砂岩

砂岩
沉积岩
cut
作品
通常是石英长石岩性碎片也很常见。在特别成熟的砂岩中可以发现其他矿物质。

砂岩是一种碎屑岩石,主要由砂粒矽酸盐晶粒组成(0.0625至2 mm)。砂岩约占所有沉积岩的20-25%。

大多数砂岩由石英长石(均矽酸盐)组成,因为它们是在地球表面耐候过程的最具耐药性矿物质。像未元素的沙子一样,砂岩可能是由于矿物质内的杂质而成为任何颜色,但最常见的颜色是棕褐色,棕色,黄色,红色,灰色,灰色,粉红色,白色和黑色。由于砂岩床通常形成高度可见的悬崖和其他地形特征,因此某些砂岩的某些颜色已被某些地区强烈鉴定。

主要由砂岩组成的岩层通常允许水和其他液体的渗透,并且多孔足以存储大量,使其成为有价值的含水层石油储层

含石英砂岩可以通过变质变成石英岩,通常与造山带内的构造压缩有关。

起源

砂岩起源是碎屑(与石膏石膏贾斯珀等有机物相反)。它们形成的矽酸盐沙粒是基岩物理和化学风化的产物。在高浮雕区域(例如火山弧大陆裂谷和造山带)的高浮雕区域,风化和侵蚀最为迅速。

侵蚀的沙子是由河流或风从其源区域运输到构造构造的沉积环境中,为沉积物堆积的住宿空间前臂盆地倾向于积聚富含岩性晶粒和斜长石的砂。跨大陆盆地和沿着大陆边缘的抓地力也是砂沉积的常见环境。

随着沉积物在沉积环境中继续积聚,较旧的沙子被年轻的沉积物埋葬,并且会发生成岩作用。这主要包括压实晶状。成岩作用的早期阶段被描述为卵生发生,发生在浅深度(几十米),其特征是沙子的生物扰动和矿物学变化,只有轻微的压实。赋予红床砂岩的红色赤铁矿可能在生长时期形成。更深层次的埋葬伴随着中间发生,在此期间,大多数压实和刻化发生。

当沙子下覆盖沉积物的压力下,压实发生。沉积物颗粒进入更紧凑的排列,延性晶粒(例如云母晶粒)变形,并减少孔隙空间。除了这种物理压实外,还可以通过压力溶液进行化学压实。晶粒之间的接触点在最大的菌株下,紧张的矿物质比其余的谷物更易溶。结果,接触点溶解了,使谷物接触到了更紧密的接触。

晶体紧随其后的是压实,因为在深度处的温度升高,将晶粒结合在一起的水泥的沉积加速。压力溶液有助于胶结,因为在未训练的孔隙空间中重新沉积了从应变的接触点溶解的矿物。

机械压实主要发生在小于1,000米(3,300英尺)的深度。化学压实持续到2,000米(6,600英尺),大多数胶结发生在2,000–5,000米的深度(6,600–16,400英尺)。

埋藏的砂岩的不屋顶伴随着催化作用,这是成岩作用的第三阶段也是最后一个阶段。随着侵蚀减少埋葬的深度,对陨石水的更新暴露会对砂岩产生其他变化,例如某些水泥溶解以产生二次孔隙度

成分

框架谷物

澳大利亚悉尼的天堂采石场
grus sand及其得出的花岗岩

框架晶粒是砂尺寸(0.0625至2毫米(0.00246至0.07874)直径),构成大部分砂岩的碎屑碎片。大多数框架晶粒由石英长石组成,这些石英是最常见的矿物质,最能抵抗地球表面的风化过程,如Goldich溶解系列所示。框架谷物可以根据其矿物质组成分为几个不同的类别:

  • 石英框架晶粒是大多数碎屑沉积岩石中的主要矿物质。这是因为它们具有出色的物理特性,例如硬度和化学稳定性。这些物理特性使石英晶粒可以在多个回收事件中生存,同时还可以显示一定程度的圆形。石英颗粒从岩石岩中演变出来,这些岩石的起源是长英质的,也是从已回收的旧砂岩中进化而来的。
  • 长石框架晶粒通常是砂岩中第二大矿物。长石可以分为碱长石和斜长石长石,可以在岩石学显微镜下区分。
  • 化学成分的碱性长石范围从Kalsi 3 O 8到Naalsi 3 O 8
火山砂粒的显微照片;上图是平面偏振光,底部图片是交叉偏振光,左中心的比例盒为0.25毫米。这种类型的谷物将是岩性砂岩的主要组成部分。
  • 岩性框架谷物(也称为岩性碎片或岩性碎屑)是古代岩石的碎片,尚未避开各个矿物谷物。岩性碎片可以是任何细粒或粗粒的火成岩,变质或沉积岩,尽管在沉积岩中发现的最常见的岩石碎片是火山岩的碎屑。
  • 附件矿物质是砂岩中的所有其他矿物颗粒。这些矿物通常仅占砂岩中谷物的一小部分。常见的辅助矿物质包括云母(白云母生物云母),橄榄石辉石刚果。这些附件谷物中的许多比构成大部分岩石的矽酸盐更密集。这些重型矿物通常具有抗风化性,可以用作通过ZTR指数的砂岩成熟度的指标。常见的重型矿物质包括锆石电气石金红石(因此ZTR ),石榴石磁铁矿或其他源自源岩石的耐药矿物。

矩阵

矩阵是非常好的材料,它存在于框架晶粒之间的间隙孔隙空间内。间质孔隙空间内基质的性质导致双重分类:

  • Arenites是质地清洁的砂岩,没有矩阵或几乎没有矩阵。
  • 质量是具有大量基质的质地脏砂岩。

水泥

水泥是将矽质碎片框架晶粒结合在一起的原因。水泥是一种次要矿物,在沉积后和埋葬砂岩期间形成。这些胶结材料可以是矽酸盐矿物质或非矽酸盐矿物质,例如方解石。

  • 二氧化矽水泥可以由石英或蛋白石矿物组成。石英是充当水泥的最常见矽酸盐矿物。在存在二氧化矽水泥的砂岩中,石英颗粒附着在水泥上,该水泥在称为过度生长的石英谷物周围形成边缘。过度生长保留了被粘合的石英框架晶粒的晶体连续性。蛋白石水泥是在富含火山材料的砂岩中发现的,很少在其他砂岩中。
  • 方解石水泥是最常见的碳酸盐水泥。方解石水泥是较小的方解石晶体的分类。水泥粘附在框架上,将框架晶粒固定在一起。
  • 充当水泥的其他矿物包括:赤铁矿柠檬酸盐长石,硬石石,石膏芳香,碳酸盐粘土矿物和沸石矿物质。

通过风化逐渐易碎的水泥粘合剂的砂岩逐渐易碎且不稳定。通过应用四乙基矽酸盐(SI(OC 2 H 54 ),该过程可以在某种程度上逆转,该过程将在沙粒之间沉积二氧化矽的无定形二氧化矽。反应如下。

Si(OC 2 H 54 (L) + 2 H 2 O(L)→SiO 2 (S) + 4 C 2 H 5 OH(G)

孔隙空间

孔隙空间包括岩石或土壤中的开放空间。岩石中的孔隙空间与岩石的孔隙率渗透性有直接关系。孔隙率和渗透率直接受沙粒堆积在一起的方式。

  • 孔隙率是在给定岩石中居住的散装体积的百分比。孔隙率直接受到尺寸均匀的球形颗粒的堆积的影响,从松散堆积到砂岩中最紧的堆积物。
  • 渗透性是水或其他流体流过岩石的速率。对于地下水,可以通过单位液压梯度下的一个平方英尺的横截面每天用加仑来测量工作渗透率。

砂岩的类型

通常,使用Gazzi-Dickinson方法(例如Gazzi-Dickinson方法)薄截面进行对切片进行分类。这产生了石英,长石和岩性晶粒的相对百分比以及粘土基质的量。当与三角形Q uartz, f eldspar, l Ithic碎片( QFL图)一起使用时,砂岩的组成可以提供有关沉积物起源的重要信息。但是,地质学家无法就将QFL三角区域区域的一系列边界达成共识。

三元图显示了砂岩中石英,长石和岩性的相对丰度

视觉辅助工具是允许地质学家解释砂岩不同特征的图。例如,可以用出处模型标记QFL图表,该模型显示了具有各种框架晶粒组成的砂岩的构造起源。同样,质地成熟度图的阶段说明了砂岩经历的不同阶段,因为沉积物的动力学处理程度增加。

示意性QFL图显示了构造省和砂岩出处
  • QFL图是砂岩中存在的框架晶粒和矩阵的表示。该图与火成岩学中使用的图表相似。正确绘制时,这种分析模型会为砂岩的有意义的定量分类而创建。
  • 砂岩出处图通常基于QFL图表,但允许地质学家在视觉上解释砂岩可以产生的不同类型的位置。
  • 质地成熟度图的一个阶段显示了未成熟,提交,成熟和超小砂岩之间的差异。随着砂岩变得越来越成熟,谷物变得越来越圆,岩石矩阵中的粘土较少。

多特的分类方案

图显示了Dott(1964)分类方案的略微修改版本

Dott(1964)的砂岩分类计划是地质学家用于对砂岩进行分类的许多此类计划之一。 Dott的计划是对Gilbert对矽酸盐砂岩的分类的修改,并将RL Folk的双重质地和组成成熟度概念纳入一个分类系统中。结合吉尔伯特(Gilbert)和RL民间计划的哲学是,它更好地“描绘了从泥石岩到竞技场,从稳定到不稳定的谷物构图的质地变化的连续性”。 Dott的分类方案基于框架谷物的矿物学以及框架晶粒之间存在的基质类型。

在此特定的分类方案中,Dott将Arenite和Wackes之间的边界设置为15%矩阵。此外,Dott还分解了可以在砂岩中存在的不同类型的框架谷物分为三个主要类别:石英,长石和岩石晶粒。

  • Arenite是砂岩的类型,在框架谷物之间的粘土基质小于15%。
    • 石英岩是含有超过90%的矽质颗粒的砂岩。谷物可以包括石英切尔特岩石碎片。石英植物在质地上成熟到超级砂岩。这些纯石英砂是由于运输前后发生的广泛风化而产生的。除了最稳定的矿物质石英谷物外,这种风化除去了所有东西。它们通常隶属于沉积在稳定的克拉托式环境中的岩石,例如风水海滩或货架环境。石英局源是从石英晶粒的多种回收中散发出来的,通常是沉积源岩石,而定期为源自原代火成岩变质岩石的第一循环沉积物。
    • 费尔德 - 蜘蛛体是砂岩的含量小于90%的石英,而长石比不稳定的岩石碎片和次要辅助矿物质。长石的砂岩通常是不成熟的或亚成的。这些砂岩发生与克拉通或稳定的架子设置有关。长石砂岩源自花岗岩型,原代晶体,岩石。如果砂岩主要是斜长石,则其起源是火成岩。
    • 岩性的体现的特征是不稳定的岩性碎片的含量通常很高。例子包括火山和变质碎屑,尽管稳定的碎屑(如cher)在岩性园林中很常见。这种类型的岩石含有小于90%的石英晶粒,比长石的岩石含量更高。他们通常不成熟,从质地上提交提交。它们与河流砾岩和其他河流沉积物或更深的水上砾岩有关。它们是在产生大量不稳定材料的条件下形成的,这些材料是源自细粒的岩石,主要是页岩火山岩变质岩石
  • Wackes是砂岩,在框架谷物之间包含超过15%的粘土基质。
    • 石英Wackes并不常见,因为石英植物在质地上成熟到超级成熟。
    • FelsPathic Wackes是含有大于15%的基质的长石砂岩。
    • 岩性wacke是一种砂岩,其中基质大于15%。
  • Arkose砂岩超过25%的长石。与纯石英砂岩相比,谷物的圆形往往较差,并且分类良好。这些富含长石的砂岩来自迅速侵蚀的花岗岩和变质地形化学风化属于物理风化
  • Greywacke砂岩是石英和长石和长石的岩性碎片和角晶粒或被细粒粘土基质包围的谷物的异质混合物。这些矩阵的大部分是由相对柔软的碎片(例如页岩和某些火山岩)形成的,这些碎片在深埋砂岩形成后化学改变并物理压实。

石英岩

当砂岩受到与区域变质相关的巨大热和压力时,单个石英晶粒将与以前的水泥材料一起重结晶,形成称为石英岩变质岩。砂岩的大多数或全部原始质地和沉积结构都被变质擦除。谷物是如此紧密地互锁,以至于当岩石折断时,它会通过谷物骨折以形成不规则或骨骨折。

地质学家到1941年已经认识到一些岩石显示了石英岩的宏观特征,即使它们在高压和温度下没有经历过变质。这些岩石仅受到与沉积岩成岩成岩作用相关的温度和压力,但成岩作用巩固了岩石,因此需要显微镜检查以将其与变质石英岩区分开。 Orthoquartzite一词用于将这种沉积岩与变质性产生的元夸兹特区分开。从总体上讲,术语Orthoquartzite偶尔会更普遍地应用于任何石英污染的石英竞技场。正Quartzite(从狭窄的意义上讲)通常是99%SIO 2 ,只有少量的氧化铁和痕量抗性矿物质,例如锆石金红石磁铁矿。尽管通常很少有化石,但仍保留原始质地和沉积结构。

真正的正Quartzite和普通的石英砂岩之间的典型区别在于,正Quartzite是如此高度固定,以至于它会跨谷物而不是周围的谷物骨折。这是可以在现场识别的区别。反过来,正Quartzite和元夸兹特之间的区别是现有晶粒的重结晶的开始。分界线可以放置在应变的石英颗粒开始被新的,未经培训的小石英颗粒所取代的点,产生砂浆质地,可以在极化显微镜下在薄层中鉴定出来。随着变质级的提高,进一步的重结晶会产生泡沫质地,其特征是多边形晶粒在三个连接处发生,然后是卟啉质质地,其特征是粗糙的,不规则的谷物,包括一些较大的谷物(珍骨(珍骨)。

用途

A panoramic photograph of the Quadrangle
悉尼大学的主要四边形,所谓的砂岩大学
砂岩雕像Maria Immaculata撰写的Fidelis Sporer,1770年左右,德国弗莱堡
17,000年的旧砂岩油灯在法国拉斯科岛的洞穴中发现

自史前时代以来,砂岩已被用于建筑,装饰艺术作品和工具。它已在世界各地广泛利用,用于建造寺庙,教堂,房屋和其他建筑物以及土木工程

尽管其对风化的抵抗力各不相同,但砂岩易于工作。这使其成为一种常见的建筑铺路材料,包括沥青混凝土。但是,过去使用过的某些类型,例如在英格兰西北部使用的Collyhurst砂岩,具有较差的长期耐候性,需要在较旧的建筑物中进行维修和更换。由於单个晶粒的硬度,晶粒尺寸的均匀性和结构的易碎性,某些类型的砂岩是制造磨石的优秀材料,用于锐化叶片和其他工具。不可拨的砂岩可用于制造用于研磨谷物的磨石,例如,灰度

已经提出了一种纯石英砂岩,正Quartzite,占石英90%至95%的人,已提议提名全球遗产石材资源。在阿根廷的某些地区,正Quartzite竖立的立面Mar del Plata风格平房的主要特征之一。

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