第四章内源沉积岩

第四章内源沉积岩第一节碳酸盐岩第二节其它内源沉积岩第一节碳酸盐岩•碳酸盐岩—由沉积的碳酸盐矿物组成的沉积岩。•碳酸盐岩分布广，占沉积岩的20%，仅次于泥质岩和砂岩。含有丰富的无机矿产和油气。主要是海洋（浅海）中形成的。•一、碳酸盐岩的成分和结构•二、碳酸盐岩的分类与命名•三、碳酸盐岩的主要类型•四、碳酸盐岩的成岩作用•五、碳酸盐岩的研究方法一、碳酸盐岩的成分和结构•碳酸盐岩的成分•碳酸盐的结构1、碳酸盐岩的成分•①化学成分•碳酸盐岩的化学成分主要有CaO、MgO2和CO2，其次有Si、Ti、Al、Fe、K、Na等的氧化物。•石灰岩中，CaO占42.6%，CO2占41.5%，次为MgO、SiO2。•白云岩中，CaO占30.4%，MgO占21.8%，CO2占47.8%。•②矿物成分•主要矿物为碳酸盐矿物，其次为陆源碎屑和其它自生矿物。•现代碳酸盐沉积物主要为文石、低镁方解石、高Mg方解石、少量白云石。其中文石与高镁方解石为准稳定矿物，在成岩中逐渐变为方解石。•原生或准同生白云石属准稳定矿物，也逐渐变为有序性良好的白云石。2、碳酸盐的结构•①粒屑结构•②生物骨架结构•③泥晶结构•④晶粒结构和残余结构①粒屑结构•①粒屑结构—由颗粒、泥晶基质（灰泥杂基）、亮晶胶结物和孔隙构成的碳酸盐结构。经过波痕和流水作用搬运沉积形成的碳酸盐岩常具有粒屑结构。粒屑结构的组成有：•Ⅰ、颗粒—分为盆外与盆内，常见有：•（Ⅰ）鲕粒—呈球—椭球状的颗粒，由一圈或数圈规则的同心纹层围绕一个核心组成，其核心常是一个碳酸盐颗粒或陆源碎屑。•鲕粒直径小于2mm，大于2mm称为豆粒。•鲕粒与豆粒形成于动荡的波浪、潮汐作用环境。•常见鲕粒类型有：•单鲕—有一个核心；•表鲕—包壳纹层厚远小于核心半径。（薄皮鲕）•复鲕—几个小鲕粒组成一个核心；•空心鲕—核心、破溶蚀•单晶鲕—核心为单晶•多晶鲕—核心为多个晶体组成•放射鲕—晶体呈放射状•变形鲕—鲕粒发生变形•（Ⅱ）球粒（团粒）——粉砂级大小、不具内部结构的球形或卵形的、富含有机质的混晶碳酸盐颗粒，呈暗色，常呈集合体出现。•形成于局限环境如泻湖、潮坪。球粒多为生物粪团粒。•（Ⅲ）团块——几个碳酸盐颗粒被灰泥或藻类粘结在一起形成的。亦叫葡萄石。•（Ⅳ）内碎屑——盆内弱固结或半固结的碳酸盐沉积物被剥蚀破碎，经过再次沉积形成的碎屑。例竹叶状灰岩。•（Ⅴ）生物碎屑——生物骨架或骨格碎片。成分有钙质、磷质或硅质。•（Ⅵ）核形石——非同心状的藻类泥晶纹层围绕一个固体核心形成的形状不规则，富含有机质的颗粒。其形成是藻类在核心表面生长形成的。•Ⅱ、灰泥——微晶方解石，由低于0.004mm的碳酸盐颗粒组成的。•成因：（Ⅰ）化学学积；（Ⅱ）机械成因或生物作用。•Ⅲ、胶结物——碎屑之间的碳酸盐晶体，一般大于0.004mm。•成因：（Ⅰ）化学沉积；（Ⅱ）灰泥重结晶。②生物骨架结构•生物骨架结构——造架生物、粘结生物与充填孔隙的颗粒、灰泥与亮晶胶结物构成。•具有生物骨架结构的岩石有：•Ⅰ、骨架岩——灰泥杂基、胶结物、生物碎屑等充填在群体生物骨架之间，形成抗流生态礁。如礁灰岩。•Ⅱ、障积岩——原地生长的枝状生物阻挡灰泥堆积形成的生物丘或灰尼丘。抗浪差。•Ⅲ、粘结岩——葡萄生长的生物捕捉、粘结大量灰泥杂基形成的碳酸盐岩。③泥晶结构•泥晶结构—化学或生物化学作用沉淀形成的碳酸盐岩，形成于低能环境。④晶粒结构和残余结构•石灰岩经过重结晶作用、白云石化作用（交代作用），可形成明显的晶粒结构，同时出现各种残余结构。二、碳酸盐岩的分类与命名•1、碳酸盐岩的成分分类•2、石灰岩的结构成因分类1、碳酸盐岩的成分分类•依据岩石中的矿物组成及其含量，碳酸盐岩的类型有：•①石灰岩与白云岩•石灰岩•含白云质灰岩•白云质灰岩•灰质白云岩•含灰质白云岩•白云岩•②碳酸盐岩与泥岩•碳酸盐岩•含泥碳酸盐岩•泥质碳酸盐岩•碳酸盐质泥岩•含碳酸盐质泥岩•泥岩2、石灰岩的结构成因分类•①福克（1950）分类•将石灰岩分为四类：•Ⅰ、亮晶异化石灰岩—颗粒+亮晶方解石胶结物，形成于浅水高能环境。例：浅海。•Ⅱ、微晶异化石灰岩—颗粒+微晶方解石基质，水动力条件减弱。•Ⅲ、微晶石灰岩—形成于弱水动力环境。•Ⅳ、其它类型，如原地礁灰岩。•其中Ⅰ、Ⅱ类为异常化学岩，Ⅲ类为正常化学岩，Ⅳ类为生物岩。•该分类利用了碳酸盐的结构和成因，创新了碳酸盐术语。•②本课程分类方法•Ⅰ、分类原则•（Ⅰ）反映沉积学研究的新成果•（Ⅱ）野外实用，方便•（Ⅲ）采用定量标志•（Ⅳ）具有广泛的使用性•（Ⅴ）简明扼要，具有一定灵活性•（Ⅵ）分类术语确切中肯，通俗易懂•Ⅱ、分类方案•将石灰岩分为四大类，并依据结构—成因分类原则，确定各类之间的关系：•（Ⅰ）颗粒石灰岩类—颗粒含量大于90%，灰泥含量低于10%为颗粒灰岩。大数中颗粒超过50%，灰泥＜50%。•（Ⅱ）泥晶石灰岩类—颗粒含量低于10%，灰泥含量高于90%为泥晶灰岩。大类中颗粒低于50%，灰泥高于50%。•（Ⅲ）原地固差生物生灰岩类—生物成因。•（Ⅳ）重结晶石灰岩类—常有残余结构。为成岩作用形成。颗粒百分比填隙物颗粒类型（颗粒灰岩类Ⅰ）内碎屑生物碎屑鲕（豆）粒团粒团块多种颗粒＞50%亮晶亮晶内碎屑灰岩微晶微晶内碎屑灰岩50-25%内碎屑微晶灰岩25-10%含内碎屑微晶灰岩＜10%微晶灰岩类（Ⅱ）原地固着生物灰岩（Ⅲ）：生物礁灰岩、生物层灰岩、生物丘灰岩重结晶石灰岩（Ⅳ）三、碳酸盐岩的主要类型•1、石灰岩•2、白云岩1、石灰岩•①内碎屑灰岩•填隙物可以是灰泥或亮晶。常具粒序性。•例：竹叶状灰岩。•②生物碎屑灰岩•颗粒为生物骨架或碎片。高能环境中形成亮晶胶结物。低能环境中形成灰泥杂基。•③鲕粒灰岩•鲕粒含量超过50%，填隙物为亮晶或微晶。形成于温暖浅水的中等水动力环境，如水下浅滩、潮汐沙坝、潮三角洲等。可见交错层、粒序层等沉积构造④球粒灰岩•球粒呈粉砂级碎屑集合体出现，由泥晶方解石组成，富含有机质。•形成于低能环境，如局限海、泻湖。•⑤泥晶石灰岩•由泥晶方解石组成，碎屑颗粒低于10%。形成于安静的低能环境，如泻湖、深水滨外盆地。•成因—机械、化学•或生物作用形成。•⑥礁灰岩•造礁生物骨架组成岩石格架，灰泥、亮晶及生物碎屑等充填其中。具有抗浪作用。•⑦核形石灰岩•颗粒为核形石，由藻纹层围绕一个核心呈非同心圆的不规则状，富含有机质。•⑧白垩土•矿物成分主要为CaCO3，含量超过90%。主要由颗石菏藻形成。•⑨淡水CaCO3沉积•例：石灰岩溶洞中的CaCO3沉积2、白云岩•按成因，白云岩分为原白云岩和次生白云岩（成岩白云岩）两类。•①原白云岩（准同生白云岩）•②次生白云岩（成岩白云岩）①原白云岩（准同生白云岩）•即原生沉淀的白云岩或准同生阶段交代（白云石交代方解石）形成的白云岩。其特点如下：•Ⅰ、结晶均一，细粉晶至泥晶。•Ⅱ、纹层发育，具有干裂、鸟眼、盐岩假晶、叠层构造，没有残余结构。（出露标志明显）•Ⅲ、不含生物化石。•Ⅳ、常与蒸发岩、红层、石灰岩共生。•Ⅴ、层位稳定，区域上可进行对比。•Ⅵ、一般是潮上带毛细管作用的产物。②次生白云岩（成岩白云岩）•即石灰岩经过成岩期的白云石化作用形成的，具有以下特点：•Ⅰ、晶体粗大，晶形好，呈糖粒状，透明•Ⅱ、岩性不均一，常呈斑块状、条带状，常见残余结构。•Ⅲ、常见环带构造。•Ⅳ、可以含化石。•Ⅴ、常与石灰岩共生。•Ⅵ、有一定层位，但不稳定，横向变化快。•Ⅶ、可形成于各种碳酸盐沉积环境。四白云岩的生成机理•(一)•(二)毛管浓缩作用——•(三)•(四)混合白云化作用•（五）•(六)•此外，白云岩还有其他成因，如生物作用、机械作用、热液作用、变质作用成因等。(一)原生沉积作用•真正的原生的白云石，真正有以化学沉淀的方式从水体中直接沉淀出来的。•在常温常压的条件下，在实验室中尚未合成出真正的、化学计量的白云石。•近30年多年中，在已发现的近代白云石的实例中，最“过硬”的原生白云石的实例，要算澳大利亚南部考龙泻湖和美国的加利福尼亚深泉盐湖中的白云石了。•澳大利亚南部考龙泻湖中的白云石是在水很咸，pH值很高，植物很茂盛的条件下形成的。通•过光合作用，植物从水中吸取CO2，从而使水的pH值增高，这就促使白云石沉淀。(二)毛管浓缩作用—准同生白云化作用•在热带地区的潮上带，在其表层的碳酸盐沉积中，进行着准同生白云化交代作用。这些刚沉积的表层沉积物，主要是文石。由于该区气候干热，蒸发作用强烈，这些粒间水不断向空气中散发。同时海水又通过毛细管作用，源源不断地补充到这些疏松沉积物的颗粒之间。久而久之，这些粒间水的含盐度就变大了，正常的海水就变成了盐水。从这种盐水中首先沉淀出来的是石膏，也可能还有一些其他盐类矿物。在波斯湾南岸的广大潮上地带，这种膏盐沉积物十分发育。这种潮上带经常是干的，但在低凹地区也可积水成为盐水沼泽，阿拉伯语“萨布哈”就是指这种潮上的盐沼地。•干热地区潮上地带表层沉积的粒间水或表层积水，其Mg/Ca比率可达20∶1，甚至更高。这种高镁的粒间盐水或表层水经常与文石颗粒相接触，将不可避免地使文石被交代，被白云化，即使文石转变为白云石。现代潮上地带的白云石壳就是这样生成的。•弗里德曼和桑德斯(FriedmanandSanders,1967)把这一作用叫做“毛细管浓缩作用”，许靖华和西根撒勒(HsuandSiegenthaler，1969、1971)把这一作用叫做“蒸发泵作用”•在潮上地带形成的高镁粒间盐水，当其对表层沉积物的白云化基本完成时，产生这种高镁盐水的相对密度较大，当地表无出路时，其向下回流渗透是必然的。这种向下回流渗透的高镁水，在其穿过下伏的碳酸钙沉积物或石灰岩时，必然会使它们白云化，从而形成白云岩或部分白云化的石灰岩。这就是近30年来逐渐形成的“回流渗透白云化作用”的观点。•戴菲斯等(Deffeyesetal.,1965)曾以拉丁美洲小安德列斯群岛博内尔岛的潮上地区及泻湖为例，对这一作用进行了详细的论述(三)回流渗透白云化作用(四)混合白云化作用•巴迪奥札曼尼(Badiozamani，1973)提出了大气水(淡水)与海水混合的白云化作用的机理。陆棚或正性单元共生的白云岩的成因问题。•混合白云化作用发生在既有大气淡水供给，又有海水加入的半咸水带中，当混入5%～30%海水时，不需要高镁盐水，Mg/Ca比为3∶1或更低，白云石已达到饱和或过饱和，而方解石不饱和。因此方解石等矿物被白云石交代，石灰岩或碳酸钙沉积物便会发生白云化作用。对于沿正性单元分布的、伴随有不整合而又缺乏潮上或泻湖等蒸发环境标志的白云岩的成因，用混合白云化作用可以得到满意的解释。(五)淡水白云化作用•指在有洪水注入的海湾、淡水与海水混合带中、洪水淹没的潮上盐坪及其他淡化或淡水注入•的环境中，溶液的Mg/Ca比只要近于1∶1，就可以形成“淡水白云石”。这种白云石的形成•作用称为淡水白云化作用。(六)调整白云化作用•调整白云化作用是指在大气水的影响下，原来的碳酸盐沉积物或碳酸盐岩经过淋滤而发生溶•解作用和交代作用，即在化学成分及矿物成分上进行重新组合或调整而发生的白云化作用。•这种白云化需要的镁离子，来源于沉积层内碳酸盐沉积物中的高镁方解石。四、碳酸盐岩的成岩作用•常见的碳酸盐成岩变化有以下几种：•1、溶解作用•2、胶结作用•3、重结晶作用•4、压溶作用•5、压实作用•6、交代作用1、溶解作用•碳酸盐在一定条件下，如出露地表，碳酸盐矿物发生溶解可形成溶蚀孔隙。•碳酸盐岩出露地表的标志为：•①泥晶套•颗石藻在颗粒表面钻孔，破坏外壳，之后充填，使颗粒表面发生泥晶化作用。•颗粒外壳反复发生钻孔充填改造后形成泥晶套外壳。•②粉流粉砂•在碳酸盐岩的原生一次生孔隙中充填的粉砂级颗粒，是地下水向下渗流形成的，出现于渗流带，又称示预构造2、胶结作用•①胶结作用的阶段性•Ⅰ、初期——在地下水面之上的渗流带，产生第一世代胶结物。胶结物具有栉壳状结构，晶体垂直于碎屑表面生长。•Ⅱ、晚期——在地下水面之下的潜流带，形成第二世代胶结物，具次化岗结构，晶体呈等粒状分布。•②胶结作用形成亮晶胶结物，