夏樹芳·地質旅行（17）

三、各類沉積岩的研究要點

（1）角礫岩：凡稜角和次稜角狀的礫石含量大於50％以上的稱角礫岩。在野外，必須判別角礫岩的成因類型，也就是屬於什麼性質的角礫岩。通常有以下幾種類型：

１沉積角礫岩。計有同生角礫岩（沉積過程中破碎的，如竹葉狀灰巖）、礁翼角礫岩（礁體邊坡崩坍堆積而成）、冰川角礫岩。

２重力角礫岩。由重力作用而形成的，如山崩滑坡角礫岩、巖堆角礫岩、近岸角礫岩。它們均見於地形陡峻的崖坡之下。

３斷層角礫岩。見於斷層的破碎帶上，與地層的分佈無關。

４火山角礫岩。見於火山口附近，是因火山噴發形成的。

５衝擊角礫岩。由於隕石降落，被衝擊岩層破碎而成，分佈比較局部，有隕擊坑及隕石碎塊等佐證。

６溶洞角礫岩。石灰岩或其他易熔岩石，在其洞壁、洞頂發生崩坍而形成的角礫岩，分佈局部，常呈窩囊狀。

７成巖後生角礫岩。常見於山麓地帶。

（2）礫岩：在地層中常見的礫岩有兩種，必須分辨清楚。一是底礫岩，位於某個地層組合底部的侵蝕面上，代表長期沉積間斷以後，一個新的沉積時期開始的產物，故在不整合面或假整合面上時有所見。

在野外如何識別底礫岩？可以根據以下的特點予以判斷：１位於侵蝕面上，其礫石成分具有其下伏各岩層所成的礫石。２礫石的成分比較簡單，常見的以石英質的礫石最多。３礫石的磨圓度良好，分選也好。４分佈的範圍不大，但分佈的層位相當穩定。５同一底礫岩層中的礫石及砂粒，自下而上變細，磨圓度變好。

確定底礫岩存在與否的意義十分重要，因為它既是劃分地層（系、統、組）界線的標誌，又是闡明地殼運動的標誌，是恢復古地理面貌、討論區域地質發展階段性等問題的重要資料。某些礦產的賦存，諸如金、鈾、銅、金剛石、鉬等也往往與底礫岩在一起。因此，在地質旅行中重視底礫岩的研究是很自然的。例如本世紀60年代初期，南京大學地質系師生在贛南工作時，發現泥盆紀地層的底礫岩中含有花崗岩礫石，說明在泥盆紀以前，此間就有地殼的劇烈運動並伴有規模較大的岩漿入侵活動，而此間的大片花崗岩長期以來都認為是發生在中生代的，屬於「燕山運動」的產物。後來，進一步工作，並將兩類花崗岩作化學分析、放射性同位素年齡測定，證明贛南除了燕山期花崗岩以外，還有早古生代晚期的花崗岩，即加裡東期的花崗岩。斷定當地受「加裡東運動」影響十分顯著。由於不同時期的花崗岩賦存的礦種與礦床類型也不相同，因此這一發現為後來找礦提供了重要的理論與實踐的依據。

第二種礫岩是層間礫岩，它的產生大多數是由於沉積過程中局部的環境發生變化，比如水流的沖刷、波浪的衝擊、暫時的乾涸、岸坡的滑動、地殼的微弱升降等均可導致層間礫岩的形成。

在野外，如何認識層間礫岩呢？主要有以下幾項標誌：１相夾在普通的岩層之間，與侵蝕面、不整合面、假整合面無關。２其礫石的成分與其下最接近的地層巖性相關。３有時層間礫岩層之下有沖刷面。４礫石的磨圓度較差，而且含有石灰岩、黏土巖類等容易溶解或易破碎的岩石所形成的礫石。５膠結物、充填物比較複雜。作為最典型的層間礫岩，就是同生礫岩，例如華北地區寒武紀地層中極為常見的竹葉狀灰巖。

在觀察礫岩的岩石性質時，還可以根據礫石的外形和排列情況判斷其形成時的環境。例如在河流中形成的礫石的外形對稱性較差，其長軸方向與水流的流向垂直，傾斜方向與水流流向相反，傾角較大，可達15°～30°。形成於海濱的礫石，排列的傾斜方向對著海洋，傾角較小，7°～8°，長軸方向與海岸平行。

（3）砂岩：凡岩石碎屑中2～0.05毫米粒級的顆粒在50％以上者，叫砂岩。根據顆粒直徑還可以進一步分為巨粒砂岩（2～1毫米），粗粒砂岩（1～0.5毫米），中粒砂岩（0.5～0.25毫米），細粒砂岩（0.25～0.1毫米），微粒砂岩（0.1～0.05毫米）。也可將0.25～0.05毫米的統稱為細砂岩。

砂岩有另一種命名原則，可根據其成分組合關係，基本上分為以下3種：

１石英砂岩。90％以上為石英顆粒碎屑，次為少數的長石、巖屑等。如果從化學成分特點看，其中SiO{2}的含量可達95％～99.5％，故石英砂岩可作玻璃原料或耐火原料。石英砂岩的生成環境，一般為地形起伏不大、氣候潮濕溫和之地，由富含石英的母巖（如花崗岩類）風化以後，不穩定礦物（如容易風化的暗色礦物）消失，留下石英，經較長距離的搬運沉積而成。

２長石砂岩。碎屑物中的石英含量少於75％，而長石的含量大於25％，也就是說，長石含量偏高，而且顆粒多具稜角狀。它常在氣候比較乾燥寒冷、地形起伏較大、地殼活動比較活躍的地區出現。母巖經受強烈的風化和侵蝕作用，在短距離的搬運之後而迅速沉積下來，特別在山間或山前坳地內最為常見。

３巖屑砂岩。又稱硬砂岩、雜砂岩。由於其成分中巖屑的含量較多，占25％以上，它主要分佈於強烈隆起的山前凹陷區內。所以，這類岩石可以幫助我們認識當地某個地質時期地殼運動及其地勢變化的情況。

上述三種不同類型的砂岩，反映出不同的沉積環境，對於恢復當地古地理面貌等，頗為有用，故在野外旅行、穿越剖面時不能疏忽。

當然，砂岩的經濟意義也不小，除其中優質的可用於耐火材料、建築材料外，有時本身還含有金、銅、鉑、鎢、錫等礦砂，至於石油、天然氣、地下水的富集和儲存，也往往與孔隙較多的砂岩有關。

（4）粉砂岩：凡0.05～0.005毫米的碎屑含量達50％以上者，稱為粉砂岩，即介於砂岩與泥巖之間，故常混有砂粒或黏土。粉砂岩是經過長距離的搬運，在平靜的水域中，緩慢沉積而成。如在河漫灘、三角洲、潟湖、沼澤等環境中頗為常見，故借此可以恢復古沉積環境。

與粉砂岩有關的另一種岩石——黃土，是一種半固結的黏土質粉砂岩，風力或水力均可使其沉積，但其形成環境，總是在乾燥或半乾燥的氣候區內。

特別在我國的北方及西北地區，第四紀地層中的黃土或黃土類岩石分佈極其廣泛，因此，在那裡作地質旅行時，如何進行黃土研究，是很重要的。一般應包括以下幾方面內容：

１研究黃土的物理性質，判別其成因類型。此處的物理性質包括顏色、顆粒大小、結構、黏結力等方面。比如砂粒或黏土含量較高，黏結力很強，顏色偏紅者，則與水成（洪積、沖積等）有關。而顏色淺黃帶灰，粉砂含量頗高，以手指研磨，無砂感或黏感，山崖的直立性良好，則可能與風成有關。

２盡可能瞭解黃土地層的地質年代。具體辦法是找尋含在該地層中的化石，特別是哺乳動物、雙殼類、腹足類化石最為常見，它們經常埋藏在黃土地層夾層的砂礫、泥灰岩層中，那些地層原先多系河流或湖泊環境，生物喜歡聚居。如果能找到若干有代表性的標準化石，便可大致確定出更新世的某個階段。

如我國黃土高原上的黃土地層，可分為三個時期，最早的屬早更新世，稱為午城黃土，分佈比較局部；其次屬中更新世的，稱離石黃土，分佈很廣；最新的，屬更新世晚期的，稱馬蘭黃土，分佈面積尚可，基本上是風成類型的。

３初步研究黃土層中的古土壤埋藏情況。據我個人的野外工作體會，黃土層中的古土壤可分為兩種類型：一類是地質年代較新的古土壤，見於更新世晚期或全新世的黃土夾層中，顏色灰暗，與現代土壤十分相似，還能看出土壤發育的A、B、C三層以及古樹根、草根等。

另一類時代較早的古土壤，屬更新世早期或中期的，已見不到原來土壤的顏色及其發育的層次構造，而是由深紅色與淺紅色不同色調相間的條帶組成，在不同色調的界面上，常伴生密集成層分佈的白色鈣質結核。像這種情況，為什麼能斷定它是古土壤層呢？當土層比較長時期地暴露於地表時，土壤層就開始發育了，黃土層中原先就富含鈣質，在雨水的溶淋下，鈣質就向下滲透，直到地下水（潛水）面附近，聚集凝結，特別在氣候乾燥地區，鈣質凝塊就固結成結核，當地殼發生抬升時，潛水面下降到另一高度處，鈣質結核層上升到新的潛水面以上而保存下來。以後，多次的黃土層堆積，多次的土壤層發育，多次的潛水面下降，多次的鈣質結核層的形成，也正是節奏性的地殼運動的結果。例如在汾河河谷地區，更新世中期的黃土層中，可見20餘層色調深淺相間、伴有鈣質結核的古土壤層的遺跡呢！

４注意黃土層的沖刷面或沉積間斷面，這也是劃分黃土地層年代的重要標誌之一。在巖性堅硬的沉積岩層中，沖刷面往往以起伏不平的侵蝕面表現出來；沉積間斷往往以假整合面或不整合面、或巖性與化石性質的突變表現出來。而在巖性大體一致的黃土層中，不可能以像堅硬岩層那樣清楚的界面表現出來，因此，注意沖刷面就顯得十分重要了。

判斷有無沖刷面或沉積間斷，可以掌握以下一些特徵：a.下伏的水平地層有斜面切削其頂。b.多層的古土壤層被起伏不平的侵蝕面所切割。c.界面上下的巖性有顯著變化，尤其在界面上有砂礫夾層出現。d.界面上下土層的色調也明顯改變，而且界面不是水平的。e.起伏不平的界面上，或許有古土壤層的殘留，此時，可以採取孢粉樣品，帶回室內分析，作進一步的論證。

５注意黃土區的地貌特點。除一般黃土區的似喀斯特（似巖溶）地貌現象以外，特別要研究黃土區的階地特點。結合「地文期」的研究，對黃土地層的地質年代的劃分十分重要。例如在汾河地區，河漫灘與一級階地上的次生（經過搬運以後的再沉積作用）黃土基本上是全新世的；二級階地，基本上是更新世晚期的；三級階地，基本上是更新世中期的，在高階地的底部沉積，有時可見更新世早期的黃土層。

（5）泥巖和頁岩：均屬黏土巖類。泥巖不顯層理，呈塊狀，局部失去可塑性，遇水不立即膨脹。頁岩有明顯的頁狀層理，已大部失去可塑性。兩者的成分比較複雜，多數黏土礦物已轉變為水雲母，並常有其他物質混入，因此名稱也多，如砂質泥巖，鐵質泥巖，碳質泥巖，鈣質頁岩（碳酸鈣含量不到25％時稱鈣質頁岩；超過時，則稱泥灰巖；含量更高時，就是石灰岩了），鐵質頁岩，硅質頁岩（如二氧化硅的含量達到85％以上時，則可稱硅質岩、燧石層之類，往往是海底火山噴發或生物成因的），黑色頁岩（往往含有較多的有機質、分散黃鐵礦、菱鐵礦，其層理極薄，無化石，形成於潮濕氣候條件下的深水湖、淡化潟湖、沼澤中），炭質頁岩（含有大量炭化了的有機質，但因其灰分含量高於30％，故不宜作燃料，其風化的露頭能污手，形成於湖泊-沼澤中，常為煤系地層的組成部分），油頁岩（常呈棕黑色，有油脂光澤，具薄層理，黏結性很強，形成於閉塞海灣和深水湖環境中，含瀝青者，則稱為瀝青質油頁岩，經常組成含油或含煤的巖系。油頁岩的含油率可達4％～20％，最高者可達30％，可直接提煉石油）。

黏土巖類的經濟意義很大，野外工作時應予高度重視。以下幾種都屬於有價值的黏土巖類：

高嶺石黏土巖，是含A1{2}O{3}很高的黏土巖，礦物成分以高嶺石為主，以礦物命名稱為高嶺土，俗稱觀音土、五色土。當你用手撫摸時，有很強的滑膩感。具有耐火性和可塑性，故可作為高級耐火材料，也是製作陶瓷器的重要原料，在造紙業、橡膠業、肥皂、化妝品工業等方面也要用到高嶺土。特別在我國，利用含A1{2}O{3}。較高的黏土巖製造陶瓷器皿有著悠久的歷史，例如江蘇宜興丁蜀鎮，素有陶都之稱，當地群眾早在數百年前就利用那裡早石炭世高驪山組的黏土巖作原料，製作出精美的紫砂器皿，名聞遐邇，暢銷中外。其他在煤系地層發育的地區，也利用高鋁質的黏土巖類（它往往含在煤系中）製作陶瓷器，如唐山、淄博等地也是頗有名氣的「瓷都」。

蒙脫石黏土巖，即富含蒙脫石的黏土巖，呈灰白、淺黃、淡紅等色，極柔軟，有很強的吸附性和吸水膨脹性，故大量地用於石油化學工業，其他在油脂、制糖、造酒、造紙、紡織等工業中亦需蒙脫石黏土作淨化劑和漂白劑之用。

凹凸棒石黏土巖，為漂白土中的上品，被廣泛用作精煉石油和塑料、樹脂等的脫色劑；也用作味精產品的光亮劑及釀酒工業上的澄清劑。由於它的孔隙度大，放出「沸石水」以後能吸收有機分子，故又用於環境保護工作，具有較強的去污和吸附作用，可作淨化水域、吸收放射性廢物及有害氣體之用。在農藥、化肥方面用作稠化劑、加厚劑、乳化穩定劑、黏合劑、填料及玻璃琺琅原料等。還因為它在高溫、高鹽度水中具有高度的蝕變性和熱穩定性，故在深海鑽井及地熱鑽井中被選為優質泥漿原料。

凹凸棒石多產於白堊紀及新生代的湖相、海相地層中，特別是第三紀鹼性玄武岩層之間尤為常見，如江蘇六合、盱眙一帶的凹凸棒石黏土即產於此。

水雲母黏土巖，即一般的黏土，為製作陶器和磚瓦的原料。

黑色頁岩，近年發現其中含有多種礦產，如銅、鈾、鉬、釩、鎳等。

（6）石灰岩類：在野外識別不同的石灰岩，主要是根據其結構特點，有以下幾種：

１內碎屑灰巖，如竹葉狀灰巖、礫屑灰巖。

２生物碎屑灰巖，根據所含化石的特點而進行命名，如以貝殼碎屑為主，則名為介屑灰巖；如以蟲跡為主，則命名為蟲跡灰巖；以蜒類殼體為主，名為蜒灰巖；以藻類為主者，名為藻灰巖，含大量鸚鵡螺化石，稱寶塔灰巖（因鸚鵡螺化石縱切面形似寶塔）等。

３鮞狀灰巖，形成於溫暖淺水、攪動不大強烈但具有強烈蒸發的環境中，尤其是在大陸邊緣，穩定的海灘地帶最易發育鮞狀灰巖。

４球粒灰巖，常形成於富含有機質的礁後潟湖環境中。

５團塊灰巖，常見於藻類富集的岩層中。

有時，為了強調石灰岩類中所含成分的特殊，也可冠以礦物名稱：如白雲質灰巖、海綠石灰岩、瀝青質灰巖（臭灰巖）、泥質灰巖等等。

有時，為了強調石灰岩的構造特點，也用構造特點冠其名，如我國南方中奧陶統的龜裂紋（或稱馬蹄花）灰巖。雖然從命名原則講，此類命名不大正規，但在野外應用，加深人們的印象是頗有意義的。

（7）白雲巖：其命名與石灰岩相似，主要是根據其結構特點而定名，在野外常用的名稱有下列幾種：