第四章 碳酸盐岩基本特征

主要内容一、碳酸盐岩的成分特征二、碳酸盐岩的结构三、碳酸盐岩的构造四、碳酸盐岩的分类五、碳酸盐岩的主要岩石类型六、碳酸盐岩的成岩作用第四章碳酸盐岩碳酸盐岩的矿物成分：碳酸盐矿物（方解石和白云石）岩石类型：石灰岩（方解石含量大于50%）白云石（白云石含量大50%）。主要形成环境：海相环境中，有少量的陆相沉积成因：化学（生物化学）成因机械成因分布：占沉积岩体积20%,在我国沉积岩占全国总面积75%，其中55%为碳酸盐。研究意义：积相标志、古地理再造、古环境恢复、古气候变迁碳酸盐岩中的矿产资源丰富；多种金属矿产，建筑材料、古潜山储层，生烃层系。岩溶地貌及其旅游资源、水资源和土壤等等第四章内源沉积岩—碳酸盐岩一、碳酸盐岩的成分特征1、化学成分：主要化学成分：CaO、MgO、CO2次要化学成分：SiO2、TiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、K2O、Na2O、H2O等石灰岩的化学成分：CaO占42.61%;MgO占7.9%;CO2占41.58%;SiO2占5.91%,(纯)白云岩的化学成分：CaO占30.4%;MgO占21.8%;CO2占47.8%;极少量的微量元素：Sr、Ba、Rb、V、Ni等，可作为判别环境的标志A.化学式表示：CaCO3、CaMg(CO3)2、FeCO3、MgCO3B.氧化物表示：CaO（43%)、MgO(8%)、CO２(42%)及SiO2(5.2%),其它氧化物(3%):FeO、Fe2O3、K2O、Na2O、H2OC.微量元素：Sr、Ba,Rb,Ni,Zn,第四章内源沉积岩—碳酸盐岩一、碳酸盐岩的成分特征２.同位素：A.18O/16O：区分海陆相、古海水盐度、水温变化、海陆变迁B.13C/12C和14C：区分海陆相、古海水盐度、水温变化、海陆变迁,14C定年。海相：重同位素含量高第四章内源沉积岩—碳酸盐岩3、矿物成分：碳酸盐矿物：方解石（三方晶系）和文石（与方解石同质二相，斜方晶系）、白云石、菱铁矿、菱锰矿、菱锌矿、铁白云石Ca(Mg,Fe)(CO3)2陆源碎屑混入物：粘土矿物、石英、长石及微量重矿物。当陆源碎屑混入物50%则过渡为粘土岩或粉砂岩／砂岩。非碳酸盐自生矿物：石膏Ca(SO4)2H2O、硬石膏Ca(SO4)，重晶石Ba(SO4)、天青石Sr(SO4)、K,Na,Mg卤化物、及蛋白石、自生石英、黄铁矿（FeS2,等轴晶系)、白铁矿（FeS2,斜方晶系，同质多相)、海绿石（K,Fe,Mg的铝硅酸盐矿物）、鲕绿泥石（Fe,Mg的铝硅酸盐矿物）、磷酸盐矿物和有机质。第四章内源沉积岩—碳酸盐岩碳酸盐岩最主要的矿物成分是碳酸盐矿物，有少量的陆源混入物和自生非碳酸盐矿物。碳酸盐岩的结构一、碳酸盐岩结构分类1、粒屑结构：经波浪或流水搬运、沉积而成的碳酸盐岩；是由颗粒（内碎屑、生物碎屑、包粒、团粒、团块）和填隙物、孔隙构成。2、生物骨架结构：由原地固着生长的生物骨架构成。3、结晶结构／重结晶结构：有化学或生物化学作用而成。4、次生结构：交代作用和重结晶作用形成。碳酸盐岩的结构既可以是机械成因的，又可以是化学、生物化学成因的，与碎屑岩的结构相比，碳酸盐岩的结构要复杂二、碳酸盐岩结构特征分述1、粒屑结构：由颗粒和填隙物组成。颗粒类型包括：内碎屑（无内部结构的碳酸盐岩软泥颗粒）生物碎屑（骨粒）鲕粒和豆粒团粒（不具有内部结构的粪团粒）团块（颗粒集合体）核形石碳酸盐岩的结构注意：碎屑结构与粒屑结构的异同粒屑类型之——内碎屑由盆地内部弱固结的碳酸盐沉积物经岸流、潮汐或波浪作用破碎、搬运、沉积的碎屑。内碎屑按直径大小分为：砾屑：＞2mm砂屑：2—0.06mm粉屑：0.06mm—0.03mm微屑：0.03mm—0.004mm泥屑：＜0.004微屑和泥屑充填于颗粒之间时称为泥晶基质。碳酸盐岩的结构内碎屑—砾屑内碎屑之——鲕粒（豆粒）由核心和同心纹层构成的球体或椭球体。鲕粒直径在2—0.2mm之间，大于2mm称为豆粒。鲕粒的分类：真鲕：假鲕：复鲕：薄皮鲕；变形鲕：变晶鲕：碳酸盐岩的结构真鲕,亮晶方解石胶结变晶鲕粒屑之——生物碎屑（骨屑）破碎的生物骨骼碎屑。骨骼的组分指示水深、水温、盐度和水流特征等；骨骼的门类、生态类型、分选和磨园，可提供环境标志。粒屑之——团粒:不具内部结构的碳酸盐球状、椭球状的颗粒。一般认为是生物的粪便。粒屑之——团块：由几个碳酸盐颗粒被灰泥或藻类粘结在一起而形成——也称为葡萄石。粒屑之——核形石：特殊形状的藻灰岩碳酸盐岩的结构图中A、B、C、D、E、F依次为内碎屑、生物碎屑、团粒、团块、豆粒、核形石填隙物：泥晶方解石（泥晶基质）和亮晶方解石泥晶方解石：为粒度为小于0.004mm的泥晶方解石，机械作用形成；晶体大小不均匀，晶体间界限可直可弯，易重结晶为微晶方解石亮晶方解石：为粒度通常大于0.01mm的、干净透明的亮晶方解石，化学结晶作用形成。亮晶方解石常发育栉状结构、连生结构。碳酸盐岩的结构注意：粒屑结构的填隙物以碎屑结构填隙物的异同悬挂式胶结物（针状方解石）（视域直径为2.5mm）（路凤香等，2002）2、生物骨架结构原地生长的底栖固着生物通过生命活动，由生物骨架和伴生的生物化学组分构成的结构，也称生物结构。常见于礁灰岩中。碳酸盐岩的结构3、结晶结构（化学结构）按照结晶程度可分为非晶质结构：非晶质结构见于一些化学或胶体化学成因的岩石类型中，如硅质岩、磷灰岩等。隐晶质结构：隐晶质结构由微晶矿物集合体组成显晶质结构：显晶质结构按照结晶颗粒的大小分为：粗晶（大于2mm）中晶（2-0.062mm）细晶(0.062-0.004mm)微晶(0.004-0.001mm)。碳酸盐岩的结构结晶（化学）结构（何启祥，1978）图中A、B、C依次为半自形结构、自形结构、它形结构4、次生结构:为交代结构和重结晶结构碳酸盐岩的结构矿物成分分类和结构成因分类＞50％为基本名50－25％××质（白云质灰岩）25－10％含××（含白云质灰岩）＜10％不参加命名碳酸盐岩的分类岩类方解石%白云石%岩石名称岩石简称石灰岩类100-9090-7575-500-1010-2525-50石灰岩含白云质石灰岩白云质石灰岩灰岩含云灰岩云灰岩白云岩类50-2525-1010-050-7575-9090-100灰质白云岩含灰白云岩白云岩灰云岩含灰云岩白云岩一、碳酸盐岩矿物成分分类根据方解石和白云石相对含量划分的岩石类型碳酸盐岩的分类岩类方解石（%）1或白云石（%）2粘土（%）岩石名称1岩石名称2石灰岩（或白云岩）100~9090~7575~500~1010~2525~50石灰岩含泥石灰岩泥灰岩白云岩含泥白云岩泥云岩泥岩50~2550~7510~2550~7575~9090~100灰质泥岩含灰泥岩泥岩白云质泥岩含云泥岩泥岩根据方解石（或白云石）与粘土相对含量划分岩石类型碳酸盐岩的分类岩类方解石（%）白云石（%）粘土（砂）%岩石名称石灰岩50~7050~7550~7510~2525~1050~2510~2525~5010~25含泥（砂）含云石灰岩含云泥（砂）灰岩含泥（砂）云灰岩白云岩10~2510~2525~5050~7550~7550~7510~2525~5010~25含泥（砂）含灰白云岩含灰（砂）泥云岩含泥（砂）灰云岩泥（砂）岩类10~2525~5010~2510~2510~2525~5050~7550~7550~70含灰含云泥（砂）岩含云灰质泥（砂）岩含灰云质泥（砂）岩根据方解石、白云石、粘土（或砂）相对含量划分的岩石类型碳酸盐岩的分类分类前应了解的四个基本概念：（1）原地灰岩／白云岩：未经搬运的灰岩，指微晶灰岩和生物礁灰岩。（2）异地灰岩／白云岩：经过搬运的灰岩，指粒屑灰岩。（3）泥晶：原地机械沉积的、粒度＜0.004mm的灰泥。（4）亮晶／淀晶：化学沉淀的、粒度＞0.004mm的、较为洁净的方解石（胶结物）。碳酸盐岩的分类碳酸盐岩的分类石灰岩分类（Folk，1959）ⅠⅡⅢⅣ异常化学岩正常化学岩亮晶方解石胶结物微晶方解石基质微晶方解石无异化颗粒内碎屑内碎屑亮晶石灰岩内碎屑微晶石灰岩微晶石灰岩扰动微晶石灰岩原地礁岩鲕粒生物亮晶石灰岩鲕粒亮晶石灰岩生物微晶石灰岩鲕粒微晶石灰岩化石球粒球粒亮晶石灰岩球粒微晶石灰岩生物岩亮晶方解石微晶方解石图13-3石灰岩的结构分类（据福克，1962）异化颗粒类型福克的分类，1959年二、石灰岩的结构一成因分类1、分类：（1）微晶或泥晶灰岩（正常化学岩）：为化学—生物化学成因，形成于低能环境，具微晶或泥晶结构。（2）颗粒石灰岩或粒屑石灰岩（异常化学岩）：是经过波浪及流水作用或重力作用形成的岩石类型，具有典型的粒屑结构特征。（3）原地固着生物灰岩：以生物作用为主形成的石灰岩，具有典型的生物骨架结构。（4）重结晶石灰岩：前三类岩石经过强烈重结晶作用而形成，具有各种化学结构及残余结构。碳酸盐岩的分类颗粒灰岩颗粒百分含量主要填隙物内碎屑骨屑鲕粒团粒团块混合原地固着生物灰岩亮晶亮晶内碎屑灰岩亮晶骨屑灰岩亮晶鲕粒灰岩亮晶团粒灰岩亮晶团块灰岩亮晶颗粒灰岩大于50%泥晶泥晶内碎屑灰岩泥晶骨屑灰岩泥晶鲕粒灰岩泥晶团粒灰岩泥晶团块灰岩泥晶颗粒灰岩50-25%泥晶内碎屑泥晶灰岩骨屑泥晶灰岩鲕粒泥晶灰岩团粒泥晶灰岩团块泥晶灰岩颗粒泥晶灰岩25-10%泥晶含内碎屑泥晶灰岩含骨屑泥晶灰岩含鲕粒泥晶灰岩含团粒泥晶灰岩含团块泥晶灰岩含颗粒泥晶灰岩小于10%泥晶泥晶灰岩或微晶灰岩生物礁灰岩生物层灰岩生物丘灰岩重结晶灰岩具残余结构灰岩结构——成因分类分类级序（1）按成因类型分为：原地（微晶灰岩和生物礁灰岩）、异地（粒屑灰岩）、重结晶、交代四大类（灰岩／白云岩）。（2）异地灰岩按泥晶或亮晶／颗粒比分为：泥晶或亮晶颗粒灰岩、颗粒泥晶或亮晶灰岩。对颗粒灰岩来说，进一步细分的原则为：A泥晶和亮晶的比值；B颗粒与泥晶的比值：C颗粒的类型。碳酸盐岩的分类三、白云岩的分类按成因分为：原生白云岩：准同生或同生的交代白云岩（交代证据不明显）和原生沉淀的白云岩。次生白云岩：石灰岩经过成岩后期白云岩化形成的白云岩或白云质灰岩。参照灰岩的结构成因分类，可作如下的分类：碳酸盐岩的分类由于白云岩的成因一直存在争议，白云岩分类没形成自己的独立体系，并以石灰岩的成分成因分类为参考。颗粒灰岩白云岩化内碎屑白云岩生物白云岩白云岩化强度原生结构类型砾屑白云岩砂屑白云岩粉屑白云岩泥屑白云岩叠层石白云岩、层纹石白云岩、核形石白云岩、凝块石白云岩、弱到中等（白云石＜50%）有结构残余（白云石＞50%）无结构残余（白云石＞90%）强烈变化内碎屑白云化内碎屑灰岩残余内碎屑灰质白云岩、白云岩细晶白云岩中晶白云岩粗晶白云岩巨晶白云岩不等晶白云岩结核状白云岩、倥侗状白云岩、斑块状白云岩、角砾状白云岩生物（屑）白云化生物（屑）灰岩残余生物（屑）灰质白云岩、白云岩鲕（豆）粒白云化鲕（豆）粒灰岩残余鲕（豆）粒灰质白云岩、白云岩团粒白云化团粒灰岩残余团粒灰质白云岩、白云岩团块白云化团块灰岩残余团块灰质白云岩、白云岩微晶白云化微晶灰岩残余微晶灰质白云岩固着生物灰岩白云化白云化生物礁灰岩、生物层灰岩、生物丘灰岩残余生物礁、生物层灰岩、生物丘灰质白云岩、白云岩准同生白云岩微晶、泥晶、极细晶白云岩白云岩分类（曾允孚等，1980）碳酸盐岩的岩石类型一、石灰岩类1、内碎屑灰岩：（1）亮晶内碎屑灰岩成因：高能、稳定环境，如滨浅海；特征：颗粒支撑、具波痕、交错层理（2）泥晶内碎屑灰岩成因：高能、不稳定环境，如浊流；特征－基质支撑、具粒序层理。一、石灰岩类内碎屑：大到砾屑级，小到粉屑级。圆度因搬运磨蚀程度而有所差别填隙物：灰泥基质，或亮晶胶结物或者两者均有。形成环境：高能浅滩环境，磨圆好、分选较好、亮晶方解石胶结，常伴生波痕和交错层理以及冲刷充填构造等。高能量环境形成内碎屑而沉积于低能环境时内碎屑含量少并含有大量的灰泥基质的泥晶砾（砂）屑灰岩和粉屑灰岩。碳酸盐岩的岩石类型亮晶内碎屑灰岩粒屑灰岩素描图（何起祥，1978）2、生物碎屑灰岩（1）亮晶生物碎屑灰岩成因：高能、稳定环境，如滨浅海；特征：颗粒支撑、具波痕、交错层（2）泥晶