1、1 沉积岩石学沉积岩石学第十章 硅质岩硅质岩及其它岩类2第一节 概论第二节 硅质岩的主要类型第三节 硅质岩的成因第四节 硅质岩的成岩后生变化第五节 硅质岩的地质分布和实际用途硅质岩及其它岩类3 硅质岩是指由化学作用、生物和生物化学作用以及某些火山作用形成的富含二氧化硅(一般超过70%)的岩石。其其中中包包括括在在盆盆地地内内经经机机械械破破碎碎再再沉沉积积的的硅硅质质岩岩。但但不不包包括陆源石英碎屑经搬运沉积而成的石英砂岩和沉积石英岩。括陆源石英碎屑经搬运沉积而成的石英砂岩和沉积石英岩。硅质岩硅质岩在自然在自然界中的分布较广，位界中的分布较广，位居沉积岩中第四位，居沉积岩中第四位，前三位依次是
2、页岩、前三位依次是：页岩、砂岩、石灰岩。砂岩、石灰岩。一、概念：硅质岩及其它岩类4二、成分特征1、化学成分：主要是:SiOSiO2 2（70%70%）和）和 H2O H2O其它氧化物:Fe2O3Fe2O3(含量可高达含量可高达10%)10%)、AlAl2 2O O3 3(可高达可高达8%)8%)、MgOMgO、CaOCaO 等等（由于混入物的影响，还常有含量不等的）2、矿物成分：蛋白石、玉髓、自生石英隐晶质、微晶质蛋白石隐晶质、微晶质蛋白石微晶质玉髓微晶质玉髓显晶质石英显晶质石英硅质岩及其它岩类5化学成分：SiO2nH2O，矿物成分：为一种含水的非（隐为一种含水的非（隐）晶质或胶质的二氧化硅
3、化学沉淀或生物成因）晶质或胶质的二氧化硅，化学沉淀或生物成因（1）蛋白石 内部具球粒结构球粒结构，集合体多呈葡萄状、钟乳状。玻璃光泽玻璃光泽、珍珠光泽、蛋白光泽。性脆，易干裂，贝壳状断口。在长波紫外线照射下，不同种类的蛋白石发出不同颜色的荧光。蛋白石是天然的硬化的二氧化硅胶凝体，含水量一般为310，是一种具有变彩效应的宝石，与多数宝石不同，属于非晶质，会由于宝石中的水分流失，逐渐变干并出现裂缝。硅质岩及其它岩类6opal硅质岩及其它岩类7（2）玉髓化学成分：SiO2nH2O，隐一微晶及至细晶石英的集合隐一微晶及至细晶石英的集合体，通称为燧石。体，通称为燧石。玛瑙和玉髓均为隐晶质石英，矿物学中
4、统称为玉髓。宝石界将其中具纹带构造隐晶质块体石英称玛瑙，如果块体无纹带构造则称玉髓。（3）自生石英二氧化硅，为化学沉淀或蛋白石重结晶二氧化硅，为化学沉淀或蛋白石重结晶（4）其他混入矿物常见的有粘土矿物、碳酸盐矿物、氧化铁等。常见的有粘土矿物、碳酸盐矿物、氧化铁等。硅质岩及其它岩类8硅质岩及其它岩类93、结构、构造和颜色 硅岩具有非晶质结构、隐微晶结构、生物结构、纤维状结构、碎屑结构、鲕状结构、隐藻结构以及交代结构（1）结构特征硅质岩及其它岩类10硅岩的构造和产出形态多种多样，常见层状、透镜状、结核状、条带状和团块状。华东石油学院对我国华北震旦亚界燧石岩进行过详细的研究，并按其产出形态划分为层纹
5、状、条带状、结核状、团块状和放射状五种类型（见表152）。(2)硅岩的构造硅质岩及其它岩类11硅质岩及其它岩类12层状硅质岩层状硅质岩结核状硅质岩结核状硅质岩硅质岩与其他化学岩共生时，也常见各种类型层理及波痕等。硅质岩及其它岩类13(3)颜色硅岩的颜色多姿，且随岩石中所含的杂质而异，常见灰黑色、灰白色，有时可见灰绿色、红色等色调。总体上，硅岩致密坚硬且性脆，化学性质稳定,抗风化能力强。当与其他岩类共生时，常突出于岩层风化面之上。硅质岩及其它岩类14硅质岩及其它岩类154、硅质岩的分类：1按产状分：层状硅质岩（厚层状、达数百米厚，eg.碧玉岩建造）板状硅质岩：eg.板状硅藻土结核状硅质岩：eg.
6、结核状燧石等泉华状硅质岩：eg.硅华2按矿物成分分类：蛋白石质硅质岩玉髓质硅质岩石英质硅质岩3按矿物成因来分：生物成因的硅质岩：生物成因的硅质岩：硅藻土、海绵岩、放射虫硅质岩非生物成因的硅质岩：非生物成因的硅质岩：碧玉岩、燧石岩、硅华硅质岩及其它岩类16 华东石油学院通过对华北震旦亚界硅岩石学的研究，根据硅岩的形成阶段、结构特征及结构组分，对硅岩进行了划分。硅质岩及其它岩类17（1 1）沉积石英岩）沉积石英岩定义：硅质胶结的石英砂岩，胶结物常为蛋白石或玉髓。部分硅质胶结物发生次生加大时称为石英岩状砂岩；若硅质物全部成为再生石英时，称为沉积石英岩。石英和各种硅质岩屑占95%以上；几乎全部为硅质胶
7、结；物质来源：陆源碎屑；机械搬运沉积作用形成。（2 2）硅质岩）硅质岩定义：指由化学作用、生物和生物化学作用以及某些火山作用所形成的富含SiO3的岩石，其中也包括在盆地内经机械破碎再沉积的硅质岩。（但是不包括陆源石英碎屑经搬运沉积而成的石英砂岩和沉积石英岩）。矿物成分：蛋白石、玉髓、自生石英；SiO2含量（一般70%）；化学作用、生物作用、生物化学作用以及某些大山作用形成；另外，盆内经机械破碎再沉积形成的硅质岩。比较：沉积石英岩与硅质岩硅质岩及其它岩类18第一节 概论第二节 硅质岩的主要类型第三节 硅质岩的成因第四节 硅质岩的成岩后生变化第五节 硅质岩的地质分布和实际用途硅质岩及其它岩类19硅
8、质岩的主要类型硅藻土(或硅藻岩):主要由硅藻遗体组成，以蛋白石为主。海绵岩:硅质海绵骨针组成，多为蛋白石。放射虫岩:由硅质放射虫壳组成。板状硅藻土和蛋白土:由蛋白石组成。燧石岩:最常见，由微晶石英和玉髓组成。碧玉岩:矿物成分是自生石英，可含有少量生物遗体。硅华:典型的化学成因硅质岩，常形成于火山作用后期温泉喷出地表处。硅质岩及其它岩类20一、硅藻土(或硅藻岩)硅藻土主要由古代的硅藻遗体组成古代的硅藻遗体组成。主要化学成分是含水的SiO2。矿物成分主要为蛋白石A 硅藻土具有典型的硅藻生物结构，具有微细的纹理。硅藻壳外形呈长方形、正方形、圆形、三角形等，个体微小，0.0020.05mm，多数小于0
9、02mm；含量不一，可高达7090%。硅质岩及其它岩类21 (1)(1)硅藻土质纯者呈白色，但常被铁质或有机质染成硅藻土质纯者呈白色，但常被铁质或有机质染成黄色或暗灰色甚至黑色。黄色或暗灰色甚至黑色。(3)(3)孔隙度甚高，吸孔隙度甚高，吸水性强，可粘舌。水性强，可粘舌。(2)(2)岩石外貌呈土状，结构疏松，质软而轻，比重只有岩石外貌呈土状，结构疏松，质软而轻，比重只有0.40.40.90.9；(4)(4)在显微镜下具生在显微镜下具生物结构，一般层理不明显，物结构，一般层理不明显，有时可见水平层理。有时可见水平层理。硅质岩及其它岩类22硅藻岩硅质岩及其它岩类23硅质岩手标本观察 颜色：常呈灰
10、色、灰黑色、灰白色、灰绿色、红色常呈灰色、灰黑色、灰白色、灰绿色、红色，随所含杂质不同而异物理性质：蛋白石和燧石岩蛋白石和燧石岩硬度硬度大（大于小刀），致密而性脆，化学性质大（大于小刀），致密而性脆，化学性质稳定不易风化；硅藻岩、放射虫硅质岩则质软疏松多孔稳定不易风化；硅藻岩、放射虫硅质岩则质软疏松多孔结构：结构：非晶质的胶状结构（断口具贝壳状或尖棱状）；隐晶结构（岩石致非晶质的胶状结构（断口具贝壳状或尖棱状）；隐晶结构（岩石致密，但肉眼无法分辨颗粒，断口呈瓷状）；微粒结构；生物结构及粒屑结密，但肉眼无法分辨颗粒，断口呈瓷状）；微粒结构；生物结构及粒屑结构构构造：一般呈薄层状、透镜状、条带状及
11、结核状（常夹于石灰岩中）。一般呈薄层状、透镜状、条带状及结核状（常夹于石灰岩中）。光泽：一般光泽黯淡，如含较多自生石英则有油脂光泽。一般光泽黯淡，如含较多自生石英则有油脂光泽。层状燧石岩手标本观察 灰灰黑黑色色，致致密密，坚坚硬硬，具具贝贝壳壳状状断断口口，成成分分主主要要为为隐隐晶晶质质玉玉髓髓和和少少量量石石英英细细晶晶组组成成，隐隐晶晶质质结结构构，含含少少量量黄黄铁铁矿矿细细晶晶，星星散散状不均匀分布状不均匀分布，薄层状层理发育，层厚，薄层状层理发育，层厚1 31 3，层面平整。，层面平整。硅质岩及其它岩类24扫描电镜下硅藻岩的微结构、自然断面硅质岩及其它岩类25硅藻土硅藻土单偏光（单
12、偏光（300）正交偏光正交偏光硅质岩及其它岩类26电子显微镜下的硅藻体 硅质岩及其它岩类27 山东临朐县山旺中新统的硅藻土，呈灰黑与灰白色相间的水平带状层理，经风化及失水后，薄如纸状的硅藻土层翘起而类似美丽的翻卷书页，固有“万卷书”之名。其中动、植物化石表明属大陆湖泊沉积。硅质岩及其它岩类28 大部分硅藻土产于第三纪以来的海相或湖泊相的地层中，少数分布于白垩纪的地层中。多与粘土岩、泥灰岩共生，有时与火山岩共生。年代较老的地层中硅藻土一般均转变为板状硅藻土或蛋白土，最终渐变至燧石岩。现代硅藻主要分布在两极及中纬度的海洋中，并与洋流分布有关。形成环境硅质岩及其它岩类29 硅藻土具有多孔结构、密度低
13、比表面积大、吸附性能强、悬浮性能好、物化性能稳定、隔音隔热、耐磨、耐酸、无毒和无味等特殊性能。因此，硅藻土及其制品在以下行业中广泛运用：用途：硅质岩及其它岩类30(1)食品、饮料、医药、石油、化工、染料及水处理等工业中广泛用作固液分离过程中的助滤剂助滤剂；(2)食品脱氧保鲜剂中用作抗粘结剂抗粘结剂；运动场、绿茵场中用作草坪（皮）的土壤改良剂土壤改良剂；食品、医药、电器、仪表和服装等行业中用作环保型干燥干燥剂剂；环境保护工程中用作吸油砂吸油砂（地面吸收剂）；(3)内外墙保温砂浆、硅酸钙板及工业窑炉等建材行业中用作隔热保温材料隔热保温材料；(4)橡塑、饲料、涂料、蚊香、纸张、磨擦材料、抛光膏、牙
14、膏、化妆品、沥青、水泥、日用陶瓷等产品中用作功能性填料功能性填料；(5)硫酸钒催化剂、石油磷酸催化剂、农药杀虫剂及肥料产品中用作载体载体；(6)污水处理工程中用作助凝剂助凝剂。硅藻土素有“工业味精”之称，可满足多种工业的需求，是现代工业不可缺少的基础原料之一。硅质岩及其它岩类31二、海绵岩海绵岩主要由硅质海绵骨针组成，矿物成分主要为蛋白石。海绵为多孔动物门生物的统称，是世界上结构最简单的多细胞动物。外貌为细粒状，呈灰绿色或黑色，疏松的海绵岩胶结程度较差，其中夹有粘土和砂。坚硬的海绵岩其内的骨针被蛋白石、玉髓等硅质矿物所胶结，以海相成因为主。硅质岩及其它岩类32三、放射虫岩 放射虫岩主要由硅质放
15、射虫介壳组成，可分为疏松的和坚硬的两种:疏松的变种外貌很象硅藻土，质软，灰或黄灰色;坚硬的放射虫岩中的放射虫介壳完全被氧化硅胶结。除放射虫外，还可有硅藻、海绵骨针、海藻、有孔虫等生物遗体；并常有粘土矿物，以及方解石、海绿石、碎屑石英等混入物。放射虫:单细胞原生动物，因为具有放射排列的线状伪足而得名硅质岩及其它岩类33坚硬的放射虫岩有两种类型：坚硬的放射虫岩有两种类型：(1)蛋白石质放射虫岩，外壳和胶结物均为蛋白石，外貌极似蛋白岩，常见于白垩纪和第三纪沉积中；(2)玉髓-石英质放射虫岩，其成分为玉髓和自生石英，介壳有时被方解石所交代，岩石坚硬，不透水，外貌很像硅质板岩或碧玉岩；一般见于地槽区的中
16、生代和古生代沉积内。硅质岩及其它岩类34 许靖华（1979）认为放射虫（硅质浮游生物）大量繁殖在赤道洋流（特别是靠近太平洋的赤道洋流）附近。在这里，海底洋流携带了大量供给硅质生物生存的养料，促使硅质生物大量繁殖。因此放射虫岩的存在，从某些意义而言，能指示远洋深海沉积环境和确定古赤道位置。放射虫软泥广泛主要分布于现代热带海洋沉积中关于放射虫岩的形成环境问题，一直存在各种认识形成环境硅质岩及其它岩类35四、蛋白土（蛋白岩）和板状硅藻土（粉蛋白岩）两者成分主要都是蛋白石，常由成细小的棱角或球粒状质点(0.010.001mm)的集合体。多数具有微孔构造，呈透镜体产出。它们与硅藻土或蛋白石质放射虫岩不同
17、之处在于：不含或含极少硅质生物遗体。除蛋白石外，还可有粘土、碳酸盐、黄铁矿、海绿石、沸石、玉髓、方英石、碎屑石英及有机质等。硅质岩及其它岩类36硅质岩及其它岩类37蛋白石球块蛋白石球块板状硅藻土板状硅藻土 硅质岩及其它岩类38五、燧石岩 这是最常见的一种硅质岩，其成分主要为玉髓和自生石英，年代较新者可为蛋白石；还常有粘土、碳酸盐及有机质等混入物；并可有少量硅质生物遗体。燧石是一种致密坚硬、常具贝壳状断口的隐晶质或微晶质岩石，颜色以灰色、黑色等暗色为常见，也有呈黄色、红色、白色者。硅质岩及其它岩类39显微镜下观察燧石是由微晶石英组成的显微镜下观察燧石是由微晶石英组成的 颜色因含杂质不同而变。显微
18、镜下纯净燧石是一种无色的微晶石英集合体。硅质岩及其它岩类40燧石形成于三种不同类型的地层单元：碳酸盐岩中的燧石结核稳定地区的层状燧石超盐度湖泊环境的燧石按产状可将燧石分为两大类：层状燧石结核状燧石硅质岩及其它岩类41 1 1、层状燧石、层状燧石 层状燧石的层厚自几厘米到几十厘米，有时则呈规则条带或大透镜体。它们可与浅水碳酸盐岩、页岩以及砂岩共生，亦可与深水的黑色页岩、远洋石灰岩或蛇绿岩共生；多与含磷和含锰的黏土层共生，分层存在，单层厚度不大，但与共生岩石一起总厚度可相当大，达几十到几百米，有块状和鲕状的区别。硅质岩及其它岩类42 2 2、结核状燧石、结核状燧石 这类燧石更为常见，成为规则或不规
19、则的结核状或不规则的条带状，通常称为燧石结核。多产于石灰岩中，有球状、卵状、棒状、盘状、葫芦状、不规则状等结核体，一般只有5-15厘米，大的可达1-2米。硅质岩及其它岩类43结核状燧石结核状燧石硅质岩及其它岩类44 燧石由于坚硬，破碎后产生锋利的断口，所以是最早为石器时代的原始人所青睐，绝大部分石器石器都是用燧石打击制造的，燧石和铁器击打会产生火花，所以也为古代人用作取火工具，古代常用一小块燧石和一把钢制的“火镰”击打取火，所以燧石也叫作火石火石，最早的火枪也是利用扳机击打火石引发火药的。现代利用燧石的坚硬性质，将燧石作为研磨的原料。硅质岩及其它岩类45石器硅质岩及其它岩类46六、碧玉岩 碧玉
20、岩主要矿物成分是自生石英，可含有少量生物遗体，如放射虫、海绵骨针等。含氧化铁杂质的,称铁质碧玉岩,常呈红色、绿色或黄色；含有机炭的，称炭质碧玉岩，常呈黑色；燧石岩和碧玉岩在元古宙的地层中经常出现。硅质岩及其它岩类47红碧玉岩碧玉岩硅质岩及其它岩类48三江彩卵石，又名红彩卵石、三江石，产于广西柳州地区三江县境内融江河段及上游龙胜县境内大地和侗烈等地。该石属碧玉岩类，石质坚硬细密，硬度为6.57度，表面润泽光滑；以黄、红、紫为主色调。硅质岩及其它岩类49七、硅华 这是一种典型的化学成因硅质岩，常形成于火山作用后期温泉喷出地表处。硅华呈多孔状、色浅，其中二氧化硅含量不定，常有各种混入物，除较多的氧化
21、铝外，还可有各种其它元素。硅质岩及其它岩类50硅华硅质岩及其它岩类51隐晶质-微晶硅华:SiO2矿物为玉髓或玉髓-石英集合体。一般认为，在地表SiO2沉淀一定是非晶质蛋白石。在滇藏地区许多地热区内，地表硅华由玉髓或玉髓-石英集合体组成。推测它们是随着时间的推移由蛋白石经陈化转变而成。硅质岩及其它岩类52具龟壳状构造的硅华 西藏羊八井盆地 灰白-深灰色，非晶质结构，不规则层状构状。表层面具特殊的龟壳状构造。可能反映该层SiO2沉淀于泉水流动过程中。硅质岩及其它岩类53正交偏光镜下照片 以微晶石英（一级白）和隐晶质玉髓（一级灰）为主。晶洞发育（照片上黑色部分）。晶洞内常分布长短不等的枝状体。由石英
22、晶簇垂直枝体排列而成。硅质岩及其它岩类54扫描电镜照片（2500）。图示放大了的石英晶簇部位。晶体多数为菱面锥体部分，少数显现出六方柱体。硅质岩及其它岩类55具生物格架结构的硅华 西藏那曲扎西温泉区 手标本暗灰-黑灰色，非晶质结构，树枝状构造。单偏光下,深灰色-灰黑色者为非晶质蛋白石，负高突起。正交偏光下全消光。灰白色部分为空洞，蛋白石无定形，依植物枝体或生物骨架（圆状或椭圆形）沉淀。硅质岩及其它岩类56黄龙的钙化沉积黄龙的钙化沉积硅质岩及其它岩类57黄龙的钙化沉积黄龙的钙化沉积硅质岩及其它岩类58硅华与钙华的比较:硅质岩及其它岩类59第一节 概论第二节 硅质岩的主要类型第三节 硅质岩的成因第
23、四节 硅质岩的成岩后生变化第五节 硅质岩的地质分布和实际用途硅质岩及其它岩类60第三节第三节 硅质岩的成因硅质岩的成因涉及四个方面内容：涉及四个方面内容：1SiO2的来源（陆源、火山作用、生物）2硅质岩的形成方式3硅质岩的形成阶段4硅质岩沉积时的水深硅质岩及其它岩类611、来自大陆上硅酸盐及铝硅酸盐的化学分解产物（主要来源）2、由海底火山喷发及深层热液物质。3、生物硅质介壳和骨骼（生物的硅质骨骼、壳体或碎片）一、二氧化硅的来源问题 赫西（HesseR，1988）总结有三种来源：硅质岩及其它岩类62 海洋中的二氧化硅再循环主要涉及硅质介壳溶解和溶解态二氧化硅的上涌，硅质介壳的溶解作用从洋面下沉持
24、续到洋底，最终转变为硅质沉积物。埋藏期间还继续有溶解及再沉淀作用，直到经过成岩作用才使部分氧化硅固定下来。洋底硅质软泥和钙质软泥的分布各受其补偿溶解深度控制。目目前前海海洋洋生生物物（如如硅硅藻藻、放放射射虫虫、硅硅鞭鞭毛毛虫虫或或硅硅质质海海绵绵）产生的氧化硅量约产生的氧化硅量约2.5lo2.5lol6l6g/g/年年，其中：，其中：1 1）河流提供了）河流提供了4.3104.3101414g/g/年；年；2 2）孔隙回流提供了）孔隙回流提供了5.7l05.7l01414g/g/年；年；3 3）海解作用提供了）海解作用提供了0.8l00.8l01414g/g/年；年；4 4）海底火山活动提供
25、了）海底火山活动提供了0.05l00.05l01414g/g/年；年；5 5）还有）还有1.9l01.9l01414g/g/年的氧化硅是热液注入海水中造成的年的氧化硅是热液注入海水中造成的硅质岩及其它岩类63 在前寒武纪，甚至在30亿年以前的沉积中，不断发现了生命的遗迹。如在北美、南非和澳大利亚等地的寒武系燧石条带和碧玉岩中，都发现类菌藻类的丝状体、杯状体及球状体等的化石遗迹（Enge1，1968；Lebege，1967，1973；Knoll and Barghoorn，1977）。我国鞍山群、五台群、震旦亚界等地层中，也陆续发现不少类菌、类藻、古孢子等生物化石。据研究，这些低低等等的的菌菌、
26、藻藻类类通通过过光光合合作作用用，能能分分泌泌一一种种粘粘液液鞘鞘物物质质，并并以以捕捕获获或或粘粘集集水水体体中中的的SiOSiO2 2胶胶体体质质点点的的方方式式形形成成硅硅质质沉沉积积物物。前寒武纪一些硅质叠层石的形成与这种作用有关。有机成因生物和生物化学作用生物和生物化学作用无机成因化学作用，包括交代作用化学作用，包括交代作用2硅质岩的形成方式（1）生物和生物化学作用方式硅质岩及其它岩类64 硅硅质质生生物物（硅硅藻藻、放放射射虫虫、硅硅质质海海绵绵等等）具具有有直直接接从从海海水水中中吸吸取取硅硅质质，通通过过对对悬悬浮浮在在水水体体中中铝铝硅硅酸酸盐盐质质点点进进行行腐腐蚀蚀和和分
27、分解解，从从中中吸吸取取SiO2 SiO2,以以组组成成它它们们自自身身躯躯壳壳的机能。的机能。硅质生物在繁殖过程中往往受水体环境的控制，如海水的温度、盐度、深度等因素，并可随季节性的变化而发生周期性的盛衰。有人曾作过统计，在广海的富含硅质生物的表层水中，氧化硅的含量季节性地在0.52.0mgL之间波动。此外，与洋流和火山活动也有密切关系。硅质岩及其它岩类65（2）化学作用方式 根据地球的发展演变规律性推断，在古代海洋中二氧化硅的浓度很可能超过非晶质二氧化硅的溶解度，所以就会发生无机的二氧化硅沉淀（Degells，1964）。这种沉淀主要通过蒸发作用使海水中的SiO2浓缩，达到或高于饱和度时发
28、生凝聚而沉淀下来（Barchert，1966；James，1974，Holland，1974）。有人认为只要水介质中存在大量的电解质，那么水介质中的硅质便可吸附及沉淀在胶体和悬浮的无机质点上。这样，可溶的质点就可以与无机质点一起进行搬运，并在合适的条件下沉积于海底（Bien，GA等，1959）。硅质岩及其它岩类66 尤斯特尔（Eugter，1967）等人提出了一个湖湖相相模模式式（包括干盐湖和淡水内陆湖模式）：认为咸水湖水中的SiO2浓度可高达2700mgL，由于蒸发作用使非晶质SiO2NaSi7Ol3（OH）33H2O的沉积，而后再经长期脱水、脱钠，先形成硅酸钠凝胶会转变成燧石。在东非的马加
29、迪湖底的更新世沉积中，已发现有大量燧石及结核层。另外，海底火山喷发物，经海解作用而分解出大量的SiO2，可使局部地区海底达到或高于SiO2的饱和度（100120mgL）而发生沉淀。该机理可用于解释地槽区的碧玉岩和硅岩层的成因。对不含生物或含得极少的硅质岩，以及前寒武纪的硅质岩，很难用生物来解释其成因，只有归因于氧化硅的化学沉淀。硅质岩及其它岩类67 控制SiO2溶解、沉淀的主要因素为温度、pH值 实验分析证明，在2122的平衡条件下溶液中SiO2含量连续70d保持在100150mgL；随温度升高，溶解度加大，在150时超过600mgL。当pH值小于8时，其溶解度低或基本保持不变；pH值大于8以
30、后，其溶解度及溶解速度都迅速增高。硅质岩及其它岩类68（3）交代成因方式 在碳酸盐岩中，常见经硅化作用而形成的交代硅质岩。硅化主要是在交代作用过程中进行的，它发生在同生、成岩、后生的各个作用时期，经常与之发生交代的矿物主要为方解石、白云石、石膏、硬石膏等，有时也交代生物化石。自然界中常见硅质矿物与碳酸盐矿物相互交代。其反应式为：CaCO3H2OCO2H4SiO4SiO2Ca2+2HCO32H2O交代硅质岩往往继承原岩的许多特征，如交代硅质岩的颜色和结构一般与原岩相一致。SiO2的交代又具有明显的选择性，一般总是优先交代生物遗体或富含有机质及孔隙度高的部分；在粒屑灰岩中在粒屑灰岩中，其胶结物常常
31、先被交代。有人认为有机质分解过程中产生有机酸，在其周围形成弱酸性环境，有利于SiO2沉淀与交代。碳酸盐岩中的燧石结核多数为交代作用的产物。硅质岩及其它岩类69 由于前寒武纪（大约7.6108年以前）的生物均属无骨骼及壳体的细小菌藻类，不完全同于寒武纪以后的硅质造岩生物，死亡堆积后骨骼易于保存。为有别于此，而称之为隐生物硅岩（或燧石岩）类较为适宜。其形成和演化大致与化学成因硅岩是并列的，尤其在20亿年前左右，相当原核生物转变为真核生物时期，这种沉积作用达到了高潮，然后衰减，直到寒武纪以后，逐步被生物硅岩所取代，其演化模式如图所示。硅质岩及其它岩类70三、硅质岩的形成阶段燧石结核的成岩交代证据主要
32、有：燧石沿石灰岩裂缝分布；结核形状极不规则；结核中残留有碳酸盐斑块，或保留有白云石的菱面体晶形；保存有碳酸盐岩的残余结构构造；硅化生物与燧石共生，且完好地保留有被交代生物壳质结构，结核与围岩 中生物遗体排列具有一致性；某些燧石沿碳酸盐岩内一定的带分布，也有的燧石沿水下沉积间断面分布，见有交代虫孔及硬底岩石现象；如为交代膏盐沉积的燧石，则多由正玉髓组成，具有斑马状构造、鸡笼铁丝网状构造的假象，并含膏盐微晶包体。原生沉积：生物成因的硅质岩、碧玉、硅质板岩及部分层 状燧石成岩期产物：结核状燧石硅质岩及其它岩类71四.硅质岩沉积时的水深 硅质岩有深水沉积也有浅水沉积。硅质岩是多种成因的岩石，既有原生沉
33、积的，又有次生交代的；有些是生物遗体直接堆积形成或为变化后的产物，有些则与火山作用关系密切；近年还找到了季节性碱性湖泊沉积的燧石的实例。但并非所有硅质岩的成因都已得到了圆满的解释。佩蒂庄(1975)将硅质岩的物质来源和形成方式归纳如下图所示。硅质岩及其它岩类72硅质岩及其它岩类73桂东寒武系培地组硅质岩成因桂东寒武系培地组硅质岩成因 为一套成熟度低的浊积碎屑岩,沉积过程中没有火山熔岩喷发,不具备沉积大量厚层硅质岩的物质基础,类硅质岩在区内极其少见也说明了这一点,因而大量硅质岩层的形成无法用化学沉积、生物沉积或交代作用进行解释。硅质岩的化学成分、微量元素和稀土元素特征研究表明,区内硅质岩是热水喷
34、流沉积的产物,在沉积过程中有一定的陆源物质混入。Ce 出现弱正异常也表明了区内喷流热水沉积硅质岩是在大陆边缘坳陷环境中形成的。块状硅质岩为近喷流口处产物,其中夹多层气孔状硅质岩或气孔状硅质岩角砾,表明在喷流沉积过程中出现了沸腾作用,硅质岩中CO2 含量明显偏低或为零值则是在沸腾作用过程中CO2 逃逸所致。在远离喷流口处或喷流间歇期,热水溶液的沉积过程中混有较多原地沉积物,从而形成条带状含碳硅质岩。硅质岩中的滑塌构造及硅质岩穿层现象表明热水沉积过程中已沉积的“烟囱”物质在尚未固结时发生垮塌和滑塌。实例实例硅质岩及其它岩类74金矿床往往与产于喷流口附近的硅质岩相伴产出,而远离喷流口沉积的碳硅质条带
35、状硅质岩中一般仅见有金矿化,则说明热水中富含的成矿元素主要在喷流口附近发生了沉积,随着远离喷流口,金属组分浓度逐渐降低,加之原地沉积组分的混入,使金物质含量进一步减少。后期热液改造过程中利于金的再富集。硅质岩在构造应力作用下,形成透镜体化、劈理化、碎裂岩化,含碳泥质岩则发生层间滑动,形成柔皱、片理化,二者共同组成一个强应变带,从而为矿液充填提供场所,同时碳硅质本身也是金的良好捕获剂。硅质岩是金矿成矿的有利岩系,可作为区内沉积-改造型金矿找矿的标志。桂东寒武系培地组硅质岩与金的富集规律桂东寒武系培地组硅质岩与金的富集规律 实例实例硅质岩及其它岩类75第一节 概论第二节 硅质岩的主要类型第三节 硅
36、质岩的成因第四节 硅质岩的成岩后生变化第五节 硅质岩的地质分布和实际用途硅质岩及其它岩类76 无论是以生物或非生物成因的原始硅质沉积物，均由一种含水的结晶质SiO2蛋白石组成，在成岩期经过脱水和重结晶作用而转变为玉髓和石英。随着埋藏深度和地温的增加，蛋白石的水分子逐渐被排出，在一定浓度梯度影响下，化学质点发生重新排列组合，形成新的结晶质点和晶体，即所谓重结晶作用。厄恩斯特和卡尔弗特（Ernst and Calvert，1969）已确定出在不含循环水的中性溶液中的蛋白石石英转变的速度常数：在200蛋白石完全转变为石英需47年，在100需3.6万年，在50需4.3百万年，在20需180百万年。由于
37、地下温度常大于地表温度，所以蛋白石完全转变为石英的最大值应是180百万年。几乎所有现存的蛋白石质岩石都是在新生代，最老的是早白垩世阿尔必期的，大约有100百万年。现代深海钻井证实，最年青的燧石结核其时代属更新世（约12百万年）。硅质岩及其它岩类77 近10年来，人们运用X射线衍射分析和电子显微镜，对现代硅质沉积物和年青的硅岩进行了精确测定，充实和完善了生物硅质软泥在埋藏成岩作用期间的矿物转变特点。每个阶段都是根据一个主要的普通低温氧化硅相确定的：1）硅质软泥或硅质泥的蛋白石A阶段；2）瓷状岩的蛋白石CT阶段；3）狭义燧石（石英质燧石）的微晶石英或石英阶段。硅质岩及其它岩类781、硅化作用 硅化
38、作用是自然界很常见的一种地质现象，这一作用对于碳酸盐岩和碎屑岩储集层的孔渗发育影响比较大。硅化主要是在交代作用过程中进行的，它可发生在同生、成岩、后生的各个作用时期，经常与之发生交代的主要是方解石、白云石、石膏、硬石膏等类矿物，有时也交代生物化石。硅质与碳酸盐矿物相互交代更为普遍。SiO2的交代有明显的选选择择性性，一般总是优先交代富含有机质或多孔隙的部分。有机质分解过程中产生有机酸，在其周围形成弱酸性环境，有利于SiO2的沉淀与交代。我国南方二叠系石灰岩的生物化石非常发育，SiO2常常围绕它们交代和聚集成燧石结核、团块或薄层，燧石中包裹的骨壳较好地保存了生物壳层的内部结构。在广西桂中地区上二
39、叠统中少数含生物红藻屑石灰岩硅化极好，已成硅质岩层，原来的钙质生物红藻、珊瑚、蜓、苔藓虫、有孔虫、介形虫等，硅化后均完好地保存了它们的原始骨骸结构。硅质岩及其它岩类79 硅质交代钙质生物由易至难的一般顺序为：苔藓类四射珊瑚床板珊瑚棘皮类有孔虫钙质海绵伞藻。在其他类型沉积物（岩）中的硅化也是一种很有趣的现象。埋藏于河流相砂砾岩中的树干常硅化成硅化木，但与粘土岩共生的泥炭沼泽相中的植物残骸却常常碳化。这是因为碳化作用所需要的是封闭系统，而砂砾岩具良好的孔隙度，近似一个开放系统，有利于矿化的渗透水中的硅质进行交代。煤系地层中碎屑岩的硅化是因为在有机质转化为煤的过程中，造成了酸性的介质条件所致。硅质交
40、代的产状还常常受围岩的结构、构造控制。在纹层发育的石灰岩或白云岩中，硅化常沿层纹进行，这种硅化多发生于成岩早期。硅质岩及其它岩类802、去硅化作用 成岩后生阶段，硅质成分也可被碳酸盐或粘土矿物交代，即去硅化作用。其简要的机理是硅质石灰岩（或白云岩）、钙质（或白云质）砂岩在后生阶段继续脱水，介质性质由弱碱性（pH9）变为强碱性（pH9）时，方解石或白云石将交代硅质部分，以及产生硅质或石英颗粒的溶蚀构造。这一现象在华北古生界或中、上元古界地层中也较常见。硅质岩及其它岩类81 总之，从成岩早期至后生作用阶段，在酸性介质条件下，易发生硅化作用；在碱性介质条件下，易发生去硅化作用。而在整个变化过程中，也
41、是由早至晚，由弱至强，由简单到复杂的连续过程，并与岩石性质、埋藏深度、地温变化、循环水性质等因素有密切关系。硅质岩及其它岩类82第一节 概论第二节 硅质岩的主要类型第三节 硅质岩的成因第四节 硅质岩的成岩后生变化第五节 硅质岩的地质分布和实际用途硅质岩及其它岩类83洁白纯净的硅质岩可作为玻璃原料；含硅藻丰富的硅藻土可用作滤清材料或隔音材料；颜色光泽美丽的碧玉岩可做宝石或雕刻工艺品的原料；瓷土岩可做轻体建筑的原料等。硅质岩的用途随其成分和结构特征不同而异硅质岩及其它岩类84硅质岩的地球化学(硅同位素特征、稀土元素特征)与沉积环境、硅质来源的关系研究；数学地质方法在提取硅质岩成因信息中应用；硅质岩中放射虫化石组合、古生态与形成环境、大地构造背景的研究；硅质岩中放射虫化石组合与地层时代的确定；利用硅质岩的Rb2Sr 同位素组成特点探讨了硅质岩的物源、环境、成因和形成年代；硅质岩的阴极发光特征具有一定的构造地层分区意义 当前硅质岩的研究方向硅质岩及其它岩类
