碳酸盐岩概论

一、基本概念碳酸盐岩是主要由方解石、白云石等碳酸盐矿物组成的沉积岩，属于化学岩与生物化学岩类，其主要类型有石灰岩和白云岩。据统计，碳酸盐岩约占沉积岩总量的20%，在地壳的分布仅次于粘土岩和砂岩。在我国，沉积岩占全国总面积的75%，而碳酸盐岩占沉积岩覆盖面积的55%，分布比较广泛。碳酸盐岩中的矿产特别丰富，如：P、Fe、Mn、S、Al、石膏、Cu、Pb、Zn、Hg、U等。碳酸盐岩中隐藏的油气资源也很丰富，世界上与碳酸盐岩有关的油气藏储量占总储量的50%，产量占世界总产量的60%左右。二、碳酸盐岩岩石学探讨现状 1.国外碳酸盐岩岩石学探讨现状 碳酸盐岩岩石学作为—门独立的地质科学分支学科，发呈现状概括起来主要表现在以下九个方面：第一节绪论第一、非单一的化学成因。碳酸盐物质成分的沉淀和沉淀后的种种变更主要是由化学或生物化学定律支配的，而当各种碳酸盐成分一经沉淀成为特定的结构组分后，它们在沉积环境中则主要受不同强度水动力条件限制，即主要是机械作用。因此，碳酸盐岩几乎总是多种作用或多种形成机理的综合产物。其次、能量观点。利用能量指数，可以在露头剖面或钻井剖面上划分出有定量数据的高能量或低能量的层段，也可以在区域上划分出有定量数据的高能量或低能量的地区，这对沉积相带的能量分析和油气勘探是特别有用的。近年来接受能量指数来确定和划分沉积相带的水能量级别或接受颗粒与泥的相对百分含量来确定沉积相带的水能量大小，同样是重要的。第三，结构—成因分类。由于各种结构组分能反映沉积环境中的水动力条件及其他特征，因此，按碳酸盐岩的结构—成因分类的各种岩石类型就必定反映其沉积相特征和水动力条件。这样，碳酸盐岩岩类学和岩相古地理学就特别亲密地联系起来了。第一节绪论第四、白云石及白云岩生成机理。已被人们普遍接受的有潮上盐坪的毛细管浓缩白云化作用或蒸发泵白云化作用、回流渗透白云化作用、海水与淡水的混合白云化作用、调整白云化作用、各种Mg／Ca比值和各种盐度的水体(包括淡水)中的白云石生成作用以及其他白云化作用机理说明等。这些观点和学说对于占代白云岩的探讨起很大地推动作用。第五、碳酸盐沉积物的沉积后作用。与碎屑沉积物和粘土沉积物相比，碳酸盐沉积物更易遭遇沉积后的变更。碳酸盐沉积物(岩)具有易变、易溶和易成岩等特点。第六，现代碳酸盐沉积模式。肖(Shaw，1964)、欧文(Irwin，1965)、拉波特(Laporte，1967，1969)、杨(Youngetal，1972)、阿姆斯特朗(Armstrong，1974)、威尔逊(Wilson，1975)等的著作及其中的沉积相和岩相古地理探讨成果起了重要的开拓作用。第七、化石岩石学。推动了碳酸盐岩岩类学和古地理学的探讨。第一节绪论第八、碳酸盐岩的探讨方法。近20年来碳酸盐岩岩石学和岩相古地理学的飞速发展，是与这些先进的探讨方法分不开的。第九、深水海洋碳酸盐沉积的探讨。大量探讨成果表明，在古代碳酸盐沉积物(岩)中有广泛的沉积物重力流、风暴流和等深流沉积岩相。2．我国的碳酸盐岩岩石学探讨现状概括起来有以下十方面：第一，建立了具有我国特点的碳酸盐岩分类方案。大体上把碳酸盐岩分为三大类：颗粒—泥碳酸盐岩、晶粒碳酸盐岩、生物格架碳酸盐岩等。其次、发展了我国自己的化石岩石学或化石碎片岩石学。这主要表现在反映我国碳酸盐岩中的化石碎片的图版、图册、教材、专著等已接连公开山版，一些高等学校还特地开设了“化石岩石学”课程。第三、现代碳酸盐探讨取得了可喜的进展。通过对我国海南岛及西沙群岛现代生物礁考察和部分钻孔的探讨，开拓了我国海洋碳酸盐沉积物及成岩作用探讨的新领域，并有大量科技论著问世。第一节绪论第四、碳酸盐沉积后作用的探讨取得了重要成果。通过对西沙和海南岛的现代碳酸盐沉积物的沉积后作用的探讨、华北地台早古生代碳酸盐岩成岩作用的探讨及硅化作用、去白云化作用、石膏化作用的探讨等，均取得了可喜的成果。第五、古代碳酸盐岩的沉积环境及沉积相的探讨也日益深化了。这主要表现在单剖面沉积环境分析或微相探讨的深化以及各种新颖 的相模式的建立，表明我国的碳酸盐岩岩石学已从岩类学发展到厂岩相学的阶段。第六、区域性的碳酸盐岩岩相古地理学探讨也有了重大的发展。这主要表现在中一小比例尺(1：50万、1：250万、l：400万)和定量化的岩相古地理图的出现。第七、碳酸盐岩不仅在油气勘探中得到广泛应用，其在很多金属与非金属矿产勘探中日益受到重视。生产及科研实践证明一些以前被认为是“中、低温热液矿床”，其矿体的富集竟与碳酸盐岩的沉积相带有极为亲密的关系；有些过去被认为是海陆交相互的煤田，现在看来有必要重新相识了。第一节绪论第八，现代和古代岩溶探讨为油气水勘探供应了新的理论依据。我国是碳酸盐岩岩溶最发育的国家，通过现代岩溶探讨解决水土流失和水源问题及古岩溶的探讨解决古潜山油气勘探问题，均已取得了特别丰富的探讨成果，促进了国民经济的发展。第九、我国碳酸盐岩资源丰富，建材及化工系统在碳酸盐岩的化学成分、物理性能、工业应用等方面也进行了大量的探讨工作，并取得了显著效益。第十、碳酸盐岩探讨手段日趋完善。如运用氧碳同位素资料探讨白云石形成环境，利用扫描电镜探讨微晶碳酸盐岩，用C14法测定近代碳酸盐沉积物的年龄，用古地磁法复原古纬度—古气候等，亦取得良好成果。第一节绪论三、探讨要点1）加强诲相碳酸盐岩层序地层学探讨。结合国外理论和实践，进一步深化我国海相层序地层学基础理论探讨，依据不同大地构造单元，建立较完整的理论体系。2）探究和建立海相碳酸盐岩高辨别率层序地层学，有效地为石油勘探和矿产预料服务，创建新思路，开拓新领域。3）完善碳酸盐岩岩相古地理探讨及制图工作。中—小比例尺岩相古地理探讨及制图从理论到方法已有了很大发展，从矿产预料角度，以后应加强大—中比例尺碳酸盐岩岩相古地理探讨及制图，为勘探地层一岩性油气藏供应地质依据。第一节绪论其次节碳酸盐岩的成分一、矿物成分1.碳酸盐矿物

碳酸盐岩主要由方解石、白云石两种碳酸盐矿物组成。A.方解石（CaCO3）矿物体系：除方解石外，还有高镁方解石、低镁方解石、文石。在这三种矿物中，高镁方解石最不稳定，其次为文石，低镁方解石较稳定。所以前两者只出现在现代碳酸盐沉积物中，古代碳酸盐岩中不存在。B.白云石（CaMg[CO3]2）：属三方晶系，晶形呈菱面体。C.其它碳酸盐矿物：菱镁矿、菱铁矿、菱锰矿等。

方解石的晶体结构方解石的晶形及光性方位2.非碳酸盐自生矿物常见的有：石膏及硬石膏、重晶石、天青石、岩盐及钾镁矿物、少量的蛋白石、自生石英、黄铁矿、海绿石、磷酸盐等。3.陆源碎屑矿物作为混入物，有粘土、石英及长石碎屑，少量的重矿物，其含量应<50％。二、化学成分纯石灰岩的理论化学成分为CaO－56％、CO2－44%；纯白云岩的理论化学成分为CaO－30.4％、MgO－21.7%、CO2－47.9％。但自然界中的碳酸盐岩总是或多或少地含有其它的化学成分。 碳酸盐岩的主要化学成分有：CaO、MgO及CO2。其余氧化物有：SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、K2O、Na2O、H2O等。其化学成分与粘土陆源石英及硅质生物、燧石的存在有关。此外，碳酸盐岩中还存在某些微量元素，如：Sr、Ba、Rb、V、Ni等，依据它们的含量及其比值，可以推断环境的标记。其次节碳酸盐岩的成分第三节碳酸盐岩的结构碳酸盐岩的结构与岩石的成因有亲密的关系，它不仅是岩石分类命名的主要依据，而且是环境分析的重要标记。岩石的结构类型干脆影响到油气的储集性能、含水性等同特征。一般经过波浪和流水作用的搬运、沉积而成的碳酸盐岩，常具有粒屑结构，即由颗粒、泥晶基质（灰泥）、亮晶胶结物、孔隙四部分组成。由原地生长的群体生物构成岩石骨架的生物岩或礁灰岩，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、生物化学沉淀而成的石灰岩或白云岩，重结晶作用改造形成的碳酸盐岩，常具有晶粒结构。因此，碳酸盐岩的结构组分包括颗粒、泥、胶结物、生物骨架、晶粒等五种主要类型。一、粒屑（颗粒）结构1.颗粒类型碳酸盐岩中的颗粒，按其是否在沉积盆地中形成，分为内颗粒（盆内颗粒）和外颗粒（盆外颗粒）两类，其中内颗粒是主要的，常见的类型有：（1）内碎屑：依据粒度可分为－a.砾屑（＞2mm）、b.砂屑（2～0.05mm）、c.粉屑（0.05～0.005mm）。（2）鲕粒（重点）A.概念：鲕粒是具有核心和同心层结构的球形颗粒，外形与鱼子相像，故得名。鲕粒通常由两部分构成，一为核心，一为同心层，核心可以是内碎屑、化石球粒、陆源碎屑等；同心层主要由泥晶方解石组成，有的鲕粒具放射状结构。第三节碳酸盐岩的结构竹叶状砾屑灰岩B.类型：依据鲕粒的结构和形态特征，可以把鲕粒分为以下几种类型：①正常鲕；②薄皮鲕（表鲕）；③复鲕；④椭形鲕；⑤单晶鲕和多晶鲕；⑥负鲕；⑦放射鲕第三节碳酸盐岩的结构C.成因i生物说：ii无机沉淀说：鲕粒生成的必要条件是：CaCO3供应丰富且达到过饱和，有充分的核心来源，水体要受到搅动。（3）藻粒藻粒是与藻类有成因联系的颗粒，包括藻鲕、藻灰结核、藻团块。藻鲕：是在藻（主要为蓝藻）参与下形成的鲕，其同心层是通过藻丝体粘结灰泥形成的，形成机制类似叠层石。与正常化学沉淀形成的鲕粒的区分在于藻鲕的同心层多呈波状或梅花状，厚度变更大，而正常鲕粒的同心层厚度匀整且平滑。第三节碳酸盐岩的结构藻灰结核（核形石）：也是通过蓝绿藻粘液捕获碳酸盐沉积物而形成的具有同心层结构的颗粒，成因与藻鲕相同，但同心层常呈不规则状。与藻鲕相比，核形石较大，其直径大于2mm，一般为10~20mm，同心层粘结物较多、较模糊、厚度变更更明显。第三节碳酸盐岩的结构藻团块也是藻类粘结增长而成的颗粒，但不具同心层结构。（4）球粒与粪球粒把较细粒的（细砂－粗粉砂级）、由灰泥组成的、不具特殊内部结构的球形或卵形的、分选较好的颗粒，称为球粒（pellet）。

第三节碳酸盐岩的结构球粒的成因有两种，一种是机械成因，即是一些分选和磨圆都较好的细砂－粉砂级的内碎屑。另一种是生物成因的，即是由一些生物排泄的粒状粪便形成的－称为粪球粒。粪球粒一般呈卵形或椭球形，分选很好，有机质含量高，薄片中呈暗色。

（5）生物颗粒（生屑、骨屑）

第三节碳酸盐岩的结构生物颗粒（skeletalgrainn）是指生物骨骼及其碎屑，类型众多，常见的有：腕足类、棘皮类、腹足类、头足类、瓣腮类、三叶虫、有孔虫、介形虫、层孔虫、海绵、珊瑚、红藻、绿藻、轮藻等各种钙质生物化石。生物化石具有重要的指相意义。第三节碳酸盐岩的结构（6）其它颗粒团块：由几个碳酸盐颗粒被灰泥或藻类粘结在一起形成的颗粒。葡萄石：多个相互接触的颗粒（鲕粒、球粒、生物颗粒）胶结在一起形成一个复合颗粒，其外形像葡萄串，称为葡萄石。豆粒：直径大于2mm的鲕粒，同心层通常不规则。2.泥（泥晶基质、微晶碳酸盐泥）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，与碎屑岩的杂基相当。依据其成分可分为灰泥和云泥。泥与颗粒的界限，一般以0.005mm为界。有三种成因类型的灰泥：①化学沉淀作用形成的灰泥；②机械裂开磨蚀作用形成的灰泥；③生物作用生成的灰泥。云泥的成因较为困难，是否存在原生的云泥目前尚不太清晰。3.胶结物（亮晶、淀晶）胶结物是指沉淀于颗粒之间孔隙中的结晶方解石或其它矿物，对颗粒起胶结作用，相当于碎屑岩中的胶结物。由干净的、较大的方解石晶体组成，晶粒常大于0.01mm（<3.3Φ），它是在较强的水动力条件下，原始粒间的灰泥被冲刷掉以后，富含CaCO3的水溶液在成岩期于孔隙中沉淀形成的光明晶体。第三节碳酸盐岩的结构亮晶方解石胶结物与粒间灰泥的区分： ①亮晶晶粒粗大，灰泥则较小； ②亮晶清洁光明，灰泥则较污浊； ③亮晶胶结物常呈现出栉壳状等特征的分布状况，灰泥没有这种结构；第三节碳酸盐岩的结构当岩石发生重结晶时，灰泥常变为较大的晶体，这时，要区分两者常有确定的难度，当重结晶作用不太猛烈时，两者的区分为： ①亮晶胶结物的栉壳状结构仍隐隐可见晶形较好，晶体边缘平直，晶体较光明； ②灰泥重结晶的方解石晶体常呈粒状，晶面弯曲并互呈镶嵌状，晶体的光明程度较差，可见灰泥的残余，决不呈栉壳状结构。重结晶作用猛烈时，无法将二者区分开，这时只好把这两种非颗粒成分统称为“基质”或“填隙物”。若岩石中的颗粒数确定，则当亮晶多时，代表岩石形成时的水动力强，灰泥多时，代表水动力弱。第三节碳酸盐岩的结构4.胶结类型在碳酸盐岩中，作为胶结物的矿物常为方解石和白云石，有时可见石膏、硅质等胶结物。胶结物本身的结构有：栉壳状、粒状、再生边及连生胶结物等。胶结类型与碎屑岩相像，也可分为基底式、孔隙式、接触式胶结及它们之间的过渡类型。二、生物骨架结构原地生长的造礁生物构成的岩石骨架常具生物骨架结构，形成礁灰岩。能造礁的生物有：珊瑚、海绵、苔藓虫、层孔虫及钙藻等，而充填于骨架间的附架生物有：有孔虫、海百合、腕足类、腹足类等，其间还可有灰泥及亮晶胶结物。第三节碳酸盐岩的结构三、晶粒结构

化学及生物化学作用形成的灰岩、经白云岩化作用形成的白云岩、重结晶的灰岩，常具有晶粒结构，按晶粒大小可细分为： 巨晶：晶粒>2mm 细晶：0.25～0.1mm 极粗晶：2～1mm 粉晶：0.1）～0.005mm 粗晶：1～0.5mm 微晶：0.05～0.001mm 中晶：0.5～0.25mm 隐晶：<0.001mm

第三节碳酸盐岩的结构碳酸盐岩的构造比较困难，与沉积环境及成岩改造作用有关，在碎屑岩中发育的各种沉积构造在碳酸盐岩中同样发育，同时，碳酸盐岩中还有一些特有的构造。一、叠层构造（叠层石）叠层石由两种基本层组成：①富藻纹层（暗层），藻组分含量多，有机质含量高，碳酸盐沉积物少，颜色深；②富碳酸盐纹层（亮层）：藻组分含量少，有机质含量低，碳酸盐沉积物多，颜色浅。这两种基本层交互呈现，形成叠层构造。叠层石中的藻组分主要是