碳酸盐岩

第三节、内源沉积岩类一、内源沉积岩的一般特征组成内源沉积岩的物质是来自沉积盆地的、沉积介质中的溶解物质经化学或生物化学作用沉淀的。但它们沉淀之后，除少部分可在原地固结成岩之外，大多数都要在盆地内经受波浪、潮汐和水流、重力等作用，发生短距离的搬运和再沉积，或是在成岩作用过程中经溶液与沉积物发生交代作用形成的，如白云岩等。内源沉积岩的成分多种多样，结构也比较复杂。1．内源沉积岩的物质成分内源沉积岩中常见的主要矿物成分有:☺铝的氢氧化物（三水铝石、一水硬铝石、一水软铝石）;☺铁的氧化物和氢氧化物（针铁矿、赤铁矿、褐铁矿）;☺锰的氧化物和氢氧化物（软锰矿、硬锰矿、水锰矿等）;☺磷酸盐矿物（胶磷矿、磷灰石）;☺氧化硅矿物（蛋白石、玉髓、石英）;☺碳酸盐矿物（方解石、白云石）;☺硫酸盐类矿物（石膏、硬石膏、天青石、重晶石）;☺卤化物（石盐、钾石盐、光卤石等）和有机质等。在内源沉积岩中还常混入少量的陆源矿物，主要有:石英、长石、云母和粘土矿物等。若这些陆源矿物在岩石中含量很多时，则成为向陆源碎屑岩类过渡的岩石，如砂质灰岩、泥质灰岩等。2.内源沉积岩的结构内源沉积岩的结构按其成因和特点大致可以分为四类：粒屑结构生物骨架结构晶粒结构交代残余结构。二、内源沉积岩的分类内源沉积岩按成分可分为八大类铝质岩类、铁质岩类、锰质岩类、磷质岩类、硅质岩类、碳酸盐岩类、蒸发岩类和可燃性有机岩类，其中除碳酸盐岩及硅质岩外，其他各类数量较少，且都是重要的沉积矿产，这方面内容有其他课程论述。因此这里只讨论碳酸盐岩类，其余各类仅作简要介绍。三、碳酸盐岩类1．一般特征碳酸盐岩是以钙、镁碳酸盐矿物为主组成的沉积岩。主要的岩石类型为石灰岩和白云岩。(1)矿物成分特征组成碳酸盐岩的矿物成分，可以分为三类：即碳酸盐矿物陆源矿物非碳酸盐的自生矿物。1)碳酸盐矿物主要是方解石和白云石，偶尔有文石、铁白云石和菱铁矿等。2)陆源矿物在碳酸盐岩中或多或少的有陆源物质存在。如石英、长石、云母和粘土矿物。3)非碳酸盐的自生矿物常见的有氧化铁矿物，海绿石，黄铁矿、白铁矿、石英、玉髓，石膏、硬石膏、天青石、重晶石、磷灰石、萤石和石盐等。它们在岩石中的含量一般也不多。(2)碳酸盐岩的结构因其形成方式较多，故其结构也是多种多样的，有粒屑结构、晶粒结构、生物骨架结构和交代残余结构等。(3)碳酸盐岩的构造碳酸盐岩的构造种类很多，在由机械搬运和沉积作用形成的碳酸盐岩中，常见与流水作用有关的各种沉积构造，如斜层理、交错层理，波痕、冲刷痕迹等，在原地沉积的碳酸盐岩中常见生物构造，如叠层石等。此外，结核、缝合线和鸟眼等构造也很常见。（4）碳酸盐岩的成分分类碳酸盐岩按成分首先分为石灰岩和白云岩两个基本类型，然后再据其中方解石和白云石的相对含量细分为不同的类型.根据方解石和白云石的含量岩石类型方解石（%）白云石（%）石灰岩石灰岩含白云质石灰岩白云质石灰岩100-9090-7575-500-1010-2525-50白云岩灰质白云岩含灰质白云岩白云岩50-2525-1010-050-7575-9090-100根据方解石和粘土的含量岩石类型方解石（%）粘土（%）石灰岩石灰岩含泥质石灰岩泥灰岩100-9090-7575-500-1010-2525-50泥岩灰质泥岩含灰质泥岩泥岩50-2525-1010-050-7575-9090-100(2)碳酸盐岩的结构一成因分类1959年福克提出了一个碳酸盐岩的分类方案，1962年又作了修改，其特点是以新的成因概念为基础，强调了“碎屑”成因碳酸盐岩的重要性，将陆源碎屑岩的分类方法引入于碳酸盐岩的分类中，从而使碳酸盐岩的岩石类型和沉积环境的水动力条件联系起来。其次是建立了亮晶，微晶和异化颗粒的概念，并以这三个组份作为主要的结构要素和分类参数。福克以这三个组分为端元，将石灰岩分为三个主要系列：I．异化亮晶石灰岩Ⅱ．异化微晶石灰岩Ⅲ．正化石灰岩另外Ⅳ.生物礁石灰岩V.交代白云岩Folk把Ⅰ、Ⅱ类叫做异常化学岩，把Ⅲ类叫做正常化学岩。把由生物格架所组成的礁石灰岩叫做生物岩——Ⅳ类。邓纳姆(Dunham，1962)异地石灰岩原始组分未被有机质粘结原地石灰岩原始组分被有机质粘结＞2mm的组分＜10%＞2mm的组分＞10%生物粘结并起障积作用生物粘结并包壳生物粘结并建立坚固的骨架含灰泥无灰泥灰泥支撑＞2mm的颗粒支撑灰泥支撑颗粒支撑颗粒＜10%颗粒＞10%灰泥石灰岩粒泥石灰岩泥粒石灰岩颗粒石灰岩漂浮砾石灰岩砾灰岩障积岩粘结岩骨架岩曾允俘3．碳酸盐岩的主要类型(1)粒屑亮晶灰岩1)内碎屑亮晶灰岩：①砾屑亮晶灰岩②砂屑亮晶灰岩2)鲕粒(或豆粒)亮晶灰岩3)生物亮晶灰岩砾屑亮晶灰岩②砂屑亮晶灰岩鲕粒(或豆粒)亮晶灰岩生物碎屑灰岩(2)粒屑微晶灰岩(3)微晶灰岩(4)生物礁灰岩(5)藻灰岩(6)泥灰岩(7)粒屑白云岩(8)微晶白云岩(9)中—粗晶白云岩微晶灰岩泥晶粉屑白云岩粉晶白云岩细晶白云岩粗晶灰岩4．碳酸盐岩的成因(1)石灰岩的成因A、生物成因：生物一方面可以分泌CaCO3组成自身的骨骼；另一方面又可以通过光合作用吸取水中的C02，使CaCO3达到过饱和而沉淀。生物的生长和繁殖需要适宜的环境，现代热带和亚热带的温暖，清洁的浅海地区。4、碳酸盐的成因•生物在碳酸盐形成中的重要作用•水动力条件对碳酸盐沉积的控制•碳酸盐沉积基本上是在原地形成的•碳酸盐沉积主要形成于温暖、清洁、透光的浅水环境•碳酸盐的沉积作用迅速，但容易受到抑制1）生物在碳酸盐形成中的重要作用•海洋生物可以通过光合作用吸收大量CO2改变介质的条件，促进碳酸钙的沉淀•生物一方面可以分泌CaCO3组成自身的骨骼，生物死亡后，可以把壳体沉积于水底。直接由生物形成的碳酸盐组分数量很大，其中有灰泥、碳酸盐颗粒及原地生物礁等2）水动力条件对碳酸盐沉积的控制•灰泥总是堆积在安静的环境中•较粗的颗粒如砾屑、砂屑、生物碎屑等沉积在水动力条件较强的水体中•有一些碳酸盐沉积如生物礁等，呈块状的原地生物格架产出在水动力条件活跃的地区波浪、潮汐和水流的机械作用，可以破碎已形成的碳酸盐沉积物，并使它们被短距离的搬运和再沉积，对碳酸盐沉积物的结构和分布发生很大的影响，如在水动力条件强的地区常形成颗粒较粗的粒屑亮晶灰岩，在水体比较平静的地区多形成微晶灰岩。波浪可以将远洋的营养组分带入滨海，导致生物更加繁盛。3）碳酸盐沉积基本上是在原地形成的•碳酸盐沉积物基本上是在原地或者是在盆地内形成的•在高能环境仅留下颗粒，在安静环境中颗粒与灰泥并存•在碳酸盐沉积中，每一类颗粒都有其特定的形成条件真正化学沉积的碳酸钙，可能较少，一般认为鲕粒、石灰华以及干旱地区强烈蒸发盆地内的文石微晶可能是化学沉淀的。4.碳酸盐主要形成环境•温暖的气候是碳酸盐沉积的一个有利条件•浑浊水体对碳酸盐沉淀的抑制作用•水浅温度高，透光性好，有利于生物繁衍•生物的生长和繁殖需要适宜的环境，现代热带和亚热带的温暖，清洁的浅海地区。5.碳酸盐的沉积作用迅速，但容易受到抑制•要造成巨厚的碳酸盐沉积，盆地的沉降速率必须与沉积速度相适应•气候、清水环境和生物繁殖要适宜碳酸盐沉积深海半深海碳酸盐沉积主要是由浮游的有孔虫、翼足类等微体生物及漂浮藻类(如颗石藻)等组成。深海碳酸盐沉积只能出现于一定的深度以上，碳酸钙在海洋中能够堆积的最大深度称为碳酸钙的补偿深度(CCD)。一般在3000-5200米,个别地区在1500米，大于5200米全部溶解。5、白云岩的成因白云石化需具备两个条件：其一是要有合适的化学成分的水溶液；其二是要有促使足够数量的具有很高的Mg／Ca比值（＞８.４）的水溶液通过沉积物孔隙的环境。通常有九个白云岩化模式：如渗滤迥流作用和蒸发泵汲作用模式。1)渗滤迥流作用这一假说认为白云石化作用是在泻湖内形成的，当泻湖水体因蒸发作用已达到石膏的沉淀点时，其浓度已超过正常海水的三倍，这一浓度将把水体的Mg／Ca比值提高到8.4以上。这种浓缩了的卤水将因其比重较大而向下渗流到早期的沉积物中，并使之发生白云石化。2)蒸发泵汲作用许靖华等（1969）提出的一个白云石化作用的机理，称为“蒸发泵汲”作用，他们认为，在一个气候干旱的蒸发量很大的潮上带内，强烈的蒸发作用，会象泵一样驱使沉积物中的水溶液向上运动，并使之逐渐浓缩，沉淀出石膏和其他盐类矿物，从而使水中的Mg／Ca比值提高，并交代其所通过的碳酸钙沉积物而形成白云岩。(三)硅质岩类1．一般特征硅质岩是以化学作用，生物化学作用形成的富含Si02的沉积岩，其SiO2的含量一般为70—90％，有的可高达99％。硅质岩的主要矿物为氧化硅矿物：石英、玉髓和蛋白石。蛋白石为非晶质的矿物，仅见于中、新生代的硅质岩中；在古老的地层中，蛋白石多已转化为玉髓或石英。硅质岩多为隐晶质结构，部分可为鲕粒结构和骨屑结构。常呈层状、条带状或结核状产出。颜色多为灰黑色或灰白色，部分为红色或绿色。2．硅质岩的分类及主要类型硅质岩按成因大致可分为两类，一类是生物成因的硅质岩，如硅藻土、海绵岩，放射虫岩等，另一类可能是化学成因的硅质岩，如某些碧玉岩、燧石岩和硅华等。(1)硅藻土是由硅藻遗体堆积后经初步成岩作用而成的一种土状岩石。硅藻由蛋白石组成，由于其个体很小，通常小于0.01毫米，故肉眼下分辨不出硅藻个体。硅藻土呈灰白色或淡黄色，土状，质软而轻，孔隙度很大，有时可达92％，其比重只有0.4—0.9。吸收性能很强，粘舌、易碎；用手捻之易成粉末。常有层理，但有的层理不太显著。(2)海绵岩主要由硅质海绵骨针组成。其矿物成分多为蛋白石，但有时为玉髓，在古老的岩石中，多半由蛋白石转变而来的玉髓组成。其他混入物有粘土、海绿石，砂和粉砂等。(3)放射虫岩主要由硅质放射虫介壳组成。按固结程度不同，放射虫岩也有坚硬和疏松两种。疏松的放射虫岩似硅藻土，质轻、灰色或黄灰色，见于白垩纪和第三纪沉积中；坚硬的放射虫岩,通常为含放射虫很多的硅质板岩和碧玉岩，有时也统称之为放射虫硅质岩。常为灰黑色、淡红色或灰绿色，致密、坚硬。这类岩石多见于地槽区的中生代和古生代沉积中。如西藏南部的中生代地层中有很多放射虫岩。(6)燧石岩燧石岩是一种最常见的硅质岩，主要由蛋白石、玉髓和石英等组成。隐晶质结构，少数为鲕粒结构、致密、坚硬，具贝壳状断口，颜色以灰黑色者为最常见，也有黄色、灰白色的。燧石岩多呈结核状，透镜状或条带状产于碳酸盐岩或泥质岩中，少数成较薄的层状，但不成巨厚的岩层。燧石岩一般认为有原生沉积的和交代成因的两种，原生成因的燧石岩成层状、隐晶质结构，无交代现象。一些具鲕粒结构，团粒结构的燧石岩，多是由Si02交代碳酸盐岩而成，其中的鲕粒等结构是交代残余结构。结核状的燧石岩也多是在成岩作用过程中交代围岩形成的。（四）铝质岩是富Al2O3的岩石，并且A1203SiO2．若A120340％，A1203：Si022：1即成铝土矿。铝质岩的矿物成分主要是铝的氢氧化物：三水铝石、一水软铝石、一水硬铝石。此外，尚含粘土矿物及其他陆源碎屑矿物，其他自生矿物，如菱铁矿、方解石、铁的氧化物和氢氧化物。铝质岩一般为灰色至深灰色或灰黄色和赭红色。常见的结构有内碎屑结构、微晶结构及豆粒(鲕粒)结构。铝质岩或铝土矿按成因可分为两种类型：残余型铝质岩和铝土矿及沉积型铝质岩和铝土矿。（五）铁质岩铁质岩是指富含含铁矿物的岩石。当铁矿物的含量很高，达到工业品位标准时即成为铁矿石。铁质岩中的含铁矿物有:氧化铁矿物(针铁矿和赤铁矿)、碳酸铁矿物(菱铁矿)、硅酸铁矿物(鲕绿泥石)和硫化铁矿物(黄铁矿、白铁矿)。铁质岩的常见结构类型有:内碎屑结构、鲕粒(豆粒)结构、团粒结构和微晶(隐晶)结构。很多铁质岩中常见由叠层石形成的所谓“肾状构造”。铁质岩按其成分可分为以下几种类型：(1)鲕粒(豆粒)铁质岩(矿石),(2)菱铁矿岩(矿石),(3)鲕绿泥石铁质岩(矿石)。（六）锰质岩锰质岩是富含锰矿物的沉积岩，具工业价值的锰质岩即为锰矿石。锰质岩中常见的含锰矿物有：软锰矿、硬锰矿、水锰矿、菱锰矿。也常有陆源碎屑，粘土矿物、方解石，蛋白石等混入物。锰质岩或锰矿石最常见的结构为鲕粒