沉积岩石学实验指导书
沉积岩肉眼观察、镜下鉴定的方法和实验肉眼观察和镜下鉴定是沉积岩最基本的、最简便的、最常用的研究方法。有代表性的岩石手标本一定程度上是野外现象的缩影，肉眼观察可以了解岩石的宏观特征；光学显微镜下的薄片鉴定，可以细致地了解到沉积岩的物质组成、结构、显微构造、成岩作用及孔隙等方面的信息，基本可满足岩石的成因分析、储层评价等研究的需要。因此，沉积岩的肉眼观察和镜下鉴定是沉积学课程教学中重要的实践性教学环节。实验是学生进行实际操作的实践过程，也是对理论学习内容的巩固和加深，也可弥补理论教学中的不足。第一节 沉积构造的观察描述方法和实验沉积构造是沉积岩的重要特征之一，是分析沉积岩形成的重要依据，也是区别于岩浆岩和变质岩的主要标志。因此，沉积构造观察、描述是沉积岩研究中一个重要内容。一、流动成因构造的观察描述(一) 层理的观察描述层理的观察、描述主要对野外露头和钻井岩心进行，其观察和描述的内容有：层理的厚度和规模；层理的类型及其特征；斜层理的纹层和层系产状的测量；层理内部构造和构成方式的观察和描述。1层理的基本术语层理是指沉积物(岩)由成分、结构、颜色及层的厚度、形状等垂向的变化而显示出来的一种构造。组成层理的要素有层系组、层系、纹层。2层理的描述步骤和内容第一步：仔细观察标本或露头剖面岩石，初步确定岩石类型，分清纹层、层系、层系组，确定层系界面和层的界面。并对层理进行初期素描。第二步：仔细观察纹层(细层 )。描述纹层的形状、纹层与层系界面的关系以及同一层系内纹层间的关系，测量纹层的厚度、产状，确定组成纹层的成分等。详细的观察内容见表l 一 1。第三步：描述层系、层系组及其界面。描述层系界面的形状、层系间的关系、层系内成分特征，测量层系的厚度、产状等。详细的观察内容见表 12。对于斜层理，纹层与层系上界面的夹角称为倾角，与层系下界面的夹角称为安定角。对于同一个纹层，一般安定角小于或等于倾角，因此可利用倾角和安定角的关系帮助判断岩层的顶底。第四步：确定层理类型，分析层理的成因。根据纹层、层系等观察和描述，确定层理类型，并根据组成层理的层系厚度大小，确定层理的规模(见表 12)。结合纹层、层系的产状测量，分析层理形成的环境及其水动力条件。对于能确定古水流方向的，需确定古水流方向。若条件许可，最后还需对层理进行照相。3层理观察、描述时应注意的问题1)形态描述须进行三度空间观察。观察时应注意平面上及平行流向的纵剖面和垂直流向的横剖面上的特征，只有三度空间综合观察才能正确判断层理的形态特征，同一类型层理在各剖面的表现各有异同，如槽状交错层理，只在横剖面上表现为槽形弯曲的特征，而在纵剖面上则似单向斜层理。大部分斜层理在纵剖面上可见各种斜层理形态，而在横剖面上则呈现平行层理的形态。因此要注意纵、横剖面的观察才能正确判断层理的类型。2)成分的观察。需观察纹层内物质成分、结构特征和微韵律变化。3)定量测量。对于斜层理，需测量并记录不同方向纹层的倾向和岩层的倾向。测量结果可以通过箭头图解及玫瑰图解等方式进行资料处理。对于曾发生构造变动的岩层，需进行岩层的倾向校正，才能确定古水流的方向。这种校正通常采用吴氏网法。(二) 波痕的观祭描述波痕是常见的层面构造之一，是由于风、水流或波浪等介质的运动，在沉积物表面所形成的一种波状起伏的层面构造。由于介质的作用性质、作用强度及方向不同，波痕的大小和形态也不相同。可利用波痕的形态特征、波浪的大小和波痕指数等来恢复波痕的形成条件。1波痕的基本术语描述波痕的基本术语主要有波峰、波谷、波脊、波长(L)、波高(H)、迎流面、背流面、波痕指数(RI)、对称指数(RSI) 等。2波痕观察描述的方法和内容(1)波痕要素或参数的测量主要测量波痕的波长(L)、波高(H)以及波痕的迎流面水平投影的长度(l 1)和背流面水平投影的长度(l 2)，并进行波痕指数(RI=LH) 和对称指数(RSI=l 1l 2)的计算。根据对称指数可将波痕分为对称波痕和不对称波痕。若 RSI 近似为 1，称为对称波痕；大于 1，称为不对称波痕。研究不对称波痕时还需测量缓倾斜面(迎流面) 和陡倾斜面 (背流面)的倾向，以恢复古水流方向。一般情况下，缓倾斜面倾向与水流方向相反，陡倾斜面倾向与水流方向一致。在野外还须测量地层的产状，若岩层发生倾斜，则须恢复原始产状后测量，或测量岩层产状和缓倾斜面的现存产状，然后进行校正，校正方法可利用吴氏网法。(2)波痕形态及内部构造的描述波痕形态常按波脊的形态特征进行描述，主要包括波脊的连续性、是否分叉和延伸形态等。如波脊的延伸形态可分为直线状、弯曲状、链状、舌状、菱形状、新月状等。发育良好的波痕，是由一个或几迎堕纹层和多个前积纹层及一个或几个水平底积纹层组成。前积纹层是波痕的主要组成部分，迎流纹层和底积纹层多未被保留。前积纹层形态有直线形、切线和凹形，是波痕迁移形成的。根据波痕内部构造与外部形态关系可分为形态协调的波痕和形态不协调的波痕。形态协调的波痕：波痕具有上述发育完好的内部构造，只有一组前积纹层而且在成因上有直接关系，其内部构造是由该波痕迁移形成的。形态不协调的波痕：具有复合构造的波痕，不具典型的内部构造，而且与外部形态不协调，不相适应反映在成因上与之无关；呈复合构造形态，是由多组前积纹层组成的。(3)波痕的物质组成波痕的大小和形态与水深和流速有关，因此组成的物质粒度也不同，流速越小粒度越细。粒度在波痕内部分布也不一致，流水波痕背部颗粒比谷中颗粒细；而风成波痕则相反背部颗粒较粗，而谷中颗粒较细。因此，需描述组成波痕的物质成分、粒度、分布等。(4)观察和测量波痕所指示的流向波脊是连续的，水和风的主要流向是垂直波脊方向的，不对称波痕的陡坡倾向指示主流方向。波脊不连续的舌形波痕和菱形波痕的凸端和菱形尖端指示流向。而新月形波痕凹向指示流向。(5)波痕的成因分析在上述观察和描述的基础上，还应综合分析和判断波痕的成因。波痕按成因可分为：流水波痕、浪成波痕、风成波痕、干涉波痕和改造波痕。不同成因波痕的识别标志参见沉积学教材的有关内容。(三) 槽模的观察描述槽模是分布于砂岩底面上的一种印模，是由于水流的涡流对泥质物的表面侵蚀而形成许多凹坑，后被砂质充填而成，在上覆砂岩底面形成的一系列规则而不连续的突起。注意观察、描述突起的对称性、形态、大小、延伸方向等。利用槽模可判断古水流方向，槽模的延伸方向为水流方向，且浑圆状突起端迎着水流方向。(四) 沟模的观察描述沟模也是分布于砂岩底面的脊状印模。注意观察、描述脊状印模的延伸长度、方向、脊的高度、分布状况等。利用沟模也可判断古水流方向，沟模的脊延伸方向为水流方向。槽模和沟模均分布于岩层的底面，且常共生，因此可利用它们判断地层的顶底。(五) 冲刷面的观察描述冲刷面是指在沉积物表面由于水流下蚀作用使下伏岩层形成凹凸不平的面。注意观察冲刷面的起伏程度、界面上下沉积物特征等。二、暴露成因构造的观察描述(一) 雨痕和冰雹痕的观察描述注意观察雨痕的形态、大小、深浅。雨滴垂直落下时，坑呈圆形；雨滴倾斜落下，坑稍呈椭圆形。冰雹痕与雨痕相似，但比雨痕宽而深，形状不规则。雨痕和冰雹痕常为上覆沉积物充填，上覆沉积物底面上可见圆形或不规则形状的凸状印模。(二) 干裂的观察描述软泥状态的沉积物露出地表，由于干涸时收缩形成的裂缝使沉积物表面被分割成多边形块体。因此，应注意观察裂缝的形态，包括剖面和平面形态。裂缝剖面一般呈 V 字形，裂块呈多边形，且裂块中央凹、四周微翘。裂缝中常充填上覆沉积物。可利用裂缝 V 字形断面确定上下层面，因为裂缝尖端指向下层面，裂块凹面一般向上。三、同生变形构造的观察描述同生变形构造主要包括包卷层理、重荷模、滑塌构造、砂球及球枕构造、砂火山、砂岩岩脉、碟状构造等。重荷模是发育于岩层的底层面上圆丘状或不规则的瘤状突起，注意与槽模的区别，前者多不规则和无定向性。注意观察瘤状突起的形态、大小、突起高度、分布状况等。砂球及球枕构造是分布于泥质之中的砂质椭球体或枕状体。注意观察砂球、球枕体的形态、大小，与砂岩层的关系以及围岩的特征等。滑塌构造是沉积层在重力作用下发生运动和位移所产生的变形构造，可引起沉积物的形变、揉皱、断裂、角砾化、岩性的混杂等。注意观察纹层产状、裂缝分布、岩性特征，以及与上、下岩层的关系、分布范围等。四、化学成因构造的观察描述(一)晶体印痕、假晶以及冰晶印痕的观察描述此三种构造均与晶体有关，因此注意观察晶体的特征(形态、表面特征、颜色等) ，确定矿物成分。因为矿物可以指示形成环境，如石盐和石膏晶体或假晶存在说明沉积时盐度较高且在干燥气候条件下形成的。如果有黄铁矿存在，则说明当时是还原环境。(二) 结核的观察描述结核是岩石中自生矿物的集合体。这种集合体在成分、结构、颜色等方面与围岩有显著差异。结核观察、描述的内容有：成分、结构、颜色、大小、分布，同时还要描述围岩的特征(成分、结构、颜色等)，以及结核与围岩中纹层之间的关系，以便判断结核的形成时间：同生结核、成岩结核和后生结核。(三) 缝合线构造的观察描述注意观察缝合线分布，是否切穿颗粒，与层面的关系，开启性和充填情况以及围岩特征等。 五、生物成因构造的观察描述生物成因的构造主要包括生物遗迹构造、生物扰动构造和植物根迹等。生物遗迹构造根据形态及行为方式，可分为居住迹、爬迹、停息迹、进食迹、觅食迹、逃逸迹、耕作迹等。生物遗迹描述的内容主要包括：痕迹的形态、大小和空间展布(方位、深度等) 特征。潜穴内部构造特征，保存方式、丰度、伴生的其它痕迹及其相互关系、居群密度、围岩性质、无机沉积构造特征等。遗迹的形态分为简单垂直管状、 “U”形、直一弯曲形、蛇曲形、环曲形、螺旋形、星射形、树枝形、网格状、卵形与胃形、点线形等。生物扰动构造一般是不具有确定形态的，其识别标志主要为在层理发育的砂岩中常坏层理，在泥质沉积物中显示斑点构造，在含油砂岩中出现含油不均的现象等。描述内容主要包括扰动强度、分布等。植物根迹是指保存在沉积地层中的植物根系，但在岩心中或局部露头所显示的根迹，大多数仅仅是植物根系的一部分或极少的部分。根迹在岩石中常呈现不同的形态，如垂直状、辐射状、须状、扁平状等，在一定程度上也反映了根系的生态特点。因此，在描述时，须注意根迹的形态、分布、完整性、保存状况(是否被炭化、氧化等) 等。实验一、沉积构造标本的观察与描述1目的要求1)学会观察和描述常见沉积构造的方法和内容。2)掌握常见沉积构造的特征及其识别标志。3)学会分析常见沉积构造的形成过程。4)学会并掌握利用沉积构造进行沉积环境分析的方法和原理。2实验内容(1)层理水平层理、波状层理、浪成沙纹层理、槽状交错层理、楔状交错层理、板状交错层理、羽状交错层理、平行层理、块状层理、粒序层理、变形层理。(2)层面构造波痕(直脊波痕、曲脊波痕、对称波痕、干涉波痕、改造波痕) 、槽模、冲刷面。(3)同生变形构造重荷模、火焰构造、滑塌变形构造。(4)暴露成因构造干裂、雨(冰雹)痕。(5)化学成因构造石盐假晶、黄铁矿晶体印痕、结核。(6)生物成因构造生物扰动、生物遗迹(居住迹、觅食迹、爬行迹 )。3实验报告要求选择槽状交错层理、羽状交错层理、对称波痕、槽模、石盐假晶、觅食迹、爬行迹等，观察标本，画出素描图，并分析其成因。具体内容如下：1)岩石类型：2)沉积构造类型；3)构造形态、要素，并画出素描图；4)分析水动力特征和沉积环境。对流动成因的构造要指出古水流方向( 图示)。4实验的重点、难点1)交错层理的纹层、层系界面的观察。2)层理的素描方法。3)沉积构造的成因解释及环境分析。第二节 陆源碎屑岩观察鉴定方法和实验在实验过程中，首先详细地观察手标本，对岩石的成分、结构、构造、风化特点有了较全面的了解之后，再有目的、有意识地进行镜下薄片观察、描述，以弥补手标本鉴定中的不足之处，效果极好。以下介绍陆源碎屑岩(主要为砾岩、砂岩 )的肉眼观察和镜下鉴定的方法和内容，由于泥岩的粒度细小和结构特殊，泥岩的肉眼观察和镜下鉴定的方法和内容将单独进
