《地质旅行 -作者:夏树芳》

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地质旅行 -作者:夏树芳- 第7部分


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  锰质岩:如其含锰量达到20%以上时,即可列为锰矿开采,有菱锰矿、硬锰矿、软锰矿之分。
  硅质岩:含SiO{2}很高的岩类。其中有生物成因的硅藻土、海绵岩、放射虫岩;也有非生物成因的碧玉岩、燧石岩。尤以燧石岩最为常见。
  磷质岩:当P{2}O{5}的含量达到12%以上时,即可成为磷矿,主要以胶磷矿、磷灰石等矿物出现。
  碳酸盐岩:由碳酸盐类矿物组成,以石灰岩和白云岩两类最为常见。此类岩石分布较广,约占沉积岩总量的20%,比黏土岩类、碎屑岩类少些。在我国范围内,碳酸盐岩的数量颇大,可达沉积岩分布面积的55%。此类岩石除其本身有经济价值外,还跟许多金属、非金属的成矿有关。与水文地质、工程地质的关系也极为密切,即岩溶水文地质与工程地质问题,目前则是环境地质研究的重要课题之一。
  盐岩:这是纯化学作用的产物,因水体的蒸发而沉淀形成的岩类。主要是由钾、钠、钙、镁的卤化物及硫酸盐矿物组成,矿物种类有100 多种。卤化物有食盐、钾盐;硫酸盐有芒硝、石膏等,均具有重要的经济价值。
  可燃性有机岩:主要由含碳、氢、氧、氮的有机化合物组成,如煤、油页岩、沥青质岩类等,具有很重要的经济价值。
  沉积岩的命名除所含的基本矿物外,还可考虑某种有显著含量的次要矿物附加到名称中去,如长石砂岩、海绿石砂岩、白云质灰岩、铁质铝土岩等等。因此,在观察各种岩石成分时,必须注意其主要成分和次要成分。
  观察碎屑岩类的成分时,还应注意其胶结物的成分,如硅质、泥质、钙质等。
  ③构造:沉积岩的构造,主要是指沉积岩形态特征,其中最基本的便是层理,这是由于沉积岩的成分、颜色和结构的差异而形成的一种层状构造。通过层理特征的研究,不仅可以了解沉积介质的性质和能量的状况,而且还可以判断沉积环境,有些层理还可以确定当时的水流方向。
  层理的基本形态,常见者有三种:水平层理、波状层理和斜交层理。
  水平层理是沉积物质在缓慢运动的水中,以悬浮状态沉积而成的。由许多直线状彼此平行(平行于层面)的细层所组成。这类层理多见于河漫滩、牛轭湖、湖泊、深水海湾、潟湖、沼泽等地形成的岩石中。如果在泥岩中的水平层理,仅以颜色的深浅不同而表现出层纹现象,则此层理的成因是由于季节性气候的差异所致。如:夏季时沉积物中的有机质含量丰富,形成深色;冬季时沉积物中的有机质含量较少,于是形成浅色。
  波状层理是由于水波浪的振荡运动而造成的。往往见于浅水的湖泊、海湾中形成的岩层,也可于河漫滩上因微弱的单向水流运动而造成,不过此种波状层理多为不对称的。
  斜交层理,是在水体流动中沉积而成的。多见于砂岩类岩层中,主要形成于河流环境,湖滨、海滨及三角洲沉积物中也有所见,不过,后两者常表现为楔形交错层(图4。10)。
  此外,尚有形成于潮汐带的层理,如透镜状层理,以砂质的、具交错层理的不连续透镜体夹于泥质沉积物中。脉状层理以砂质交错层系(图4。11)为主,夹在深色泥质的细薄层中。
  碳酸盐类岩层的构造,除与上述有共同者外,尚有生物成因的构造,如生物礁构造、虫迹构造、虫孔构造、藻类生长的层状构造(叠层石)等。还有化学成因的构造,如缝合线、结核构造等。
  ④结构:岩石的结构,一般是指组成岩石的碎屑颗粒大小、形态及其外表特征。
  颗粒大小称为粒度,粒度是以颗粒的直径来度量。粒度与沉积岩命名的关系十分密切,例如碎屑岩类中,假如颗粒的直径有半数是1 毫米以上的,称为砾,属于粗碎屑岩类;半数以上的颗粒直径为1 ~0。1 毫米的称为砂,属于砂质岩类;如主要是由0。1 ~0。01毫米的颗粒组成的,称为粉砂,属粉砂岩类;50%以上(按重量计算)
  属于0。01毫米以下的颗粒组成的岩石,称为泥,属于黏土岩类。
  如果某种质点(颗粒)不达50%时,则应分其主次,命名时以其次要的成分形容其主要成分,如砂质页岩,表示此类岩石的主要成分是黏土,次要成分是砂;其余如粉砂质泥岩、泥质砂岩……可类推。
  碳酸盐类似乎见不到颗粒,若仔细观察,仍能见到颗粒结构,分为5 种类型:①内碎屑结构,物质沉积后呈弱固结时,被浪涛、岸流、潮汐冲击破碎而再沉积的碎屑。
  ②生物碎屑结构,由生物的硬体破碎而成。
  ③鲕粒结构,以矿物小颗粒为核心包裹凝结而成,如鲕状灰岩。
  ④球粒结构,又称团粒结构,呈卵圆形,大小约在0。03~0。2 毫米之间,系由微细的骨屑、藻类、泥晶碳酸盐矿物发生凝聚作用而成。
  ⑤团块结构,即不规则的复合团块,外形多变,常由藻类粘结而成。
  在研究碎屑岩类的结构时,还应注意其圆度,即指碎屑颗粒的棱和角被磨蚀圆化的程度,一般分为4 级;①棱角状。颗粒具有尖锐的棱角,原始形态尚未改变,表示颗粒未经搬运。
  ②次棱角状。颗粒的棱角稍有磨蚀,尖角不很突出,表示颗粒已经短距离的搬运,受到一定的磨蚀。
  ③次圆形。棱角有显著磨损,已看不出原始的形态,表示颗粒已经较长时间和较长距离的搬运。
  ④圆形。棱角全部消失,颗粒滚圆,表示经过相当长的距离和相当长时间的搬运。
  除考虑圆度外,还要注意球度,即颗粒接近球体的程度。当三轴相等长时,表示球度最高。球度不同于圆度,比如柱状体和片状体,棱角消失,圆度可称良好,但球度不佳;另外如球形晶体,尚带棱角,圆度不佳,而球度却是好的。对同种岩石或矿物而言,球度高者,表示搬运距离长,时间久。
  结构的最后一项指标是表面特征,包括磨光度和微刻蚀痕两方面。由此可以判断搬运和沉积的介质,如风力搬运者,颗粒表面毛糙;冰川搬运者,颗粒表面有擦痕;浊流搬运者表面有微刻痕。不过,一般的表面特征,肉眼不易察看,将颗粒置于显微镜下才能清晰可见。
  在研究沉积岩的结构时,还应注意岩石孔隙度,碎屑岩类砂粒之间的孔隙,最高者可达15%~30%,碳酸盐类岩石的孔隙最高者可达5 %~15%,后者还应注意后生的溶解作用,能使孔隙度增高。岩石孔隙度的大小,与矿床的成矿关系颇为密切;与石油、天然气、地下水的运移和储存也有重大关系;对水文工程地质的影响也很大。
  此外,在研究沉积岩时还应注意其成分、颗粒和孔隙大小的关系,一般而言,成分愈纯,分选愈好,颗粒愈多,胶结物愈少者,孔隙度愈低。
  三、各类沉积岩的研究要点
  (1 )角砾岩:凡棱角和次棱角状的砾石含量大于50%以上的称角砾岩。在野外,必须判别角砾岩的成因类型,也就是属于什么性质的角砾岩。通常有以下几种类型:①沉积角砾岩。计有同生角砾岩(沉积过程中破碎的,如竹叶状灰岩)、礁翼角砾岩(礁体边坡崩坍堆积而成)、冰川角砾岩。
  ②重力角砾岩。由重力作用而形成的,如山崩滑坡角砾岩、岩堆角砾岩、近岸角砾岩。它们均见于地形陡峻的崖坡之下。
  ③断层角砾岩。见于断层的破碎带上,与地层的分布无关。
  ④火山角砾岩。见于火山口附近,是因火山喷发形成的。
  ⑤冲击角砾岩。由于陨石降落,被冲击岩层破碎而成,分布比较局部,有陨击坑及陨石碎块等佐证。
  ⑥溶洞角砾岩。石灰岩或其他易溶岩石,在其洞壁、洞顶发生崩坍而形成的角砾岩,分布局部,常呈窝囊状。
  ⑦成岩后生角砾岩。常见于山麓地带。
  (2 )砾岩:在地层中常见的砾岩有两种,必须分辨清楚。一是底砾岩,位于某个地层组合底部的侵蚀面上,代表长期沉积间断以后,一个新的沉积时期开始的产物,故在不整合面或假整合面上时有所见。
  在野外如何识别底砾岩?可以根据以下的特点予以判断:①位于侵蚀面上,其砾石成分具有其下伏各岩层所成的砾石。②砾石的成分比较简单,常见的以石英质的砾石最多。③砾石的磨圆度良好,分选也好。④分布的范围不大,但分布的层位相当稳定。⑤同一底砾岩层中的砾石及砂粒,自下而上变细,磨圆度变好。
  确定底砾岩存在与否的意义十分重要,因为它既是划分地层(系、统、组)界线的标志,又是阐明地壳运动的标志,是恢复古地理面貌、讨论区域地质发展阶段性等问题的重要资料。某些矿产的赋存,诸如金、铀、铜、金刚石、钼等也往往与底砾岩在一起。因此,在地质旅行中重视底砾岩的研究是很自然的。例如本世纪60年代初期,南京大学地质系师生在赣南工作时,发现泥盆纪地层的底砾岩中含有花岗岩砾石,说明在泥盆纪以前,此间就有地壳的剧烈运动并伴有规模较大的岩浆入侵活动,而此间的大片花岗岩长期以来都认为是发生在中生代的,属于“燕山运动”
  的产物。后来,进一步工作,并将两类花岗岩作化学分析、放射性同位素年龄测定,证明赣南除了燕山期花岗岩以外,还有早古生代晚期的花岗岩,即加里东期的花岗岩。断定当地受“加里东运动”影响十分显著。由于不同时期的花岗岩赋存的矿种与矿床类型也不相同,因此这一发现为后来找矿提供了重要的理论与实践的依据。
  第二种砾岩是层间砾岩,它的产生大多数是由于沉积过程中局部的环境发生变化,比如水流的冲刷、波浪的冲击、暂时的干涸、岸坡的滑动、地壳的微弱升降等均可导致层间砾岩的形成。
  在野外,如何认识层间砾岩呢?主要有以下几项标志:①相夹在普通的岩层之间,与侵蚀面、不整合面、假整合面无关。②其砾石的成分与其下最接近的地层岩性相关。③有时层间砾岩层之下有冲刷面。④砾石的磨圆度较差,而且含有石灰岩、黏土岩类等容易溶解或易破碎的岩石所形成的砾石。⑤胶结物、充填物比较复杂。
  作为最典型的层间砾岩,就是同生砾岩,例如华北地区寒武纪地层中极为常见的竹叶状灰岩。
  在观察砾岩的岩石性质时,还可以根据砾石的外形和排列情况判断其形成时的环境。例如在河流中形成的砾石的外形对称性较差,其长轴方向与水流的流向垂直,倾斜方向与水流流向相反,倾角较大,可达15°~30°。形成于海滨的砾石,排列的倾斜方向对着海洋,倾角较小,7 °~8 °,长轴方向与海岸平行。
  (3 )砂岩:凡岩石碎屑中2 ~0。05毫米粒级的颗粒在50%以上者,叫砂岩。
  根据颗粒直径还可以进一步分为巨粒砂岩(2 ~1 毫米),粗粒砂岩(1 ~0。5 毫米),中粒砂岩(0。5 ~0。25毫米),细粒砂岩(0。25~0。1 毫米),微粒砂岩(0。1 ~0。05毫米)。也可将0。25~0。05毫米的统称为细砂岩。
  砂岩有另一种命名原则,可根据其成分组合关系,基本上分为以下3 种:①石英砂岩。90%以上为石英颗粒碎屑,次为少数的长石、岩屑等。如果从化学成分特点看,其中SiO{2}的含量可达95%~99。5%,故石英砂岩可作玻璃原料或耐火原料。
  石英砂岩的生成环境,一般为地形起伏不大、气候潮湿温和之地,由富含石英的母岩(如花岗岩类)风化以后,不稳定矿物(如容易风化的暗色矿物)消失,留下石英,经较长距离的搬运沉积而成。
  ②长石砂岩。碎屑物中的石英含量少于75%,而长石的含量大于25%,也就是说,长石含量偏高,而且颗粒多具棱角状。它常在气候比较干燥寒冷、地形起伏较大、地壳活动比较活跃的地区出现。母岩经受强烈的风化和侵蚀作用,在短距离的搬运之后而迅速沉积下来,特别在山间或山前坳地内最为常见。
  ③岩屑砂岩。又称硬砂岩、杂砂岩。由于其成分中岩屑的含量较多,占25%以上,它主要分布于强烈隆起的山前凹陷区内。所以,这类岩石可以帮助我们认识当地某个地质时期地壳运动及其地势变化的情况。
  上述三种不同类型的砂岩,反映出不同的沉积环境,对于恢复当地古地理面貌等,颇为有用,故在野外旅行、穿越剖面时不能疏忽。
  当然,砂岩的经济意义也不小,除其中优质的可用于耐火材料、建筑材料外,有时本身还含有金、铜、铂、钨、锡等矿砂,至于石油、天然气、地下水的富集和储存,也往往与孔隙较多的砂岩有关。
  (4 )粉砂岩:凡0。05~0。005 毫米的碎屑含量达50%以上者,称为粉砂岩,即介于砂岩与泥岩之间,故常混有砂粒或黏土。粉砂岩是经过长距离的搬运,在平静的水域中,缓慢沉积而成。如在河漫滩、三角洲、潟湖、沼泽等环境中颇为常见,故借此可以恢复古沉积环境。
  与粉砂岩有关的另一种岩石——黄土,是一种半固结的黏土质粉砂岩,风力或水力均可使其沉积,但其形成环境,总是在干燥或半干燥的气候区内。
  特别在我国的北方及西北地区,第四纪地层中的黄土或黄土类岩石分布极其广泛,因此,在那里作地质旅行时,如何进行黄土研究,是很重要的。一般应包括以下几方面内容:①研究黄土的物理性质,判别其成因类型。此处的物理性质包括颜色、颗粒大小、结构、黏结力等方面。比如砂粒或黏土含量较高,黏结力很强,颜色偏红者,则与水成(洪积、冲积等)有关。而颜色浅黄带灰,粉砂含量颇高,以手指研磨,无砂感或黏感,山崖的直立性良好,则可能与风成有关。
  ②尽可能了解黄土地层的地质年代。具体办法是找寻含在该地层中的化石,特别是哺乳动物、双壳类、腹足类化石最为常见,它们经常埋藏在黄土地层夹层的砂砾、泥灰岩层中,那些地层原先多系河流或湖泊环境,生物喜欢聚居。如果能
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