化石微相 第2章 现代碳酸盐岩沉积学简介

化石碳酸盐岩微相•第一章绪论•第二章现代碳酸盐岩沉积学简介•第三章化石及化石碎片的薄片鉴定方法•第四章造岩钙质藻类化石的薄片鉴定特征•第五章钙质动物化石的薄片鉴定特征•第六章化石组合及其生态环境意义•第七章碳酸盐岩微相研究第二章现代碳酸盐岩沉积学简介•简要回顾现代碳酸盐沉积学主要理论，阐明本课程在其中的位置和作用，为后续学习提供必要背景知识。主要包括碳酸盐沉积机理（强调生物在其中的作用）、碳酸盐颗粒类型、碳酸盐岩成因分类及常见碳酸盐沉积相模式（及台地类型）等。在1957年以前，科学先贤们根据组成灰岩的方解石在地表环境中是不稳定的矿物，从而认为灰岩是深水化学沉积的产物，总结出以下错误的沉积模式：砾岩砂岩泥岩灰岩现代海洋碳酸盐沉积主要分布于赤道南北30o的温暖浅海地带。在这些地带钙藻大量繁殖，珊瑚礁发育，局部有贝壳砂、鲕粒砂、葡萄状团块、球粒灰泥及造礁生物粘结岩正在堆积。而在南北纬40o之间的深海盆地底部，有大量浮游生物碳酸盐沉积。这些现代海相碳酸盐产出环境，不仅是温暖浅水，而且是清水环境，没有大量细碎屑沉积物的注入。一、碳酸盐沉积机理WorldwideDistributionofCarbonates40°20°20°40°0°ReefsShelfcarbonateQAd2398c30°30°Wilson(1975)现代热带浅海能产生这样的碳酸钙，还和藻类活动有关。热带浅海小于10-15米水深的海域，所产生的CaCO3比深陆缘海每单位面积的CaCO3多几倍。主要与这一水域的绿藻及蓝绿藻特别丰富有关。由于藻类的光合作用，从海水中吸收大量CO2，从而促使海水中的CaCO3过饱和，沉淀出文石质灰泥来，而且钙藻的外壳也是文石质灰泥及颗粒的主要供给者。因此藻类繁生可以提供大量碳酸盐沉积物。藻类生活需要一个温暖浅水清洁透光的环境。海水浑浊，不仅妨碍光合作用，阻止钙藻的生长，悬浮的粘土还可以堵塞许多底栖无脊椎动物的摄食器官，使它们不能繁衍，也妨碍了大量碳酸盐颗粒的产生。海水太深，阳光不足，氧气不够，对藻类和底栖无脊椎动物生长都不利；水压大，溶CO2多，CaCO3不饱和，因此深水不会有大量碳酸盐直接产生，而深水碳酸盐沉积物主要靠海水表层浮游生物（颗石藻、有孔虫、翼足类等）和浅水陆棚区漂运来的灰泥或粉屑提供。在开阔海陆棚浅水地带的滨岸高能带或滨外高能带，由于波浪（包括潮汐）及其伴生的沿岸流、底流作用，使碳酸盐沉积物发生簸选，将其中的细屑碳酸盐物质带走，而留下各种砂砾级碳酸盐颗粒，形成各种砂砾屑滩、介壳滩、沿岸砂坝及砂咀，或滨外砂堤及砂洲、潮汐三角洲及潮汐砂坝等，从浅水陆棚高能带簸选出来的细屑碳酸盐物质（即灰泥、粉屑）堆积在陆棚边缘或障壁砂坝前缘的较深水盆地区以及障壁后的泻湖及潮坪区。碳酸盐沉积物主要是生物成因的，其中有些生物能适应较高水能环境，甚至具有抗浪的生态本能，它们能在高能环境下就地生长聚集成为礁体。在高能带，由于向岸风及潮汐作用，使波浪搅动及海水压力变化，沿着斜坡上升来的深部海水，温度剧然升高，水压降低，CO2迅速释放，促进了CaCO3大量沉淀，同时从深水还带来大量其它养料，有利于造礁生物的发育生长。所以在沿岸高能带常形成岸礁，在滨外或陆棚边缘高能带常出现堤礁或堡礁。如果在这些地带，持续地保持强到中等的水运动，而又有碳酸钙过饱和海水不断产生，这就使得正常盐度的造礁生物不能繁衍，而海底碳酸钙的加积作用及胶结作用，水体中的颗粒包壳作用等明显，可以产生被亮晶胶结的鲕粒、砂屑、球粒、团块、核形石及生物砂等沉积物。在障壁礁或砂堤之后，水的循环受到限制，出现泻湖及潮坪环境。如果气候炎热干燥，由于蒸发作用使泻湖水的盐度不断升高，最初产生CaCO3（文石）的化学沉淀。进一步咸化就会出现白云岩及膏盐沉积，生物很贫乏，仅有某些广盐性生物。如果气候比较潮湿炎热，泻湖水的盐度变化不大，可出现大量绿藻、钙质海绵、苔藓虫及腕足类等生物，为碳酸盐沉积提供大量颗粒。在潮坪地带由于间歇性的潮汐泛滥及陆上暴露干涸，形成白云岩以及鸟眼、干裂、纹层、膏盐晶体假象等沉积构造。在热带多雨地区，潮间坪沉积物里出现淡水透镜体，造成富含半咸水植物的沼泽，或出现微喀斯特地貌，沉淀结壳状淡水方解石等。CarbonateFactory碳酸盐岩工厂碳酸盐沉积的核心地区ModifiedbyLoucksfromHandfordandLoucks(1993)andBosscherandSchlager(1992)Directionofsedimenttransport25KmCarbonateproductionDecreasesEuphoticZoneBasinSlopePlatformMarginPlatformInteriorPatchReefTidalFlatsBiologicalCarbonateFactoryModifiedbyLoucksfromHandfordandLoucks(1993)andBosscherandSchlager(1992)Directionofsedimenttransport25KmCarbonateproductionDecreasesEuphoticZoneBasinSlopePlatformMarginPlatformInteriorPatchReefTidalFlatsChemicalprecipitates:ooidsCarbonateFactoryModifiedbyLoucksfromHandfordandLoucks(1993)andBosscherandSchlager(1992)Directionofsedimenttransport25KmCarbonateproductionDecreasesEuphoticZoneBasinSlopePlatformMarginPlatformInteriorPatchReefTidalFlatsPlanktonicforamnifera(Globerginid)CoccospheresCoccolithsCarbonateFactory碳酸盐沉积的基本规律绝大多数碳酸盐是在浅水的海洋环境中形成的，其沉积作用过程主要受化学及生物化学条件的控制。1、生物在碳酸盐沉积中具有重要作用2、水动力条件对碳酸盐沉积具有控制作用3、碳酸盐沉积基本上在原地形成4、碳酸盐沉积主要形成与温暖、清洁、透光的浅水环境5、碳酸盐的沉积作用迅速，但容易受控制方解石方解石白云石白云石•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。二、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•六、孔隙碳酸盐颗粒•在沉积地区或沉积环境内形成的碳酸盐成分颗粒。•也叫异化颗粒（allochem）：由异常化学作用所形成的颗粒或组分。•成因：化学、机械、生物、综合（生物化学、生物机械）•分类：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、球粒等非骨骼颗粒：包覆颗粒、球粒、凝聚颗粒和内碎屑及外碎屑1．内碎屑竹叶状砾屑砂屑粉屑（1）•鲕粒–是指具有核心和同心层结构的球状颗粒。–多在2－0.05mm之间•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2、鲕粒及藻灰结核偏心鲕椭球鲕同心鲕复鲕放射鲕表皮鲕变形鲕–变形鲕：同生期水底部水流冲刷或拖曳变形而成压溶鲕具缝合线边缘的压溶鲕•压溶鲕：压力下变形破裂，局部压溶，常与缝合线形成有关单晶鲕、多晶鲕•单晶鲕、多晶鲕•重结晶作用导致核心和同心层消失•早期淋滤，后期被结晶充填，保留了鲕的外膜鲕内溶孔鲕内溶孔•负鲕（空心鲕）——鲕粒内溶蚀孔隙–核心或同心层大部或全部被溶蚀，只剩外壳层藻鲕包覆颗粒•分为核形石和鲕粒。•原生沉淀鲕粒可分为：真鲕、薄皮鲕、复鲕。•核形石又叫藻包粒，其壳纹层可分为：泥晶纹层状、凝块状纹层、含生物的纹层、藻丝纹层和复合型纹层。–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。3、藻粒藻灰结核藻团块3、藻粒藻凝块灰岩，寒武系，山东沂水马站–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、软体动物等，低能环境产物。–并不是所有的球粒都是粪球粒4、球粒与粪球粒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下发生变形。•变形程度弱时，可看出它们与原始颗粒之间的关系，可以原颗粒命名，如变形内碎屑、变形鲕粒等；•变形程度强时，看不出它们与原始颗粒的关系，笼统叫“变形颗粒”或“异形粒”。6、团块–形状不规则，不具什么特殊内部结构的复合颗粒–由于概念模糊，已经很少用此术语变形鲕粒凝聚颗粒•是几种碳酸盐经过粘结或胶结作用联结在一起形成的一种颗粒类型，又称为团块。其大小多为0.5－3㎜。•富含有机质、没有明显内部构造和外形的暗色泥晶碳酸盐集合体叫凝块石。•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，多为交代灰泥产物–成因–机械破碎–化学沉淀：现代海洋中的针状文石泥–生物成因：生物死亡分解•要区分它们困难二、泥颗粒泥胶结物–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)，以结晶状态产出–洁净、明亮→亮晶–产出方式具有世代现象•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---成因不同–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•亮晶胶结物与重结晶后的碳酸盐泥的区别–亮晶•栉壳状结构，世代现象•晶体明亮•晶形较好，边缘平直–重结晶后的碳酸盐泥•粒状结构，晶面弯曲互相镶嵌•绝无栉壳状结构•晶体明亮度较差，有灰泥残余•相当于碎屑岩中的基质重结晶栉壳状结构（世代型）晶粒结构（重结晶的产物）①各英文名为原分类使用的名称②“基质支撑”之下两种岩石之间的颗粒含量界线在原分类中是10%③“沉积组分被粘结”中的生物骨架灰岩（Framestone）、粘结灰岩（Bindstone）和障积灰岩（Bafflestone）按EmbryandKlovan（1971）增补，其中的粘结灰岩包括叠层石灰岩（Stromatoliticlimestone），但最好将有叠层构造的粘结灰岩独立出来称叠层石灰岩。三、碳酸盐岩分类石灰岩的结构成因分类Classificationoftexturalvariationinthereef如右图所示，由于灰岩结构是不同作用过程相互作用的产物，因而就会存在一个宽松的谱系，右图还表明了灰岩主要结构类型之间的相互关系。四、碳酸盐沉积相模式碳酸盐沉积受生物、水文和自然地理等多种条件的控制，沉积作用因素复杂，给建立碳酸盐沉积相带模式带来困难。碳酸盐岩沉积相和沉积环境的理想序列，至今似乎还没有一个完整无缺的模式。目前关于海洋碳酸盐岩沉积相模式较多。1、按能量带划分的模式Shaw1964年把浅海碳酸盐沉积区划分为陆表海和陆缘海两种类型，首次论述了陆表海的水能量特征，提出陆表海碳酸盐沉积分异主要取决于海水的能量；陆表海内波浪、海流以及潮汐作用是控制碳酸盐分带主要因素。Irwin1965年根据Shaw的理论，进一步提出了陆表海沉积模式和能量带的理想序列，把按照能量没有或仅有很少陆源物质