科普 | 煤系岩石相

煤系中可反映沉积环境的岩石特征，主要包括：沉积岩的岩石类型、颜色、成分、结构和构造、分选性、磨圆度及岩体形态等。它们可反映物源成分、搬运距离、古气候、古构造条件等，是沉积环境在岩石学方面的体现。综合分析这些特征，对辨认沉积环境具有重要意义。

岩石类型煤系岩石类型多样，并有各类岩石的过渡类型。组成煤系的岩石以碎屑岩和泥质岩为主，其次为碳酸盐岩和可燃有机岩(煤和油页岩)，并常见铝质岩、硅质岩和铁质岩等。当煤系形成过程中伴有火山喷发时，还可出现各类火山岩及火山碎屑岩。从各类岩石及其物质成分的组合特点来看，既有陆源物质，又有内源物质，还有火山源物质。

碎屑岩以碎屑物质为主的岩石。它按粒径可划分为：砾岩、砂岩和粉砂岩。不同沉积条件下形成的碎屑岩，在粒径、成分和结构上都有差别。

泥质岩主要由粘土矿物及50%以上粒径小于0.0039mm的细碎屑组成的岩石。有页理者称为页岩，粘土矿物含量超过50%者称粘土岩，包括单矿物质的高岭石粘土岩、蒙脱石粘土岩、伊利石粘土岩，以及混合成分的复矿粘土岩。泥质岩可与砂岩、粉砂岩和有机质形成一系列过渡类型的岩石。目前常将泥质岩归入碎屑岩，而将粘土岩单独划分出来。

碳酸盐岩主要由碳酸盐矿物方解石、白云石和萎铁矿组成的岩石。碳酸盐岩按所含主要矿物成分可划分为：石灰岩、白云岩和菱铁岩及其过渡类型，并常含陆源混入物粘土、粉砂和砂。

火山碎屑岩火山喷发的碎屑物质经沉积、固结和成岩作用而形成的岩石。它按火山碎屑成分、含量和粒度分类，煤系中常见的是细粒火山角砾岩和凝灰岩以及层火山角砾岩、层凝灰岩、凝灰质砂岩、凝灰质粉砂岩、凝灰质粘土岩和凝灰质灰岩等火山碎屑岩与沉积岩的过渡类型岩石。

上述各种类型的岩石，虽然在海相、陆相及过渡相环境下几乎都可形成，但是岩性与沉积环境仍有一定关系 (图1)，尤其是结合岩体的原生沉积构造、沉积结构、岩体几何形态、在地层序列中的位置和侧向变化情况，可以判别沉积环境。

岩石的颜色除了取决于岩石成分、颗粒大小、杂质种类及含量、风化程度等因素之外，还与其沉积环境密切相关。岩石中含有较多的硫化铁或有机质时，呈灰黑色、黑色，表明形成于还原或强还原介质条件，与沼泽、湖泊、海湾潟湖环境有关;岩石含有低价铁硅酸盐矿物(鲕绿泥石、海绿石)时呈绿色，表示形成于弱氧化或弱还原介质条件;岩石中含有铁的氧化物或氢氧化物时，呈黄色、褐红色，表示形成于氧化或弱氧化介质条件，常为大陆或海陆过渡带陆源碎屑岩的颜色。比较纯的碳酸盐岩、石英砂岩、高岭岩等常具有灰色、白色。煤系一般形成于潮湿气候和相对还原介质条件，因而组成煤系的沉积岩的颜色主要为灰色、灰黑色、黑色和灰绿色。

岩石的物质成分包括碎屑物质和自生矿物。前者是母岩机械破碎的产物，反映陆源区的一些特征;后者反映沉积盆地的水化学和地球化学特征，具有比较重要的环境意义。一般认为，自生长石、沸石，是湖泊相沉积的标志，较多地出现海绿石和鲕绿泥石是海相沉积的标志;磷块岩的大量出现，标志着水深为数十米至300余米的浅海环境。石膏、硬石膏、盐类等蒸发岩矿物，是浅海、潟湖和盐湖的沉积。

岩石中矿物成分的复杂程度也反映形成环境： 河流和三角洲砂岩的成分比较复杂，而滨海、浅海砂岩的成分比较单一。进行相分析时，对岩石中碎屑矿物进行统计，并且找出它们和各种沉积相的关系，有利于确定沉积相。

沉积岩的结构沉积岩内各种组成物质的颗粒大小、形态和它们间的相互排列关系。对于碎屑岩来说，包括碎屑颗粒特征、杂基、胶结物和孔隙的特征以及碎屑颗粒与杂基和胶结物之间的关系。碎屑颗粒特征包括碎屑的粒度、分选性、颗粒形态、表面特征等。

粒度碎屑颗粒的大小。粒度是衡量沉积能量的一种尺度。沉积能量的高低，与水流或波浪的强度成正比，粗粒沉积物出现于高能环境，细粒沉积物出现于低能环境。即：河流沉积物的平均粒度向下游方向随水流减弱而逐渐减小。粒度级别的划分方法有多种，一般采用比较直观的十进制粒级划分，但其间隔分得较粗。颗粒越细越难以表示清楚。为了克服这一缺点，现也有人采用φ值(φ值与颗粒直径D之间的换算公式为φ=-log2D) 作为划分粒级的单位 (伍登-温特华斯粒级标准)，在正态概率图纸上绘图 这样，能使含量较少的粗、细尾部得以放大，灵敏地反映出沉积的水动力学特征。

分选性碎屑颗粒大小的均匀程度或相对集中程度，又称分选程度。一般将分选程度粗略地划分为好、中、差三级。分选程度主要取决于搬运条件与搬运距离。一般地说，风搬运沉积物的分选性比水搬运的要好，因为风速变化范围较小，风能携带的砂的粒级范围比较窄，以细砂为主，含少量中砂和粉砂，所以风成沙丘的分选性好;滨海(湖)沉积物的分选性比河流的要好，因为海(湖)的波浪作用是往复运动，沉积物经受多次的搬运和分选; 由于河流的流速变化范围大且变化频繁，因而河流沉积物的分选较差;冲积扇是在山谷出口处由暂时性洪水形成的山麓堆积物，其分选性极差。

颗粒形态包括颗粒的形状、圆度和球度。圆度随搬运距离和时间的增长而提高。砾石的圆化效应比砂粒明显。搬运介质亦影响碎屑颗粒的圆化效应。影响碎屑颗粒形状的因素，除碎屑颗粒的矿物硬度。结晶习性、原始轮廓外，还与沉积环境有关。扁球状砾石常见于低能海滩环境中;河流环境中则以长扁球、椭球砾石为主。

颗粒表面结构包括各种形状的凹坑，矿物的溶解、沉淀、剥落等现象，对识别沉积环境、古气候以及指示搬运介质的类型具有一定意义。V形坑是动荡水介质中碎屑颗粒相互机械碰撞的产物; 贝壳状断口是受外力撞击破碎或物理风化而成;光滑面是缓慢机械磨损的结果;石英颗粒表面溶蚀呈蜂窝状，与温热的气候条件有关。

碎屑岩杂基的性质和含量反映水动力条件，亦具环境意义。碎屑岩根据杂基的含量，可以划分为杂基支撑和颗粒支撑两种结构类型。杂基支撑结构中，杂基含量一般大于25%，碎屑颗粒彼此不接触，是快速堆积的特征，在冲积扇中常见;颗粒支撑结构的杂基含量一般小于10%。碎屑颗粒彼此接触，是搬运过程中细小杂基大部分被簸选掉的结果。

过去认为，碳酸盐岩是单一的化学沉积，经近20年来的深入研究后认为，碳酸盐岩是由生物作用、机械作用和化学作用共同形成。其结构、构造与碎屑岩有很多相似之处，以粒屑、泥晶、亮晶三者的含量进行分类，其不同组合关系反映了岩石不同的形成条件。

岩相图以资料统计为基础的岩相古地理研究方法。由W. C. 克伦宾 (W. C. Krumbein)和L. L.斯洛斯(L. L. Sloss)等人提出。①对研究区内不同地点发育的同一层段，用统计方法求出其砂岩泥岩比、碎屑岩比、砂岩百分比及化学岩百分比。②通过三角图和棒带图等确定其所属的相区(包括：碳酸盐岩相、砂岩-碳酸盐岩相、碳酸盐岩-砂岩相等)。③将这些资料反映到平面图上并辅以各种等值线，即得出岩相图。用各种岩相图、地层等厚图、古生物相图等进行综合分析，可达到恢复沉积相和古地理环境的目的。这种方法在煤田地质部门应用比较广泛。

本词条内容贡献者为:

李兵 - 副教授 - 西南大学

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