煤系岩石相

煤系中可反映沉積環境的岩石特徵，主要包括：沉積岩的岩石類型、顏色、成分、結構和構造、分選性、磨圓度及岩體形態等。它們可反映物源成分、搬運距離、古氣候、古構造條件等，是沉積環境在岩石學方面的體現。綜合分析這些特徵，對辨認沉積環境具有重要意義。

基本介紹

• 中文名：煤系岩石相
• 外文名：lithofacies of coal measures 
• 意義：反映沉積環境的岩石特徵
• 學科：煤田地質學
• 內容：沉積岩的岩石類型、顏色、成分等
• 作用：辨識沉積環境

岩石類型

煤系岩石類型多樣，並有各類岩石的過渡類型。組成煤系的岩石以碎屑岩和泥質岩為主，其次為碳酸鹽岩和可燃有機岩(煤和油頁岩)，並常見鋁質岩、矽質岩和鐵質岩等。當煤系形成過程中伴有火山噴發時，還可出現各類火山岩及火山碎屑岩。從各類岩石及其物質成分的組合特點來看，既有陸源物質，又有內源物質，還有火山源物質。

碎屑岩以碎屑物質為主的岩石。它按粒徑可劃分為：礫岩、砂岩和粉砂岩。不同沉積條件下形成的碎屑岩，在粒徑、成分和結構上都有差別。

泥質岩主要由粘土礦物及50%以上粒徑小於0.0039mm的細碎屑組成的岩石。有頁理者稱為頁岩，粘土礦物含量超過50%者稱粘土岩，包括單礦物質的高嶺石粘土岩、蒙脫石粘土岩、伊利石粘土岩，以及混合成分的復礦粘土岩。泥質岩可與砂岩、粉砂岩和有機質形成一系列過渡類型的岩石。目前常將泥質岩歸入碎屑岩，而將粘土岩單獨劃分出來。

碳酸鹽岩主要由碳酸鹽礦物方解石、白雲石和萎鐵礦組成的岩石。碳酸鹽岩按所含主要礦物成分可劃分為：石灰岩、白雲岩和菱鐵岩及其過渡類型，並常含陸源混入物粘土、粉砂和砂。

火山碎屑岩火山噴發的碎屑物質經沉積、固結和成岩作用而形成的岩石。它按火山碎屑成分、含量和粒度分類，煤系中常見的是細粒火山角礫岩和凝灰岩以及層火山角礫岩、層凝灰岩、凝灰質砂岩、凝灰質粉砂岩、凝灰質粘土岩和凝灰質灰岩等火山碎屑岩與沉積岩的過渡類型岩石。

上述各種類型的岩石，雖然在海相、陸相及過渡相環境下幾乎都可形成，但是岩性與沉積環境仍有一定關係 (圖1)，尤其是結合岩體的原生沉積構造、沉積結構、岩體幾何形態、在地層序列中的位置和側向變化情況，可以判別沉積環境。

岩石的顏色

除了取決於岩石成分、顆粒大小、雜質種類及含量、風化程度等因素之外，還與其沉積環境密切相關。岩石中含有較多的硫化鐵或有機質時，呈灰黑色、黑色，表明形成於還原或強還原介質條件，與沼澤、湖泊、海灣潟湖環境有關;岩石含有低價鐵矽酸鹽礦物(鮞綠泥石、海綠石)時呈綠色，表示形成於弱氧化或弱還原介質條件;岩石中含有鐵的氧化物或氫氧化物時，呈黃色、褐紅色，表示形成於氧化或弱氧化介質條件，常為大陸或海陸過渡帶陸源碎屑岩的顏色。比較純的碳酸鹽岩、石英砂岩、高嶺岩等常具有灰色、白色。煤系一般形成於潮濕氣候和相對還原介質條件，因而組成煤系的沉積岩的顏色主要為灰色、灰黑色、黑色和灰綠色。

岩石的物質成分

包括碎屑物質和自生礦物。前者是母岩機械破碎的產物，反映陸源區的一些特徵;後者反映沉積盆地的水化學和地球化學特徵，具有比較重要的環境意義。一般認為，自生長石、沸石，是湖泊相沉積的標誌，較多地出現海綠石和鮞綠泥石是海相沉積的標誌;磷塊岩的大量出現，標誌著水深為數十米至300餘米的淺海環境。石膏、硬石膏、鹽類等蒸發岩礦物，是淺海、潟湖和鹽湖的沉積。

岩石中礦物成分的複雜程度也反映形成環境： 河流和三角洲砂岩的成分比較複雜，而濱海、淺海砂岩的成分比較單一。進行相分析時，對岩石中碎屑礦物進行統計，並且找出它們和各種沉積相的關係，有利於確定沉積相。

沉積岩的結構

沉積岩內各種組成物質的顆粒大小、形態和它們間的相互排列關係。對於碎屑岩來說，包括碎屑顆粒特徵、雜基、膠結物和孔隙的特徵以及碎屑顆粒與雜基和膠結物之間的關係。碎屑顆粒特徵包括碎屑的粒度、分選性、顆粒形態、表面特徵等。

粒度碎屑顆粒的大小。粒度是衡量沉積能量的一種尺度。沉積能量的高低，與水流或波浪的強度成正比，粗粒沉積物出現於高能環境，細粒沉積物出現於低能環境。即：河流沉積物的平均粒度向下遊方向隨水流減弱而逐漸減小。粒度級別的劃分方法有多種，一般採用比較直觀的十進制粒級劃分，但其間隔分得較粗。顆粒越細越難以表示清楚。為了克服這一缺點，現也有人採用φ值(φ值與顆粒直徑D之間的換算公式為φ=-log₂D) 作為劃分粒級的單位 (伍登-溫特華斯粒級標準)，在正態機率圖紙上繪圖 (圖2)這樣，能使含量較少的粗、細尾部得以放大，靈敏地反映出沉積的水動力學特徵。

分選性碎屑顆粒大小的均勻程度或相對集中程度，又稱分選程度。一般將分選程度粗略地劃分為好、中、差三級。分選程度主要取決於搬運條件與搬運距離。一般地說，風搬運沉積物的分選性比水搬運的要好，因為風速變化範圍較小，風能攜帶的砂的粒級範圍比較窄，以細砂為主，含少量中砂和粉砂，所以風成沙丘的分選性好;濱海(湖)沉積物的分選性比河流的要好，因為海(湖)的波浪作用是往復運動，沉積物經受多次的搬運和分選; 由於河流的流速變化範圍大且變化頻繁，因而河流沉積物的分選較差;沖積扇是在山谷出口處由暫時性洪水形成的山麓堆積物，其分選性極差。

顆粒形態包括顆粒的形狀、圓度和球度。圓度隨搬運距離和時間的增長而提高。礫石的圓化效應比砂粒明顯。搬運介質亦影響碎屑顆粒的圓化效應。影響碎屑顆粒形狀的因素，除碎屑顆粒的礦物硬度。結晶習性、原始輪廓外，還與沉積環境有關。扁球狀礫石常見於低能海灘環境中;河流環境中則以長扁球、橢球礫石為主。

顆粒表面結構包括各種形狀的凹坑，礦物的溶解、沉澱、剝落等現象，對識別沉積環境、古氣候以及指示搬運介質的類型具有一定意義。V形坑是動盪水介質中碎屑顆粒相互機械碰撞的產物; 貝殼狀斷口是受外力撞擊破碎或物理風化而成;光滑面是緩慢機械磨損的結果;石英顆粒表面溶蝕呈蜂窩狀，與溫熱的氣候條件有關。

碎屑岩雜基的性質和含量反映水動力條件，亦具環境意義。碎屑岩根據雜基的含量，可以劃分為雜基支撐和顆粒支撐兩種結構類型。雜基支撐結構中，雜基含量一般大於25%，碎屑顆粒彼此不接觸，是快速堆積的特徵，在沖積扇中常見;顆粒支撐結構的雜基含量一般小於10%。碎屑顆粒彼此接觸，是搬運過程中細小雜基大部分被簸選掉的結果。

過去認為，碳酸鹽岩是單一的化學沉積，經近20年來的深入研究後認為，碳酸鹽岩是由生物作用、機械作用和化學作用共同形成。其結構、構造與碎屑岩有很多相似之處，以粒屑、泥晶、亮晶三者的含量進行分類，其不同組合關係反映了岩石不同的形成條件。

岩相圖

以資料統計為基礎的岩相古地理研究方法。由W. C. 克倫賓 (W. C. Krumbein)和L. L.斯洛斯(L. L. Sloss)等人提出。①對研究區內不同地點發育的同一層段，用統計方法求出其砂岩泥岩比、碎屑岩比、砂岩百分比及化學岩百分比。②通過三角圖和棒帶圖等確定其所屬的相區(包括：碳酸鹽岩相、砂岩-碳酸鹽岩相、碳酸鹽岩-砂岩相等)。③將這些資料反映到平面圖上並輔以各種等值線，即得出岩相圖。用各種岩相圖、地層等厚圖、古生物相圖等進行綜合分析，可達到恢復沉積相和古地理環境的目的。這種方法在煤田地質部門套用比較廣泛。