第六章--碳酸盐岩岩石学n

第六章碳酸盐岩岩石学序言一、碳酸盐岩及碳酸盐岩岩石学碳酸盐岩主要由方解石、白云石等碳酸盐矿物（含量大于50%）组成的沉积岩。主要岩石类型石灰岩（方解石50%）白云岩（白云石50%）碳酸盐矿物还常和陆源碎屑及粘土组成各种过渡类型的岩石。碳酸盐岩岩石学主要研究碳酸盐岩的岩性特征、成因机理、分类、分布规律及其中矿产的一门学科。序言二、研究意义1.分布广占沉积岩中20%，居第三位。在我国，沉积岩占我国总面积的75%，而碳酸盐岩占沉积岩覆盖面积的55%。南方的震旦系、古生界及三叠系，北方的远古界及古生界，都以碳酸盐岩为主。2.重要的生油岩和储油岩。在国内外大油气田中，碳酸盐岩产层占很大比重，世界上与碳酸盐岩有关的油气田储量约占世界油气总储量的50%，产量占世界总产量的60%。3.蕴藏丰富的矿产。如层状矿床有铁、铝、镁、磷、硫、石膏和硬石膏、石盐、钾盐等；重晶石、天青石、萤石、水晶、冰洲石等非金属矿产也很重要。4.本身就是很有价值的资源（石灰岩、白云岩、菱镁岩等），广泛用于冶金、建筑、化工、农业等各方面，5.重要的地下水储集岩石序言三、碳酸盐岩的研究历史、现状及展望1、理论的发展成因过去：碳酸盐岩——化学;现在：碳酸盐岩——化学、生物、生物化学、机械分类单纯成分分类→成因分类，成因—结构分类引入能量观点，以能量高低划分C/M大，高；C/M小，低白云岩的形成机理观点和学说越来越多，在对现代沉积物的研究基础上提出。沉积后作用碳酸盐岩比碎屑岩、粘土岩更易遭受沉积后作用的影响相模式肖、欧文、拉波特、杨、阿姆斯特朗、威尔逊等序言2、研究领域和手段的发展研究领域不断扩大新学科——化石岩石学范围：浅水→深水；碳酸盐岩形成的一般条件是：暖、轻、浅——浅水条件；但也有暗、冷、浊——深水条件研究手段和技术薄片法、揭片法、酸蚀法、染色法、难溶组分分析法、化学分析法、差热分析法、热发光法、阴极发光显微镜法、电镜法、电子探针法、X射线衍射法、同位素法、放射性碳元素测年法第一节碳酸盐岩的成分一、碳酸盐岩的矿物成分盆内矿物碳酸盐矿物非碳酸盐矿物盆外矿物陆源矿物有机质（混合物）第一节碳酸盐岩的成分一、碳酸盐岩的矿物成分（一）碳酸盐矿物方解石和白云石——碳酸盐岩最基本的矿物成分1.方解石矿物体系文石镁含量极低，主要在温暖浅海灰泥沉积物及碳酸盐颗粒（如鲕粒、球粒及团块）中。现代沉积中常呈针状，泥状；也是六射珊瑚和某些软体动物介壳的典型矿物成分；斜方晶系。高镁方解石镁方解石，10%molMgCO3多在温暖浅海钙质红藻和无脊椎动物外部骨骼中文石和高镁方解石易向低镁方解石/白云石转化低镁方解石，即一般方解石，最稳定，三方晶系古代碳酸盐岩，特别是石灰岩，主要由低镁方解石组成第一节碳酸盐岩的成分一、碳酸盐岩的矿物成分2.白云石矿物体系白云石（CaMg[CO3]2）理论上的，有序的，Ca:Mg=1:1原白云石富钙的白云石，向白云石转化碳酸盐岩中的白云石通常是富钙的，就是所谓的原白云石。白云石形成的时间越长，就越接近理想的白云石晶体构造和化学式。3.铁方解石、铁白云石、菱铁矿、菱镁矿第一节碳酸盐岩的成分染色矿物与一些化学试剂发生化学反应，显示出不同的颜色。茜素紅S和HCl法方解石——红色含铁方解石——紫色铁方解石——浅紫色白云石——无色含铁白云石——亮蓝色铁白云石——暗蓝色第一节碳酸盐岩的成分一、碳酸盐岩的矿物成分（二）非碳酸盐的自生矿物硫酸盐：石膏、硬石膏、重晶石、天青石盐类：盐岩、钾镁盐氧化物：赤铁矿、蛋白石、自生石英硅酸盐：海绿石、长石其它：黄铁矿、白铁矿、磷酸盐矿物（三）陆源矿物：粘土矿物、陆源碎屑矿物（四）有机质（混合物）第一节碳酸盐岩的成分二、碳酸盐岩的化学成分（一）含量最多的化学成分主要是CaO、MgO、CO2其余有SiO2、TiO2、FeO、Fe2O3、K2O、Na2O和H2O。纯石灰岩/纯方解石——CaO56%和CO244%；纯白云岩/纯白云石——CaO30.4%，MgO21.7%，CO247.9%。（二）微量元素锶、钡、锰、钴、镍、铅、锌、铜、钒、镓、钛、硼等→地层的划分和对比＋实际沉积环境的判断（三）同位素氧和碳的稳定同位素沉积环境水体含盐度三级分类命名原则不同系列石灰岩——白云岩石灰岩（白云岩）——硅岩石灰岩（白云岩）——粘土岩石灰岩（白云岩）——粉砂岩石灰岩（白云岩）——砂岩碳酸盐岩的成分分类第二节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、孔隙第二节碳酸盐岩的结构组分碎屑岩碳酸盐岩碎屑颗粒杂基泥胶结物胶结物晶粒生物格架孔隙孔隙第二节碳酸盐岩的结构组分一、颗粒碳酸盐岩中的颗粒：盆外颗粒盆内颗粒★★★★★（一）盆外颗粒次要含量增高→碎屑岩过渡陆源碎屑颗粒砾、砂、粉砂、泥（☆☆☆）一、颗粒（二）盆内颗粒在沉积地区或沉积环境内形成的碳酸盐成分颗粒成因化学、机械、生物、综合（生物化学、生物机械）也叫异化颗粒（allochem）：由异常化学作用所形成的颗粒或组分。简称为颗粒两种盆内颗粒生物碎屑颗粒：生物碎片非生物碎屑颗粒：内碎屑、鲕粒、藻粒、球粒等一、颗粒1、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或碳酸盐岩岩层，由于受波浪、潮汐、风暴等作用，破碎、搬运、磨蚀，再沉积而成的颗粒。也可以是其他作用形成的。★砾屑2mm★★砂屑2-0.1mm★★★粉屑0.1-0.01/0.005mm★★★★泥屑0.01/0.005mm1.内碎屑（1）类型砾屑（特殊、典型者如竹叶状砾屑）成因：浅水高能地区，半固结或固结的泥晶石灰岩岩层被波浪或水流破碎、搬运、再沉积，形成扁平砾石。砂屑成分多为泥晶灰岩，分选及磨圆较好，高能环境产物内碎屑粉屑与砂屑相似，反映低能环境，如泻湖、陆棚泥屑：机械成因，相当于碎屑岩中的杂基与化学沉淀成因泥晶及生物成因泥级生物颗粒难区分。以“碳酸盐泥”或“泥”、“灰泥”、“云泥”统称。1.内碎屑（2）成因①机械成因潮下高能带波浪和水流把海底半固结的石灰岩层破碎，搬运，磨蚀，再沉积而成。水下浅滩，潮汐水道潮间带和潮上带泥晶碳酸钙沉积物暴露在大气中，发生泥裂和泥卷，这些泥裂和泥卷再被潮汐水流破碎、搬运、磨蚀、再沉积，即成内碎屑。这种内碎屑表层常具氧化圈。潮下低能带：风暴回流冲刷而成。这种内碎屑表层常不具氧化圈。1.内碎屑②化学成因“葡萄石”饱和碳酸钙的浅滩海中的碳酸钙质点在动荡的水动力条件下，由于结晶力和电荷力的作用，相互粘结和聚集，在开始阶段，形似葡萄，故称“葡萄石”。由于波浪和水流的破坏和磨蚀，逐渐变成圆度很好的颗粒。伊林（Illing,1954）曾对巴哈马地区碳酸盐岩浅滩的碳酸钙沉积物的形状、内部结构和成因，进行过详细的讨论。他认为这些碳酸钙质的砂粒，并不是早期的半固结石灰岩层被波浪或水流破碎、搬运、磨蚀和再沉积而成的，而是化学凝聚作用形成“葡萄石”，之后再被破碎、搬运、磨蚀和再沉积，形成内碎屑。2、鲕粒及藻灰结核（1）概念鲕粒是由核心和包壳（同心层状或放射状）组成的粒径小于2mm的球形或椭球形颗粒。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.藻灰结核鲕粒一、颗粒（2）鲕粒的组成核心内碎屑、生物化石（完整或破碎）、陆源碎屑包壳成分方解石、白云石（泥晶）、文石（现代）结构同心层状结构、放射状结构；全周或局部数层（3）鲕粒的类型按大小2～0.25mm：常鲕，2mm：大鲕或豆粒按内部结构：真鲕(正常鲕)：包壳厚度远大于核心的半径。薄皮鲕（表鲕）：包壳层的厚度远小于核心的半径，通常只一、二个薄层组成。复鲕：同一个大的鲕粒中包含有数个较小的鲕粒。真鲕薄皮鲕复鲕按鲕粒核心与同心层的分布位置：同心鲕：核心居于中心，核心与包壳中心为同一圆心；反映高能环境成因，又称高能鲕。偏心鲕：核心偏向一侧（底部），低能环境成因。放射鲕：具放射结构，多为重结晶所致。椭球鲕：鲕粒呈椭球形。同心鲕放射鲕椭球鲕偏心鲕按次生变化变形鲕：同生期水底部水流冲刷或拖曳变形而成压溶鲕：压力下变形破裂，局部压溶单晶鲕、多晶鲕重结晶作用导致核心和同心层消失早期淋滤，后期被亮晶充填，保留了鲕的外膜负鲕（空心鲕）——鲕粒内溶蚀孔隙核心或同心层大部或全部被溶蚀，只剩外壳层按成因藻鲕、无机成因鲕、洞穴鲕、潮汐鲕变形鲕压溶鲕单晶鲕和多晶鲕负鲕藻鲕一、颗粒（3）鲕粒的成因生物成因说：藻鲕细菌鲕无机成因说：机械水流成因说（4）形成机理核心浸泡在饱和或过饱和碳酸钙的水中，碳酸钙将在核心表面发生沉淀作用，当颗粒的表面沉淀物（即新生成的一个同心层）与海水处于平衡状态时，将沉入水底，在水动力的搅动下，再次升起接受碳酸钙的沉淀，如此周而复始，直到水动力不能将其搅起。韦尔（Weyl,1967）在巴哈马地区进行的实验观察，潮汐坝和潮汐三角洲地区——形成鲕粒的理想环境一、颗粒（5）鲕粒形成的三大条件★碳酸钙过饱和★★充足的核心★★★动荡的水流一、颗粒鲕粒形成的水动力条件搬运核心的水动力强度成鲕环境的水动荡强度成鲕水动力（＞）＞搬运水动力都可成鲕最小核心搬运水动力＜成鲕水动力＜最大核心搬运水动力部分成鲕成鲕水动力＜最小核心搬运水动力无鲕形成最大核心代表搬运水动力强度最大鲕粒代表成鲕环境的水动荡强度一、颗粒3、藻粒藻鲕与藻有关而形成的鲕藻灰结核（核形石、藻包粒）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。藻灰结核藻灰结核藻团块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。藻碎屑一、颗粒4、球粒与粪球粒球粒（团粒）通常把较细粒的（粉砂或细砂级）、不具特殊内部结构的、泥晶的、分选较好的球形或卵形颗粒，叫做球粒。球粒粉屑球粒粪球粒粪球粒(fecalpellet)卵形或椭球形，分选很好，有机质含量较高。蠕虫、软体动物，低能环境产物并不是所有的球粒都是粪球粒6、生物碎屑第二节碳酸盐岩的结构组分二、泥盆地内形成的泥级的碳酸盐质点与颗粒相对应，相当于砂岩的杂基粒级上与粘土岩/粘土质粉砂岩中的粘土泥相当（0.01mm）二、泥同义语：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、生物磨蚀要区分它们困难泥及胶结物泥及胶结物灰泥发生重结晶第二节碳酸盐岩的结构组分三、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状、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3.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4.亮晶胶结物组分类型（按成因）粒状亮晶胶结物世代型亮晶胶结物渗流砂型亮晶胶结物再生边胶结物（共轴生长结构）重力胶结、新月形胶结（渗流带产物）等厚环边型陆上、干旱环境、点接触渗流带孔隙水、重力作用孔隙壁上或底部形成亮晶、中间或上部为泥屑、粉屑、早成岩阶段上部渗流水携带物充填世代型亮晶胶结物重力型亮晶胶结物北2109井，2235.67米，P3wt，含砾不等粒岩屑砂岩，方解石重力胶结，粒间孔第二节碳酸盐岩的结构组分四、晶粒是晶粒碳酸盐岩或结晶碳酸盐岩的主要结构组分刚沉积的碳酸盐矿物，呈细小的泥晶或微晶，在埋藏期间，由于成岩作用（重结晶作用、交代作用）而变成较粗大的碳酸盐矿物晶体。晶粒一般是次