碳酸盐岩沉积学

1、碳酸盐岩岩石学碳酸盐岩岩石学Carbonate Petrology 碳酸盐岩碳酸盐岩是大于是大于5050的碳酸盐的碳酸盐沉积物经成岩固结而成的岩沉积物经成岩固结而成的岩石，在地表的分布仅次于陆源碎屑沉积岩。石，在地表的分布仅次于陆源碎屑沉积岩。 长期以来，人们对碳酸盐岩地层主要长期以来，人们对碳酸盐岩地层主要偏重于生物化石的采偏重于生物化石的采集和鉴定集和鉴定，对其沉积作用、沉积环境的知识极其贫乏。，对其沉积作用、沉积环境的知识极其贫乏。 在上世纪在上世纪5050年代中期以前，人们认为碳酸盐岩主要都是以年代中期以前，人们认为碳酸盐岩主要都是以无机方式无机方式从海水中沉淀的从海水中沉淀的纯化学产

2、物纯化学产物，尽管也区分了某些，尽管也区分了某些生物生物成因的碳酸盐岩成因的碳酸盐岩（如礁灰岩、介壳岩等）。（如礁灰岩、介壳岩等）。 二战之后，由于在中东以及中美、北美、加拿大、北海等二战之后，由于在中东以及中美、北美、加拿大、北海等地的碳酸盐岩中发现了地的碳酸盐岩中发现了许多高质量、高产量的油气藏许多高质量、高产量的油气藏，从而引，从而引起了人们对碳酸盐沉积学的极大关注，导致了碳酸盐沉积学领起了人们对碳酸盐沉积学的极大关注，导致了碳酸盐沉积学领域中的许多域中的许多理论的发展和观念的更新理论的发展和观念的更新。（高镁方解石、方解石、文石、白云石）1、高镁方解石（High-Magnesian C

3、alcite） 含含MgCO3：1217mol%，不稳定不稳定，易转化为方解石，易转化为方解石和白云石。因此，和白云石。因此，古代沉积物中少见古代沉积物中少见。现代或原生高镁方。现代或原生高镁方解石主要产于解石主要产于红藻和无脊椎动物的骨骼中红藻和无脊椎动物的骨骼中。 形成条件：富镁海水，形成条件：富镁海水，Mg/Ca2:12、方解石（、方解石（Calcite） MgCO3为为23mol%，古代碳酸盐岩的主要成分。，古代碳酸盐岩的主要成分。 形成条件：形成条件：Mg/Ca2:1；温度温度16oC；PH值：值：78，盐度盐度3.5%。第一节第一节 碳酸盐岩的矿物成分碳酸盐岩的矿物成分Compos

4、ition of Carbonate3、文石（、文石（Aragonite） MgCO32:1；温度温度15oC；PH值值8，盐度高盐度高。4、白云石（、白云石（Dolomite） Mg/Ca=1，Mg2+和和Ca2+交替与交替与CO32-排列，排列，古代碳酸盐岩的主要古代碳酸盐岩的主要成分。成分。颗粒、基质、胶结物与孔隙一、颗粒（Grain） 生物碎屑、内碎屑、鲕粒、团粒和藻粒生物碎屑、内碎屑、鲕粒、团粒和藻粒 （1）生物碎屑（）生物碎屑（Bioclast）：不同程度搬运与磨蚀的生物硬体：不同程度搬运与磨蚀的生物硬体（壳体）。（壳体）。 （2）内碎屑（）内碎屑（Intraclast）：是早已沉

5、积于海底的、弱固结的碳：是早已沉积于海底的、弱固结的碳酸盐岩沉积物，经岸流、波浪或潮汐等作用剥蚀出来并酸盐岩沉积物，经岸流、波浪或潮汐等作用剥蚀出来并再沉积再沉积的碎的碎屑。表示在同一沉积盆地屑。表示在同一沉积盆地“之内之内”或同一地层或同一地层“之内之内”形成的碎屑，形成的碎屑，不是从沉积盆地之外搬运而来的碎屑。由沉积盆地之外古石灰岩受不是从沉积盆地之外搬运而来的碎屑。由沉积盆地之外古石灰岩受风化剥蚀而来的碎屑则不属内碎屑，应叫外碎屑或路屑，即沉积岩风化剥蚀而来的碎屑则不属内碎屑，应叫外碎屑或路屑，即沉积岩的碎屑或岩屑。的碎屑或岩屑。 砾砾屑：屑：2mm，竹叶状，波浪与风暴成因；，竹叶状，波

6、浪与风暴成因； 砂砂屑：屑：20.05mm； 粉粉屑：屑：0.050.005mm，低能环境；，低能环境； 泥屑：泥屑：0.005mm，与泥晶基质不易区分；，与泥晶基质不易区分；第二节第二节 碳酸盐的结构组成碳酸盐的结构组成钙质动物化石形态分类示意图（据余素玉，钙质动物化石形态分类示意图（据余素玉，19781978）自形自形沙砾级它形沙砾级它形粉沙级它形粉沙级它形半自形半自形自形：具有生物的总体形态特征；自形：具有生物的总体形态特征；半自形：保存有生物的特殊形态；半自形：保存有生物的特殊形态；沙砾级沙砾级它它形：壳体破碎强烈，但可鉴定出大门类；形：壳体破碎强烈，但可鉴定出大门类；粉沙级粉沙级它它

7、形：壳体破碎强烈，难以识别生物门类。形：壳体破碎强烈，难以识别生物门类。风暴砾屑内碎屑灰岩的产状风暴砾屑内碎屑灰岩的产状（据孟祥化，（据孟祥化，1988 1988 素描于北京西山中寒武统）素描于北京西山中寒武统）风暴挤压褶皱掀起、破碎就地推风暴挤压褶皱掀起、破碎就地推积，片状岩屑呈积，片状岩屑呈放射状排列放射状排列。风暴挤压褶皱破碎磨蚀就近推积，风暴挤压褶皱破碎磨蚀就近推积，片状砾屑呈到片状砾屑呈到“小字形小字形”砥柱砥柱构造构造风暴流呈漩涡状，掀起并破碎的片状碎屑多呈风暴流呈漩涡状，掀起并破碎的片状碎屑多呈不规则状直立不规则状直立，并且底，并且底界面平坦而界面平坦而顶界面呈云朵状外貌顶界面呈

8、云朵状外貌。 （3）鲕粒（Ooid） 核心核心：生物碎屑、石英、长石等：生物碎屑、石英、长石等 同心层同心层：方解石、文石：方解石、文石 真鲕真鲕：同心层多，且其厚度大于核心半径：同心层多，且其厚度大于核心半径 薄皮鲕薄皮鲕：同心层厚度小于核心半径：同心层厚度小于核心半径 复鲕复鲕：包含两个以上的小鲕粒的复合鲕：包含两个以上的小鲕粒的复合鲕 负鲕负鲕：无核鲕：无核鲕 假鲕假鲕：外形与鲕粒相似，但无同心层和核心：外形与鲕粒相似，但无同心层和核心 放射状鲕放射状鲕：具放射状结构：具放射状结构 鲕粒成因鲕粒成因：核心扰动核心扰动进入表层海水（饱和进入表层海水（饱和CaCO3）核心核心表面发生沉淀，形

9、成同心层表面发生沉淀，形成同心层再沉入海底再沉入海底再进入表层海水，形成再进入表层海水，形成同心层。同心层。 （4）团粒（）团粒（Pellet）：）：由由泥晶泥晶碳酸盐矿物组成的颗粒，一般呈碳酸盐矿物组成的颗粒，一般呈球形球形或卵形，内部结构均匀或卵形，内部结构均匀，大小约，大小约0.03-0.2mm之间，常成群出现。之间，常成群出现。团粒是团粒是由微晶骨屑、藻类、粪粒或泥晶碳酸盐矿物发生凝聚作用而成由微晶骨屑、藻类、粪粒或泥晶碳酸盐矿物发生凝聚作用而成，有时可，有时可经流水搬运、滚动，有时就地堆积。总之，经流水搬运、滚动，有时就地堆积。总之，球粒形成的能量不高，具有球粒形成的能量不高，具有均

10、一的形状、有时分选较好、富含有机质而色暗均一的形状、有时分选较好、富含有机质而色暗。一般多为藻成因的藻一般多为藻成因的藻球粒和生物粪便堆积球粒和生物粪便堆积。 （5）藻粒（）藻粒（Algal Grain）：）：与藻类有成因联系的碳酸盐岩颗粒，其与藻类有成因联系的碳酸盐岩颗粒，其内可内可包裹包裹小生物、小球粒等，常由蓝藻小生物、小球粒等，常由蓝藻粘结粘结这些颗粒，外形不规则。这些颗粒，外形不规则。 核形石（核形石（Oconlite） ：核心藻菌类形成的同心层。：核心藻菌类形成的同心层。 凝块石（凝块石（Clot）：藻凝聚的颗粒。）：藻凝聚的颗粒。二、泥晶基质与亮晶胶结物（Matrix and C

11、ement） 泥晶：小于泥晶：小于0.005mm，泥屑、微晶。，泥屑、微晶。 亮晶：淀晶方解石，晶体较大，光学显微镜下形态可辩。亮晶：淀晶方解石，晶体较大，光学显微镜下形态可辩。 三、孔隙（Pore）：与碎屑岩相似 碳酸盐岩中的颗粒相当于砂岩中的砂粒，但不是外碎屑，而是碳酸盐岩中的颗粒相当于砂岩中的砂粒，但不是外碎屑，而是在盆地内产生的碎屑。泥晶基质相当于砂岩中的杂基，但不是陆源在盆地内产生的碎屑。泥晶基质相当于砂岩中的杂基，但不是陆源的，而是盆地内形成的灰泥。亮晶胶结物相当于砂岩中化学胶结物。的，而是盆地内形成的灰泥。亮晶胶结物相当于砂岩中化学胶结物。第三节第三节 碳酸盐岩的分类与主要岩石类

12、型碳酸盐岩的分类与主要岩石类型Carbonate Classification and Typical Types一、石灰岩分类（一、石灰岩分类（Limestone）1、二矿物成分分类2、结构成因分类 （1 1）福克）福克Folk(1959)Folk(1959)首次将碎屑岩的结构特点引用到碳酸盐岩首次将碎屑岩的结构特点引用到碳酸盐岩分类中，提出了分类中，提出了异化粒异化粒、亮晶、微晶等新概念，成为现代碳酸盐岩、亮晶、微晶等新概念，成为现代碳酸盐岩分类的基础或里程碑。分类的基础或里程碑。 正常化学岩类（化学或生物成因）和异常化学岩类（波浪、正常化学岩类（化学或生物成因）和异常化学岩类（波浪、水流

13、成因）水流成因） 三元分类（三角形分类）：异化粒、基质、胶结物三元分类（三角形分类）：异化粒、基质、胶结物 类型体现了岩石形成的水动力强度类型体现了岩石形成的水动力强度类类型型石石灰灰岩岩含含云云灰灰岩岩云云灰灰岩岩灰灰云云岩岩含含灰灰云云岩岩白白云云岩岩方方解解石石（%）白白云云石石（%） 95 75 50 25 5 5 25 50 75 95正常化学岩正常化学岩异常化学岩异常化学岩福克福克Folk (1959)碳酸盐碳酸盐岩分类岩分类 （2）邓哈姆（Dunham, 1962）分类 强调强调岩石的支撑类型岩石的支撑类型，而把各组分的含量放在次要位置。，而把各组分的含量放在次要位置。沉积结构能

14、够辨认沉积结构能够辨认沉积结构不能辨认沉积结构不能辨认沉积物中原始组分未被粘结沉积物中原始组分未被粘结粘结岩粘结岩（沉积过（沉积过程中原始程中原始组分、生组分、生物颗粒被物颗粒被粘结在一粘结在一起起结晶碳酸盐岩结晶碳酸盐岩含泥含泥不含泥不含泥泥支撑泥支撑颗粒支撑颗粒支撑颗粒支撑颗粒支撑颗粒颗粒101010泥粒灰岩泥粒灰岩粒状灰岩粒状灰岩泥状灰岩泥状灰岩粒泥灰岩粒泥灰岩3、现今分类 现今流行的碳酸盐岩分类都是建立在现今流行的碳酸盐岩分类都是建立在福克分类的基础之上福克分类的基础之上，基本上采用了基本上采用了颗粒基质胶结物三组分颗粒基质胶结物三组分。它的量比关系，。它的量比关系，能反映能反映沉积物

15、沉积时的水动力条件及沉积环境沉积物沉积时的水动力条件及沉积环境：如：如岩石的颗粒淀晶多、岩石的颗粒淀晶多、基质少、颗粒的分选好，则沉积时的水动力强，相当于砂岩中的杂基质少、颗粒的分选好，则沉积时的水动力强，相当于砂岩中的杂基少，则砂岩形成时的水动力强；相反，若灰岩中颗粒少、杂基多，基少，则砂岩形成时的水动力强；相反，若灰岩中颗粒少、杂基多，水动力则弱水动力则弱。 余素玉（余素玉（1992）颗粒含颗粒含量量亮晶和泥晶亮晶和泥晶相对含量相对含量受水动力控制灰岩受水动力控制灰岩生物骨生物骨骼灰岩骼灰岩化学化学灰岩灰岩内碎屑内碎屑生物颗粒、加积凝聚生物颗粒、加积凝聚颗粒颗粒50%50%亮晶亮晶 泥晶泥

16、晶亮晶砾（砂）屑灰岩亮晶砾（砂）屑灰岩亮晶颗粒名灰岩亮晶颗粒名灰岩叠层石叠层石灰岩、灰岩、礁灰岩、礁灰岩、生物灰生物灰岩（原岩（原地）地）石灰石灰华华钟乳钟乳石；石；钙层钙层石石泥晶泥晶灰岩灰岩亮晶亮晶 泥晶泥晶亮晶砾（砂）屑灰岩亮晶砾（砂）屑灰岩颗粒名亮晶灰岩颗粒名亮晶灰岩亮晶亮晶 泥晶泥晶砾（砂）屑泥晶灰岩砾（砂）屑泥晶灰岩颗粒名泥晶灰岩颗粒名泥晶灰岩25-5%25-5%泥晶泥晶含砾（砂）屑泥晶灰岩含砾（砂）屑泥晶灰岩含颗粒名泥晶灰岩含颗粒名泥晶灰岩5%5%泥晶泥晶泥晶灰岩泥晶灰岩重结晶重结晶结晶灰岩结晶灰岩核形石核形石灰岩，粉沙级灰质基质（阴极发光）灰岩，粉沙级灰质基质（阴极发光）Onc

17、olitic calcarenite, calcisiltite matrix球粒灰岩，方解石胶结球粒灰岩，方解石胶结Pelletoidal calcarenite, calcite cement鲕粒灰岩，方解石镶嵌状胶结鲕粒灰岩，方解石镶嵌状胶结Oolitic calcarenite, poikilotopic calcite cement泥基支撑生物泥粒灰岩泥基支撑生物泥粒灰岩Mud-supported biocalciudite灰岩砾石灰岩砾石 limestone conglomerate砾屑灰岩，亮晶方解石胶结砾屑灰岩，亮晶方解石胶结Lithocalcirudite, sparite

18、cement 有孔虫生物灰岩有孔虫生物灰岩Foraminifer bioaccumulated limestone双盖虫生物聚积灰岩双盖虫生物聚积灰岩Amphistegina bioaccumulated limestone鲕粒灰岩，亮晶方解石胶结鲕粒灰岩，亮晶方解石胶结Oolitic calcarenite, sparite cement鲕粒灰岩及压溶作用鲕粒灰岩及压溶作用Oolitic calcarenite pressure-solution第四节第四节 白云岩白云岩（Dolostone）的成因与分类的成因与分类1、咸水白云岩成因 形成条件：高盐度，高Mg/Ca比，高温，如潮上带萨布哈（

19、Sebkha） 毛细管浓缩 潮上带蒸发海水向上运移温度、盐度升高，文石、石膏沉淀Ca2+被消耗，Mg2+浓度升高白云石沉淀 渗透回流 蒸发蒸发表层海水浓缩，密度增加，沿斜坡下沉表层海水浓缩，密度增加，沿斜坡下沉较较轻的底层水上浮，接受蒸发浓缩轻的底层水上浮，接受蒸发浓缩上述过程反复进行，导上述过程反复进行，导致泻湖盐度生高，石膏沉淀致泻湖盐度生高，石膏沉淀 CaCa2+2+被消耗，被消耗，MgMg2+2+浓度升高浓度升高并发生白云石沉淀。并发生白云石沉淀。2、混合水白云岩（、混合水白云岩（ dorag dolomitization ）成因）成因 同生期混合：泻湖内，高同生期混合：泻湖内，高Mg/Ca比的淡水与湖底沉积物作用，比的淡水与湖底沉积物作用，发生白云岩化；发生白云岩化； 准同生期：沉积物上升脱离海水，直接受大气降水的影响，准同生期：沉积物上升脱离海水，直接受大气降水的影响，孔隙中残留