第6章第7节成岩作用.ppt

第七节碳酸盐沉积物的成岩作用,碳酸盐沉积物的沉积后作用或广义的碳酸盐岩的成岩作用，是在沉积作用阶段之后，碳酸盐沉积物及碳酸盐岩所发生的一系列的物理的、化学的、物理化学的和生物的作用，以及这些作用所引起的碳酸盐沉积物和碳酸盐岩的结构、构造、成分以及物理和化学性质的变化。,一、主要类型,碳酸盐沉积物沉积后作用中的狭义成岩作用类型很多，主要有溶解作用、碳酸钙矿物的转化作用和重结晶作用、胶结作用、交代作用、压实作用以及压溶作用等。,1、溶解作用,易溶性是碳酸盐沉积物（岩）最明显的特征之一。在碳酸盐岩的各个成岩阶段都可以发生溶解作用，同生期和成岩早期的溶解作用常具选择性的特点。这是由于海洋沉积物内的不稳定组分，如文石和高镁方解石的生物骨骼以及文石质的鲕粒和晶体比方解石易受溶解而造成的。,成岩作用晚期阶段，由于不稳定组分已经转变为低镁方解石，其溶解作用多不具选择性，称为非选择性溶解。这时水溶液沿节理、裂缝和原生孔隙流动并将它们扩大的一种溶解作用，常形成溶孔、溶缝、溶沟和溶洞。,溶解作用可以在碳酸盐岩成岩过程中多次发生，各个世代的溶解作用对成藏的影响不尽相同。因此，研究和区别不同时代的溶解作用及其孔隙特征是有很大实际意义的。,溶解-充填-再溶解,2、碳酸钙矿物的转化作用,包括两种情况：一种是矿物的同质多象转化，这种转化仅发生晶格和晶形的变化，并不发生化学成分的变化，如文石转变为低镁方解石即属于这种类型；另一种变化有离子的带出，即有化学成分的变化，如高镁方解石转化为低镁方解石时有镁离子的带出，但无晶格和晶形的变化。文石、高镁方解石-低镁方解石也叫“方解石化”作用。,文石质生物骨骼经方解石化后，其原始壳层构造一般尚能残存。,3、重结晶作用,单纯的重结晶作用是指在成岩过程中，矿物的晶体形状和大小发生变化而主要矿物成分不改变的作用。一般情况下趋向于出现晶体长大的现象，福克称之为“进变新生变形”作用。特殊情况下也可能发生晶体的缩小，或称为“退变新生变形”作用。,1微亮晶的形成作用由文石或高镁方解石组成的海相碳酸盐泥，在埋藏条件下发生渐进成岩作用时，通过矿物的转化和重结晶作用，都要转变为低镁方解石，使晶体增长至5-10大小的微亮晶。2微泥晶的形成作用观察古代石灰岩时，常见某些有孔虫、珊瑚藻类和粪球粒，它们都是由粒径仅1左右的泥晶方解石组成，不透明，在反射光下略带白色，福克称其为,“微泥晶”。这可能就是罕见的一种“晶体缩小”的重结晶现象，即“退变新生变形”作用。,4、胶结作用,研究胶结物的意义在于胶结物反映了沉积作用以后的变化和特征。组成碳酸盐岩胶结物的矿物很多，但最主要的是碳酸盐类矿物。,1碳酸盐胶结物的矿物成分和结晶形态胶结物矿物成分：方解石（即低镁方解石）、文石、镁方解石（即高镁方解石）和白云石。三种结晶形态，即泥晶、纤维晶和较粗的粒状晶体。任何一种碳酸盐矿物都可以构成泥晶胶结物；纤维状及针状是文石特有的形态；镁方解石有时也呈纤维状；粒状是白云石和方解石胶结物的特征形态，可呈自形与半自形菱面体、叶片状或他形。,2碳酸盐胶结物的世代在古代石灰岩中，早期胶结物一般在颗粒周围组成薄边胶结，常见为纤维状或马牙状无铁方解石；后期胶结物多为粒状含铁方解石，有时按含铁量递增或递减的顺序还可组成多期胶结。早期方解石胶结物多为海水成因的文石或高镁方解石经成岩变化而成，后期的可能为淡水成因或从深埋的地下孔隙水或原生水沉淀形成。,3亮晶方解石胶结物与新生变形方解石的区别,5、交代作用,在碳酸盐沉积物或碳酸盐岩中，原来的矿物和组分被新矿物取代的作用称为交代作用。碳酸盐岩中常见的交代作用有白云石化、去白云石化、石膏化和硬石膏化、去石膏化、菱铁矿化和黄铁矿化等。,（1）去白云石化作用方解石交代白云石的作用称为去白云石化作用，交代完全时可形成交代石灰岩。去白云石化过程主要是在富含硫酸盐的地下水作用下进行的。CaMg(CO3)2CaS042H2O2CaCO3MgSO42H2O去白云石化作用比较局限，分布范围不广。,（2）石膏化和硬石膏化作用石膏和硬石膏交代碳酸盐矿物或组分的现象称为石膏化和硬石膏化。这是硫酸盐化作用中最常见的类型。其发生可能与含硫酸盐的孔隙水活动有关。在地下石膏将被硬石膏交代。交代成因的石膏和硬石膏，一般都具有被交代矿物或颗粒的假象。交代不完全时，晶体中保留有残余颗粒的包体，这种包体在反射光下常呈混浊状到褐色。,（3）去石膏化作用去石膏化常与地表淡水和细菌的作用有关。在地下，还原硫细菌与硫酸盐产生下列反应：6CaSO44H2O6CO26CaCO34H2S11O22S上式表示硫酸盐被细菌还原，产生硫化氢和硫，同时还伴生有方解石交代石膏的作用，硫或被水带走，或留下富集成自然硫矿床。自生石膏和硬石膏常为板状晶体，或为纤维状、长柱状或粒状，分散或放射状分布于碳酸盐岩中，也常成层分布或呈结核状或“鸡雏”状结构产出。后者溶蚀后常使围岩显现为特征的“鸡笼铁丝”状格架的构造。,（1）压实作用颗粒碳酸盐岩中常见的压实现象有：颗粒点接触频率高、颗粒定向和变形、颗粒间线状接触或曲面接触、颗粒压平、颗粒断裂或破裂、颗粒错断或分离、颗粒表皮撕裂、颗粒表部揉皱、颗粒内部构造形变、颗粒在应力作用下发生粉碎性碎裂和有机质破碎变形为不规则细脉。,6、压实作用和压溶作用,早期发育的胶结作用或白云石化作用，极大地妨碍碳酸盐沉积物压实作用的进行。,（2）压溶作用压溶构造主要表现为缝合线构造。,二、成岩作用的环境,简称为碳酸盐成岩环境。划分为五种基本类型：海水环境，又分为海水潜流和渗流两个亚环境；大气淡水环境，又分为淡水渗流和潜流两种亚环境；海水淡水混合环境；埋藏环境，又分为浅埋和深埋两种亚环境；表生环境。,海洋碳酸盐沉积物沉积后经历的环境演化视埋藏条件或暴露条件的不同，表现为不同的演化系列，主要是由海水环境到埋藏环境的演化系列（由于埋藏变深）、由埋藏环境到表生环境的演化系列（由于构造抬升使埋藏变浅）以及由海水环境到淡水环境的演化系列（由于埋藏变浅）。,1.新月形结构；2.悬垂状结构；3.渗流豆粒；4.渗流粉砂；5.须状方解石；6.洞穴流水石；7共轴生长；8选择性溶解；9.非选择性溶解；10.粗晶单晶铸型；11.铁方解石；12.片状方解石部分交代有孔虫；13.调整白云石化；14.蒸发泵白云石化；15.渗透回流白云石化；16.混合白云石化；17.淡水白云石；18.白云石共轴生长；19.硬化粪球粒；20.硬化葡萄石；21.硬化鲕粒；22.泥晶套；23.泥晶化颗粒；24.泥晶壳；25.等厚纤维状环边结构；26.环边结构中微晶白云石包体；27.压实现象；28.之状链鲕；29.颠倒鲕粒；30.等宽带状亮晶方解石胶结物；31缝合线构造、32.连生结构；33.新生变形共轴生长；34.退变新生变形,据王英华等人（1994）,上述各成岩环境的成岩标志和胶结作用特征。,第三节成岩序列和成岩阶段,任何碳酸盐岩成岩地质体都是多种成岩作用的综合产物。不同成岩作用随成岩环境的变迁而不断改变，同类成岩作用也可以形成于不同成岩阶段。因此，在不断演化的成岩环境控制下，每一碳酸盐岩地质体都有其特定的成岩序列和成岩阶段。,一、成岩序列,成岩序列是在同一成岩体中各类成岩作用发育和演化的次序。不同的碳酸盐岩沉积体具有不同成岩序列。,二、成岩阶段及其划分标志,由于碳酸盐岩各成岩阶段所经历的多为非单一的成岩环境，故其划分标志也是多种成岩环境标志的综合。碳酸盐岩成岩阶段划分方案繁简不一，划分日趋简化。,1早期成岩阶段指沉积物脱离沉积介质后，进入地表成岩环境直至深埋藏期之前，其中包括同生期成岩作用，可称为早期成岩阶段。成岩环境：大气淡水环境或混合水环境或海水成岩环境。成岩作用复杂多样，渗流砂结构、重力胶结、世代栉壳胶结、共轴增生、颗粒和晶体铸模及单晶充填、淡水白云石、泥晶化、准同生白云石化、混合白云石化、膏化、去膏化、去白云石化、溶孔、溶洞，以及低Sr，B，Na和富Fe3+，13C，18O等均可作为区分标志。,2中期成岩作用即深埋藏阶段，典型标志为压实、破碎、变形、嵌入、应变重结晶、压溶、调整白云石化、异形白云石、黄铁矿化、硅化及自生石英、长石等。3晚期成岩阶段构造抬升导致岩石重新回返大气淡水成岩环境，常见成岩类型为渗流砂、溶解和淡水方解石充填、混合白云石化、硅化、褐铁矿化、去白云石化、去膏化、膏溶角砾岩、洞缝高岭石充填、低Sr，B，Na和l3C呈负值等。早、中、晚成岩阶段各具不同的成岩环境，沉积组构随成岩阶段不