碳酸盐岩主要成岩作用类型及其特征

1、碳酸盐岩主要成岩作用类型及其特征张鹏 矿物S131目 录一、基本概念二、成岩作用的主要类型一、基本概念 碳酸盐岩的成岩作用：是在沉积作用阶段之后，碳酸盐沉积物及碳酸盐岩所发生的一系列的物理的、化学的、物理化学的和生物的作用，以及这些作用所引起的碳酸盐沉积物和碳酸盐岩的结构、构造、成分以及物理的和化学的性质的变化（图1）。 图1 碳酸盐岩的形成与演化成岩作用阶段成岩作用阶段沉积物形成阶段沉积物形成阶段碳酸盐岩碳酸盐岩后生作用阶段后生作用阶段变质作用变质作用风化作用风化作用沉沉积积后后作作用用成岩作用成岩作用后生作用后生作用二、成岩作用的主要类型 碳酸盐沉积物的成岩作用类型很多，主要有溶解作用、矿

2、物的转化作用和重结晶作用、胶结作用、交代作用、压实作用与压溶作用等。1.溶解作用（Solution）定义:碳酸盐沉积物或碳酸盐岩中孔隙水的性 质发生变化，引起碳酸盐矿物或其他成分溶解。 溶解的原因（1）、大气淡水的淋滤（图2）图2 大气淡水的风化淋滤（2）、酸的影响 在不同的成岩阶段，都可形成一定量的碳酸或有机酸，促使溶解作用的发生。 特征：l 在各成岩阶段都可以发生l 成岩作用早期的溶解具有选择性l 成岩作用晚期的溶解不具有选择性意义： 溶解作用具有扩大和增加岩石孔隙的作用，形成的新孔隙系统往往又是油气渗滤和储集的有效空间。 溶解作用可以在碳酸盐岩成岩过程中多次发生，各个世代的溶解作用对碳酸

3、盐岩储层性质的影响不尽相同。2.矿物的转化作用和重结晶作用(1) 矿物的转化作用（Inversion of Minerals） 矿物的同质多象转化，即仅发生晶格和晶形的变化，并不发生化学成分的变化（同分异构）。文石(CaC03 ) 低镁方解石(CaCO3) 有化学成分的变化，但无晶格和晶形的变化（同构异形）。高镁方解石（MgCO34%） 低镁方解石（MgCO34%）(2) 重结晶作用(Recrystallization) 单纯的重结晶作用是指在成岩过程中，矿物的晶体形状和大小发生变化而主要矿物成分不改变的作用。 一般情况下趋向于出现晶体长大的现象，福克称之为“进变新生变形”作用。 特殊情况下也

4、可能发生晶体的缩小，或称之为“退变新生变形”作用。这两种重结晶类型主要有微亮晶与微泥晶。微亮晶的形成作用 某些古代泥晶石灰岩，其泥晶的粒径一般为510m，福克将这种大小为510m的方解石晶体称作“微亮晶”。它是在成岩过程中通过与镁离子的迁移有关的重结晶作用造成的（图3）。文石文石高镁方解石高镁方解石低镁方解石低镁方解石Mg2+ 图3 微亮晶重结晶作用微泥晶的形成作用 观察古代石灰岩时，常见某些有孔虫、珊瑚藻类和粪球粒，它们都是由粒径仅1m左右的泥晶方解石组成，不透明，在反向光下略带白色，福克称其为“微泥晶”。微泥晶的原始成分可能也是镁方解石，在成岩作用过程中，由于富镁孔隙水产生的镁离子的毒害效

5、应，阻碍了晶体的重结晶长大，最终只能形成极小的微泥晶结构。3. 胶结作用(Cementation) 胶结作用是一种孔隙水的物理化学和生物化学的沉淀作用。作用的结果是在粒间的孔隙中发生晶体生长，把碳酸盐颗粒或矿物粘结起来使之变成固结的岩石。1) 碳酸盐胶结物的矿物成分和结晶形态 组成碳酸盐岩胶结物的矿物很多，但最主要的是碳酸盐类矿物。如方解石(低镁方解石）、文石、镁方解石(高镁方解石)、白云石。 碳酸盐胶结物主要有3种结晶形态，即泥晶、纤维晶和较粗的粒状晶体。2）胶结物的世代 充填孔隙的胶结物往往由两个或两个以上世代组成，有时随着世代的不同，其组构和微量元素的组成也随之发生变化。 早期胶结物一般

6、在颗粒周围组成薄边胶结，常见为纤维状或马牙状无铁方解石；可能为海水成因的文石或高镁方解石经成岩变化而成（图4） 。 后期胶结物多为粒状含铁主解石，可能为淡水成因或深埋的地下孔隙水或原生水形成（图5 ）。 图4 早期 图5 后期 3 3）碳酸盐胶结物的来源碳酸盐胶结物的来源海水来源海水来源（主要来源）（主要来源）成岩过程中文石和高镁方解石发生溶解成岩过程中文石和高镁方解石发生溶解压溶过程中溶解的碳酸钙压溶过程中溶解的碳酸钙（重要补充来源）（重要补充来源）地下水来源地下水来源淡水将上覆沉积层的碳酸盐溶解后向下淋滤淡水将上覆沉积层的碳酸盐溶解后向下淋滤4.交代作用(Replacement)n 在碳酸

7、盐沉积物或碳酸盐岩中，原来的矿物和组分被新矿物取代的作用叫交代作用。 碳酸盐岩中常见的交代作用有白云石化、去白云石化、硅化、石膏化和硬石膏化、去石膏化、菱铁矿化和黄铁矿化等。 (1) 去白云化作用 方解石交代白云石的作用叫去白云化作用，交代完全时可形成交代石灰岩。 去白云化主要是在近地表、含石膏的白云岩或有石膏夹层的白云岩地区发生的，其过程是在富含硫酸盐的地下水的作用下进行的:CaMg(CO3)2+CaSO42H2O2CaCO3+MgSO4+2H2O (2) 石膏化和硬石膏化作用 石膏和硬石膏交代碳酸盐矿物或组分的现象叫石膏化和硬石膏化。 (3) 去石膏化作用 石膏和硬石膏晶体被碳酸盐矿物交代

8、的现象叫去石膏化。 去石膏化常与地表淡水和细菌的作用有关。 在地下，还原硫细菌与硫酸盐产生下列反应：6CaSO4+4H2O+6CO26CaCO3+4H2S+11O2+2S5.压实和压溶作用(Compaction and Pressure Dissolution) 碳酸盐沉积物在上覆层的负荷压力下，发生孔隙流体的减少、孔隙度降低、沉积物密度增加、体积减小、颗粒变形破裂、甚至引起颗粒和岩石局部溶解的作用。(1)物理压实作用(Compaction) 物理压实作用是指碳酸盐沉积物在上覆岩层的负荷压力下，发生水分减少、孔隙度降低、体积缩小、晶体和颗粒趋向紧密排列的作用。u常见的物理压实现象有： 颗粒点接触频率高、颗粒变形、颗粒间线状接触或曲面接触、颗粒断裂或破裂等。 压实作用的结果:水排出、最紧密堆积、孔隙减少、变致密。 (2)化学压实作用压溶作用 (Pressure Dissolution) 压溶作用指在负荷或应力作用下，在颗