碳酸盐岩概论课件

碳酸盐岩概论

主要研究讨论碳酸盐岩的矿物成分、化学成分、结构组分、碳酸盐岩的构造和颜色及其成因灰岩类白云岩类第一节绪言

碳酸盐岩：carbonatite

碳酸盐岩主要是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；

重要的生油岩和储油岩。在当前国内外的大油气田中，碳酸盐岩产层占50％，产量占60％。1．国外碳酸盐岩岩石学研究现状

在碳酸盐岩成因方面的成果：

1、非单一的化学成因；

2、能量观点；

3、白云石及白云岩生成机理；

4、碳酸盐沉积物的沉积后作用；

5、结构一成因分类。1．国外碳酸盐岩岩石学研究现状

6.现代碳酸盐沉积模式的建立。

肖（Shaw，1964）、欧文（Irwin，1965）、阿姆斯特朗（Armstrong，1974）、威尔逊（Wilson,1975）等。7.在研究方法方面：

碳酸盐岩的研究方法；深水海洋碳酸盐沉积的研究。

2．我国的碳酸盐岩岩石学研究现状

在成因研究方面：

碳酸盐沉积后作用的研究取得了重要成果。在特征和分类方面：现代碳酸盐研究取得了可喜的进展；发展了我国自己的化石岩石学或化石碎片岩石学；建立了具有我国特点的碳酸盐岩分类方案。

在沉积环境和沉积相研究方面：古代碳酸盐岩的沉积环境及沉积相的研究也日益深入了；区域性的碳酸盐岩岩相古地理学研究也有了重大的发展。在研究手段方面：碳酸盐岩研究手段日趋完善。

在矿产资源勘探方面：在油气勘探中得到广泛应用；在许多金属与非金属矿产勘探中日益受到重视；在建材及化工勘探方面也取得了显著效益。

第二节碳酸盐岩的物质成分

一、碳酸盐岩的矿物成分

碳酸盐矿物和非碳酸盐矿物（一）碳酸盐矿物carbonatemineral

主要由方解石及白云石两种碳酸盐矿物组成。现代的碳酸盐沉积物中还常见高镁方解石、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(Ca[CO3]),

[CO3]2-络阴离子和Ca2+组成，常含少量Mg[CO3],一般<4mol％。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2.71。显微镜下具极明显的闪突起、三组完全解理，双晶纹常见且平行于菱形解理的长对角线，高级白干涉色。方解石是Ca[CO3]最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)calcite

其化学成分和晶体结构与方解石相似，唯MgCO3含量一般大于10mol％，有时可达30mol％。其特点：①镁含量虽高，方解石的晶格并未破坏。②溶解度较大，稳定性远较方解石为差；③容易向低镁方解石或白云石转化，所以只能存在于现代碳酸盐沉积物中。④福克（1976）曾指出，高镁方解石形成于富镁的海水中（Mg／Ca的比值大于2：1）。如果有细菌作用参与，多形成晶面弯曲的晶体。2、高镁方解石(或称镁方解石)

（一）碳酸盐矿物3、文石文石是方解石的同质异象变体,含

Mg[CO3]少于

2mol％,属斜方晶系,在现代沉积中常呈针状,有时也呈泥状。{010}解理不完全,硬度3.5,比重2.9。

（一）碳酸盐矿物

文石基本特征：(1)在现代沉积物中常呈现针状，有时也呈现泥状。(2)形成有利条件为：温度较高（＞15℃

），温暖浅海沉积物以文石为主；pH值>8；盐度高，超盐条件有利于形成文石；Mg／Ca＞2：1(3)海水中文石较方解石易沉淀的原因，李普曼（Lippman）认为与文石成核速度和结晶速度比方解石更快有关。(4)稳定性较差(介于高镁方解石和方解石间)，易于转变为方解石，在古老的碳酸岩中不存在。

4、白云石dolomite

化学式为CaMg[CO3]2，理想白云石是Mg2+：Ca2+=1∶1；且高度有序，即络阴离子[CO3]22-

、镁离子Mg2+和钙离子Ca2+均分别成层沿c轴方向彼此相间排布。属三方晶系，常见的晶形为菱面体,菱形晶面常弯曲,硬度为3.5～4，相对密度为2.87。

（一）碳酸盐矿物

显微镜下具极明显的闪突起、三组完全解理，双晶纹平行于菱形解理的短对角线，高级白干涉色。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

（一）碳酸盐矿物

5、原白云石是一种富钙的白云石，其化学式大体变化在CaMg[CO3]2~Ca(Mg0.84Ca0.16)[CO3]2之间，当然其晶体构造也就不是最理想有序了，但仍保持白云石的晶体结构及相关性质。原白云石主要分布在现代沉积物中，这种富钙的白云石在自然界中是欠稳定的，在埋藏成岩过程中它们都有向更稳定的（更加化学计量的或更加有序的）白云石转化的趋势。

（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：以上这些非碳酸盐矿物成分在判断碳酸盐岩的成因及沉积环境上，都是很有用处。

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CaO(56％)和CO2(44％);纯白云岩(纯白云石)的理论化学成分为CaO(30.4％),MgO(21.7％),CO2(47.9％)。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，MgO的含量需小于3%～5％，K2O+Na2O的含量需小于1％，SO3含量需小于3％，SiO2含量需小于3％～4％；冶金熔剂用的白云岩，MgO需大于16％，SiO2需小于7％；在碳酸盐岩中还常含有一些微量元素或痕量元素，如Sr，Ba，Mn，Co，Ni，Ph，Zn，Cu，Cr，Ga，Ti，B等。这些元素在地层划分和对比以及沉积环境分析上，有时很有意义。例如硼(B），开阔海石灰岩的硼含量约为0.05％，局限海石灰岩的棚含量约为0.14％，潮上云坪准同生白云岩的棚含量约为0.24％。这说明碳酸盐岩中的棚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及痕量元素的研究是有意义的。

二、碳酸盐岩化学成分

第三节

碳酸盐岩结构组分碳酸盐岩主要由颗粒、泥、胶结物、晶粒、以及生物格架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、生物颗粒、球粒、藻粒、团块等。说明：（1)颗粒与砾岩、砂岩、粉砂岩中砾、砂、粉砂相似。（2）按其是否在沉积盆地内生成，可分为盆内颗粒和盆外(碎屑)颗粒两大类(区别:成因、结构、成分)。盆内颗粒又称内颗粒，福克（Folk19591962）称其为“异化颗粒”或“异化组分”，即福克所说的“异常化学作用”所形成的颗粒或组分。碳酸盐岩中的颗粒，主要就是这种内颗粒。盆外颗粒是极少的或是次要的。因此，在碳酸盐岩中，凡提到颗粒，只要不特别注明是陆源的，均系指内颗粒。

1、内碎屑intraclast

1)定义：内碎屑是沉积盆地中沉积不久的、半固结或固结的各种碳酸盐沉积物，受波浪、潮汐流、风暴流、重力流等的作用，破碎、搬运、磨蚀、再沉积而形成的盆内颗粒。2)特征及与陆源碎屑的区别：常具有复杂的内部结构(与先期沉积物相同),可含有化石、鲕粒、球粒以及早先形成的内碎屑等；有明显的不同程度的磨蚀改造的痕迹，磨蚀的边缘常切割它所包含的化石、鲕粒等颗粒；结构特征表现为粒度、分选性、圆度等方面；成分几乎均为碳酸盐沉积物(与先期沉积相同)。一、颗粒

盆内原始半固结沉积物风浪、流水等使其破碎成碎块搬运、再沉积形成内碎屑内碎屑形成示意图（据赵澄林等）3)分类：内碎屑根据其颗粒直径大小，划分为砾屑、砂屑、粉屑、和泥屑四个级别；砂屑和粉屑还可以再细分，但其分类的界限有所不同。

1、内碎屑

1、内碎屑（砾屑）

1、内碎屑（砾屑）

1、内碎屑（砾屑）含云石砾砂屑灰岩。砾屑多呈椭圆状。轮南12井，下奥陶统蓬莱坝组，5596.5m，（－）10×2.5。

1、内碎屑（砾屑）竹叶状砾屑灰岩是最好的一个实例。砾屑多呈扁饼状，其侧面常呈长条状似竹叶，故常称其为竹叶状砾屑。其磨圆度通常相当好，分选好到中等。砾屑之间多为灰泥基质，亮晶胶结物少见，所有这些特征都表明，这种竹叶状砾屑是在浅水海洋环境中，半固结或已固结的碳酸盐岩层，经强大的水流、潮汐或风暴作用，发生破碎、磨蚀、搬运并堆积而成。

1、内碎屑（砂屑）

1、内碎屑（砂屑）

1、内碎屑（砂屑）亮晶砂屑灰岩，塔里木盆地解放126井，中奥陶统一间房组。亮晶砂屑灰岩。缝合线具后期扩溶，成囊状，为沥青，油两期充填。塔里木盆地解放127井，中奥陶统一间房组，5489.05m,（一）10×2.5。

1、内碎屑（砂屑）亮晶砂屑灰岩，砂屑粒内溶孔为亮晶方解石充填。塔里木盆地乡3井，中奥陶统一间房组，15（11/50），（＋）10×2.5。

1、内碎屑（砂屑）分为亮晶砂屑灰岩和泥晶砂屑灰岩砂屑多为泥晶石灰岩的碎屑，圆度及分选一般都较好，大都近于球形。但也有形状很不规则的砂屑。直到近若干年才逐渐被人们重视，人们才逐渐认识到砂屑比砾屑的分布还要广泛。这种砂屑在显微镜下极易观察，在岩石风化面上也可以观察出来，但在一般的岩石表面则不易认出。砂屑灰岩

1、内碎屑（粉屑）

亮晶粉屑灰岩。粉屑沿构造缝发育粒内溶孔。构造缝为未充填。塔里木盆地解放126井，中奥陶统一间房组，5218.51m，（－）10×6.3，铸体。

1、内碎屑（粉屑）亮晶粉屑灰岩。塔里木盆地解放127井，中下奥陶统鹰山组，5570.34m，（—）10×10。

1、内碎屑（粉屑）粉屑颗粒：其特征与砂屑基本相同，仅粒级较小罢了。但是，圆度和分选均较好的粉屑却与球粒很难区别。泥屑：泥级的内碎屑；从理论上讲，肯定是存在的；仍然难以把这种碎屑成因的泥屑与化学沉淀成因的泥晶以及生物成因的泥级生物颗粒区分开。因此，在通常情况下，使用“碳酸盐泥”或“泥”、“灰泥”、“云泥”这些概括性的术语来概括这三种成因的泥。2、鲕粒ooide

1)鲕粒的概念:是化学凝聚成因的具有核心和包壳(同心层结构)的球形颗粒。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：2~0.25mm，大于2mm和小于0.25mm均较少见。一、颗粒

2)鲕粒分类

根据鲕粒结构和形态特征，分为以下几类：（1）正常鲕：

其同心层厚度大于核心的直径。一般所说的鲕粒都是指的这种正常鲕。一、颗粒

2、鲕粒（正常鲕）2、鲕粒（正常鲕）亮晶鲕粒灰岩。鲕粒多为正常鲕。阿尔塔什剖面，下第三系卡拉塔尔组，10×2.5（－）。亮晶鲕粒灰岩，卡拉塔尔组下灰岩段，玉立群剖面2、鲕粒（正常鲕）（2）表皮鲕：其同心层厚度小于其核心直径。有的表皮鲕只有一层同心层，亦叫薄皮鲕。2、鲕粒2、鲕粒(表皮鲕）放射状鲕粒（3)放射鲕

具有放射结构鲕粒这种放射结构多是后来重结晶作用的产物。

2、鲕粒放射状、同心鲕粒亮晶鲕粒灰岩，鲕粒为放射鲕，已重结晶。塔里木盆地乡3井，中奥陶统一间房组，15（30/50），（＋）10×10。2、鲕粒(放射鲕）2、鲕粒(放射鲕）(4)复鲕：在一个鲕粒中，包含两个或多个小鲕粒。2、鲕粒空心鲕(负鲕)（5）空心鲕：内部（核心及同心层的大部或全部）已选择性溶蚀的、基本上只保留下一个外壳的鲕粒。2、鲕粒空心鲕和表皮鲕2、鲕粒(空心鲕）2、鲕粒(空心鲕）细晶鲕状云岩。铸模孔、晶间孔和粒内溶孔等发育，颗粒外围发育它形环边云石。塔里木盆地克里阳剖面，下第三系卡拉塔尔组，10×4（－）。亮晶鲕粒云岩，粒内溶孔及溶扩残余粒间孔。柯深1井，下第三系卡拉塔尔组，6336.3m，铸体（—）10×5。2、鲕粒(空心鲕）（6）椭形鲕：椭形鲕：正常的鲕大都呈球形，但也有些鲕呈椭球形，这主要是由其核心的形状决定的。核心为长条形的鲕常呈椭球形。

2、鲕粒亮晶鲕粒灰岩。鲕粒呈椭形顺长轴定向分布。塔里木盆地干加特剖面，下第三系卡拉塔尔组，3－1，10×4（－）。2、鲕粒(椭形鲕）亮晶鲕粒灰岩。裂缝发育，切割鲕粒后充填颗粒方解石。塔里木盆地玉立群剖面，下第三系卡拉塔尔组，4－1，10×2.5（－）。2、鲕粒(椭形鲕）椭形鲕整个鲕粒基本上由一个球形的外壳和一个方解石晶体或多个方解石晶体构成，其同心层已不复存在了。

(7)单晶鲕及多晶鲕：2、鲕粒单晶鲕2、鲕粒(单晶鲕）多晶鲕2、鲕粒(多晶鲕）粗粉晶鲕状云岩（多晶