太行山南缘的河流阶地

河流阶地是河谷中沿河分布的阶梯式地形，这些阶梯的平坦顶面与河流的侵蚀和堆积作用有关。阶地的发育过程分为两个时期，即阶地面和阶地斜坡形成时期。前者标志着河流的侧蚀作用和沉积作用比较显著，是一个比较稳定的时期，因此，形成了宽阔的谷底；后者则表示河流的下切作用加剧，河谷再次加深，为一相对抬升时期。堆积阶地的形成分为三个时期：①河流冲刷时期，形成了宽阔的谷地；②沉积物沉积时期，形成了阶地面；③河流下切时期，形成了阶地。

沿太行山南缘云台山地区的大石河，共发育六级阶地（图4-9，图4-10）。

图4-9 河南焦作云台山景区黑石岭—山根大石河阶地剖面图

T1—第一级阶地；T3—第三级阶地；T4—第四级阶地；T5—第五级阶地；T6—第六级阶地；O—奥陶系灰岩

图4-10 河南焦作云台山景区关河村东侧阶地剖面图

T1—第一级阶地；T2—第二级阶地；T3—第三级阶地；T4—第四级阶地；T5—第五级阶地堆积物；0—奥陶系灰岩

第一级阶地（T1）拔河高度一般3～5m，为堆积阶地，阶地堆积物主要为松散的河流冲积物砂砾石，用阶地上部堆积物中的细砂进行热释光（TL）测年，形成年代为3521±299kaBP。

第二级阶地（T2）拔河高度12～15m，为堆积阶地或基座阶地。堆积物为河流冲积物砂砾石（图4-3f），砾石成分主要为灰岩，可见韵律结构和水平层理。韵律层底部砾石大小一般30～40cm，有一定磨圆，基本无胶结物，砾石间有许多孔隙。韵律层上部砾石变小，大小一般为3～6cm，砾石呈圆形、次圆形，砾石间为细砾和粗沙充填。该阶地基座为第五级阶地堆积物——胶结比较紧密的砾石层，其砾石成分主要为灰岩。

第三级阶地（T3）拔河高度26～29m，或为基座阶地，或为堆积阶地。为基座阶地时，阶地由第五级阶地胶结比较紧密的砾石层组成。为堆积阶地时，堆积物主要为河流相砾石层，具有水平层理（图4-11a-d），有时夹次生黄土。砾石成分主要为灰岩砾石，可见个别紫红色石英砂岩砾石。砾石形状为圆形、次圆形。砾石分选较好，大小一般为5～10cm，个别砾石较大，可达20cm。胶结物为黄土和钙质，胶结比较松散。第三级阶地堆积物中部粉细砂的热释光测年结果为5435±462kaBP。阶地基座砾石之间的钙质胶结物的ESR 测年结果为164348kaBP。

第四级阶地（T4）拔河高度38m 左右，多为基座阶地。阶地基座为第五级阶地堆积物——胶结紧密的砾石层。阶地堆积物主要为河流冲积砾石层，夹黄土层，在黄土层顶面有古土壤出现（图4-11e-f，图4-12a-b）。砾石大小一般为10～20 cm，大者30～40 cm。砾石成分为灰岩，砾石磨圆较好，形状为次圆、次棱角状。砾石之间有一定程度的胶结，胶结物为细的砂砾和钙质。黄土夹层中含蜗牛壳。用热释光方法（TL）测定黄土年龄为7831±664kaBP，为晚更新世马兰黄土。

第五级阶地（T5）拔河高度62～64m，为堆积阶地。堆积物为胶结较紧密的砾石层，夹富含钙结核的黄土（图4-12c-d）。砾石大小差异较大，一般10～20cm，大者可达1m。砾石成分主要为灰岩，形状为次圆形、次棱角状。胶结物为钙质和细砂砾，胶结较紧密。有时夹一些分选较好、较细的砾石层，呈现出近水平层理。黄土夹层富含姜结石，姜结石大小5～10cm，可能为离石黄土。黄土层顶面发育冲刷面。在黑石岭第五级阶地顶部，砾石层钙质胶结物的ESR测年结果为90875kaBP。关河村东侧，第三级阶地基座的砾岩胶结物ESR 测年结果为164348kaBP。

第六级阶地（T6）残留较少，仅在云台山园区岸上供电所附近见到比较可靠的六级阶地面，拔河高度约85m。第六级阶地类型为基座阶地，阶地堆积物为胶结紧密的灰岩砾岩。第六级阶地的砾岩与唐县面的砾岩不大好区分，砾石成分为灰岩，砾石大小混杂，一般20～30cm，大者达60cm，形状为次圆形到次棱角状，胶结物为钙质。不同的是第六级阶地砾石中有黄土夹层和黄土胶结的砾石层（图4-12e-f）。黄土中含姜结石，姜结石大小20cm 左右，可能为午城黄土。

砾岩属于沉积岩，又称为水成岩，是三种组成地球岩石圈的主要岩石之一（另外两种是岩浆岩和变质岩）。是在地表不太深的地方，将其他岩石的风化产物和一些火山喷发物，经过水流或冰川的搬运、沉积、成岩作用形成的岩石。

在地球地表，有70%的岩石是沉积岩，不同成因的砾岩，在砾石成分成熟度、粒度分布、形状、圆度表面特征，以及砾石空间排列上都有较明显的差异。

砾岩的分类：

按砾石成分分为单成分砾岩和复成分砾岩。

单成分砾岩：砾石成分单一，多为稳定的岩屑和重矿物，其中某种成分的砾石占75％以上，如石英岩质砾岩，燧石砾岩及石英砾岩等。

复成分砾岩：砾石成分复杂，各种成分的砾石含量都不超过50％，通常分选较差、圆度不高，砾石抗风化能力也较弱，多为洪积产物。。

（一）粗碎屑岩——砾岩和角砾岩

1概述

粒度大于2mm的碎屑含量在50%以上，并为其他物质所胶结的岩石，称为粗碎屑岩。粗碎屑岩中以岩屑为主，亦含少量矿屑，被化学沉淀物质所胶结，碎屑颗粒间的孔隙常被砂质及粘土质等物质所充填。

粗碎屑物质一般搬运不远，故母岩性质对粗碎屑岩中的岩屑成分影响甚大；特别是角砾岩，其大部分角砾的成分取决于母岩的成分。砾岩中的砾石，因经过短途搬运，产生分选和渗合作用，成分可较为多样化。

2粗碎屑岩的划分

（1）根据砾石圆度划分

砾岩：岩石中碎屑的磨圆度50%以上为圆状和次圆状的称为砾岩。砾岩是碎屑物质经过搬运磨圆或沉积物再搬运再沉积的产物。

角砾岩：岩石中碎屑50%以上为棱角状和次棱角状的称为角砾岩。角砾岩是碎屑未经搬运或短距离搬运或某种介质搬运后快速堆积的产物。角砾岩除沉积成因之外，还可以由构造作用（断层角砾岩）、火山作用（火山角砾岩）等形成。

（2）根据砾石大小分（表8-2）

表8-2 按砾石大小划分的砾岩（角砾岩）分类表

（3）根据砾石成分划分

1）单成分砾岩（角砾岩）：砾石成分主要为一种，含量在75%以上。常见的砾石成分是石英、燧石、石英岩、硅质岩等性质稳定的岩屑和矿屑。填隙物常与砾石成分相同，胶结物常见的有碳酸盐质、硅质和铁质。典型的单成分砾岩分布在地形平坦的滨岸地带。由于碎屑经过长距离的搬运，并受到海浪的反复冲刷磨蚀而成。例如石英质砾岩，它不仅成分单一，而且圆度也很高。自然界中常可在局部见到单成分的角砾岩，这些角砾岩成分可以是很软和易溶的岩石，如石灰岩、泥岩等。这种岩石是由于母岩迅速被机械破碎，角砾就地堆积或被搬运不远就堆积下来而成的，如洞穴角砾岩、滨海陡岸角砾岩等。

2）复成分砾岩：砾石成分十分复杂，各种岩石的砾石都可能出现，但其含量均不超过50%。复成分砾岩的砾石常分选不好、圆度不高。这种砾岩多沿山麓呈带状分布，代表巨大古老山脉中的母岩迅速被破坏、迅速堆积的产物。复成分砾岩的命名可根据其中主要砾石成分来命名，如安山-流纹砾岩、石英岩-花岗岩砾岩等。

（4）根据砾岩（角砾岩）在地质剖面的位置分

1）底砾岩：分布于侵蚀面上，位于海侵层位的最底部。岩石的特点是：成分较简单，以坚硬稳定的砾石为主；圆度高；分选好；厚度一般不大，但层位稳定。在地质剖面中底砾岩的出现，代表着一个长期的沉积间断之后，另一个新的沉积时期的开始。

2）层间砾岩：是整合地夹于其他地层之中的砾岩。在沉积过程中由于沉积环境的局部变化，如流水对盆地底部的冲刷、波浪的冲击，盆地底部或沿岸发生山崩地滑等原因，均可形成层间砾岩。层间砾岩的特点是：砾石圆度差，砾石成分多为不稳定的岩屑，但与下伏基岩一致；充填物、杂基及胶结物的成分均较复杂，是近源堆积的产物。

3）层内砾岩：指沉积物尚处于半固结状态时，经破碎和再沉积而成的砾石沉积物，再经成岩作用而成的砾岩。该成因的砾石属内碎屑，它不能代表沉积间断，故又称为同生砾岩。其成分取决于下伏岩层的岩性，成分单一，搬运距离短，磨损轻微。常见的层内砾岩有竹叶状灰岩和泥砾岩，如我国华北寒武系中的竹叶状灰岩。

（5）根据砾岩（角砾岩）的成因分

砾岩（角砾岩）的成因分类，也称为综合分类。分类的具体指导思想是以具有成因意义的砾岩特征作为分类基础，既便于分析成因，又便于实际工作。不少学者作了许多砾岩的综合分类及有益的尝试。1975年裴蒂庄首先对砾岩进行了综合分类；1986年曾允孚等在总结前人成果的基础上，提出了砾岩的综合分类方案（表8-3）。

表8-3 砾岩综合分类

①指粗碎屑中所含者。

（据曾允孚，1986）

3主要的砾岩和角砾岩的岩石学特点及类型

砾石的粒度、成分、形状特征以及杂基和胶结物的多少及其性质，在砾岩和角砾岩中变化很大。物质来源、搬运及沉积的条件以及成岩后生变化等条件，都对砾岩的面貌有很大影响。可以说砾岩和角砾岩是对生成条件反应最为灵敏的一类岩石。

自然界中单成分的砾岩比复成分的砾岩少。经过长距离搬运或长时期的改造后，可能只剩下最稳定的石英岩岩屑而形成石英岩砾岩。但是单成分的砾岩也不仅仅是石英质的，如川西侏罗纪莲花口砾岩中石灰岩砾石占90%以上。此外还有主要由泥岩砾石组成的单成分砾岩，它们可以是冰川成因的，或者是干旱气候带的冲积扇以及海底地滑成因的。一些后生的砾岩和岩溶角砾岩、断层角砾岩也常为单成分的。

典型的单成分正砾岩就是石英岩质砾岩，它的砾石来自石英脉、某些石英岩和燧石（如来自石灰岩中的结核）。因此，这种砾岩不会形成巨大的沉积体，常为石英砾岩薄层、透镜状体或巨大交错层砂岩中的夹层；砾石的粒度也不大，一般仅数厘米，通常磨圆度较好，多为经多次改造过了的多旋回性的再沉积物。这种砾岩常作为底砾岩而存在于海进层序的底部（或近底部处），具明显大陆成因的特征。如四川第四系的江北砾岩为典型石英岩质砾岩，它是河相成因的。根据世界各国对此类砾岩的研究报导来看，可以是河流成因，或海滩、浪成的，但大多数是河成的。

尽管石英岩质砾岩具有很高的成分成熟度和结构成熟度，但与它共生的砂岩却不具有较高的成熟度，通常是岩屑砂岩。

岩屑砾岩（不稳定的砾岩占10%以上，即裴蒂庄分类中的正砾岩中的岩屑砾岩）是最常见的一种砾岩。一般厚度很大，呈楔状体产于盆地边缘（或老山边缘），它可产于沉积建造的底部，或建造内一定的层位中。砾石一般粗大，粒径数厘米至数十厘米，大多数在10～20cm之间，分选性较差或很差。岩屑砾岩通常以复成分为多。我国一些造山带见此种砾岩，例如华北燕山的九龙山系砾岩（侏罗纪），祁连山北坡的老君山砾岩（晚古生代）等。此外，我国许多中生代红色盆地的红层中亦常产此种砾岩。但要指出的是，巨大的砾岩层系往往不只是由正砾岩组成，它还包括副砾岩。

花岗质的岩屑砾岩很像长石砂岩，只是粒度粗大，也常与长石砂岩共生，多呈透镜体产出。它是花岗岩结晶基底上的快速侵蚀堆积产物，说明该区当时主要为上升区。我国北方震旦系底部长城统中有与长石砂岩共生的此种砾岩产出。

另一种岩屑砾岩是石灰岩砾岩，它的产出要求特殊的地质条件，所以不很常见。我国四川西北部龙门山山前带侏罗系莲花口砾岩属此种类型。巨大的石灰岩砾石来自附近的二叠、三叠系碳酸盐岩层，砾石之间极少杂基充填物质，呈典型的颗粒支撑结构。它是作为山前冲积扇的沉积物而产出的，在安县一带厚度数百米，局部近千米。海成的内碎屑灰岩砾岩也可具有正砾岩的岩性特点，它的生成与潮汐带有关，这将在碳酸盐岩类内详述。

副砾岩类指的是杂基物质含量＞15%的砾岩和角砾岩。当杂基含量增多时可过渡为砾质泥岩。但习惯上，人们往往把含砾石只占岩石20%～30%的岩石也算作砾岩，而不作为泥岩来描述，这是因为砾岩所具有的特殊地质意义之故。事实上，副砾岩这个名词本身就意味着它不是以正常的砾岩形成方式沉积的，这类砾岩中常含有泥岩砾石，它们常常是巨大的泥质漂砾，因此许多人把这种砾岩归类于冰碛物中。但是自然界中这类砾岩并不一定都是冰川成因的，因此，有些人用“类冰碛岩”来表示非冰川成因的这类砾岩。

一种具有层纹（通常是水平层理或带状层理）的副砾岩即含砾泥岩。此类岩石中泥质岩具水平层纹，其中含有砾石；水平层纹常随砾石而有下凹的形状，它是由于砾石的“滴落”而造成的，故此砾石又称“滴石”。据研究，具有带状层理的泥岩常为冰川成因，砾石大小的“滴石”可能是由于河流或海（湖）岸冰块携带而来。另一种可能的成因是火山灰组成带状层理的细粒沉积物中含有类似冰携“滴石”状的砾石。具有纹理的副砾岩或砾质泥岩常与冰碛岩共生。

无纹理的副砾岩即通常所说的冰碛岩，它本是1887年伍德沃德（Woodward）用来描述一种“含有棱角状和圆状石块（石块上大都具有抛光现象和条纹构造）的不成层的硬结粘土”，以后才被人们用来指冰碛成因的沉积物。它们的特点是砾石成分复杂，结构成熟度低，分选极差。

类冰碛岩是指非冰川成因的砾质泥岩，即副砾岩。在这类砾岩中，泥质的含量变化很大，多者可占岩石的80%，最大的砾石可达漂砾级。这类沉积有的规模较大，曾被认为是海底泥流的沉积，常与深海浊积岩共生。它在浊积岩中呈厚层状、薄层状或透镜状体，也有的是因滑塌作用形成。小规模分布的这种岩石还可能是大陆泥石流成因，也有近岸浅水成因的。

4砾岩和角砾岩的主要成因类型

常见的成因类型有：海成或湖成砾岩（角砾岩），河成砾岩（角砾岩），冰川角砾岩，山崩滑坡角砾岩，残积角砾岩，喀斯特（洞穴）角砾岩，成岩或后生角砾岩。

（1）滨岸砾岩

主要产在滨海地区，其次是滨湖地区。由河流供给的砾石或沿岸岩石崩塌下来的角砾经波浪和海流反复作用而成，其特点是砾石成分单一（如果母岩区成分复杂，砾石成分也不一定简单），多以稳定成分的砾石（石英、石英岩、燧石）为主；砾石的分选性好，磨圆度高，往往是一种粒级占绝对优势（图8-13B）。砾石平均粒径一般小于25cm；砾石的对称性好；砾石长轴（a轴）多数平行海岸线方向，最大扁平面（即由a轴和b轴组成的面）向着海方向倾斜，倾角一般7°～8°，不超过13°，砾石倾斜方向与斜层理的细层总倾向一致（图8-14），因为这种排列方向在击岸浪的冲击下最为稳定。由于海平面的升降及波浪和底流随深度迅速减弱，整个砾岩层常呈薄层透镜体产出。它与石英砂岩共生，有时含有海生生物化石，这种砾岩当处在海侵层位的最底部时，就是底砾岩。

图8-13 砾岩粒度成分直方图

A—河成砾岩（据J奥丁）；B—滨岸砾岩（据温德华）；C—冰积砾砂岩（据J奥丁）；D—山崩滑坡角砾岩（据温德华）

图8-14 河流、三角洲及滨海中砾石定向排列的基本类型

如在海岸附近，由于山崩地滑的作用，或因海浪冲击岸边陡崖崩塌下来的砾石，在重力作用下滚到水盆地较深处，在层间保存下来，形成滑塌砾岩-角砾岩。如粗屑留在滨海深处，继续受到海浪作用的改造，则成为滨岸砾岩。

从沿岸陡崖崩落下来的固结岩石，主要为角砾状，而在滚落时携带的半固结状的水底沉积物则易成磨圆的砾石。因此，近岸砾岩-角砾岩的特点是棱角状和磨圆状的粗碎屑同时存在，并且分选性不好，大小极不一致，大的角砾可达几米。岩体呈透镜状，在窄长的地带可以是厚的，但不会既广布又很厚。可含有海生化石。

（2）河成砾岩

指山间河流和平原河流形成的砾岩，包括暂时水流形成的洪积砾岩或扇积砾岩，以山区河流为主。它们沿山麓成带状分布，与砂岩一起形成巨厚层，有的厚度可达千米以上，长度达十千米以上，属于毗邻山脉剧烈上升后遭受快速剥蚀的产物。

河成砾岩的砾石成分复杂，属于典型的复成分砾岩。由于搬运距离不远，不稳定成分遭到的破坏作用较弱。各种侵入岩、喷出岩、变质岩、沉积岩组成的粗碎屑均可出现。还可以有长石、石英、暗色矿物，及各种岩屑的砂级混入物。填隙物常为粘土杂基，分选性差，一般是双众数的（如图8-13A），最大砾石直径常超过岩石粒径中值（Md）的7～8倍。磨圆度不一，砾石对称性差。砾石的最大平面向源倾斜，呈叠瓦状排列（图8-14）；在稳定河流中，长轴与水流方向垂直，最大扁平面（ab面）的倾斜方向一般与水流方向相反，倾角随水流速度而变化，但在近岸处多与岸边平行。在急流河流中倾角可达15°～30°，而倾斜方向与斜层理的细层倾斜方向相反。

整个河成砾岩的横断面常呈大小不等的透镜体，底界面是一个不平坦的冲刷面，切割了不同的岩层。砾岩的岩性横向变化大，在平原河流及三角洲分流河道中可见泥砾岩。

（3）冰川砾岩-角砾岩

组分复杂，常见新鲜的不稳定组分。分选性很差，大的砾石常与泥砂混杂在一起，常无层理呈块状，往往与冰川粘土共生。砾石表面可见“丁字形”擦痕及磨光面。大的砾石（角砾）形状奇特，形成五角碎屑或熨斗状碎屑，其表面的“丁字形”擦痕的方向与冰川流向一致，砾石扁平面排列无一定规则。

（4）残积角砾岩

系母岩风化后的碎块就地堆积而成。其特点是碎屑棱角尖锐，毫无分选性，而最特征的是成分单一，并且沿剖面往下逐渐过渡到下伏的母岩。

（5）喀斯特角砾岩（洞穴角砾岩）

在地下水活动的石灰岩地区由溶洞顶壁垮塌堆积而成。其特点是角砾为石灰岩，胶结物仍是碳酸盐或风化的红土物质。

（6）成岩及后生角砾岩

成岩阶段，由于胶体物质的脱水收缩，使岩石破碎成角砾，再胶结可成角砾岩。在后生阶段，由于细脉的穿插而使岩石具角砾状外貌，这实际上是一种假角砾岩。在四川中三叠统含盐段中，由于含盐层的塑性变形或溶解，使围岩白云岩发生破碎，崩解而形成角砾岩。一般又称为盐溶角砾岩，是找寻盐矿的标志。这种角砾岩实属次生角砾岩的一种类型，它们的分布面积及深度都有限。

沃克（1975）提出了鉴别砾岩成因类型的四个重要标志，即支撑性及分选性、组构、层理和粒序性。他所列出的砾岩成因类型及特征如图8-15所示。

5砾岩和角砾岩的研究方法及地质意义

对粗碎屑岩的研究，主要在野外进行，特别要注意研究以下几个方面：

1）砾级碎屑成分，要统计各种成分砾石的含量，最好按粒级分别统计，将统计结果绘制成直方图或圆形图，并找出砾石成分在剖面上的变化规律。

图8-15 砾岩的主要类型及特征

（据Walker，1975）

a（p）a（i）代表砾石长轴A平行水流，长轴呈叠瓦状排列；a（t）b（i）代表砾石长轴垂直水流，中轴B呈叠瓦状排列

2）粒度和分选性，最简便的办法是在露头上无选择地测量100个以上的砾石长轴，统计分析并求出砾石a轴的平均值和分选系数。如有平面上的资料，还要找出它们在平面上的变化规律，作出等值线图。

3）砾石的圆度、球度、形状，以及表面特征的观察。

4）填隙物的成分和结构特点，以及它们和砾石的相对含量，对填隙物的研究还应该在显微镜下进行。

5）沉积构造的研究，如层理构造、粒序性、砾石的排列性质和排列方向，并对砾石的排列方向进行测量、统计作图。

6）砾岩岩体的产状、接触关系、底面特征的观察。

砾岩在时间和空间上的分布都很广泛，自前寒武纪到现代的各个地质历史时期，以及在各种构造条件下，都或多或少地存在着砾质沉积。在古代，角砾岩要比砾岩少，厚度不大，分布也局限；在古代的砾岩中，最发育的还是山麓地区的河成砾岩，如我国河西走廊的上泥盆统老君山砾岩，其厚度达1000～2000 m。另外，地台型的底砾岩有时分布很广，其面积可达几百平方千米。

对砾岩的研究具有很大的理论意义，由于砾岩常形成于构造运动期后，大面积的出现与侵蚀面相伴生，在地层上常作为沉积间断和地层对比的依据。砾岩，尤其是角砾岩的形成是地壳运动的标志，对于了解地质发展史、地壳运动状况、古气候状况和冰川的存在都是极有用的。此外，砾石的分布还有助于了解古海（湖）岸线的位置、古河床的分布及古流向，以及陆源区母岩的特征等。

砾岩中常存有重要的金属和非金属矿产，如金、铂、金刚石等贵重砂矿和铜矿、铀矿等。例如，四川会理大铜厂的含铜砾岩、南非维特沃斯兰德（Witwatersrand）的含铀、金砾岩。砾岩常常是重要的含水层，是寻找水资源的有利对象，此外砾岩还可以是石油和天然气的储集层。砾岩本身还是建筑材料和铺路材料，砾石也是混凝土的拌料。可见研究砾岩还具有很大的经济意义。

（二）中碎屑岩——砂岩

1概述

凡碎屑颗粒的大小在2～005mm之间，并且含量在50%以上的碎屑岩称为砂岩。砂岩主要由砂粒、杂基和胶结物三部分组成，有时可混入一定数量的砾石和粉砂。砂粒主要为陆源碎屑，其中以石英为主，其次为长石和各种岩石碎屑及少量的重矿物。上述三种碎屑组分的量比，不仅能反映陆源区母岩的性质，并且是砂岩按成分分类的主要依据。

砂岩是机械沉积作用的产物，故各种层理构造及层面构造都比较发育，特别是斜层理或交错层理较其他沉积岩类更为常见。

砂岩分布很广，在沉积岩中，仅次于粘土岩而居第二，约占沉积岩总量的1/3。

2砂岩的分类

砂岩的分类方法很多，但主要是据碎屑的粒度和矿物成分进行分类。

1）据碎屑粒度分类：通常划分为三类，即粗粒砂岩（粒径2～05mm）、中粒砂岩（粒径05～025mm）、细粒砂岩（粒径025～005mm）。

2）按砂岩成分-成因分类：目前，我国砂岩成分-成因分类都强调了杂基的成因意义，首先根据杂基含量（15%为界）区分出净砂岩和杂砂岩。然后以石英、长石、岩屑为端元进行三角图形分类，曾允孚等的分类（图8-16（a）），用杂基含量来反映结构成熟度和搬运沉积介质的流动特征；用石英端元（Q）的含量或Q/（F+R）反映砂岩的成分成熟度；用长石（F）/岩屑（R）来反映物源、大地构造状况和气候、风化特点。信荃麟等的分类（图8-16（b）），用杂基含量反映机械分异作用的好坏和流动因素；用石英的含量反映磨蚀历史及矿物成分成熟度；用长石和岩屑的含量来反映母岩区岩石组合基本特征。这两个分类的主要区别是：①前者石英砂岩石英含量下界为95%，后者为90%；②前者石英端元包括石英、燧石、石英岩和其他硅质岩岩屑，后者石英端元只包括石英；③三角形内部分区，前者划分为7个区，后者划分为8个区。

图8-16 国内代表性的砂岩分类

笔者认为，曾允孚等和信荃麟等的分类都是比较成熟的分类。建议采用信荃麟等（1982）的分类方案。但必须说明的是长石砂岩（杂砂岩）与岩屑质长石砂岩（杂砂岩）的分界是石英端元与长石含量为75%、岩屑含量为25%的点之间的连线，即长石与岩屑含量比为3：1。长石质岩屑砂岩（杂砂岩）与岩屑砂岩（杂砂岩）之间的界线是石英端元与岩屑含量为75%、长石含量为25%的点之间的连线，即岩屑与长石含量比值为3：1。

3砂岩的主要类型

依据信荃麟等（1982）的分类方案，首先按杂基含量把砂岩分成两大类，即砂岩类（杂基小于15%）、杂砂岩类（杂基大于15%），前者又可分为石英砂岩类、长石砂岩类和岩屑砂岩类三类，每个大类具有独自的特征，根据其自身特征，每一大类砂岩可作进一步类型划分（表8-4）。

表8-4 砂岩成分分类表

注：当基质含量＞15%时，岩石名称相应改称石英杂砂岩、长石杂砂岩、岩屑杂砂岩等。（据信荃麟，1982）

图8-17 白云质石英砂岩

（单偏光，d=19mm）

石英碎屑圆度高，分选较好，杂基为泥晶白云石，杂基支撑，基底式胶结

（1）石英砂岩

颜色浅，常为浅黄、灰白色，碎屑矿物以石英为主，含量在80%以上，其次可含少量的正长石、微斜长石和酸性斜长石及少量的岩屑。石英砂粒的圆度高、分选好；粒度以中—细粒为最常见。胶结物常见的有硅质、碳酸盐质或铁质（图8-17）。

石英砂岩常呈不厚的稳定层状，波痕及交错层理发育。除含钙质石英砂岩有时含少量钙质生物介壳外，一般不含化石。

石英砂岩是在地壳比较稳定，地形平坦，气候潮湿，母岩经过较彻底的化学风化，碎屑物质经过长距离的搬运，至海、湖滨岸和浅水区沉积，有的甚至经过多次沉积旋回而形成的。如我国北方震旦系长城统石英砂岩、宣化庞家堡震旦系串岭沟组的铁质石英砂岩等。

在硅质胶结的石英砂岩中，根据胶结物结构的性质常又分为以下几种。

1）硅质石英砂岩：碎屑石英未发生次生加大现象，胶结物为蛋白石或玉髓。

2）石英岩状砂岩：部分石英碎屑发生次生加大现象。

3）沉积石英岩（正石英岩）：硅质胶结物全部发生重结晶而成次生石英，颗粒与胶结物界线不清，形成似镶嵌状结构，特征与变质岩的石英岩极为相似。

（2）长石砂岩

肉红色或粉红色；主要碎屑组分为石英＜75%和长石＞25%。长石以正长石和微斜长石为主。碎屑圆度差、分选性中等，常为粗粒结构。长石砂岩中除石英和长石碎屑外，有时还可含＜10%的岩屑；重矿物含量亦可超过1%，常见的有锆石、电气石、金红石、独居石、磷灰石等。胶结物常为碳酸盐质及氧化铁，常含有＜15%的粘土质杂基，并常围绕长石碎屑再生长大（图8-18）。

长石砂岩主要形成于以花岗岩或花岗片麻岩为母岩、地形起伏大的山区，母岩经受强烈的物理风化并迅速发生堆积而形成。一般分布在山前坳陷和边缘坳陷等地区，多属于湖泊、河流及山麓洪（冲）积沉积，如四川侏罗系的长石砂岩。

（3）岩屑砂岩

灰绿、灰黑色，碎屑颗粒中石英含量＜75%，岩屑＞25%，成分随母岩而异，长石＜10%，并以酸性斜长石为主；重矿物含量在1%以上，种类较复杂，常见有辉石、角闪石等。碎屑的分选和磨圆度均差，颗粒呈棱角状。胶结物为硅质或碳酸盐质，常呈基底式胶结。粘土杂基也较多，并常转变为绿泥石和绢云母，有时并有交代碎屑的现象（图8-19）。

图8-18 长石砂岩

（单偏光，d=14mm）

碎屑成分以石英、长石为主，长石最高含量可达50%以上，填隙物为粘土及铁质，粘土围绕长石使长石形成次生加大，具有良好的晶形

图8-19 长石岩屑砂岩

（单偏光，d=35mm）

碎屑成分除石英外，有各种长石和岩屑，长石以斜长石为多，岩屑成分有喷出岩、粉砂岩、石英岩、粘土岩等，填隙物为粘土及少量的碳酸盐，孔隙胶结

岩屑砂岩主要形成于地壳运动剧烈时期，如地槽强烈下陷阶段。由于岩石遭受剧烈的风化剥蚀，碎屑物质只经短距离搬运，便快速堆积下来。多分布于构造隆起区附近的断陷带或坳陷盆地中。

（4）杂砂岩类

指杂基含量大于15%、分选极差、泥砂混杂的砂岩（图8-20）。在分类上与净砂岩并列，为另一大类砂岩，其进一步分类命名与净砂岩（砂岩）相同。

杂砂岩也有人称之为瓦克岩、硬砂岩。按照多数人的理解，瓦克岩是与杂砂岩近似的概念，硬砂岩则与岩屑砂岩的概念相近似。为避免人为的概念混乱，笔者赞同把瓦克岩、硬砂岩的术语废弃。

图8-20 岩屑杂砂岩

（据信荃麟，1982）

（正交光，×80）

北京西山，侏罗系九龙山组

杂砂岩一般富含石英，有不同比例的长石和岩屑，常含少量的黑、白云母碎屑。

石英有单晶石英、多晶石英。长石主要是斜长石和钾长石。岩屑主要是泥、页岩、粉砂岩、板岩、千枚岩和云母片岩岩屑，酸性火山岩岩屑也较为常见，安山岩岩屑极少。

杂砂岩杂基含量高（大于1500），而胶结物极少，自生矿物主要是碳酸盐，一般呈斑点状产出，通常交代杂基和颗粒。

杂砂岩呈暗灰色，一般是坚硬、固结良好的砂岩。常见递变层理和底面铸模构造。

由于杂砂岩是含有大量杂基、泥砂的砂岩，通常是泥砂混杂搬运的重力流沉积的产物，最常见于浊流沉积物中。

4砂岩的研究方法及意义

对于砂岩（包括粉砂岩）的研究，不仅要在野外进行详细观察描述，而且还必须做大量的室内工作。

在室内工作中，薄片鉴定是最基本的手段之一，可用来详细研究砂岩成分、结构以及成岩、后生变化，以便正确地予以命名和进行成因分析。其他常用手段还有机械分析、重矿物分析及形态分析等。为了确定砂岩的储集性能，可用专门方法测定砂岩的孔隙度和渗透率，利用扫描电镜、阴极发光及X射线衍射等现代化手段，再结合压汞分析，可以进一步研究砂岩孔隙结构、胶结物的类型和数量，进而阐明环境的特点及其对储集性能的影响。

野外工作和实验室分析的结合，可对地层的划分和对比，以及古地理、古构造、古气候、古代沉积环境等方面的研究，提供重要的依据。

砂岩的研究具有极为重要的实际意义。砂岩是最重要的油气储集层，据统计世界上半数以上的油气资源储集在砂岩中。另外，砂岩中常有铜、铁、铅、锌、铀等多种层控金属矿床；砂岩是良好的含水层，是寻找地下水资源的有利场所；固结良好的砂岩可作建筑石材，松散的砂可作水泥拌料，纯净的石英砂和石英砂岩是硅酸盐工业和玻璃工业的原料。某些砂和砂岩中常常富集有重要矿产，如金、铂、锆石、独居石、锡石、金红石等矿物，可构成重要的砂矿。

从上述可以看出，砂岩的研究不论是在地质理论方面，还是在国民经济建设方面，都具有十分重要的意义。

（三）细碎屑岩——粉砂岩

粉砂岩是由粒度在005～0005mm、含量在50%以上的碎屑质点组成的碎屑岩。粉砂岩中常混入砂和粘土，性质介于砂岩与粘土岩之间。

粉砂岩的碎屑组分以石英为主，长石次之，岩屑少见，有时含较多的白云母片。重矿物含量较高，可达2%～3%以上，常见的为锆石。碎屑的磨圆度差，常呈棱角状，填隙物为粘土质、碳酸盐质、氧化铁质等。

粉砂岩按粒度可细分为粗粉砂岩（碎屑粒度005～003mm）和细粉砂岩（碎屑粒度003～0005mm）两类。

粉砂岩因颗粒细小，肉眼难以识别其矿物成分和形态特征，野外鉴定时可根据其粗糙的外貌和断口，以及用手搓捻其粉末有粉砂质点感觉与粘土岩相区别。此外，需着重观察岩石的颜色、层理等性质。

粉砂岩是碎屑经过了长距离搬运后，在比较安静的水动力条件、沉速比较缓慢的环境下形成的。在横向上分布于砂岩和粘土岩的过渡地带，在纵向上逐渐变成砂岩、粘土岩。它常具极薄的水平层理、波状层理及波状斜层理。

粉砂岩分布很广，我国很多杂色岩层、红层均为粉砂岩层。例如我国南方中生代—新生代的红层；北方广泛分布的黄土及黄土状岩石，也是一种半固结的粘土质粉砂岩。其中粉砂含量一般为40%～60%；其次为粘土，一般在30%左右（华北黄土中粘土含量可达40%）；再其次为砂粒，含量在10%左右，粒径一般＜025mm。碎屑成分以石英、长石为主，此外还有电气石、锆石、石榴子石等。我国北方的黄土一般认为是风成的，而其他地区（如成都平原、苏北、南京附近）的黄土则认为以水成为主。

古流向研究和岩相分析表明，天山造山带是库车盆地中新生代沉积物充填的主要源区。库车陆内挠曲盆地沉积物记录了天山造山带剥蚀出露历史，尤其是库车盆地沉积的粗碎屑沉积物，虽然现在笔者认为粗碎屑沉积物不是同造山活动的指示物，但砾石成分仍然能够反映天山造山带剥蚀演化史。为此，笔者在野外详细观察库车陆内挠曲盆地出露的中新生代地层砾岩层，并在露头上详细统计其砾石成分和百分比（表2-2），目的是用砾石成分变化来反映天山造山带的活动历史。

表2-2 库车陆内挠曲盆地砾石成分统计表

在进行砾石成分统计时，只计砾石直径大于2 cm者，并把所有砾径大于2 cm的砾石计作100%，分别统计、分析每个砾石成分。三叠系地层和侏罗系地层含有很多火山碎屑岩，但其砾径小于2 cm，故未统计进表内。由表中统计数字可以看出：二叠系上统和三叠系砾石成分主要以沉积岩和火山碎屑岩为主，反映南天山造山带出露的岩石以灰岩和燧石岩为主，部分火山碎屑岩可能主要来自早二叠世的喷发岩；早侏罗世砾石成分明显改变，出现一些浅变质板岩、千枚岩岩屑，这种砾石成分的改变反映源区逐渐剥蚀、以及导致较深构造层次的出露的过程；经过长期的剥蚀作用，到早白垩世出现少部分花岗岩砾岩，其含量很少，不仔细观察就可能会漏掉。另一个砾石成分明显变化的特征，是在中新统末期出现深变质片麻岩。砾石成分变化是记录源区隆升和剥蚀历史的见证，逐渐出露早古生代地层深变质片麻岩，反映构造剥蚀层次的加深。由于片麻岩很容易风化，不易保存，因此片麻岩出现也表明天山造山带急剧隆升、盆地内快速堆积的结果。

图2-6 库车陆内挠曲盆地新生代砂岩成分图

一种压实固结的火山碎屑岩。主要由粒径为2~64毫米的火山角砾组成,也含有其他岩石的角砾及少量的石英、长石等矿物晶屑。多数具明显的棱角,分选差,大小不等。填隙物是火山灰,火山尘。常与火山集块岩伴生,位于火山口外侧[1]。

火山角砾岩为由直径大于4毫米之火山岩片所成，所含之熔岩碎片远较凝灰岩者为多，但玻璃细片及整石较少。有些角砾岩有多量之火山岩渣，砾块多具棱角，直径约十至三十厘米居多，堆积情形不显层次，皆由火山物质胶结，一部分集块岩之胶结紧密，砾块与胶结物之间无明显之界限，此当由於其堆积之时尚未脱融状态。砾块之安山岩种类有普通辉石、紫苏辉石，及角闪石等多种，惯称为安山岩质集块岩。

见于台湾东部海岸山脉之都峦山层，分布的面积略少于海岸山脉的一半，分布最广的地方在山脉的中段，再向南北延伸。本层一部分是由在水中经过淘选以后的安山岩砾石所组成，代表火山碎屑岩经过再沉积以后的堆积，不是火山直接的喷发堆积物。

地层中常见的砾岩有两种。 位于某个地层组合底部的侵蚀面上，代表长期沉积间断以后，一个新的沉积时期开始的产物，故在不整合面或假整合面上时有所见。

在野外如何识别底砾岩？可以根据以下的特点予以判断：①位于侵蚀面上，其砾石成分具有其下伏各岩层所成的砾石。②砾石的成分比较简单，常见的以石英质的砾石最多。③砾石的磨圆度良好，分选也好。④分布的范围不大，但分布的层位相当稳定。⑤同一底砾岩层中的砾石及砂粒，自下而上变细，磨圆度变好。

确定底砾岩存在与否的意义十分重要，因为它既是划分地层（系、统、组）界线的标志，又是阐明地壳运动的标志，是恢复古地理面貌、讨论区域地质发展阶段性等问题的重要资料。某些矿产的赋存，诸如金、铀、铜、金刚石、钼等也往往与底砾岩在一起。 它的产生大多数是由于沉积过程中局部的环境发生变化，比如水流的冲刷、波浪的冲击、暂时的干涸、岸坡的滑动、地壳的微弱升降等均可导致层间砾岩的形成。

在野外，如何认识层间砾岩呢？主要有以下几项标志：①相夹在普通的岩层之间，与侵蚀面、不整合面、假整合面无关。②其砾石的成分与其下最接近的地层岩性相关。③有时层间砾岩层之下有冲刷面。④砾石的磨圆度较差，而且含有石灰岩、粘土岩类等容易溶解或易破碎的岩石所形成的砾石。⑤胶结物、充填物比较复杂。作为最典型的层间砾岩，就是同生砾岩，例如华北地区寒武纪地层中极为常见的竹叶状灰岩。

在观察砾岩的岩石性质时，还可以根据砾石的外形和排列情况判断其形成时的环境。例如在河流中形成的砾石的外形对称性较差，其长轴方向与水流的流向垂直，倾斜方向与水流流向相反，倾角较大，可达15°～30°。形成于海滨的砾石，排列的倾斜方向对着海洋，倾角较小，7 °～8 °，长轴方向与海岸平行。还有的具有干裂、孔隙、结核等。常见的沉积岩有：直径大于3毫米的砾和磨圆的卵石及被其它物质胶结而形成的砾岩，由2毫米到005毫米直径的砂粒胶结而成的砂岩，由颗粒细小的粘土矿物组成的页岩，由方解石为其主要成分，硬度不大的石灰岩等。

砾岩是指由50%以上直径大于2㎜的颗粒碎屑组成的岩石其中由滚圆度较好的砾石、卵石胶结而成的成为砾岩；由带棱角的角砾石、碎石胶结而成的成为角砾岩

砾岩基本为小圆石，嵌于微颗粒至中颗粒的脉石中。颜色因其成分而定。矿物成分：不同岩石和矿物的碎片：石英岩、燧石、石英、脉石由砂层与二氧化硅、氧化铁或方解石胶结在一起。

砾岩是一种沉积岩，由从母岩上破碎下来的，颗粒直径大于2毫米的碎屑，经过搬运、沉积、压实、胶结而形成的岩石，砾石的平均直径如果在1-10毫米，为细砾，10-100毫米称为粗砾，大于100毫米为巨砾。砾岩也可能是一种碎屑岩。其胶结物中常含有矿物，砾岩可以做为建筑材料。砾岩比较粗糙，可以见到明显的砾石，如果胶结成岩石的砾石具有棱角，则称为角砾岩。