砂岩

裴蒂庄( Pettijohn,1975)的砂岩分类
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(3)主要问题
•粘土基质的处理 •端元组分的组合方式 •三角图解的形式及其划分 •助三角图的采用 •关于硬砂岩的使用
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2. 建议分类
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。
第七章 砂岩及粉砂岩

主要由砂粒 ( 粒径为 2 ～ 0.1mm) 和填隙物 组成的陆源碎屑岩，称砂岩。砂岩在沉积岩 中的分布仅次于粘土岩而居第二位，约占沉 积岩的 1/5 左右。它是最主要的储集油气和 水的岩石之一。因此，研究砂岩不仅有理论 意义，而且有很重要的实际意义。
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一、砂岩的一般特征（Generalcharacteristics ）
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（三）砂岩的主要类型
1. 石英砂岩类
碎屑石英的含量占砂级碎屑总量的50%以上， 长石和岩屑的含量均小于25%。该类砂岩包括：
石英砂岩； 长石质石英砂岩； 岩屑质石英砂岩；
长石岩屑质石英砂岩
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(1)石英砂岩
典型的石英砂岩石英碎屑占95%以上，化学成分： SiO2含量高，可达99%，甚至更高。
蚀的历史。
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2.长石砂岩类
长石砂岩类包括长石砂岩和岩屑质长石砂岩。 长石砂岩主要由石英和长石组成，石英含量小 于75％，长石含量大于25％，岩屑含量小于25％。 长石/岩屑＞3，重矿物含量有时可达1%。
化学成分:与花岗岩质母岩极其相似
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成分 石英颗粒一般不规则，并且磨圆度差。因 为颗粒较粗，所以有较多的多晶石英存在，
三端元
长石+高岭石—代表母岩性质
云母+绿泥石—表示构造变动强度
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。
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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
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成因（Origin）
石英砂岩属高度成熟砂岩，它是风化、分选 和磨蚀等作用持久和深化的产物。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。 石英砂岩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。
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。 石英砂岩主要产于海洋环境。
某砂岩薄片鉴定资料如下：碎屑颗粒（91%）： 石英 40% ，微斜长石 38% ，钠长石 8% ，燧石 2% ，脉石英 3% ，变质岩岩屑 2% ，沉积岩岩 屑 3% ，岩浆岩岩屑 4% ；填隙物（ 9% ）：为陆 源粘土矿物。该岩石命名为：
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某砂岩薄片鉴定资料如下：碎屑颗粒中石英 91% 、脉石英 2% 、粘土岩岩屑 3% 、燧石 4% ， 杂基（ 1% ）为陆源粘土，胶结物（ 10% ）主要 为硅质。该岩石命名为：______________ 。
缺点：（1）把云母 看成都是变质成因的； （2）把岩屑分成火成及 变质两类，复杂化!
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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：（1）把 云母看成都是变质 成因的；（2）把岩 屑分成火成及变质 两类，复杂化!
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(2)四组分体系
长石以钾长石和酸性斜长石为常见，钾长石类以正 长石为多，具有网格双晶的微斜长石和条纹长石也 常见，其变化可由极新鲜的至强烈风化的（高岭石 化）的各种状况。高岭石化长石表面呈土状或云雾 状，新鲜的或微弱风化的表面光洁如石英。
在较细的岩石中可含较多的云母，云母片因受邻近 颗粒的挤压，可产生弯曲甚至裂开，黑云母常见绿 泥石化。
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石英砂岩的颜色大部分为灰白色，有些略带 浅红、浅黄、浅绿等，少数为较深色调。颜色主 要取决于胶结物的颜色，如胶结物为海绿石，则 岩石呈浅绿色调。有时碎屑石英表面包有一层赤 铁矿薄膜，虽然它可能只占整个岩石的一部分或 更少，但却使岩石呈浅红或浅褐色。 波痕和交错层理是石英砂岩的特征构造，产 状一般为厚度不大的稳定层状。 这类砂岩极为常见，据统计，约占砂岩总量 的 1 ／ 3 ，时代分布也广，但以前寒武纪和早古生 代为多，主要产于构造条件相对稳定的海洋滨岸 地区。
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砂岩的一般特点
（1）碎屑成分较为复杂，以轻矿物为主，重 矿物<1%。 （2）砂级碎屑以Q为主，其次是F和R，有时 含云母和绿泥石等。 （3）结构上，由砂级碎屑、基质和胶结物、 孔隙组成。
（4）化学成分极不一致，取决于碎屑组分和 胶结成分。与岩浆岩相比，砂岩中SiO2含量 很高，而Al2O3大为减少。
美国古生物学家、地质学家，1919年 应北洋政府农商部地质调查所所长丁文江 之聘任地质调查所顾问，同时兼北京大学 地质系教授，中国地质学会26名创始人之 一。
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为现代砂岩分类方案奠定基础的是克里 宁（Krynine, 1948）。 目前砂岩分类普遍采用三角形图解，也 有用表格形式的。 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。
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成熟度的标志：①QFR指数：石英与长石加岩屑之比 ②ZTR指数：锆石（Zircon）、电气石（Tourmaline） 和金红石（Rutile）三种矿物占透明矿物的百分含
量。
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(二)砂岩的分类
1.砂岩分类的现状
最 早 的 砂 岩 分 类 是 1904 年 由 葛 利 普 (Grabau)提出的。
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砂岩（杂砂岩）基本类型的划分依据是 主要的陆源碎屑组分，没有考虑次要矿 物和特殊矿物。当砂岩中含有这些矿物 时，可采用附加定名，如海绿石石英砂 岩等。
砂岩的命名： 详细名称=颜色+粒级+胶结物+基本名称
如：灰白色细粒钙质石英砂岩
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Q
90 80
矿物分类三角图 投图方法
70
70
80
90
F
R
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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 。
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吉尔伯特 (Gilbert,1955)的砂岩分类
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长石的稳定性较差，在搬运沉积过程中易遭 受化学的分解和机械的磨蚀，因此，要形成长 石的大量沉积需要两个条件：
母岩是富含长石的花岗岩和花岗片麻岩类； 形成过程以机械的破碎为主。
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以机械的破碎为主的形成条件有两种情况：
强烈起伏的地形条件，母岩被强烈侵蚀， 风化产物快速堆积，这种条件下形成的长石砂 岩其特点是分选和磨圆都不好、稳定性较差的 重矿物也较多、粘土基质含量也高，甚至形成 长石杂砂岩，——构造长石砂岩。 干燥、寒冷的气候条件，风化产物免遭 化学分解，可被长距离搬运，这样形成的长石 砂岩，其特点是分选性和磨圆度都比较好、长 石也比较新鲜、重矿物也多为稳定性者较高 者，——气候长石砂岩。
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(2) 分类
首先按基质含量将砂岩分为：
①砂岩，基质<15% ②杂砂岩，基质>15%（<50%） ③当基质≥50%时，则过渡为泥质岩
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从油气储层沉积学研究结果来看， 规定粘土基质含量 15 ％为划分两类 砂岩的界线，理由是基质含量大于 15 ％的砂岩分选性差，砂岩的孔隙 度和渗透率显著变坏，一般难以成 为储集油气的砂岩。当基质含量大 于50％时，则过渡为泥质岩。
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）
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裴蒂庄( Pettijohn,1975)的砂岩分类
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。
基质>15%的——杂砂岩（wacke） 基质<15%的——砂屑岩（arenite） 然后再以砂岩的主要碎屑组分石英（Q）、 长石（F）、岩屑（R）为三个端元，进一 15 步分类和命名。
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(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。
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克里宁（ 1948）的分类以来源区和构造变动 为分类准则 石英+硅质岩屑—代表岩石成熟度
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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
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Q
石英砂岩
95 岩屑石英砂岩
75
长石石英砂岩
长 石 砂 岩
岩 屑 长 石 砂 岩
长 石 岩 屑 砂 岩
岩 屑 砂 岩
F
25
50
75
R
25
净砂岩类（杂基＜ 15％）
对于富长石特别是富岩屑砂岩（一般指长 石或岩屑含量大于75％），可以采用辅助三 角图解，对岩屑砂岩或长石砂岩进一步划分 和命名。例如，岩屑可细分为沉积岩屑、火 成岩屑及变质岩屑三端元，或燧石、喷出岩 屑及千枚岩＋板岩三端元；长石可细分为钾 长石、钠长石和更长石三端元等。
石英（指单晶石英）的来源是多方面的，既可以 来源于富含石英的石英岩、花岗岩、片麻岩等岩石， 也可以是经历多次沉积旋回的产物。所以石英与长 石和岩屑不同，它常常不能直接反映来源区的母岩 性质，需要经过一些测试。
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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（即Q／ F ＋R ，称为矿物成熟度）来表示。 在一般情 况下，矿物成熟度越高，磨蚀条件越好，搬运历史也越长。 砂岩中分布最普遍的稳定组分是石英。 介质的物理条件（密度和粘度）是影响碎屑物质机械沉 积的重要因素，砂岩中粘土基质的有无和数量多少，是机械 分异作用好坏的具体指标，介质的这种性态可以用碎屑与基 质比值（即C/M称为流动指数）来表示。C / M比值可以直接 反映砂泥混杂的程度，即岩石分选性的好坏。如果C／M 比 也很小，砂泥混杂、分选性很差，说明簸选不彻底，沉积物 堆积速度很快。
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海绿石石英砂岩
铁质石英砂岩
沉积石英岩
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随着长石和岩屑含量的增加，石英含 量的相对减少，石英砂岩过渡为长石质石
英砂岩或岩屑质石英砂岩。这两类砂岩的
共同特点是石英含量仍较高，都大于 75% ，
仍可以看作是“净化”较高的砂岩。这类
岩石的形成，一方面取决于来源区的母岩 性质，另一方面还决定于碎屑物搬运和磨
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砂岩的分类应当反映岩石生成的三个主要 问题，即： ①来源区母岩性质 ②搬运和磨蚀的历史，即岩石的成熟度 ③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。
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来源区的母岩性质－可以用不稳定碎屑组分反映 来源区母岩的性质。 长石是花岗质母岩的标志； 岩屑是火山岩、沉积岩和浅变质岩母岩的标志。 长石和岩屑的比值（即F/R称为来源指数）以反 映出来源区母岩组合的基本特征。
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石英大都为单晶石英，磨圆度和分选性都比 较好，在成分成熟度和结构成熟度上都是砂 岩中最好的。 长石主要是微斜长石、正长石和钠长石，通 常在大多数比较细粒的石英砂岩中至少含少 量长石。
岩屑可能只包含少量磨蚀好的燧石和石英岩 等。这些岩屑虽然含量很少，但可能是来源 区的线索。
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胶结物大多为硅质，次为钙质、铁质 及海绿石等，杂基很少或没有，常为 明显的颗粒支撑。
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颜色常呈灰色、灰白色、淡黄色、灰绿色或 肉红色。 结构 长石砂岩以粒度较粗者常见，分选性 和磨圆度变化很大，由分选差的棱角状的，到分 选好磨圆度高的均可出现。 填隙物 胶结物主要为钙质，有时为铁质， 而硅质较少，较古老的长石砂岩可显出石英和长 石的次生加大现象，而且当次生加大很完善时， 可使砂岩很像花岗岩类的岩石。 长石砂岩常含 粘土杂基，并常重结晶为云母、绿泥石，或经次 生变化形成次生加大的长石。
铁质石英砂岩 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
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硅质石英砂岩：简称石英砂岩，硅质胶结物常为蛋白 石或玉髓，碎屑石英不具或很少次生加大现象。 石英岩状砂岩：大部分碎屑石英具次生加大现象。 沉积石英岩：几乎全部碎屑石英具次生加大现象。
沉积石英岩的特点是胶结牢固、坚硬，当岩石破碎时， 断口会切穿颗粒，而不绕过颗粒。抗风化侵蚀，在地貌上 通常形成陡峭的高山峻岭，构成天然屏障。