一、目的
通过对沉积岩特征的观察，识别一些常见的沉积岩及相关的矿石，加深对沉积作用、沉积矿床形成，以及对它们形成环境的了解。
二、要求
(1)在教师带领下，认真观察常见沉积岩及相关矿石的特征。
(2)把观察到的现象填写到实习报告表中。
(3)要爱护实习标本。
三、实习内容
运用已有的矿物知识，借助简单的设备(放大镜、小刀、瓷板)和稀盐酸，参考教科书上有关沉积作用的内容及常见沉积岩的描述，对标本逐一认真地观察，包括沉积岩及相关矿石的颜色、成分、结构和构造等特征。根据所观察到的各种特征，运用现实主义原则，分析不同沉积岩及沉积矿床可能的形成环境。
1.颜色
颜色指沉积岩外表的总体颜色，而不是指单个矿物颗粒的颜色。颜色往往反映沉积岩的成分和形成环境，常见的有灰白色、灰色、深灰色、黑色、肉红色、棕红色、青灰色、灰黄色、灰绿色等。如果是单矿物岩石，颜色命名就比较简单了，如石英砂岩的颜色与石英接近，常为灰白色或乳白色;如果是复矿物岩石，就比较复杂，这时要把多种矿物的颜色作为一个综合体，以确定沉积岩的颜色。
2.碎屑沉积岩的物质组成和化学沉积岩的化学成分
碎屑沉积岩的物质组成包括碎屑和胶结物。碎屑有矿物碎屑和岩石碎屑，在描述时须指出这些碎屑的矿物成分或岩石类型。胶结物常见的有钙质、硅质、泥质和铁质，它们把碎屑颗粒联结成一块整体的岩石。
不同胶结物的鉴别方法:钙质的加盐酸起泡，颜色常为灰色;硅质的颜色为灰白色，加盐酸不起泡，用小刀刻不动;泥质的颜色常为灰、灰绿或深灰色，质地软，用小刀容易刻动;铁质的颜色常为红色或褐红色。同一种沉积岩可以由不同胶结物胶结而成，如砂岩的胶结物有铁质、泥质、硅质或钙质等。
化学沉积岩的化学成分很多，常见的有铁、铝、锰、硅的氧化物和氢氧化物，以及碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐、卤化物等。一种化学沉积岩通常以某一种化学成分为主，如灰岩的成分主要为碳酸钙，硅质岩为二氧化硅，盐岩主要为氯化钠。
3.矿物成分
沉积岩中已知的矿物有160多种，而99%以上的沉积岩只由20余种矿物组成。最常见的是氧化物矿物和硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐等盐类矿物，包括石英、白云母、粘土矿物、钾长石、斜长石、方解石、白云石、石膏、硬石膏、赤铁矿、褐铁矿、蛋白石等。石英、钾长石、斜长石、白云母也是岩浆岩中常见的矿物，因而它们是沉积岩与岩浆岩共有的矿物。岩浆岩中常见的橄榄石、辉石、角闪石、黑云母等暗色矿物在沉积岩中很少出现;相反，沉积岩中分布相当普遍的粘土矿物、方解石、白云石、石膏、硬石膏等在岩浆岩中几乎不存在。
4.结构
结构是指组成沉积岩的物质成分的结晶程度、颗粒大小、形态及其相互关系。在一定程度上，结构反映沉积岩的成因，是重要的鉴定标志，也是分类命名的主要依据。
碎屑结构 碎屑颗粒被胶结物粘结起来的结构。根据碎屑的粒径大小又可分为:砾状结构(>2mm)、砂状结构(2～0.05mm)和粉砂状结构(0.05～0.005mm)。
泥质结构 由粘土矿物组成的结构，粒径<0.005mm。
粒屑结构 由波浪和流水的动力作用形成的碳酸盐岩结构。粒屑结构可分为四个部分:①颗粒，是在沉积盆地内产生的沉积物颗粒，相当于砂岩中的砂粒(但是与砂粒不同，砂粒是外来碎屑);②泥晶基质，即盆地内形成的灰泥，相当于砂岩中的粘土及细粉砂;③亮晶胶结物，是在成岩过程中沉淀于粒间孔隙的碳酸盐矿物，相当于砂岩的胶结物;④孔隙。鲕状结构、内碎屑结构均属于粒屑结构。
晶粒结构 全部由结晶颗粒组成的结构。化学及生物化学沉积的灰岩、重结晶的灰岩及白云岩等均可以有晶粒结构。按晶粒大小又可分为:粗晶(>2mm)、中晶(2～0.5mm)、细晶(0.5～0.01mm)及隐晶(<0.01mm)。
生物结构 沉积岩中所含生物的遗体或碎片达30%以上的结构。这种结构常见于灰岩及硅质岩中。
火山碎屑结构 火山碎屑物的含量达90%以上的结构，为正常火山碎屑岩的特有结构，又可分为集块结构(碎屑直径>64mm)、火山角砾结构(碎屑直径64～2mm)和凝灰结构(碎屑直径<2mm)。
5.原生构造
在沉积物沉积及固结成岩过程中形成的构造，称为沉积岩的原生构造。研究原生构造可以确定沉积介质的营力及流动状态，有助于分析沉积环境，有时还可以确定顶底层序等。
(1)层理
层理是沉积岩中最重要的一种构造，是沉积物沉积时所形成的成层构造。层理由沉积物的颜色、成分、结构及层的厚度、形状等沿垂向的变化显示出来。
层理要素包括细层、层系和层系组(图实51)。细层又称纹层，是组成层理的最小单位，其厚度极小，常以毫米计。细层是在相同作用条件下同时形成的，因而同一细层具有比较均一的成分和结构。细层之间可以平行或不平行，细层和层系面可以平行或斜交。
层系是由成分、结构和产状基本相同的若干细层组成的。这些细层是在相同作用条件下不同时期形成的。
层系组是由两个或两个以上的相似层系构成的。这些相似层系形成于同一环境。不同层系组的出现是由沉积环境或动力条件变化引起的。
根据层系厚度可以把层理分为:
块状层理(>1m)、厚层理(大型层理)(1～0.1m)、中厚层理(中型层理)(0.1～0.03m)和薄层理(小型层理)(<0.03m)。按纹层的形态，层理主要有以下几种类型(图实5-1):
水平层理 细层呈直线状互相平行，并且平行于层面。一般认为这种层理是在比较平静的水动力条件下由悬浮物沉积而成。
波状层理 细层间近似平行，细层呈对称或不对称波状起伏，细层的总体方向平行于层面。这种层理是由介质的波浪振荡运动或单向前进运动造成的，前者形成对称波状层理，后者形成不对称波状层理。
交错层理 又称斜层理，由一系列斜交于层系面的细层组成，层系可以互相重叠、交错或切割。
图实5-1 层理的基本类型及有关术语
粒序层理 又称递变层理，指每个细层由底至顶粒度由粗逐渐变细，并且细层之间大致互相平行。
(2)层面构造
在岩层层面上所出现的各种不平坦的沉积构造的痕迹统称为层面构造，主要有波痕、泥裂、雨痕、冰雹痕及晶体印痕。
波痕 由于风、流水或波浪等的作用，在砂质沉积物表面所形成的一种波状起伏现象，形似波纹。当介质定向运动时，所形成的波痕为非对称状，迎流坡较缓，顺流坡较陡;当介质往返运动时，则形成对称波痕，其两坡坡角相等(图实5-2)。如果能够确定波峰和波谷，就可以确定层序。
图实5-2 对称波痕(A)与非对称波痕(B)
图实5-3 泥裂及其形成示意图
泥裂 未固结的沉积物露出水面，受到曝晒而干涸、收缩所产生的裂缝(图实5-3)。泥裂常见于粘土岩和碳酸盐岩中，非粘结性的砂不会形成泥裂。在平面上泥裂发育成不规则的多边形，在剖面上常呈V字形(上宽下窄)。泥裂表明沉积物曾经露出水面，因而在沉积相研究中具有重要的意义。利用泥裂可以指示地层的顶底面，即裂缝的尖端总是指向底面的。
雨痕和冰雹痕 由于雨滴或冰雹落在松软的泥质或砂质沉积物表面而形成的圆形或椭圆形凹穴。通常凹穴深1～2mm，直径2～3mm，边缘稍高。冰雹痕比雨痕宽而深，形状也较不规则，边缘更粗糙些。雨痕和冰雹痕常与泥裂共生在一起，都是沉积物曾经露出水面的标志。
晶体印痕 当粘土、碳酸盐等沉积物含有石盐、石膏、黄铁矿等晶体时，在成岩过程中，沉积物被压实、脱水，由于粘土等沉积物体积的收缩远比晶体显著，因而造成晶体突出于岩层表面，并可嵌入到上覆岩层中，称为晶体印痕。
(3)结核
结核是一种在成分、结构、颜色等方面与周围岩石有明显差别的矿物集合体。它主要是未固结的沉积物中呈溶液状态的分散物质，重新分配、集中并逐渐增长而成，有钙质、硅质、铁质、磷质、锰质等结核。结核常呈球状、椭球状或不规则的团块状，从几毫米到几十厘米，分布较广，有的顺层断续分布，主要出现在泥质岩、粉砂岩、碳酸盐岩和煤系地层中。
6.沉积矿床及常见矿石
由沉积作用和成岩作用形成的矿床称为沉积矿床。沉积矿床是在沉积作用中造成成矿物质的堆积，成岩阶段使其固结成岩。沉积矿床产于沉积岩系或火山沉积岩系中，矿体和顶底板岩石都同属沉积成因，并且表现出沉积的同时性和连续性。一定的沉积矿产和一定的沉积岩性岩相相关，如河流冲积砂矿形成于河床的粗碎屑冲积层中，耐火粘土矿床产于含煤岩系中。矿体多呈层状、似层状和凸镜状，具明显的层理，与围岩产状一致。
与沉积岩的分类相似，沉积矿床可分为四类:机械沉积矿床、蒸发沉积矿床、胶体化学沉积矿床、生物化学沉积矿床。沉积矿床的矿产种类很多。常见沉积的矿产种类(即常见矿石)有:石盐、石膏、芒硝、天然碱、铁、锰、铝、粘土、磷灰岩、硅藻土、自然硫、黄铁矿等。
在实习时，观察石膏以及沉积成因的黄铁矿、赤铁矿、铝土矿等常见矿石的特征。
四、常见的沉积岩
沉积岩，可按成因和物质成分的不同，划分为碎屑岩、粘土岩、化学岩及生物化学岩和火山碎屑岩等四类(表实5-1)。
表实5-1 沉积岩分类简表
碎屑岩主要由碎屑颗粒和胶结物组成。碎屑颗粒如砾岩中的砾石，砂岩中的砂，它们是碎屑岩的最主要组分。粘土岩又称泥质岩，是分布最广的一类沉积岩，主要由粘土矿物(粒径<0.005mm)组成，含少量粉砂碎屑。化学岩及生物化学岩是由化学或生物化学沉积作用形成的岩石，最常见的是石灰岩。火山碎屑岩是由火山碎屑物质经堆积、压实、胶结或熔结而形成的岩石。
砾岩 具砾状结构，由直径>2mm的碎屑颗粒和胶结物组成。在含有砾石(直径>2mm)和砂(直径2～0.05mm)的混合沉积中，砾石含量>50%者称砾岩，50%～30%者称砂质砾岩。砾石呈圆状或次圆状的，称为砾岩;砾石呈棱角状或次棱角状的，则称为角砾岩。砾石成分一般为化学性质稳定且坚硬的矿物(如石英)或岩屑(如石英岩)等。胶结物成分有钙质、硅质、泥质和铁质等。
砂岩 具砂状结构，是最重要的沉积岩类之一，其分布之广仅次于粘土岩类。砂岩是指粒径为2～0.05mm的砂占全部碎屑颗粒50%以上的碎屑岩。砂岩的碎屑成分最主要为石英，其次是长石、岩屑，以及白云母和重矿物等。胶结物成分有钙质、硅质、泥质和铁质等。按砂粒的大小可以细分为粗砂岩(2～0.5mm)、中砂岩(0.5～0.25mm)和细砂岩(0.25～0.05mm)。
粉砂岩 具粉砂状结构，指粒径为0.05～0.005mm的碎屑占全部碎屑的50%以上的碎屑岩。粉砂岩中常混有较多的泥质，可以向泥质岩过渡或与之形成互层。碎屑成分较简单，以石英为主，常含有较多的白云母，以及少量的长石和极少的岩屑。粉砂岩中重矿物含量比砂岩高，可达2%～3%。胶结物以泥质、钙质、铁质为主。
泥岩和页岩 具泥质结构，主要由粒径<0.005mm的各种粘土矿物如高岭石、水云母等组成，也可含有少量其他矿物碎屑和各种化学沉积物。具有极薄层理构造的粘土岩称为页岩，而块状粘土岩则称为泥岩。根据混入物的化学成分，又可分为钙质、铁质、硅质等泥岩和页岩以及油页岩。
油页岩 是一种棕色至黑色的纹层状页岩，含液态及气态的碳氢化合物，含油率一般为4%～20%。油页岩具滑腻感;用指甲刻划时，划痕呈暗褐色;用小刀沿层面切削时，常呈刨花状薄片;用火燃点时冒烟，具油味。如果含油率较高而且储量大，油页岩就可成为矿产。
石灰岩 是很常见的一种碳酸盐岩，主要由50%以上的方解石组成。质纯者一般为浅灰色或灰色;含有机质及杂质时，色较深，呈浅红色、灰黑色以至黑色。石灰岩具有多种成因，因此有不同的结构类型，包括鲕状结构、内碎屑结构、晶粒结构和生物结构等。当石灰岩中泥质成分含量增至25%～50%时，则称为泥灰岩，是石灰岩与粘土岩之间的过渡型岩石。石灰岩可用于烧制石灰、水泥，作冶金熔剂、化工原料及建筑石材等。
铁质岩 为一种富含铁质矿物的化学或生物化学沉积岩，主要矿物成分有赤铁矿、菱铁矿(FeCO3)等，常混入粘土、砂质、硅质等杂质。结构有鲕状、豆状、肾状等。按矿物成分，可分为氧化铁铁质岩(主要成分为赤铁矿或褐铁矿)、菱铁矿铁质岩等。铁质岩多形成于陆地表面或浅海中，可成为有价值的铁矿床。
集块岩 具集块结构，直径>64mm的火山碎屑占50%以上，由火山弹及熔岩碎块堆积而成。碎屑在火山喷发和坠落后，一般未再搬运，碎屑呈棱角状。集块岩常分布在火山通道附近，是构成火山锥的主要岩石之一。
火山角砾岩 具火山角砾结构，直径为64～2mm的火山碎屑及熔岩角砾占50%以上。角砾棱角明显，分选差，不具层理，通常由火山灰填隙，并经压实固结而成岩石。火山角砾岩多分布于火山口附近地区，常与集块岩伴生。
凝灰岩 具凝灰结构，直径<2mm的火山碎屑含量达50%以上，是火山碎屑岩中分布最广的一种岩石。凝灰岩是由火山爆发时的火山碎屑被抛到空中，经过一定距离的飘移，然后降落堆积，再经压实、胶结而形成的。由于空中分异作用，造成碎屑物具有一定的分选性，近火山口者粗，远火山口者细。
五、作业与思考题
1.作业
按指定的沉积岩标本进行观察鉴定，然后将鉴定特征填入实习报告中。
2.思考题
(1)沉积岩可分为哪几个大类?根据结构和物质成分的不同，又可分为哪些常见的类型?
(2)试述沉积岩结构的含义及常见类型。
(3)层理与层面构造分别指什么?各有哪些主要类型?如何利用层理与层面构造确定岩层的顶底面?
实习五 沉积山岩实习报告