沉積巖石學(xué)-第十一章-碳酸鹽巖概論

1、第十一章 碳酸鹽巖概論第一節(jié) 概述第二節(jié) 碳酸鹽巖的成分及顏色第三節(jié) 碳酸鹽巖的結(jié)構(gòu)組分第四節(jié) 碳酸鹽巖的構(gòu)造 本章重點、各種碳酸鹽結(jié)構(gòu)組分的概念、特征及成因意義 、常見碳酸鹽構(gòu)造的概念、特征及成因意義第一節(jié) 概述一、碳酸鹽巖巖石學(xué)研究現(xiàn)狀1、國外碳酸鹽巖巖石學(xué)研究現(xiàn)狀 （1）非單一的化學(xué)成因。結(jié)構(gòu)成因分類。碳酸鹽巖是多種作用或多種形成機理的綜合產(chǎn)物。巖石類型反映沉積相特征和水動力條件，碳酸鹽巖類學(xué)和巖相古地理學(xué)聯(lián)系起來 。 （2）能量觀點。定量標(biāo)志的引入。 （3）白云巖及白云巖形成機理，出現(xiàn)許多全新的白云石及白云巖生成機理的觀點或?qū)W說。 （4）碳酸鹽沉積物的沉積后作用。碳酸鹽沉積物（巖）具有

2、易變易溶和易成巖等特點。 一、碳酸鹽巖巖石學(xué)研究現(xiàn)狀1、國外碳酸鹽巖巖石學(xué)研究現(xiàn)狀 （5）現(xiàn)代碳酸鹽沉積模式。出現(xiàn)了新的碳酸鹽巖的巖相古地理學(xué)。 （6）化石巖石學(xué)。化石巖石學(xué)推進了碳酸鹽巖類學(xué)和古地理學(xué)的研究 。 （7）深水海洋碳酸鹽沉積的研究。在近十年內(nèi)有很大的進展。 （8）碳酸鹽巖的研究方法。許多新的先進的研究手段被引進碳酸鹽巖巖石學(xué)。 一、碳酸鹽巖巖石學(xué)研究現(xiàn)狀2、我國的碳酸鹽巖巖石學(xué)研究現(xiàn)狀（1）建立了具有我國特點的碳酸鹽巖分類方案。（2）發(fā)展了我國自己的化石巖石學(xué)或化石碎片巖石學(xué)。 （3）現(xiàn)代碳酸鹽研究取得了可喜的進展。（4）碳酸鹽沉積后作用的研究取得了重要成果。（5）古代碳酸鹽巖沉

3、積環(huán)境及沉積相的研究日益深入。（6）區(qū)域性碳酸鹽巖巖相古地理學(xué)研究有了重大的發(fā)展。（7）現(xiàn)代和古代巖溶研究為油氣水勘探提供了理論依據(jù)。（8）建材及化工系統(tǒng)對碳酸鹽的研究取得效益。二、碳酸鹽巖巖石學(xué)研究發(fā)展趨勢1、海相碳酸鹽巖巖石學(xué)的基礎(chǔ)研究有待加強。2、碳酸鹽巖成巖作用研究有待深入。3、加強海相碳酸鹽巖層序地層學(xué)研究。4、針對碳酸鹽巖易變性和易溶性進一步開展成巖作用研究。碳酸鹽成巖作用研究從定性向定量發(fā)展仍需加強。5、我國海相碳酸鹽巖地層找油工作有待突破。6、完善碳酸鹽巖測試技術(shù)，提高分析化驗精度，開展地質(zhì)建模和數(shù)值模擬。 一、碳酸鹽巖的礦物成分碳酸鹽巖主要由方解石（CaCO2）和白云石（Ca

4、MgCO32）兩種碳酸鹽礦物組成。 方解石為主的為石灰?guī)r， 白云石為主的為白云巖。、碳酸鹽礦物 (1)方解石（CaCO2）；三方晶系；(2)高鎂方解石：MgCO2含量10mol%-30mol%，最不穩(wěn)定；(3)低鎂方解石：MgCO2含量小于mol%；(4)文石(霰石)：方解石的同質(zhì)異象變體，斜方晶系，不穩(wěn)定;第二節(jié) 碳酸鹽巖的成分 一、碳酸鹽巖的礦物成分、碳酸鹽礦物 (5)白云石（CaMgCO32）Ca:Mg=1:1，自然界中很少； (6)原白云石：富鈣的白云石，向白云石轉(zhuǎn)化；(7)其它：鐵方解石、鐵白云石、菱鐵礦、菱鎂礦等。文石和高鎂方解石易向低鎂方解轉(zhuǎn)化。 一、碳酸鹽巖的礦物成分、非碳酸鹽

5、的自生礦物石膏、硬石膏、重晶石、天青石、鹽巖、鉀鎂鹽、赤鐵礦、蛋白石、自生石英、海綠石、長石、黃鐵礦、白鐵礦、磷酸鹽礦物等。、陸源礦物：粘土礦物、陸源碎屑礦物 、 有機質(zhì)（混合物） 二、碳酸鹽巖的化學(xué)成分、主要化學(xué)成分主要是：CaO、MgO、CO2純石灰?guī)r（純方解石）CaO：56%、CO2：44%；純白云巖（純白云石）CaO：30.4%、MgO：21.7%、CO2：47.9%。 、微量元素：Sr、Ba、Mn、B、Zn、Cu、V、Ti等。三、碳酸鹽巖的顏色碳酸鹽巖以灰色、灰黑色為主，也有白色、灰綠色、黃褐色、紫紅色等。由于碳酸鹽巖主要是盆內(nèi)形成的，因此其顏色主要是自生色和次生色。自生色是碳酸鹽沉

6、積物在沉積環(huán)境中以及早期成巖過程中形成的顏色，與沉積環(huán)境密切相關(guān)。次生色是在后生作用階段或風(fēng)化過程中，原生組分發(fā)生次生變化，由新生成的次生礦物所造成的顏色。 第三節(jié) 碳酸鹽巖的結(jié)構(gòu)組分一、顆 粒 二、泥 三、膠結(jié)物 四、晶粒 五、生物格架一、顆粒盆內(nèi)顆粒（內(nèi)顆粒）：主要。在沉積盆地或沉積環(huán)境內(nèi)因化學(xué)、機械、生物等因素形成的碳酸鹽顆粒。（異化顆粒、異化組分）。內(nèi)顆粒：主要有5種內(nèi)碎屑、球粒與糞球粒、鮞粒、藻粒、生屑盆外顆粒（外顆粒）：次要。陸源碎屑顆粒。一、顆粒、內(nèi)碎屑沉積盆地中沉積不久的、半固結(jié)或固結(jié)的碳酸鹽沉積物或碳酸鹽巖巖層，由于受波浪、潮汐、風(fēng)暴等作用，破碎、搬運、磨蝕，再沉積而成的。礫

7、屑：2mm（如竹葉狀礫屑）， 淺水高能地區(qū)，半固結(jié)或固結(jié)，被波浪或水流破碎、搬運、再沉積，形成扁平礫石。 砂屑：2-0.1mm，成分多為泥晶灰?guī)r。粉屑：0.1-0.01mm，小，與砂屑相似。泥屑：2mm砂屑：0.-2mm粉屑：0.0-0.mm內(nèi)碎屑（intraclast）竹葉狀灰?guī)r，礫屑多呈扁餅狀，圓度好，分選也較好，側(cè)面常似長條狀，似竹葉，竹葉狀礫屑。排列方式反映了強大的水流、潮汐或風(fēng)暴作用。一、顆粒、鮞粒（鮞石）（1）定義：具有核心和同心層結(jié)構(gòu)的球狀顆粒，很像魚子（即鮞），故得名。 20.25mm為鮞粒； 2mm者稱豆粒。核心：內(nèi)碎屑、生物化石、球粒、陸源碎屑等。同心層：主要由泥晶方解石組

8、成，現(xiàn)代海洋環(huán)境中的鮞粒主要由文石組成，有的具放射狀結(jié)構(gòu)。一、顆粒、鮞粒（鮞石）（）鮞粒的種類正常鮞：同心層厚度大于核心直徑，且呈球形。表皮鮞（表鮞）：同心層厚度小于核心直徑。復(fù) 鮞：一個鮞粒中包含兩個以上小鮞粒。一、顆粒、鮞粒（鮞石）（）鮞粒的種類橢形鮞：呈橢球形鮞粒，由核心決定。放射鮞：具放射結(jié)構(gòu)的鮞粒，多為重結(jié)晶所致。單晶及多晶鮞：由一個球形外殼和一個或若干個方解石晶體組成，同心層不復(fù)存在。負(fù)鮞（空心鮞）：核心及同心層大部或部分被溶，只剩下一個外殼層。鮞粒：具有核心和同心層結(jié)構(gòu)的球狀顆粒，很象魚子（即鮞）。一般為2-0.25mm，常見為粗砂級（10.5mm）兩部分：核心、同心層。核心：可

9、以是內(nèi)碎屑、化石（完整的或破碎的）、球粒、陸源碎屑顆粒等）；同心層：泥晶方解石根據(jù)鮞粒的結(jié)構(gòu)和形態(tài)：正常鮞、表皮鮞、復(fù)鮞、橢形鮞、放射鮞、單晶鮞及多晶鮞、負(fù)鮞正常鮞、同心鮞和表皮鮞核心為石英正常鮞同心鮞同心鮞橢形鮞偏心鮞、橢形鮞偏心鮞橢形鮞橢形鮞復(fù)鮞放射鮞變形鮞壓溶鮞具縫合線邊緣的壓溶鮞單晶鮞和多晶鮞負(fù)鮞鮞內(nèi)溶孔鮞內(nèi)溶孔一、顆粒、鮞粒（鮞石）（3）形成機理無機沉淀說： 飽和碳酸鈣的水中，碳酸鈣將在核心表面發(fā)生沉淀作用。在動蕩水體攪動下，不斷懸起，接受碳酸鹽沉淀,一直大到懸不起來為止。（）形成條件CaCO3供應(yīng)豐富而且達(dá)到飽和，有充分的核心來源，水要受到攪動。一、顆粒3、藻粒藻粒：與藻類有成因聯(lián)

10、系的顆粒，有藻鮞、藻灰結(jié)核、藻團塊。藻鮞：與藻有關(guān)而形成的鮞，同心層清楚。1-2mm。藻灰結(jié)核（核形石）：在水動力攪動下，藍(lán)綠藻分泌的粘液圍繞核心粘結(jié)碳酸鹽沉積物沉積。同心層和形態(tài)不規(guī)則，個大。大于2mm，一般10-20mm。藻團塊：藻類粘結(jié)增長而成的顆粒，不具同心層。藻粒：與藻類有成因聯(lián)系的顆粒,包括藻鮞、藻灰結(jié)核、藻團塊藻鮞：在藻（主要是藍(lán)藻）參與下形成的鮞，同心層明暗相間，形如梅花或波狀，是通過藻絲體粘附灰泥形成，一般12mm。核形石或藻灰結(jié)核（oncolite）：通過藍(lán)綠藻粘液捕捉碳酸鹽沉積物而形成的具有同心層的顆粒，受水動力作用而間歇性滾動，呈不規(guī)則的同心增長層。較大1020mm。鮞

11、粒、藻鮞、核形石具有同心層的顆粒，統(tǒng)稱為“包?！保╟oated grain)。藻團塊：藻類粘結(jié)增長而生成的顆粒，不具有同心層。一、顆粒4、球粒與糞球粒球粒：較細(xì)粒（粉砂或細(xì)砂級）、由灰泥組成（泥晶）、不具特殊內(nèi)部結(jié)構(gòu)、球形或卵形的、分選較好的顆粒。機械或生物成因。糞球粒：生物成因（生物排泄）的球粒，卵形或橢球形，分選很好，有機質(zhì)含量較高，色暗。反映石化較快且能量較低的環(huán)境。球粒 粉屑 球粒 糞球粒 球粒（pellet）:較細(xì)粒的（粗粉砂級或砂級）、有灰泥組成的、不具特殊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的、球形或卵形的、分選較好的顆粒一、顆粒5、葡萄石、團塊、豆粒葡萄石（復(fù)合顆粒、集合粒）：在巴哈馬臺現(xiàn)代沉積中，可見沉

12、積于海底的幾個或多個相互接觸的顆粒（鮞粒、球粒、生物顆粒等）膠結(jié)在一起形成一個復(fù)合顆粒，外形似葡萄串。團塊：通過膠結(jié)、凝聚或藍(lán)藻粘液粘結(jié)碳酸鹽沉積物而形成的無特殊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的顆粒，既包括葡萄石、藻團塊，也包括灰泥相互粘結(jié)凝聚形成的顆粒。豆粒：指直徑大于2mm的顆粒，其同心層通常不規(guī)則。一、顆粒、生物顆粒（）生物顆粒（ skeletal grain）（生屑、生粒、骨粒、骨屑）：生物骨骼及其碎屑。包括腕足類、棘皮類、腹足類、頭足類、瓣鰓類、三葉蟲、介形蟲、有孔蟲、層孔蟲、海綿類、珊瑚、苔鮮蟲、紅藻、綠藻、輪藻等各種鈣質(zhì)生物化石。（）鑒定標(biāo)志：形態(tài)、結(jié)構(gòu)（如晶粒、纖狀、片狀、柱狀結(jié)構(gòu)等）、成分等?；?/p>

13、巖石學(xué)。（）意義：原地堆積的生物顆粒具重要的指相意義。二、泥（微晶碳酸鹽泥微晶、泥晶、泥屑）1、定義：泥級的碳酸鹽質(zhì)點，小于0.005mm。2、分類灰泥：方解石成分云泥：白云石成分3、成因：化學(xué)成因：熱帶高鹽度海水中沉淀,如針狀文石泥機械成因：機械破碎磨蝕生物成因：生物死亡分解,如鈣質(zhì)藻類、意義代表低能環(huán)境，常發(fā)生重結(jié)晶。 泥晶泥晶三、膠結(jié)物（亮晶方解石、亮晶方解石膠結(jié)物、亮晶）1、定義：沉淀于顆粒之間的結(jié)晶方解石或其他礦物?；瘜W(xué)沉淀，0.005-0.01mm，清潔明亮，又叫亮晶或淀晶方解石。、 形態(tài)：粒狀、針狀、柱狀、次生加大 第一世代：櫛殼狀、馬牙狀圍繞顆粒 第二世代：嵌晶粒狀充填殘余孔隙

14、、膠結(jié)方式：接觸式、孔隙式、意義：反映高能環(huán)境亮晶膠結(jié)物四、晶粒1、定義：晶粒是晶粒碳酸鹽巖（結(jié)晶碳酸鹽巖）的主要結(jié)構(gòu)組分。2、分類：根據(jù)粒度劃分：礫晶、砂晶、粉晶、泥晶等；根據(jù)形態(tài)劃分：自形晶、半自形晶、他形晶；根據(jù)相對大小：斑晶、包含晶。晶粒：結(jié)晶碳酸鹽巖的主要結(jié)構(gòu)組分據(jù)粒度劃分為：礫晶、砂晶、粉晶、泥晶粒徑，mm碎屑巖中的碎屑碳酸鹽巖中內(nèi)碎屑碳酸鹽巖中晶粒2.0 礫礫屑礫晶2.0-1.0極粗砂砂極粗屑砂屑極粗晶砂晶1.0-0.5粗砂粗屑粗晶0.5-0.25中砂中屑中晶0.25-0.1細(xì)砂細(xì)屑細(xì)晶0.1-0.05粗粉砂粉砂粗粉屑粉屑粗粉晶粉晶0.05-0.01(0.005)細(xì)粉砂細(xì)粉屑細(xì)粉

15、晶0.01(0.005)泥（粘土）泥屑泥晶粒級的劃分與命名五、生物格架生物格架：原地生長的群體生物（如珊瑚、苔蘚、海綿、層孔蟲等），以其堅硬的鈣質(zhì)骨骼所形成的骨骼格架。粘結(jié)格架：一些藻類，如藍(lán)藻和紅藻，其粘液可以粘結(jié)其它碳酸鹽組分，如灰泥、顆粒、生物碎屑等，從而形成粘結(jié)格架。生物格架：原地生長的群體生物（如苔蘚、珊瑚、海綿、層孔蟲等），以其堅硬的鈣質(zhì)骨骼所形成的骨骼格架。障積巖:生物粘結(jié)作用形成,在沉積環(huán)境中又有障壁作用的石灰?guī)r地質(zhì)體。粘結(jié)灰?guī)r:生物粘結(jié)作用形成,有連生的骨骼物質(zhì)、與重力作用相反的紋理、沉積底盆的孔洞等。格架灰?guī)r:由碳酸鹽造礁生物在原地建造的,并具有堅硬格架的碳酸鹽巖,珊瑚礁灰

16、巖、層孔蟲礁灰?guī)r等。第四節(jié) 碳酸鹽巖的構(gòu)造概述按成因分為：水流成因構(gòu)造重力成因構(gòu)造生物成因構(gòu)造溶解-滲濾成因構(gòu)造疊加成因構(gòu)造一、疊層石、概念：富藻紋層和富碳酸鹽紋層交互出現(xiàn)，組成疊層石。（疊層構(gòu)造、疊層藻構(gòu)造藻疊層）、兩種基本層組成：富藻紋層：暗層，藻類（絲狀或球狀的藍(lán)綠藻）組分含量多，有機質(zhì)高，碳酸鹽沉積物少，色暗。富碳酸鹽紋層：亮層，藻類組分含量少，有機質(zhì)少，色淺。一、疊層石、成因：風(fēng)暴期或高潮期，被水流帶來的碳酸鹽顆粒和泥被富含粘液的藻類捕獲形成，或夜間貧藻，形成富碳酸鹽的紋層。在非風(fēng)暴期或白天，則形成富藻紋層。、分類層狀、波狀：能量低，潮間上、潮上柱狀、錐狀：能量高，潮間下至潮下上疊層

17、石形態(tài)類型形態(tài)多樣,P160,基本形態(tài)只有兩種:層狀和柱狀的層狀多屬潮間帶上部的產(chǎn)物，水動力條件較弱柱狀多屬潮間帶下部和潮下帶上部的產(chǎn)物，水動力條件較強柱狀疊層石 層狀疊層石 波狀疊層石 柱狀疊層石二、鳥眼構(gòu)造、概念在泥晶或粉晶碳酸鹽巖中的孔隙，毫米級大小、多呈定向排列、為方解石、石膏、石英等礦物充填，形似鳥眼。（窗格構(gòu)造、雪花構(gòu)造）、成因：干燥收縮孔、生物腐爛溶解、氣泡孔。、意義：一般認(rèn)為鳥眼構(gòu)造是潮上帶標(biāo)志鳥眼構(gòu)造泥晶白云巖紋理似為藻紋層鳥眼構(gòu)造為白云石充填三、示頂?shù)讟?gòu)造在碳酸鹽巖的孔隙中,如在鳥眼孔隙、生物體腔孔隙以及其他孔隙，見兩種不同特征的填隙物。在孔隙的底部主要為泥晶或粉晶方解石，

18、色較暗；在孔隙頂部或上部為亮晶方解石，色淺多呈白色。兩者之間的平直界面代表沉積時的沉積界面。可以根據(jù)這一孔隙充填構(gòu)造判斷巖層的頂?shù)?，故叫做示頂?shù)讟?gòu)造或示底構(gòu)造。代表兩個不同時期的充填作用。底部或下部的泥粉晶充填物常是上覆蓋層遭受淋濾作用時由淋濾水沉淀，上部亮晶方解石則是后期充填的。腹足類體腔中的示頂?shù)讟?gòu)造礁體核部海綿石灰?guī)r中海綿空腔中的示頂?shù)讟?gòu)造有孔蟲體腔內(nèi)示頂?shù)讟?gòu)造四、蟲孔及蟲跡構(gòu)造概念：生物成因構(gòu)造，包括生物穿孔、生物潛穴、生物爬跡等，主要指蠕蟲動物和軟體動物。生物穿孔：生物活動在固結(jié)或半固結(jié)的巖石或生物組分中通過穿孔方式所形成的一種孔狀或管狀構(gòu)造。生物潛穴：生物在未固結(jié)的沉積物中活動造成的洞穴、孔穴、管穴等。生物爬跡：生物在未固結(jié)沉積物表面爬行的痕跡。 五、縫合線構(gòu)造碳酸鹽巖中常見的一種裂縫構(gòu)造，呈鋸齒狀。在縫合面上的凹凸幅度毫米到十幾厘米。差異壓實壓溶構(gòu)造、特殊裂縫構(gòu)造，可作油、氣、水運移通道?？p合線構(gòu)造 縫合線被方解石脈切割縫合線切割方解石脈泥晶灰?guī)r，縫合線內(nèi)含油，并有高嶺石充填，壓實壓溶作用思考題1、碳酸鹽巖巖石學(xué)在近20多年中有哪些進展？2、何謂碳酸鹽巖？試述碳酸鹽巖沉積物及碳酸鹽巖中的主要礦物成分及它們之間的關(guān)系？3、碳酸鹽礦物具有什么化學(xué)特征？古代碳酸鹽礦物與現(xiàn)代碳酸鹽沉積物中