碳酸盐沉积岩石学及相模式

碳酸盐沉积岩石学 及相模式 目 录 第一讲 碳酸盐岩概论 第二讲 碳酸盐岩结构与构造 第三讲 碳酸盐岩分类及主要岩石类型 第四讲 碳酸盐岩沉积环境及沉积相模式 碳酸盐岩是主要由 方解石和白云石 等碳酸盐矿物组成的沉积岩； 石灰岩和白云岩 是碳酸盐岩的主要岩石类型； 碳酸盐岩分布很广 ， 在沉积岩中居 第三位 ； 碳酸盐岩是重要的 烃源岩和储集岩 。 在当前国内外的大油气田中 ， 碳酸盐岩产层占 50 ， 产量占 60 。 第一讲 碳酸盐岩概论 第一节 碳酸盐岩的物质成分 一 、 碳酸盐岩矿物成分 （ 一 ） 碳酸盐矿物 主要是 方解石 (低镁方解石 )和 白云石 。 现代的碳酸盐沉积物中还常见 高镁方解石和文石 。此外在一定的环境条件下还可有 铁白云石 、 菱镁矿 、 菱锰矿 、 菱铁矿 等碳酸盐矿物 。 以 方解石 为主的碳酸盐岩称 石灰岩 ， 以 白云石 为主的碳酸盐岩称 白云岩 。 （一） 碳酸盐矿物 方解石 (, 成 ，常 含少量 一般 4。 三方晶系 ， 常见棱面体 、 复三方偏三角面体及微晶 、 隐晶质集合体 。 三组菱面体解理完全 ， 硬度为 3， 相对密度为 活度积常数在 25 时为 显微镜下具极明显的闪突起 ， 高级白干涉色 ， 三组完全解理 ， 双晶纹常见且平行于菱形解理的长对角线 。 方解石是 稳定的最终保存下来的矿物相之一 ， 在古老的碳酸盐岩中广泛分布 。 广泛存在于介形虫 、 三叶虫 、 有孔虫 、 层孔虫以及某些腕足动物和苔藓动物原始骨骼之中 。 1、方解石 (或低镁方解石 ) 方解石的晶体结构及原始晶胞形状 2、白云石 化学式为 ， 理想白云石是 1 1； 且高度有序 ， 即络阴离子 2- 、 镁离子钙离子 分别成层沿 属三方晶系 ， 常见的晶形为菱面体 ,菱形晶面常弯曲 ,硬度为 4， 相对密度为 活度积常数在25 时为 显微镜下具 极明显的闪突起 ， 高级白干涉色 ， 三组完全解理 ， 双晶纹平行于菱形解理的短对角线 。 凭光学性质与方解石极难区别 ， 常用染色法及衍射分析鉴别 。 在自然界中 ， 这种理想的白云石是很少的 。 碳酸盐岩中的白云石通常都是富钙的 ， 一般说来 ， 白云石形成时间愈长 ， 即其时代愈老就愈接近理想白云石晶体构造和化学式 。 （一） 碳酸盐矿物 （二）非碳酸盐矿物 1、 非碳酸盐自生矿物： 石膏 、 硬石膏 、 天青石 、 重晶石 、 萤石 、 石盐 。 钾石盐 、 玉髓 、 自生石英 、 黄铁矿 、 赤铁矿 、 海绿石 、 胶磷矿等 。 2、 还常含一些陆源矿物： 如粘土矿物 、 石英 、 长石 、云母 、 绿泥石 ， 以及一些重矿物等 。 3、 有机质 这些成分在判断碳酸盐岩的成因及沉积环境上 ， 都是很有用处的 。 二、碳酸盐岩化学成分 碳酸盐岩的化学成分与其矿物组成及形成环境有关： 纯石灰岩 (纯方解石 )的理论化学成分为 6 )和4 )； 纯白云岩 (纯白云石 )的理论化学成分为)， ),) 但是 ，实际上自然界中的碳酸盐岩总是或多或少地含有其他的化学成分 。 碳酸盐岩的化学成分对碳酸盐岩的各种工业用途来说是很重要的 。 例如水泥用的石灰岩 ， % 5 ， ， ， 4 ；冶金熔剂用的白云岩 ， 6 ， 。 在碳酸盐岩中还常含有一些微量元素或痕量元素 ，如 i， 这些元素及其含量在地层划分和对比以及沉积环境解释中 ， 有时很有意义 。 例如 硼 (B） ， 开阔海石灰岩的硼含量约为 ，局限海石灰岩的棚含量约为 ， 潮上云坪准同生白云岩的硼含量约为 。 这说明碳酸盐岩中的硼含量随其沉积环境的水体含盐度的增高而增高 ，碳酸盐岩中的硼含量可作为古沉积环境水体含盐度的良好标志 。 因此 ， 开展碳酸盐岩中微量或痕量元素的研究是有意义的 。 二、碳酸盐岩化学成分 碳酸盐岩的颜色与陆源碎屑岩及粘土岩相同 ， 其颜色所反映的环境条件也是相似的 。 （ 1） 强还原色： 灰黑色 ， 黑灰色； （ 2） 还原色： 深灰色 ， 灰色 ， 浅灰色； （ 3） 弱还原色： 灰绿色 ， 黄绿色 ， 黄灰色； （ 4） 弱氧化色： 褐灰色 ， 灰褐色； （ 5） 氧化色： 灰紫色 ， 棕红色 ， 红褐色 。 第三节 碳酸盐岩的颜色 第二讲 碳酸盐岩的结构与构造 第一节 碳酸盐岩的结构组分 一 、 颗粒 二 、 碳酸盐泥 三 、 胶结物 四 、 晶粒 五 、 生物格架 第二节 碳酸盐岩的沉积构造 第一节 碳酸盐岩的结构组分 碳酸盐岩主要由 颗粒 、 灰泥 、 胶结物 、 晶粒 、 以及生物格架等 五种主要的结构组分组成 。 此外 ， 还有一些次要的结构组分 ， 如陆源物质 、 其它化学沉积矿物 、 有机质等； 派生的结构组分如孔隙等 。 这些次要的和派生的结构组分对岩石性质也有一定的影响 ， 对岩石的成因分析有重要意义 。 一、颗粒 在碳酸盐岩中 ， 常见颗粒类型有 内碎屑 、 鲕粒 、 藻粒 、 球粒 、 葡萄石 、 团块 、 生物颗粒等 。 （据赵澄林等） 鲕粒 是化学凝聚成因的具有核心和包壳 (同心层结构 )的球形内颗粒 。 很象鱼卵子 （ 即鲕 ） 。 核心 可以是内碎屑 、 化石 （ 完整的或破碎的 ） 、 陆源碎屑 、 以及其他物质 。 包壳 (同心层 )主要由泥晶方解石组成；现代海洋环境中鲕粒主要由文石组成 。 有的鲕粒具有放射状结构 ，有的则只限于几个同心层中 。 粒径一般为： 2 大于 2豆粒 ） 和小于 一、颗粒 碳酸盐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 ， 它与粘土岩或粘土质砂岩中的粘土泥是相当的 ， 均是与颗粒同时以机械方式从流体中直接沉积的 。 “ 微晶碳酸盐泥 ” 、 “ 微晶 “ 、 “ 泥晶 ” 、“ 泥屑 ” 是它的同义词 。 根据它的具体成分 ， 可分“ 灰泥 ” 和 “ 云泥 ” 。 关于泥与颗粒的界限 ， 目前还没有一致的意见 。 这里暂以 二、碳酸盐泥 是指沉淀于颗粒之间的结晶方解石或其它自生矿物 ， 它与砂岩中胶结物相似 ， 是在沉积后阶段从孔隙溶液中以化学方式沉淀形成的 。 基本特征： （ 1） 这种方解石胶结物的晶粒 ， 一般比灰泥的晶粒大 ， 通常 由于其晶体较清洁明亮 ， 故常称做 “ 亮晶方解石 ” 、 “ 亮晶方解石胶结物 “ 或 “ 亮晶 ” 。 （ 2） 第一世代的胶结物一般呈栉壳状 ， 第二世代多呈亮晶嵌晶粒状 。 基本特征 三、胶结物 晶粒是晶粒碳酸盐岩 （ 也称结晶碳酸盐岩 ）的主要结构组分 。 晶粒可首先根据其粒度划分为砾晶 、 砂晶 、粉晶 、 泥晶等；砂晶和粉晶还可再细分 。 但划分标准有差异 。 泥晶和细粉晶的方解石和白云石 ， 主要是原生或准同生的；粗粉晶以上的方解石和白云石 ，主要是次生的 ， 即重结晶或交代作用的产物 。 四、晶粒 粉晶白云岩，溶洞中自形白云石，有少柱状石英，电镜照片，马家沟组 一般认为 ， 生物格架包括 生物骨骼格架 和 生物粘结格架 等类型 ， 以前者为主 。 1、 生物骨骼格架 生物骨骼格架 是原地生长并原地保存的群体造礁生物如珊瑚 、 苔藓 、 海绵 、 层孔虫等的骨骼所形成的坚硬的 、 具抗浪性的碳酸盐岩的结构组分 。 骨骼格架的特征：群体造礁生物的骨骼；原地生长并原地保存 ， 与层面垂直 ， 保持原始生长状态 。 与生物颗粒的区别：生物及生态不同；原地生长并原地保存；具有抗浪性 。 五、生物格架 2、 生物粘结格架 由蓝藻和红藻等藻类的粘液粘结灰泥 、 颗粒 、生物碎屑等其它碳酸盐组分形成的具有抗浪性的格架称粘结格架 。 如各种藻叠层石 。 生物格架和粘结格架均是礁碳酸盐岩的不可缺少的结构组分 ， 所以也称 礁格架 。 海绵骨架岩，串管海绵具原地生长态，蓝绿藻緾绕粘结，骨架间有二世代白云石充填。 第二节 碳酸盐岩的沉积构造 碳酸盐岩的沉积构造多种多样 ， 碎屑岩中的沉积构造几乎都可以出现在碳酸盐岩中；此外 ， 碳酸盐岩还常有一些自己独有的沉积构造类型 ， 如叠层构造 、 鸟眼构造 、 示底构造 、 叠锥构造 、 虫孔及虫迹构造 、 缝合线构造等 。 1. 层面构造：波痕 ， 干裂 ， 收缩缝等； 2. 层理构造：交错层理 ， 波状层理 ， 水平层理等； 3. 变形构造：变形层理 ， 滑塌构造等； 4. 叠层构造 虫孔构造 灰岩中的微缝合线 第三讲 碳酸盐岩的分类及主要岩石类型 亮晶鲕粒石灰岩 粗粉晶白云岩 中粗晶白云岩 亮晶鲕粒白云岩 第四讲 碳酸盐岩沉积环境及沉积相模式 一、威尔逊的碳酸盐岩标准相带模式 威尔逊综合了大量前人资料 ， 并考虑到海底地形 、 潮汐 、 波浪 、 氧化界面 、 盐度及海水循环等综合因素的控制 ， 提出原地加积的建隆 （ 孤立台地 ） 和进积的陆棚边缘 （ 镶边陆棚 )两种碳酸盐陆棚形成方式 ， 在此基础上 ， 建立了碳酸盐标准相带模式 。 这个模式共由三大相区和九个标准相带组成 ， 同时 ， 为了用于分析这九个标准相带的沉积和岩性组合特征 ， 他还总结出了 24个标准的微相类型 （ 。 从海至陆九个相带依次是： 盆地相； 开阔陆棚 （ 广海陆棚 ） 相； 碳酸盐岩台地的斜坡脚 （ 或盆地边缘 ） 相； 碳酸盐岩台地的前斜坡 （ 或台地前缘斜坡 ） 相； 台地边缘的生物礁相； 簸选的台地边缘砂 （ 或台地边缘浅滩 ） 相； 开阔台地相； 局限台地相； 台地蒸发岩 （ 或蒸发岩台地 ） 相 。 1至 3亚相带为第一个低能宽相带组合 （ ， 4至 6亚相带为高能窄相带组合 （ ， 7至 9亚相为第二个低能宽相带组合 （ 盆地相位于波基面和氧化界面以下，水深超过几十米至几百米，为静水还原环境。因水深而光线暗淡，不适于底栖生物生长。沉积物主要依靠从外带注入的细粒泥质物质和硅质物质，以及浮游生物死亡后降落的生物雨。停滞缺氧的和过威化条件均可出现。盆地相按沉积特征又可分为下列类型： 1）石灰岩浊积岩相： 2）深水瘦地槽相： 3）深海克拉通盆地（欠补偿和停滞缺氧的）碳酸盐岩相： 三、威尔逊的碳酸盐岩标准相带模式 广海陆棚相） 此环境水深几十米至 100m， 一般为氧化环境 。 盐度正常 ， 水体循环良好 。 海底一般在浪基面以下 ， 但大的风暴也可以影响底部沉积物 。 这种陆棚较宽阔 ，沉积作用相当均匀 。 这是典型的较深的浅海沉积环境 ，主要岩石类型为富含化石的石灰岩与泥灰岩 ， 呈灰 、绿 、 红及棕等色 ， 视氧化和还原条件而异 ， 普遍见生物扰动构造 。 层理薄到中 ， 或呈波状到结核状 。 在泥灰岩中见球状或流动状构造 ， 还可见泥丘和尖塔礁 。陆源物质有石英粉砂岩 、 页岩等 ， 与石灰岩互层 ， 成层性好 。 生物群有代表正常盐度的介壳化石 ， 狭盐性动物群的腕足类 、 珊瑚 、 头足类及棘皮类等相当发育 。此开阔陆棚相带与开阔台地相很相似 ， 因此 ， 常难加以区别 ， 前者多为广盐性生物 。 盆地斜坡相或盆地边缘相） 碳酸盐岩台地的斜坡脚相位于碳酸盐岩台地的斜坡末端 ， 其沉积物由远洋浮游生物及来自相邻的碳酸盐岩台地的细碎屑组成 ， 水体深度与开阔陆棚相相似 ，一般位于浪基面以下 ， 但高于氧化界面 ， 由薄层 、 层理完好的碳酸盐岩组成 ， 夹少量粘土质及硅质夹层 。此岩石类似盆地相沉积物 ， 但含泥质较少 ， 厚度较大 。某些韵律性或类似复理石层理的薄层灰岩可达数百米 ，有滑塌现象 。 或台地前缘斜坡相 ） 此相带为深水陆棚和浅水碳酸盐岩台地的过渡沉积 ， 从浪基面之上一直延续到浪基面以下 ， 但一般位于含氧海水下限之上 。 此斜坡的角度可达 30 ， 主要由各种碎屑组成 ， 堆积在向海的斜坡上 。 沉积物不稳定 ， 其大小和形状变化极大 ， 可能呈层状 ， 有细粒层 ， 也有巨大的滑塌构造 ， 或为前积层及楔形体岩层 。 它们主要由灰砂组成 ， 或由细粒碳酸盐岩组成 。 广海生物十分丰富 。 其生态特征取决于水体的能量 、 斜坡陡峻程度 、生物繁殖能力 、 造染生物的数量 、 粘结作用 、 捕集作用 、 出露水面的频率以及后来的胶结作用 。 此种生物建造可分为三种类型： 灰泥丘或生物碎屑丘； 圆丘礁台或斜坡； 格架建筑的环礁 。 主要由块状石灰岩和白云岩组成 ， 几乎全由生物组成 ， 也有许多生物碎屑 。 碳酸盐岩台地边缘浅滩相） 簸选的台地边缘砂相主要呈砂洲 、 海滩 、 扇形或带状的滨外坝或潮汐坝 ， 或风成砂丘岛 。 一般位于海平面之上到 5 10 组成的颗粒已受波浪 、 潮汐或沿岸海流的簸选 ， 因而比较洁净 。 此带盐度正常 ， 循环良好 ， 氧气充足 。 但由于底质经常变动 ， 因此不适于海洋生物繁殖 。 从地理位置来看 ， 此相带位于台地边缘之后的海峡 、 泻湖及海湾中 ， 因此也可以用陆棚泻湖或台地泻湖来命名 。 此环境水较浅 ， 由数米到数十米 ， 盐度由基本上属于正常盐度到略为偏高 ， 海水环境中等 。 这种条件适合各种生物生长 ， 但无狭盐性生物 。 沉积物的结构变化大 ， 但含有相当数量的灰泥 。 封闭一封闭的台地） 这是一个真正的泻湖 ， 海水循环受到很大限制 ， 盐度显著提高 。 从地理位置来看 ， 这些泻潮可分为堤礁 （ 堡礁 ） 之间或堤礁 （ 堡礁 ） 之后的泻湖 ， 沿岸砂嘴之后