讲课演示稿2-岩芯描述的地质学基础

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1、岩芯编录、描述与取样 （之二）,杨子赓2007年10月,第二讲 岩芯描述的地质学基础,引言 沉积学基础 层序地层学基础,引言,描述岩芯的沉积学基础是一个广泛的命题，建议参考何起祥等编著的中国海洋沉积地质学 （2006）第一篇总论。本讲内容多摘自该书，并参考了刘宝珺、曾允孚的岩相古地理基础和工作方法（1985）。第一讲对描述岩芯的8个问题进行了介绍，现仅就碎屑沉积物的结构和构造两项内容 撷其要者简述之：,陆源碎屑沉积物的结构,沉积物的结构是非常重要的成因标志。描述的主要内容是：颗粒大小；颗粒形态；颗粒表面特征；杂基和胶结物的结构。,颗粒大小,肉眼鉴定碎屑沉积物的颗粒大小和分布，依靠手感，并借助于

2、1020倍的放大镜。熟练的地质人员可以成功地分辨出砂中的粗砂、中砂、细砂，砂质沉积物和泥及泥质沉积物，但凭肉眼鉴别出粉砂质或黏土质的可靠度甚低。只有黏土（按Folk）塑性极强，在潮湿状态时可搓成1mm直径的细条，并饶手指一圈而不出现裂纹。 现场的涂片鉴定可以弥补肉眼鉴定之不足。,至于沉积物的粒度参数，有赖于粒度分析。建议在整理资料时应用概率累计曲线。并再次提醒大家小于46的颗粒大多属于悬浮组分，有些甚至呈胶体状态搬运，它的运动学和动力学机制绝对不同于粗粉砂以上粒级的推移搬运机制；颗粒在水体中的沉降也远远滞后于粗于46的颗粒。水愈深分异就愈明显。因此一个样品中粗、细组分常常是不同时期的。将粗于4

3、6的颗粒的分析解释方法简单地用于细颗粒的动力学分析是非常危险的。将粒度曲线中细组分的的峰值，与粗组分的峰质一并称为“双峰”或“多峰”也是错误的。,颗粒形态,通常观察描述碎屑颗粒形态是指颗粒的圆度、球度、和形状。 肉眼观察描述时球度只在细砾以上级别的颗粒和片状矿物中描述。 圆度应用Ressel和Taylor的碎屑颗粒标准圆度分级，分为5级，即：棱角状、次棱角状、次圆状、圆状和极圆状5级，可以根据颗粒角、棱、面的磨蚀程度肉眼判断颗粒的圆度。,Ressel和Taylor的 碎屑颗粒标准圆度分级,颗粒的表面特征,在肉眼或显微镜下，甚至扫描电子显微镜下才能看到的沉积物颗粒表面微细结构。 主要的观察对象是

4、石英砂颗粒，石英颗粒在于透明无解理，硬度较大各向均一，不易产生矿物表面自身特征造成的形态干扰，又是碎屑沉积颗粒的主要成分，其表面特征最能反映颗粒表面经历的动力状态。 它是20世纪60年代发展起来的研究沉积动力环境的新方法。,石英砂颗粒表面形态主要包括颗粒的磨光度，显微刻痕或蚀痕，机械撞击的坑槽、断口，化学溶蚀、化学沉淀和再结晶。 1968年，Krinsley和Donahue总结了石英砂表面结构及其成因意义。虽然石英砂颗粒表面结构特征的扫描电子显微镜研究是一项专门的研究，但它仍然是由沉积学家来完成。因此在描述岩芯时，就要选择适当的采样层位。,石英砂颗粒表面结构特征及其成因意义,下面几张图片是在南

5、黄海的QC2孔和若干柱状样中应用扫描电子显微镜进行石英砂的表面特征研究的结果，取得了对沉积环境解释的有效成果。,潮流砂的石英颗粒扫描电镜相片,A QC2-11，次圆状，具阶梯状解理，有撞击坑，凹处有次生硅沉淀。 D QC2-16，次圆状，具阶梯状断口，有大量V形撞击坑和少量刻痕，粒脊、边角溶蚀圆化。,B QC2-14，次圆状，具贝壳状断口，较老的凹面密布溶蚀网纹，撞击面上有V形坑、贝壳状断口、阶梯状断痕，可见颗粒脊溶蚀圆化，表面有零星硅质沉淀。 C QC2-15，图QC2-14局部放大，可见颗粒脊溶蚀圆化。,E QC2-37，极圆状，表面具V形撞击坑和少量刻痕，具阶梯状断口，粒脊、边角和刻痕均

6、溶蚀圆化，有小的溶蚀坑。 F QC2-39次棱角状，具阶梯状断口和贝壳状断口，左下角有一明显的撞击坑，及放射状粒脊，粒脊和边角均已溶蚀圆化。右侧较老的表面具网状溶蚀纹。,潮间带石英砂颗粒的扫描电镜相片,H QC2-73，次棱角状，方形，具鳞剥现象，表面布满瘤状溶蚀网纹和溶蚀坑。 I QC2-75，碟形坑局部，碟形坑内外叠加了大量小型V形和圆形撞击坑，颗粒粒脊和边角溶蚀圆化，左下侧具溶蚀圆化的阶梯状断口。,J QC2-81，碟形坑局部，碟形坑内外叠加了大量小型V形和圆形撞击坑，颗粒粒脊和边角溶蚀圆化，左下侧具溶蚀圆化的阶梯状断口。L QC2-90，极圆状，磨圆度高，表面具有大量V形和圆形撞击坑。

7、,河流相沉积石英砂的扫描电镜相片,M QC2-47 次圆状，表面布满溶蚀坑、溶蚀槽、溶痕和溶蚀网纹（河漫滩风化石英砂颗粒）。N QC2-67 次棱角状，具碟形和V形撞击坑、贝壳状断口和阶梯状断口，粒脊轻微圆化，表面附着少量次生硅质结晶，底面残留圆滑的颗粒表面（河床相沉积石英砂颗粒） 。,O QC2-96 次棱角状，具碟形坑和清晰的贝壳状断口和阶梯状断口，颗粒边角磨圆，粒脊清晰，稍圆化，极少附着次生硅。 P QC2-97 图QC2-96的局部放大（河床相沉积石英砂颗粒） 。,感潮段河流河床相沉积石英砂颗粒,R QC2-119 次圆状，具V形撞击坑和碟形坑，表面溶蚀强烈，布满溶蚀网纹，粒脊和边角均

8、圆化，具鳞剥现象，有次生石英结晶附着。 S QC2-120 图119的局部放大。,三角洲前缘沉积的石英砂颗粒,T QC2-112 次圆状，具碟形坑和少量V形坑，表面溶蚀强烈，布满蜂窝状及瘤状溶蚀网纹、溶蚀坑，具鳞剥现象，粒脊和边角均圆化，有次生硅结晶。,杂基和胶结物的结构,沉积物的杂基（又称基质）是指颗粒组分在粒度分布上不连续的细粒组分，在砂屑沉积中是指小于5细粉砂黏土的悬浮组分。杂基在沉积物中起着支撑主碎屑颗粒的作用。,杂基分为原生的和次生两种： 原生杂基与主颗粒同时沉积形成，是沉积动力环境的重要标志，代表沉积物形成时介质的浑浊度，亦反映沉积介质的物理化学条件。,次生杂基是沉积后形成的杂基，

9、有孔隙水沉淀形成的和外来物质加入形成的，还有沉积物压实固结过程中泥化形成的假杂基，都是次生杂基。 当利用杂基进行沉积粒度分析时，应区别杂基性质，排除次生杂基。,胶结物是指化学或胶体沉淀的产物，它也有原生和次生之分。前者产生于同生阶段，后者产生于成岩后生阶段。,支撑类型分杂基支撑和颗粒支撑两大类： 杂基支撑的基质含量一般大于15%，颗粒孤立分散在杂基中，杂基是原生的，说明沉积介质浑浊度很高。 颗粒支撑是指沉积颗粒紧密接触，基质仅存于孔隙中，大部分是成岩或后生阶段形成的次生胶结物。 胶结物结构需通过显微镜观察确定。,海洋陆源碎屑沉积物的构造,沉积构造是重要的沉积成因标志。 沉积构造分为三类：层理构

10、造， 层面构造，变形构造。,描述层理构造的术语：,层理是层的内部构造。它通过沉积物的成分、结构、和颜色的突变或渐变显示沉积层的内部特征。 组成层理的最基本单元是细层，是某种水流流动形式在稳定条件下形成的最小沉积单元，其厚度由不足1mm到数厘米。 层系是由多个结构、成分、厚度和形态相近的细层组成，其上下都有层面限制。 当同一水流形式在一段时间内保持稳定，若干个相似的层系叠置称为层系组。,层理的组成单元和相关术语,A-细层 B-层系 C-层系组,理构造层,层理构造包括如下基本类型： 水平层理 平行层理 波状层理 压扁层理 交错层理 丘状层理 递变层理 块状层理,水平层理,水平层理 指细层呈直线状相

11、互平行且与层面一致，由细粒沉积物组成。常常是不同颜色的泥质细层互层，亦可由矿物成分不同的细层或粒度不同的细层组成，有时则是片状矿物水平排列引起的。 水平层理是细粒沉积物是在静水环境中垂向加积作用所致，它不与粗粒碎屑沉积物的交错层理共生。常发现于澙湖、海湾中，在浅海中出现在风暴浪基面以下。,南黄海钻孔岩芯泥质沉积中的水平层理,A. QC2 孔孔深46.15-47.93m的浅海相泥质沉积层中的水平层理； B. QC2孔孔深64.50-64.76m滨岸盐沼相下部锈黄色粉砂质黏土和黏土层沉积中的水平层理，处于氧化环境； C. QC2孔孔深 64.06-64.50m滨岸盐沼相上部灰色粉砂质黏土和黏土层沉

12、积中的水平层理及根孔，处于还原环境。,平行层理,平行层理与水平层理形态相似，但是由粗粒的碎屑沉积物组成。常与大型交错层理共生。平行层理是高速水流的产物，属于上部流态范畴。绝不可与水平层理混同。,与槽状交错层理共生的平行层理,平行层理,平行层理,波状层理（浪成沙纹）,细层呈相互平行的波状，层系界面也呈与细层平行的或交切的波状。 它形成于浪基面以上浅海震荡环境，是牵引流的产物，称浪成波状层理（浪成沙纹）。 高速单向水流亦能形成不对称的波状层理，它属于上部流态的同向波（wave in phase），是浅海高能环境的标志。 从沉积序列和共生沉积构造，可以区别浪成波状层理和同向波波状层理。,波状层理 （

13、浪成沙纹）,南黄海震荡环境下的浅海细砂粉砂质细砂沉积中的波状层理（浪成沙纹）。,潮汐层理,潮汐层理包括： 压扁层理（脉状层理） 透镜状层理 波状层理（潮汐波状层理）,压扁层理（脉状层理）,属于潮汐层理； 是砂、泥质沉积层中常见的层理类型； 层系界面呈波状起伏，在砂质沉积物形成的沙波的波谷内有压扁的泥质沉积物透镜体。,透镜状层理与波状层理,向上泥质增多，变成以泥质为主的沉积细层夹互不连接的砂质沉积透镜体，则称为透镜状层理。 它们的过渡类型是砂质透镜体连接成波状起伏的细层与波状起伏的泥质细层相间，形成波状层理（也称潮汐波状层理）。但它以含泥质细层为特征而不同于浪成波状层理和同向波波状层理。,压扁层

14、理潮汐波状层理透镜状层理均以泥、砂间歇性出现说明水流强度发生了间歇性变化。因此，此类层理是潮汐环境、潮汐三角洲环境和潮间带沙坪环境的指相性标志。,压扁层理，潮汐波状层理， 透镜状层理示意图,a-压扁层理 b-潮汐波状层理 c-透镜状层理,南黄海钻孔岩芯中的几种潮汐层理,双黏土层（double mud drapes）和束状体（bundles）,梁瑞仁（1981）提出的识别潮坪沉积的标志性构造,涨潮落潮形成砂质沉积物，憩潮形成泥质沉积物，一个潮周期的两个憩潮期形成两个泥质层称为双黏土层； 一对黏土层之间的细砂称为束状体。,双黏土层与束状体 A,B,C,D是双黏土层与束状体的多种形态,小潮期间形成的

15、束状体较薄，粒度分选差，大潮期间形成的束状体较厚，粒度分选好。 双黏土层的泥质沉积物保存情况很不一致，有的底部黏土层被侵蚀，有的黏土层未被完全侵蚀而残留下泥条（C），有的上部黏土层被侵蚀（A）。,砂 泥,双黏土层与束状体形成机制,倾斜面代表加积的前积层崩落面； A,B,C,D示双黏土层与束状体形成过程。,交错层理（斜层理）,交错层理形成于流动介质中，由一系列与层系界面斜交的的细层组成。层系互相重叠、交错、切割。由于其形态复杂多变，分类简繁杂存，名词冗繁。 1953年Mckee和Weir的分类比较经典，他们将交错层理分为简单交错层理、板状交错层理和槽状交错层理三类：,简单交错层理,简单交错层理规

16、模不大（30cm），层系界面一般不是侵蚀面，界面下凹，层系轴前倾，层系呈较对称的透镜状，层系倾角较大（20）。 它代表水流强度相对较弱的沉积环境。,板状交错层理,板状交错层理由平直脊线的沙波沿底床移动，前积加积形成。 其规模中等，一般为30 cm6 m，1m形成小型板状交错层理，波高2m，水深5m形成大型扳状交错层理。 层系底界面是平直的板状侵蚀面，层系呈板状，细层平直。,由平直脊线的沙波沿底床移动形成的 大型板状交错层理,板状交错 层理实例,QC2孔中河床相粗砂沉积的板状交错层理,槽状交错层理,槽状交错层理由弯曲脊线的沙垅沿底床移动，前积加积形成。 规模最大（6 m）。 层系底界面是下凹形侵蚀面，横切面上层系呈舟状，细层为平行于界面的下凹槽状；纵切面上层系呈楔状，层系倾角20，细层单向倾斜。,由弯曲脊线的沙垅沿底床移动形成的大型槽状交错层理,南黄海钻孔岩芯中的 槽状交错层理和平行层理,