50内源沉积岩

(第四章）李文厚编2002年3月7日第四章内源沉积岩第一节碳酸盐岩第二节第三节其他内源沉积岩第四章内源沉积岩内源沉积岩系指组成岩石的沉积物在沉积盆地中通过机械作用、生物沉积作用和化学沉积作用而形成的。按沉积作用方式可分为机械、生物、化学和生物化学作用形成的碳酸盐岩、硅质岩、铝质岩、铁质岩、锰质岩和磷质岩，主要由化学作用形成的蒸发岩和主要由生物作用形成的可燃性有机岩。第一节碳酸盐岩一、概述碳酸盐岩主要由沉积的碳酸盐矿物(方解石、白云石等)组成，主要的岩石类型为石灰岩(方解石含量大于50%)和白云岩(白云石含量大于50%)。它们经常还和陆源碎屑及粘土组成各种过渡类型的岩石。据统计研究，碳酸盐岩约占沉积岩总量的20%，它在地壳中的分布仅次于泥质岩和砂岩。碳酸盐岩中的矿产非常丰富，其中层状矿床有铁、铝、锰、磷、硫、石膏及硬石膏、岩盐、钾盐等；产于碳酸盐岩中的层控矿床，如铜、铅、锌、汞、锑、砷、铀等多金属矿。二、碳酸盐岩石学进展人类对于碳酸盐岩的认识由来已久。但是，碳酸盐岩岩石学作为一门独立的地质科学分支，还是在近百年之内在西方逐渐形成的。英国地质学家索比(Sorby,1826-1908)是碳酸盐岩岩石学的主要奠基人。早在1879年，索比在他的名著《石灰岩的构造和成因》中就指出，绝大多数的石灰岩都是由四种机械搬运的颗粒组成的。福克(Folk,1959)的《石灰岩的实用分类》以及哈姆(Ham,1962)主编的《碳酸盐岩分类文集》中的一些文章，使碳酸盐岩岩学进入了新的历史时代，新碳酸盐岩岩石学诞生了。此外，像奇林格等(Chilingaretal.,1967)的《碳酸盐岩》、普雷等(Prayetal.,1965)的《白云化作用及石灰岩的成岩作用》、巴瑟斯特(Bathurst,1971)的《碳酸盐沉积物及其成岩作用》、布拉特等(Blattetal,1972)的《沉积岩成因》中的有关碳酸盐岩部分、米利曼(Milliman,1974)的《海洋碳酸盐》、威尔逊(Wilson,1975)的《地质历史中的碳酸盐相》、库克等(Cooketal.,1977)的《深水碳酸盐环境》、弗卢盖尔(Flugel,1982)的《石灰岩的微相分析》以及马耶夫斯基(Majewske,1969)和霍洛维兹等(Horowitzetal.,1972)关于化石碎片鉴定的专著，还有像肖(Shaw,1964)关于陆表海、欧文(Irwin1965)关于清水沉积作用、拉波特(Laporte1961,1969)和杨等(Young,etat.,1972)关于潮汐作用带沉积模式、阿姆斯特朗(Armstrong,1974)关于陆源岩和碳酸盐岩沉积模式的论文等，都是碳酸盐岩岩石学及岩相学迈入新时代的重要标志。纵观20世纪50年代到70年代，碳酸盐岩石学取得了飞速的发展，其主要进展表现在以下九个方面。第一，福克(Folk,1959,1962)的“异常化学颗粒”和“异常化学石灰岩”的观点和分类系统的创立，打破了关于碳酸盐岩是单一“化学岩”的传统观点。第二，能量观点的定量标志的引人，为碳酸盐岩的分类及沉积环境分析提供了新的重要的定量依据。第三，碳酸盐岩的分类由单纯的成分分类而发展为结构成因分类。这样，碳酸盐岩岩类学和成因学就十分密切地联系起来了。第四，白云石及白云岩生成机理的全新观点或学说的问世，使碳酸盐岩岩石学工作者的思路大为开阔和活跃。第五，对碳酸盐沉积物的沉积后作用有了更深入的认识。第六，由于对现代碳酸盐沉积的环境模式有了深入的研究，因此对于古代碳酸盐岩的沉积环境分析也大为深入了。第七，出现了一门专门研究和鉴别碳酸盐岩生物化石碎片的科学——化石岩石学。第八，碳酸盐岩的研究方法大为改善，许多新的先进的研究手段已被引进到碳酸盐岩岩石学中。第九，深水海洋碳酸盐沉积的研究有了很大的进展。三、碳酸盐岩主要由方解石和白云石两种碳酸盐矿物组成。以方解石为主的为石灰岩，以白云石为主的为白云岩，这是碳酸盐岩的两个最基本的岩石类型。在方解石矿物体系中，除方解石外，还有文石、高镁方解石和低镁方解石等矿物。在白云石矿物体系中，除白云石外，还有原白云石。在碳酸盐岩中，除上述方解石和白云石体系的矿物外，还常有铁白云石、菱铁矿、菱镁矿等。四、碳酸盐岩的化学成分纯石灰岩(纯方解石)的理论化学成分为CaO56%和CO244%；纯白云岩(纯白云石)的理论化学成分为CaO30.4%、MgO21.7%、CO247.9%。在碳酸盐岩中，还常含有一些微量元素或痕量元素，如Sr、Ba、Mn、Co、Ni、Pb、Zn、Cu、Cr、V、Ca、Ti、B等。这些元素在地层划分和对比及沉积环境分析上，有时很有意义。碳酸盐岩中的硼含量就可作为古沉积环境水体含盐度的良好标志。开展碳酸盐岩中微量及痕量元素的研究，对于判别古沉积环境有着重要的意义。在碳酸盐岩中，氧和碳的稳定同位素，尤其是碳的稳定同位素，对于沉积环境的恢复，尤其是对古沉积环境水体含盐度的确定，很有实用意义。五、碳酸盐岩的结构碳酸盐岩主要由颗粒、泥、胶结物、生物格架和晶粒五种结构组分组成。一般经过波浪和流水作用搬运、沉积而成的碳酸盐岩常具粒屑结构，即由颗粒(内碎屑、生物碎屑、鲕粒、球粒和藻粒等)、泥和胶结物三种结构组分构成。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及胶结物构成。(一)颗粒碳酸盐岩的颗粒类型主要有内碎屑、生物碎屑、鲕粒、球粒和藻粒等。1.内碎屑内碎屑是沉积盆地中沉积不久的、弱固结或固结的碳酸盐沉积物，受波浪、潮汐水流或风暴等的作用，破碎、搬运、磨蚀、再沉积而成的碎屑。从盆外古陆的石灰岩经过风化剥蚀而来的碎屑则为盆外颗粒或陆源碎屑。碳酸盐沉积物中常见的内碎屑有的来自干涸的潮坪泥晶灰岩碎片或石片，大量的这些石片经过潮汐作用，发生相互磨蚀，形成扁平砾石，常产生竹叶状砾岩。根据直径的大小，把内碎屑划分为砾屑、砂屑、粉屑和泥屑四个级别，砂屑和粉屑还可以进一步细分(如下表)。Biao4-12.生物碎屑生物碎屑系指经过搬运和磨蚀或未经搬运和磨蚀的生物化石碎屑及完整的生物化石个体。生物钙质硬体由方解石和文石组成的空间形态的显微结构，可归纳为四种类型(戴永定，1977)。(1)粒状结构:由光性方位杂乱的，三向大致等轴的方解石晶粒组成，如软体动物。(2)纤(或柱)状结构:由平行或放射状排列、单向延长的方解石或文石晶体组成，如三叶虫和珊瑚。(3)片状结构:由近乎平行的两向或单向延长的方解石或文石晶体，以各种方式叠积而成，如腕足动物和软体动物。(4)单晶结构:骨片全部或局部由光性一致的单晶或双晶晶体组成，如棘皮动物。3.鲕粒鲕粒是具有核心和同心纹层结构的球状或椭球状颗粒。核心通常是碳酸盐颗粒、生物碎屑或陆源碎屑等。鲕粒的直径限定在2mm以内，直径大于2mm的类似颗粒称豆粒。鲕粒与豆粒均属包粒，系形成于动荡水中。鲕粒的成因一般认为是无机沉淀作用生成的，但其确切的机理还没有被证实。此种观点认为，热带浅海、搅动环境，对上升的冷海水升温并逸出CO2，使之对CaCO3经常处于过饱和，对围绕核心沉淀碳酸盐产生包壳鲕粒是非常有利的。4.球粒为粉砂级或细砂级球形、椭球形、卵形的泥晶方解石集合体，一般不具任何内部构造，大小形状较均匀，常成群出现。若分选很好，有机质含量较高，在薄片中呈暗色，一般认为是粪球粒，但也有无机成因的球粒，即内碎屑成因球粒。5.藻粒藻粒即与藻类有成因联系的颗粒，它包括藻鲕、藻灰结核、藻团块及藻碎屑等。(二)泥泥是与颗粒相对应的另一种结构组分，是指泥级的碳酸盐质点。根据它的具体成分，可分“灰泥”和“云泥”。灰泥是方解石成分的泥，也称“微晶方解石泥”；云泥是白云石成分的泥。关于泥与颗粒的界限，暂以0.005mm为界。有三种成因的灰泥：第一种是化学沉淀作用生成的灰泥。第二种是机械破碎作用生成的灰泥，这主要是指泥级的的内碎屑。第三种是生物作用生成的灰泥。(三)胶结物胶结物主要是指沉积颗粒之间的结晶方解石或其他矿物，它与砂岩的胶结物相似。这种方解石胶结物的晶粒一般都比灰泥的晶粒粗大，通常都＞0.005mm或＞0.01mm。由于其晶体较清洁明亮，故常称作“亮晶方解石”、“亮晶方解石胶结物”或“亮晶”。亮晶方解石鉴定特征是：(1)亮晶胶结物充填于颗粒间的开放孔隙中；(2)晶体干净透明，无残余结构；(3)晶间界线平直；(4)晶体同颗粒界线截然；(5)常有世代现象，第二世代胶结物下面常见渗流粉砂。亮晶方解石胶结物与粒间灰泥的区别在于：(1)亮晶晶粒较大，灰泥则较小；(2)亮晶较清洁明亮，灰泥则较污浊；(3)亮晶胶结物常呈现出栉壳状等特征的分布状况，灰泥则不是这样。(四)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。(五)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。晶粒可首先根据其粒度划分为砾晶、砂晶、粉晶、泥晶等，砂晶还可再细分为极粗晶、粗晶、中晶、细晶及极细晶，粉晶还可再细分为粗粉晶和细粉晶。六、碳酸盐岩的分类碳酸盐岩首先可按成分划分为石灰岩和白云岩两种基本类型。石灰岩、白云岩的进一步划分应按结构及成因。(一)碳酸盐岩的成分分类碳酸盐岩最常见的矿物成分分类是按方解石及白云石的含量划分岩石类型，其次是按方解石或白云石与粘土的含量分类，还有方解石、白云石及粘土的三种成分混合的分类(如下表)。Biao4-3Biao4-4(二)石灰岩的结构-成因分类1.福克的分类福克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，即颗粒；(2)微晶方解石泥或简称微晶，即灰泥或泥晶；(3)亮晶方解石胶结物简称亮晶。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.微晶石灰岩。(图4-1)福克把亮晶异化石灰岩和微晶异化石灰岩叫做异常化学岩；把微晶石灰岩叫做正常化学岩。此外，还有由生物格架所组成的礁石灰岩，福克把它叫做生物岩。这是福克分类中的第Ⅳ类石灰岩。在这四个主要石灰岩类型的基础上，福克又根据异化颗粒的类型及其他特征，把石灰岩又细分为11个类型。图4-2把碎屑岩的结构观点系统地引进到碳酸盐岩中来。他首先提出异化颗粒和异常化学岩的观点，从此打破了石灰岩的陈旧的一统的“化学岩”的概念。福克分类优点：福克分类缺点：第一，福克分类基本上是三端元的。第二，福克分类未考虑重结晶作用的影响。第三，福克分类中的“清规戒律”太多。第四，在福克分类中，用“正常化学岩”和“异常化学岩”这些非描述性的成因术语，对岩石类型进行概括并不恰当，甚至还有错误。2.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。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。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(如下表)。Biao4-6简明扼要，有高度的概括性，他的岩石类型比福克的简明；在沉积环境及岩相古地理研究中，尤为适用。邓哈姆的分类优点：“泥岩”易与粘土岩中的“泥岩”相混；在四类颗粒-泥岩石中无确切的定量标志；术语系统比较别扭和欠严谨。邓哈姆的分类缺点：恩布里和克洛范(EmbryandKlovan，1971)结合加拿大晚泥盆世礁的研究，曾对邓哈姆分类进行补充修正。表4-73.本书分类的重要原则：第一，分类必须反映碳酸盐岩类学的最新成果。第二，分类必须首先是描述性的，即必须把第一性的、可观察到的、可以计量的各种结构组分放在第一位并反映到岩石的名称中去。第三，分类必须有定量的标志。第四，分类必须有较广泛的实用性，即必须是野外、井队、实验室均能应用。第五，分类必须简明扼要，并有一定的灵活性。第六，术语应力求确切中肯、简明扼要、通俗易懂，并适当照顾习惯。表4-8本书分类：把石灰岩划分为三个大的结构类型，即：Ⅰ.颗粒-泥晶石灰岩；Ⅱ.生物格架石灰岩；Ⅲ.晶粒石灰岩。颗粒灰泥它是一个独特类型的石灰岩，其特征是含原地的生物格架组分。主要以