碳酸盐岩沉积

1、第六章碳酸盐岩（Carbonate Rocks）学时：6学时基本内容：1、相关概念：碳酸盐岩、颗粒、内颗粒（异化颗粒、外颗粒、内碎屑、鲕粒、藻灰结 核、球粒、晶粒、生物格架、泥、胶结物、亮晶、叠层石、鸟眼构造、示底构造、缝合线。 沉积后作用、溶解作用、矿物的转化与重结晶作用、胶结作用、世代胶结、交代作用、压实 作用、渗流粉砂、触点-新月型胶结、重力-悬挂胶结、贴面结合。2、基本原理：碳酸盐岩的结构组分的类型及其含义、内碎屑的成因、鲕粒的成因、胶 结物的特征、灰泥与亮晶方解石的区别、叠层石形态与水动力和关系、碳酸盐岩的研究方法。3、基本内容：生物骨骼的主要矿物成分、生物骨骼的主要结构类型、常见生

2、物门类骨 骼的鉴定特征。石灰岩的成分分类、石灰岩的结构分类、石灰岩的主要类型。白云岩岩类学， 几种主要白云石化的作用机理，白云岩的成因分类。碳酸盐沉积物沉积后作用的主要类型及 其特征，碳酸盐沉积物沉积后作用环境的成岩作用特征；碳酸盐岩成岩阶段及成岩环境的划 分及其主要标志。教学重点与难点：重点：碳酸盐岩的主要结构组分的特征、内碎屑的成因、鲕粒的成因、胶结物的特征、 灰泥与亮晶方解石的区别。石灰岩的结构分类及综合命名。难点：内碎屑的成因、鲕粒的成因、灰泥与亮晶方解石的区别。石灰岩的命名。白云岩 的生成机理。碳酸盐沉积物沉积后作用的主要类型及特征、不同碳酸盐沉积物沉积后作用环 境的成岩作用特征教学

3、思路：从碳酸盐岩成分出发，先后介绍碳酸盐岩的结构组分（重点）和构造特征，重点讲解石 灰岩的结构分类和白云岩的成因机理，继而介绍碳酸盐岩的主要类型，最后详细解释其沉积 后作用的类型和作用方式（重点）。主要参考书：1、冯增昭主编沉积岩石学上册第十一、十二、十三、十四、十五章，石油工业出 版社，1993.2、曾允孚、夏文杰主编沉积岩石学第三、九章，地质出版社，1986.3、冯增昭等主编中国沉积学第二、五、六、七、八、九、章，石油工业出版社，1994.4、冯增昭编著碳酸盐岩石学及岩相古地理学，石油工业出版社，1989.复习思考题：1、简述碳酸盐岩的化学成分和矿物成分？2、碳酸盐岩的主要结构组分有哪些？

4、它们各自有什么含义？3、内碎屑有几种成因？不同粒级内碎屑的环境意义是什么？4、鲕粒有几种类型？它们形成需要什么样的水动力条件？5、说明碳酸盐岩中灰泥和亮晶方解石胶结物是怎样形成的？对比二者的异同。6、叠层石是怎样形成的？其形态与形成时水动力条件关系如何？7、碳酸盐岩都有哪些主要构造？8、试述近几十年来碳酸盐岩岩石学研究所取得显著进展。9、研究和鉴别碳酸盐岩中生物结构组分有何地质意义？10、在碳酸盐岩薄片中各门类生物骨骼的鉴别标志是什么？11、试述钙质生物骨骼显微结构四种类型的特征。钙质生物由低至高级，其骨骼的显微 结构有何演化规律？12、简述福克（1962）的石灰岩分类：三端元组分的名称及含义

5、；四种主要岩石类型的 名称及存在的主要优点；所存在的问题。13、简述邓哈姆（1962）石灰岩分类的优缺点。14、试将具颗粒结构的石灰岩陆源碎屑岩的结构组分进行对比，并按沉积时的水动力条 件的相似性举出三种以上相当的岩石类型。15、试分析亮晶砂屑灰岩、泥晶鲕粒灰岩、泥晶球粒灰岩、亮晶生物屑灰岩以及泥晶灰 岩的形成环境。16、具交代结构的白云石、白云岩有哪些鉴别标志？17、白云岩有哪几种生成方式？它们的形成要理如何？18、原生沉淀作用、毛细管浓缩作用、回流渗透白云化作用与混合白云化作用有什么本 质的区别？19、石灰岩和白云岩各有什么类型，详述之。20、简述碳酸盐岩的研究方法。21、影响碳酸盐沉积物

6、沉积后变化的因素有哪些？22、简述碳酸盐沉积物沉积后作用的研究意义？23、试述碳酸盐沉积物沉积后作用主要类型。每种作用发生在沉积后的哪些阶段？其鉴 别标志是什么？24、具颗粒结构的石灰岩中，其胶结物的矿物成分和晶体形态受到哪些因素的影响？25、在碳酸盐岩中，文石向低镁方解石转化的机理是什么？重结晶作用的机理又是什么？26、试述去白云化作用岩石的鉴别标志。在碳酸盐岩中膏化作用的机理是什么？27、试比较共轴生长边和共轴交代边的成因特点及其鉴别标。28、碳酸盐沉积物沉积后作用的五种环境分别可能出现哪些成岩后生变化的类型？教学内容提要：第一节碳酸盐岩的成分碳酸盐岩是指主要由沉积的碳酸盐矿物（方解石、白

7、云石等）组成的沉积岩，主要的岩 石类型为石灰岩（方解石含量大于50%）和白云岩（白云石含量大于50%）。一、化学成分碳酸盐岩的主要化学成分有：CaO、MgO及CO2，其余氧化物有SiO2、TiO2、A12O3.FeO、FeO、K O Na O HO 等。2 3222二、矿物成分碳酸盐岩主要由碳酸盐矿物（白云石、方解石等）组成，还含有非碳酸盐自生矿物及陆 源矿物混入物等。第二节碳酸盐岩的结构组分及其组成特征一般经过波浪和流水作用的搬运、沉积而成的碳酸盐岩，常常具有颗粒（粒屑）结构，即由颗粒、泥晶基质（或灰泥杂基）、亮晶胶结物、孔隙等四种结构组分构成。由原地生长的生物构成岩石骨架的生物岩或礁灰岩，

8、常具有生物骨架结构，即由造架的 生物和粘结的生物与填隙的颗粒或泥晶基质及亮晶胶结物构成。由化学或生物化学作用沉淀成的石灰岩或白云岩，常具有泥晶或微晶结构，一般属于低 能环境的沉积。上面的几种结构类型的岩石经过重结晶作用，或者石灰岩经过白云岩化作用形成的白云 质岩石，常具有大小不同的晶粒结构和各种残余结构（据曾允孚等，1986）。下面介绍碳酸盐岩的各种结构组分及主要结构类型。一、碳酸盐颗粒组分相当于陆源碎屑岩的碎屑颗粒组分，但是碳酸盐颗粒内容和函义较为复杂，泛指盆地内 化学、生物化学碳酸盐沉积物在波浪、潮汐等水流作用下就地或经短距离搬运而形成的一系 列碳酸盐颗粒，或叫异化粒。按碳酸盐颗粒的组成特

9、征和成因分为：内碎屑、鲕粒、球粒、生物颗粒和藻粒等。1、内碎屑系指由已沉积的弱固结或固结的碳酸盐沉积物，经波浪、潮汐等水流作用冲刷、破碎或搬运而形成的颗粒。而来自盆地之外，从老地层内剥蚀搬运而来的碳酸盐岩碎屑不属于内碎 屑，而是属陆源岩屑。砾状内碎屑灰岩的砾屑排列方位和类型（据孟祥化，1979）1.双向交错排列；2.放射状扇形排列（典型风暴岩）；3.迭瓦状排列；4.平行层面排列2、鲕粒原生沉积鲕粒，根据其内部组构不同，可分三种基本类型：真鲕、薄皮鲕、复鲕。3、豆粒过去通常把直径大于2mm而特点类似于鲕粒的颗粒称为豆粒。现在根据豆粒往往不具核 心，豆粒结构的岩层常不具有水流证据的交错层理，豆粒不

10、与其它常见的碳酸盐粒屑共生以 及豆粒还常以多边形的边缘相互结合特等特征，主张豆粒并不是被搬运的颗粒，而是在成岩 作用阶段原地形成物。因此豆粒并不能做为机械作用能量指数的组成部分。4、藻粒5、球粒6、生物颗粒二、泥或称为灰泥和微晶灰泥。相当于砂岩的杂基，但它不是陆源的，而是盆地内形成的细小 的碳酸盐泥屑。它具泥晶或微晶结构，晶粒小于0.03mm（5中），充填于颗粒组分之间，对 颗粒也起某种胶结作用。三、亮晶它是充填于原始粒间起胶结作用的化学沉淀物质。由于这种胶结物的晶体清澈明亮故称 为“亮晶”或“亮晶胶结物”。亮晶胶结物的晶粒一般较大（0.004mm，常0.01mm）。它通常是在水动力较强的沉积

11、条 件下，原始粒间的细粒灰泥质点被冲洗带出后，在成岩过程中于粒间间隙以化学方式沉淀出的方解石。次牛路枸碳酸盐生物组分显微结构与生物演化示意图（据余素玉，1982）几种不同生物碳酸盐的切片方向所见结构特征示意图（据Trusker,1981）四、晶粒晶粒是晶粒碳酸盐岩（也称结晶碳酸盐岩）的主要结构组分。五、生物格架生物格架，主要是指原地生长的群体生物如珊瑚、苔藓、海绵、层孔虫等，以其坚硬的钙质骨骼所形成的骨骼格架。六、孔隙碳酸盐岩的孔隙形成特征和发育程度，主要取决于碳酸盐岩的矿物成分、结构和形成条 件、同时碳酸盐岩孔隙也与成岩作用环境和后期改造有重要关系。前者主要是指原生孔隙， 而后者则指次生孔隙

12、。碳酸盐岩的孔隙及孔隙系统的地质分类(据Choquette and Pray,1970)第三节碳酸盐岩的构造一、缝合线构造缝合线构造占主导地位的成因说是压溶说。它的理论是：在压力作用下，颗粒接触的化 学势(溶度积常数)升高，造成溶液中离子活化度的增大，形成浓度梯度，于是溶质离子就 从浓度高的接触处扩散到浓度低的溶液所占据的孔隙中去，并使CaCO3沉淀在未应变的颗 粒表面上。溶质的扩散速度是缓慢的，所以主要是通过溶解面进行，并为流动的液体所大量 搬运。溶质迁移有二种方式，一是沿缝合线或从平行于线应力轴的面迁移，二是向缝合线周 围的围岩中扩散。因此，造成缝合线周围岩石的孔隙度和渗透率明显降低。根据

13、被缝合缝切割的矿脉和鲕粒复原，计算压溶时岩层损失厚度h为损失厚度的最低值限；A B为AB的复原图二、帐篷构造这是一种碳酸盐潮坪环境形成的脊型背斜构造。这种构造具有柱状裂隙和极大的干裂状 多角形断面，略呈不谐和的褶皱和类似尖顶状的褶皱或倒转岩层。此外，还有受压变低的V 字形裂缝和伴生有角砾岩层的出现。三、鸟眼构造鸟眼孔或雪花状、窗格状构造，主要产出于低能条件下所形成的泥晶、团粒、藻团粒等 沉积碳酸盐纹层中。四、叠层石构造叠层石构造也称叠层构造或叠层藻构造，简称叠层石。叠层石由两种基本层组成：（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

14、，藻类组分含量少，有机质少，故色 浅。这两种基本层交互出现，即成叠层石构造。五、示顶底构造在碳酸盐岩的孔隙中，如在鸟眼孔隙、生物体腔孔隙以及其他孔隙中，常见两种不同特 征的充填物。在孔隙底部或下部主要为泥晶或粉晶方解石，色较暗；在孔隙顶部或上部为亮 晶方解石，色浅，且多呈白色。二者界面平直，且同一岩层中的各个孔隙的类似界面都相互 平行。六、硬地面构造硬地面是同沉积的粘结层，是一种特殊类型的层面构造。硬地面形成于海底，它经常被 固着的海底生物（如珊瑚，龙介，牡蛎，有孔虫类和海百合）所钙化，容易被多毛环节动物、 瓣鳃类和海绵所钻孔。硬地面构造有两类：一类是光滑的、平坦的由于海蚀作用形成的面； 另为

15、不规则的、成棱角状的由于溶解作用形成的面（即溶蚀的硬地面）。第一种类型在浅海 沉积物中很常见，浅海的波浪和水流能够移动鲕粒状或骨架状的砂岩跨过岩化的沉积物形成 平坦的侵蚀面；第二种类型（溶蚀的硬地面）在深海沉积物中常见，在深海没有沉积时期， 形成海底固结和溶解。七、古岩溶第四节石灰岩的结构分类一、有代表性的分类的简介1、福克的分类福克（Folk,1959、1962）的石灰岩分类基本上是一个三端元的分类。这三个端元是： （1）异化颗粒，相当于我们的颗粒；（2）微晶方解石泥或简称微晶，相当于我们的灰泥或 泥晶；（3）亮晶方解石胶结物或简称亮晶。福克以这三个主要结构组分当作三角形图解的三 个端点，把

16、石灰岩划分为三个主要的类型，即：I.亮晶异化石灰岩；II.微晶异化石灰岩； III.微晶石灰岩（图618）。福克分类的核心也是它的主要特点，是把碎屑岩的结构观点系统地引进到碳酸盐岩中 来。2、邓哈姆的分类邓哈姆的分类，对于颗粒一灰泥石灰岩来说，是两端元组分的分类。这两个端元是颗粒 和泥（相当于灰泥或微晶方解石泥）。邓哈姆根据颗粒和泥的相对含量，把常见的颗粒一灰 泥石灰岩分为四类，即颗粒岩、泥质颗粒岩、颗粒质泥岩、泥岩。颗粒岩是高能环境的产物，泥岩是低能环境的产物，颗粒质泥岩和泥质颗粒岩介于前二 者之间。此外，邓哈姆还分出两类特殊的石灰岩类型，即粘结岩和结晶碳酸盐岩。3、曾允孚的分类曾允孚等（1

17、980）提出的分类方案为一结构一成因分类，在国内有一定的影响。二、本书的分类石灰岩划分为三个大的结构类型即：I.颗粒一灰泥石灰岩；II.晶粒石灰岩；III.生物 格架石灰岩。石灰岩的结构分类灰颗颗 粒晶生物内碎屑生物颗粒鲕粒球粒藻粒I (2)泥粒内碎屑生粒鲕粒球粒藻粒粒格颗粒石灰岩%石灰岩石灰岩石灰岩石灰岩石灰岩架II (1)含灰泥nn含灰泥内含灰泥含灰泥含灰泥含灰泥III颗颗粒石颗粒石灰岩1090碎屑石灰岩牛粒石灰岩鲕粒石灰岩球粒石灰岩藻粒石灰岩生粒1灰岩灰泥质O R灰泥质内灰泥质灰泥质灰泥质灰泥质II物1颗粒石灰岩257 5碎屑石灰岩牛粒石灰岩鲕粒石灰岩球粒石灰岩藻类石灰岩晶格灰颗粒质颗粒

18、质内碎屑质生粒质鲕粒质球粒质藻粒质粒架泥石灰岩灰泥石灰岩5050灰泥石灰岩灰泥石灰岩灰泥石灰岩灰泥石灰岩灰泥石灰岩石石含颗粒含颗粒or含内碎屑含生粒含鲕粒含球粒含藻粒灰灰石灰岩灰泥石灰岩7 525灰泥石灰岩灰泥石灰岩灰泥石灰岩灰泥石灰岩灰泥石灰岩石石石无颗粒灰石灰岩灰泥石灰岩9010灰泥石灰岩灰泥石灰岩灰泥石灰岩灰泥石灰岩灰泥石灰岩石第五节白云岩一、白云岩的结构分类白云岩是主要由白云石组成的沉积碳酸盐岩。在白云岩的结构分类中，应强调以下三点。第一，石灰岩的结构分类系统和命名原则，基本上也适用白云岩。第二，在白云岩中，晶粒结构发育，除泥晶结构外，粉晶、细晶、中晶以至粗晶结构都 相当常见。第三，在

19、白云岩中，交代结构发育，如晶粒较粗的白云石菱形体交代各种颗粒及化石等。根据交代结构及与其伴生的其它交代现象的有无，可把白云岩划分为两个类型，即：具 交代结构的白云岩（包括含白云石的石灰岩）和不具交代结构的白云岩。二、白云岩的生成机理（一）原生沉淀作用（二）毛细管浓缩作用一一准同生白云化作用白运化流体通过沉积物时产生的白云化作用模式图（图中打网格者表示白云岩）（据Tucker,1991）（三）回流渗透白云化作用（四）混合白云化作用（五）淡水白云石（六）调整白云化作用（七）生物白云化作用（八）埋藏白云化作用（九）海水白云化作用三、白云岩的成因分类白云岩直接的化学沉淀作用L原生白云岩n调整白云化作用

20、I白云岩直接的化学沉淀作用L原生白云岩n调整白云化作用I海水白云化作用 成岩白云岩混合白云化作用I埋藏白云化作用I回流渗透白云化作用 回流渗透白云化作用I准同生白云岩毛细管浓缩白云岩化作用 同生白云岩水界面处的白云岩化作用丁后生白云岩生白云岩I变质作用热液作用调整白云化作用混合白云化作用埋藏白云化作用I回流渗透白云化作用白云岩的成因分类及其相应的生成机理第六节碳酸盐岩的主要类型一、石灰岩1、内碎屑灰岩2、亮晶生物碎屑灰岩3、泥晶生物（屑）灰岩4、白垩5、抱球虫软泥及石灰岩6、鲕粒石灰岩7、球粒石灰岩8、泥晶或微晶石灰岩9、结核状（或瘤状）石灰岩10、生物格架石灰岩二、白云岩1、准同生（或同生）

21、及早期成岩白云岩与蒸发岩共生的准同生白云岩与石灰岩共生的早期成岩白云岩与陆源沉积物成互层的同生白云岩分散在陆源沉积物中的同生白云石晶体生物作用生成的同生白云石2、碎屑白云岩3、晚期成岩及后生白云岩层内白云岩沿地层不连续面形成的白云岩后生白云岩第七节碳酸盐沉积物（岩）的沉积后作用一、碳酸盐沉积物（岩）沉积后作用的主要类型碳酸盐沉积物的沉积后作用的类型很多，主要有溶解作用、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，现分述如下。（一）溶解作用选择性溶解作用形成的孔隙左上一鲕粒溶模孔隙。四川泸县，T1 （岩屑），单偏光X63。右上一白云石晶间溶孔。四川石柱都会，,单偏光X70。左下一白云石晶内溶孔。湖北龙4井，C2,扫描电镜。右下一生物（筵，双