沉积学与层序地层学5章(碳酸岩)

第六章碳酸盐岩（CarbonateRocks）CarbonateshelfintheBahamas第一节碳酸盐岩概论（Generalviewofcarbonaterocks）碳酸盐岩：主要由方解石和白云石等碳酸盐矿物组成的沉积岩。规模：占沉积岩总量的20％。一、概述（Summary）平面分布：我国沉积岩占面积75%，而碳酸盐岩占沉积岩覆盖面积的55%。主要分布于海洋环境，其次为湖泊和其他环境。垂向（时代）分布：古生代和前寒武纪深海碳酸盐岩较少。白垩纪以后深海碳酸盐岩广布。现代深海中碳酸钙的平均含量为32.2％。经济价值：主要的生油气岩和储油气岩（储量50％，产量60％）。冶金熔剂、化工原料、耐火工业原料、提炼Mg的原料。地下水的储集岩。蕴藏着丰富的金属和非金属矿产，Fe、Cu、Pb、Zn、Hg、P。二、碳酸盐岩的物质组成及成分分类（compositionandclassificationofcarbonaterocks）（一）碳酸盐岩的矿物成分1.主要的碳酸盐矿物方解石矿物体系：方解石、文石、高镁方解石、低镁方解石白云石矿物体系：白云石、原白云石碳酸盐矿物，非碳酸盐自生矿物，陆源矿物。纯方解石在薄片中无色，含粘土和氧化铁可呈现灰色或褐色；白云石为无色至混浊的灰色，，含铁呈褐色。2.次要的碳酸盐矿物铁白云石、菱铁矿、菱镁矿等。3.非碳酸盐的自生矿物石膏、天青石、重晶石、萤石、石盐等。4.陆源矿物粘土矿物、石英、长石、云母、绿泥石、重矿物等。5.有机质（二）碳酸盐岩的化学成分主要化学成分：CaO、MgO、CO2次要化学成分：SiO2、TiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、K2O、Na2O、H2O等纯石灰岩：CaO占56%、CO2占44%纯白云岩：CaO占30.4%、MgO占21.8%、CO2占47.8%微量元素：Sr、Ba、V、Ni一般的石灰岩：CaO占42.61%、MgO占7.90%、CO2占41.58%、SiO2占5.19%、其他氧化物2.72%（三）碳酸盐岩中同位素成分及其意义（1）氧同位素：18O、16O（2）碳同位素：14C、13C、12C（3）研究意义：δ18O/δ16O——水体环境δ18O/δ16O——海水温度的函数δ18O/δ16O——生物成因与无机成因δ12C大量逸失，δ13C富集——蒸发环境淡水方解石δ13C约-1.34~4.93PDB，正常海水石灰岩δ13C约为-0.20~0.56PDB，潮上云坪准同生白云岩的δ13C则为1.25～1.73PDBδ14C可以确定在2万年以内碳酸盐沉积物的年龄。针对侏罗纪以后的碳酸盐岩，可据公式确定其沉积环境Z=a（δ13C+50）+b（δ18O+50）其中a=2.048，b=0.498，Z120海相（四）碳酸盐岩的成分分类1.基本分类方案95％，75％，50％，25％，5％或90％，75％，50％，25％，10％野外划分为四个系列：石灰岩：方解石75%云质石灰岩：方解石75～50％，白云石25～50％灰质白云岩：白云石75～50％，方解石25～50％白云岩：白云石75%野外界限：75％，50％，25％类型：石灰岩，粘土（砂，粉砂）质石灰岩，灰质粘土（砂，粉砂）岩，粘土（砂，粉砂）岩2.两级或三级分类命名原则两级命名：××质（25％～50％）××岩（50%）三级命名：含××（10％～25％或5％～25％）××质（25％～50％）××岩（50％）复合命名（都50％）：含××（25%）××（25％～50％，较少者）—××（25％～50％，较多者）岩方解石55％，白云石15％，粘土30％含白云石泥质灰岩白云石60％，粉砂28％，泥12％含泥粉砂质白云岩白云石36％，细砂48％，粉砂16％含粉砂白云—细砂岩三、碳酸盐岩的结构组分（textualconstituentsofcarbonaterocks）颗粒结构：由颗粒、泥晶基质、亮晶胶结物、孔隙等构成。生物骨架结构：由造架的生物和粘结的生物与填隙的颗粒或泥晶基质及亮晶胶结物构成。泥晶或微晶结构：出现在低能环境下由化学沉淀或生物化学作用而形成的碳酸盐岩中。晶粒结构/残余结构：碳酸盐岩经过重结晶或者发生白云化后的结构。（一）颗粒碳酸盐岩颗粒：泛指沉积盆地内由化学、生物化学成因的碳酸盐沉积物，在波浪、潮汐等水流作用下就地或经短距离搬运而形成的一系列碳酸盐岩颗粒，简称“颗粒”。福克（1959，1962）：异化颗粒、异化组分分类：内碎屑、鲕粒、藻粒、球粒、生物颗粒内碎屑：主要是沉积盆地中沉积不久的、半固结或固结的碳酸盐沉积物，受波浪、潮汐、风暴等的冲刷、破碎、磨蚀、搬运、再沉积而成的颗粒，也可以是其他作用形成的。1.内碎屑内碎屑砾屑砂屑粉屑泥屑极粗砂屑粗砂屑中砂屑细砂屑极细砂屑粗粉屑细粉屑mm2.01.00.50.250.10.050.010.005内碎屑级别的划分：陆源碎屑砾砂粉砂粘土（泥）巨砾粗砾中砾细砾粗砂中砂细砂粗粉砂细粉砂mm10001001020.50.250.10.050.01陆源碎屑级别的划分砂屑灰岩内碎屑砾石排列方位的古地理意义：就地堆积：大体平行于岩层层面排列单向水流搬运堆积：单向倾斜排列（叠瓦状）潮汐或波浪搬运堆积：双向倾斜排列强风暴流堆积：放射状、倒小字状、菊花状、杂乱状2.鲕粒鲕粒：一种由核心和包壳组成的粒径小于2mm的球形或椭球形颗粒。核心：陆源碎屑、内碎屑、生物碳酸盐颗粒等包壳：化学沉淀形成的同心状或放射状微晶碳酸盐矿物。现代沉积中未经变化的鲕粒同心壳层由隐晶质文石组成：文石针呈放射状：缓慢沉淀与弱搅动文石针呈切线方向排列：快速沉淀与强烈搅动豆粒：粒径2mm豆状核形石：具不等厚包壳，果核状鲕粒不同于豆粒和核形石：原生鲕粒的基本类型：正常鲕、表皮鲕、复鲕其他名称及分类：假鲕、单晶鲕、多晶鲕、负鲕、放射鲕、偏心鲕（低能）、同心鲕（高能）鲕粒成因：有机成因说：与藻类及细菌作用有关。无机成因说：在碳酸盐过饱和且扰动的环境中，溶液中析出的钙（文石）围绕被搅起的质点而沉淀。3.藻粒藻包粒：大小不等、外形不规则的球形颗粒。（1）藻包粒藻包粒与鲕粒的区别：2mm；同心壳层不规则（弯曲、皱纹、波状）、宽窄不一、不连续；壳层富含有机质，为藻类纹层（富藻与富屑层构成纹层构造）；形成机理不同。核形石：也称藻灰结核，为球状叠层石，粒径小者为0.2~0.3mm，大者2~5mm或更大。核形石的形成：蓝绿藻的粘液，围绕一定的核心（碳酸盐岩颗粒或碎屑），一边粘结碳酸盐沉积物，一边又受水动力的搬运，或悬浮或滚动，从而形成不规则的同心增长层。（2）团块及凝聚颗粒又称葡萄状颗粒或巴哈马石，为外形不规则的复合颗粒集合体，2mm。4.球粒球粒：由微晶碳酸盐矿物组成的不具内部构造的、表面光滑的球形或卵形颗粒。一般0.1~0.03mm，少数0.5~0.7mm。从现有资料看至少有三种成因：球粒成因观点：无机凝聚生物凝聚无脊椎动物粪粒粪球粒：无脊椎动物吃进碳酸盐软泥后排泄物假球粒：机械磨圆且已固结的灰泥颗粒、泥晶化颗粒。藻球粒：碳酸盐岩泥晶（微晶）由细菌、有机质、藻类凝聚、加积、滚动所成Ooid－鲕粒，Pisoid－藻粒，Peloid—球粒，Oncoid—似核形石，Intraclast—内碎屑5.生物碎屑分级：自形，半自形，砂砾级他形，化石碎片（二）泥（muds）碳酸盐泥：指泥级的碳酸盐质点，“微晶碳酸盐泥”、“微晶”、“泥晶”、“泥屑”。分类：灰泥——方解石成分的泥，“微晶方解石泥”云泥——白云石成分的泥成因：（1）海水化学沉淀作用生成的—针状文石（2）机械破碎磨蚀（3）生物作用生成的：在活的钙质藻中含大量针状文石（4）生物磨蚀（三）胶结物（cements）胶结物：充填于碳酸盐岩原始粒间起胶结作用的化学沉淀物，通常是方解石，还有白云石、石膏等。特点：晶粒一般比灰泥粗大，0.005mm或0.01mm；由于晶体清澈明亮，常称作“亮晶胶结物”、“亮晶”。形成环境：强水动力条件下，原始细粒沉积物被冲走，成岩期粒间孔内以化学方式沉淀出的方解石。•粒状亮晶胶结物•新月型亮晶胶结物•重力型亮晶胶结物•渗流砂型亮晶胶结物•再生边型亮晶胶结物•世代型亮晶胶结物•等厚环边片状亮晶胶结物渗流砂型亮晶胶结物世代型亮晶胶结物等厚环边状亮晶胶结物碳酸盐岩中胶结物与泥晶重结晶的区别：（2）胶结物矿物晶体清澈透明，通常不含杂质（3）胶结物可与泥晶组成的颗粒共存，但不与发生重结晶的泥晶基质共存（4）胶结物与颗粒之间的接触界线较分明（5）胶结物通常表现为世代胶结，或为新月型、重力悬挂型、渗流砂型、再生边型（6）胶结物晶间界面为平直的贴面结合关系（1）胶结物存在于分选、磨圆较好，颗粒彼此相接触的孔隙内（即颗粒支撑的孔隙内）（四）晶粒（crystalgrain）晶粒是晶粒碳酸盐岩（结晶碳酸盐岩）的主要结构组分。晶粒砾晶砂晶粉晶泥晶极粗晶粗晶中晶细晶极细晶粗粉晶细粉晶粒级/mm2.01.00.50.250.10.050.010.005碳酸盐岩晶粒粒级的划分按晶形特征：自形晶、半自形晶、他形晶按相对大小：斑晶、包含晶（五）生物格架（organicframework）生物格架是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。粘结格架：一些藻类（如蓝藻和红藻）的粘液粘结其他碳酸盐组分（灰泥、颗粒、生物碎屑等）形成的一种生物格架。（六）孔隙（holes）原生孔隙：主要形成于沉积作用阶段粒间孔隙：由沉积时的颗粒支撑构成遮蔽孔隙：沉积时较大颗粒遮挡在其下的孔隙体腔孔隙：生物软体腐烂后留下的孔隙生物格架孔隙：造焦生物筑造的格架中的孔隙鸟眼及干缩孔隙：未充填的鸟眼构造、干裂缝窗格和层状空洞：藻纹层中蓝藻层腐烂或干缩重力滑动破碎形成的孔隙：固结或半固结的碳酸盐岩软泥滑动所致次生孔隙：主要由成岩及后生阶段组构溶蚀而成粒内溶孔：颗粒内部遭受溶蚀铸模孔（溶模孔）：选择性溶蚀掉原生的颗粒或晶粒但保留其晶形晶间孔隙：组成碳酸盐岩矿物晶粒之间的孔隙其他溶蚀孔隙：原生粒间孔改造、溶孔、溶洞、溶缝、缝合面等。四、碳酸盐岩的构造（Structuresofcarbonaterocks）碳酸盐岩的构造十分多样，几乎具有全部沉积的构造类型。此外，碳酸盐岩还有一些独有的构造类型，如叠层构造、鸟眼构造、示底构造、缝合线构造等。内容在第三章已讲过，不再重复。五、碳酸盐岩的颜色（Colorsofcarbonaterocks）内容在第三章讲过，不再重复。颜色类型浅色类：白色、灰白色、浅灰色等暗色类：灰色、深灰色、灰黑色等红色类：黄色、褐色、红色、紫红色决定因素主要矿物及次要矿物的相对含量颗粒、晶粒以及基质的粒度色素及有机碳的影响风化作用与沉积环境的关系浅水低能环境中生成的碳酸盐岩，多呈中灰色。停滞缺氧的深水盆地—出现暗灰、灰黑色、黑色的碳酸盐岩。红色类—高价铁氧化物引起的，氧化环境。六、碳酸盐岩的研究方法（Researchmethodsofcarbonaterocks）（一）野外研究方法1.岩类学的研究酸蚀法：用稀盐酸（1:7或5%）鉴别2.古生物学的研究3.地层学的研究4.沉积环境及岩相古地理学的研究5.油气生储盖有利层段及地区的判断6.采样（二）室内研究方法1.薄片法2.揭片法（揭片法，印膜法）3.酸蚀法4.染色法茜素红+HCl方解石、文石、高镁方解石、毒重石—深红色铁白云石、菱锶矿、含铁白云石—紫色白云石、（硬）石膏、菱铁矿、菱锰矿、菱镁矿—无色5.全样品的难溶组分分离法6.化学分析法7.差热分析法8.热重分析法9.热发光法10.电子显微镜法11.X射线衍射法12.同位素法13.放射性碳测定年龄法14.其他方法第二节碳酸盐岩的生物骨骼组分Organicskeletalconstituentsofcarbonaterocks一、碳酸盐岩中生物骨骼的主要矿物成分Mainmineralcompositionofskeletonincarbonaterocks主