认识沉积岩 实验三 认识沉积岩与变质岩 认识沉积岩和变质岩的主要特征,以沉积岩为主,变质岩为辅,初步掌握鉴定沉积岩的主要方法。 沉积岩 一、目的要求 学习沉积岩的肉眼鉴定方法,加深对沉积作用的理解。通过鉴定初步认识常见的一些有代表性的沉积岩。二、预习要点 了解沉积岩的形成过程和分类;岩石的构造与结构;各沉积岩类具代表性岩石的特征。 三、实验用品:1.标本:砾岩、粗砂岩、细砂岩、豆状灰岩、生物灰岩、粉砂岩、页岩、石灰岩、鲕状灰岩、竹叶状灰岩、豆状灰岩、白云岩、波痕、泥裂、水平层理、波状层理、交错层理、结核等。 2.工具:小刀、放大镜、稀盐酸。 四、实验内容与方法 ㈠沉积岩的一般特征 1、观察沉积岩的颜色 沉积岩的颜色取决于岩石的成分及所含杂质。有的颜色能反映岩石的生成环境。白色的岩石多为高岭石、石英、盐类等成分组成;深灰到黑色说明岩石中含有有机质或锰、硫铁矿等杂质,是在还原环境中生成的岩石;肉红色及深红色是岩石中含较多的正长石或高价氧化铁,是在氧化环境下生成的;黄褐色与含褐铁矿有关;绿色常与含氧化亚铁有关,常生成于相对缺氧的还原环境。 2、了解沉积岩的矿物组分 目前为止在沉积岩中发现的矿物有100余种,但最常见的只有20几种。 它们基本上可分为两类:一类是碎屑物质,即原岩经机械破碎的物质。常见者如较稳定的石英,其次是长石、云母、岩屑;另一类是自生矿物,即沉积岩在形成过程中产生的物质。常见者有方解石、白云石、海绿石、粘土矿物。(如高岭石、蒙脱石、水云母等)、石膏、岩盐、有机物质以及铝、铁、锰、硅的氧化物和钠、钾、镁的卤化物等。 3、认识沉积岩的结构、构造 沉积岩的结构是指沉积岩中各组成部分的形态、大小及结合方式。常见的结构有以机械沉积为主的碎屑结构;以化学沉积为主的化学结构;介于两者之间的泥质结构及以生物沉积为主的生物结构。 ⑴碎屑结构 就是各种碎屑物被胶结物胶结起来的一种结构。碎屑物指岩屑和矿物碎屑且包括碎屑颗粒的形态、大小、分选性等。胶结物通常是钙质、铁质、硅质和泥质。 碎屑颗粒大小又叫粒度,是碎屑岩分类的依据之一。常用粒级划分如下: 粒径>2㎜的称为砾(砾状结构);2~0.06㎜的称为砂(砂状结构);0.06~0.004㎜的为粉砂(粉砂结构);<0.004㎜的称为粘土。其中砂又再分为:巨粒2~1㎜;粗粒1~0.5㎜;中粒0.5~0.25㎜;细粒0.25~0.05㎜。 碎屑颗粒的形态又分磨圆度和球度。颗粒磨圆的程度与搬运的距离有关,也与颗粒的原始形状、理化性质、破坏条件有关。一般分为四级: 棱角状:碎屑颗粒棱角清楚; 次棱角状:略有磨蚀但棱角基本清楚; 次圆状:棱角不清楚,但原始轮廓尚可看出; 圆状:棱角消失,表面圆滑 颗粒的分选性可划分为良好、中等、差三个等级,其中大小均一者为分选性良好;大小悬殊者为分选性差;介于其间者为分选中等。砾石的形态则可依其自然状态来描述,如球状、扁球状、棱角状等。碎屑结构一般为碎屑岩及部分石灰岩所具有。 ⑵泥质结构 系颗粒直径小于0.004mm的碎屑或粘土矿物组成的结构,这种结构肉眼无法分辨,岩石外表呈致密状,是粘土岩常具有的特征。 ⑶结晶结构 为结晶的自生矿物镶嵌而成,为化学岩中常见的结构。按结晶颗粒大小可分为: 粗晶结构:颗粒>0.5mm 中晶结构:0.25~0.5mm 细晶结构:0.05~0.25mm。 如果结晶颗粒小到无法分辨时叫致密结构。 ⑷生物结构 岩石中含生物遗体或生物碎片达30%以上。为生物化学岩特有的结构。 ⑸内碎屑结构 碳酸岩盐特有的结构,碎屑来自海盆地内部,胶结物也为碳酸盐。常见的结构有砾屑、砂屑、鲕粒、豆粒(豆粒的直径大于2mm)。 沉积岩的构造是岩石成分和结构的不均一性所引起岩石在宏观上的特征。常见的构造有: 层理构造 是沉积岩的物质成分,颗粒大小或颜色差异而在垂直方向上所显示出来的成层现象。按形态可分水平层理、波状层理和斜层理。有的沉积岩由于层理厚度大,在一块手标本上反映不出成层现象,这就必须结合野外观察。在野外一般按绝对厚度划分为四级:块状(厚度>1m)、厚层状(厚度1~0.5m)、中层(厚度0.5~0.1m)、薄层状(0.1~0.01m)、极薄层(厚度<0.01m)。 层面构造 指表现在岩石层面上的特征。常见者有波痕、泥裂等。 波痕 岩层面上保存有原始沉积物受风或水的波浪作用造成的波状起伏痕迹。根据波痕形态可分为对称波痕和不对称波痕两类,它们反映了介质运动的性质和方向。 泥裂 岩石表面保存原始沉积物因干燥失水收缩而裂开的痕迹。常见于泥岩中,其特征是平面上看呈多角形裂缝,从剖面上看裂缝上宽下窄呈楔形,并经常被后来的沉积物所充填。 结核 在岩石中呈不规则或园球形,其成分与周围岩石成分有明显不同,如石灰岩中的燧石结核。 化石 是保存在岩层中石化了的古代生物遗体和遗迹,为沉积岩所特有,是确定地层时代和沉积物形成环境的重要标志。 此外,沉积岩的层面构造还有雨痕、盐迹、印模、缝合线等。 ㈡沉积岩的分类 沉积岩的分类是以成因和组成的物质成分和结构来划分的,一般分为: 碎屑岩类 是在内外动力地质作用下形成的碎屑物以机械方式沉积下来,并通过胶结物胶结起来的一类岩石。除正常沉积碎屑岩外,也包括火山碎屑岩。 沉积碎屑岩按粒度及含量分为砾岩、砂岩等。 砾岩 为沉积的砾石经压固胶结而成,碎屑物中岩屑较多。砾石也多为岩块(这种岩块可以是多矿岩组成,也可以是单矿岩组成)一般含量>50%。根据砾石形状又可以分为角砾岩(砾石棱角明显)和砾岩(砾石有一定磨圆度)。 砂岩 为沉积的砂粒经固结而成。它的颜色决定于成分,具有明显的层理构造和砂状碎屑结构。按砂状碎屑的粒度,可进一步划分为粗粒、中粒、细粒和粉粒结构,以此分别定名为粗砂岩、中粒砂岩、细砂岩和粉砂岩。砂岩主要成分是:石英、长石的矿物碎屑和岩屑。 粘土岩类 主要由<0.004㎜的碎屑物组成。这类岩石具有泥质结构,层理构造,当层理很薄,风化后呈叶片状,称为页理。具有页理构造的粘土岩就叫页岩,否则叫泥岩。 化学及生物化学岩类 这是一类由化学方式或生物参与作用下沉积而成的岩石。主要为盐类矿物和生物遗体组成,具有结晶结构,生物碎屑结构和层理构造。常见者多为碳酸盐,如结晶灰岩、鲕状灰岩、白云岩、生物灰岩等。 这里,主要列举碳酸盐岩作以介绍: 碳酸盐岩对碳酸盐类岩石(如白云岩和石灰岩)可用小刀刻划其硬度,用稀盐酸等物测试其化学成分,并观察其不同的结构、构造、表面特征及含化石情况。现将石灰岩与白云岩对比区别如下(表3-1)。表3-1 石灰岩和白云岩特征对比表
㈢肉眼鉴定沉积岩的方法 其具体步骤如下: 首先按野外产状、物质成分、结构构造,将沉积岩所属三大类型区分开。 确定岩石的结构类型。如确定为碎屑结构,就要进一步按粒度大小及矿物含量进一步区分。 确定颗粒大小的方法是同标准方格纸或与标准砂比较,定名时一般以含量>50%者作为定名的基本名称,含量在50%~25%之间者以X质表示;含量在25%以下者则以“含XX”表示。例如某岩石中的碎屑颗粒含量在80%以上,但砾级的只有20%其它则为砂级。根据上述原则,该岩石可命名为含砾砂岩。 确定碎屑的类型后,还要对胶结物的成分作鉴定。胶结物的成分可为泥质、钙质、硅质和铁质等单一类型,可以是钙—泥质或钙—铁质等复合类型。因多为化学沉积,颗粒细小,不易识别。肉眼鉴定时可用小刀刻划其硬度,观察其颜色,或用稀盐酸测试其化学成分中是否含碳酸钙等,并参考其固结程度来确定其胶结物成分(表3-2)。表3-2沉积岩的胶结物类型及其特征
对碎屑颗粒的形态(圆度和球度)也要鉴定描述。但除砾岩外,一般不参加命名。 鉴定岩石的物质成分及含量时,这里分两种情况: 其一是对碎屑岩、粘土岩、化学岩及生物化学岩,主要是鉴定岩石的矿物成分和各自的含量,方法是用肉眼或简单的化学试剂来鉴定矿物的理化性质(如矿物的形态、颜色、硬度、解理、光泽及滴酸等),以确定所含矿物的种类。然后在一定范围内目估(如用线比法)各矿物的百分含量,从而确定岩石的名称,如长石砂岩、白云质灰岩等。 其二是对含岩屑较多的岩石(如砾岩)就应鉴定出砾石的岩石种类,并注意各类岩石的砾石含量百分比。 鉴定岩石的构造:鉴定构造除少数标本上可观察到外,一般应到野外鉴定其层理构造和层面构造。 鉴定岩石的颜色:在描述岩石时要将岩石的新鲜面和风化面颜色予以分别描述。由于岩石往往是多种不同颜色的矿物组成的,因此描述的颜色应是岩石的总体颜色,绝非某种矿物的颜色。在描述用词上,习惯是将次要颜色写于前,主要颜色写于后,如黄绿色、黄褐色等。 综合描述举例:岩石的名称是按颜色+构造+结构+成分(或成分加结构)这个程序描述的。如石英砂岩:新鲜面为灰色,风化面为灰白色。具有厚层状(1~0.5m)层理。粗粒碎屑结构(粒度1mmz左右),磨圆度尚好,多呈浑圆状,分选性也好。碎屑成分主要为石英,含量达90%左右;长石,含量达10%左右,多风化成高岭土。岩石坚硬,系硅质胶结。根据以上描述,岩石的全名应是:白色厚层状粗粒长石石英砂岩。 对碳酸盐岩的命名,一般是结构加成分,如鲕状石灰岩。 五、作业: 独立描述所要求的沉积岩标本数量并填写实验报告(参见常见沉积岩描述)。 六、思考题 1.组成沉积岩的常见矿物有哪些? 2.何为碎屑岩?有哪些基本类型?各有何特点? 七、一些常见沉积岩岩石类型的简单描述 ㈠碎屑岩类 砾岩 具砾状结构,即50%以上的碎屑颗粒大于2mm。砾石滚圆者称砾岩,砾石棱角状称角砾岩。砾石主要由一种成分组成的称单质砾岩,如石英砾岩,砾石成分复杂者称复杂砾岩。 砂岩 具砂状结构,即50%以上的碎屑颗粒介于0.06~2mm之间。根据砂粒大小又可分为粗砂岩、中粒砂岩和细砂岩。按成分又可分为单矿物砂岩和复矿物砂岩。粉砂岩不易分辨碎屑颗粒,但断面较粘土岩为粗糙。它也可以有单矿物粉砂岩和复矿物粉砂岩之分。黄土则是未经固结的亚沙土,土黄色,松散状。层理不清,往往含碳酸钙结核,主要由长石、石英等粉砂组成。 上述碎屑岩如考虑胶结物的成分时,则命名前加胶结物作为形容词,如铁质石英砂岩(胶结物为铁质)。 ㈡粘土岩类 均为泥质结构,主要由各种粘土矿物组成。根据固结程度可分为如下三种: 粘土 为粘土岩类中几乎未经固结的一种松散的岩石,具有吸水性和可塑性,在水中极易泡软。如高岭石粘土、胶岭石粘土等。高岭石粘土是耐火材料和陶瓷工业的原料。 粘土岩 为粘土岩类中固结较紧的一种致密状岩石。吸水性和可塑性较弱,水中不易泡软。这种岩石又叫泥岩。 页岩 为粘土岩类固结程度很好的一种岩石,成页片状,无吸水性和可塑性,水中不能泡软。页岩可根据所含的次要成分来命名。如灰质页岩、铁质页岩、油页岩等。 ㈢、化学岩及生物化学岩类 主要是化学结构,有一些碳酸盐岩具碎屑结构,如竹叶状灰岩、鲕状灰岩。生物结构为主的较少见,这类岩石多为均匀的非晶质或隐晶质岩石,用肉眼看不出矿物颗粒,因此,用加盐酸起泡来区别出是否碳酸盐岩。硬度大于小刀的是硅质岩,根据颜色可大致确定是铁质岩、锰质岩,用加钼酸铵和硝酸发生黄色沉淀来确定磷质岩等。 碳酸盐岩 主要由钙镁的碳酸岩组成,分布广泛,在沉积岩中仅次于页岩和砂岩,结构以碎屑结构和化学结构两种为主,最主要的岩石有石灰岩和白云岩。 石灰岩 由碳酸钙组成的岩石,常为灰色,由于含有机质多少不等。颜色可由浅到黑色,一般比较致密,断口呈贝壳状,硬度不大,加盐酸起泡,常因结构不同而给予不同名称。如鲕状灰岩和竹叶状灰岩等。同时灰岩中含有粘土矿物、硅质等杂质,我们分别称它为泥灰岩和硅质灰岩。石灰岩用作冶金熔剂、建筑材料。 白云岩 为白云石组成的岩石。与灰岩相似,所不同者是白云岩加盐酸起泡很微弱,肉眼不易观察,但粉末加盐酸则起泡强烈。白云岩可用作冶金熔剂、耐火材料等。 沉积岩的野外鉴定方法(2010-04-08 1 碎屑岩:砾岩、砂岩、粉砂岩 粘土岩:页岩、泥岩 化学岩及生物化学岩:碳酸盐岩:石灰岩、泥灰岩、白云岩;硅质岩;铁质岩等 火山碎屑岩:火山角砾岩、凝灰岩 对照教材中所列沉积岩的主要鉴定特征,在肉眼下借助于放大镜、小刀等观察不同岩石类型的主要矿物成分、结构构造特征。 沉积岩是外动力地质作用形成的沉积物经过成岩作用形成的。沉积岩的特征主要通过其颜色、构造、结构和成分来认识,沉积岩一般呈层状。 按成因及成分可大致分类为: 1、碎屑岩类:包括正常的碎屑岩、火山碎屑岩;2、化学岩和生物化学岩。 一)沉积岩的颜色: 沉积岩的颜色往往反映了岩石的成分和形成的环境。白色的沉积岩多为纯净的高岭土、石英、方解石、盐类成分组成。深灰色-黑色一般说明岩石中含有有机成分或散状的硫化铁等杂质。是还原环境下形成的岩石;肉红色或深红色可能含有较多的正长石或氧化铁,是在氧化环境下形成的;含二价铁的硅酸盐组成绿色沉积岩,形成于弱还原环境。 沉积岩的系统分类表:沉 积 岩 分 类 表
二)沉积岩的构造: 层理和层面构造是沉积岩特有的构造。沉积岩因层理构造显示其非均匀性,层理有:水平的、波状起伏的、倾斜的、交错的等,肉眼看不到层理构造的为块状层理。层面构造是各种地质作用在沉积物表面留下的痕迹。常见的有波痕、泥裂、雨痕、虫迹等。 三)沉积岩的结构:沉积岩的结构与沉积岩的成因紧密相关可分为:碎屑岩具有碎屑结构、化学岩具有化学结构、生物成因的生物结构。 碎屑结构:按碎屑颗粒的直径大小又可分为: 砾状结构:>2mm 砂状结构:0.05—2mm之间 粉砂状结构: 0.O05—0.05mm之问. 泥质结构:<0.005mm。 化学结构:矿物是通过胶体溶液或真溶液中以化学方式沉淀而生成的结构,它可以是隐晶的,也可以是显晶的。 生物结构:岩石中几乎全部或大部分由生物遗体(如贝壳等)所组成. 四)沉积岩的矿物成分: 沉积岩中的常见矿物有二十多种,各类沉积岩中的矿物成分有较大差别。 碎屑岩由碎屑颗粒(岩石碎屑和矿物碎屑)和胶结物两部分组成。碎屑矿物主要为不易风化的石英、长石和白云母,而易风化的橄榄石、辉石、角闪石则少见。常见的胶结物有碳酸盐、氧化硅、氧化铁、泥质等.根据硅质硬度大,泥质较松软,钙质加稀盐酸起泡,铁质呈红褐色(三价铁)或灰绿色(二价铁)等持征,可将上述四种胶结物区别开。 化学及生物岩的矿物成分很多,常见的有铁、铝、锰、硅的氧化物和氢痒化物、碳酸盐(方解石和白云石)、硫酸盐(石膏等)、磷酸盐、卤化物等。但某一种岩石的成分比较单一,往往以某一种化学组分为主。 二、沉积岩的肉眼鉴定方法和步骤: 1、碎屑岩:具有典型的碎屑结构,观察描述以下内容: 1)颜色:要求指出岩石的总体颜色,并要区别新鲜面和风化面的颜色。 2)构造:看有无微层理和层面构造,一般以块状构造常见。 3)结构:碎屑岩具有典型的碎屑结构,由两部分组成:1、碎屑部分:描述碎屑颗粒的大小及含量,若为粗碎屑岩,描述砾石或角砾的大小、形态、磨圆度等。2、胶结部分:常见的胶结物有:黏土质:土状,岩石较松散,小刀可以刻动,并在水中可以泡软。铁质:使岩石呈紫红色或褐色。硅质:白色,硬度大于小刀,往往胶结紧密。钙质:白色加稀盐酸强烈起泡。 4)碎屑成分:常见的有:石英、长石、白云母及岩屑碎屑,确定碎屑成分及含量。 5)命名:碎屑岩按碎屑颗粒的大小先定出:砾岩、砂岩、粉砂岩、泥质岩,基本名称,再按碎屑粒级、成分细分。 2、泥质岩:泥质岩由黏土矿物组成,矿物颗粒非常细小,故在手标本中肉眼鉴定其成分是困难的。主要观察描写泥质岩的颜色和物理性质。 1)颜色:一般的泥质岩往往为浅色,混入有机质则显黑色,混入氧化铁呈褐色,含绿泥石、海绿石等为绿色。 2)物理性质:观察岩面断口、硬度、可塑性,在水中易否泡软,吸水性强弱等。 3)构造:观察岩石中有无层理、波痕、结核、泥裂等。 4)是否含有生物化石。 5)泥质岩易和粉砂岩混淆:肉限鉴定一般用手研磨岩石粉末,有无砂感予以区别。若无砂感者定为泥质岩。 6)命名:泥质岩本身的进一步分类根据固结程度、有无页理构造分为黏土、泥岩和页岩,有的还可根据颜色、硬度和滴酸起抱等进一步分为铁质、硅质和钙质页岩等。 3、化学及生物化学岩: 1)颜色:灰-灰白色居多,但往往随混入物而变化。 2)构造:应注意有无微细层理和层面构造,有无化石等。 3)结构:若为结晶粒状,要按粒度划分粗、中、细粒及其含量;若为生物碎屑,要分清生物种属及其含量。 4)断口:可反映岩石的固结程度和结构、构造。如岩石由显微粒状方解石或白云石组成,固结差的为土状断口,固结致密的为贝壳状断口,颗粒较粗大而均匀的则呈“砂糖状断口”颗粒较小不均匀而含有生物碎屑的则呈不平坦断口,若有显微层理则呈阶状断口。 5)硬度:一般小于小刀,如混入硅质,硬度增加。 6)遇酸反应:加酸起泡程度。 7)命名:化学岩和生物化学岩主要根据物质组成进—步分类命名,其中碳酸盐类岩还应根据钙、镁和黏土物质的百分含量(即与盐酸反应难易程度)以及碎屑的成分与结构进一步细分类。 (二)沉积岩肉眼鉴定描述举例 对岩石标本,依上所述步骤观察、描述完毕,最后应给予命名。为便于从岩石名称中反映出岩石特征,往往用岩石的全名称。 一般顺序是:颜色+构造+结构+成分。 变质岩的分类表
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