沉积学第六章碳酸盐岩

课时教学实施方案课程：沉积岩及沉积相授课班级：资源专1201-1202授课学期：2012-2013学年2学期课题第六章碳酸盐岩计划学时8教学目的1掌握碳酸盐岩的成分2掌握碳酸盐岩的结构组分及其特点3掌握碳酸盐岩的构造4了解石灰岩的结构分类5掌握石灰岩和白云岩的特征6了解碳酸盐岩的主要类型重点碳酸盐岩的组成、结构及构造、白云岩和石灰岩的成因机理难点碳酸盐岩的的特有的构造、内碎屑和鲕粒的成因教具准备多媒体教学后记教学进程设计（包括教学要点、步骤、方法、时间安排及板书设计、作业布置等）导入新课：碳酸盐岩是沉积岩中仅次于泥质岩和砂岩的一类广泛分布的一类岩石，也是蕴藏油气资源的重要储集场所，这一章就来学习一下碳酸盐岩的相关知识。一、碳酸盐岩的成分1.化学成分2.矿物成分二、碳酸盐岩的结构组分及其组成特征1.颗粒组分2.泥3.亮晶4.晶粒5.生物格架6.空隙三、碳酸盐岩的构造1.缝合线构造2.鸟眼构造3.叠层石构造4.示顶底构造四、白云岩1.结构分类2.白云岩的生成机理3.成因分类五、石灰岩1.石灰岩的一般特征2.石灰岩的形成机理六、石灰岩1.石灰岩的一般特征2.石灰岩的形成机理备注教案第六章碳酸盐岩第一节碳酸盐岩的成分一、化学成分碳酸盐岩的主要化学成分有：CaO、MgO及CO2，其余氧化物有SiO2、TiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、K2O、Na2O、H2O等。二、矿物成分碳酸盐岩主要由碳酸盐矿物（白云石、方解石等）组成，还含有非碳酸盐自生矿物及陆源矿物混入物等。第二节碳酸盐岩的结构组分及其组成特征一般经过波浪和流水作用的搬运、沉积而成的碳酸盐岩，常常具有颗粒（粒屑）结构，即由颗粒、泥晶基质（或灰泥杂基）、亮晶胶结物、孔隙等四种结构组分构成。由原地生长的生物构成岩石骨架的生物岩或礁灰岩，常具有生物骨架结构，即由造架的生物和粘结的生物与填隙的颗粒或泥晶基质及亮晶胶结物构成。由化学或生物化学作用沉淀成的石灰岩或白云岩，常具有泥晶或微晶结构，一般属于低能环境的沉积。上面的几种结构类型的岩石经过重结晶作用，或者石灰岩经过白云岩化作用形成的白云质岩石，常具有大小不同的晶粒结构和各种残余结构。下面介绍碳酸盐岩的各种结构组分及主要结构类型。一、碳酸盐颗粒组分相当于陆源碎屑岩的碎屑颗粒组分，但是碳酸盐颗粒内容和函义较为复杂，泛指盆地内化学、生物化学碳酸盐沉积物在波浪、潮汐等水流作用下就地或经短距离搬运而形成的一系列碳酸盐颗粒，或叫异化粒。按碳酸盐颗粒的组成特征和成因分为：内碎屑、鲕粒、球粒、生物颗粒和藻粒等。1、内碎屑系指由已沉积的弱固结或固结的碳酸盐沉积物，经波浪、潮汐等水流作用冲刷、破碎或搬运而形成的颗粒。而来自盆地之外，从老地层内剥蚀搬运而来的碳酸盐岩碎屑不属于内碎屑，而是属陆源岩屑。2、鲕粒原生沉积鲕粒，根据其内部组构不同，可分三种基本类型：真鲕、薄皮鲕、复鲕。3、豆粒过去通常把直径大于2mm而特点类似于鲕粒的颗粒称为豆粒。现在根据豆粒往往不具核心，豆粒结构的岩层常不具有水流证据的交错层理，豆粒不与其它常见的碳酸盐粒屑共生以及豆粒还常以多边形的边缘相互结合特等特征，主张豆粒并不是被搬运的颗粒，而是在成岩作用阶段原地形成物。因此豆粒并不能做为机械作用能量指数的组成部分。4、藻粒5、球粒6、生物颗粒二、泥或称为灰泥和微晶灰泥。相当于砂岩的杂基，但它不是陆源的，而是盆地内形成的细小的碳酸盐泥屑。它具泥晶或微晶结构，晶粒小于0.03mm（5Ф），充填于颗粒组分之间，对颗粒也起某种胶结作用。三、亮晶它是充填于原始粒间起胶结作用的化学沉淀物质。由于这种胶结物的晶体清澈明亮故称为“亮晶”或“亮晶胶结物”。亮晶胶结物的晶粒一般较大（0.004mm，常0.01mm）。它通常是在水动力较强的沉积条件下，原始粒间的细粒灰泥质点被冲洗带出后，在成岩过程中于粒间间隙以化学方式沉淀出的方解石。四、晶粒晶粒是晶粒碳酸盐岩（也称结晶碳酸盐岩）的主要结构组分。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。六、孔隙碳酸盐岩的孔隙形成特征和发育程度，主要取决于碳酸盐岩的矿物成分、结构和形成条件、同时碳酸盐岩孔隙也与成岩作用环境和后期改造有重要关系。前者主要是指原生孔隙，而后者则指次生孔隙。第三节碳酸盐岩的构造一、缝合线构造缝合线构造占主导地位的成因说是压溶说。它的理论是：在压力作用下，颗粒接触的化学势（溶度积常数）升高，造成溶液中离子活化度的增大，形成浓度梯度，于是溶质离子就从浓度高的接触处扩散到浓度低的溶液所占据的孔隙中去，并使CaCO3沉淀在未应变的颗粒表面上。溶质的扩散速度是缓慢的，所以主要是通过溶解面进行，并为流动的液体所大量搬运。溶质迁移有二种方式，一是沿缝合线或从平行于线应力轴的面迁移，二是向缝合线周围的围岩中扩散。因此，造成缝合线周围岩石的孔隙度和渗透率明显降低。二、帐篷构造这是一种碳酸盐潮坪环境形成的脊型背斜构造。这种构造具有柱状裂隙和极大的干裂状多角形断面，略呈不谐和的褶皱和类似尖顶状的褶皱或倒转岩层。此外，还有受压变低的V字形裂缝和伴生有角砾岩层的出现。三、鸟眼构造鸟眼孔或雪花状、窗格状构造，主要产出于低能条件下所形成的泥晶、团粒、藻团粒等沉积碳酸盐纹层中。四、叠层石构造叠层石构造也称叠层构造或叠层藻构造，简称叠层石。叠层石由两种基本层组成：（1）富藻纹层，又称暗层，藻类组分含量多，有机质高，碳酸盐沉积物少，故色暗；（2）富碳酸盐纹层，又称亮层，藻类组分含量少，有机质少，故色浅。这两种基本层交互出现，即成叠层石构造。五、示顶底构造在碳酸盐岩的孔隙中，如在鸟眼孔隙、生物体腔孔隙以及其他孔隙中，常见两种不同特征的充填物。在孔隙底部或下部主要为泥晶或粉晶方解石，色较暗；在孔隙顶部或上部为亮晶方解石，色浅，且多呈白色。二者界面平直，且同一岩层中的各个孔隙的类似界面都相互平行。六、硬地面构造硬地面是同沉积的粘结层，是一种特殊类型的层面构造。硬地面形成于海底，它经常被固着的海底生物（如珊瑚，龙介，牡蛎，有孔虫类和海百合）所钙化，容易被多毛环节动物、瓣鳃类和海绵所钻孔。硬地面构造有两类：一类是光滑的、平坦的由于海蚀作用形成的面；另为不规则的、成棱角状的由于溶解作用形成的面（即溶蚀的硬地面）。第一种类型在浅海沉积物中很常见，浅海的波浪和水流能够移动鲕粒状或骨架状的砂岩跨过岩化的沉积物形成平坦的侵蚀面；第二种类型（溶蚀的硬地面）在深海沉积物中常见，在深海没有沉积时期，形成海底固结和溶解。七、古岩溶第四节石灰岩的结构分类一、有代表性的分类的简介1、福克的分类福克（Folk,1959、1962）的石灰岩分类基本上是一个三端元的分类。这三个端元是：（1）异化颗粒，相当于我们的颗粒；（2）微晶方解石泥或简称微晶，相当于我们的灰泥或泥晶；（3）亮晶方解石胶结物或简称亮晶。福克以这三个主要结构组分当作三角形图解的三个端点，把石灰岩划分为三个主要的类型，即：I.亮晶异化石灰岩；II.微晶异化石灰岩；III.微晶石。福克分类的核心也是它的主要特点，是把碎屑岩的结构观点系统地引进到碳酸盐岩中来。2、邓哈姆的分类邓哈姆的分类，对于颗粒－灰泥石灰岩来说，是两端元组分的分类。这两个端元是颗粒和泥（相当于灰泥或微晶方解石泥）。邓哈姆根据颗粒和泥的相对含量，把常见的颗粒－灰泥石灰岩分为四类，即颗粒岩、泥质颗粒岩、颗粒质泥岩、泥岩。颗粒岩是高能环境的产物，泥岩是低能环境的产物，颗粒质泥岩和泥质颗粒岩介于前二者之间。此外，邓哈姆还分出两类特殊的石灰岩类型，即粘结岩和结晶碳酸盐岩。3、曾允孚的分类曾允孚等（1980）提出的分类方案为一结构—成因分类，在国内有一定的影响。二、本书的分类石灰岩划分为三个大的结构类型即：I.颗粒－灰泥石灰岩；II.晶粒石灰岩；III.生物格架石灰岩。第五节白云岩一、白云岩的结构分类白云岩是主要由白云石组成的沉积碳酸盐岩。在白云岩的结构分类中，应强调以下三点。第一，石灰岩的结构分类系统和命名原则，基本上也适用白云岩。第二，在白云岩中，晶粒结构发育，除泥晶结构外，粉晶、细晶、中晶以至粗晶结构都相当常见。第三，在白云岩中，交代结构发育，如晶粒较粗的白云石菱形体交代各种颗粒及化石等。根据交代结构及与其伴生的其它交代现象的有无，可把白云岩划分为两个类型，即：具交代结构的白云岩（包括含白云石的石灰岩）和不具交代结构的白云岩。二、白云岩的生成机理（一）原生沉淀作用（二）毛细管浓缩作用——准同生白云化作用白运化流体通过沉积物时产生的白云化作用模式图（三）回流渗透白云化作用（四）混合白云化作用（五）淡水白云石（六）调整白云化作用（七）生物白云化作用（八）埋藏白云化作用（九）海水白云化作用三、白云岩的成因分类第六节碳酸盐岩的主要类型一、石灰岩1、内碎屑灰岩2、亮晶生物碎屑灰岩3、泥晶生物（屑）灰岩4、白垩5、抱球虫软泥及石灰岩6、鲕粒石灰岩7、球粒石灰岩8、泥晶或微晶石灰岩9、结核状（或瘤状）石灰岩10、生物格架石灰岩二、白云岩1、准同生（或同生）及早期成岩白云岩①与蒸发岩共生的准同生白云岩②与石灰岩共生的早期成岩白云岩③与陆源沉积物成互层的同生白云岩④分散在陆源沉积物中的同生白云石晶体⑤生物作用生成的同生白云石2、碎屑白云岩3、晚期成岩及后生白云岩①层内白云岩②沿地层不连续面形成的白云岩③后生白云岩第七节碳酸盐沉积物(岩)的沉积后作用一、碳酸盐沉积物(岩)沉积后作用的主要类型碳酸盐沉积物的沉积后作用的类型很多，主要有溶解作用、矿物的转化作用和重结晶作用、胶结作用、交代作用、压实作用以及压溶作用等，现分述如下。（一）溶解作用（二）重结晶作用碳酸盐沉积物在沉积后作用过程中，常常发生矿物的转化作用、重结晶作用和应变重结晶作用。1、矿物的转化作用——方解石化作用2、重结晶作用（三）胶结作用1、碳酸盐胶结物的矿物成分和结晶形态2、溶解离子对碳酸盐胶结物晶出的形态的影响3、结晶速度对碳酸盐胶结物结晶形态的影响4、底质对碳酸盐胶结物的“矿物学效应”5、胶结物的世代6、亮晶方解石胶结物与新生变形方解石的区别7、碳酸盐胶结物的来源（四）交代作用1、去白云化作用在地表常常出现去白云石化现象，但在深井中同层位的白云岩往往不发生交代作用。人们据此推测去白云化是在近地表条件下发生的。去白云石化过程主要是在富含硫酸盐的地下水作用下进行的，硫酸盐离子能从白云石中吸取镁形成硫酸镁和方解石。其反应式如下：CaMg(CO3)2+CaSO4·2H2O→2CaCO3+MgSO4+2H2O2、石膏化和石膏化作用硬石膏和石膏的晶体被碳酸盐矿物交代的作用叫去石膏化作用，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+6CO2→6CaCO3+4H2S+11O2+2S（五）压实作用与压溶作用1、物理压实作用2、化学压实作用——压溶作用3、影响压实作用的因素