一、陆源碎屑岩的基本概念
1.陆源碎屑岩
陆源碎屑岩是指母岩机械破碎（物理风化）所形成的碎屑物质，经过机械搬运和沉积作用之后，经过埋藏成岩作用形成的一类沉积岩。
2.碎屑结构
陆源碎屑岩具有碎屑结构，由四部分组成，即碎屑颗粒、杂基、胶结物和孔隙。其中杂基和胶结物统称为填隙物（曾允孚等，1996）。
碎屑颗粒 是母岩机械破碎的产物，是碎屑岩的主体部分，占整个岩石的50％以上。如砂岩中的砂粒。
杂基 是指与碎屑一起由机械作用沉积下来的、起填隙作用的较细粒物质。主要有粘土，此外有细粉砂、碳酸盐灰泥等。
胶结物 是对碎屑颗粒起胶结作用的化学沉淀物质。如碳酸盐矿物等。
孔隙 是岩石中未被固体物质所占据的空间，包括原生孔隙和次生孔隙。原生孔隙指沉积岩中在原始沉积时保留下来的孔隙，次生孔隙指沉积岩中在成岩阶段所形成的孔隙。
二、碎屑岩的物质成分
1.碎屑成分
碎屑物质是陆源区母岩机械破碎的产物，包括矿物碎屑和岩石碎屑（简称岩屑）。最常见的碎屑物质是石英、长石、云母等矿物碎屑、各种岩屑和少量重矿物碎屑。
（1）矿物碎屑
石英碎屑 石英（图8－1）是碎屑岩中分布最广的矿物碎屑，主要来源于花岗岩、片麻岩、片岩及先成的沉积岩。
长石碎屑 长石的抗风化能力比石英差，其中以基性斜长石最差。在碎屑岩中常见酸性斜长石和钾长石，钾长石主要有正长石、微斜长石（图8－2）和条纹长石。长石在砂岩中含量也较高，平均约10％～15％，主要来源于花岗岩和花岗片麻岩。
图8－1 砂岩中的石英碎屑
图8－2 砂岩中的微斜长石碎屑
云母碎屑 沉积岩中云母较常见，其中白云母较难风化；黑云母则较易风化，并且易发生绿泥石化。
重矿物碎屑 重矿物是碎屑岩中的次要组分，其含量通常不超过1％。
（2）岩石碎屑（岩屑）
岩屑也是碎屑岩的一种很重要的组分（图8－3），它可以直接提供有关母岩的特征。岩屑的成分可以是岩浆岩、变质岩或沉积岩。
图8－3 砂岩中的岩石碎屑（岩屑）
2.填隙物成分
填隙物包括杂基和胶结物两部分。
（1）杂基成分
杂基是指与碎屑一起由机械作用沉积下来的、起填隙作用的较细粒物质。杂基成分大部分为粘土，其成分有高岭石、蒙脱石、伊利石等；此外有粉砂和碳酸盐灰泥。
（2）胶结物
胶结物是指在沉积阶段、同生作用阶段、成岩作用阶段、后生作用阶段由化学沉淀形成的自生矿物。常见有方解石、白云石等碳酸盐；菱铁矿等铁质矿物；磷质矿物；石膏、硬石膏、重晶石；非晶质蛋白石、半晶质玉髓、全晶质石英等硅质矿物等。
3.成分成熟度
成分成熟度是指碎屑沉积组分在其风化、搬运和沉积作用的改造下接近最稳定的终极产物的程度。例如，在温湿亚热带地区终极产物的组分包括轻矿物和重矿物，轻矿物为石英、铝土矿、高岭石，重矿物有锆石、电气石、金红石（布拉特，1972）。
三、碎屑岩的结构
1.碎屑颗粒的结构
（1）碎屑的大小
据碎屑直径的大小，碎屑岩的碎屑可划分为：砾（直径大于2mm）、砂（直径为2～0.05mm）、粉砂（直径为0.05～0.039mm）和泥（直径小于0.0039mm）。在研究砂岩的粒度时，常用到Φ粒级，其定义为：
Φ＝—log2d
式中，d为颗粒直径，mm。
（2）碎屑的分选性
分选性是碎屑岩中颗粒大小均匀的程度，可粗略地划分为好、中、差三级（曾允孚等，1996）。
a.当碎屑岩中主要粒级成分含量占碎屑岩中碎屑含量的75％以上，或其颗粒大小接近相等时，称为分选性好。
b.当碎屑岩中主要粒级成分含量为50％～75％时，称为分选性中等。
c.当碎屑岩中没有一种粒级成分能够超过50％或颗粒大小相差很悬殊时，则为分选性差。
（3）碎屑颗粒的圆度
圆度是指碎屑颗粒的棱角被磨蚀圆化的程度，一般分为四级。
棱角状 碎屑颗粒具尖锐的棱角，这种碎屑一般都未经搬运或很少搬运。
次棱角状 碎屑颗粒的棱角稍有磨蚀现象，但棱角仍清楚可见，反映出碎屑经过短距离的搬运。
次圆状 碎屑颗粒的棱角有明显的磨损，但碎屑的原始轮廓还清楚可见，反映出颗粒经过了较长距离的搬运。
圆状 碎屑颗粒的棱角已经磨损消失，棱线外凸呈弧状，碎屑的原始轮廓也已经消失，反映出碎屑经过长距离的搬运后发生严重的磨损。
2.填隙物结构特征
（1）胶结物结构
常见的胶结物结构类型有非晶质结构、隐晶质结构、显晶质结构、带状（薄膜状）（图8－4）、栉壳状（丛生）结构（图8－5）、再生结构（次生或自生加大结构）（图8－6）和嵌晶（连生）结构；此外，还有凝块状或斑点状结构（曾允孚等，1996）。
非晶质结构 胶结物为非晶质的结构，如蛋白石、铁质。
隐晶质结构 胶结物为隐晶质的结构，如玉髓、隐晶质碳酸盐。
显晶质结构 胶结物为显晶质的结构，常见有石英、碳酸盐矿物等。
带状结构 胶结物环绕碎屑呈带状的结构，也称薄膜状结构或包壳结构。
栉壳状结构 栉壳状结构是指胶结物呈纤维状或针状垂直于碎屑颗粒表面生长的结构。
再生结构 指矿物碎屑沿碎屑边缘发生次生加大的结构，常见有自生石英胶结物沿碎屑石英边缘呈次生加大边。
嵌晶（连生）结构 是指胶结物重结晶时形成很大的晶体，往往将一个或几个颗粒包含在一个晶体中的结构。
凝块状结构 是指胶结物分布不均匀、呈斑点状的结构。
图8－4 带状（薄膜状）结构
图8－5 栉壳状（丛生）结构（扫描电镜）
图8－6 石英次生加大（扫描电镜）
（2）杂基的结构
杂基是指碎屑岩中与砂、砾同时机械沉积下来的、起填隙作用的细粒物质，其成分常为小于0.0039mm的细粉砂和粘土物质，有时可见碳酸盐灰泥和铁质组分的杂基，它们常与粘土杂基混合出现，杂基的含量愈高表明岩石的分选性愈差和结构成熟度愈低。杂基结构可分为原杂基结构、正杂基结构和似杂基结构三种类型（曾允孚等，1996）。
原杂基 是由未重结晶的粘土及细粉砂级石英、长石、云母等构成泥状组分的杂基。
正杂基 是经过明显重结晶作用的原杂基，粘土多呈鳞片状，杂基与颗粒边缘有交代现象。
似杂基 是指碎屑岩中一些成分、结构与杂基相似，但又并非原始机械沉积成因的填隙细粒物质，它不能反映介质流动特征。
3.胶结类型
在碎屑岩中，碎屑颗粒和填隙物间的关系称为胶结类型，它取决于颗粒和填隙物的相对含量和颗粒之间的接触关系。根据颗粒和杂基的相对含量分为杂基支撑和颗粒支撑两大类（曾允孚等，1996）。根据颗粒和胶结物的相对含量及相互关系，胶结类型可分为基底式胶结、孔隙式胶结、接触式胶结和镶嵌式胶结四种类型。
（1）基底式胶结
基底式胶结是指颗粒漂浮在杂基中、彼此不相接触、具杂基支撑的胶结类型。具有这种胶结类型的碎屑岩一般是由快速堆积的密度流沉积形成的。
（2）孔隙式胶结
孔隙式胶结是指在颗粒支撑的碎屑岩中，颗粒互相接触，填隙物分布于孔隙中间的胶结类型，具有这种胶结类型的碎屑岩反映较稳定的水流的沉积特征。
（3）接触式胶结
接触式胶结是指颗粒支撑的碎屑岩，胶结物只分布在颗粒接触处附近，在孔隙中央没有胶结物的胶结类型。此胶结类型可能与毛细管作用有关，也可以是由孔隙胶结的胶结物溶蚀所形成的。
（4）镶嵌式胶结
镶嵌式胶结是指颗粒间呈缝合接触的胶结类型。具有这种胶结类型的碎屑岩遭受了强烈的压实压溶作用。
4.孔隙结构
孔隙结构是指碎屑岩中各类孔隙在三维空间分布的一种结构状态。孔隙是碎屑岩的重要结构组分之一，其间可以充填大量的气体或液体（如天然气、石油等）。
5.结构成熟度
结构成熟度是指碎屑沉积物在其风化、搬运和沉积的过程中，接近终极结构的程度。理想的终极状态是碎屑为等大球体（分选、磨圆极好），无杂基，填隙物为化学胶结物。
图8－7 粗碎屑岩——砾岩
四、粗碎屑岩特征
1.粗碎屑岩的分类
砾级碎屑含量大于30％的碎屑岩称为砾岩类（图8－7）。
（1）根据砾级碎屑粒径大小分类
巨砾岩 是指砾石直径大于256mm的砾岩。
卵石岩 是指砾石直径为256～64mm的砾岩。
砾岩 是指砾石直径为64～2mm的砾岩。
（2）根据砾岩地层位置分类
底砾岩 是位于地层侵蚀面之上的砾岩，代表与下伏地层存在角度不整合或平行不整合接触。砾级碎屑为陆源，当其位于海侵层序的最低部时，代表一定时期的间断。
层间砾岩 是整合于其他岩层之中的砾岩，代表小型沉积间断，不代表侵蚀间断。
（3）根据砾岩的成因分类
残积砾岩类 是指母岩风化产生的碎屑在原地堆积形成的砾岩类，常见有残积角砾岩。
沉积砾岩类 是指母岩风化产生的碎屑经过搬运作用、沉积作用和成岩作用后形成的砾岩类，常见有正砾岩（杂基含量小于15％）和副砾岩（杂基含量大于15％）。
同生砾岩类 是指半固结沉积物在同生期经破碎、再沉积后形成的砾岩类，常见有同生角砾岩和滑塌角砾岩。
成岩后生砾岩类 是指沉积物在埋藏成岩过程中的成岩后生阶段，遭受成岩作用或外界因素所形成的砾岩类，常见有岩溶角砾岩。
2.砾岩与角砾岩的主要类型
（1）残积角砾岩
残积角砾岩是指母岩风化产生的碎屑在原地堆积形成砾岩。砾石呈棱角状，无分选，成分单一（图8－8）。
图8－8 残积角砾岩标本
（2）正砾岩
正砾岩是指母岩风化产生的碎屑经过正常搬运作用、沉积作用和成岩作用后形成的砾岩，杂基含量小于15％，形成于高速水流或强波浪条件。常见有石英砾岩和岩块砾岩。
a.石英砾岩中砾石成分为脉石英、燧石、石英岩屑，分选磨圆好、成熟度高。常见有滨岸砾岩和河成砾岩。
b.岩块砾岩中砾石的稳定组分低于90％，可以是单成分，也可是复成分。砾岩的分选性中等—差，成熟度低，常形成于冲积扇、网状河、曲流河。
（3）副砾岩
副砾岩是指母岩风化产生的碎屑经过正常搬运作用、沉积作用和成岩作用后形成的砾岩，杂基含量大于15％，砾石含量小于30％，由大量较细的碎屑组成。常见有纹层状副砾岩和冰碛砾岩。
a.纹层状副砾岩的基质含量高，其中有明显的水平层纹或带状层理，常绕过砾石分布。其中的砾石是浮冰融化后下落形成的。
b.冰碛砾岩的杂基含量高，砾石表面有擦痕，是冰川作用形成的。
（4）同生砾岩和角砾岩
同生砾岩和角砾岩是半固结沉积物在同生期经过破碎、再沉积后形成的砾岩。如竹叶状灰岩（图8－9）。
（5）滑塌角砾岩
滑塌角砾岩是由滑塌作用所形成的角砾岩，其分布局限于某一岩层中。
（6）岩溶角砾岩
岩溶角砾岩是由石灰岩发生岩溶导致石灰岩的垮塌所形成的角砾岩（图8－10）。角砾呈棱角状，无分选，成分单一（曾允孚等，1996）。
图8－9 竹叶状灰岩
图8－10 岩溶角砾岩标本
3.粗碎屑岩的研究内容
砾岩类的研究内容包括粒度和分选、砾石成分、砾石的磨圆度和球度、基质的成分、结构和构造以及砾石层产状等特征的研究。
图8－11 中碎屑岩——砂岩（扫描电镜）
五、中碎屑岩特征
中碎屑岩（砂岩）是指粒径为2～0.05mm的碎屑占全部碎屑50％以上的碎屑岩（图8－11）。根据粒度范围，中碎屑岩可分为：粗砂岩（2～0.5mm）、中砂岩（0.5～0.1mm）和细砂岩（0.1～0.05mm）。
1.中碎屑岩的成分分类
根据杂基含量，中碎屑岩（砂岩）可分为两大类，即杂基少于15％的净砂岩（简称砂岩）和杂基大于15％的杂砂岩（曾允孚等，1996）。砂岩和杂砂岩的进一步细分则用三角图（图8－12）表示，其三个端元所代表的碎屑物质组分为Q（石英）端元、F（长石）端元和R（岩屑）端元。
图8－12 中碎屑岩（砂岩）的分类
Q（石英）端元 包括石英、燧石、石英岩和其他硅质岩岩屑。
F（长石）端元 包括长石以及花岗岩和花岗片麻岩类岩屑。
R（岩屑）端元 除Q、F中岩屑以外的其他岩屑及碎屑云母和绿泥石。
上述三角图的进一步分区，首先是根据Q的含量95％和75％值为界分成三大区，即石英砂岩区（1、2、3）、长石砂岩区（4、5）和岩屑砂岩区（6、7），然后再根据F与R的相对含量将后三个区加以细分，总共分为石英砂岩（杂砂岩）、长石石英砂岩（杂砂岩）、岩屑石英砂岩（杂砂岩）、长石砂岩（杂砂岩）、岩屑长石砂岩（杂砂岩）、长石岩屑砂岩（杂砂岩）和岩屑砂岩（杂砂岩）七个基本类型。
2.砂岩的主要类型
（1）石英砂岩
石英砂岩中硅质碎屑占碎屑总量的95％以上，仅有少量长石岩屑和重矿物（图8－13）。碎屑颗粒以单晶石英为主，分选磨圆好，具有好的成分成熟度与结构成熟度。胶结物多为硅质，常为蛋白质、玉髓或石英，亦有钙、铁质。一般呈灰白色，铁质胶结物可使其变为浅褐色。
石英砂岩的母岩一般是砂岩，砂岩经再搬运沉积形成。石英砂岩主要产于海洋环境，如海滩环境、浅海环境，海滩环境的强烈分选和磨圆可以净化颗粒。石英砂岩形成于稳定的大地构造环境和长期的风化作用条件（曾允孚等，1996）。
（2）长石砂岩
长石砂岩的碎屑成分主要为石英和长石，其中石英低于75％，长石超过25％，此外有少量岩屑（图8－14），其中长石主要为酸性斜长石和钾长石。重矿物有锆石、金红石等。胶结物主要为钙质与粘土。常呈黄白色、灰绿色或红色。碎屑的分选性变化较大。
长石碎屑的稳定性较差，因此需要在一定条件下才能容易形成长石砂岩。在花岗岩、花岗片麻岩出露地表的条件下，在侵蚀面上原地风化容易形成基底长石砂岩；在构造活动强烈的地区，风化产物因快速堆积而使长石保存下来，容易形成成分成熟度低、杂基含量高、分选磨圆不好的构造长石砂岩；在干旱寒冷的气候条件下，长石在搬运中被保存下来，容易形成长石新鲜、分选磨圆较好的气候长石砂岩。一般情况下，长石砂岩常形成于山间坳陷、边缘坳陷地区的河、湖环境中。
（3）岩屑砂岩
岩屑砂岩的碎屑中石英含量低于75％，岩屑含量一般大于25％，岩屑/长石大于3。碎屑以石英与各种岩屑为主，有少量长石、云母及重矿物（图8－15）。胶结物常为硅质、碳酸盐和粘土杂基。颗粒分选、磨圆不好。岩石常呈灰、灰绿、灰黑等暗色。
图8－13 石英胶结的石英砂岩
图8－14 方解石胶结的长石砂岩
图8－15 岩屑杂砂岩
岩屑砂岩在强烈剥蚀和快速堆积的构造条件下形成，常产于褶皱带山前或山间坳陷地区。形成于山麓冲积、洪积及山间盆地的河流环境或浊流沉积。
3.砂岩的成岩作用
砂岩的主要成岩作用有机械压实作用、化学压实作用、胶结作用、溶解作用、交代作用和重结晶作用等（曾允孚等，1996）。
（1）机械压实作用
机械压实作用是沉积物在上覆重力及静水压力作用下，发生水分排出，碎屑颗粒紧密排列，软组分挤入孔隙，使孔隙体积缩小、孔隙度降低、渗透性变差的作用。其主要表现有碎屑颗粒接触关系发生点→线→凹凸状→缝合状的变化、塑性岩屑挤压变形（图8－16）、软矿物颗粒弯曲变化和刚性碎屑矿物压碎或压裂。
（2）化学压实作用
化学压实作用是砂岩在上覆地层压力或构造应力作用下，导致颗粒接触点上矿物的溶解的作用，这种局部溶解也称为压溶作用。
（3）胶结作用
砂岩中常见的胶结作用有碳酸盐胶结作用、硅质胶结作用（图8－17）、粘土矿物的胶结、沸石类胶结作用、长石类胶结作用、石膏和硬石膏的胶结作用及铁质胶结作用等。
负胶结物孔隙度是指砂岩中将胶结物全部溶掉以后所得到的孔隙度，即胶结之前砂质沉积物的孔隙度。
图8－16 塑性岩屑的假杂基化现象（扫描电镜）
图8－17 自生石英胶结物（扫描电镜）
（4）溶解作用
溶解作用是砂岩中不稳定碎屑和填隙物组分发生选择性溶解的一种成岩作用。在砂岩薄片和砂岩扫描电镜中可观察到砂岩不稳定碎屑和胶结物的溶解，从而形成溶蚀型次生孔隙。
（5）交代作用
交代作用是岩石中的矿物被溶解，同时被沉淀出来的矿物所置换的成岩作用。新形成的矿物与被溶矿物没有相同的化学组分，如方解石交代石英。根据矿物的交代关系，可以确定矿物形成的顺序。
砂岩中常见的交代作用有氧化硅和方解石的相互交代作用、方解石交代粘土矿物、粘土矿物交代石英及长石高岭石化等。
（6）重结晶作用
在砂岩的成岩过程中，重结晶作用在杂基和胶结物中很常见。比如，灰泥杂基中的文石在成岩早期重结晶形成微晶方解石；在成岩过程中硅质胶结物发生重结晶作用，形成蛋白石→玉髓→石英转化。
图8－18 细碎屑岩——粉砂岩
六、细碎屑岩（粉砂岩）的特征
主要由0.05～0.0039mm粒级的碎屑组成的碎屑岩称细碎屑岩（粉砂岩）（图8－18）。在粉砂岩的碎屑物质中，稳定组分较多，成分比较单纯，主要以石英为主；长石较少，多为钾长石，次为酸性斜长石；岩屑极少或不存在；常含较多的云母碎屑。重矿物含量比砂岩多，可达2％～3％，多为稳定性较高的组分，如锆石、电气石、磁铁矿等。粘土基质含量一般较多，常和粘土岩呈过渡状态，形成泥质粉砂岩和粉砂质泥岩。常见有碳酸盐胶结物。粉砂岩磨圆度不高，常见有小型交错层、波状层理、包卷层理等。
七、碎屑岩的油气特征
碎屑岩，尤其是砂岩，是全球油气分布最多的岩石类型之一，关于碎屑岩的研究对石油和天然气的勘探和开发具有重要价值。
1.碎屑岩的储集空间
碎屑岩的储集空间根据孔隙产状和成因，可分为8种基本孔隙类型。
粒间孔隙 指砂岩矿屑颗粒之间的孔隙。进一步可分为完整粒间孔隙、剩余粒间孔隙和缝状粒间孔隙。
粒内孔隙 指碎屑颗粒内部不具溶蚀痕迹的孔隙。
填隙物内孔隙 指杂基和胶结物内存在的孔隙。这类孔隙分布比较普遍，特别是自生粘土矿物填隙物内的晶间孔隙。
裂缝孔隙 指切穿岩石，甚至切穿其中碎屑颗粒本身的缝隙。
图8－19 砂岩中的溶蚀粒间孔隙
溶蚀粒间孔隙 是粒间孔隙遭受溶蚀扩大后所形成的孔隙。这类孔隙在孔隙周边形态、相邻颗粒表面、孔隙中残留填隙物等方面，保留有溶蚀痕迹（图8－19）。
溶蚀粒内孔隙 指碎屑颗粒内部所含可溶矿物被溶解，或沿颗粒解理等易溶部位发生溶解而成的孔隙，其特点是孔隙不仅处在颗粒内部，而且往往呈蜂窝或串珠状。
溶蚀填隙物内孔隙 指填隙物受溶蚀作用所形成的孔隙。
溶蚀裂缝孔隙 是流体沿岩石裂缝渗流，使缝面两侧岩石成分发生溶蚀所形成的孔隙。
2.碎屑岩储集体的常见类型
碎屑岩是世界上主要的油气储集岩。根据其形成环境，碎屑岩常见的油气储集体有滨岸海滩砂岩体、滨岸障壁砂岩体、浊流沉积砂岩体、三角洲砂岩体、河道砂岩体以及冲积扇砂砾岩体等。