沉积岩石学-第四章--三节.ppt

碎屑岩的结构 第三节 碎屑岩的结构是指构成碎屑岩的矿物及岩 石碎屑的大小、形状以及空间组合方式 碎屑岩的 结构组分 碎屑颗粒 填 隙 物 孔隙（派生组分） 矿物碎屑 岩石碎屑 杂 基 胶 结 物 一 碎屑颗粒的结构 Textures of clastic grains 碎屑颗粒的结构特征一般包括：粒度、球 度、形状、圆度、颗粒的表面特征 1、粒度（Grain size） 1）粒度的概念 粒度—是指碎屑颗粒的大小 粒度是碎屑颗粒的最主要的结构特征，直 接决定着岩石的类型和性质，是碎屑岩分类命 名的重要依据 表示粒度，可用线性值和体积值 体积值：可用标准直径（dn）表示，代表 着与颗粒同体积的球体直径 最大投影面 线性值：直观度量出来的线性直径，颗粒的 长、中、短直径:dL （A） 、dI （B） 、dS （C） 2）粒级的划分 ②十进制划分方案，在我国应用较广泛 ① 伍登—温特华斯（Udden-Wentworth） 的划分方案，2的几何级数制它是以1mm为 中心，乘以2或除以2来进行分级的 ③ 中国石油天然气集团公司标准——石油 行业碎屑颗粒粒度分级标准 粒 级粒 径，mm 砾 石2 粗 砂0.5~2 中 砂0.25~0.5 细 砂0.1~0.25 粉 砂0.03~0.1 杂 基50%的粒级，而含量介于50～ 25%的粒级又不止一个，进行复合命名，以 “××—××岩”的形式表示，含量较多的写在后 面。

③ 若碎屑岩的粒度分选更差，粒度含量均 2/3， C/B2/3 椭球体：B/A2/3 扁球体：B/A2/3， C/B2/3 长扁球体：B/A2/3, C/B5Ф) 对于更粗的碎屑岩， 如砾岩，杂基也相对变粗 ，除泥以外，还可以包括 粉砂甚至砂级颗粒 杂基支撑的砂岩 (2) 地质意义：杂基的含量和性质可以反 映搬运介质的流动特性，反映碎屑组分的分选 性，也是水动力强度的重要标志，是碎屑岩结 构成熟度的重要标志 (3) 杂基成分：多为粘土矿物，有时见有灰 泥、云泥及一些细粉砂碎屑颗粒 杂基成分为粘土和灰泥 (4) 杂基的类型 原杂基—代表原始沉积状态的杂基，泥 质结构 正杂基—原杂基经成岩作用明显重结 晶的产物，粘土矿物→显微鳞片结构 似杂基—碎屑岩中一些与杂基结构极为相 似的细粒组分，在成因上与杂基完全不同包 括下面三种 a 淀杂基—在成岩 作用过程中，由孔隙水 中析出的粘土矿物胶结 物 b 外杂基—碎屑沉积物堆积后，在成岩后 生期充填于其粒间孔隙中的外来杂基物质 c 假杂基—软碎屑经压实碎形成的类似杂 基的填隙物 压扁和压碎的假杂基 2、胶结物（Cement） 胶结物是碎屑岩中以化学沉淀方式形成于 粒间孔隙中的自生矿物。

胶结物是化学成因的物质，其结构与化学 岩类似，其特点是由晶粒大小、晶体生长方式 及重结晶程度等决定的 在碎屑岩中，其含量50%，表现为孔隙充 填结构常见的类型有： (1) 非晶质及隐晶质结构 蛋白石、磷酸盐矿物，在偏光显微镜下 表现为均质体性质 (2) 显晶粒状结构 胶结物呈结晶粒状分布碎屑颗粒之间因 晶粒较大，在手标上可以辩认 （3） 带状和栉壳状结构 胶结物环绕颗粒呈带状分布为带状结构， 常为粘土胶结物如果胶结物呈纤维状或针状 垂直颗粒表面生长，称为栉壳状结构 (4) 嵌晶结构 胶结物结晶颗粒 较粗大，晶粒间呈镶 嵌结构，每一个晶粒 中都可以包含有多个 碎屑颗粒 (5) 自生加大结构 多见于硅质胶结的石英砂岩中，硅质胶结 物围绕碎屑石英颗粒生长，二者成分相同，而 且表现为完全一致的光性方位 良好的自生加大胶结物形成于成岩阶段或 后生阶段 海绿石石英砂岩沉积石英岩 三 胶结类型及颗粒支撑性质 Types of cementation and grain-supported characteristics 1、概述 1）胶结类型——在碎屑岩中，胶结物或 填隙物的分布状况及其与碎屑颗粒的接触关系 2）决定碎屑岩胶结类型的因素： (1) 碎屑颗粒与胶结物或填隙物的相对数量 (2) 碎屑颗粒之间的接触关系 2、胶结类型的分类 1）基底胶结——填隙物含量较多，碎屑颗 粒在杂基中互不接触呈漂浮状，填隙物主要为 原杂基（或正杂基）。

代表高密度流快速堆 积的特征 又可称杂基支撑结构 形成于沉积同生期 杂基支撑的砾岩 2）孔隙胶结——最常见的颗粒支撑结构 ，碎屑颗粒构成支架状，颗粒之间多呈点状接 触，胶结物含量少，只充填在碎屑颗粒之间的 孔隙中 成岩期或后生期 化学沉淀的产物 反映稳定强水 流的沉积特征 3）接触胶结——亦为颗粒支撑结构，颗 粒之间呈点接触或线接触，胶结物含量少，分 布于碎屑颗粒相互接触的地方 可能是干旱气候条件 下的砂层，因毛细管作用 ，溶液沿颗粒间细缝流动 并沉淀形成的；或者是原 来的孔隙式胶结物经地下 水淋滤改造而成的 4）镶嵌胶结——在成岩期的压固作用下 ，特别是当压溶作用明显时，砂质沉积物中的 碎屑颗粒会更紧密地接触，颗粒之间由点接触 发展为线接触、凹凸接触，甚至形成缝合线接 触（亦称无胶结物式胶结） 碎屑颗粒接触性质 示意图 3、碎屑颗粒支撑类型 碎屑结构的支撑类型可划分为两类：杂基 支撑结构和颗粒支撑结构 支撑类型、胶 结类型和颗粒 接触关系 支撑类型、胶结类型和颗粒接触关系 试对比四种胶结类型在颗粒接触关系、颗 粒间连接方式、颗粒支撑性质、填隙物数量及 压实压溶强度的特征 试对比颗粒支撑和杂基支撑在流体性质、搬运方 式、沉积特点、水动力条件、沉积环境、颗粒接触关 系、粒间填隙物特征、油气储集性能等方面的差异。

四 碎屑岩的孔隙结构 Pore textures of clastic rocks 孔隙是碎屑岩（特别是砂岩）的重要结构 组成部分之一，其间可以充填大量的气体或液 体 孔隙可以分为原生孔隙和次生孔隙两类 原生孔隙主要是粒间孔隙，即碎屑颗粒原 始格架间的孔隙原生的孔隙度和渗透率与碎 屑颗粒的粒度、分选性、球度、圆度和填集性 有关 次生孔隙绝大多数都是形成于成岩中期之 后及后生期，一般都是岩石组分发生溶解作用 的结果也可以是由于岩石的破碎和收缩产生 的次生孔隙 结构成熟度——指碎屑物质结构上被改造 趋向于最终产物的程度 等大 分选好 圆状 球形 无杂基 五、结构成熟度（textural maturity） （一）粒度分析方法的选择 Selection of grain size analysis methods 粒度分析方法的选择因碎屑颗粒大小和岩 石致密程度而异 对于砾石可以直接测量其线性值，也可以 量筒测其体积 砂或疏松的砂岩多采用筛析法 粉砂和粘土又可用沉速法分析 六、粒度分析（Grain size analysis） 对于碎屑粒度进行系统分析时，一般以筛 析法为主，辅之以沉速法和直接测量法，从而 求得碎屑岩的全部粒度组分。

数量很少或在悬浮液中浓度太低的粉砂、 粘土样品，可以采用光学法和电法 固结紧密无法松解的岩石，则只能采用薄 片粒算法 1.筛析 筛析时是将已处理好的碎屑颗粒通过孔径 大小不同而且按顺序排列的一套套筛，使直径 大小不同的颗粒分别集中，从而得到被分析样 品各粒级组分的含量数据 为保证筛析的精度，要求套筛有较好的质 量，筛孔要均匀而且大小标准筛孔间距最好 是1/4ф或1/2ф 青岛某海滩样品粒度分析记录 筛析法的优点是： ①设备简单，易于操作，适于做大量分析； ②筛析结果为进一步的矿物学和颗粒粒度、形 状研究准备了丰富的材料 筛析法的缺点是： ①只对松散的或弱胶结的岩石适用 ②软的或过脆的颗粒可能在筛析过程中因破碎 而变细 2.沉降分析 常用的方法有移液管法和沉降管法 （1）移液管法 以斯托克沉降定律作为分析根据 斯托克公式表明，当流体性质和颗粒密度 已知时，沉降速度直接由颗粒大小决定，并与 颗粒直径的平方成正比 V= gr2 （2） 沉降管法 在沉降管内放好纯水 ，然后将分析样品从管的 上端导人，使之向下端沉 降这时可直接观察颗粒 堆积速度，或借用差压计 或压力计对沉积物中不同 粒度的沉降速度和过程进 行测量和记录，从而得到 样品的粒度分布资料。

3.薄片粒度分析 对于固结紧密难于松懈、甚至无法松懈的 砂岩或粉砂岩都不能采用筛析和沉降分析，只 能利用薄片进行粒度分析 有时由于样品数量过少，难于作筛析，也 只好用薄片观察粒度 薄片粒度分析测得的是一定粒度的颗粒数 百分比，而不是各粒级组分的重量百分比，因 此它是属于粒算法 必须注意到，岩石的切面绝不可能刚好都 通过碎屑颗粒的中心 由等大球形颗粒堆积体 的任意切面中可以看出，颗 粒的粒度多小于其实际的粒 度，只有少数颗粒表现了其 真正的大小 由任意切面实测资料计算得出的平均直径 ，只是真正球体直径的76.3% 从不等大颗粒堆积 体的任意切面上看，切 面穿过颗粒的概率与颗 粒的大小成正比，大颗 粒显然比小颗粒有更多 的被切穿的机会 实际情况要更加复杂，因为沉积碎屑不但 包含着不同大小的颗粒，而且颗粒形状极不规 则，又多种多样 因此，对薄片中 得到的粒度数据要进 行校正，校正方法可 以从颗粒分布的矩值 与切面粒度分布矩值 之间的数学关系中得 到 在薄片粒度分析中，常用的抽样方法有三 种，即点计法、线计法和带计法 对一个样品总共统计400~500个颗粒 所得结果，经过校正和换算，便可求出各 粒级颗粒的重量百分比。

除了以上的粒度分析方法以外，当前生产 中还使用有显微镜上用的自动或半自动粒度分 析仪、光电微粒分析仪等 （二）粒度资料图解（Diagram of grain size data） 粒度分析的结果，是得到碎屑样品的粒度 组分数据 这些数据是非常重要的第一性资料，但是 直接用数据不便于应用和对比 因此，常需要将数据形象化，绘制成图 常用的粒度图——直方图、频率曲线、累 积曲线和概率值累积曲线 1.直方图和频率曲线 直方图是最常用的粒度组分图件，它是由 一系列相邻的长方块构成的 Histogram and frequency distribution curve 各长方形的底边等长， 其长度代表粒度区间， 长方形的高代表每种粒度的 频数，即表示各粒度区间的 重量百分比 将直方图上各方块的 顶边中点连接起来，绘制 成一条圆滑曲线，这就是 频率曲线图 频率曲线图形简单、直观，因此应用更广 与直方图类似，频率 曲线也表示了样品的粒度 分布 通常把直方图中突出于周围方块之上的高 方块或频率曲线中的高点称作峰（亦称众数） 如果样品中只有一个峰，叫作单峰；若有 两个或两个以上的峰则称为双峰或多峰。

海岸卵石层的粒度范围最窄，具有很突出 的单峰，这是沉积物粒度分选极好的特征； 河流冲积沉积物的粒度分布较宽，具双峰 ，峰所在粒级的重量百分比并不高，这是分选 性不好的表现； 冰川沉积和雨水冲刷斜坡上的堆积物则粒 度分布范围更广，其中砾石与泥、砂混杂，说 明分选性更差 不同成因碎屑沉积物的粒 度组分直方图 （a）河流冲积砂质卵石砾石 （b）海岸细卵石层 （c）含碎屑的冰川砂 （d）雨水冲刷斜坡上堆积物 2.累积曲线（Cumulative frequency curve） 用粒度分析成果中 的累积重量百分比数作 成的图 横坐标仍然表示粒 径，而纵坐标表示的是 各粒级的累积含量 累积曲线总是构成“S”形但不同沉积环境 形成的碎屑沉积物，其累积曲线形态是有差别 的 滨海沉积和风成沉积的碎屑物质分选好， 粒度范围窄，因而累积曲线很陡； 洪流及冰川沉积分选差，粒度分布范围宽 ，累积曲线表现得平缓 不同成因碎屑沉积的累积曲线 海滨砾石海滨砂 冰川沉积物页岩 黄土 长江中下游现代沉积的粒度累积曲线图 3.概率值累积曲线 仍然用累积重量百分 比作图横坐标仍为粒径 （φ）值，纵坐标改用概 率百分数标度，这样做成 的便是概率值累积曲线图 Cumulative。