1、第五节 砂岩,Sandstones,一 砂岩的一般特征,砂岩主要由砂（20.1mm的陆源碎屑颗粒）组成的碎屑岩，其中砂的含量50%。,General characteristics of sandstones,砂岩的特点,碎屑成分较为复杂，以轻矿物为主，重矿物1%。砂级碎屑以Q为主，其次是F和R，有时含云母和绿泥石等。,结构上，由砂级碎屑、基质、胶结物和孔隙组成。,化学成分极不一致，取决于碎屑组分和胶结物成分。与岩浆岩相比，砂岩中SiO2含量很高，而Al2O3大为减少。, Q/(F+R),ZTR指数锆石(Zircon)、电气石(Tourmaline)和金红石(Rutile)三种矿物占透明矿物的
2、百分含量。,砂岩成熟度的标志:,二 砂岩的分类,Classification of sandstones,就分类依据的组分而言，概括起来，可大致分为三组分和四组分两种体系。,（1）三组分体系,主要是根据砂岩的三种砂级碎屑组分，如Q、F、R，对砂岩进行分类。如克里宁（1941，1948）、福克（Folk, 1954，1968）、麦克布赖德（Mcbride, 1963）等以及前苏联的一些分类。,克里宁（1948）的分类以来源区和构造变动为分类准则,缺点：云母和绿泥石常常是在成岩和后生阶段由粘土矿物转变而成的，并非原生陆源物质。,三端元,石英+硅质岩屑代表岩石成熟度,长石+高岭石代表母岩性质,云母+
3、绿泥石表示构造变动强度,福克（Folk, 1954）的分类强调来源区的母岩类型,三端元,石英+硅质岩(Q)表示沉积来源,长石+火成岩屑(F)表示火成来源,云母+变质岩屑(M)表示变质来源,福克1968年的分类则偏重于母岩类型和矿物成熟度两个因素，端元组分的选择、分类界限和岩石名称的确定都有较大的变动,缺点：a 把云母看成都是变质成因的； B 把岩屑分成火成及变质两类，复杂化!,（3）原北京石油学院（1965、1977）分类 三端元：石英（包括少量脉石英）、长石、岩屑+碎屑云母。,该分类简单方便，但石英砂岩中各亚类的石英含量普遍偏低，混合砂岩的提出混淆了本来可以明确的源区母岩性质。,（2）四组分
4、体系,除了考虑碎屑成分外，还把粘土基质作为一个组分，引入到砂岩分类中来，如裴蒂庄（Pettijohn, 1949, 1954,1975）、吉尔伯特（Gilbert, 1955）和岗田博有（Okada, 1971, 1972）等人的分类 。,吉尔伯特 (Gilbert,1955)的砂岩分类,粘土基质10%的，分选不好的混杂砂岩杂砂岩（wacke）,粘土基质10%的，分选良好的纯净砂岩砂屑岩（arenite）,裴蒂庄( Pettijohn,1975)的砂岩分类,基质15%的杂砂岩,基质15%的砂屑岩,首先把反映成因的来源区、矿物成熟度及流动因素（介质的密度和粘度）作为砂岩分类的准则。,然后再以砂岩
5、的主要碎屑组分石英（Q）、长石（F）、岩屑（R）为三个端元，进一步分类和命名。,裴蒂庄( Pettijohn,1975)的砂岩分类,（3）主要问题,（1）粘土基质的处理：当分类组分还是当泥质胶结物（2）端元组分的组合方式：不同组合方式中成分相同成因不同（3）三角图解的形式及其划分：三角图解内的分类界限有分歧（4）辅助三角图的采用：是否采用辅助三角图（5）关于硬砂岩：硬砂岩含义混乱,2、本教材建议的分类,Proposed classification of sandstones,(1) 分类的原则和依据,理想的分类应当兼顾描述和成因两个方面,原则：首先选择在客观上能够鉴定而又最能联系岩石成因的特
6、征作为分类依据，应适当考虑分类方案既适用于野外工作，又适用于室内研究。,砂岩的分类应当反映岩石生成的三个主要问题，即：,来源区母岩性质,搬运和磨蚀的历史，即岩石的成熟度,沉积时介质的物理条件，即流动因素,从具体标志来说，可选择砂岩中的石英、长石、岩屑和粘土基质四种组分作为分类依据。,不稳定组分可以反映物质来源，F / R(来源指数)可以反映出来源区母岩组合的基本特征。,搬运和磨蚀的历史可以通过稳定组分和不稳定组分的相对量比,介质的物理条件（密度和粘度）可用碎屑与基质比值来表示。,（矿物成熟度）来表示,(2) 教材中的分类,1）首先按基质含量将砂岩分为：,砂岩，基质15%,杂砂岩，基质15%（5
7、0%）,当基质50%时，则过渡为泥质岩,2）在砂岩和杂砂岩中，按照三角图解中三个端元石英（Q）、长石（F）、岩屑（R）的相对含量进行划分,其中岩屑R包括燧石、硅质岩屑和花岗质岩石在内的各种岩屑以及碎屑状云母及绿泥石,某砂岩中：石英60%、微斜长石18%、钠长石8%、云母1%、碎屑绿泥石1%、燧石2%、脉石英3%、细粒石英岩屑1%、粘土岩岩屑3%、千枚岩岩屑1%、花岗岩岩屑1%、流纹岩岩屑1%；粘土杂基10%。,基质=10%；Q=60%，F=26%，R=14%， 颗粒合计100%,Q,F,R,岩屑质长石砂岩,基质=23%；Q=50%，F=21%，R=29%， 颗粒合计100%,Q,F,R,长石质
8、岩屑杂砂岩,某砂岩碎屑颗粒：石英50%、微斜长石8%、钠长石9%、正长石4%、白云母5%、黑云母3%、脉石英3%、锆石1%、石榴石1%、绿帘石2%、粘土岩岩屑3%、千枚岩岩屑4%、片麻岩岩屑3%、花岗岩岩屑4%，粘土杂基23% 。,3）对于富长石特别是富岩屑的砂岩，可采用辅助三角图解，辅助三角图解的三个端元组分可根据具体情况灵活选择。4）当砂岩中含有次要矿物和特殊矿物时，可采用附加定名，如海绿石石英砂岩。综合定名格式为：颜色+特征矿物+胶结物成分+结构（粒级类型）+岩石基本名称如：紫红色铁质胶结中-细粒石英砂岩灰绿色含海绿石中粒石英砂岩,某砂岩中：石英90%、脉石英2%、粘土岩岩屑3%、燧石4
9、%；粘土杂基1%；胶结物：硅质10%、赤铁矿1%。,杂基=1%，胶结物=11%，Q+F+R=99%,Q,R,基本名称：石英砂岩,Q=90/9991%， F=0%， R=9/999%,综合命名：硅质石英砂岩,三角图投点：人工投点相当繁琐，容易出错，利用Excel投点简单、方便、准确。,参考文章 张萌、黄思静、冯文新等. 巧解砂岩分类三角图. 成都理工大学学报（自然科学版），2005，32（4）：423439 黄思静、黄喻. 用MicrosoftExcel在砂岩的三角分类图上完成碎屑成分投点. 成都理工学院学报，2002，29（2）：213216,1、石英砂岩Quartz sandstones,三
10、 主要砂岩类型,（1）石英碎屑90%，含少量长石和燧石等岩屑，重矿物含量极少。,（3）几乎所有的石英都含有包裹体。,（2）石英大都为单晶石英，磨圆好，分选好，缺少泥质。,（4）长石主要是微斜长石、正长石和钠长石。,（5）岩屑可能只包含少量磨蚀好的燧石和石英岩等。,（6）胶结物大多为硅质，次为钙质、铁质及海绿石等。,石英砂岩,铁质石英砂岩,钙质石英砂岩,硅质石英砂岩,硅质石英砂岩,石英岩状砂岩,沉积石英岩,（7）化学成分：SiO2含量高，可达99%，甚至更高。,（8）颜色：大多为灰白色，有些略带浅红、浅黄、浅绿等色调，主要取决于胶结物的颜色。,（9）沉积构造：常见波痕、交错层理等。,北京昌平和河
11、北唐山 龙山组的海绿石石英砂岩,单偏光，80,川中侏罗系长石石英砂岩和长石岩屑质石英砂岩,正交光，80,正交光，80,石英砂岩的成因,石英砂岩（Q90%）是高度成熟的砂岩，它是风化作用、分选作用和磨蚀作用持续较久和深化的终极产物。,它的产出需要稳定的大地构造条件和砂的多旋回沉积作用。,母岩：多数人认为石英砂岩不可能直接来源于花岗岩的风化，而是来自于先前存在的砂岩，也就是说，它们是长期、多次再沉积的结果。,沉积环境：主要产于海洋环境（滨岸）。,构造环境：主要发育在稳定的地台区，标志着稳定的大地构造环境。基准面的夷平作用以及长期的风化作用。,2、长石砂岩Arkose sandstones,（2）石
12、英颗粒一般不规则，磨圆度差，有较多的多晶石英。,（3）长石含量高，F25%，以钾长石和酸性斜长石为常见。,（1）主要由石英和长石组成，Q25%，R25%。,（4）含有大量云母碎屑，白云母和黑云母都常见，含量高达10%以上。,（5）岩屑在长石砂岩中通常作为附属成分。,（6）重矿物一般比石英砂岩类含量高，可达1%，成分较复杂。,（7）含有少量粘土杂基。,（8）胶结物常为钙质，有时为铁质，硅质较少。,（9）化学成分与其花岗质母岩极其相似，富含Al2O3和K2O 。,（10）粒度一般较粗，分选性和磨圆度变化很大。,（11）颜色一般为肉红色（钾长石），也有呈灰色或白色的。,（12）沉积构造类型多样。,河
13、北唐山中、上元古界长城系底部的长石砂岩,正交偏光，80,渤海湾地区济阳拗陷古近系沙河街组中的岩屑质长石砂岩,单偏光，65,长石砂岩的成因,长石砂岩的形成在很大程度上取决于母岩成分，其次是构造条件和气候条件。,母岩(物质基础)：要有富含长石的母岩，如花岗岩、花岗片麻岩等 。,有利于母岩崩解条件：构造条件、气候条件,构造条件：在构造活动比较强烈的地区，形成高差较大的地形起伏，花岗质基底隆起，相邻地带发生沉陷，从而使母岩遭受到剧烈侵蚀、快速堆积 。,气候条件：一般为极其干旱或寒冷的气候条件；温湿气候条件也有长石砂岩的堆积。,形成环境：多在特定的环境下生成,在地台区少见，多为基底型长石砂岩，分布不广，
14、厚度较小。,在地槽区有大量长石砂岩堆积，山间坳陷、边缘坳陷的河、湖环境中，海成者很少见。,3、岩屑砂岩Rock fragment sandstones,含丰富的岩屑，石英Q 25%，长石F25%。岩屑成分复杂。石英一般也是岩屑砂岩的主要成分。,长石含量一般较少，常见的为斜长石、正长石、条纹长石、微斜长石。,常见的重矿物有锆石、电气石、角闪石、绿帘石、斜黝帘石、榍石、柘榴石等。,常见碳酸盐和氧化硅胶结物。,化学成分差异大，Al2O3和K2O含量较高。,可以含有碎屑云母,颜色一般呈浅灰色、灰绿色、灰黑色等。,分选性及磨圆度均不好，一般为细粒结构。,当岩屑含量高时，可按岩屑成分分类。,岩屑砂岩,变质
15、岩屑砂岩,燧石岩屑砂岩,粉、泥岩屑砂岩,钙岩屑砂岩（灰屑砂岩）,火山岩屑砂岩,四川某地三叠系长石质岩屑砂岩。岩屑有硅岩、安山岩、泥质岩等，钙质胶结。,正交偏光，80,岩屑砂岩的成因,岩屑砂岩的形成条件与长石砂岩基本类似，需要有利于不稳定物质产生和沉积的条件，即：强烈的物理风化和近源快速堆积。,燧石岩屑砂岩则相反，它表示构造条件稳定，地形起伏小，长距离搬运及较彻底的风化条件。,泥质岩屑，局部来源区的标志。,4、杂砂岩Graywacke / wacke,杂砂岩（wacke）一词与砂屑岩（arenite）相对应，由Gilbert（1955）首创的。,杂砂岩粘土基质15%（50%）的、分选不好的、泥砂
16、混杂的砂岩。,、杂砂岩一般富含石英，有不同比例的F、R，少量云母碎屑。, 、石英一般有棱角，常有显著的波状消光，含量50%左右。, 、长石主要是斜长石，钾长石少见。, 、碎屑云母常见，但含量不高。, 、富含杂基，颗粒越细，基质含量越高；可见方解石、铁白云石等碳酸盐矿物。,、岩屑主要是泥页岩、粉砂岩、板岩、千枚岩和片岩，燧石、细粒石英岩及多晶石英也可以较丰富。, 、总的化学成分在世界各地都很相似，一般富含SiO2、FeO、 Fe2O3、 MgO、Na2O。,颜色：暗灰色、黑色。,一般坚硬，固结良好。,常具递变层理和底面印模构造，一般与泥岩或板岩呈韵律互层。,磨圆度和分选性均不好，颗粒一般呈尖锐棱
17、角状。,杂砂岩的进一步分类和命名的原则与砂岩（砂屑岩）相同。,华北地区济阳坳陷古近系沙河街组中的岩屑质长石杂砂岩： Q = 45%，F = 35%，R = 20%，,单偏光，65,北京西山侏罗系九龙山组中的岩屑杂砂岩：Q20%，F30%，R50%，,正交偏光，80,北京西山二叠系红庙岭组中的岩屑质石英杂砂岩,左正交偏光，右单偏光，80,杂砂岩的成因,杂砂岩的形成条件与长石砂岩类似，即需要侵蚀、搬运及沉积的快速进行。,杂砂岩所反映的来源区与长石砂岩不同，它比长石砂岩更富于变化。,典型的杂砂岩通常堆积在急速沉降的地槽中，并且主要是在较老层系的复理式建造中。,本节要点：,砂岩的概念及结构分类 福克（
18、1968年）的分类 信荃林（1982年）的分类 石英砂岩、长石砂岩、岩屑砂岩和杂砂岩的特征及其形成环境 粉砂岩的定义、分类及成因 砂岩与油气的关系,第六节 粉砂岩,Siltstone,粉砂岩主要由0.10.01mm粒级的碎屑颗粒(50%)组成的细粒碎屑岩。,一、一般特征,1、碎屑物质中，稳定组分较多，成分较单纯，常以石英为主，长石较少，岩屑极少或不存在。,2、重矿物含量比砂岩多，可达23%，多为稳定性高的组分。,3、颗粒圆度不高，分选一般较好。,4、粘土基质含量一般相当多 。,5、碳酸盐胶结物较常见，铁质和硅质较少。,6、常见薄的水平层理和波状层理，亦见小型交错层理和包卷层理。,二、分类及主要
19、类型,粉砂岩,粗粉砂岩（0.10.05mm）,细粉砂岩（0.050.01mm）,1根据粒度分,粉砂岩,单成分粉砂岩石英粉砂岩,复成分粉砂岩,2根据碎屑成分分,粉砂岩,铁质粉砂岩,钙质粉砂岩,3根据胶结物成分分,4黄土一种半固结的泥质粉砂岩，其中粉砂5060%，泥质可达3040%，砂（ 0.25mm）约10%。,三、成因（Origin）,粉砂岩是经过较长距离搬运，在稳定的水动力条件下缓慢沉降形成的。,粉砂岩分布极其广泛，几乎在所有的砂-泥质岩系中都有粉砂岩层或夹层。,砂岩的油气储集性能及其与岩性的关系（简介）,Petroleum reservoir properties of sandstone
20、s and their relation to lithology,1、砂岩是良好的储集油气的岩石,据统计，在世界上已发现的油气田中，以砂岩作储集岩的油田约占半数以上。我国已发现的油气田，储集岩大多数为碎屑岩类型。,2、砂岩的孔隙由原生和次生孔隙两部分组成，研究表明，不少油田的砂岩储集层均为次生孔隙或以次生孔隙为主。,3砂岩的储集性能表示参数：孔隙度、渗透率,孔隙度(有效孔隙度)砂岩中相互连通的孔隙空间体积与岩石总体积之比。渗透率表示岩石在一定的压差下使流体流过的能力。孔隙度与渗透率之间可以有很好的相关关系。,4砂岩的孔隙度取决于粒度组分、排列方式、填隙物的数量和成分。,5影响渗透率的岩石特性
21、有粒度、分选、格架颗粒的排列、胶结作用以及层理。,6良好的砂岩储集岩大多数是中砂岩和细砂岩，其次为粗砂岩和粗粉砂岩。,7从砂岩类型来看，石英砂岩的储油物性最好。我国大多数油田的砂岩类型多属长石砂岩，一般渗透性良好。,砂岩的研究方法及意义,Research methods and significance of sandstones,一、研究方法,1、砂岩的野外研究,要观察砂岩的颜色、成分、结构，对岩石定出大类名称；并要研究砂岩的沉积构造、产状以及与其它岩石的关系；此外，还应注意砂岩和粉砂岩的含油气情况。,2、砂岩的室内研究,A薄片鉴定：详细研究砂岩的成分、结构、成岩后生变化，以便正确地予以命名和进行成因分析。,B其他手段：粒度分析、重矿分析、扫描电镜、电子探针、阴极发光、化学成分、,二、研究意义,1、固结良好的砂岩，可作建筑石材,2、松散的砂可作水泥拌料,3、纯净的石英砂和石英砂岩是硅酸盐工业和玻璃工业的原料,4、某些矿和砂岩中常富集有重要矿产,5、砂岩是良好的储水层、储油气层,
