化石微相 第2章 現(xiàn)代碳酸鹽巖沉積學簡介

化石碳酸鹽巖微相第一章緒論第二章現(xiàn)代碳酸鹽巖沉積學簡介第三章化石及化石碎片的薄片鑒定方法第四章造巖鈣質(zhì)藻類化石的薄片鑒定特征第五章鈣質(zhì)動物化石的薄片鑒定特征第六章化石組合及其生態(tài)環(huán)境意義第七章碳酸鹽巖微相研究第二章現(xiàn)代碳酸鹽巖沉積學簡介簡要回顧現(xiàn)代碳酸鹽沉積學主要理論，闡明本課程在其中的位置和作用，為后續(xù)學習提供必要背景知識。主要包括碳酸鹽沉積機理（強調(diào)生物在其中的作用）、碳酸鹽顆粒類型、碳酸鹽巖成因分類及常見碳酸鹽沉積相模式（及臺地類型）等。在1957年以前，科學先賢們根據(jù)組成灰?guī)r的方解石在地表環(huán)境中是不穩(wěn)定的礦物，從而認為灰?guī)r是深水化學沉積的產(chǎn)物，總結(jié)出以下錯誤的沉積模式：

礫巖砂巖泥巖灰?guī)r

現(xiàn)代海洋碳酸鹽沉積主要分布于赤道南北30o的溫暖淺海地帶。在這些地帶鈣藻大量繁殖，珊瑚礁發(fā)育，局部有貝殼砂、鮞粒砂、葡萄狀團塊、球?；夷嗉霸旖干镎辰Y(jié)巖正在堆積。而在南北緯40o之間的深海盆地底部，有大量浮游生物碳酸鹽沉積。這些現(xiàn)代海相碳酸鹽產(chǎn)出環(huán)境，不僅是溫暖淺水，而且是清水環(huán)境，沒有大量細碎屑沉積物的注入。一、碳酸鹽沉積機理WorldwideDistributionofCarbonatesWilson(1975)

現(xiàn)代熱帶淺海能產(chǎn)生這樣的碳酸鈣，還和藻類活動有關(guān)。熱帶淺海小于10-15米水深的海域，所產(chǎn)生的CaCO3比深陸緣海每單位面積的CaCO3多幾倍。主要與這一水域的綠藻及藍綠藻特別豐富有關(guān)。由于藻類的光合作用，從海水中吸收大量CO2，從而促使海水中的CaCO3過飽和，沉淀出文石質(zhì)灰泥來，而且鈣藻的外殼也是文石質(zhì)灰泥及顆粒的主要供給者。因此藻類繁生可以提供大量碳酸鹽沉積物。

藻類生活需要一個溫暖淺水清潔透光的環(huán)境。海水渾濁，不僅妨礙光合作用，阻止鈣藻的生長，懸浮的粘土還可以堵塞許多底棲無脊椎動物的攝食器官，使它們不能繁衍，也妨礙了大量碳酸鹽顆粒的產(chǎn)生。海水太深，陽光不足，氧氣不夠，對藻類和底棲無脊椎動物生長都不利；水壓大，溶CO2多，CaCO3不飽和，因此深水不會有大量碳酸鹽直接產(chǎn)生，而深水碳酸鹽沉積物主要靠海水表層浮游生物（顆石藻、有孔蟲、翼足類等）和淺水陸棚區(qū)漂運來的灰泥或粉屑提供。

在開闊海陸棚淺水地帶的濱岸高能帶或濱外高能帶，由于波浪（包括潮汐）及其伴生的沿岸流、底流作用，使碳酸鹽沉積物發(fā)生簸選，將其中的細屑碳酸鹽物質(zhì)帶走，而留下各種砂礫級碳酸鹽顆粒，形成各種砂礫屑灘、介殼灘、沿岸砂壩及砂咀，或濱外砂堤及砂洲、潮汐三角洲及潮汐砂壩等，從淺水陸棚高能帶簸選出來的細屑碳酸鹽物質(zhì)（即灰泥、粉屑）堆積在陸棚邊緣或障壁砂壩前緣的較深水盆地區(qū)以及障壁后的瀉湖及潮坪區(qū)。

碳酸鹽沉積物主要是生物成因的，其中有些生物能適應較高水能環(huán)境，甚至具有抗浪的生態(tài)本能，它們能在高能環(huán)境下就地生長聚集成為礁體。在高能帶，由于向岸風及潮汐作用，使波浪攪動及海水壓力變化，沿著斜坡上升來的深部海水，溫度劇然升高，水壓降低，CO2迅速釋放，促進了CaCO3大量沉淀，同時從深水還帶來大量其它養(yǎng)料，有利于造礁生物的發(fā)育生長。所以在沿岸高能帶常形成岸礁，在濱外或陸棚邊緣高能帶常出現(xiàn)堤礁或堡礁。

如果在這些地帶，持續(xù)地保持強到中等的水運動，而又有碳酸鈣過飽和海水不斷產(chǎn)生，這就使得正常鹽度的造礁生物不能繁衍，而海底碳酸鈣的加積作用及膠結(jié)作用，水體中的顆粒包殼作用等明顯，可以產(chǎn)生被亮晶膠結(jié)的鮞粒、砂屑、球粒、團塊、核形石及生物砂等沉積物。

在障壁礁或砂堤之后，水的循環(huán)受到限制，出現(xiàn)瀉湖及潮坪環(huán)境。如果氣候炎熱干燥，由于蒸發(fā)作用使瀉湖水的鹽度不斷升高，最初產(chǎn)生CaCO3（文石）的化學沉淀。進一步咸化就會出現(xiàn)白云巖及膏鹽沉積，生物很貧乏，僅有某些廣鹽性生物。如果氣候比較潮濕炎熱，瀉湖水的鹽度變化不大，可出現(xiàn)大量綠藻、鈣質(zhì)海綿、苔蘚蟲及腕足類等生物，為碳酸鹽沉積提供大量顆粒。

在潮坪地帶由于間歇性的潮汐泛濫及陸上暴露干涸，形成白云巖以及鳥眼、干裂、紋層、膏鹽晶體假象等沉積構(gòu)造。在熱帶多雨地區(qū)，潮間坪沉積物里出現(xiàn)淡水透鏡體，造成富含半咸水植物的沼澤，或出現(xiàn)微喀斯特地貌，沉淀結(jié)殼狀淡水方解石等。CarbonateFactory碳酸鹽巖工廠碳酸鹽沉積的核心地區(qū)BiologicalCarbonateFactoryChemicalprecipitates:ooidsCarbonateFactoryPlanktonicforamnifera(Globerginid)

CoccospheresCoccoliths

CarbonateFactory碳酸鹽沉積的基本規(guī)律絕大多數(shù)碳酸鹽是在淺水的海洋環(huán)境中形成的，其沉積作用過程主要受化學及生物化學條件的控制。1、生物在碳酸鹽沉積中具有重要作用2、水動力條件對碳酸鹽沉積具有控制作用3、碳酸鹽沉積基本上在原地形成4、碳酸鹽沉積主要形成與溫暖、清潔、透光的淺水環(huán)境5、碳酸鹽的沉積作用迅速，但容易受控制方解石方解石白云石白云石碳酸鹽巖主要由方解石、白云石等碳酸鹽礦物（含量大于50%）組成。二、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、生物格架六、孔隙碳酸鹽顆粒在沉積地區(qū)或沉積環(huán)境內(nèi)形成的碳酸鹽成分顆粒。也叫異化顆粒（allochem）：由異?；瘜W作用所形成的顆?；蚪M分。成因：化學、機械、生物、綜合（生物化學、生物機械）分類：生物碎屑顆粒：生物化石碎片非生物碎屑顆粒：內(nèi)碎屑、鮞粒、藻粒、球粒等非骨骼顆粒：包覆顆粒、球粒、凝聚顆粒和內(nèi)碎屑及外碎屑1．內(nèi)碎屑竹葉狀礫屑砂屑粉屑（1）鮞粒是指具有核心和同心層結(jié)構(gòu)的球狀顆粒。多在2－0.05mm之間藻灰結(jié)核核心及同心層都不太規(guī)則，有藻參與形成，滾動、懸浮均有。通常較大，大于2mm.藻灰結(jié)核鮞粒2、鮞粒及藻灰結(jié)核偏心鮞橢球鮞同心鮞復鮞放射鮞表皮鮞變形鮞變形鮞：同生期水底部水流沖刷或拖曳變形而成壓溶鮞具縫合線邊緣的壓溶鮞壓溶鮞：壓力下變形破裂，局部壓溶，常與縫合線形成有關(guān)

單晶鮞、多晶鮞單晶鮞、多晶鮞重結(jié)晶作用導致核心和同心層消失早期淋濾，后期被結(jié)晶充填，保留了鮞的外膜鮞內(nèi)溶孔鮞內(nèi)溶孔負鮞（空心鮞）——鮞粒內(nèi)溶蝕孔隙核心或同心層大部或全部被溶蝕，只剩外殼層藻鮞包覆顆粒分為核形石和鮞粒。原生沉淀鮞粒可分為：真鮞、薄皮鮞、復鮞。核形石又叫藻包粒，其殼紋層可分為：泥晶紋層狀、凝塊狀紋層、含生物的紋層、藻絲紋層和復合型紋層。藻鮞與藻有關(guān)而形成的鮞藻灰結(jié)核藍綠藻分泌的粘液圍繞核心一邊粘結(jié)碳酸鹽沉積物，一邊在水動力下搬運沉積，形成不規(guī)則的同心增長層。藻團塊藻類粘結(jié)增長而成的顆粒，不具同心層結(jié)構(gòu)藻碎屑較大的藻粘結(jié)顆粒（包括藻團塊）或藻粘結(jié)格架被破碎和磨蝕而成的藻顆粒，形態(tài)似礫屑或砂屑。3、藻粒藻灰結(jié)核藻團塊3、藻粒藻凝塊灰?guī)r，寒武系，山東沂水馬站球粒(pellet)較細粒的（粉砂或細砂級）、不具特殊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的、泥晶的、分選較好的顆粒。糞球粒(fecalpellet)卵形或橢球形，分選很好，有機質(zhì)含量較高。蠕蟲、軟體動物等，低能環(huán)境產(chǎn)物。并不是所有的球粒都是糞球粒4、球粒與糞球粒5、變形粒先期形成的顆粒在成巖后生作用階段，在壓溶作用或其它力學作用的影響下發(fā)生變形。變形程度弱時，可看出它們與原始顆粒之間的關(guān)系，可以原顆粒命名，如變形內(nèi)碎屑、變形鮞粒等；變形程度強時，看不出它們與原始顆粒的關(guān)系，籠統(tǒng)叫“變形顆粒”或“異形?！薄?、團塊形狀不規(guī)則，不具什么特殊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復合顆粒由于概念模糊，已經(jīng)很少用此術(shù)語變形鮞粒凝聚顆粒是幾種碳酸鹽經(jīng)過粘結(jié)或膠結(jié)作用聯(lián)結(jié)在一起形成的一種顆粒類型，又稱為團塊。其大小多為0.5－3㎜。富含有機質(zhì)、沒有明顯內(nèi)部構(gòu)造和外形的暗色泥晶碳酸鹽集合體叫凝塊石。同義語：微晶碳酸鹽泥、微晶、泥晶、泥屑分類灰泥：方解石成分，也稱“微晶方解石泥”云泥：白云石成分，多為交代灰泥產(chǎn)物成因機械破碎化學沉淀：現(xiàn)代海洋中的針狀文石泥生物成因：生物死亡分解要區(qū)分它們困難二、泥顆粒泥膠結(jié)物以化學沉淀方式沉淀、結(jié)晶于碳酸鹽顆粒之間的方解石或其它礦物。與砂巖中的膠結(jié)物類似。亮晶方解石/亮晶方解石膠結(jié)物/亮晶＝淀晶方解石/淀晶方解石膠結(jié)物/淀晶1.特征粗大(>0.005mm)，以結(jié)晶狀態(tài)產(chǎn)出潔凈、明亮→亮晶產(chǎn)出方式具有世代現(xiàn)象第一世代：櫛殼、馬牙狀第二世代：嵌晶粒狀三、膠結(jié)物2.亮晶膠結(jié)物與灰泥的本質(zhì)區(qū)別

---成因不同晶體大?。毫辆Т?，灰泥小干凈與否：亮晶干凈明亮，灰泥較為污濁含量：亮晶<50%，灰泥0～100%形成時期：亮晶——成巖階段；灰泥——沉積階段分布狀況：亮晶常具櫛殼狀結(jié)構(gòu)，灰泥絕無此結(jié)構(gòu)巖石形成時的能量：亮晶含量高，反映高能環(huán)境灰泥含量高，反映低能環(huán)境亮晶膠結(jié)物與重結(jié)晶后的碳酸鹽泥的區(qū)別亮晶櫛殼狀結(jié)構(gòu)，世代現(xiàn)象晶體明亮晶形較好，邊緣平直重結(jié)晶后的碳酸鹽泥粒狀結(jié)構(gòu)，晶面彎曲互相鑲嵌絕無櫛殼狀結(jié)構(gòu)晶體明亮度較差，有灰泥殘余相當于碎屑巖中的基質(zhì)重結(jié)晶櫛殼狀結(jié)構(gòu)（世代型）晶粒結(jié)構(gòu)（重結(jié)晶的產(chǎn)物）①各英文名為原分類使用的名稱②“基質(zhì)支撐”之下兩種巖石之間的顆粒含量界線在原分類中是10%③“沉積組分被粘結(jié)”中的生物骨架灰?guī)r（Framestone）、粘結(jié)灰?guī)r（Bindstone）和障積灰?guī)r（Bafflestone）按EmbryandKlovan（1971）增補，其中的粘結(jié)灰?guī)r包括疊層石灰?guī)r（Stromatoliticlimestone），但最好將有疊層構(gòu)造的粘結(jié)灰?guī)r獨立出來稱疊層石灰?guī)r。三、碳酸鹽巖分類

石灰?guī)r的結(jié)構(gòu)成因分類Classificationoftexturalvariationinthereef如右圖所示，由于灰?guī)r結(jié)構(gòu)是不同作用過程相互作用的產(chǎn)物，因而就會存在一個寬松的譜系，右圖還表明了灰?guī)r主要結(jié)構(gòu)類型之間的相互關(guān)系。四、碳酸鹽沉積相模式

碳酸鹽沉積受生物、水文和自然地理等多種條件的控制，沉積作用因素復雜，給建立碳酸鹽沉積相帶模式帶來困難。碳酸鹽巖沉積相和沉積環(huán)境的理想序列，至今似乎還沒有一個完整無缺的模式。目前關(guān)于海洋碳酸鹽巖沉積相模式較多。1、按能量帶劃分的模式

Shaw1964年把淺海碳酸鹽沉積區(qū)劃分為陸表海和陸緣海兩種類型，首次論述了陸表海的水能量特征，提出陸表海碳酸鹽沉積分異主要取決于海水的能量；陸表海內(nèi)波浪、海流以及潮汐作用是控制碳酸鹽分帶主要因素。

Irwin1965年根據(jù)Shaw的理論，進一步提出了陸表海沉積模式和能量帶的理想序列，把按照能量沒有或僅有很少陸源物質(zhì)輸入的陸表海（清水盆地）從海岸到廣海方向劃分為X、Y、Z三個帶。

X帶：低能帶，相當于潮下帶，廣海浪基面以下，寬約數(shù)百公里。該帶很少受到擾動，只有海流才能作用于海底。沉積物主要是從高能帶（Y）帶來細粒碎屑物質(zhì)，沉積形成粉屑灰泥沉積。

X帶氧的供應相對不足，使底棲生物和藻的生長受到限制。該帶水體較深，水溫偏低，不利于灰泥形成，一般沉積速率較慢，沉積物厚度較薄。沉積物一般呈暗色，發(fā)育典型的水平層理。

Y帶：高能帶，相當于潮間帶，寬約數(shù)十公里，波浪和潮汐作用都十分活躍，陽光充足，氧氣充分，底棲生物及藻類大量繁盛。該帶養(yǎng)料極為豐富，有利于各種底棲生物，包括造礁生物的大量繁盛，常形成生物礁或生物灘。向濱岸一側(cè)，由于水動力較強形成各種較粗的碳酸鹽異化顆粒，如鮞粒、生物碎屑和內(nèi)碎屑等。粒屑主要由砂礫級粗碎屑組成，泥質(zhì)很少。粗顆粒大都被磨蝕分選，原始孔隙度高，多為亮晶膠結(jié)物所充填。由于生物碎屑或鮞粒受到波浪和水流的牽引、簸選，往往形成具交錯層的、分選良好的顆?；?guī)r。

Z帶：低能帶，相當于潮上帶，寬度可達數(shù)百公里，該帶海水較淺，不超過幾米，海水循環(huán)不暢，主要受潮汐的影響，波浪的作用已經(jīng)很小，只有風暴才能引起局部的波浪作用。Z帶海底坡度很小，或近于平坦，因而水淺而分布廣泛。在靠近濱岸地帶，如氣候干燥，水流停滯，可使海水蒸發(fā)，鹽度不斷增高，形成白云巖、硬石膏、石膏以及各類鹽類沉積物。此帶的碳酸鹽沉積物主要是低能的灰泥。其中一部分是從高能帶中搬運而來的，另一部分是以物理化學方式從海水中直接沉淀下來的。所形成的巖石主要是泥晶灰?guī)r或紋層狀灰?guī)r及白云巖。

Z帶內(nèi)形成的沉積巖中普遍富含球狀顆粒，常見干裂、中溝、鳥眼構(gòu)造、扁平礫石、蠕蟲鉆孔及生物垂直潛穴等沉積構(gòu)造，具此區(qū)別于X帶的碳酸鹽沉積。由于Z帶海水較淺，循環(huán)又受局限，鹽度和溫度變化都比較大，因此生物群極不發(fā)育，數(shù)量也極為稀少，僅見蘭綠藻、介形蟲、腹足類等少量生物化石。

Laport(1967,1969)繼承并進一步修改了Shaw和Irwin所建立的模式，認為潮汐作用在海水動力能量分帶上起重要作用。他發(fā)現(xiàn)由于潮汐面頻繁變動經(jīng)常引起能量帶的復雜遷移和變換，因而形成各相帶的變替和穿插。因此把碳酸鹽的能量相帶與潮汐分帶結(jié)合起來，劃分出四個相帶。

A．潮上及潮間帶：相當于Irwin的Z帶；B．淺的潮下帶：位于波基面以上，相當于Irwin的Y帶；C．無陸源沉積的潮下帶：位于波基面以上，無細粒陸源碎屑物（主要指粘土），相當于Irwin的X帶的上部；D．有陸源沉積的潮下帶：位于波基面之下，有陸源粘土沉積物，相當于Irwin的X帶的下部。

實際上，Laport對Irwin能量相帶，特別是潮下帶進行了詳細劃分。將潮下帶劃分為三個相帶：分別相當于Y帶、X2、X1帶。2、威爾遜沉積相模式

威爾遜（Wilson，1975）綜合了古代及現(xiàn)代碳酸鹽的大量沉積模式，吸收了按能量劃分碳酸鹽相帶的優(yōu)點，根據(jù)海底地形、潮汐、波浪、氧化界面、鹽度、水深、海水循環(huán)、氣候條件等因素建立了綜合的碳酸鹽沉積的標準相帶模式。把海洋碳酸鹽劃分為三大相區(qū)和九個標準相帶，還提出九個標準相帶的24種微相類型

。碳酸鹽沉積環(huán)境及相模式威爾遜(1969，1975)綜合了古代及現(xiàn)代碳酸鹽巖的大量沉積模式，按照沉積環(huán)境的潮汐、波浪、氧化界面、鹽度、水深及水循環(huán)等因素的控制，建立了綜合的碳酸鹽沉積模式，劃分出3個相區(qū)、九個標準相帶、24個微相。1，2，3相帶相當于X帶，4，5，6相帶相當于Y帶，7，8，9相帶相當于Z帶。盆地相區(qū)盆緣相區(qū)臺地相區(qū)九個相帶：盆地相區(qū)（海底深度均在浪基面以下，水體運動很弱或靜止狀態(tài)，為低能帶，類似于歐文的X相帶。分為：盆地相：位于氧化界面以下。廣海陸棚相：暴風浪基面以下。深陸棚邊緣相：盆地邊緣相，暴風浪基面附近（深陸棚邊緣）。臺緣相區(qū)：海底均位于浪基面之上，寬度窄，波浪作用強烈，屬于高能帶，與歐文的Y相帶相對應。包括：臺地前緣斜坡相：正常浪基面及以下風暴浪基面以上。對應臺地前斜坡。臺地邊緣生物礁相：（臺地邊緣生物礁）。臺地邊緣淺灘相：（臺地邊緣淺灘）。臺地相區(qū)：位于臺地邊緣相區(qū)之后，波浪能量至此已耗盡，水體運動微弱，屬于低能環(huán)境，大致相當于歐文的Z相帶。但局部可以出現(xiàn)高能環(huán)境。開闊臺地相：可以出現(xiàn)高能環(huán)境。局限臺地相蒸發(fā)臺地相關(guān)士聰模式提出了中國古海域沉積環(huán)境綜合模式圖，其中可分出：兩個相組；六大相區(qū)；十五個相帶。兩個相組：臺棚相組、槽盆相組六個相區(qū)：淺海陸棚相區(qū)；臺地邊緣相區(qū)；臺地相區(qū)；陸地邊緣相區(qū)；次深海槽盆相區(qū)；深海槽盆相區(qū)。塔克模式