1、沉积岩石学第十章 硅质岩,成都理工大学沉积地质研究院,第一节 概论第二节 硅质岩的主要类型第三节 硅质岩的成因第四节 硅质岩的成岩后生变化,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形成的富含二氧化硅(一般超过70%)的岩石。 其中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岩。,硅质岩在自然界中的分布较广，位居沉积岩中第四位，前三位依次是：页岩、砂岩、石灰岩。,一、概念：,二、成分特征,1、化学成分：,主要是: SiO2（70% ）和 H2O,其它氧化物: Fe2O3(含量可高达10% )、Al2O3(可高达8%)、MgO、CaO
2、 等,2、矿物成分：,蛋白石、玉髓、自生石英,隐晶质、微晶质蛋白石,微晶质玉髓,显晶质石英,化学成分：SiO2nH2O ，矿物成分：为一种含水的非（隐）晶质或胶质的二氧化硅，化学沉淀或生物成因,（1）蛋白石,内部具球粒结构，集合体多呈葡萄状、钟乳状。玻璃光泽、珍珠光泽、蛋白光泽。性脆，易干裂，贝壳状断口。在长波紫外线照射下，不同种类的蛋白石发出不同颜色的荧光。,蛋白石是天然的硬化的二氧化硅胶凝体，含水量一般为310，是一种具有变彩效应的宝石，与多数宝石不同，属于非晶质，会由于宝石中的水分流失，逐渐变干并出现裂缝。,opal,（2）玉髓,化学成分：SiO2nH2O ，隐一微晶及至细晶石英的集合体
3、，通称为燧石。玛瑙和玉髓均为隐晶质石英，矿物学中统称为玉髓。宝石界将其中具纹带构造隐晶质块体石英称玛瑙，如果块体无纹带构造则称玉髓。,（3）自生石英,二氧化硅，为化学沉淀或蛋白石重结晶,（4）其他混入矿物,常见的有粘土矿物、碳酸盐矿物、氧化铁等。,3、结构、构造和颜色,硅岩具有非晶质结构、隐微晶结构、生物结构、纤维状结构、碎屑结构、鲕状结构、隐藻结构以及交代结构,（1）结构特征,硅岩的构造和产出形态多种多样，常见层状、透镜状、结核状、条带状和团块状。华东石油学院对我国华北震旦亚界燧石岩进行过详细的研究，并按其产出形态划分为层纹状、条带状、结核状、团块状和放射状五种类型（见表152）。,(2)
4、硅岩的构造,层状硅质岩,结核状硅质岩,硅质岩与其他化学岩共生时，也常见各种类型层理及波痕等。,(3) 颜色,硅岩的颜色多姿，且随岩石中所含的杂质而异，常见灰黑色、灰白色，有时可见灰绿色、红色等色调。 总体上，硅岩致密坚硬且性脆，化学性质稳定,抗风化能力强。当与其他岩类共生时，常突出于岩层风化面之上。,第一节 概论第二节 硅质岩的主要类型第三节 硅质岩的成因第四节 硅质岩的成岩后生变化,硅质岩的主要类型,硅藻土(或硅藻岩): 主要由硅藻遗体组成，以蛋白石为主。海绵岩: 硅质海绵骨针组成，多为蛋白石。放射虫岩: 由硅质放射虫壳组成。板状硅藻土和蛋白土: 由蛋白石组成。燧石岩: 最常见，由微晶石英和
5、玉髓组成。碧玉岩: 矿物成分是自生石英，可含有少量生物遗体。硅华: 典型的化学成因硅质岩，常形成于火山作用后期温泉喷出地表处。,一、硅藻土(或硅藻岩),硅藻土主要由古代的硅藻遗体组成。主要化学成分是含水的SiO2。矿物成分主要为蛋白石A,(1)硅藻土质纯者呈白色，但常被铁质或有机质染成黄色或暗灰色甚至黑色。,(3)孔隙度甚高，吸水性强，可粘舌。,(2)岩石外貌呈土状，结构疏松，质软而轻，比重只有0.40.9；,(4)在显微镜下具生物结构，一般层理不明显，有时可见水平层理。,硅藻土单偏光（300）,正交偏光,大部分硅藻土产于第三纪以来的海相或湖泊相的地层中，少数分布于白垩纪的地层中。多与粘土岩、
6、泥灰岩共生，有时与火山岩共生。 年代较老的地层中硅藻土一般均转变为板状硅藻土或蛋白土，最终渐变至燧石岩。现代硅藻主要分布在两极及中纬度的海洋中，并与洋流分布有关。,形成环境,二、海绵岩,海绵岩主要由硅质海绵骨针组成，矿物成分主要为蛋白石。,海绵为多孔动物门生物的统称，是世界上结构最简单的多细胞动物。,外貌为细粒状，呈灰绿色或黑色，疏松的海绵岩胶结程度较差，其中夹有粘土和砂。坚硬的海绵岩其内的骨针被蛋白石、玉髓等硅质矿物所胶结，以海相成因为主。,三、放射虫岩,放射虫岩主要由硅质放射虫介壳组成，可分为疏松的和坚硬的两种: 疏松的变种外貌很象硅藻土，质软，灰或黄灰色;坚硬的放射虫岩中的放射虫介壳完全
7、被氧化硅胶结。 除放射虫外，还可有硅藻、海绵骨针、海藻、有孔虫等生物遗体；并常有粘土矿物，以及方解石、海绿石、碎屑石英等混入物。,放射虫:单细胞原生动物，因为具有放射排列的线状伪足而得名,四、蛋白土（蛋白岩）和板状硅藻土（粉蛋白岩）,两者成分主要都是蛋白石，常由成细小的棱角或球粒状质点(0.010.001mm)的集合体。多数具有微孔构造，呈透镜体产出。 它们与硅藻土或蛋白石质放射虫岩不同之处在于：不含或含极少硅质生物遗体。除蛋白石外，还可有粘土、碳酸盐、黄铁矿、海绿石、沸石、玉髓、方英石、碎屑石英及有机质等。,蛋白石球块,板状硅藻土,五、燧石岩,这是最常见的一种硅质岩，其成分主要为玉髓和自生石
8、英，年代较新者可为蛋白石；还常有粘土、碳酸盐及有机质等混入物；并可有少量硅质生物遗体。燧石是一种致密坚硬、常具贝壳状断口的隐晶质或微晶质岩石，颜色以灰色、黑色等暗色为常见，也有呈黄色、红色、白色者。,显微镜下观察燧石是由微晶石英组成的,颜色因含杂质不同而变。显微镜下纯净燧石是一种无色的微晶石英集合体。,燧石形成于三种不同类型的地层单元：,碳酸盐岩中的燧石结核稳定地区的层状燧石超盐度湖泊环境的燧石,按产状可将燧石分为两大类：,层状燧石结核状燧石,结核状燧石,六、碧玉岩,碧玉岩主要矿物成分是自生石英，可含有少量生物遗体，如放射虫、海绵骨针等。 含氧化铁杂质的,称铁质碧玉岩,常呈红色、绿色或黄色；含
9、有机炭的，称炭质碧玉岩，常呈黑色；燧石岩和碧玉岩在元古宙的地层中经常出现。,红碧玉岩,碧玉岩,三江彩卵石，又名红彩卵石、三江石，产于广西柳州地区三江县境内融江河段及上游龙胜县境内大地和侗烈等地。该石属碧玉岩类，石质坚硬细密，硬度为6.57度，表面润泽光滑；以黄、红、紫为主色调。,七、硅华,这是一种典型的化学成因硅质岩，常形成于火山作用后期温泉喷出地表处。 硅华呈多孔状、色浅，其中二氧化硅含量不定，常有各种混入物，除较多的氧化铝外，还可有各种其它元素。,第一节 概论第二节 硅质岩的主要类型第三节 硅质岩的成因第四节 硅质岩的成岩后生变化,第三节 硅质岩的成因,涉及四个方面内容：1SiO2的来源（
10、陆源、火山作用、生物）2硅质岩的形成方式3硅质岩的形成阶段4硅质岩沉积时的水深,1、来自大陆上硅酸盐及铝硅酸盐的化学分解产物（主要来源）2、由海底火山喷发及深层热液物质。3、生物硅质介壳和骨骼（生物的硅质骨骼、壳体或碎片）,一、二氧化硅的来源问题,赫西（HesseR，1988）总结有三种来源：,在前寒武纪，甚至在30亿年以前的沉积中，不断发现了生命的遗迹。如在北美、南非和澳大利亚等地的寒武系燧石条带和碧玉岩中，都发现类菌藻类的丝状体、杯状体及球状体等的化石遗迹（Enge1，1968；Lebege，1967，1973；Knoll and Barghoorn，1977）。我国鞍山群、五台群、震旦亚
11、界等地层中，也陆续发现不少类菌、类藻、古孢子等生物化石。据研究，这些低等的菌、藻类通过光合作用，能分泌一种粘液物质，并以捕获或粘集水体中的SiO2胶体质点的方式形成硅质沉积物。前寒武纪一些硅质叠层石的形成与这种作用有关。,有机成因生物和生物化学作用,无机成因化学作用，包括交代作用,2硅质岩的形成方式,（1）生物和生物化学作用方式,硅质生物（硅藻、放射虫、硅质海绵等）具有直接从海水中吸取硅质，通过对悬浮在水体中铝硅酸盐质点进行腐蚀和分解，从中吸取SiO2 ,以组成它们自身躯壳的机能。 硅质生物在繁殖过程中往往受水体环境的控制，如海水的温度、盐度、深度等因素，并可随季节性的变化而发生周期性的盛衰。
12、有人曾作过统计，在广海的富含硅质生物的表层水中，氧化硅的含量季节性地在0.52.0mgL之间波动。此外，与洋流和火山活动也有密切关系。,（2）化学作用方式 根据地球的发展演变规律性推断，在古代海洋中二氧化硅的浓度很可能超过非晶质二氧化硅的溶解度，所以就会发生无机的二氧化硅沉淀（Degells，1964）。这种沉淀主要通过蒸发作用使海水中的SiO2浓缩，达到或高于饱和度时发生凝聚而沉淀下来（Barchert，1966；James，1974，Holland，1974）。有人认为只要水介质中存在大量的电解质，那么水介质中的硅质便可吸附及沉淀在胶体和悬浮的无机质点上。这样，可溶的质点就可以与无机质点一
13、起进行搬运，并在合适的条件下沉积于海底（Bien，GA等，1959）。,尤斯特尔（Eugter，1967）等人提出了一个湖相模式（包括干盐湖和淡水内陆湖模式）： 认为咸水湖水中的SiO2浓度可高达2700mgL，由于蒸发作用使非晶质SiO2NaSi7Ol3（OH）33H2O的沉积，而后再经长期脱水、脱钠，先形成硅酸钠凝胶会转变成燧石。在东非的马加迪湖底的更新世沉积中，已发现有大量燧石及结核层。 另外，海底火山喷发物，经海解作用而分解出大量的SiO2，可使局部地区海底达到或高于SiO2的饱和度（100120mgL）而发生沉淀。该机理可用于解释地槽区的碧玉岩和硅岩层的成因。对不含生物或含得极少的硅
14、质岩，以及前寒武纪的硅质岩，很难用生物来解释其成因，只有归因于氧化硅的化学沉淀。 ,控制SiO2溶解、沉淀的主要因素为温度、pH值 实验分析证明，在2122的平衡条件下溶液中SiO2含量连续70d保持在100150mgL；随温度升高，溶解度加大，在150时超过600mgL。当pH值小于8时，其溶解度低或基本保持不变；pH值大于8以后，其溶解度及溶解速度都迅速增高。,（3）交代成因方式 在碳酸盐岩中，常见经硅化作用而形成的交代硅质岩。 硅化主要是在交代作用过程中进行的，它发生在同生、成岩、后生的各个作用时期，经常与之发生交代的矿物主要为方解石、白云石、石膏、硬石膏等，有时也交代生物化石。自然界中
15、常见硅质矿物与碳酸盐矿物相互交代。其反应式为： CaCO3H2OCO2H4SiO4SiO2Ca2+2HCO32H2O交代硅质岩往往继承原岩的许多特征，如交代硅质岩的颜色和结构一般与原岩相一致。SiO2的交代又具有明显的选择性，一般总是优先交代生物遗体或富含有机质及孔隙度高的部分；在粒屑灰岩中，其胶结物常常先被交代。有人认为有机质分解过程中产生有机酸，在其周围形成弱酸性环境，有利于SiO2沉淀与交代。碳酸盐岩中的燧石结核多数为交代作用的产物。,三、硅质岩的形成阶段,燧石结核的成岩交代证据主要有： 燧石沿石灰岩裂缝分布； 结核形状极不规则； 结核中残留有碳酸盐斑块，或保留有白云石的菱面体晶形； 保
16、存有碳酸盐岩的残余结构构造； 硅化生物与燧石共生，且完好地保留有被交代生物壳质结构，结核与围岩 中生物遗体排列具有一致性； 某些燧石沿碳酸盐岩内一定的带分布，也有的燧石沿水下沉积间断面分布，见有交代虫孔及硬底岩石现象； 如为交代膏盐沉积的燧石，则多由正玉髓组成，具有斑马状构造、鸡笼铁丝网状构造的假象，并含膏盐微晶包体。,原生沉积： 生物成因的硅质岩、碧玉、硅质板岩及部分层 状燧石成岩期产物：结核状燧石,四.硅质岩沉积时的水深,硅质岩有深水沉积也有浅水沉积。,第一节 概论第二节 硅质岩的主要类型第三节 硅质岩的成因第四节 硅质岩的成岩后生变化,无论是以生物或非生物成因的原始硅质沉积物，均由一种含
17、水的结晶质SiO2蛋白石组成，在成岩期经过脱水和重结晶作用而转变为玉髓和石英。随着埋藏深度和地温的增加，蛋白石的水分子逐渐被排出，在一定浓度梯度影响下，化学质点发生重新排列组合，形成新的结晶质点和晶体，即所谓重结晶作用。,1、硅化作用 硅化作用是自然界很常见的一种地质现象，这一作用对于碳酸盐岩和碎屑岩储集层的孔渗发育影响比较大。硅化主要是在交代作用过程中进行的，它可发生在同生、成岩、后生的各个作用时期，经常与之发生交代的主要是方解石、白云石、石膏、硬石膏等类矿物，有时也交代生物化石。硅质与碳酸盐矿物相互交代更为普遍。 SiO2的交代有明显的选择性，一般总是优先交代富含有机质或多孔隙的部分。有机
18、质分解过程中产生有机酸，在其周围形成弱酸性环境，有利于SiO2的沉淀与交代。我国南方二叠系石灰岩的生物化石非常发育，SiO2常常围绕它们交代和聚集成燧石结核、团块或薄层，燧石中包裹的骨壳较好地保存了生物壳层的内部结构。在广西桂中地区上二叠统中少数含生物红藻屑石灰岩硅化极好，已成硅质岩层，原来的钙质生物红藻、珊瑚、蜓、苔藓虫、有孔虫、介形虫等，硅化后均完好地保存了它们的原始骨骸结构。,硅质交代钙质生物由易至难的一般顺序为：苔藓类四射珊瑚床板珊瑚棘皮类有孔虫钙质海绵伞藻。 在其他类型沉积物（岩）中的硅化也是一种很有趣的现象。埋藏于河流相砂砾岩中的树干常硅化成硅化木，但与粘土岩共生的泥炭沼泽相中的植
19、物残骸却常常碳化。这是因为碳化作用所需要的是封闭系统，而砂砾岩具良好的孔隙度，近似一个开放系统，有利于矿化的渗透水中的硅质进行交代。煤系地层中碎屑岩的硅化是因为在有机质转化为煤的过程中，造成了酸性的介质条件所致。 硅质交代的产状还常常受围岩的结构、构造控制。在纹层发育的石灰岩或白云岩中，硅化常沿层纹进行，这种硅化多发生于成岩早期。,2、去硅化作用 成岩后生阶段，硅质成分也可被碳酸盐或粘土矿物交代，即去硅化作用。其简要的机理是硅质石灰岩（或白云岩）、钙质（或白云质）砂岩在后生阶段继续脱水，介质性质由弱碱性（pH9）变为强碱性（pH9）时，方解石或白云石将交代硅质部分，以及产生硅质或石英颗粒的溶蚀构造。这一现象在华北古生界或中、上元古界地层中也较常见。,总之，从成岩早期至后生作用阶段，在酸性介质条件下，易发生硅化作用；在碱性介质条件下，易发生去硅化作用。而在整个变化过程中，也是由早至晚，由弱至强，由简单到复杂的连续过程，并与岩石性质、埋藏深度、地温变化、循环水性质等因素有密切关系。,要点,1、硅质岩的概念2、硅质岩的主要类型,
