【预习内容】
常见砂岩及粉砂岩的类型、特征及其形成环境。
【实验目的及要求】
1. 学习砂岩和粉砂岩手标本及薄片的观察描述方法。
2. 掌握砂岩及粉砂岩的粒度分类与成分分类，学会正确命名，初步分析其形成环境。
【实验内容】
观察和描述以下各种砂岩及粉砂岩标本及薄片: 铁质石英砂岩、长石砂岩、岩屑砂岩、含海绿石石英砂岩、石英砂岩及铁质粉砂岩等。
【实验指导】
一、砂岩和粉砂岩观察及描述的一般程序
砂岩和粉砂岩观察及描述的一般程序为: ① 岩石的颜色; ② 岩石的结构; ③ 岩石的成分; ④岩石的沉积构造特征; ⑤成岩后生变化; ⑥命名; ⑦岩石成因分析。
二、砂岩和粉砂岩手标本的观察描述内容及方法
( 一) 岩石的颜色
砂岩和粉砂岩的颜色反映其组成成分和形成环境，必须认真描述新鲜面的原生色，有意义的次生色也应描述。岩石的颜色往往不是单一的颜色，描述时主要颜色放后，次要色放前，如紫红色、灰白色、黄灰色等。
( 二) 岩石的结构
1. 观察碎屑颗粒的结构，如粒度、分选性、形状、表面特征等
( 1) 目估各粒级占碎屑总量的百分含量 ( 即将碎屑颗粒总含量视为 100%) ，按粒度结构分类命名原则给予结构命名并确定分选性。
( 2) 观察碎屑颗粒的磨圆程度，分主次描述，如主要为次棱角状的，个别为圆状。如果介于二者之间的，则描述为次圆状-次棱角状。
另外球度、形态及表面特征明显的、有意义的也应描述。
2. 观察和描述填隙物的结构
杂基多为细粉砂和黏土，尤其在粉砂岩中黏土含量就更多些，手标本表面上较疏松，因而碎屑颗粒较突出，如果黏土发生重结晶则较硬。对砂岩而言，尤其要认真估计含量，因杂基含量 <15%者为净砂岩， >15%者为杂砂岩。胶结物的结构用肉眼则不易识别，需在显微镜下观察。
3. 观察和描述胶结类型
( 三) 岩石成分
1. 观察和描述碎屑颗粒成分
( 1) 岩屑的种类及其含量。对于砂岩，当因颗粒小而不能分辨岩屑种类时，目估岩屑总含量，岩屑种类待磨薄片后详细鉴定。
( 2) 主要碎屑矿物的特征及含量。对主要碎屑矿物应肉眼鉴定描述特征并目估百分含量，为岩石正确定名提供矿物含量的依据。常见碎屑矿物主要有石英、长石、云母等，其特征如下:
石英碎屑 无色、透明、粒状、无解理，具油脂光泽，硬度 7，大于小刀。
长石碎屑 肉红色或灰白色，粒状或长板状，但均有磨蚀，解理发育，解理面为玻璃光泽，有时可见卡式双晶或聚片双晶，硬度 6，大于小刀。
云母碎屑 常见有白云母和黑云母，常沿层理面分布，闪闪发亮。
白云母碎屑 白色，小片状，具丝绢光泽。
黑云母碎屑 黑色或褐色，小片状具丝绢光泽。
目估每种碎屑百分含量时，把碎屑总量看成百分之百，然后目估每种碎屑所占百分含量。注意要选择成分分布均匀的部位或有代表性的部位进行目估。
( 3) 重矿物种类和含量。重矿物一般含量小，颗粒小，只有大者肉眼可见，若能清楚观察到应尽量鉴定。常见的重矿物有绿帘石、电气石、锆石、磷灰石、辉石、角闪石等，可根据颜色和晶形鉴定。
( 4) 沉积特征矿物及含量。
常见特征的沉积矿物有海绿石、黄铁矿等。
海绿石 绿色、橄榄绿色、黄绿色，粒状，在岩石中呈星散分布或成层分布。
黄铁矿 亮黄色，金属光泽，粒状或立方体晶形，岩石中呈星散分布或成层分布。
对碎屑成分的鉴定，主要是鉴定岩屑、石英碎屑、长石碎屑的特征及含量，以便对砂岩进行分类命名，并帮助恢复母岩类型 ( 表 12-1) 及推测所鉴定岩石的形成环境。
表 12-1 碎屑矿物组合与母岩类型关系
( 据裴蒂庄，1975)
砂岩根据石英碎屑、长石碎屑、岩石碎屑 ( 岩屑) 的含量，按砂岩三角形分类图进行分类 ( 图 12-1) 。
图 12-1 砂岩三端元分类法
2. 观察和描述杂基及胶结物的成分与含量
( 1) 化学胶结物: 应定出成分及含量。常见的胶结物有:
碳酸盐 加稀盐酸起泡者为方解石，加稀盐酸不起泡，但加浓盐酸起泡者为白云石。
硅质 浅色、断口致密，岩石坚硬。
铁质 氧化铁显暗红色，断口致密。
磷质 暗褐色，断口致密，加浓硝酸，再加钼酸铵出现黄色沉淀。
( 2) 杂基: 主要是黏土物质，浅色，比较疏松，无一定形态。充填于碎屑颗粒之间的孔隙内。
( 四) 岩石的沉积构造特征
观察和描述标本中所见到的各种层理、层面或其他沉积构造特征。
( 五) 岩石成岩后生变化
观察和描述岩石是否有交代溶蚀现象，重结晶程度，细脉成分及穿切关系以及是否有新生矿物形成等。
( 六) 命名
在以上观察和描述基础上综合定名，原则如下:
1. 砂岩: 颜色 + 粒度 + ( 特征矿物) + 成分 + 砂岩
例如，灰白色含细砾中粗粒长石石英砂岩、灰绿色细粒海绿石石英砂岩等。
2. 粉砂岩: 颜色 + 粒度 + 粉砂岩
例如，紫红色泥质粉砂岩、灰色细砂质粉砂岩等。
( 七) 岩石成因初步分析
根据上述观察描述，初步分析砂岩及粉砂岩的形成环境。
三、薄片观察和描述要求
( 一) 碎屑颗粒结构的详细观察和描述
( 1) 在显微镜下用目镜微尺测量颗粒大小和各粒级百分含量，进一步补充或纠正手标本鉴定的误差。
( 2) 观察颗粒磨圆程度，按圆度四级分类，分主次描述。例如多数颗粒为次圆状或次棱角状，个别为圆状。观察是否有二次被搬运的颗粒，是否具有再生残余边的石英或长石颗粒。
( 二) 碎屑颗粒成分的详细观察和描述
1. 岩屑
主要分布在砾岩、岩屑砂岩中。在薄片中要正确鉴定岩屑类型，主要根据其中的矿物组合和结构，鉴定出岩屑名称，确定各种岩屑的含量，并要指出不同岩屑含量的主次，为分析物源区提供依据。
岩屑要尽量根据矿物组合和结构特征来确定岩屑名称，如花岗岩屑、混合花岗岩屑、花岗片麻岩屑的矿物组合非常相似，均由钾长石和石英、少量斜长石及少量黑云母组成。其区别为花岗岩具等粒中粗粒结构，混合花岗岩具有明显交代现象，如穿孔、蠕虫等，花岗片麻岩具有片麻构造，矿物有拉长定向特点，而且后两者的石英具明显波状消光现象，但有时在较老花岗岩中也可具波状消光现象，所以需要结合地质情况加以综合鉴定之。
( 1) 硅质岩屑为细晶和隐晶的集合体，干涉色为Ⅰ级灰，单偏光下无色但较脏。
( 2) 石英岩具有拉长的石英嵌晶结构。
( 3) 石英砂岩岩屑为具有硅质再生胶结的石英砂状结构。
( 4) 石英脉岩屑具有粗粒石英组成的齿状嵌晶结构。
( 5) 粉砂岩屑由粉砂和黏土矿物组成。
( 6) 泥岩屑由极细黏土矿物组成。其中常见水云母小片，具Ⅰ级干涉色。
( 7) 火山岩屑可根据其具斑状结构，基质为隐晶质或细晶质来确定。薄片中少数为无色，多数具褐色。根据长石牌号、石英有无及黑云母和辉石、角闪石的出现，可确定火山岩屑类型。
( 8) 千枚岩和片岩岩屑可根据绢云母、绿泥石、绿帘石、黑云母等变质矿物和千枚状构造、片理构造等鉴定变质岩屑。
2. 石英碎屑
主要分布在砂岩和粉砂岩中。石英碎屑在薄片中为无色，透明，不具解理，正低突起，干涉色Ⅰ级灰白，最高Ⅰ级黄，一轴晶，正光性。除以上鉴定特征外，特别要注意观察石英的消光特征和包裹体特征。
具有均匀四次消光的石英碎屑主要来自岩浆岩，而具有波状消光的石英主要来自变质岩和部分岩浆岩，具裂纹状消光的石英来自受压力的母岩。
石英中的包裹体有矿物晶体和气态或液态包裹体，据其包裹体类型可分为两类:
⊙具矿物包裹体的石英: 包裹矿物为粒状或长柱状晶体，如锆石、磷灰石、电气石、黑云母、独居石、金红石等，包裹体无一定方向，具这类包裹体的石英主要来源于中酸性岩浆岩。若包裹矿物为电气石、矽线石、蓝晶石等，而且晶形多呈针状，含有这类包裹体的石英多来源于变质岩。
⊙具气态或液态包裹体的石英: 气态或液态包裹体要在高倍显微镜下才能看到，为无色透明，低突起呈圆状或椭圆状小球，这些包裹体常排列成环带，平行颗粒边界，有时排列成平行或不平的条带，似解理或裂纹。具气态或液态包裹体的石英来自于中酸性岩浆岩。石英碎屑除单晶外，还有由两个以上石英晶体组成的多晶石英碎屑。多晶石英可来自中酸性深成岩和脉岩，也可来自片岩、片麻岩、混合岩等。
石英碎屑可来自岩浆岩、变质岩和沉积岩。来源于不同母岩来源区的石英碎屑特征亦不同。
⊙岩浆岩来源的石英: 来自中酸性岩浆岩的石英常含有锆石、磷灰石、电气石、黑云母、独居石、金红石包裹体，有的含有气态和液态包裹体。少数具弱的波状消光现象。
⊙来自火山岩的石英: 常为单晶，具有裂纹和熔蚀现象，无波状消光和包裹体。
⊙来自石英脉的石英: 单晶或具粗粒的多晶，多晶石英中颗粒之间为鸡冠状镶嵌，并具波状消光，具有较多的气态和液态包裹体。
⊙变质岩来源的石英: 来自片岩和片麻岩及混合岩中的石英，常为多晶和单晶的石英，它们具有明显的波状消光，常含有电气石、矽线石、蓝晶石等变质矿物包裹体，但无气态和液态包裹体，多晶石英中的石英晶体常有拉长和定向排列或有交代现象。
⊙沉积岩来源的石英: 来自沉积岩的石英是经多次搬运磨蚀再沉积的，因此外形圆滑，有时可保存再生边。但要注意与被溶蚀颗粒区别。分别统计不同来源区石英含量及总含量。
3. 长石碎屑
主要在粗-中粒砂岩中常见长石类碎屑，出现的长石主要是钾长石 ( 多为正长石和微斜长石) ，其次为酸性斜长石，中、基性斜长石少见。
薄片中长石无色、透明，具两组解理，低突起，正长石和钠长石低于树胶为负低突起，表面较脏。根据以上特点可与石英区别，各种长石之问的区别主要根据双晶类型来区别。
正长石 具卡式双晶或无双晶，有时可见条纹结构。
微斜长石 具有明显的格子状双晶。
酸性斜长石 具有明显的聚片双晶，可测定消光角来确定长石牌号，一般酸性斜长石聚片双晶比较窄且密。
长石易风化，正长石和微斜长石常风化成高岭土，使长石表面呈浅棕黄色、土状。一般情况下，微斜长石风化程度比正长石差。斜长石风化后易产生绢云母，其光性与白云母相似，只是呈极小的鳞片状。长石风化后透明程度减低。长石风化程度常分级表示，若是长石表面大部分被风化物质掩盖，则风化程度深; 若不及 1/4，则风化浅，两者之间为风化中等。可以根据风化程度来确定物源区风化程度或碎屑搬运距离的远近，如果有明显的两种风化程度的长石，说明是来自两个不同物源区。
长石主要来自于花岗岩、花岗片麻岩和混合花岗岩。
分别统计各长石类型的含量和总含量。
4. 云母碎屑
常见白云母和黑云母碎屑。
白云母 在薄片中为无色，具闪突起，片状，一组极完全解理，最高干涉色达Ⅱ级末，近平行消光。
黑云母 在薄片中为深褐色，有时为浅绿褐，具很强的吸收性，解理平行下偏光方向吸收性最强，片状，一组极完全解理，干涉色为Ⅱ级。由于发生水化作用常降低其双折射率。
5. 重矿物
重矿物种类很多，不同组合可反应来源区的母岩性质。常见重矿物及鉴定特征如下:
电气石 绿色、黄褐色、蓝褐色、灰黄色，正中高突起，无解理，有裂纹，具强的多色性及吸收性，当 c 轴即纵切面延长方向垂直下偏光时吸收性最强，颜色最深，平行消光，一轴晶，负光性。
锆石 无色或浅褐色，晶形为短柱状或正方双锥，晶体较小，正高突起，平行消光，干涉色为Ⅱ-Ⅲ蓝、绿、深红色，有时可见环带结构。
磷灰石 无色、透明，晶体为短柱状、粒状，正中突起，干涉色为Ⅰ级灰，平行消光，负延性，一轴晶，负光性。
绿帘石 无色、黄绿色，具弱的多色性，正高突起，干涉色为Ⅱ-Ⅳ级，在一个颗粒上可见干涉色很鲜艳并且不均匀。
应统计各重矿物含量及总含量。
6. 特征矿物
常见特征矿物有海绿石、黄铁矿等。它们具有环境指示意义。其光学特征如下:
海绿石 为浅绿、黄绿、橄榄绿色，具明显的多色性，而呈细小鳞片状集合体者多色性不明显。正中低突起，最高干涉色可达Ⅱ级，但由于本身颜色影响，多数仍为绿色。
黄铁矿 不透明的立方体或呈褐色小方块。
( 三) 胶结物成分、结构特征观察描述
常见胶结物成分、结构特征如下:
硅质 无色透明，低突起，干涉色Ⅰ级灰，结构特征有隐晶质，显晶粒状，丛生和再生结构等。
钙质 无色透明，具闪突起，干涉色为高级白，发育菱形解理，聚片双晶，结构特征有显晶粒状、丛生、连生结构。
铁质 不透明，呈暗红色。
磷质 无色或呈浅黄色，突起中等，多为胶体非晶质，不显光性，有的重结晶具Ⅰ级灰干涉色。结构为非晶质、隐晶质、薄膜结构等。
( 四) 杂基成分、结构、含量描述
观察杂基成分特征，注意观察是否重结晶为大颗粒，并确定是原杂基还是正杂基等。统计含量，含量大于 15%为杂砂岩，反之，为净砂岩。
( 五) 胶结类型及支撑关系
镜下进一步观察鉴定，其内容见碎屑岩的结构观察与描述。
( 六) 构造特征观察
观察细微构造，如纹层理和复合层理、微递变、微冲刷及微细层理等。
( 七) 成岩作用及后生变化观察
砂岩中常见的成岩作用有:
胶结作用和固结作用 应注意胶结物的成分及结晶程度，胶结物的结构或世代关系，以便了解胶结作用的强度及固结历史。
压实及压溶作用 主要根据颗粒的填集程度 ( 是否紧密填集) 、颗粒间的接触强度( 由点接触→线接触→凹凸接触→缝合线状接触) 及胶结物的多少，颗粒变形，如云母弯曲、假杂基等来加以确定。
重结晶作用 砂岩的重结晶作用主要发生在填隙物当中，如方解石胶结物形成连生胶结; 硅质胶结物形成再生石英 ( 次生加大边) ; 黏土杂基转变成正杂基等均为重结晶现象。
交代作用及自生矿物的形成 交代作用的发生与外来物质的加入和介质 Eh、pH 条件的变化有关。通过对于矿物交代共生关系的研究，可以了解砂岩的成岩变化历史。
溶解、溶蚀作用 成岩后生观察交代溶蚀现象、重结晶、细脉穿插等现象。
( 八) 岩石定名
命名原则同手标本 ( 只是无颜色一项) 。
( 九) 砂岩成因分析
通过砂岩手标本和薄片的观察研究，应对岩石的特点加以综合分析并作出某些成因推论和提出一些问题。成因分析可从以下几方面着手:
( 1) 从碎屑成分推断陆源区母岩的性质及大地构造状况。
( 2) 从成分成熟度推断风化作用的强弱和搬运距离的远近。
( 3) 从结构成熟度 ( 分选、磨圆及杂基含量) 及沉积构造特征推断搬运沉积介质的性质、搬运方式及对碎屑的改造作用，并推断沉积环境。
( 4) 从化学胶结物的成分、结构、胶结类型、自生矿物、颗粒接触关系等看成岩环境及成岩历史。
( 5) 从岩石及胶结物的颜色、成分推断古气候。
【编写实验报告】
请在铁质石英砂岩、长石砂岩、岩屑砂岩、含海绿石石英砂岩、铁质粉砂岩中任选1 ～ 2 种，进行标本和镜下鉴定，并提交鉴定报告。