碳酸盐岩沉积学

碳酸盐岩岩石学CarbonatePetrology碳酸盐岩是大于50％的碳酸盐沉积物经成岩固结而成的岩石，在地表的分布仅次于陆源碎屑沉积岩。长期以来，人们对碳酸盐岩地层主要偏重于生物化石的采集和鉴定，对其沉积作用、沉积环境的知识极其贫乏。在上世纪50年代中期以前，人们认为碳酸盐岩主要都是以无机方式从海水中沉淀的纯化学产物，尽管也区分了某些生物成因的碳酸盐岩（如礁灰岩、介壳岩等）。二战之后，由于在中东以及中美、北美、加拿大、北海等地的碳酸盐岩中发现了许多高质量、高产量的油气藏，从而引起了人们对碳酸盐沉积学的极大关注，导致了碳酸盐沉积学领域中的许多理论的发展和观念的更新。（高镁方解石、方解石、文石、白云石）1、高镁方解石（High-MagnesianCalcite）含MgCO3：12～17mol%，不稳定，易转化为方解石和白云石。因此，古代沉积物中少见。现代或原生高镁方解石主要产于红藻和无脊椎动物的骨骼中。形成条件：富镁海水，Mg/Ca2:12、方解石（Calcite）MgCO3为2～3mol%，古代碳酸盐岩的主要成分。形成条件：Mg/Ca2:1；温度16oC；PH值：7～8，盐度3.5%。第一节碳酸盐岩的矿物成分CompositionofCarbonate3、文石（Aragonite）MgCO32mol%，极不稳定，易转化为方解石形成条件：Mg/Ca2:1；温度15oC；PH值8，盐度高。4、白云石（Dolomite）Mg/Ca=1，Mg2+和Ca2+交替与CO32-排列，古代碳酸盐岩的主要成分。颗粒、基质、胶结物与孔隙一、颗粒（Grain）生物碎屑、内碎屑、鲕粒、团粒和藻粒（1）生物碎屑（Bioclast）：不同程度搬运与磨蚀的生物硬体（壳体）。（2）内碎屑（Intraclast）：是早已沉积于海底的、弱固结的碳酸盐岩沉积物，经岸流、波浪或潮汐等作用剥蚀出来并再沉积的碎屑。表示在同一沉积盆地“之内”或同一地层“之内”形成的碎屑，不是从沉积盆地之外搬运而来的碎屑。由沉积盆地之外古石灰岩受风化剥蚀而来的碎屑则不属内碎屑，应叫外碎屑或路屑，即沉积岩的碎屑或岩屑。砾屑：2mm，竹叶状，波浪与风暴成因；砂屑：2～0.05mm；粉屑：0.05～0.005mm，低能环境；泥屑：0.005mm，与泥晶基质不易区分；第二节碳酸盐的结构组成钙质动物化石形态分类示意图（据余素玉，1978）自形沙砾级它形粉沙级它形半自形化石自形程度示意图（据余素玉，1982）自形：具有生物的总体形态特征；半自形：保存有生物的特殊形态；沙砾级它形：壳体破碎强烈，但可鉴定出大门类；粉沙级它形：壳体破碎强烈，难以识别生物门类。风暴砾屑内碎屑灰岩的产状（据孟祥化，1988素描于北京西山中寒武统）风暴挤压褶皱掀起、破碎就地推积，片状岩屑呈放射状排列。风暴挤压褶皱破碎磨蚀就近推积，片状砾屑呈到“小字形”砥柱构造风暴流呈漩涡状，掀起并破碎的片状碎屑多呈不规则状直立，并且底界面平坦而顶界面呈云朵状外貌。（3）鲕粒（Ooid）核心：生物碎屑、石英、长石等同心层：方解石、文石真鲕：同心层多，且其厚度大于核心半径薄皮鲕：同心层厚度小于核心半径复鲕：包含两个以上的小鲕粒的复合鲕负鲕：无核鲕假鲕：外形与鲕粒相似，但无同心层和核心放射状鲕：具放射状结构鲕粒成因：核心扰动进入表层海水（饱和CaCO3）核心表面发生沉淀，形成同心层再沉入海底再进入表层海水，形成同心层。鲕粒类型示意图（4）团粒（Pellet）：由泥晶碳酸盐矿物组成的颗粒，一般呈球形或卵形，内部结构均匀，大小约0.03-0.2mm之间，常成群出现。团粒是由微晶骨屑、藻类、粪粒或泥晶碳酸盐矿物发生凝聚作用而成，有时可经流水搬运、滚动，有时就地堆积。总之，球粒形成的能量不高，具有均一的形状、有时分选较好、富含有机质而色暗。一般多为藻成因的藻球粒和生物粪便堆积。（5）藻粒（AlgalGrain）：与藻类有成因联系的碳酸盐岩颗粒，其内可包裹小生物、小球粒等，常由蓝藻粘结这些颗粒，外形不规则。核形石（Oconlite）：核心＋藻菌类形成的同心层。凝块石（Clot）：藻凝聚的颗粒。二、泥晶基质与亮晶胶结物（MatrixandCement）泥晶：小于0.005mm，泥屑、微晶。亮晶：淀晶方解石，晶体较大，光学显微镜下形态可辩。三、孔隙（Pore）：与碎屑岩相似碳酸盐岩中的颗粒相当于砂岩中的砂粒，但不是外碎屑，而是在盆地内产生的碎屑。泥晶基质相当于砂岩中的杂基，但不是陆源的，而是盆地内形成的灰泥。亮晶胶结物相当于砂岩中化学胶结物。第三节碳酸盐岩的分类与主要岩石类型CarbonateClassificationandTypicalTypes一、石灰岩分类（Limestone）1、二矿物成分分类2、结构－成因分类（1）福克Folk(1959)首次将碎屑岩的结构特点引用到碳酸盐岩分类中，提出了异化粒、亮晶、微晶等新概念，成为现代碳酸盐岩分类的基础或里程碑。正常化学岩类（化学或生物成因）和异常化学岩类（波浪、水流成因）三元分类（三角形分类）：异化粒、基质、胶结物类型体现了岩石形成的水动力强度类型石灰岩含云灰岩云灰岩灰云岩含灰云岩白云岩方解石（%）白云石（%）957550255525507595正常化学岩异常化学岩福克Folk(1959)碳酸盐岩分类（2）邓哈姆（Dunham,1962）分类强调岩石的支撑类型，而把各组分的含量放在次要位置。沉积结构能够辨认沉积结构不能辨认沉积物中原始组分未被粘结粘结岩（沉积过程中原始组分、生物颗粒被粘结在一起结晶碳酸盐岩含泥不含泥泥支撑颗粒支撑颗粒支撑颗粒10％颗粒10％泥粒灰岩粒状灰岩泥状灰岩粒泥灰岩3、现今分类现今流行的碳酸盐岩分类都是建立在福克分类的基础之上，基本上采用了颗粒－基质－胶结物三组分。它的量比关系，能反映沉积物沉积时的水动力条件及沉积环境：如岩石的颗粒＋淀晶多、基质少、颗粒的分选好，则沉积时的水动力强，相当于砂岩中的杂基少，则砂岩形成时的水动力强；相反，若灰岩中颗粒少、杂基多，水动力则弱。余素玉（1992）颗粒含量亮晶和泥晶相对含量受水动力控制灰岩生物骨骼灰岩化学灰岩内碎屑生物颗粒、加积－凝聚颗粒50%亮晶泥晶亮晶砾（砂）屑灰岩亮晶＋颗粒名＋灰岩叠层石灰岩、礁灰岩、生物灰岩（原地）石灰华－钟乳石；钙层石－泥晶灰岩亮晶泥晶泥晶砾（砂）屑灰岩泥晶＋颗粒名＋灰岩25-50%亮晶泥晶亮晶砾（砂）屑灰岩颗粒名＋亮晶灰岩亮晶泥晶砾（砂）屑泥晶灰岩颗粒名＋泥晶灰岩25-5%泥晶含砾（砂）屑泥晶灰岩含＋颗粒名＋泥晶灰岩5%泥晶泥晶灰岩重结晶结晶灰岩核形石灰岩，粉沙级灰质基质（阴极发光）Oncoliticcalcarenite,calcisiltitematrix球粒灰岩，方解石胶结Pelletoidalcalcarenite,calcitecement鲕粒灰岩，方解石镶嵌状胶结Ooliticcalcarenite,poikilotopiccalcitecement泥基支撑生物泥粒灰岩Mud-supportedbiocalciudite灰岩砾石limestoneconglomerate砾屑灰岩，亮晶方解石胶结Lithocalcirudite,sparitecement有孔虫生物灰岩Foraminiferbioaccumulatedlimestone双盖虫生物聚积灰岩Amphisteginabioaccumulatedlimestone鲕粒灰岩，亮晶方解石胶结Ooliticcalcarenite,sparitecement鲕粒灰岩及压溶作用Ooliticcalcarenitepressure-solution第四节白云岩（Dolostone）的成因与分类1、咸水白云岩成因形成条件：高盐度，高Mg/Ca比，高温，如潮上带萨布哈（Sebkha）毛细管浓缩潮上带蒸发海水向上运移温度、盐度升高，文石、石膏沉淀Ca2+被消耗，Mg2+浓度升高白云石沉淀渗透回流蒸发表层海水浓缩，密度增加，沿斜坡下沉较轻的底层水上浮，接受蒸发浓缩上述过程反复进行，导致泻湖盐度生高，石膏沉淀Ca2+被消耗，Mg2+浓度升高并发生白云石沉淀。2、混合水白云岩（doragdolomitization）成因同生期混合：泻湖内，高Mg/Ca比的淡水与湖底沉积物作用，发生白云岩化；准同生期：沉积物上升脱离海水，直接受大气降水的影响，孔隙中残留海水与淡水混合，发生白云岩化；后生－成岩作用：在海水－淡水的混合带内，发生白云岩化，交代白云岩。3、典型白云岩同生白云岩：潮上带、泻湖藻白云岩：震旦系叠层石成岩白云岩：与灰岩呈过渡关系后生白云岩：与断层、褶皱有关核形石灰岩核形石灰岩核形石泥粒灰岩核形石泥粒灰岩床板珊瑚层孔虫砂屑灰岩含腹足砂屑灰岩球状层孔虫白云岩枝状层孔虫白云岩“雾心状”白云岩桂阳则板岭，棋子桥组，细晶白云岩（左）、白云岩化灰岩（右），白云石负晶形晶间孔海平面变化与混和水白云石化作用模式混和水白云石化的水文模式耒阳公平圩，石炭系梓门桥组，白云岩化泥晶灰岩，与裂缝伴生的局部白云石化。马田土桥，石炭系石磴子组，生屑泥粒灰岩，缝合线两侧白云石化，白云石晶体细小、干净、自形