《硅质岩等》PPT课件.ppt

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1、第十章 硅质岩,一、概述 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岩。硅质岩的矿物成分主要有各种类型的蛋白石、结晶质的玉髓和自生石英。除了上述硅质矿物外，还可有其它矿物混入，常见有粘土矿物、碳酸盐矿物和氧化铁等。比较纯的硅质岩，化学成分简单，主要是SiO2和H2O。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。,硅质岩的颜色多种多样，随杂质而异，常呈灰色、灰黑色，也有灰白色、灰绿色和

2、红色。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。关于硅质岩的分类，可以根据产状，也可根据硅质矿物成分或根据成因。根据成因可将硅质岩分成两大类：(1)生物或生物化学成因的：硅藻土、放射虫岩、海绵岩、板状硅藻土、蛋白土。(2)非生物成因的：碧玉岩、燧石岩、硅华等，它们可以是化学沉淀的，也可以是次生交代的，或与火山作用有关。,二、硅质岩的主要类型(一)硅藻土(或硅藻岩)主要由硅藻遗体(成分为蛋白石)组成。硅藻壳外形呈长方形、正方形、圆形、三角形等，个体微小，0.0020.05mm，多数小于0.02mm；含量不一，可高达7090%。,硅 藻,硅藻土质纯者呈白色，但常被

3、铁质或有机质染成黄色或暗灰色甚至黑色。岩石外貌呈土状，结构疏松，质软而轻，比重只有0.40.9；孔隙度甚高，吸水性强，可粘舌。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。,(二)海绵岩 主要成分为硅质海绵骨针，其成分多数为蛋白石，有时为玉髓。在古代岩石中还可见少量放射虫和钙质介壳，并有粘土矿物、海绿石、粉砂等混入物。,(三)放射虫岩 主要成分为放射虫壳，也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。除放射虫外，还可有硅藻、海绵骨针、海藻、有孔虫、翼足类等生物遗体；并常有粘土矿物，以及方解石、海绿石、碎屑石英等混入物。,坚硬的放射虫岩有两种类型：(1)蛋白石

4、质放射虫岩，外壳和胶结物均为蛋白石，外貌极似蛋白岩，常见于白垩纪和第三纪沉积中；(2)玉髓-石英质放射虫岩，其成分为玉髓和自生石英，介壳有时被方解石所交代，岩石坚硬，不透水，外貌很像硅质板岩或碧玉岩；一般见于地槽区的中生代和古生代沉积内。,(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，常成细小的棱角或球粒状质点(0.010.001mm)的集合体。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。,表4-11,(五)燧石(燧石岩)这是最常见的一种硅质岩，其成分主要为玉

5、髓和自生石英，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。按产状可分为两大类：1.层状燧石2.结核状燧石,1.层状燧石 层状燧石的层厚自几厘米到几十厘米，有时则呈规则条带或大透镜体。它们可与浅水碳酸盐岩、页岩以及砂岩共生，亦可与深水的黑色页岩、远洋石灰岩或蛇绿岩共生；燧石的单层厚度一般不大，但与共生岩石一起总厚度可相当大，达几十到几百米。,2.结核状燧石 这类燧石更为常见，成为规则或不规则的结核状或不规则的条带状，通常称为燧石结核。,(图4-8)

6、,(图4-9),(六)碧玉岩和硅质板岩 是层状燧石的一类特殊变种，特点是含有氧化铁(或超过5%)，硅质矿物主要为石英，其次为玉髓。碧玉岩和硅质板岩的主要区别在于后者成岩较薄。岩石颜色常为红色，也有绿色、灰黄色或黑色，有时呈斑杂状颜色。一般认为这类岩石成因与地槽区的火山喷发活动有关。,新疆玛纳斯碧玉,(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。,三、硅质岩的成因 硅质岩成因涉及二氧化硅来源、沉淀方式、形成阶段以及沉积时水深等问题。1.二氧化硅的来源 二氧化硅主要来源于

7、大陆上硅酸盐及铝硅酸盐的化学分解产物。大陆化学风化作用形成SiO2最有利条件是温暖潮湿或季节性潮湿的气候，地形起伏小而排水通畅的准平原区。在这样的条件下有利于成壤作用。火山作用仍不失为硅质的重要来源。火山喷发出来的热液中溶解有SiO2，可直接注入水体。,2.二氧化硅的沉淀方式 水体中的SiO2可通过生物作用(有机成因)或化学作用(无机成因)沉淀下来，对这两种作用在形成硅质岩中的意义看法不一。已查明现代海底有不少硅质生物软泥分布，如环南极区、北太平洋、赤道附近以及各大陆边缘地区；尤其是表层海水中养料丰富，又缺乏钙质浮游生物的水域，硅质生物更为繁盛。大陆湖泊中也有不少硅藻分布。对不含生物或含得极少

8、的硅质岩，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。,3.硅质岩的形成阶段 生物成因的硅质岩无疑属于原生沉积，碧玉、硅质板岩及部分层状燧石也属于原生沉淀。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

9、象，并含膏盐微晶包体。,4.硅质岩沉积时的水深 硅质岩有深水沉积也有浅水沉积。硅质岩是多种成因的岩石，既有原生沉积的，又有次生交代的；有些是生物遗体直接堆积形成或为变化后的产物，有些则与火山作用关系密切；近年还找到了季节性碱性湖泊沉积的燧石的实例。但并非所有硅质岩的成因都已得到了圆满的解释。佩蒂庄(1975)将硅质岩的物质来源和形成方式归纳如下图所示。,四、硅质岩的成岩后生变化,主要为蛋白石的脱水作用，转变为玉髓和石英。一般认为温度高速度快（有争议）。生物成因的A型蛋白石（硅藻、放射虫壳、海绵骨针）溶解 方英石结晶形成CT型蛋白石 转变为固相微晶石英（G.R.Heath等，1971）。与碳酸盐

10、共生的硅质岩，处于碱性条件，可提高CT型蛋白石转变为石英的速度。燧石中无序方英石 有序方英石 石英（晚白垩世始新世沉积中，A.H.F.Robertson,1977）。粘土沉积中沉淀石英有争议。,第十一章 其它内源沉积岩及附生岩,其他内源沉积岩包括铝质岩、铁质岩、锰质岩、磷质岩和蒸发岩。一、铝、铁、锰质岩(一)铝、铁、锰质岩的成分特征1.铝质岩 铝质岩是一种在化学成分上富含Al2O3，并主要(通常都大于50%)由铝矿物(铝的氢氧化物)组成的沉积岩类。其化学成分的特点应为Al2O3SiO2(C.，1937)，如果在铝质岩中Al2O340%，Al2O3SiO221时，即成为铝土矿。,(1)铝质岩的化

11、学成分：铝质岩的化学成分复杂易变，其主要成分是Al2O3、SiO2、Fe2O3、FeO、TiO2和H2O，次要成分有CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、S等，同时还含有各种稀有元素及微量元素如Ga、Ge、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-AlO(OH)、一水硬铝石-AlO(OH)，其次是各种粘土矿物、石英、玉髓和少量的重矿物。此外，还有自生矿物如菱铁矿、方解石、沸石、氧化铁和氢氧化铁等。,2.铁质岩 由于铁是地壳中最丰富的元素之一，因此习惯上只将含铁量大于15%的沉积岩称为铁质岩(据H.L.James

12、,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：铁质岩的化学成分包括：主要成分Fe;有用的混入成分Mn、V、Ni、Co、Cr等；有害的混入成分S、P、As等；成渣的氧化物SiO2、Al2O3、CaO、MgO;挥发成分CO2、H2O。(2)铁质岩的矿物成分：氧化物类磁铁矿(Fe3O4)、赤铁矿(Fe2O3)、水赤铁矿(Fe2O3nH2O)、针铁矿FeO(OH)、褐铁矿Fe2O3nH2O。,3.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。(1)锰质岩的化学成分：锰质岩的化学成分除锰以外，还有较多的Al2O3、SiO2、

13、CaO、MgO、BaO等，而最特征是普遍含有较多的Fe,此外，还有少量的T、Co、V、Ni、Cu、Pb、Zn、Mo、Sn等。Al2O3主要为粘土矿物的化学组分，SiO2在岩石中则以蛋白石、玉髓、石英出现，或存在于粘土矿物中。(2)锰质岩的矿物成分：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。,(二)铝、铁、锰质岩的结构特征 铝、铁、锰质岩的结构特点可大体和碳酸盐岩类比，也具有很重要的成因标志。其结构分类如下表所示，这是一种新的很有意义的结构成因分类。从表中可以看出，铝、铁、锰质岩的结构按成因可以分机械的、化学的、生物的和成岩后生及次生淋滤的等四种。,

14、机械成因的粒屑结构和碳酸盐岩的粒屑结构相似；主要由粒屑和填隙物组成；粒屑包括铝、铁、锰质岩的内碎屑、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。根据粒屑和泥晶的相对含量，可以划分为粒屑结构(泥晶50%)、粒屑-泥晶结构(泥晶为5090%)、泥晶结构(泥晶90%)。,(三)铝、铁、锰质岩的岩石类型及地质分布1.铝质岩 铝质岩按成因可以分为二种主要类型，即红土型铝质岩和沉积型铝质岩。(1)红土型铝质岩：红土的矿物成分有铁质的、高岭石质的、铝土质的和混合型的。铝质红土主要是三水铝石所组成。(2)沉积型铝质岩：红土化作用所形成的铝土物质，经流水以碎屑或胶体溶液

15、的方式搬运到海、湖盆边缘沉积下来即形成沉积型铝质岩。,(3)铝质岩的地质分布：我国的铝质岩和铝土矿分布很广，红土型铝质岩(铝土矿)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，如华北、东北、西南的石炭、二叠纪地层中的铝土矿床山东淄博、河南巩县、河北唐山、辽宁本溪、贵州修文等都十分有名。最近在广西平果发现的大型堆积铝土矿则是产于岩溶剥蚀面上的第四纪沉积物中，矿石质量很高。在空间上，我国沉积型铝质岩(铝土质)都是分布于构造上相对稳定的地区，并紧邻古陆或长期侵蚀区的边缘。,2.铁质岩 铁质岩按所含铁矿物组分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等四类。(1)硫化铁

16、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，有时也可以成为黑页岩、黑色板岩和黑色灰岩的重要组分。(2)氧化铁质岩：这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第三系，鲕粒主要为褐铁矿，还可以有由褐铁矿与鲕绿泥石或菱铁矿形成交替的同心圈者，后者是成岩后生期的交代产物。,(3)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。还可有菱铁矿交代鲕粒石灰岩，或于碎屑岩、石灰岩和粘土岩中呈结核状产出的碳酸铁质岩。菱铁矿还可以组成鲕绿泥石和褐铁矿鲕粒的基质。、(4)硅酸铁质岩：主要的含铁矿物是鲕绿泥石。鲕

17、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。,3.锰质岩 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：主要为锰质的黑色页岩、粉砂质页岩、硅质页岩和钙质页岩。常呈黑色、暗褐色、紫红色等。(2)锰质碳酸盐岩：包括锰质灰岩、锰质硅质灰岩、锰质白云岩。锰矿物主要为菱锰矿、钙菱锰矿、锰方解石等，常呈致密块状、团块状、条带状和星散状产出。,大洋锰结核,(3)锰质碎屑岩：主要为锰质粉砂岩，部分为锰质砂岩。锰矿物为硬

18、锰矿、软锰矿和水锰矿，它们在岩石中常呈胶结物的形式出现。(4)锰质硅质岩：矿物成分主要为玉髓和蛋白石，含有锰的氧化物。一部分和锰质粘土岩共生，更多的还是和杂色的中基性火山碎屑岩或凝灰岩一起产出，岩石常具有层纹状结构。(5)锰质岩的地质分布：锰质岩的物源主要是大陆的风化产物和海底火山活动的产物。其成矿的主要环境是海相，次为湖泊及沼泽相。海相锰质岩产于古陆边缘的、水流受限制的陆缘浅海或浅海陆棚地带。,二、磷质岩 含磷的沉积岩，按其磷的含量可以分为三种，即含磷沉积岩(P2O58%)、磷质岩(P2O5：818%)和磷块岩(P2O518%)。(一)磷质岩的结构、构造特点 磷质岩的结构构造特点与碳酸盐岩极

19、为相似，其结构类型按成因亦可分为四大类、即：机械成因的、化学成因的、生物成因的和次生成因的。1.机械成因的结构 机械成因的结构具粒屑结构特点，按岩石中泥晶(0.003mm)含量分为粒屑结构(泥晶50%)、粒屑-泥晶结构(泥晶为9050%)、泥晶结构(泥晶90%)。粒屑类型有内碎屑、包粒、团粒(球粒)、团块和骨屑五种。,(1)内碎屑按其颗粒大小分为砾屑(直径2mm)、砂屑(20.05mm)、粉屑(0.050.03mm)，分别形成了磷质砾屑结构(或磷质砾屑泥晶结构)、磷质砂屑结构(或磷质砂屑泥晶结构)、磷质粉屑结构(或磷质粉屑泥晶结构)。(2)磷质包粒结构也可以分为包粒结构和包粒泥晶结构两种。包粒

20、直径大于2mm者称豆粒，小于2mm者称鲕粒。(3)磷质团粒呈圆形或卵圆形，内部结构均一，主要磷矿物为胶磷矿或泥晶磷灰石，其粒度通常为0.10.03mm。(4)磷质团块是具有不规则外形的复合颗粒，粒度一般为0.10.3mm，内部结构也不均一。团块内的颗粒可以是团粒、鲕粒、内碎屑和骨屑等，团块内的颗粒和胶结物都是磷酸盐质的。,(5)骨屑结构主要是由磷酸盐质的生物骨骼或生物介壳堆积形成的，常见的磷质生物如软舌螺、舌形贝等，它们可以是完整的或为碎屑。(6)填隙物：粒屑磷块岩的填隙物包括泥晶基质和胶结物，二者除了在成因上不同外，在矿物成分上常见有碳酸盐(白云石、方解石)、磷酸盐及二氧化硅。2.化学沉积成

21、因的结构 可分为微晶结构及胶状结构两种。磷质微晶结构是由0.030.004mm的磷灰石组成，反映了原地磷酸盐胶体化学沉淀的特点，并由胶体陈化脱水而形成。,3.生物成因的结构 可分为骨骼结构、隐藻结构的鸟粪石三类。磷酸盐隐藻结构，如各种形态的磷质叠层石、核形石、凝块石以及磷酸盐藻泥结构，其含磷矿物主要为胶磷矿、隐晶微晶的碳氟磷灰石。4.成岩后生作用形成的结构 这类结构有交代结构及重结晶结构。通常是磷酸盐交代硅质或碳酸盐质岩石而形成各种交代结构，常见者有交代假象结构、交代残余结构及交代溶蚀结构。,(二)磷质岩的岩石类型 根据磷质岩的结构成因特点，可以划分为机械成因的、化学及生物化学的、生物的以及重

22、结晶与交代的磷质岩等四大类。1.机械成因的磷块岩类 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。按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。各种粒屑磷块岩的特点如下：(1)内碎屑磷块岩：按粒度还可细分为砾屑、砂屑和粉屑三种磷块岩，其中以砂屑磷块岩最为常见。颗粒成分主要是胶磷矿砂、其次为磷质鲕粒、复鲕的碎屑组成。,(2)包粒磷块岩：按包粒特点可分为豆粒、鲕粒、表鲕以及复鲕的磷块岩。(3)团粒磷块岩：团粒的矿物成分为胶磷矿，呈浅棕色，含有机质，有时也显模糊的同心圈结构。(4)团块磷块岩：团块为磷酸盐质，多呈葡萄状，其边缘有呈磨蚀状的或未经磨

23、蚀状的轮廓。(5)骨屑磷块岩：粒屑都是磷酸盐质的骨骼碎屑，如软舌螺、舌形贝等。,2.化学或生物化学磷块岩类 这类磷块岩是由化学或生物化学作用形成的，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 主要为藻礁磷块岩，可以分为瘤状藻和聚环藻两种类型。瘤状藻磷块岩由呈不规则的云彩状和球状环带的磷酸盐组成。聚环藻礁磷块岩是由胶磷矿藻叠层石及其间充填的磷质粒屑、白云石以及少量陆源石英碎屑组成。,4.次生及重结晶磷块岩 主要是指分散状磷酸盐经风化淋滤富集、重结晶或交代其它岩石形成的结晶磷块岩。(三)磷块岩的地质分布(1)震旦纪晚期到寒武纪早

24、期，主要的聚磷区为亚洲(苏联的中亚地区、蒙古、中国、朝鲜、印度、越南)及澳大利亚。(2)二叠纪成磷期，主要聚磷区如北美中部、科迪勒拉冒地槽与地台的过渡带上。(3)白垩第三纪成磷期，主要聚磷中心为欧洲南部、北非地中海沿岸和北美东海岸。,三、蒸发岩(一)概述 蒸发岩或盐岩，是指由于含盐度较高的溶液或卤水，通过蒸发作用产生化学沉淀而形成的岩石。化学沉淀的盐类沉积经破碎再沉积后，则可形成粒屑蒸发岩。蒸发岩的化学组成主要是钾、钠、钙、镁的氯化物、硫酸盐、硼酸盐及钠、钾的硝酸盐等。,蒸发岩的结构按成因可以分为原生结构和次生结构。原生结构有化学沉淀的结晶粒状结构和机械沉积的粒屑结构。次生结构则如斑状变晶结构

25、、交代结构、搓碎结构、塑性形变结构等。蒸发岩的构造亦可按成因分为原生的和次生的二种。原生者是当盐岩从溶液中沉淀出时形成的构造，如致密块状构造、微层状构造、条带状构造以及波痕、交错层理、粒序层理等。次生者则是在盐岩形成之后所形成的，如由地表水侵蚀成的网状构造、泉华构造；由构造运动所造成的角砾状构造、皱纹状构造以及由风化淋滤作用所形成的多孔状构造。,(二)主要岩石类型 按主要盐类矿物的不同，可有石膏和硬石膏岩、石盐岩和钾镁盐岩。1.石膏和硬石膏岩 主要是单矿物岩，有时是石膏-硬石膏岩。混入物常有白云岩、石盐、天青石、黄铁矿和各种硅质矿物。常可以和碳酸盐岩或石盐岩形成混积岩。一般认为从浓缩卤水中沉淀

26、的原生硫酸钙矿物是石膏，即在30以下时，当海水含盐度提高3.55倍，石膏就开始沉淀。石膏和硬石膏岩常具有粗粒到细粒的结晶粒状结构。在构造上常有发育很好的纹层状构造，有时具交错层。此外，石膏和硬石膏还常呈结核状出现，而这种结核状的硬石膏反映了潮上坪或沙漠干盐湖的成因特点。,2.石盐岩 主要矿物成分为石盐，含少量其它的氯化物、硫酸盐、粘土、有机质和铁的化合物等。一般为块状及粗粒结晶结构，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、钾盐镁矾、杂卤石等，常和石盐岩共生。,(三)地质分布 自古生代开始直到现代，每一地质时期都有蒸发岩沉积，但各时期的成盐规模和程度不同，世界上主要的成盐时期是寒武纪、志留纪、泥盆纪、二叠纪、三叠纪和第三纪。而我国的主要成盐期是三叠纪、白垩纪和第三纪，其次是奥陶纪。,