如何鉴别石英岩屑、硅质岩和燧石岩屑 |
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如何鉴别石英岩屑、硅质岩和燧石岩屑
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最近有位初学砂岩薄片鉴定博友向我提出这样一个问题：如何鉴别石英岩屑、硅质岩、燧石岩屑及胶结物里面的硅质（蛋白石、玉髓、石英）？这个问题提的很好！不仅是初学者，即便是有过多年砂岩薄片鉴定经历的人员也未必能在镜下将这些组分准确的加以区分。 要想准确识别某种碎屑组分，首先要了解这些碎屑组分的涵义。 1. 石英岩屑 在碎屑岩中，石英多指的是单晶石英，而复晶石英则是指由两个或更多个石英晶体复合形成的碎屑。复晶石英可能是微晶燧石、细粒的石英岩或者是火成的或变质成因的较粗粒的结晶石英。而严格来讲，石英岩屑是复晶石英中的一种，大部分情况下是指变质石英岩的碎屑，有时也包括那些由比燧石中石英晶粒较粗的，晶粒轮廓清晰，多边形边缘平直的石英集合体组成的细粒石英岩。但是，在实际鉴定工作当中，当砂岩中出现少量较粗粒的复晶石英以及一些脉石英时，常会将其放入石英岩屑栏中。
1 来自变质岩的多晶石英，晶体多呈伸长状，伸长方向互相平行，各晶粒间为缝合接触，一般是由片麻岩或片岩崩解后所产生碎屑（正交偏光）
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变质石英岩，是变质成因的多晶石英碎屑，与来自片麻岩和片岩的多晶石英很相似，但晶粒定向不明显，常为花岗变晶结构（正交偏光）
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来自变质岩的多晶石英，晶体大小不一，各晶粒间接触关系复杂，呈鸡冠状，石英颗粒消光不均一（正交偏光）
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来自变质岩的多晶石英，晶体大小不一，各晶粒间接触关系复杂，具双粒度，反映了形成变质岩的重结晶作用不是一次完成的（正交偏光）
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变质石英岩，具花岗变晶结构，岩屑中各石英晶粒外形极不规则，彼此镶嵌接触，局部可见石英颗粒间具三角平衡结构（正交偏光+云母试板）
7 变质石英岩，具花岗变晶结构，岩屑中各石英晶粒彼此镶嵌接触，石英颗粒间具三角平衡结构（正交偏光）
2.
硅质岩屑
在最近出版的第二版《中国沉积学》中，作者为了不使其与三级分类命名中的硅质相混淆将硅质岩称作“硅岩”。硅质岩主要指自生硅质矿物含量可达70%~80%的沉积岩，不包括主要由碎屑石英组成的石英砂岩和石英岩。在欧美的地质学及海洋学文献中，大多把固结的硅质岩统称为燧石，然后在燧石名称前冠以能反映岩石产状、成分、结构和构造等特征的附加名称，如硅藻质燧石、鲕状燧石、结核状燧石、层状燧石以及黑色燧石等。根据硅质岩中所含杂质种类和数量的不同，也可有不同的名称，常见的有碧玉，因含有赤铁矿而显红色；火石，含有质而呈灰黑色；瓷状岩，也呈白陶土，是一种陶土状结构的硅质岩，主要由蛋白石组成，并含有泥质和钙质。
硅质岩中的硅质矿物主要有蛋白石、玉髓和石英。蛋白石为非晶质，不稳定，易脱水重结晶而形成隐晶石英，仅见于新生代硅质岩中。玉髓是一种纤维状的石英，进一步脱水重结晶变为微晶石英。硅质岩中的石英都为自生石英，大多由蛋白石和玉髓重结晶形成。通常情况下，硅质岩几乎全由硅质矿物组成，在某些结核状或与其他岩石呈互层的层状硅质岩内，其他矿物可能稍多一些，如与页岩互层的硅质岩可含一些粘土矿物和其他杂质（包括有机质）；与碳酸盐岩互层的硅质岩或产于碳酸盐岩互层的结核状硅质岩可含一定数量的碳酸盐矿物；燧石铁建造中的硅质岩常含赤铁矿、磁铁矿、黄铁矿或菱铁矿等。
3.
燧石
在现行的石油系统行业标准中，燧石还是被归入石英类中的。在早期出版的《沉积岩》中，将硅质岩称为燧石。也就是说，在薄片鉴定中，燧石和硅质岩基本上是指同一类碎屑。
在佩蒂庄的《沉积岩》中第十一章为“非碎屑沉积物”，里面用大量篇幅对燧石进行了较为详细的介绍。下面是摘自佩蒂庄《沉积岩》中对燧石的一些描述及解释。
燧石是由一种或几种形式的氧化硅——蛋白石、玉髓（微晶质纤维状石英）或微晶质石英——组成。在显微镜下，燧石是一种无色的、非常细粒的微晶质石英集合体。在某些燧石中，如果没有受到基质重结晶的太大破坏，圆形或椭圆形的清晰取代表放射虫。在针状燧石中，硅质海绵骨针很丰富。在最高的放大倍数下，燧石的单个颗粒通常显示一种与相邻颗粒有区别的纤维状波状消光。一些较年轻的燧石含有均质物质，其中可能或多或少见到产生偏光的斑点。这些斑点十分可能是石英的雏晶——原始的非晶质氧化硅凝胶去玻化的第一步。象火山玻璃的蛋白石氧化硅，随着时间的推移完全变为结晶质。较老的燧石（全部都是前寒武纪的）现在全然由一种细粒的镶嵌状石英组成。在电子显微镜下，一些燧石显示有边界很好的多面体石英；另外一些不太致密的含有大量似气泡的孔，在某些情况下，这些孔隙多到使燧石象炉渣一样。据认为，这些孔隙是被水所充填的。有些燧石相对地不纯，在显微镜下，显示在整个燧石体上分散着碳酸盐，这些含有碳酸盐包裹物的燧石从含有少量分散的方解石或白云石菱面体的燧石一直过渡到含有大量碳酸盐菱面体相互接触的岩石，形成一种似海绵的网，它的孔隙充填了蛋白石和玉髓。碳酸盐可能均匀分布在整个燧石内；在另外的情况下，它可能聚集成纹层，变得易于受到风化。除方解石或白云石外，菱铁矿可能产于含铁层伴生的陶瓷状变岩中。鲕状燧石是一个特殊的种类，这种燧石显示有大量的鲕状体，由微晶质石英和同心构造的玉髓组成。大多含有一种圆化很好的石英核心，它被次生的石英所包围，与碎屑颗粒之间充填了细粒结晶的石英镶嵌物。
有些岩石在外表上与燧石非常相似，如硅化的凝灰岩。这些岩石与真正的燧石的区别是它们含有玻璃状物质，但它们有时与各向同性的蛋白石针状体和其他弯曲的构造有些难于区别。
燧石是最广泛的化学成因的硅质岩石，它主要是在碳酸盐宿主岩中以结核状分凝物产出和以区域展布的层状沉积产出。燧石结核是很不规则的，通常为无构造的微晶质氧化硅的致密团块。这样的结核团块从多少有点规则的直径2-5厘米的盘形到很不规则的更大的结核体，长达20-30厘米。这些物体的形态变化无穷，但更大的那些，虽然有圆滑的轮廓，它们是以瘤状的或多瘤的外表为特征。在大多数情况下，结核平行层理延伸，通常沿着一定的层理面聚集。在某些石灰岩中，它们多到足以链接成或多或少的连续的层，尽管是不规则的或“波状”的层。含燧石的层可能程度不同地有韵律间隔。
层状的燧石是沉淀的氧化硅最引人注目的产状。它们不仅组成整个地层，而且可以很厚，又常是区域性地展布。一般厚达若干米，并曾发现过一百米或更厚的。层状燧石从外表上可分成三类。第一类是克拉通的燧石，它们与浅水石灰岩和石英砂岩相伴生——与稳定的陆棚有关。第二类是地槽的燧石或与推断为深水聚集物——硅质黑色页岩有关。推测它们类似于深海的放射虫软泥和硅藻软泥。第三类燧石是与蒸发岩相伴生或至少与超盐度沉积有关。
关于燧石的成因，主要的意见似乎倾向于石灰岩和其他碳酸盐岩中发现的结核状燧石是交代成因的。但也有人主张燧石结核是直接由沉淀在海底的硅胶团块形成的。总之，燧石是多种成因的岩石。没有简单的生成方式可以适用所有的燧石。
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玉髓碎屑，由纤维状二氧化硅所组成，具放射状球粒结构（正交偏光）
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燧石碎屑，由隐晶质而氧化硅组成（正交偏光）
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燧石碎屑，其中含有玉髓（正交偏光）
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玉髓碎屑中含有少量杂质（可能是铁质），在单偏光下呈现出部分环带
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有些燧石不是很纯，燧石体上分散着碳酸盐（正交偏光）
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有些燧石不是很纯，燧石体内分散着碳酸盐（左侧正交偏光，右侧单偏光）
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玉髓碎屑（正交偏光）
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玉髓碎屑（正交偏光）
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玉髓碎屑（正交偏光）
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燧石，含部分玉髓（正交偏光）
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玉髓碎屑（正交偏光）
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玉髓碎屑（正交偏光）
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燧石（正交偏光）
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玉髓碎屑（正交偏光）
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玉髓碎屑，具同心纹层，部分分层被溶蚀（左侧正交偏光，右侧单偏光）
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燧石中含少量分散状白云石晶粒，白云石晶粒被溶蚀后留下菱形的晶模孔（单偏光）
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照片中央可能为一粒硅化木的碎屑，微观结构与木质皮层的结构非常相似（单偏光）
4.
蛋白石、玉髓及填隙物中的石英
蛋白石不仅仅出现在碎屑岩的胶结物中，在一些较为年轻的硅质岩中有可能会含有蛋白石。
蛋白石：常产于燧石中，并且是某些硅质岩（或燧石）的主要组分。是一种含水的接近于非晶质氧化硅矿物，相对密度1.9~2.5，比重较低，折光率1.40~1.46，均低于石英，且随着含水量的增加而降低。与石英相比，它较不稳定，易溶于碱（如KOH)。在成岩过程中，蛋白石逐步向石英转化。所以，蛋白石仅仅发现于中生代和新生代的燧石中，在较老的岩石中则认为它们已经转化为玉髓和石英。转化作用——化学脱水作用引起了某些收缩效应，特别形成同心带状球形体。
蛋白石颜色为白、灰黄、褐绿，薄片中无色，有时显灰或浅褐色，负突起中-高，无解理，无固定形态。正交偏光间为全消光，但有时由于受内应力作用，在其边缘或包裹体附近见到反常的双折射现象，出现灰色干涉色。常可变成玉髓和石英的细小集合体。亦可由热水溶液分解形成硅华。在显微镜下，蛋白石与火山玻璃可根据折射率加以区分，火山玻璃的折射率普遍比蛋白石高；与萤石的区别是，萤石一般具有晶形，并可见到解理，而蛋白石没有固定形态，没有解理。
玉髓——大部分燧石的主要组分，是一种具有石英的原子排列的天然微观纤维状氧化硅 。玉髓是石英的纤维状变体，常呈隐晶质或纤维状、放射状集合体出现，也常呈球粒状、花朵状充填于孔穴中。在玉髓的纯形态中，胶体属于凝胶型，并且单个胶粒是微观或亚微观的颗粒。所以，玉髓只强调颗粒的形状而不强调其大小，玉髓的颗粒是似纤维状的或纤维状的。玉髓或纤维状氧化硅的电子显微镜观察表明，这种物质有一种多孔的结构，据认为这是由于微细的充满水的球形洞穴。没有纤维状构造的行迹或存在着蛋白石。
玉髓呈白色、浅蓝色或极淡的颜色。在显微镜下，玉髓一般无色，由于它含铁和不定量的水常被氧化铁侵染而成黄或浅褐色，极个别情况下可呈淡青色。负突起低，折光率随水的含量增加而减少，当不含水时折光率接近石英，为正低突起。一级灰白干涉色，平行消光（少见的水玉髓为斜消光），正常情况下为负延性（负玉髓），而有些与蒸发岩沉积相伴生的玉髓可以是正延性的（正玉髓），这可能是蒸发岩交代氧化硅造成的。玉髓无解理。薄片中玉髓呈纤维状、放射状集合体。玉髓与纤维状沸石的区别是沸石的折光率较小，此外，如在蛋白石中见到纤维状集合体，往往是玉髓而不是沸石。在正交偏光间，加入石膏检板，有时可见玉髓的同方向纤维的干涉色有的变蓝，有的变黄，表明该纤维集合体既有负玉髓又有正玉髓。
碎屑岩填隙物中的自生石英（硅质）应该相对易于识别，即指除了蛋白石及隐晶质、纤维状、放射状集合体以外的显晶状石英。通常以碎屑石英或含石英岩屑中石英颗粒的岩屑中石英的加大边形式产出，或呈微晶粒状沿孔隙壁垂直生长直至呈镶嵌状充填孔隙，少数情况下可见隐晶-微晶石英岩碎屑颗粒表面垂直生长，最终形成近于等厚的硅质包壳，或呈他形充填孔隙。
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砂岩填隙物中的蛋白石，具低的负突起，在正交偏光间全消光，具裂理（单偏光）
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延长组砂岩裂缝中充填的自生玉髓（正交偏光）
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侏罗系湖相胶磷质鮞粒间沿鮞粒壁垂直生长的自生微晶-粉晶石英（正交偏光）
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沿石英碎屑边缘再生长的自生石英加大边，加大边与石英颗粒间具极薄的尘状膜（单偏光）
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自生石英呈石英颗粒加大边状生长，使石英碎屑成紧密镶嵌状（正交偏光）
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自生石英呈石英颗粒加大边状生长，使石英碎屑成紧密镶嵌状（正交偏光）
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自生石英呈他形及集合体状充填于自生绿泥石膜后的剩余粒间孔内（正交偏光）
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自生石英呈晶粒镶嵌状充填孔隙（正交偏光）
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自生石英呈晶粒镶嵌状充填孔隙（正交偏光）
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自生石英呈晶粒镶嵌状充填孔隙，邻碎屑一侧石英晶粒相对细小，邻孔隙一侧石英晶粒较为粗大（正交偏光）
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鲕状硅质岩中充填孔隙的自生晶粒状石英（正交偏光）
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硅质岩裂缝中对壁充填生长的自生晶粒状石英（正交偏光）
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