沉积岩石学：碳酸盐岩

1、碳 酸 盐 岩一、 概论 二、 碳酸盐岩的特征 三、 构造 四、 碳酸盐岩的分类 碳酸盐岩 碳酸盐岩是Ca、Mg碳酸盐矿物为主组成的沉积岩，主要类型是石灰岩和白云岩.一、概 论 碳酸盐岩占沉积岩总量的20%，在地层分布中仅次于泥质岩和砂岩； 我国的沉积岩占全国面积的75%，碳酸盐岩占沉积岩覆盖面积的55%； 主要分布层位：南方的震旦系、古生界以及三叠系；北方的元古界以及古生界。 碳酸盐岩中矿产丰富：铁、铝、锰、磷、硫、石膏、钾盐等； 石灰岩及白云岩：冶金、建筑、化工、农业；一、概 论 一、概 论 与碳酸盐岩有关的油气储量占世界储量50%；产量占世界产量的60%以上。一、概 论 一、 概论 二、

2、 碳酸盐岩的特征 三、 构造 四、 碳酸盐岩的分类 碳酸盐岩 （一） 、化学成分主要化学成分：主要是CaO、MgO、CO2纯石灰岩（纯方解石）CaO：56%、CO2：44%；纯白云岩（纯白云石）CaO：30.4%、MgO：21.7%、CO2：47.9%。 微量元素：Sr、Ba、Zn、Cu、V、Ti二、碳酸盐岩的特征 （二）、矿物成分主要碳酸盐矿物：方解石和白云石 CaCO3 方解石、高镁方解石（10-30mol%）、文石(同质异象斜方晶系)、低镁方解石(50%的，用作岩石基本名称，以XX岩表示；2. 含量为50%-25%的用作岩石基本名称的主要形容词，以XX质表示，含量为25%-10%的用作岩

3、石名称的次要形容词，以含XX（的）表示，含量20 OC，强烈扰动之浅水，水体清洁，盐度高C. 生物亮晶灰岩：生物遗体(骨屑)+亮晶方解石生物遗体多为破碎，一定程度的磨圆分选，生物种类很多，若为一种生物为主，可以命名该生物，例如：海百合亮晶灰岩砾屑，砂屑，粉屑砾屑亮晶灰岩砂屑亮晶灰岩碳酸盐岩分类表（结构-成因分类）砂屑亮晶灰岩鲕粒亮晶灰岩生物灰岩有机体是栗孔虫，其壁都是微晶方解石；胶结物为细粒的亮晶方解石，但也有未被充填的空隙(2) 粒屑微晶灰岩粒屑 + 微晶(灰泥)基质粒屑圆度变化大，棱角-圆状都有表明水动力条件弱我国 南方C、P、T北方C、O、C=泥屑+微晶方解石（均0.03）=内碎屑、鲕粒

4、（豆粒）、骨屑、团粒碳酸盐中，粒屑微晶灰岩很多，其中的砾屑呈扁椭球通常叫竹叶状灰岩碳酸盐岩分类表（结构-成因分类）(3) 微晶灰岩 90% 0.03mm的粒屑 10 % 浅灰-深灰色， 微晶结构，隐晶质结构，致密，断口光滑 具有块状层理或水平纹理 属于静水或弱动力的盆地、泻湖碳酸盐岩分类表（结构-成因分类）微晶灰岩(4) 生物礁灰岩造礁生物形成的，是原地的造礁生物层孔虫，苔藓虫，珊瑚等坚固的抗浪骨架内部有棘皮动物动物、腕足类等还有的骨架被亮晶方解石充填生物骨架结构生物礁大小：1-2 m,甚至几百米碳酸盐岩分类表（结构-成因分类）三石灰岩研究及成因分析由于一般石灰岩几乎全由方解石构成，所以石灰岩

5、鉴定的主要目的是揭示岩石的结构，其中包括颗粒类型、大小的均匀程度、泥晶基质、支撑特征以及压实（压溶）、胶结、溶蚀、交代、重结晶等。石灰岩经常有白云石化现象（形成交代结构）。但仅凭一般光性特点却很难将白云石与方解石区分开。为解决这一问题，石灰岩（和白云岩）的常规鉴定都使用染色薄片。最常用的染色剂是茜素红S（它是磨片室或实验室的常备试剂），它可使方解石染成红色或紫红色，却对白云石（和石英、石膏等）不起作用。这种差异染色效果可使很微弱的白云石化也变得清晰。现代碳酸盐海岸浅海沉积环境沉积环境研究内容 研究石灰岩的沉积环境除可凭借特殊沉积构造（如叠层构造、鸟眼构造、泥裂等）外，主要是围绕颗粒和泥晶进行的

6、。 岩石中泥晶的多少，或者颗粒和泥晶的含量之比（称粒基比，颗粒中不包括团粒、粉屑，但可包括陆源砂）是衡量环境水动力条件的首要指标，就是说，即使岩石中的颗粒只有在高能条件下才能形成（如同心鲕）或明显带有被高能条件改造过的痕迹（如破碎比较强的生屑），只要岩石还同时含有较多泥晶，该岩石就只能是较低能环境的沉积产物。相反，若岩石缺少泥晶，颗粒只被亮晶胶结，那么无论颗粒自身有何特点都可将其看成是高能或淘洗作用较强的作用结果。沿岸分布的现代丘礁群（碳酸盐岩海岸-生物礁和滩沉积环境）现代碳酸盐沉积环境现代碳酸盐潮坪浅海沉积环境浅海潮坪海滩潮间泻湖现代碳酸盐沉积环境骨架礁泥晶生屑颗粒灰岩岩石为含泥颗粒支撑，生

7、屑以正常盐度的头足、海百合为主，自形到半自形，粒度细到粗砂级，分选中等到差，磨蚀微弱，排列杂乱。生屑未经太强物理改造说明基本为原地生物，这与较多泥晶显示的低能条件吻合，为较典型的滨外正常海水环境。骨架礁现代碳酸盐沉积环境障积礁现代碳酸盐沉积环境障积礁和灰泥现代碳酸盐沉积环境生屑颗粒灰岩岩石为无泥颗粒支撑，亮晶胶结。生屑以有孔虫、粗枝藻为主，少量海百合和腕足。有孔虫自形或半自形；粗枝藻、海百合它形。粒度多为中细砂级，分选好。岩石不含泥晶和高分选都说明沉积环境为高能或淘洗较强，可解释为浅水高能滩环境。也可能为潮汐水道环境，（这时可能还会发育交错层理）。粘结礁现代碳酸盐沉积环境堤状的堡礁礁后泻湖开阔

8、海现代大堡礁沉积环境点滩潮坪礁坪滩白云岩白云岩一词来源于德文的dolomie，是Saussure于1792年为记念最早研究白云岩的学者Dolimeu而命名的。1、根据成因：原生白云岩、次生白云岩2、根据白云石化程度： 1）有残余结构：残余鲕粒白云岩、残余生屑白云岩等 2）无残余结构：巨晶、粗晶、中晶、细晶、粉晶、微晶白云岩。白云岩的分类命名由于大多数白云岩为交代成因，所以一般只按岩石中白云石与方解石的相对含量作三级划分。对具结晶结构的白云岩则统称结晶白云岩。考虑到实际需要和使用方便，这里在Bissell and Chilingar（1967）推荐分类的基础上修改简化，提出如表16-2的分类。给

9、具体岩石命名可直接采用表内的名称，也可将表中的“颗粒”按类型具体化或同时考虑白云石晶粒的大小，如残余生屑灰质白云岩，残余鲕粒状含灰白云岩，残余鲕状含灰极细晶白云岩、阴影状细晶白云岩、亮晶鲕粒白云岩等等。白云岩分类野外：风化面布满方向杂乱的“刀砍纹”；微观：雾心亮边结构：较纯的白云岩多呈结晶结构，少数呈鲕粒、内碎屑或藻粘结结构而很像相当的石灰岩，有时则与石灰岩有明显的交代关系；沉积构造：与石灰岩相仿；特殊性：除前寒武纪白云岩可含结构纤细的藻细胞痕迹化石外，寒武纪和以后的白云岩一般没有化石，或者只有化石的假像。白云岩的特征白云岩及其成因白云岩是碳酸盐岩中的另一大类岩石，可单独产出，也可与石灰岩或砂

10、岩等共生，或者在石灰岩中以斑块、条带形式存在。白云岩风化面常布满方向杂乱的“刀砍纹”，沉积构造则与石灰岩相仿。除前寒武纪白云岩可含结构纤细的藻细胞痕迹化石外，寒武纪和以后的白云岩一般没有化石，或者只有化石的假像。较纯的白云岩多呈结晶结构，少数呈鲕粒、内碎屑或藻粘结结构而很像相当的石灰岩，有时则与石灰岩有明显的交代关系，可在石灰岩和白云岩之间构成连续的过渡岩石系列。交代成因白云石的“雾心亮边”白云岩形成机理白云岩的成因问题，主要是白云岩的生成机理问题，是碳酸盐岩岩石学中最复杂的、争论时间最久的、最难解决的问题之一。主要是原生与次生之争，以及次生方式之争。原次生之争的原因：1、白云岩中很少见到生物

11、遗迹及化石（前寒武）；2、人工合成的白云石均在120200度的高温；3、目前自然界几乎没有发现正直意义上的白云石；最“过硬”的原生白云石的实例有两个。澳大利亚南部的考龙泻湖中的白云石特点：水很咸、PH值很高、植物很茂盛通过光合作用，植物从水中吸取CO2，从而使水的PH增高，就促使白云石沉淀。湖水中的白色悬浮物是很细的高镁方解石和富钙白云石。据测定，白云石的堆积速度为0.20.5mm/年。真是太快了!美国加利福尼亚深泉盐湖中的白云石面积约13km2，冬春季湖水深30cm，在干热的夏秋季，只有少量盐水。湖底沉积物中，广泛地分布着白云石。白云石晶体大多1m。内部是化学计量的白云石(Ca50Mg50)

12、，外部是富钙的。白云石的堆积速度为0.050.09m/ka。真是太慢了!白云岩形成机理绝大部分白云岩应当次生形成的20世纪60年代以来，出现了一系列的白云化学说。准同生白云岩化（evaparative pumping）；回流渗透白云岩化 （seepage refluxion） ；混合水白云岩化（Dorag dolomitization） ； 调整白云岩化（Dolomitization by cannibalization）（Friedman and Sanders，1967，许靖华，1969）准同生白云岩化模式回流渗透白云石化模式混合水白云岩化上述两种白云石生成的机理，都有一个共同点，即都需要

13、干热的气候，都需要高Mg/Ca比率的盐水，都把白云石当作一种蒸发矿物看待。 还有一些白云岩，如广泛分布的与陆表海陆棚或构造高地共生的白云岩，并没有蒸发岩，也缺乏潮上环境的成因标志。巴迪奥札曼尼（Badiozamani，1973)提出了大气水（淡水）与海水混合的白云化作用的机理。调整白云岩化在大气水的影响下，原来的碳酸盐沉积物的成分，经过淋滤、溶解作用和交代作用，在化学成分及矿物成分上进行重新组合或调整，使原来的碳酸盐沉积物发生白云化，从而生成白云岩的作用。古德尔和加曼（Goodell and Garman，1969）在对大巴哈马滩上安德罗斯岛上的一口深探井（苏必利尔井）进行详细的岩石学和地球化

14、学研究以后，提出了一个新的白云化作用机理调整白云化作用。 白云岩与白云石自然界常见的钙镁碳酸盐有4种：文石、方解石、镁方解石和白云石。文石和方解石几乎都是纯的CaCO3，但方解石为三方晶系，文石为斜方晶系。镁方解石和白云石都是三方晶系，可共用CaxMg100-x（CO3）来表示，镁方解石的x多为80-90，晶格中Ca、Mg完全无序排列，白云石的x 约为50-55左右，晶格中Ca、Mg呈有序或部分有序排列。如果只考虑离子浓度，现代表层海水对这4种矿物都是过饱和的，但事实上，直接从海水中沉淀的主要是文石和少量镁方解石，很少直接沉淀方解石，尤其不能直接沉淀白云石。现在认为这种现象与化学动力学因素有关

15、。白云岩与白云石海水中，Mg2+与Ca2+的浓度比平均在51以上，它们在一定条件下可以呈类质同象替换，但当CaCO3呈斜方晶系（文石）成核时，Mg2+却不能替换Ca2+进入晶格，因而文石得以顺利沉淀，而当CaCO3呈三方晶系成核时，Mg2+就有了较多替换Ca2+的机会从而就抑制了方解石的沉淀。另一方面，Mg2+的离子半径（0.78A）比Ca2+的离子半径（1.06 A）小，而Mg2+的水合离子半径（10.80 A）又比Ca2+的水合离子半径（9.60 A）大，这就使得Mg2+从水合离子中挣脱出来进入晶格要比Ca2+更困难，结果是进入晶格的Mg2+明显少于Ca2+，从而沉淀出镁方解石，但沉淀难度

16、显然大于沉淀文石。更重要的是，Mg2+对Ca2+的替换是随机的，即使进入晶格的Mg2+再多，也不可能直接沉淀有序的白云石来。由此可见，只有在Mg2+比Ca2+的浓度更低的条件下（如在淡水中）才有可能直接沉淀出方解石。深水生物礁（红珊瑚）碳酸盐岩的地质意义(1) 占沉积岩总量之1/5, 分布广，各个时代都有，可以指示古地理和古环境(2) 重要的工业原料：石灰岩冶金工业之熔剂、水泥白云岩耐火材料(3) 矿产：金属，非金属，也是油、气、水的储集层(4) 工程上：不利于工程设施，尤其是水库-会漏水(5) 鉴定方法：稀盐酸(HCl, 5%，10%)CaCO3强烈起泡，有声音MgCO3不起泡碳酸盐薄片观察

17、1、矿物成分鉴定较为次要 通常方解石、白云石的含量超过 95% 常见次要成分为陆源粉砂、自生SiO2等 准确区分方解石、白云石要用染色薄片。2、重点是鉴定结构 沉积结构： 颗粒结构：内碎屑、生物碎屑、鲕粒、凝块石 泥晶结构（泥状结构）：泥晶方解石或白云石 粘结结构：生物骨架结构、藻粘结结构 成岩结构： 胶结方式：基底式、孔隙式、接触式、悬挂式 胶结物结构：胶结物晶体形态、大小、排列；胶结物的世代性；渗滤粉砂 溶蚀和交代：最常见的是白云石化、硅化可形成交代残余结构 压实 结晶结构：仿结晶岩处理矿物成分：石灰岩的矿物成分较简单，在较纯的石灰岩中几乎完全由方解石组成。不纯的石灰岩中常含有粘土矿物、石

18、英粉砂、海绿石、硅质、铁质等，当石灰岩经历白云岩化交代作用时可出现数量不等的白云石。方解石和白云石在手标本和显微镜下特征相似，不易区分，通常要借助于5%的稀盐酸和茜素红S试剂。在标本上加稀盐后，方解石剧烈起泡而白云石轻微冒泡；在薄片上加茜素红S试剂后，方解石被染成红色，而白云石无变化。 结构：石灰岩的结构以泥晶结构和各种颗粒结构为主，其次为晶粒结构、生物骨架结构及交代结构。石灰岩石灰岩的野外宏观特征几乎所有石灰岩都是带有区域性的稳定层状，尤其是海成石灰岩，有时可连续分布达数省范围，也可与净砂岩互层。湖成石灰岩规模一般不大。按矿物成分分类： 石灰岩中除了方解石外，有时含有其它矿物成分，向另一种岩

19、石过渡，此时用这种划分方法。其它成分可以是白云石、粘土矿物、硅质等等，按结构特征分类：石灰岩的结构最能反映石灰岩的成因，按结构特征分类命名已经成为当今主要的划分方法。分类的依据主要为矿物的结晶程度，岩石中颗粒、亮晶胶结物及灰泥基质的相对含量等。有关结构分类命名的详细内容同上所讲，不再叙述。 石灰岩的分类命名: 石灰岩的颜色与层理构造岩石可为灰白、灰、灰黑或紫红等色，水平层理相对常见，其它纹层状层理（如交错层理）较少见于颗粒性岩石中，在风暴或浊流等再沉积石灰岩中也有粒序层理出现，而更多见的只是块状层理。泥晶或微晶灰岩：主要由泥晶方解石组成，可含少量颗粒，颗粒含量一般不超过10%（有人认为 50%），其次为方解石。 结构：常见结晶晶粒结构，由于大部分白云岩是交代成因，因此经常可以见到交代残余的石灰岩的结构，如残余砂屑结构、残余鲕粒结构等等。 构造：基本与石灰岩相似，有的出现团块状构造、透镜状构造。白云岩的分类命名按矿物成分分类