(沉积岩石学课件第九章其他沉积岩

第九章其它沉积岩

除碎屑岩、火山碎屑岩和碳酸盐岩外，其它沉积岩类，如蒸发岩、硅质岩、煤岩、油页岩、铁岩、锰岩、铝土岩、磷酸盐岩等也较为常见。下面我们学习与专业关系较为密切的前四种。

第一节蒸发岩

一、概述

(一)定义

蒸发岩又称盐岩，是指由含盐度较高的溶液或卤水，通过蒸发作用形成的化学沉积岩。蒸发岩不包括某些和蒸发作用有关的碳酸盐岩，如白云岩、钙质层和石灰华等。

(二)蒸发岩的化学组成和主要矿物成分

1.化学组成

蒸发岩的化学组成主要是K、Na、Ca、Mg的氯化物、硫酸盐，其次为它们的硼酸盐及K、Na的硝酸盐等。

2.主要矿物成份

(1)氯化物：石盐(NaCI)、钾盐(KCI)、光卤石(KCl ? MgCb ? 6H2O);

(2)氯化物硫酸盐：钾盐镁矶(KCI - MgSO4 - 3H2O);

(3)硫酸盐：无水钾镁矶(K2SO4 ?2MgSO4)、钾钠芒硝(K2SO4 ?Na2SO4)、杂卤石

(2CaSC4 - K2SO4 - MgSO4 - 2H2O)、无水芒硝(Na2SO4)、芒硝

(Na2SO4 ? IOH2O)、泻利盐(MgSO4 - 7H2O)、石膏(CaSO - 2H2O)、硬石膏(CaSO4、等；

(4)碳酸盐：水碱(即苏打，Na2CO3 -H z O)、天然碱(Na2CO3 ?NaHCO3)；

(5)硼酸盐：硼砂(Na 2B 4O 7 ? 10H 2O )、钠硼钙石(NaCaB 5O 4 ? 8H 2O )、 柱硼镁石

(MgB 2O 4 ? 3H 2O )等。

此外，还有粘土、白云石、菱镁矿、菱铁矿、赤铁矿、天青石、绿泥石、 云母、石

英、长石等混入物。

(三) 蒸发矿物的一般生成规律

1?海水蒸发矿物的生成顺序

海水属咸水，每升海水含盐类35克，所含主要离子为Na +、Mg 2+、Ca 2+、 K +、Cl -

、

SO 42-，相应地，构成海水蒸发矿物的主要组分是 Na 、Mg 、K 、Ca 的氯化物和硫酸盐。

海水蒸发时，可溶盐按溶解度从小到大的顺序依次沉淀形成矿物， 因此, 矿物类型可反映其生成时海水盐度的高低。总的来说蒸发矿物的结晶顺序分 为六个阶段:

碳酸盐一石膏阶段

海水盐度稍高就开始沉淀; 石盐沉积阶段 海水浓缩％，盐度达26%;

石盐、硫酸盐、镁盐阶段 海水盐度31?32%;

2.内陆湖盆蒸发矿物的生成规律 大陆水的主要组分是 CO 32-、HC03-、SO 42-、CI -、Ca FS Mg 2+、Na +、K +, 由于湖盆所处地理

位置、地质条件、气候条件和补给条件的不同，大陆水的 矿化度和化学组成有很大差异。就化学成分而言，湖盆水体可分为碳酸盐型、 硫酸盐型和氯化物型三种卤水，不同类型的湖水，浓缩后形成的蒸发矿物及 其组合特征各不相同。

(四) 蒸发岩的结构与构造(自学)

1?结构

蒸发岩的结构按成因可分为原生结构和次生结构。

(1)原生结构

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。

(2)次生结构

次生结构则有斑状变晶结构、交代结构、搓碎结构、塑性形变结构等。

(4) 钾、镁盐沉积阶段 海水盐度33?34%;

(5) 光卤石沉积阶段 (6) 水氯镁石沉积阶段 海水盐度35%;

海水盐度增至共结点(？)

2.构造

蒸发岩的构造也可按成因分为原生的和次生的两种。

(1)原生构造

是当盐岩从溶液中沉淀出时形成的，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。

(2)次生构造

则是在盐岩形成之后形成的，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等。

二、主要岩石类型

蒸发岩按矿物成份可分为石膏一硬石膏岩、石盐岩和钾镁质岩等。

(一)石膏一硬石膏岩

石膏和硬石膏主要组成单矿物岩石，有时组成石膏一硬石膏岩或硬石膏—石膏混合岩。常见的混入物有白云石、石盐、天青石、黄铁矿、蛋白石、玉髓、石英等。在陆相石膏岩内往往有大量砂质一粉砂质和粘土质混入物。

石膏一硬石膏岩具有粗粒的结晶粒状结构。在构造上常发育有很好的纹层状构造，有时具有交错层理。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带或沙漠干盐湖的成因特点。

一般认为从浓缩卤水中沉淀的原生硫酸钙矿物是石膏，即在30 C以下时，当海水含盐度提高倍，石膏就开始沉淀；在42C以上的温度，或海水盐度很大时，开始沉淀硬石膏。

在成岩阶段，石膏往往向硬石膏转化。根据实验资料，80 °C?90 °C时石

膏开始脱水，当温度达到150C时，石膏转化为稳定的P -硬石膏，体积缩小8?39%。如果按平均地温梯度3C /100 m,年平均地表温度14C计算，当地层埋深到4500m时，石膏就全部转变成硬石膏，体积缩小，产生晶间孔，能为深层天然气提供储集空间。东营凹陷深层研究表明，在埋深4200米附近的硬石膏有丰富的晶间孔和晶间缝，并在其中见到了荧光显示，说明其中有烃类分布。而大量的勘探时间证明，硬石膏岩作为有效的盖层一般埋深小于2500米，因为石膏在温度大于100C时就能转化为亚稳定的丫-硬石膏了。

（二）石盐岩

又称岩盐。主要矿物是石盐，常混有少量的氯化物、硫酸盐、粘土、有机质和铁质等。

岩盐一般呈块状，结晶粒状结构，岩盐中常可见纹层状构造以及共生的石膏、硬石膏互层。

岩盐可以沉积在海岸和内陆盐沼中，也可以形成于浅水到深水的湖泊和海相盆地中。

我国四川震旦系有已知的世界上最古老的石盐层，厚度在200米以上, 二叠、白垩、第二纪和第四纪盐湖都盛产岩盐。

（三）钾镁盐岩（自学）

主要由溶解度大的盐类矿物，如钾盐、光卤石、杂卤石、硫镁矶、无水钾镁矶和泻利盐组成。它们是在海水蒸发作用的最后阶段沉淀的，因此往往

产在蒸发旋回的顶部，一般厚度不大。由于它们具有易溶性，在成岩阶段当与其残余卤水或淡的地下水接触，会导致矿物成分的变化，有可能最后沉淀的矿物组合不同于原生的矿物组合。

（四）天然卤水（自学）

是产于地下的盐类溶液。原生卤水是保存在地层中的古代残余海水和盐

湖水，又叫“封存水”。次生卤水是古代盐岩或含盐岩石经地下水溶解后存储 在地层中的一种卤水。

卤水的主要成份为NaCI 、MgCl 2、CaCb 、CaSO 4。在有深大断裂贯穿老 新地层的情况

下，古老地层中的卤水会成为深水盐湖的盐类来源。

三、蒸发岩的成因

蒸发岩成因的研究可以追溯到19世纪。一百多年来，人们相继提出了许 多成因理论

和假说，如砂坝说（ “萨巴哈说” （1955?1971）、深水蒸发沉积说

这里仅选择几种简介如下。 （一）砂坝成盐说

1877年奥克谢尼厄斯（OchseniuS 提出“砂坝说”来解释巨厚的盐类沉 积问题。他认为盐类矿物是在与广海隔离的泻湖中蒸发形成的。处于海湾或 泻湖与广海之间的砂坝，一方面起着使海湾或泻湖水体不断蒸发而浓缩的作 用，同时又让海水从其顶部不断流入补给，从而导致各种盐类按溶解度大小 先后发生沉淀。实际上，起屏障作用的除了砂坝外，还有构造隆起、生物礁 和火山堤等。

（二）深水蒸发说

持这一观点的人认为成盐作用不一定需要泻湖环境。在海洋中，由于表 面强烈蒸发作用可以产生浓缩卤水，这种表面浓缩卤水由于密度大而下沉, 在闭塞的海盆地深处聚集起来，最终可形成盐类沉积。

（三）干化深盆说

1972年，许靖华提出“干化深盆地说”，他用干涸和海水注入相交替的 观点，解释地中海蒸发岩的形成。据许的观点，在晚中新世时，地中海曾与

大西洋分离，形成一个沙漠盆地。地中海蒸发岩就是形成于低于海平面数千 米的盆地内的浅卤水池或盐滩上。当深盆地被海水充满时，形成深水沉积, 干涸时形成浅水蒸发岩。这种蒸发岩的特征是浅水蒸发岩与深水页岩、浊积 岩共生。在空间关系上呈牛眼式分布（画图）。这是由于封闭的深盆地在干化 过程中发生分异作用，导致盐类依次沉淀。碳酸盐和硫酸盐沉积在盆地的边 缘，盆地中心则沉积石盐和钾盐。

1877）、多级海盆说（1915?1955）、回流说

（1947?1965）、潮上盐沼说或 （1855?1970）、干化盆地说（

1972）、大陆说或沙漠说、风成说等。

（四）深水成因盐湖

在湖相沉积中也可以形成蒸发岩。一般认为湖相蒸发岩是干热气候浅水蒸发环境的产物。但近年来对渤海湾一些次级凹陷沙河街组蒸发岩地层的研究表明：湖相蒸发岩可以形成于半干旱半潮湿的深水环境。代表是东濮凹陷沙二段盐湖和东营凹陷沙四上亚段盐湖。古老地层中的卤水沿深大断裂进入湖盆成为盐类沉积的物质基础。特点是盐岩分布范围明显受断裂发育带控制, 盐岩与深水正常沉积共生。

四、蒸发岩与油气的关系

进入80年代以来，有不少学者还提出了蒸发岩地层的生油能力和硬石膏岩的储集性能。

（一）盐层与油气层的分布规律

根据统计资料，在油、盐共生的盆地中，有46%的盆地的油气层产于盐系地层之下，有41%的盆地的油气层分布在盐层之上，13%的盆地的油气层在盐系地层之间。

我国东部下第三系断陷湖盆广泛发育有蒸发岩地层，蒸发岩具有多韵律多旋回的特点，单层厚度小，与碎屑岩或碳酸盐岩成频繁互层；其发育的层位与生油岩形成的层位共存，并且与油气无论是在地层剖面上还是在平面上都共存。

（二）蒸发岩和油气生成

盐度增高，既可以造成许多生物种属的绝灭，也可以为某些狭盐类生物提供丰富的养料而使之大量繁殖；Enos（1983）认为，全新世未经压实的蒸发岩中有机质含量高达15%以上。实验表明，地质历史上蒸发岩中有机碳含量一般在2%?5%之间，与其它类型的烃源岩相比较，其有机碳含量比较可观，可与同时沉积的暗色泥岩一起作为烃源岩。例如美国西北部的帕拉多克

斯盆地和绿河盆地蒸发岩就是良好的油气烃源岩（雷怀彦,

1996）。

（三）蒸发岩对油气运移的影响

卤水进入沉积物，促使烃类排出进入渗透层，位于渗透层之上的蒸发岩盖层控制着油气的二次运移，使之只能侧向运移。

（四）蒸发岩对油气储集层的封隔及其对油气的储集性能

膏盐层在中浅层致密，可以作为良好的油气盖层，也可以在经历了高温成岩作用后（温度高于100~150C，埋深大于3000~4500m）成为深层油气的储层。

（五）蒸发岩对油气圈闭的影响

在蒸发岩沉积厚度大的地区，由于差异压实作用，岩石可发生塑性向上流动，改变上覆岩层的产状从而形成各种类型的构造圈闭、岩性圈闭、地层圈闭等。

东营凹陷深层沙四段蒸发岩地层系深水成因，与油气有密切关系，既可能作为油气烃源岩，也可成为深层油气的有效储层。这是对深层蒸发岩的新认识，但对其油气生、储性能的机理和普遍意义等方面还有待于深入研究。

蒸发岩的多种成因和硬石膏岩的封盖性、储集性反映了深刻而又平凡的哲学道理：事物是发展变化的，并非一成不变，也没有方之四海而皆准的成因规律。

第二节硅岩

一、概述

（一）定义

硅岩是指由化学作用、生物作用、生物化学作用以及某些火山作用所形成的富含SiO2 （可达70?80%）的岩石，也包括在盆地内经机械破碎作用再沉积的硅质岩，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。

有人也称硅岩为硅质岩。在欧美文献中，大多把固结的硅岩统称为燧石, 然后在燧石名称前冠以能反映岩石产状、成分及结构和构造特征的附加名称, 如硅藻质燧石、鲕状燧石、结核状燧石、层状燧石等。

（二）硅岩的矿物成分

硅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。

此外，还有粘土矿物、碳酸盐矿物和氧化铁等，有些硅岩可有绿泥石、沸石、黄铁矿、有机质等混入。

（三）硅岩的结构和构造

硅岩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。

硅岩可以单独成层，也可以呈薄层、透镜体、条带状或各种形状的结核夹于其它岩石（常为碳酸盐岩）中。