内源沉积岩按成分可分为八大类:铝质岩类、铁质岩类、锰质岩类、磷质岩类、硅质岩类、碳酸盐岩类、蒸发岩类和可燃性有机岩类,其中除碳酸盐岩及硅质岩外,其他各类数量较少,但都是重要的沉积矿产,这方面内容有其他课程论述。因此本书只着重讨论碳酸盐岩和硅质岩类,其余各类仅作简要介绍。
(一)铝质岩
铝质岩是富Al203的岩石,并且Al2O3>SiO2;若Al203>40%,Al203:SiO2>2:1者即成铝土矿。铝质岩的矿物成分主要是铝的氢氧化物:三水铝石[Al(OH)3]、一水软铝石[γ-A1O(OH)]、一水硬铝石[α-AlO(OH)]。此外,尚含粘土矿物及其他陆源碎屑矿物;还可含其他自生矿物,如菱铁矿、方解石、铁的氧化物和氢氧化物。但这些矿物均呈微晶状产出,肉眼很难区别。铝质岩一般为灰色至深灰色或灰黄色和赭红色。常见的结构有内碎屑结构、微晶结构及豆粒(鲕粒)结构。铝质岩的外貌与泥质岩的很相似,用肉眼观察,其区别是铝质岩比较坚硬,并且密度较泥质岩的大。
铝质岩(铝土矿)按成因可分为两种类型:残余型铝质岩(铝土矿)及沉积型铝质岩(铝土矿)。
◎残余型铝质岩(铝土矿):是原地的风化残余堆积,是在热带和亚热带湿热气候条件下铝硅酸盐岩石(霞石正长岩、玄武岩)和石灰岩等经强烈的化学风化作用(红土化作用)形成的。风化残余型铝土矿常为红色、棕色或黄色,少数为浅灰色及白色。质地较疏松,主要的含铝矿物为三水铝石,个别情况下为一水软铝石,铁矿物主要为含水针铁矿和赤铁矿。矿石结构有豆粒、鲕粒、泥状结构,常有多孔状构造,残余型铝土矿向下与原岩过渡。我国残余型铝土矿有福建漳浦的玄武岩风化残余红土型铝土矿。
◎沉积型铝质岩(铝土矿):系由大陆风化作用形成的富铝物质被搬运到沉积盆地堆积而成。矿石的矿物成分以一水硬铝石为主,有时含一水软铝石。亦常含铁的氧化物和氢氧化物及高岭石等粘土矿物。矿石颜色变化较大,有深灰色或灰白色、暗绿色、黄绿色等。结构有内碎屑结构、微晶结构及鲕粒(豆粒)结构。矿体一般呈层状,几乎都产在碳酸盐岩的沉积间断面上。我国规模最大的铝土矿产于华北石炭系底部中奥陶统石灰岩的沉积间断面上。在煤系地层中也常有铝土矿层出现。
(二)铁质岩
铁质岩是指富含含铁矿物的岩石。当铁矿物的含量很高,达到工业品位标准时,铁质岩即成为铁矿石。一般铁质岩中Fe203含量在20%以上。
铁质岩中的主要含铁矿物有氧化铁矿物(针铁矿和赤铁矿)、碳酸铁矿物(菱铁矿)、硅酸铁矿物(鲕绿泥石)和硫化铁矿物(黄铁矿、白铁矿)。铁质岩的结构与碳酸盐岩的有很多相似之处。常见的结构类型有内碎屑结构、鲕粒(豆粒)结构、团粒结构和微晶(隐晶)结构。其构造常见有交错层理、粒序层理、波痕、泥裂等,此外,很多铁质岩中常见由叠层石形成的所谓“肾状构造”。
铁质岩按其成分可分为以下几种类型:
◎氧化铁质岩(矿石):主要由针铁矿类和赤铁矿类矿物组成。呈褐红色或赭色,密度大,常为鲕粒(豆粒)结构。例如,华北震旦系串岭沟组中所产的宣龙式铁矿石及南方泥盆系的宁乡式铁矿石即为氧化铁矿石。
◎菱铁矿岩(矿石):主要由菱铁矿组成,常含少量硫化铁、鲕绿泥石、粘土矿物、磷酸盐等混入物。浅灰色或浅青灰色,出露地表后因风化易呈红色;常呈层状、透镜状或结核状产于泥质或硅质沉积中。
◎鲕绿泥石铁质岩(矿石):色暗灰或灰绿,以鲕绿泥石为主要成分。常含石英砂碎屑,有时还含鲕状磷灰石、氧化铁、菱铁矿或方解石等混入物。鲕绿泥石呈鲕粒结构(图5-22)。我国东北浑江地区的临江式铁矿中多产此种矿石,西藏札达县波林地区中侏罗统波林组中也有鲕绿泥石铁质岩。
(三)锰质岩
锰质岩是富含锰矿物的沉积岩,具工业价值的锰质岩即为锰矿石。锰质岩中常见的含锰矿物有:软锰矿(Mn O2)(常呈鲕粒或隐晶质集合体)、硬锰矿(m Mn O·n Mn O2·n H2O)(常呈钟乳状、细晶集合体或鲕粒)、水锰矿[Mn2O2(HO)2](常构成鲕粒或致密状矿石)、菱锰矿(Mn CO3)(呈结晶粒状或鲕粒出现)。此外,也常有陆源碎屑、粘土矿物、方解石、蛋白石等混入物。锰质岩或锰矿石最常见的结构为鲕粒结构、豆粒结构和隐晶质结构。
图5-22 鲕绿泥石岩(西藏札达波林,波林组,单偏光,d=4.4mm)
(据郭铁鹰等,1991)
鲕状者为鲕绿泥石,基质部分为石英砂、粉砂及部分氧化铁(黑色部分)
根据锰质岩中其他组分的不同,可将锰质岩分为锰质泥质岩、锰质碳酸盐岩、锰质碎屑岩和锰质硅质岩四类。
◎锰质泥质岩:通常呈黑色、暗褐色及红色。锰矿物主要为水锰矿、硬锰矿,在页岩中常呈“矿饼群”分布,具鲕粒(豆粒)结构。单个矿饼长几米,最长可达200m,少者仅长几厘米。
◎锰质碳酸盐岩:包括锰质灰岩和锰质白云岩。岩石呈浅灰色、棕色、紫红色和粉色;具细晶结构或微晶结构;主要含锰矿物为菱锰矿和锰方解石等。锰质碳酸盐岩与石灰岩很相似,但其风化表面可见黑棕色或黑色的次生氧化锰矿物。
◎锰质碎屑岩:主要有锰质粉砂岩和锰质砂岩。碎屑成分主要为石英,其次为长石、云母和粘土矿物;含锰矿物主要为硬锰矿、软锰矿和水锰矿。在岩石中锰矿物常呈胶结物产出。
◎锰质硅质岩:主要由硅质矿物玉髓和蛋白石组成,含有锰的氧化物。一部分和锰质泥质岩共生;更多的是与杂色的中-基性火山碎屑岩或凝灰岩一起产出。
(四)磷质岩
几乎所有的沉积岩都含少量的磷,如页岩中的P2O5平均为0.17%;灰岩中的P2O5平均为0.04%。一般把P2O5含量>7.8%(约相当于20%“磷灰石”)的岩石称为磷质岩(phosphatic rock),P205含量>19.5%者(相当于50% “磷灰石”)称为磷块岩(phosphorite); P205含量<7.8%,但高于一般岩石者称为含磷岩(phosphorus-bearing rock)。
磷质岩和磷块岩是由磷酸盐矿物和陆源碎屑物及其他自生矿物组成的。主要的磷酸盐矿物是磷灰石[Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)]和胶磷矿[Ca3(PO4)2·2H2O]。胶磷矿是一种非晶质的磷酸盐矿物。组成磷质岩和磷块岩的磷灰石为微晶质磷灰石。磷质岩一般颜色较深,多为深灰色至黑灰色。
磷质岩常见的结构有内碎屑结构、鲕粒结构、生物粒屑结构、非晶质结构、微晶结构及交代结构等。常见的构造有水平层理、波状层理、交错层理、块状层理,以及波痕、泥裂、结核等。
磷块岩按其成因和结构特征可分如下五种类型:
◎原生层状磷块岩:是最具工业意义的一类磷酸盐矿床。矿层稳定,厚度可达30m,常与碳酸盐岩、硅质岩和硅质页岩共生。这种磷块岩的结构有内碎屑结构、鲕粒结构、团粒结构、微晶结构、生物粒屑结构等。大多数呈暗黑色或暗棕色,经雨水次生淋滤后则变为灰白色、黄色或棕色。我国云南、贵州晚震旦世早期和早寒武世早期的磷矿床即属这一类型。
◎再造磷块岩:由原生磷块岩破碎、搬运、再沉积而形成的碎屑磷块岩。岩石呈碎屑结构,有时含多量的陆源碎屑,与含磷的陆源碎屑岩共生。在含磷的陆源碎屑岩中,磷酸盐呈胶结物存在,或呈皮壳状包裹碎屑颗粒,粒间为方解石胶结。再造磷块岩形成的时间与原生磷块岩形成时间往往相隔不远,因此在时空上经常密切共生。
◎结核磷块岩:磷块岩在岩层中呈结核状,结核一般聚集成层分布,结核层厚为几十厘米至几米,呈透镜状。结核为淡褐色至灰黑色,致密坚硬,大小不一,一般为0.5~4cm。其中的磷酸盐矿物主要为胶磷矿。
◎次生磷块岩:次生磷块岩是指成岩以后由交代作用或淋滤作用促使磷酸盐富集而形成的岩石。交代磷块岩一般由磷酸盐溶液交代碳酸盐岩而成。可见各种交代现象,如磷酸盐化的碳酸盐矿物假象、磷酸盐化的钙质生物假象等。这种磷块岩最明显的例子是在热带小岛上由鸟粪层分解后交代下伏岩层或沉积物而成的磷块岩。
含磷碳酸盐岩经雨水淋滤,失去碳酸盐组分而使磷酸盐相对富集,即形成去碳酸盐化的残积磷块岩,它们往往产于碳酸盐岩的风化面上或溶洞中。
(五)蒸发岩
蒸发岩(evaporite)主要由K、Na、Ca、Mg的易溶的盐类矿物组成,常见的盐类矿物有下列几种:
◎硫酸盐类:石膏(Ca SO4·2H2O)、硬石膏(Ca SO4)、芒硝(Na2SO4·10H20)、杂卤石(2Ca SO4·Mg SO4·K2SO4·7H20)。
◎碳酸盐:苏打(Na2CO3·10H2O)、天然碱(Na2CO3·Na HCO3)。
◎硼酸盐:硼砂(Na2B4O7·10H20)。
◎硝酸盐:钠硝石(Na NO3)、钾硝石(KNO3)。
◎卤化物:石盐(Na Cl)、钾石盐(KCl)、光卤石(KCl·Mg Cl2·6H2O)、钾盐镁矾(4KCl·4Mg SO4·11H20)。
蒸发岩都是化学成因的,是在炎热干燥条件下,由强烈的蒸发作用在闭塞的潟湖、萨布哈(盐坪)或内陆盐湖等环境中形成的。
蒸发岩多为显晶质粒状结构和纤维状结构,常具明显的薄层状或纹层状构造,有时有结核状构造。由于蒸发岩的岩性较软,在应力作用下,易发生塑性变形和流动,因而常具复杂的揉皱构造;有的还因其夹层岩石的破碎或蒸发岩本身的破碎而成角砾状构造。
蒸发岩按其成分不同,可分为石膏和硬石膏岩、石盐岩和钾镁盐岩(钾盐岩、光卤石岩、杂卤石岩)等。蒸发岩常与碳酸盐岩及页岩等共生。在蒸发浓缩的过程中,盐类矿物在水溶液中析出有一定的顺序,一般首先析出的是碳酸盐(文石或镁方解石),其次是硫酸盐(石膏及硬石膏),再次为石盐;最后为钾、镁的卤化物和硫酸盐。因此,在含盐岩系的地层剖面中,常可看到上述盐类矿物依次出现的现象,但只有盆地中的卤水浓缩的程度很高时,才会沉积石盐岩和钾镁盐岩。
蒸发岩易于溶解,故除极干旱的地区外,一般很少能在露头上看到蒸发岩,仅石膏和硬石膏岩有时可以见及。它们在地表上因溶解崩塌可形成盐溶角砾岩。
蒸发岩的主要类型有以下几种:
◎石膏和硬石膏岩:主要由石膏或硬石膏组成,有时也由石膏和硬石膏两种矿物混合组成。常混有白云石、石盐、天青石、黄铁矿、粘土及有机物等,多为灰色、灰白色和浅红色,常具细粒至粗粒结晶粒状结构,常有薄的纹层状构造、揉皱构造、肠状构造和结核状构造。石膏岩和硬石膏岩多呈层状产出,厚度大,分布广,多产于石灰岩、白云岩和泥灰岩及黑色泥岩层之间,有时也与石盐岩等蒸发岩共生。石膏岩以其硬度低、常呈显晶质粒状结晶结构为特征。硬石膏岩有时易与结晶较好的碳酸盐岩相混,主要区别在于硬石膏岩加HCl不起泡,且硬石膏的解理是三组互相垂直的解理,而方解石、白云石等则为菱面体完全解理。
◎石盐岩:主要由石盐组成,常含其他少量的氯化物、硫酸盐、粘土矿物及有机质等。较纯的石盐岩为无色,但因有其他混入物和包裹体而呈黑色、灰色、褐红色及蓝色。多为细粒结晶结构,块状构造及纹层状构造和变形构造。石盐岩多与石膏岩、硬石膏岩等共生,多在石膏岩及硬石膏岩的上部,产于碳酸盐岩层或浅红色碎屑岩系中。我国四川三叠系碳酸盐层中有分布较广的石盐岩;华东、中南和云南等地的中、新生代盆地中也常有石盐岩存在。
◎钾镁盐岩:主要由钾石盐、光卤石、杂卤右、钾盐镁矾等矿物组成,与大量的石盐共生,产于石盐岩中,常混有粘土矿物和其他盐类矿物。颜色多为乳白色、红色或红褐色,常具明显的薄层理,易变形。溶解度大。含钾矿物(特别是钾石盐、光卤石)具辛辣味,这是鉴定含钾矿物的重要特征之一。钾镁盐岩按其成分可分为钾石盐岩(钾石盐15%~40%)、光卤石岩(光卤石40%~80%)和钾盐镁矾岩等。
蒸发岩类溶解度大,易溶解,且质软,易变形和破碎。当含盐层出露地表风化带时,往往循层形成较大规模的层间褶皱、扭曲和破碎,在地面上则表现为盐溶角砾岩,但其下伏岩层及上覆盖层往往变形不太明显。在地下水循环带以下滞水带内,则无溶滤迹象。在破碎带及其影响范围内,工程地质条件非常不利。同时其地下水中的氯离子(Cl¯)及硫酸根离子(
(六)可燃性有机岩
主要是由含C、H、O、N的有机化合物组成的岩石,包括煤和油页岩。组成煤的有机组分主要由植物转化而来,而油页岩则是不纯的腐泥质沉积转化而成的。油页岩一般为棕黑色、深棕色或黑色,风化后色调变淡,甚至变为灰白色。油页岩质地细致,比普通页岩轻,干燥的油页岩密度只有1.3~1.8g/cm3。有弹性、坚韧而不易破碎,以小刀削之,可呈薄片卷起,以指甲刻划出现油脂光泽的刻痕。断口常为极细的介壳状,在标本上薄的边缘用火柴能点燃或冒烟,是提炼石油的重要原料。我国辽宁抚顺、广东茂名等地古近-新近系地层中产油页岩。主要形成于闭塞的海湾、潟湖或湖泊环境中。