碳酸盐岩总论

1,第十五章碳酸盐岩总论,碳酸盐岩的矿物成分、化学成分、结构组分、碳酸盐岩的构造等,2,第一节概述,碳酸盐岩是主要由方解石和白云石等碳酸盐矿物组成的沉积岩。石灰岩和白云岩是碳酸盐岩的主要岩石类型。碳酸盐岩分布很广，在沉积岩中居第三位；重要的生油岩和储油岩。在当前国内外的大油气田中，碳酸盐岩产层占50，产量占60。碳酸盐岩是重要的冶金熔剂、化工原料、建筑工业原料（水泥、石灰）、耐火原料、提炼金属镁的原料等。,3,第二节碳酸盐岩物质成分,一、碳酸盐岩矿物成分（一）碳酸盐矿物主要由方解石及白云石两种碳酸盐矿物组成。以方解石为主称石灰岩，以白云石为主称白云岩。铁白云石、菱镁矿、菱锰矿、菱铁矿等碳酸盐矿物。,4,一、碳酸盐岩的矿物成分,总的来说，碳酸盐矿物系由二价络阴离子CO3-2(其离子半径为2.5710-10m)与一个以上的二价阳离子（阳Mg,Ca,Zn,Mn,Fe等）结合而形成无水碳酸盐矿物。单位换算：1=10-10m,5,碳酸盐矿物的结晶型与阳离子半径的关系,方解石型矿物属于三方晶系，配位数为6，较小的阳离子在能量上有利于形成六次配位的三方晶系。较大的阳离子有利于形成9次配位，形成较大的单斜晶系。Ca离子的位置比较突出，可形成两种晶系的矿物。,6,方解石（也称低镁方解石）高镁方解石文石等矿物白云石,7,MgCO3含量一般大于10mol，有时可达30mol。其特点：其镁含量虽高，但方解石的晶格并未破坏。溶解度很大，在PH值降低条件下不稳定；容易向低镁方解石或白云石转化，所以只能存在于现代碳酸盐沉积物中。福克（1976）曾指出，高镁方解石形成于富镁的海水中（MgCa的比值大于2：1）。如果有细菌作用参于，多形成晶面弯曲的晶体。,（1）高镁方解石,8,（2）低镁方解石（或方解石）含MgCO32mol3mol，一般不超过5mol。其基本特征：这种结构相态最稳定，是岩石中最终保存下来的矿物相之一。古代石灰岩主要由方解石组成。其形成条件是：溶液中Mg2+浓度低，MgCa小于2:l；温度低(16)；有SO2-4存在；pH值（78）和盐度3.5；存在有机化合物；分布特点：广泛存在于介形虫、三叶虫、有孔虫、层孔虫以及某些腕足动物和苔藓动物原始骨路之中。,9,（3）文石又名霞石含MgCO3少于2mol。是方解石的同质异象变体。基本特征：(1)在现代沉积物中常呈现针状，有时也呈现泥状。(2)形成有利条件为：温度较高（15），温暖浅海沉积物以文石为主；pH值8；盐度高，超盐条件有利于形成文石；MgCa2：1（3）海水中文石较方解石易沉淀的原因，李普曼（Lippman）认为与文石成核速度和结晶速度比方解石更快有关。,10,（4）白云石化学式：CaMg（CO3）2理想白云石是Mg2+：Ca2+=1：1理想的白云石是有序结构的碳酸盐矿物，白云石区别于其它碳酸盐矿物，不仅在于Mg的含量，而在于具有这种有序的结构。在自然界中，这种理想的白云石是很少的。碳酸盐岩中的白云石通常都是富钙的，有序程度也有所降低。现代碳酸盐沉积物中的白云石更是如此。,11,（二）非碳酸盐矿物1、非碳酸盐自生矿物：石膏、硬石膏、天青石、重晶石、萤石、石盐。钾石盐、玉髓、自生石英、黄铁矿、赤铁矿、海绿石、胶磷矿等。另外，还常含一些陆源矿物，如粘土矿物、石英、长石、云母、绿泥石，以及一些重矿物等。2、有机质：这些矿物成分在判断碳酸盐岩的成因及沉积环境上，都是很有用处。,12,二、碳酸盐岩化学成分,纯方解石：CaCO3纯白云石:CaMg（CO3）2实际上自然界中碳酸盐岩总或多或少含有其它化学成分;常含有一些微量元素或痕量元素，如Sr、Ba、Mn、Co、Ni、Pb、Zn、Cu、Cr、V、Ga、Ti、B等。,13,第三节碳酸盐岩结构组分,碳酸盐岩主要由颗粒、泥、胶结物、晶粒、以及生物格架五种主要的结构组分组成。此外，还有一些次要的结构组分，如陆源物质、其它化学沉积矿物、有机质等；派生的结构组分如孔隙等。这些次要的和派生的结构组分对岩石性质也有一定的影响，对岩石的成因分析有重要意义。,14,一、颗粒,在碳酸盐岩中，常见颗粒类型有内碎屑、鲕粒、生物颗粒、球粒、藻粒、以及其它颗粒。说明：（1）颗粒与砾岩、砂岩、粉砂岩中砾、砂、粉砂相似。（2）按其是否在沉积盆地中生成，可分为盆内颗粒和盆外颗粒两大类。盆内颗粒是主要的，盆外颗粒是次要的。（3）颗粒的粒径划分与砂岩中的2进制划分标准一样。教材表15-3P247。,15,（一）内碎屑,内碎屑主要是沉积盆地中沉积不久的、半固结或固结的碳酸盐（主要是碳酸钙）沉积物，受波浪或水流作用，破碎、搬运、磨蚀、再沉积而成的。内碎屑根据其颗粒直径大小，划分为砾屑、砂屑、粉屑、和泥屑四个级别；砂屑和粉屑还可以再细分。,16,1、砾屑灰岩,有一种灰岩中的砾屑多呈现扁饼状，圆度好，其侧面常呈长条状，似竹叶，其扁平面多平行层面，但也有呈现叠瓦状排列的，因而常被称作竹叶状砾屑灰岩。除此之外，非竹叶状的其它类型的砾屑也相当常见,17,2、砂屑灰岩,砂级内碎屑砂屑多为泥晶石灰岩的碎屑，圆度及分选一般都较好，大都近于球形。但也有形状很不规则的砂屑。直到近若干年才逐渐被人们重视，人们才逐渐认识到砂屑比砾属的分布还要广泛。这种砂屑在显微镜下极易观察，在岩石风化面上也可以观察出来，但在一般的岩石表面则不易认出。,18,19,3、粉屑颗粒：其特征与砂屑基本相同，仅粒级较小罢了。但是，圆度和分选均较好的粉屑却与球粒很难区别。4、泥屑：泥级的内碎屑；从理论上讲，肯定是存在的；仍然难以把这种碎屑成因的泥屑与化学沉淀成因的泥晶以及生物成因的泥级生物颗粒区分开。因此，在通常情况下，使用“碳酸盐泥”或“泥”、“灰泥”、“云泥”这些概括性的术语来概括这三种成因的泥。,20,（二）鲕粒,1、鲕粒概念与基本特征鲕粒：是具有核心和同心层结构的球状颗粒。很象鱼卵子（即鲕）。核心可以是内碎屑、化石（完整的或破碎的）、陆源碎屑、以及其他物质。同心层主要由泥晶方解石组成；现代海洋环境中鲕粒主要由文石组成。有的鲕粒具有放射状结构，有的则只限于几个同心层中。粒径一般为：20.25mm，大于2mm和小于0.25mm均较少见。,21,同心鲕,2、鲕粒分类根据鲕粒结构和形态特征，分为以下几类：（1）正常鲕：其同心层厚度大于核心的直径。一般所说的鲕粒都是指的这种正常鲕。,22,23,放射状、同心鲕粒,（2）表皮鲕：其同心层厚度小于其核心直径。有的表皮鲕只有一层同心层，亦叫薄皮鲕。,24,表皮鲕,25,放射状鲕粒,（3）放射鲕具有放射结构鲕粒,26,（4）复鲕：在一个鲕粒中，包含两个或多个小鲕粒。,27,（5）偏心鲕：鲕核不在中心，同心层有时不封闭。,28,（6）连生鲕：在静水条件下形成的无机放射鲕的连生体。它与复鲕的区别在于单个鲕为放射结构，连生体外无包壳。数个单鲕呈并列状或葡萄串状连生，是一次成鲕作用形成的。,29,空心鲕,（7）空心鲕：内部（核心及同心层的大部或全部）已选择性溶蚀的、基本上只保留下一个外壳的鲕粒。,30,空心鲕和表皮鲕,31,（8）变形鲕：鲕粒在同生期受底部水流冲刷或拖曳变形而成。（9）压溶鲕：原生鲕在压力作用下，变形破裂，并伴有局部压溶。（10）充填鲕：原文石质的鲕粒受淡水溶解后留下铸模孔，后又被方解石充填。,32,单晶鲕,（11）单晶鲕和多晶鲕：整个鲕粒基本上由一个方解石晶体或几个方解石晶体构成。,33,单晶鲕,34,（12）藻鲕：这是在藻参与下形成的鲕粒,35,（三）生物颗粒,1、概念生物颗粒兼指经过搬运和磨蚀的和没有经过搬运和磨蚀的生物化石碎屑和完整的生物化了个体。,36,没有经过搬运和磨蚀的生物化石碎屑，大都是原地沉积的化石个体的自然解体或食肉动物的破坏而引起的。同义术语很多，如“化石”、“化石颗粒”、“生物碎屑”、“生屑”、“生物骨骼”、“骨骼”、“骨骼颗粒”、“骨粒”、“骨屑”、“骨片”“骨壳”等。生物颗粒是很重要的颗粒类型之一。特别在石灰岩中分布极为普遍。,37,2、生物颗粒基本矿物成分（1）钙质：包括低镁方解石、高镁方解石和文石（2）钙磷酸盐矿物：如腕足类的无铰纲，环节动物多毛纲的大多数属种，节肢动物的肢口纲等；（3）硅质矿物：例如硅藻、金藻、硅甲藻和放射虫等（4）镁碳酸盐矿物：前寒武纪的少数蓝藻能分泌原白云石（多钙白云石）等。（5）有机化合物：组成生物硬体的有机化合物，主要有几丁质、壳蛋白、海绵丝和胶原等。,38,3、生物颗粒形态特征,生物硬体的形态与环境有关，是生态的反映。如低级浮游或底洒自游生物多为薄壳球状体，底栖固着生物则多呈现管状群体。而生物颗粒的形态往往随各门类无脊椎动物和藻类的生长形态而变，也与这些生物骨骼在搬运沉积过程中经受的破碎磨蚀作用的强度有关。,39,应当指出的是，在碳酸盐颗粒沉积过程中，并非介质能量愈高颗粒的磨蚀和分选性就愈好。理想的磨蚀（圆化）和分选主要形成于持续中等能量的介质中；在环境能量过高、环境恶化的情况下，常因颗粒再次破碎、出现圆度补偿作用和介质搅动作用，而使业已达到理想分选的颗粒粒度变成为粗细不均的无分选状态。,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,1、球粒：是一种较细的（多为0.10.5mm）、不具内部结构的、泥晶的、球形或卵形的、分选良好的颗粒。2、粪球粒：生物大便形式排除的、形状近于卵形和椭球形，而且非常均匀的颗粒。形态由这些生物的排泄器官决定的。粪球粒中有机质含量较高，在薄片中呈暗色，这是鉴别粪球粒的重要特征。古代的球粒和粪球粒也几乎总是出现在泥晶石灰岩中，岩石不具强水动力特征。因此，在通常情况下，球粒和粪球粒是较安静环境的标志。,（四）球粒与粪球粒,56,57,58,由蓝绿藻类破碎或解体而成的“藻尘”经过凝聚、加积、滚动形成的颗粒。藻灰结核，有的叫“核形石”或“藻包粒”，常具不规则的同心层结构（它主要是由兰绿藻的粘液，围绕一定的核动，捕获并粘结细粒碳酸盐沉积物所形成。,（五）藻粒,59,核形石层网状裂缝：核形石白云岩，核形石被层层皮壳状白云石包饶。受动力作用，沿皮壳层破裂,60,莱顿等（LeightonandPendexter，1962）把形状不规则的无内部构造的复合颗粒叫做团块。,（七）变形颗粒原来的颗粒如鲕粒和内碎屑、在成岩后生作用阶段，由于压溶作用或其他力学作用的影响，可以发生变形，形成各种各样形态的颗粒。,（六）团块,61,62,碳酸盐泥是与颗粒相对应的另一种结构组分，是指泥级的碳酸盐质点，它与粘土岩或粘土质砂岩中的粘土泥是相当的。“微晶碳酸盐泥”、“微晶“、“泥晶”、“泥屑”是它的同义词。根据它的具体成分，可分“灰泥”和“云泥”。关于泥与颗粒的界限，目前还没有一致的意见。本书暂以0005mm为界。,二、碳酸盐泥,63,关于灰泥的三种成因：（1）化学沉淀作用生成的灰泥；（2）机械破碎作用生成的灰泥；（3）生物作用生成的灰泥。区分三种成因的灰泥很难,64,65,是指沉淀于颗粒之间的结晶方解石或其他矿物，它与砂岩中胶结物很相似。基本特征：（1）这种方解石胶结物的晶粒，一般比灰泥的晶粒粒大，通常0.003mm或0.01mm。由于其晶体较清洁明亮，故常称做“亮晶方解石”、“亮晶方解石胶结物“或“亮晶”。（2）第一世代的胶结物一般呈枳壳状，第二世代多呈亮晶嵌晶粒状,三、胶结物,66,（3）亮晶方解石胶结物与粒间灰泥的区别在于：亮晶晶粒较大，灰泥则较小；亮晶方解石清洁明亮，灰泥则较污浊；,亮晶胶结物常呈现出格壳状等特征的分布状况，灰泥则没有；亮晶胶结物一般为高能环境下的产物，灰泥一般为低能或快速堆积。灰泥重结晶方解石晶体与亮晶方解石区分开，就有一定困难。,67,（4）在碳酸盐岩中，胶结物的矿物成分，除方解石外，还常有白云石、石膏等。关于这些矿物的成因，应具体分析。（5）在碳酸盐岩中，常见的胶结类型有枳壳状胶结（也称晶簇状胶结）、粒状嵌晶胶结、连晶胶结。,68,69,70,71,72,73,晶粒是晶粒碳酸盐岩（也称结晶碳酸盐岩）的主要结构组分。晶粒可首先根据其粒度划分为砾晶、砂晶、粉晶、泥晶等；砂晶和粉晶还可再细分。（教材表15-3）,泥晶和细粉晶的方解石和白云石，主要是原生或准同生的；粗粉晶以上的方解石和白云石，主要是次生的，即重结晶或交代作用的产物。,四、晶粒,碳酸盐岩晶粒划分及命名方案,75,76,77,一般认为，生物格架包括生物骨骼格架和生物粘结格架等类型，而以前者为主。生物骨骼格架是原地生长的群体生物如珊瑚、苔薛、海绵、层孔虫等，以其坚硬的钙质骨骼所形成的碳酸盐格架。生物格架是礁碳酸盐岩的不可缺少的结构组分，所以也称礁格架。但也并不是所有的生物格架都成礁。,五、生物格架,78,79,珊瑚礁,南海礁,80,碳酸盐岩构造十分多样，碎屑岩中的构造几乎都可以出现在碳酸盐岩中；此外，碳酸盐岩还常有一些自己独有的构造类型，如叠层石、鸟眼构造、示顶底构造、缝合线构造、虫孔及虫迹构造等。,第四节碳酸盐岩的构造和颜色,一、叠层石叠层石由两种基本纹层组成：（1）富藻纹层，又称暗层，藻类组分含量多，有机质高，碳酸盐沉积物少，故色暗。（2）富碳酸盐纹层，又称亮层，藻类组分含量少，有机质少，故色浅。这两种基本纹层交互叠置，即成叠层石构造。,叠层石的基本形态可分为两类：层状（包括波状的等）和柱状（包括锥状的等）。其它形态都是这两种形态的过渡或组合。一般说来，层状形态叠层石的生成环境的水动力条件较弱，多属潮间带上部的产物，柱状形态叠层石生成环境的水动力条件较强，多为潮间带下部及潮下带上部的产物。,83,二、鸟眼构造在泥晶或粉晶石灰岩或白云岩中，常见有一种毫米级大小的，多呈现定向排列的、