碳酸盐岩成岩环境划分及成岩作用特征

1、碳酸盐岩成岩环境划分及成岩作用特征,张鹏 矿物s131,目 录,一、基本概念 二、成岩环境划分及成岩作用特征 三、成岩作用的阶段划分,一、基本概念,成岩环境：与成岩作用关系密切的环境称之为成岩环境 。 根据水的特征及其是否充满孔隙，可将碳酸盐的沉积后环境划分为五种基本类型：,海水环境,大气淡水环境,海水一淡水混合环境,埋藏环境,表生环境,海水潜流环境,海水渗流环境,淡水潜流环境,淡水渗流环境,浅埋环境,深埋环境,碳酸盐岩成岩作用环境,海洋碳酸盐沉积物沉积后经历的环境演化视埋藏条件或暴露条件的不同，表现为不同的演化系列（图1），主要是由海水环境到埋藏环境的演化系列(由于埋藏变深)、由埋藏环境到表

2、生环境的演化系列(由于构造抬升使埋藏变浅)，以及由海水环境到淡水环境的演化系列(由于埋藏变浅)。,每种沉积环境会发生不同类型的成岩作用 图1 碳酸盐岩沉积物沉积后作用环境示意图,二、成岩环境划分及成岩作用特征,1、海水环境(seawater environments) 以正常低海平面为界，海水(海底)沉积后作用环境发为海水渗流和海水潜流两个亚环境。 1)、海水潜流亚环境及其成岩作用 处于正常低潮线以下的海底。 主要成岩作用：溶解作用、胶结作用、生物成岩作用(即藻钻孔和泥晶化作用)和新生变形等作用。,(1) 溶解作用:主要发生在深海文石和方解石类各自溶跃面和补偿深度之间的范围内。按照深度，溶解作

3、用可分为两个带: 部分溶解作用带:沉淀作用带底界至方解石溶跃面的深海环境，主要为生物成因的镁方解石和方解石堆积，以及文石溶解与局部新生变形。 积极溶解作用带:方解石溶跃面及其补偿深度间的深海区，极地为浅水区。全部为生物成因的方解石堆积，显示有大量侵蚀的证据。,(2)胶结作用:温暖的浅海海底胶结物的成分为文石和镁方解石，深水中还有方解石胶结物生成。 (3)生物成岩作用藻钻孔和泥晶化:生物成岩作用主要包括藻类、真菌和钻孔生物的钻孔与侵蚀以及钻孔生物死后的孔洞被细粒碳酸盐沉积物充填或胶结物沉淀，最终将颗粒或岩石的泥晶化。,(4)新生变形作用:在热带浅海环境，已发现少数镁方解石质有孔虫和珊瑚藻转化为文

4、石，以及部分文石胶结物和生物骨壳变为镁方解石。在深水环境，也见有文石和镁方解石转变为方解石的。,2）、海水渗流亚环境及其成岩作用 沿滨线分布的碳酸盐沉积地带，其位置相当于潮间和潮上带，是岩石水空气接触的三相环境。 主要成岩作用：胶结作用（海滩岩、碳酸盐结壳的形成）、藻钻孔和泥晶化作用、交代作用等作用。,(1) 胶结作用:主要有碳酸盐滩的胶结作用(海滩岩的形成)和碳酸盐泥坪的胶结 作用(碳酸盐结壳的形成)。 现代海滩岩大多分布于南北纬35之间的地带，低潮时，海滩出露在大气中，热带和亚热带的蒸发作用使水中co2迅速逸散，caco3过饱和而沉淀。 碳酸盐泥坪的胶结作用可形成碳酸盐胶结物结壳。在干旱气

5、候地区，这种碳酸盐潮坪结壳十分发育，可遍布整个潮坪。现代波斯湾南岸广泛发育此类碳酸盐坪的结壳。,(2) 藻钻孔和泥晶化作用:在潮间带，藻钻孔和泥晶化比较常见，其特征与海水潜流亚环境相同。 (3) 交代作用:在潮间上带，干热气候区的浪花飞溅带和潮上带，高mg/ca比率的孔隙水可以使碳酸钙沉积物发生白云石化作用。此外，藻类诱发沉淀作用造成的局部强碱性环境，有可能引起碳酸钙矿物交代二氧化硅矿物或长石。,2、大气淡水环境(aerial freshwater environments),现代海洋沉积的研究表明：碳酸盐沉积物的成岩并不需要高温高压和埋藏的地下环境，它们可以在地表环境中，在常温常压条件下，依

6、靠淡水的胶结作用即可完成。 具体可分渗流与潜流两个亚环境。,1)淡水渗流亚环境及其成岩作用 淡水渗流亚环境位于潜水面以上，根据孔隙水中的caco3饱和情况，分为溶解与沉淀两个带。 (1) 溶解带:在潮湿气候区，溶有co2的雨水下渗可使孔隙水的酸性增加，成岩作用主要为溶解作用。该带深度一般较浅，但有时也可以延伸到潜水面。,(2) 沉淀带:出现在渗流带中孔隙水处于饱和状态的任何地方，因孔隙水的蒸发或co2脱气而产生沉淀。在潮湿气候区，有利于下部发生沉淀和胶结作用;在较干燥气候区，地表形成钙结层;在过渡气候区和地形起伏的地区，于泉边形成石灰华，在石灰岩洞穴中形成洞穴胶结。 淡水渗流成岩作用主要有溶解

7、作用及胶结作用。,(1)溶解作用:文石质生物骨壳、鲡粒或晶体溶蚀后形成溶模孔隙，或形成组构选择性溶孔。 (2)胶结作用:大气淡水大多含镁量低，形成的胶结物主要是低镁方解石。由于晶体生长只能达到水一空气的界面，所以胶结物常以等粒状晶体居多，胶结物厚度不均，孔隙被胶结物填满时，具有孔隙充填组构。富镁方解石沉积物被淡水溶解，有可能形成文石甚至含镁方解石的胶结物。,2) 淡水潜流亚环境及其成岩作用 淡水潜流亚环境位于潜水面之下，自上而下可分为3个带：未饱和带、活动饱和带、停滞饱和带。 (1)未饱和带:位于潜流带最上部，来自渗流带的酸性水使该带处于不饱和碳酸盐状态，成岩作用主要是溶解作用。,(2)活动饱

8、和带:孔隙被 饱和碳酸钙的孔隙水充满， 活跃的水循环有利于发生 广泛的胶结作用，次为新 生变形和重结晶作用。 (3)停滞饱和带:该带位于淡水潜流环境的较深部位，水的运动很缓慢。主要发生的是 新生变形作用。,3、海水淡水混合环境mixed environments of seawater and freshwater,该环境处于淡水潜流带之下与海水潜流带之上的过渡位置，以形成半咸水为特征。 在潮湿气候区，海滨、岛屿以及海退的礁、滩环境，都可能出现海水淡水混合成岩环境。混合带的位置与季节降雨量的位置相适应，随时间而变动。,4.埋藏环境 埋藏成岩作用是在近地表的淡水成岩作用带和海底成岩作用带之下、在低级变质作用带之上，发生的各种物理和化学的变化。 5.表生环境 碳酸盐岩被埋藏后，在构造作用下又可向地表抬升，从而处于表生成岩环境。表生作用带一般以地下水面为上界，古侵蚀面以下的岩层，由于淡水溶蚀淋滤，还可将早期孔隙胶结再溶解，形成新的溶解孔隙。加之又可将原有孔隙裂缝扩大，故可形成良好的孔洞发育层，常可成为极好的油气储集岩。,三、成岩作用的阶段划分,在碳酸盐岩成岩历史演化阶段中，其中的有机质成熟并形成烃类的演化阶段性很明显。且由于海平面升降及地壳运动使沉积物和碳酸盐岩处于暴露或埋藏，形成不同的成岩环境及其产物。结合烃类演化的阶段性结合成岩环境、岩石