产物和海底火山活动的产物。其成矿环境主要为海相、次为湖泊及沼泽相。我国锰矿资源丰富,而最重要的是海相沉积锰矿。锰矿的成矿时代有震旦纪、泥盆纪、奥陶纪、石炭纪、二叠纪和三叠纪等。

六、磷质岩

磷质岩是指含磷的内源沉积岩。根据磷的含量,磷质岩可以分含磷沉积岩(P2O5<8%)、磷质岩(P2O5=8%~18%)和磷块岩(P2O5>18%)(曾允孚等,1996)。

磷质岩中最常见矿物为碳氟磷灰石、磷酸磷灰石。磷质岩中的非磷酸盐组分有SiO2、粘土矿物、方解石、白云石、海绿石等。

1.磷质岩的结构

磷质岩的结构构造特点与碳酸盐岩极为相似,根据成因特征,磷质岩的结构类型可分为机械成因、化学成因、生物成因和成岩成因的结构。

(1)机械成因的结构

机械成因的结构具粒屑结构特点,根据岩石中泥晶(粒度小于0.0039mm)的含量分为粒屑结构(泥晶含量小于50%)、粒屑—泥晶结构(泥晶含量为90%~50%)、泥晶结构(泥晶含量大于90%)。粒屑类型常见有内碎屑、包粒、团粒(球粒)、团块和生物碎屑五种类型。

(2)化学沉积成因的结构

化学沉积成因的结构有微晶结构及胶状结构两种类型。

(3)生物成因的结构

生物成因的结构有骨骼结构、隐藻结构和鸟粪石三类。

(4)成岩作用成因的结构

成岩作用成因的结构有交代结构及重结晶结构。

2.磷质岩的岩石类型

根据磷质岩的结构成因特点,磷质岩可以划分机械成因、化学、生物以及重结晶与交代磷质岩四大类。

(1)机械成因磷块岩

机械成因的磷块岩是由各种磷酸盐粒屑(如内碎屑、包粒、团粒、骨屑、团块)以及泥晶基质组成的磷块岩类。

根据粒屑和泥晶的比例可以划分为粒屑磷块岩、粒屑泥晶磷块岩、泥晶磷块岩。粒屑磷块岩可以分为颗粒支撑类型(泥晶含量低于15%)及杂基支撑类型(泥晶含量为15%~50%),前者称为亮晶粒屑磷块岩,后者称为泥晶粒屑磷块岩。

(2)化学磷块岩

化学磷块岩是由化学作用形成的磷块岩类,具有原地磷酸盐胶体化学沉积的特点,岩石由胶状或超微晶粒的磷灰石(或胶磷矿)组成,多呈淡褐色和棕色。

(3)生物磷块岩

生物磷块岩主要为藻礁磷块岩,可以分为瘤状藻和聚环藻两种类型。

(4)次生及重结晶磷块岩

次生及重结晶磷块岩是指分散状磷酸盐经风化淋滤富集、重结晶或交代其他岩石形成的结晶磷块岩。此外,粒屑碳酸盐还可以被磷酸盐交代形成磷质岩,常具有各种残余结构。

3.磷块岩的地质分布

磷块岩的地质时代分布有一定的规律性,其重要的成矿期有:

a.震旦纪晚期到寒武纪早期,主要的聚磷区为亚洲和澳大利亚。

b.二叠纪成磷期,主要聚磷区如北美中部。

c.白垩—新近纪成磷期,主要聚磷中心为欧洲、北非和北美。

磷质岩主要分布于局限浅海、潮间带、滨海带、潮下近陆边缘或海底“地形高地”古海岛,具有比较稳定的大地构造环境。

温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考
相似回答