沉积学第九章.

第九章碳酸盐岩概论第九章碳酸盐岩概论第一节序言第二节碳酸盐岩的成分第三节碳酸盐岩的结构组分√√√√√第四节碳酸盐岩的构造√√√√√第五节碳酸盐岩的颜色第六节现代碳酸盐沉积第七节碳酸盐岩的生物骨骼组分（自学）第八节碳酸盐岩的研究方法（自学）第一节序言一、碳酸盐岩及碳酸盐岩岩石学碳酸盐岩主要由方解石、白云石等碳酸盐矿物（含量大于50%）组成的沉积岩。主要岩石类型石灰岩（方解石50%）白云岩（白云石50%）碳酸盐岩岩石学主要研究碳酸盐岩的岩性特征、成因机理、分类、分布规律及其中矿产的一门学科。第一节序言二、研究意义1.分布广占沉积岩中20%，居第三位2.重要的生油岩和储油岩3.蕴藏丰富的矿产。4.本身就是很有价值的资源5.重要的地下水储集岩石第一节序言三、碳酸盐岩的研究历史、现状及展望1、碳酸盐岩岩石学的知识与人类同辉2、新碳酸盐岩岩石学理论成因过去：碳酸盐岩——化学;现在：碳酸盐岩——化学、生物、生物化学、机械分类单纯成分分类→成因分类，成因—结构分类引入能量观点，以能量高低划分C/M大，高；C/M小，低白云岩的形成机理观点和学说越来越多，在对现代沉积物的研究基础上提出。沉积后作用碳酸盐岩比碎屑岩、粘土岩更易遭受沉积后作用的影响相模式肖、欧文、拉波特、杨、阿姆斯特朗、威尔逊等第一节序言2、新碳酸盐岩岩石学研究领域新学科——化石岩石学范围：浅水→深水研究手段和技术3、我国碳酸盐岩岩石学现状与趋势岩类学、化石岩石学、现代沉积、沉积后作用、沉积环境和沉积相、区域岩相古地理研究、固体矿产的研究、岩溶研究、其它第二节碳酸盐岩的成分一、碳酸盐岩的矿物成分盆内矿物碳酸盐矿物非碳酸盐矿物盆外矿物陆源矿物有机质（混合物）第二节碳酸盐岩的成分一、碳酸盐岩的矿物成分方解石和白云石——碳酸盐岩最基本的矿物成分（一）碳酸盐矿物1.方解石矿物体系文石高镁方解石低镁方解石——一般方解石，最稳定2.白云石矿物体系白云石（CaMg[CO3]2）原白云石——富钙的白云石，向白云石转化3.铁方解石、铁白云石、菱铁矿、菱镁矿第二节碳酸盐岩的成分一、碳酸盐岩的矿物成分（二）非碳酸盐的自生矿物硫酸盐盐类氧化物硅酸盐其它（三）陆源矿物粘土矿物、陆源碎屑矿物（四）有机质第二节碳酸盐岩的成分二、碳酸盐岩的化学成分（一）含量最多的化学成分主要是CaO、MgO、CO2纯石灰岩/纯方解石——CaO56%和CO244%；纯白云岩/纯白云石——CaO30.4%，MgO21.7%，CO247.9%。（二）微量元素锶、钡、锰、钴、镍、铅、锌、铜、钒、镓、钛、硼等→地层的划分和对比＋实际沉积环境的判断（三）同位素氧和碳的稳定同位素沉积环境水体含盐度三级分类命名原则不同系列石灰岩——白云岩石灰岩（白云岩）——硅岩石灰岩（白云岩）——粘土岩石灰岩（白云岩）——粉砂岩石灰岩（白云岩）——砂岩碳酸盐岩的成分分类第三节碳酸盐岩的结构组分一、颗粒二、泥三、胶结物四、晶粒五、生物格架。第三节碳酸盐岩的结构组分碎屑岩碳酸盐岩碎屑颗粒杂基泥胶结物胶结物晶粒生物格架孔隙孔隙第三节碳酸盐岩的结构组分碳酸盐岩的结构:结构组分本身的特征＋结构组分之间的相互关系第三节碳酸盐岩的结构组分一、颗粒碳酸盐岩中的颗粒盆外颗粒盆内颗粒★★★★★（一）盆外颗粒次要含量增高→碎屑岩过渡陆源碎屑颗粒砾、砂、粉砂、泥（☆☆☆）一、颗粒（二）盆内颗粒在沉积地区或沉积环境内形成的碳酸盐成分颗粒成因化学、机械、生物、综合（生物化学、生物机械）也叫异化颗粒（allochem）：由异常化学作用所形成的颗粒或组分。简称为颗粒两种盆内颗粒生物碎屑颗粒：生物化石碎片非生物碎屑颗粒：内碎屑、鲕粒、藻粒、球粒等第三节碳酸盐岩的结构组分一、颗粒内碎屑、鲕粒、藻粒、球粒、团块、生物碎屑什么是？有多少种类？怎么形成的？反映了什么沉积环境？一、颗粒1、内碎屑主要是沉积盆地中沉积不久的、半固结或固结的碳酸盐沉积物或碳酸盐岩岩层，由于受波浪、潮汐风暴等作用，破碎、搬运、磨蚀，再沉积而成的。也可以是其他作用形成的。★砾屑2mm★★砂屑2-0.1mm★★★粉屑0.1-0.01/0.005mm★★★★泥屑0.01/0.005mm第三节碳酸盐岩的结构组分颗粒、晶粒大小问题粒级划分标准与陆源碎屑颗粒近于统一1.内碎屑（1）类型砾屑（特殊、典型者如竹叶状砾屑）成因：浅水高能地区，半固结或固结的泥晶石灰岩岩层被波浪或水流破碎、搬运、再沉积，形成扁平砾石。砂屑成分多为泥晶灰岩，分选及磨圆较好，高能环境产物粉屑与砂屑相似，反映低能环境，如泻湖、陆棚泥屑：机械成因，相当于碎屑岩中的杂基与化学沉淀成因泥晶及生物成因泥级生物颗粒难区分。以“碳酸盐泥”或“泥”、“灰泥”、“云泥”统称。内碎屑1.内碎屑（2）成因①机械成因潮下高能带波浪和水流把海底半固结的石灰岩层破碎，搬运，磨蚀，再沉积而成。水下浅滩，潮汐水道潮间带和潮上带泥晶碳酸钙沉积物暴露在大气中，发生泥裂和泥卷，这些泥裂和泥卷再被潮汐水流破碎、搬运、磨蚀、再沉积，即成内碎屑。这种内碎屑表层常具氧化圈。潮下低能带：风暴回流冲刷而成。1.内碎屑②化学成因“葡萄石”饱和碳酸钙的浅滩海中的碳酸钙质点在动荡的水动力条件下，由于结晶力和电荷力的作用，相互粘结和聚集，在开始阶段，形似葡萄，故称“葡萄石”。由于波浪和水流的破坏和磨蚀，逐渐变成圆度很好的颗粒。伊林（Illing,1954）曾对巴哈马地区碳酸盐岩浅滩的碳酸钙沉积物的形状、内部结构和成因，进行过详细的讨论。他认为这些碳酸钙质的砂粒，并不是早期的半固结石灰岩层被波浪或水流破碎、白云、磨蚀和再沉积而成的，而是化学凝聚作用形成“葡萄石”，之后再被破碎、搬运、磨蚀和再沉积，形成内碎屑。一、颗粒内碎屑★★★鲕粒★★★生物碎屑（单独讲）藻粒球粒团块一、颗粒2、鲕粒及藻灰结核（1）概念鲕粒是指具有核心和同心层结构的球状颗粒。藻灰结核核心及同心层都不太规则，有藻参与形成，滚动、悬浮均有。通常较大，大于2mm.藻灰结核鲕粒一、颗粒（2）鲕粒的组成核心内碎屑、生物化石（完整或破碎）、陆源碎屑同心层成分方解石、白云石（泥晶）、文石（现代）结构同心层状结构、放射状结构；全周或局部数层一、颗粒（3）鲕粒的种类按大小2～0.25mm：常鲕2mm：大鲕或豆粒按形状正常鲕椭球鲕按结构：同心鲕偏心鲕放射鲕复鲕表皮鲕表皮鲕正常鲕\同心鲕偏心鲕复鲕放射鲕一、颗粒——（3）鲕粒的种类按次生变化变形鲕压溶鲕单晶鲕、多晶鲕负鲕（空心鲕）——鲕粒内溶蚀孔隙按成因藻鲕、无机成因鲕、洞穴鲕、锅炉鲕、潮汐鲕变形鲕单晶鲕多晶鲕负鲕鲕内溶孔鲕内溶孔藻鲕一、颗粒（3）鲕粒的成因生物成因说：藻鲕细菌鲕无机成因说：机械水流成因说（4）形成机理核心浸泡在饱和或过饱和碳酸钙的水中，碳酸钙将在核心表面发生沉淀作用，当颗粒的表面沉淀物（即新生成的一个同心层）与海水处于平衡状态时，将沉入水底，在水动力的搅动下，再次升起接受碳酸钙的沉淀，如此周而复始，直到水动力不能将其搅起。韦尔（Weyl,1967）在巴哈马地区进行的实验观察，潮汐坝和潮汐三角洲地区——形成鲕粒的理想环境一、颗粒（5）鲕粒形成的三大条件★碳酸钙过饱和★★充足的核心★★★动荡的水流一、颗粒3、藻粒藻鲕与藻有关而形成的鲕藻灰结核蓝绿藻分泌的粘液围绕核心一边粘结碳酸盐沉积物，一边在水动力下搬运沉积，形成不规则的同心增长层。藻团块藻类粘结增长而成的颗粒，不具同心层结构藻碎屑较大的藻粘结颗粒（包括藻团块）或藻粘结格架被破碎和磨蚀而成的藻颗粒，形态似砾屑或砂屑。藻灰结核和藻团块藻灰结核藻团块一、颗粒4、球粒与粪球粒球粒(pellet)较细粒的（粉砂或细砂级）、不具特殊内部结构的、泥晶的、分选较好的颗粒。粪球粒(fecalpellet)卵形或椭球形，分选很好，有机质含量较高。蠕虫、软体动物，低能环境产物并不是所有的球粒都是粪球粒5、变形粒先期形成的颗粒在成岩后生作用阶段，在压溶作用或其它力学作用的影响发生变形。球粒一、颗粒内碎屑★★★鲕粒★★★生物碎屑藻粒球粒团块第三节碳酸盐岩的结构组分二、泥泥级的碳酸盐质点与颗粒相对应与粘土岩/粘土质粉砂岩中的粘土泥相当（0.005mm）二、泥同义语：微晶碳酸盐泥、微晶、泥晶、泥屑分类灰泥：方解石成分，也称“微晶方解石泥”云泥：白云石成分成因机械破碎化学沉淀生物成因第三节碳酸盐岩的结构组分三、胶结物以化学沉淀方式沉淀、结晶于碳酸盐颗粒之间的方解石或其它矿物。与砂岩中的胶结物类似。亮晶方解石/亮晶方解石胶结物/亮晶＝淀晶方解石/淀晶方解石胶结物/淀晶1.特征粗大(0.005mm)，结晶状态洁净、明亮→亮晶具有世代现象第一世代--栉壳、马牙状第二世代--嵌晶粒状三、胶结物2.亮晶胶结物与灰泥的本质区别晶体大小：亮晶大，灰泥小干净与否：亮晶干净明亮，灰泥较为污浊含量：亮晶50%，灰泥0～100%形成时期：亮晶——成岩阶段；灰泥——沉积阶段分布状况：亮晶常具栉壳状结构，灰泥绝无此结构岩石形成时的能量：亮晶含量高，反映高能环境；灰泥含量高，反映低能环境第三节碳酸盐岩的结构组分四、晶粒是晶粒碳酸盐岩或结晶碳酸盐岩的主要结构组分碳酸盐沉积由于成岩作用（重结晶作用、交代作用）而成的较粗大碳酸盐矿物晶体。按粒级划分泥晶、粉晶、砂晶、砾晶形态特征自形晶、半自形晶、他形晶细晶白云岩第三节碳酸盐岩的结构组分五、生物格架生物格架主要是指原地生长的群体生物如珊瑚、苔藓、海绵、层孔虫等，以其坚硬的钙质骨骼所形成的骨骼格架。生物物理沉积作用粘结格架蓝藻和红藻以其粘液粘结其它碳酸盐组分而形成的一种粘结格架。如叠层石等。生物化学沉积作用海绵骨架礁灰岩，孔隙被方解石充填柱状叠层云岩，柱体间充填泥云质第三节碳酸盐岩的结构组分六、孔隙（一）原生孔隙指在沉积期前及沉积期形成的孔隙（二）次生孔隙在沉积后、固结过程中经改造作用而成的孔隙，大多数为溶蚀孔隙。白云石晶内溶孔及晶模孔第三节碳酸盐岩的结构组分六、孔隙（二）裂隙碳酸盐沉积物固结为岩石后，由于受构造力的作用，发生破裂而形成裂隙。裂隙细粒纯石灰岩比粗粒灰岩更发育细粒纯石灰岩比含粘土等杂质灰岩更发育裂隙是油、气、水的极好的通道。第三节碳酸盐岩的结构组分七、碳酸盐岩的结构类型——与成因有密切联系（一）颗粒结构（粒屑结构）与碎屑岩相似，由颗粒、泥、亮晶、孔隙为主，是经波浪、流水作用的搬运、沉积而成的碳酸盐岩。岩石描述方法同碎屑岩如鲕粒灰岩、竹叶状灰岩、砂屑灰岩等（二）泥晶结构（相当于碎屑岩中的泥岩）主要由灰泥组分组成，一般是由化学或生物化学作用沉淀的碳酸盐岩低能环境下的产物普通灰岩第三节碳酸盐岩的结构组分（三）生物骨架结构由原地生长的造礁生物钙质骨架形成的岩石骨架岩原地生长的造礁生物构成岩石的坚固骨架，在骨架间充填灰泥杂基、胶结物及生物碎屑等。障积岩原地枝状造礁生物对灰泥杂基起遮挡作用，使灰泥沉积下来并在数量上占主导地位粘结岩原地生长的板状或片状造礁生物粘结和包裹大量灰泥杂基而成。珊瑚礁石灰岩泥晶海绵礁灰岩（海绵障积岩）第三节碳酸盐岩的结构组分七、碳酸盐岩的结构类型（四）晶粒结构各种结构和成因的灰岩经过重结晶作用和交代作用而形成的晶粒碳酸盐岩。主要由晶粒组成。按粒级粗晶结构、中晶结构、细晶结构、泥晶结构按晶粒相对大小斑晶结构、不等粒结构、嵌晶结构按晶粒自形程度自形结构、半自形结构、它形结构晶粒结构——等粒细晶白云岩第三节碳酸盐岩的结构组分七、碳酸盐岩的结构类型（五）残余结构重结晶作用和交代作用不彻底，仍见部分原岩结构残余砂屑结构第三节碳酸盐岩的结构组分碎屑岩碳酸盐岩碎屑颗粒杂基泥胶结物胶结物晶粒生物格架孔隙孔隙第四节碳酸盐岩构造几乎具有全部沉积岩的构造类型特殊构造碳酸盐岩中常见构造叠层石鸟眼构造示顶底构造虫孔及虫迹构造缝合线构造第四节碳酸盐岩构造一、叠层石构造、叠层构造、藻叠层1.基本组成主要是由蓝绿藻的生长活动所形成的亮暗基本层在垂向上由规律的交替的一类构造。暗层：富藻纹层，富有机质亮层：富碳酸盐矿物层，富碳酸盐碎屑2.成因与光合作用有关与潮汐作用或风暴作用有关第四节碳酸盐岩构造一、叠层石构造3、形态分类柱状、层状、锥状、波状4、潮坪环境柱状、锥