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按砂岩中杂基含量分为两大类,杂基<15%为净砂岩;杂基>15%杂砂岩（又称硬砂岩）。分类三角图的三个端元是石英(Q)、长石(F)、岩屑(R)。砂岩分3类:Q>75%为石英砂岩类;Q<75%的砂岩分两类,即长石砂岩类(F>R)和岩屑砂岩类(R>F)。石英砂岩类分4种:纯石英砂岩、石英砂岩,长石石英砂岩和岩屑石英砂岩。长石砂岩类分3种:长石砂岩、岩屑长石砂岩、次长石砂岩。岩屑砂岩类分3种:岩屑砂岩、长石岩屑砂岩和次岩屑砂岩。
中碎屑岩———砂岩
1.概述
粒度为2～0.0625mm的颗粒含量在50%以上的碎屑岩叫砂岩。砂岩分布很广，有重要的经济和地质意义。砂岩的碎屑成分主要是石英、长石和岩屑，还有少量重矿物。在大多数砂岩中，石英是最主要的碎屑，它是最稳定的组分，长石和岩屑在表生条件下易受破坏，为不稳定组分，故常以石英含量或石英与长石+岩屑的比值代表岩石的成分成熟度。砂岩中的填隙物除粘土杂质外，还常见钙质、硅质、铁质等胶结物。
砂岩是机械沉积作用的产物，砂粒在流水搬运的过程中又是最活跃的组分，故砂岩中各种层理和层面构造发育，许多研究沉积环境的重要标志主要发育于砂岩中。
某些砂和砂岩本身就可用作建筑材料，并常含有金、铜、锡石、锆石、独居石等矿产;孔隙度好的砂岩是良好的储集油、气、水的岩石，是石油、水文和工程地质工作中重要的研究对象。
2.砂岩分类问题
自葛利普在1904年首次提出的比较有科学意义的砂岩分类方案以来，目前全世界已经提出的砂岩分类方案有50多种，主要有三分类方案，即结构分类(按粒度分类)、成分分类(按碎屑成分分类)和成因分类(如划分为河成砂岩、海成砂岩等)。表达的方式主要有表格式、描述式和图解式。
(1)砂岩的结构分类
砂岩首先按粒度结构大小细分为如下5个粒级:
巨粒砂岩砂粒直径2～1mm，即值为－1～0;
粗粒砂岩砂粒直径1～0.5mm，即值为0～1;
粒砂岩砂粒直径0.5～0.25mm，即值为1～2;
中细粒砂岩砂粒直径0.25～0.1mm，即值为2～3;
微粒砂岩砂粒直径0.1～0.0625mm，即值为3～4，有时不划分出微粒砂岩，而把0.25～0.0625mm(即值为2～4)的统称为细粒砂岩。
(2)砂岩的成分－成因分类
1)砂岩的成分－成因分类原则
砂岩的分类原则各家虽有不同，但归纳起来主要有:①来源区的母岩性质;②成分成熟度;③结构成熟度;④流动因素;⑤大地构造状况;⑥原生沉积构造;⑦气候及风化作用;⑧沉积期后的变化。
在实际工作中，对砂岩进行分类主要考虑的是前四点原则，其中原则①来源区母岩性质，用岩屑成分、长石类型和石英特征来判别;原则②成分成熟度，用石英占碎屑总量的比例进行描述，如石英含量>95%者为高成熟砂岩，石英含量75%～95%者为次成熟砂岩，石英含量<75%者为不成熟砂岩，也可用石英含量/(岩屑+长石)含量的比值进行描述;原则③结构成熟度，常用杂基含量和分选性、磨圆度进行综合判别;原则④流动因素，即搬运、沉积介质的密度与黏度，也采用杂基含量进行判别，因为杂基含量不仅能反映砂岩的结构成熟度，同时也反映搬运沉积介质的流动特征，如高密度流体堆积的砂岩杂基含量就比较高，一般将低密度牵引流堆积的砂岩和高密度重力流堆积的砂岩杂基含量确定在15%，这也是划分净砂岩与杂砂岩的分界线。
2)砂岩的命名原则
砂岩的成分D成因分类方案很多，意见不一致，但分类方案中常用三端员或四端员的分类法和命名原则较为一致。本教材采用刘宝B院士(1979)提出的方案(图5－3)，先根据杂基含量分为两大类，即杂基少于15%的净砂岩(arenite，简称砂岩)和杂基大于15%的杂砂岩(wacke)。进一步细分则按石英、长石、岩屑三者的相对含量在三角分类图中划分成不同类型的砂岩，三角分类图的三个端员所代表的碎屑物质组成分别为:
Q(石英)端员:石英、燧石和其他硅质岩岩屑。
F(长石)端员:长石以及花岗岩和花岗片麻岩类岩屑。
R(岩屑)端员:除Q、F中的岩屑以外的其他岩屑(火山岩及其变化产物，板岩、千枚岩，结晶片岩等浅变质岩，粉砂岩及泥质岩，碳酸盐岩等沉积岩)，以及碎屑云母和绿泥石。
各端员的成因意义是:Q的含量或Q/(F+R)值反映砂岩的成分成熟度，F/R值既反映物质来源(深成岩或表成岩)，又反映大地构造状况，F端员又在一定程度上反映了气候和风化作用的特点。
图5－3 本教材采用的砂岩成分D成因分类方案(据刘宝B，1979)
3.砂岩的主要类型
砂岩类进一步按三个端员组分分为石英砂岩、长石砂岩、岩屑砂岩三类，它们之间还存在一些过渡类型的岩石，此外还有杂砂岩类。
(1)石英砂岩
石英砂岩的碎屑物质中90%以上为石英(可包括燧石和硅质岩)碎屑，可有少数长石、岩屑等，重矿物很少，常为稳定的、磨圆的重矿物，如电气石、锆石、金红石等。
化学成分上的特点是SiO2含量高，可达95%～99.5%(故可作玻璃原料或硅质耐火材料)。石英砂岩的胶结物常为硅质，有时为碳酸盐(方解石、白云石、菱铁矿)、铁质、石膏、磷酸盐及海绿石等。砂粒间有时可见少量粘土或绿泥石等杂基，胶结类型多为孔隙式、接触式。碎屑中以中D细粒级的砂常见，圆度及分选性良好，石英颗粒表面光滑、干净，反映其改造作用充分、成熟度高。石英砂岩常具波痕和各种交错层理、冲洗层理。
石英砂岩按胶结物成分特征进一步划分为:
1)铁质石英砂岩;
2)粘土质石英砂岩(粘土含量>15%时，为石英杂砂岩);
3)钙质石英砂岩;
4)白云质石英砂岩;
5)磷质石英砂岩;
6)硅质石英砂岩，按硅质胶结物结构特征再细分为:
硅质石英砂岩 硅质胶结物未围绕石英碎屑次生加大，
石英岩状砂岩 硅质胶结物部分围绕石英碎屑次生加大，
沉积石英岩(或叫正石英岩) 硅质胶结物全部围绕石英碎屑次生加大为再生石英，即全部成为再生石英;
7)若石英砂岩中含有少量特殊的自生矿物时，也可参加定名，如海绿石石英砂岩、锆石石英砂岩、含铜石英砂岩等;
8)石英砂岩与长石砂岩之间的过渡类型称为长石石英砂岩，与岩屑砂岩之间的过渡类型称为岩屑石英砂岩。
石英砂岩分选性和磨圆度最好，石英最富集但重矿物含量较低，一般在构造稳定、地形起伏不大和温暖潮湿气候条件下，由富含石英的母岩，如花岗岩、花岗片麻岩和变质石英岩等，遭受强烈的物理和化学风化作用，母岩中不稳定成分被破坏，而稳定的石英及硅质岩岩屑增多，并经过长距离搬运，在稳定地台区的滨海或浅海地区沉积而成。石英砂岩广泛发育，约占砂岩总量的1/3，单层石英砂岩厚度往往不大，但分布面积大，稳定。
(2)长石砂岩
主要由碎屑石英和长石组成，碎屑中石英<75%，长石>25%，岩屑<10%。有的长石含量可很高，如陕北延安地区侏罗系中有些长石砂岩，其长石含量达50%～64%;湖南衡阳盆地第三系长石砂岩的长石含量达70%以上。若长石含量>50%时，称富长石砂岩。
长石砂岩中的长石多为相对稳定的正长石、微斜长石和酸性斜长石类，而不稳定的中D基性斜长石类较少见;岩屑较少，石英可多可少;砂粒间的填隙物为钙质、铁质及粘土质;胶结类型多为孔隙式、接触式，有时可出现基底式。
多数情况下，长石砂岩呈厚层D块状产出，碎屑的粒度较粗，一般为中D粗粒，分选性和磨圆度变化大，自分选差、棱角状到分选好、圆度高的均有，常具块状层理和各种交错层理。颜色常为红色或黄色，外貌似花岗岩。长石砂岩的化学成分特点是含有较多的碱金属和氧化铝，与花岗岩成分近似。
长石砂岩的形成在很大的程度上取决于母岩成分，首先要有富含长石的母岩，如花岗岩、花岗片麻岩等。另外还需要有利长石保存的古构造、古地理和古气候条件，因此，长石砂岩的成因特征可提供有关的古构造、古地理和古气候条件的直接信息。按成因特征可划分为:
构造长石砂岩 在构造运动强烈的地区，地形起伏也大，花岗岩基底隆起遭受强烈侵蚀，在邻近地区发生沉陷，侵蚀产物迅速堆积，可形成很厚的长石砂岩，有人称为构造长石砂岩。
基底长石砂岩 有的长石砂岩直接覆盖在花岗质基底的侵蚀面上，它是古老花岗质岩石的崩解产物，在海侵过程中经改造并在原地堆积而成。这种岩石常呈厚度不大的稳定层状，位于海侵岩层底部，故称基底长石砂岩或残余长石砂岩。多产于地台区，如河北唐山、山西大同花岗岩基底之上的长石砂岩。
气候长石砂岩 长石由于化学性质不稳定，在温暖潮湿的气候条件下易风化而很难保存，但在干旱炎热或寒冷气候条件下相对稳定，能在地表保持很长时间，因此，长石砂岩被认为是极其干旱或寒冷气候条件下的产物，是沙漠或冰川的标志，属气候长石砂岩。它的主要特点是砂粒分选性和磨圆度较好，长石新鲜，稳定重矿物较多。但许多资料表明，温湿气候(如煤系地层中)也有长石砂岩，这主要与构造、地形、堆积速度等因素有关。
长石砂岩常与岩屑砂岩及其他复成分砂岩共生，当长石砂岩中岩屑含量增加时，向岩屑砂岩过渡，当岩屑>10%者称岩屑长石砂岩。
(3)岩屑砂岩
岩屑占碎屑总量的25%以上，长石<10%，石英<75%。以石英和岩屑为主，岩屑含量>25%的砂岩名称叫法很多，如岩屑砂岩、硬砂岩、杂砂岩、瓦克岩等。而且即使用同一个名称，对岩屑成分及含量界限的规定亦不同，名称的含义也不同。我们主张叫岩屑砂岩，而且把岩屑限定为不稳定的岩石类型，如变质岩、火山岩和除硅质岩在外的沉积岩等岩屑。岩屑砂岩可进一步按岩屑种类命名，如火山岩屑砂岩、变质岩屑砂岩、钙屑岩屑砂岩等。
岩屑砂岩中岩屑成分可多种多样，随母岩而异，但以细晶质及隐晶质的岩石为主，石英碎屑常具棱角状。长石以斜长石为常见，也有钾长石，还可出现不稳定的基性斜长石，也可含有黑云母等。重矿物含量一般较高，不稳定和稳定的重矿物类型均可兼有。碎屑的分选性、磨圆度不好。粘土杂基较多，或含碳酸盐等成分的胶结物，多为孔隙式、孔隙D基底式复合胶结，也可出现单一的基底式胶结。岩屑砂岩颜色较深，为灰、灰绿、灰黑色，浅色者少见。岩屑砂岩分布较广，估计占全部砂岩的20%～25%，单层岩屑砂岩的厚度较大，但分布面积不大，也不稳定。
岩屑砂岩多形成于强烈构造隆起区附近的坳陷带或坳陷盆地中，由母岩快速剥蚀、迅速堆积而成。故岩屑砂岩的不稳定组分多，属不成熟的砂岩。岩屑砂岩可产于地槽区，或近造山带的地台区，可以是陆相的，或海相的，或海相浊积岩，它可与粉砂岩、泥岩组成韵律互层。
(4)杂砂岩
前已论及，将杂砂岩定义为杂基含量>15%，分选性不好、泥砂混杂的砂岩。它在分类上与净砂岩并列，其进一步分类和命名原则也与净砂岩相同。
杂砂岩一般含石英较少，且多呈棱角状。含有不同比例的长石、岩屑和少量云母。长石类主要是斜长石，少见钾长石，岩屑多种。富含杂基是杂砂岩的基本特征，颗粒越细，杂基含量越高。杂砂岩常呈暗灰色、黑色，分选性磨圆度均不好，以单一的基底式胶结为主。主要发育于浊积岩和其他重力流沉积物中，常显递变层理和底部印模构造，也可与泥岩呈韵律互层。
杂砂岩的进一步划分主要根据碎屑的性质分为石英杂砂岩、长石杂砂岩和岩屑杂砂岩，以及它们之间的过渡类型。
杂砂岩的形成条件与长石砂岩或岩屑砂岩类似，即快速侵蚀、搬运和迅速堆积形成的，但杂砂岩可在不同的气候条件下形成。典型的杂砂岩常出现在快速沉降的地槽中，为组成浊积扇或复理式建造的主要岩石类型。
