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1、第十五章 其它沉积岩及矿产,第一节 蒸发岩 海盆或湖盆水体遭受蒸发，其盐分逐渐浓缩以至发生沉淀，这样形成的化学成因的岩石称为“蒸发岩”。或称主要由易溶盐类矿物组成的沉积岩为“蒸发岩”。共同特性是：溶解度极大的易溶盐类矿物是其主要的矿物组分；其形成均与干燥气候、强蒸发作用有关；既是特殊的沉积岩又是重要的矿产资源；在油气勘探过程中还是极优质的盖层，加之其易流动性常形成各种底辟与穿剌构造。类型多样，以氯化物岩和硫酸盐岩分布较广。,1、蒸发矿物为主要矿物成分，常有粘土（及灰泥）混入物，可有少量陆源碎屑，偶有稀有均无元素矿物及有机质。结构成分以晶粒为主，化学成分与矿物组成有关。蒸发矿物主要是主要是钾、钠
2、、镁、钙的氯化物、硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐、硼酸盐及其复盐等等；以溶解度大、一般含水、主要是在强蒸发条件下以化学沉淀方式形成，是典型的外生沉积矿物；蒸发岩的结构成分主要是矿物的晶体（晶粒），特殊条件下可有内碎屑。蒸发岩的化学成分直接与矿物组成有关。,一、蒸发岩的物质成分,2、蒸发岩矿物的形成 绝大部分蒸发岩类矿物均与蒸发浓缩作用有关。按其形成机理可分为两种：一种为含盐度较高的溶液或卤水的直接蒸发与结晶形成（盐湖模式）；另一种发生在早先形成的沉积物中，在其孔隙中的卤水因蒸发作用产生结晶活动（萨布哈模式）。两者好像没有什么区别，均为蒸发作用，但其沉积盐类物质在结构构造等特征及分布上往往有明显的差别。
3、,1）干燥气候条件下的内陆盐湖和隔绝的海湾、泻湖的蒸发沉淀作用完全类似于盐湖模式。盐类矿物晶出的先后取决于它本身的溶解度或卤水当时的浓度，其蒸发是一个动态平衡过程，总体上遵循化学沉积分异规律，一般可分为六个阶段：1）碳酸盐一石膏沉积阶段；2）石盐沉积阶段；3）硫酸钠、镁阶段；4）钾、镁盐沉积阶段；5）光卤石沉积阶段；6）水氯镁石沉积阶段。盐类物质来自卤水；析出的盐类矿物按晶出的先后呈层状堆积，在蒸发岩剖面中由下至上可以相应地划分出六个沉积带。沉积物主要为晶粒结构，晶体的粒径与过饱和程度及结晶速率有关。,据计算：如果海水深100m，那么可得到0.059m的硫酸钙，1.287m的氯化钠；0.094
4、m的硫酸镁；0.043m的氯化钾及0.0148m的氯化镁。,控制盐湖沉积的主要因素是蒸发量与卤水的补组量的关系。2）孔隙中的卤水蒸发结晶方式发生在潮上坪和干盐湖的渗透带及上潜水带中。这种环境又称为盐沼泽或“萨布哈”，这种方式又称为“萨布哈”模式。这里早先形成的沉积物可以是碳酸盐质、砂质、泥质或者其他，可以是固结的也可以是未固结的。孔隙中的卤水可以是由特大潮水或风暴带来的海水（海岸带的潮上坪常是这样）或者其他来源的卤水自地表附近渗入的，也可以是深部的卤水沿毛细管上升而来的（干盐湖可能如此）。,蒸发作用使孔隙中的卤水变浓，某些盐类矿物得以结晶，同时由于变浓而密度增大的这部分卤水就开始向下渗透，一般
5、地说，这是个连续的过程。形成的蒸发岩主体是石膏、硬石膏、石盐和钾盐。控制卤水的浓度和沉积作用的因素有：由蒸发作用的速度、浓卤水向下渗透的速度和低浓度卤水的补充速度。实际研究中，人们除了要考虑气候条件外，还要考虑早先沉积物（岩）的渗透率和本身的性质。早先沉积物（岩）的固结程度影响着新生矿物晶体的生长，假如沉积物是松软的，新生成的矿物则能够推开周围的沉积物通过“位移作用”而长大；假如沉积物固结得较坚硬，新生成的矿物晶体将包含早先沉积物，因而形成一种嵌晶状结构,二、蒸发岩的结构和构造 1、由于盐类矿物易于溶解和沉淀，使得原始沉积物的结构、构造在成岩一后生作用中发生了很大的改变，特别是地层中的蒸发岩原
6、始的矿物特征和结构特征几乎完全消失了，常常见到的是一些次生结构；主要有斑状变晶结构、粒状变晶结构、纤维状结构、柱状结构、放射状结构，其次还有经过机械搬运的碎屑结构、应力作用而成的矿物塑性变形等。斑状变晶结构：基质常是细粒状的，斑晶呈自形，有时其边缘被其他矿物侵蚀和交代。斑晶的成分可以和基质相同也可不同。一般认为斑状变晶结构是强烈聚合结晶作用的特征。,粒状变晶结构：颗粒的大小不定，石膏岩的粒度通常较小，而盐岩较粗大。纤维状结构为平行状的和杂乱排列的，例如石膏岩脉中纤维状石膏晶体常常是垂直脉壁平行的，在被交代的结核中细小的纤维状矿物晶体常呈杂乱分布。柱状、放射状等结构在硬石膏岩中见到，硬石膏晶体呈
7、平行的柱状、放射状排列以及呈扇状排列，有时也无一定方向。硬石膏晶体的边缘常不规则，周围常充填有细粒白云石。碎屑结构中碎屑物常是具磨圆状的石膏，有时还可观察到粒序层理，碎屑间见的填隙物含量不定。,蒸发岩的构造常见的有：均匀块状构造、层理构造、条带状构造、角砾状构造、变形构造。此外还常见不均匀构造，其种类繁多，反映了蒸发岩在成岩一后生阶段复杂的变化。,三、蒸发岩主要的岩石类型蒸发岩常常是有用的矿产，一般是根据主要矿物命名，如石膏岩、石盐岩；有时则用有价值的矿物命名，如钾镁质盐岩，其中含量多的矿物是石盐，钾镁盐类矿物含量较少。蒸发岩主要可分为以下三大类。,1石膏和硬石膏岩 单矿物的硬石膏岩、石膏岩广
8、泛产于蒸发岩层系中。它们有各种颜色，如白、灰、淡黄、淡绿、红及黑色和淡蓝色。常以层状、透镜状产出。具有不平整的断口或参差状断口,往往还有粒状断口。常有块状节理、层状节理。石膏岩同硬石膏岩关系密切，主要见于地表附近。常表现为硬石膏经过水化和重结晶作用而成石膏的形式，例如石膏岩内常有硬石膏团块、硬石膏的假象，或者石膏岩层在地下深处的地方就是硬石膏岩。虽然硬石膏岩是成岩一后生作用或变质作用所形成的产物，当其上升到地表后就转变成石膏岩。,硬石膏岩一般粒度较细，由微粒到中粒结构，粗粒者少见，相对石膏岩要致密些;中柱状结构、放射状结构及扇状结构也很发育。石膏岩常有巨粒或粗粒结构及斑状结构，脉状产出的石膏岩
9、还有平行纤状结构。硬石膏岩和石膏岩常见的混入物有粘土、氧化铁、砂质、碳酸盐（白云石）、石盐、天青石、黄铁矿和各种硅质矿物，可以和碳酸盐岩、石盐岩等呈过渡型岩类,甚至与白云岩、泥质岩成互层，纹层中往往是褐色富含沥青质的薄膜。,2石岩盐或岩盐,盐岩主要矿物为石盐，并含少量其他盐类矿物，常可作为矿产开采。岩盐非常纯净时无色，当含有混入物或液体等包体时而呈黑色、灰色、褐色、红色。白色等，而蓝色的是含有金属钠的缘故。盐岩中常见的混入物有白云母、黄铁矿、赤铁矿、粘土质、有机质等。岩盐呈层状、条带状、木规则透镜状及各种形式的盐丘产出。层状的也可以见到纹层构造及石膏、硬石膏和泥质夹层，通常为块状构造，盐丘中多
10、为变形层理构造。结构上以粗粒的结晶结构或变晶结构为主。,石盐岩在蒸发岩系中常位于石膏岩和硬石膏岩的上部，也产于含有红色页岩的其他沉积岩中及砂岩、碳酸盐岩中。条带状盐岩常常是由灰白色烟雾状的和无色洁净的条带互层组成。有人推测其成因为，石盐由卤水表面晶出，可以连接而成很大的席状体，并且具有漏斗状构造，当席状体很大及变厚时就要下沉，形成洁净的石盐条带；如果席状体不大或不厚时，下沉被破坏。漏斗状构造可以保护盐体，当其又被覆盖时，就会转变成烟雾状灰白色的盐层或条带。石盐岩中还含有钾镁质岩类的沉积，也可与其他岩类如灰岩、泥质岩等成过渡型的岩类。盐岩产于海退型沉积建造中，下部为深海相。,3钾镁质岩盐主要矿物
11、常是钾石盐、光卤石、钾盐镁矾、杂卤三等，通常含有大量的石盐，并与石盐岩共生。结构构造常很复杂，根据不同成分可以分成以下几种岩石类型：l）钾石盐岩：钾石盐（15%40%）、石盐（25%一60%）以及少量的硬行膏、粘土矿物和其他矿物，岩层厚度不大，常和石盐、粘土质。石膏间互成层，层理清楚。2）光卤石岩：由光卤石（40%80%）和石盐(1050%）以及少量硬石膏、粘土矿物等与钾石盐、钾盐镁矾等共生。,3）钾盐镁矾矿：主要由钾盐镁矾(4070)、石盐(350)及杂卤石组成，可见硬石膏。4）硬盐岩：钾石盐与硬石膏，硫镁矾或者杂卤石的结合称为硬盐，它们是成岩一后生变化形成的。硬盐岩除了这些组合矿物外还有石
12、盐。在地层蒸发岩系中，蒸发岩及其共生的沉积岩类，常有一定的层序：一般情况下由下而上通常是：粘土或石灰岩；白云岩；硬石膏岩；石盐岩；钾盐岩；上覆石盐岩；上覆硬石膏岩，构成一个完美的旋回。,四、蒸发岩的成因环境及演化 1、砂坝说奥克西努斯（Ochsenius，1877）研究了湖沉积特征，提出了“砂坝理论”（沙洲说），这是一种直接的蒸发作用。他认为强烈的蒸发作用可以使湖中的卤水达到任意的浓度，而湖与广海之间的半封闭式通道可以使广海的海水与湖中的卤水时通时隔。当隔绝时，湖卤水蒸发浓缩，岩类沉淀；相通时，海水注入，盐类得到补充，如此使盐类不断的沉积。这种学说的实例就是里海的卡拉博加兹湾。,2、回流说金氏
13、（Klflg，1947）在研究了“叠纪卡斯蒂尔组厚层石膏沉积后，在砂坝理论的基础上提出了“回流说”。他认为湖中的蒸发浓缩了的卤水，可以通过具有渗透性的砂坝以底部回流的方式回到广海中去，同时广海的海水可以通过有点限制性的通道流入湖，其盐度足以使硫酸钙沉淀，并能维持浓度的稳定和硫酸钙供给，因而沉淀了巨厚的石膏。他认为“卡斯蒂尔海”浓缩的卤水就有沉入海底的倾向。,3、干化盆地说后期在地中海的深海钻探发现其海底之下有巨大规模的蒸发岩系，分布面积达250平方千米，厚度数千米。后来根据对这些蒸发岩的研究，发现了许多当初暴露在大气之下的证据，说明此蒸发岩形成于浅水陆上的沙漠环境。因此许靖华提出了“干化盆地说
14、”，用干涸和海水注入相交替的观点较圆满地解释了地中海海底之下的蒸发岩成因。其后的一些深海钻探又探明了地中海盐类沉积呈牛眼状分布，这是干化深盆地点火的蒸发岩沉积分异的特点，而不是回流说的带状分异特点。,五、蒸发岩的分布规律及其与油气关系 1含油、盐岩系分布规律 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，41的盆地的油气层产于盐系地层之上，13的盆地的油气层产于盐系地层之间。这表明油气产于盐系地层的下部或上部是主要的。在盆地发展过程中，如果出现干湿交替的气候，将会形成含油气沉积和含盐沉积的交替，在剖面上将会形成含盐岩系和含油气岩系的旋回沉积。四川盆地下二叠统嘉陵江组
15、与中三叠口玻组即为含气的碳酸盐岩与石膏、硬石膏岩、盐岩的旋回沉积。位于油气层之上的石膏层是理想的油气盖层，它与其下的含油气岩系组成良好的生、储、盖组合。,总之，在油、盐共生的盆地中，不论是海洋或者湖泊成因的盆地，沉积岩的平面分布常有明显的分带性。在碳酸盐岩一蒸发岩盆地中，从边缘往盆地中心，依次由石灰岩、白云岩、石膏或硬石膏岩、石盐及钾镁盐岩等岩相带组成。在碎屑岩一蒸发岩盆地中，沿盆地边缘向中心，依次沉积砾、砂岩，泥岩，泥灰岩（有时沉积）以及各类蒸发盐岩，油气主要聚集在碳酸岩和砂岩分别带。,2蒸发岩与油气的关系 1）蒸发岩可含有机质而具有一定的生油气能力 研究资料指出，厌氧的硫酸盐细菌在高盐度的
16、溶液（例如含盐度超过40的盐水）中不能生存，所以，蒸发环境有利于有机质的封存和向油气转化。蒸发岩生油问题近年来已受到石油界的重视。根据埃文斯（REvans，1982）的资料，全新世蒸发盐沉积物的有机碳含量可高达15，所含原始有机质属于喜盐植物、藻类与浮游生物分解的残余物。此外，从蒸发岩露头中测得的有机碳含量一般在0.20.5，这表明蒸发岩具有一定的生油气潜能。,（2）蒸发岩对油气运移的影响 在盐盆地中，随着卤水的浓缩，卤水相对密度逐渐增大。当相对密度大的卤水下沉并渗入沉积物中时，将排出烃并促使其运移进入孔隙层中。位于孔隙层之上的蒸发盐岩盖层则控制着油气的二次运移，使其只能作侧向运移。只有当盐层
17、发生断裂或溶解时，才能发生垂直运移。3）蒸发岩是优质盖层并影响储集性盐岩与石膏岩是油气的良好封隔层已为大家所熟知，此外，蒸发岩对油气储集层的储集性能也有一定的影响，主要表现在以下两个方面：,1）与储集层伴生的蒸发岩，遭受溶解后可以胶结物形式再充填沉淀于储集层孔隙之中或交代碳酸盐，从而降低储集层的孔隙性；2）充填储集层中原生孔隙或交代基质的石膏，若被后期孔隙水所溶解，将产生板状及条状等形态的溶模孔隙，从而有助于储集层储集性能的改善。,（4）蒸发岩有利于形成油气圈闭蒸发岩具有极强的塑性，当沉积厚度较大和承受了巨大的不均衡压力时，就要发生塑性流动。所以，在蒸发岩沉积厚度大的地区，由于差异性压实，岩石
18、可以发生塑性向上流动，改变上覆岩层的产状，从而形成各种类型的构造圈闭，如层状背斜圈闭、穿刺穿盐丘顶部的岩性圈闭或超覆于盐丘顶部的砂岩尖灭带内的岩性圈闭、刺穿盐丘翼部的不整合面之下的地层圈闭、盐丘帽中的地层圈闭等。由于这些圈闭的位置大多邻近生油凹陷，所以它们常能成为油气聚集的主要场所。,第二节、硅岩,硅岩主要指自生二氧化硅含量可达 7080的沉积岩，不包括主要由碎屑石英组成的石英砂岩和石英岩。硅岩在地壳中的分布仅次于碳酸盐岩,而居第四位。关于该类岩石的形成作用和沉积方式，研究结果认为，不仅受化学及生物化学作用的控制，特别在沉积方式上也明显受机械作用的影响。因而福克（1962）所提出的碳酸盐岩成因
19、和分类原则都可以引进硅岩中。硅岩在工业上有多种用途.,一、硅岩的基本特征及分类 1成分特征 硅岩的主要矿物成分为蛋白石、玉髓和石英。隐一微晶及至细晶石英的集合体，通称为燧石。硅岩的化学成分以为SiO2主，有时高达99；常见的混入物有Al2O3，Fe2O3，CaO和和MgO，在一些绿色碧玉岩中 Fe2O3可达10；富含水云母、蒙脱石和高岭石等粘土矿物的硅岩，其 A12O3最高可达 8；在硅岩中尚未发现稀有元素的特别富集。但微量元素的含量与沉积条件有关。,2结构、构造和颜色特征（1）结构特征硅岩常具有非晶质结构、隐一微晶结构、生物结构、纤维状结构、碎屑结构、鲕状结构。隐藻结构以及交代结构等。,福克
20、和威弗（1952）用透射电镜观察硅岩的超微结构，并进一步划分了燧石的隐晶结构类型：半自形粒状或花岗变晶的；不等粒的；海绵状的；斑状或斑状变晶的；说明燧石具有复杂的结晶历史。研究结果均表明，硅岩经历了胶状一次胶状一块状一晶粒状的演化过程。,(2)硅岩的构造硅岩的构造和产出形态多种多样，常见层状、透镜状、结核状、条带状和团块状。华东石油学院对我国华北震旦亚界燧石岩进行过详细的研究，并按其产出形态划分为层纹状、条带状、结核状、团块状和放射状五种类型（见表152）。,硅岩的颜色多姿，且随岩石中所含的杂质而异，常见灰黑色、灰白色，有时可见灰绿色、红色等色调。总体上，硅岩致密坚硬且性脆，化学性质稳定，抗风
21、化能力强。当与其他岩类共生时，常突出于岩层风化面之上。,3硅岩的分类在国内外有多方案，常用的一些分类有：按产状分类：层状的、结核状的；按矿物成分分类：蛋白石质的、玉髓质的、石英质的；按矿物共生组合关系分类：与碳酸盐岩共生的、与页岩和铁质岩共生的；按成因分类：有机成因、无机成因和交代成因的硅岩。按发展趋势，硅岩的分类应采用结构成分成因分类方案。,综合各时代硅岩的成因和结构，大致有如下类型：1）生物成因的（硅藻岩、海绵岩、放射虫岩、藻细胞硅岩）；2）化学及生物化学成因的（藻叠层硅岩、藻粒硅岩等）；3）机械成因的（鲕粒硅岩、球粒硅岩。内碎屑硅岩等）；4）纯化学成因的（碧玉岩、硅质板岩、硅华等）；5）
22、交代成因的（主要交代碳酸盐岩产生的，常部分保留原岩结构，如硅化鲕粒石灰岩或白云岩、硅化藻叠层石石灰岩或白云岩等）。,二、主要岩石类型 1生物成因的硅质岩（1）硅藻岩（硅藻土）硅藻岩主要由硅藻的壳体组成，矿物成分主要为蛋白石，化学成分中二氧化硅一般在70以上，优质的可达90以上。不同环境下形成的硅藻岩，常混入数量不等的粘土矿物、铁质矿物和碳酸盐矿物等。硅藻是一种微体化石，大小儿至几十微米，一般小于50m，中一高倍镜下才能分辨其形状。辐射硅藻（Centrales）通常呈圆盘形、球形、圆柱形、三角形等；羽纹硅藻（Pennatae）一般为长形（针形、楔形、矩形、纺锤形等）。,大部分硅藻土产于第三纪以来
23、的海相或湖泊相的地层中，少数分分布于白垩纪的地层中。多与粘土岩、泥灰岩共生，有时与火山岩共生。年代较老的地层中硅藻土一般均转变为板状硅藻土或蛋白土，最终渐变至燧石岩。现代硅藻主要分布在两极及中纬度的海洋中，并与洋流分布有关。,（2）海绵岩 主要由硅质海绵骨外（其主要成分为蛋白石及玉髓）所组成，有时含有少量放射虫及钙质生物遗体，可混入少量粘土矿物、碳酸盐矿物及海绿石等矿物。海绵岩外貌为细粒状，呈淡灰绿色或黑色，常见有坚硬和疏松的两种类型。坚硬的海绵岩中，海绵骨外由不同比例的蛋白石、玉髓和自生石英胶结而成，外貌呈致密状，不透水。纯净、疏松的海绵岩极少见，仅在个别地区的第三纪沉积中有所分布。海绵岩多
24、分布于新生代的地层中。,（3）放射虫岩 放射虫岩主要由放射虫的壳体组成，矿物成分为蛋白石，常含硅藻、海绵骨针，少见钙质生物遗骸。生态学研究表明（Kobayashi and Kimura，1944），习于深水（冷的）生活的放射虫个体较大，多为球形，其囊壁厚而简单；习于表水（温的）生活的个体较小，且多呈圆盘或长圆形，便于浮游，其囊壁薄而且多层。放射虫岩多为深灰色，也有红色及黑色，常为薄层状、致密坚硬。较老地层中的矿物成分（蛋白石、玉髓）多已重结晶为微晶石英。,关于放射虫岩的形成环境问题，许靖华（197）认为放射虫（硅质浮游生物）大量繁殖在赤道洋流（特别是靠近太平洋的赤道洋流）附近。在这里，海底洋流
25、携带了大量供给硅质生物生存的养料，促使硅质生物大量繁殖。因此放射虫岩的存在，从某些意义而言，能指示远洋深海沉积环境和确定古赤道位置。,（4）藻细胞硅岩（藻细胞燧石岩）黑色，多为层状，其中含有球状体、杯状体和丝状体等细胞化石遗迹，矿物成分主要是玉髓。藻细胞硅岩广泛见于前寒武系硅铁岩、硅一碳酸盐岩建造的陵石岩中，在我国华北震旦亚界雾迷山组下部亦有分布。,2化学及生物化学成因的硅岩（1）藻叠层硅岩（层状藻叠层燧石岩）类似碳酸盐岩中的叠层石，宏观呈层状、柱状和锥状等，形态多样，大小不一。基本层分别由暗色硅质层和浅色硅质层组成。矿物成分主要为玉髓，具藻遗迹微构造。暗层主要由低等藻类通过生物化学作用形成，
26、亮层则主要由化学作用形成。我国北方震旦亚界地层中常见呈层状分布的硅质叠层石。,3机械成因的硅岩类 1）鲕粒硅岩（鲕粒燧石岩）,鲕粒结构，有时同心层不明显，为球粒结构。鲕粒主要由隐一微晶石英组成，或主要由玉髓组成，常显放射球粒结构，具核心及同心层。胶结物为微一细晶石英或玉髓，并呈栉壳状围绕鲕粒生长。野外显稳定层状，常见斜层理及交错层理。鲕粒燧石岩广泛见于华北中。上元古界燧石一碳酸盐岩岩系中。有时也见有交代结构，不过大部分为同生一成岩期交代的。云南昭通下石炭统的煤系地层中也有此种岩石。,（2）内碎屑硅岩（内碎屑燧石岩）主要由硅质内碎屑组成，视粒度大小划分为砾屑、砂屑和粉屑。矿物的主要成分是玉髓，常
27、保留原岩的结构、构造特征。分选和圆度均较差，基质成分复杂，为玉髓、方解石或白云石，常含一些泥质。在燧石一碳酸盐岩岩系中，常分布于岩性韵律的底部，系水下冲刷再沉积的产物。有时见有正递变或反递变层理，反映有重力流水流机制存在。太行山中一北段中、上元古界龙山组，主要由燧石角砾岩组成，燧石内碎屑系下伏雾迷山组的产物。,4主要化学成因的硅岩类 属纯化学成因的硅岩，可能主要是蒸发型和火山型的硅岩，如碧玉岩、硅质板岩及硅华等。1)碧玉岩主要由自生石英和玉髓组成，还可有方解石、菱锰矿、黄铁矿、绿泥石、氧化铁、粘土矿物、云母、有机质等混入。,碧玉岩常为隐晶或胶状结构，色多变，有红、绿、灰黄、灰黑等色，有时呈斑块
28、状，致密坚硬，贝壳状断口。主要分布于地槽区，与火山岩系共生，形成巨厚碧玉岩建造。与大规模铁矿伴生的含铁石英岩建造也有碧玉岩产生。部分碧玉岩可能由板状硅藻岩和蛋白石岩变质而来，属生物或生物化学成因。,2)硅质板岩与碧玉岩的区别是含有较多的粘土矿物，并常常有很薄的层理。3)硅华是另一种典型化学成因的硅岩，色浅，多孔，SiO2含量不定，常有各种混入物，除Al2O3外，还有某些有用元素，形成于火山作用后期温泉溢出处。,除上述化学成因的硅岩外，最近陆续见有关于超盐度湖泊中燧石的报道，赵澄林、林承焰等（1986，1987）在研究东濮凹陷下第三系盐湖泊黑色页岩与石膏、盐岩互层的岩系中，发现其中有黑色硅岩薄夹
29、层，就属于古代超盐度湖泊中的燧石，指示封闭深水沉积环境。,三、成因及演化1二氧化硅的来源问题 赫西（HesseR，1988）总结有三种来源：生物硅质介壳和骨骼;来自大陆的母岩风化产物;由海底火山喷发及深层热液物质。,2硅质岩的形成机理硅质岩的形成机理问题，尽管众说纷法，但归纳起来不外有两种：一种为生物和生物化学作用方式（有机成因），一种为化学作用方式（无机成因,包括交代成因方式)。,1）生物和生物化学作用方式近年来随着测试手段及电镜的广泛应用，在前寒武纪，甚至在30亿年以前的沉积中，不断发现了生命的遗迹。如在北美、南非和澳大利亚等地的寒武系健五条带和碧玉岩中，都发现类菌藻类的丝状体、杯状体及球
30、状体等的化石遗迹.我国鞍山群、五台群、震旦亚界等地层中，也续发现不少类菌、类藻、古袍子等生物化石。据研究，这些低等的菌、藻类通过光合作用，能分泌一种粘液鞘物质，并以捕获或粘集水体中的SiO2胶体质点的方式形成硅质沉积物。前寒武纪一些硅质叠层石的形成与这种作用有关。,已经证实，硅质生物（硅藻、放射虫、硅质海绵等）具有直接从诲水中吸取硅质，以组成它们自身躯壳的机理。某些硅藻可以通过对悬浮在水体中铝硅酸盐质点进行腐蚀和分解，从中吸取 SiO2。尽管水介质中 SiO2的浓度相当低，这种机能仍是可能的。硅质生物在繁殖过程中往往受水体环境的控制，如海水的温度、盐度、深度等因素，并可随季节性的变化而发生周期
31、性的盛衰。有人曾作过统计，在广海的富含硅质生物的表层水中，氧化硅的含量季节性地在0.50.2msL之间波动。此外，与洋流和火山活动也有密切关系。,（2）化学作用方式 根据地球的发展演变规律性推断，在古代海洋中二氧化硅的浓度很可能超过非晶质二氧化硅的溶解度，所以就会发生无机的二氧化硅沉淀。这种沉淀主要通过蒸发作用使海水中的SiO2浓缩，达到高于饱和度时发生凝聚而沉淀下来。有人认为只要水介质中存在大量的电解质，那么水介质中的硅质便可吸附及沉淀在胶体和悬浮的无机质点上。这样，可溶的质点就可以（与无机质点一起)进行搬运，并在合适的条件下沉积于海底。,尤斯特尔（Eugter，1967）等人提出了一个湖相
32、模式（包括干盐湖和淡水内陆湖模式），认为咸水湖水中的SiO2浓度可高达 2700mgL，由于蒸发作用使非晶质SiO2先形成硅酸钠凝胶NaSi7O13（OH）33H2O的沉积，再经长期脱水。脱钠而转变成燧石。在东非的马加迪湖底的更新世沉积中，已发现有大量燧石及结核层。另外，海底火山喷发物，经海解作用而分解出大量的SiO2，可使局部地区海底达到或高于SiO2的饱和度（100120mgL）而发生沉淀。该机理可用于解释地槽区的碧玉岩和硅岩层的成因。,控制SiO2溶解、沉淀的主要因素为温度、pH值。实验分析证明，在21 22的平衡条件下（如图15一10所示），溶液中SiO2含量连续70d保持在10015
33、0mpL；随温度升高，溶解度加大，在 150时超过 600mgL。从图15 11可看出，当 pH值小于8时，其溶解度低或基本保持不变；pH值大于8以后，其溶解度及溶解速度都迅速增高。,（3）交代成因方式在碳酸盐岩中，常见经硅化作用而形成的交代硅质岩。硅化主要是在交代作用过程中进行的，它发生变同生、成岩、后生的各个作用时期，经常与之发生交代的矿物主要为方解石、白云石、石膏、硬石膏等，有时也交代生物化石。自然界中常见硅质矿物与碳酸盐矿物相互交代。其反应式为：,硅化作用主要受pH值及温度的控制。交代硅质岩往往继承原岩的许多特征，如交代硅质岩的颜色和结构一般与原岩相一致。SiO2的交代又具有明显的选择
34、性，一般总是优先交代生物遗体或富含有机质及孔隙度高的部分；在粒屑灰岩中，其胶结物常常先被交代。有人认为有机质分解过程中产生有机酸，在其周围形成弱酸性环境，有利于SiO2沉淀与交代。碳酸盐岩中的燧石结核多数为交代作用的产物。,硅化作用主要受pH值及温度的控制（如图91所示）。交代硅质岩往往继承原岩的许多特征，如交代硅质岩的颜色和结构一般与原岩相一致。SiO2的交代又具有明显的选择性，一般总是优先交代生物遗体或富含有机质及孔隙度高的部分；在粒屑灰岩中，其胶结物常常先被交代。有人认为有机质分解过程中产生有机酸，在其周围形成弱酸性环境，有利于SiO2沉淀与交代。碳酸盐岩中的燧石结核多数为交代作用的产物
35、。,3演化斯特拉霍夫（1949）认为，硅岩在前寒武纪分布极广，均属化学沉积物，并与硅铁岩建造有密切关系；寒武纪以后，硅质沉积与有机物才逐步建立密切关系；中生代以后，SiO2才主要以生物方式沉积，并完全取代了化学沉积方式。,由于前寒武纪（大约7.6 108年以前）的生物均属无骨骼及壳体的细小菌藻类（称之为隐生物）硅岩与化学成因硅岩为主，尤其在20亿年前左右（相当原核生物转变为真核生物时期）这种沉积作用达到了高潮，然后衰减，直到寒武纪以后，逐步被生物硅岩所取代，其演化模式如图1512所示。,四、硅质岩的成岩后生变化 主要表现为重结晶及矿物相的转化作用；硅化作、去硅化作用、压实与压溶作用等类型。1、
36、重结晶及矿物相的转化生物或非生物成因的原始硅质沉积物均是含水的非晶质SiO2蛋白石所组成。在成岩期经过脱水和重结晶作用而转变为玉髓和石英。但是硅胶的脱水作用却是一个复杂的物理化学过程，而且十分缓慢。,2硅化作用 硅化作用是自然界很常见的一种地质现象，这一作用对于碳酸盐岩和碎屑岩储集层的孔渗发育影响比较大。硅化主要是在交代作用过程中进行的，它可发生在同生、成岩、后生的各个作用时期。经常与之发生交代的主要是方解石、白云石、石膏、硬石膏等类矿物，同时也交代生物化石。硅质与碳酸盐矿物相互交代更为普遍。,影响硅作用的因素主要是PH值。在酸性环境中常发生硅化。因此，硅化作用有明显的选择性，碳酸盐沉积物中生
37、物常选遭受硅化；在河道内的植物常受硅化而成为硅木。,2去硅化作用 成岩后生阶段，硅质成分也可被碳酸盐或粘土矿物交代，即去硅化作用。其简要的机理是硅质石灰岩（或白云岩）、钙质（或白云岩）砂岩在后生阶段继续脱水，介质性质由弱碱性（pH9）变为强碱性（pH9）时，方解石或白云石将交代硅质部分，以及产生硅质或石英颗粒的溶蚀构造。这一现象在华北古生界或中、上元古界地层中也较常见。,4、其它沉积后作用在富含石英的石英砂岩中，常见相邻的石英颗粒呈缝合线状接触。在一些硅质内也可形成缝合线构造。这些均是压溶作用的结果。总之，从成岩早期至后生作用阶段，在酸性介质条件下，易发生硅化作用；在碱性介质条件下，易发生去硅化作用。而在整个变化过程中，也是由早至晚，由弱至强，由简单到复杂的连续过程，并与岩石性质、埋藏深度、地温变化、循环水性质等因素有着密切关系。,第三节铁、锰、铝、磷、铜沉积岩,自学,第四节煤及其形成演化 自学,第五节油页岩 自学,本章小结,
