沉积岩石学-第十一章-碳酸盐岩概论.ppt

1、 第十一章第十一章 碳酸盐岩概论碳酸盐岩概论 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 碳酸盐岩的成分及颜色碳酸盐岩的成分及颜色 第三节第三节 碳酸盐岩的结构组分碳酸盐岩的结构组分 第四节第四节 碳酸盐岩的构造碳酸盐岩的构造 本章重点、各种碳酸盐结构组分的概念、特征及成因意义 、常见碳酸盐构造的概念、特征及成因意义第一节 概述 一、碳酸盐岩岩石学研究现状 1、国外碳酸盐岩岩石学研究现状 （1）非单一的化学成因。结构成因分类。碳酸盐岩是多种作用或多种形成机理的综合产物。岩石类型反映沉积相特征和水动力条件，碳酸盐岩类学和岩相古地理学联系起来。（2）能量观点。定量标志的引入。（3）白云岩及白云岩形成机理

2、，出现许多全新的白云石及白云岩生成机理的观点或学说。（4）碳酸盐沉积物的沉积后作用。碳酸盐沉积物（岩）具有易变易溶和易成岩等特点。一、碳酸盐岩岩石学研究现状 1、国外碳酸盐岩岩石学研究现状 （5）现代碳酸盐沉积模式。出现了新的碳酸盐岩的岩相古地理学。（6）化石岩石学。化石岩石学推进了碳酸盐岩类学和古地理学的研究。（7）深水海洋碳酸盐沉积的研究。在近十年内有很大的进展。（8）碳酸盐岩的研究方法。许多新的先进的研究手段被引进碳酸盐岩岩石学。一、碳酸盐岩岩石学研究现状 2、我国的碳酸盐岩岩石学研究现状（1）建立了具有我国特点的碳酸盐岩分类方案。（2）发展了我国自己的化石岩石学或化石碎片岩石学。（3）

3、现代碳酸盐研究取得了可喜的进展。（4）碳酸盐沉积后作用的研究取得了重要成果。（5）古代碳酸盐岩沉积环境及沉积相的研究日益深入。（6）区域性碳酸盐岩岩相古地理学研究有了重大的发展。（7）现代和古代岩溶研究为油气水勘探提供了理论依据。（8）建材及化工系统对碳酸盐的研究取得效益。二、碳酸盐岩岩石学研究发展趋势 1、海相碳酸盐岩岩石学的基础研究有待加强。2、碳酸盐岩成岩作用研究有待深入。3、加强海相碳酸盐岩层序地层学研究。4、针对碳酸盐岩易变性和易溶性进一步开展成岩作用研究。碳酸盐成岩作用研究从定性向定量发展仍需加强。5、我国海相碳酸盐岩地层找油工作有待突破。6、完善碳酸盐岩测试技术，提高分析化验精度

4、，开展地质建模和数值模拟。一、碳酸盐岩的矿物成分 碳酸盐岩主要由方解石（CaCO2）和白云石（CaMgCO32）两种碳酸盐矿物组成。方解石为主的为石灰岩，白云石为主的为白云岩。、碳酸盐矿物(1)方解石（CaCO2）；三方晶系；(2)高镁方解石：MgCO2含量10mol%-30mol%，最不稳定；(3)低镁方解石：MgCO2含量小于mol%；(4)文石(霰石)：方解石的同质异象变体，斜方晶系，不稳定;第二节 碳酸盐岩的成分 一、碳酸盐岩的矿物成分、碳酸盐矿物(5)白云石（CaMgCO32）Ca:Mg=1:1，自然界中很少；(6)原白云石：富钙的白云石，向白云石转化；(7)其它：铁方解石、铁白云石

5、、菱铁矿、菱镁矿等。文石和高镁方解石易向低镁方解转化。一、碳酸盐岩的矿物成分、非碳酸盐的自生矿物石膏、硬石膏、重晶石、天青石、盐岩、钾镁盐、赤铁矿、蛋白石、自生石英、海绿石、长石、黄铁矿、白铁矿、磷酸盐矿物等。、陆源矿物：粘土矿物、陆源碎屑矿物、有机质（混合物）二、碳酸盐岩的化学成分、主要化学成分主要是：CaO、MgO、CO2纯石灰岩（纯方解石）CaO：56%、CO2：44%；纯白云岩（纯白云石）CaO：30.4%、MgO：21.7%、CO2：47.9%。、微量元素：Sr、Ba、Mn、B、Zn、Cu、V、Ti等。三、碳酸盐岩的颜色三、碳酸盐岩的颜色碳酸盐岩以灰色、灰黑色为主，也有白色、灰绿色、

6、碳酸盐岩以灰色、灰黑色为主，也有白色、灰绿色、黄褐色、紫红色等。黄褐色、紫红色等。由于碳酸盐岩主要是盆内形成的，因此其颜色主要由于碳酸盐岩主要是盆内形成的，因此其颜色主要是自生色和次生色。是自生色和次生色。自生色自生色是碳酸盐沉积物在沉积环境中以及早期成岩是碳酸盐沉积物在沉积环境中以及早期成岩过程中形成的颜色，与沉积环境密切相关。过程中形成的颜色，与沉积环境密切相关。次生色次生色是在后生作用阶段或风化过程中，原生组分是在后生作用阶段或风化过程中，原生组分发生次生变化，由新生成的次生矿物所造成的颜色。发生次生变化，由新生成的次生矿物所造成的颜色。第三节 碳酸盐岩的结构组分一、颗 粒 二、泥 三、

7、胶结物 四、晶粒 五、生物格架 一、颗粒 盆内颗粒（内颗粒）：主要。在沉积盆地或沉积环境内因化学、机械、生物等因素形成的碳酸盐颗粒。（异化颗粒、异化组分）。内颗粒：内颗粒：主要有主要有5种种内碎屑、球粒与粪球内碎屑、球粒与粪球粒、鲕粒、藻粒、生屑粒、鲕粒、藻粒、生屑 盆外颗粒（外颗粒）：次要。陆源碎屑颗粒。一、颗粒、内碎屑 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。砾屑：（如竹叶状砾屑），浅水高能地区，半固结或固结，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。粉屑：小，与砂屑相似。泥屑

8、：相当于碎屑岩中的杂基。内碎屑：沉积不久的固结内碎屑：沉积不久的固结或半固结的碳酸盐沉积物或半固结的碳酸盐沉积物被水流被水流(波浪、潮汐水流、波浪、潮汐水流、风暴流、重力流等）打碎风暴流、重力流等）打碎、搬运、磨蚀、再沉积而、搬运、磨蚀、再沉积而形成。形成。砾屑：砾屑：2mm2mm砂屑：砂屑：0.0.-2mm-2mm粉屑：粉屑：0.00.0-0.-0.mmmm内碎屑（内碎屑（intraclastintraclast）竹叶状灰岩，砾屑多呈扁饼竹叶状灰岩，砾屑多呈扁饼状，圆度好，分选也较好，侧状，圆度好，分选也较好，侧面常似长条状，似竹叶，竹叶面常似长条状，似竹叶，竹叶状砾屑。状砾屑。排列方式反映

9、了强大的水流排列方式反映了强大的水流、潮汐或风暴作用。、潮汐或风暴作用。一、颗粒、鲕粒（鲕石）（1）定义：具有核心和同心层结构的球状颗粒，很像鱼子（即鲕），故得名。20.25mm为鲕粒；2mm者称豆粒。核心：内碎屑、生物化石、球粒、陆源碎屑等。同心层：主要由泥晶方解石组成，现代海洋环境中的鲕粒主要由文石组成，有的具放射状结构。一、颗粒、鲕粒（鲕石）（）鲕粒的种类 正常鲕：同心层厚度大于核心直径，且呈球形。表皮鲕（表鲕）：同心层厚度小于核心直径。复 鲕：一个鲕粒中包含两个以上小鲕粒。一、颗粒、鲕粒（鲕石）（）鲕粒的种类 椭形鲕：呈椭球形鲕粒，由核心决定。放射鲕：具放射结构的鲕粒，多为重结晶所致。

10、单晶及多晶鲕：由一个球形外壳和一个或若干个方解石晶体组成，同心层不复存在。负鲕（空心鲕）：核心及同心层大部或部分被溶，只剩下一个外壳层。鲕粒鲕粒：具有核心和同心层结：具有核心和同心层结构的球状颗粒，很象鱼子构的球状颗粒，很象鱼子（即鲕）。一般为（即鲕）。一般为2-0.25mm2-0.25mm，常见为粗砂级（常见为粗砂级（10.5mm10.5mm）两部分：核心、同心层。两部分：核心、同心层。核心：可以是内碎屑、化石（完整的或核心：可以是内碎屑、化石（完整的或破碎的）、球粒、陆源碎屑颗粒等）；破碎的）、球粒、陆源碎屑颗粒等）；同心层：泥晶方解石同心层：泥晶方解石根据鲕粒根据鲕粒的结构和的结构和形态

11、：形态：正正常鲕、表皮常鲕、表皮鲕、复鲕、鲕、复鲕、椭形鲕、放椭形鲕、放射鲕、单晶射鲕、单晶鲕及多晶鲕、鲕及多晶鲕、负鲕负鲕正常鲕、同心鲕和表皮鲕同心鲕椭形鲕偏心鲕、椭形鲕复鲕放射鲕变形鲕压溶鲕单晶鲕和多晶鲕负鲕 一、颗粒、鲕粒（鲕石）（3）形成机理 无机沉淀说：饱和碳酸钙的水中，碳酸钙将在核心表面发生沉淀作用。在动荡水体搅动下，不断悬起，接受碳酸盐沉淀,一直大到悬不起来为止。（）形成条件 CaCO3供应丰富而且达到饱和，有充分的核心来源，水要受到搅动。一、颗粒 3、藻粒 藻粒：与藻类有成因联系的颗粒，有藻鲕、藻灰结核、藻团块。藻鲕：与藻有关而形成的鲕，同心层清楚。1-2mm。藻灰结核（核形石

12、）：在水动力搅动下，蓝绿藻分泌的粘液围绕核心粘结碳酸盐沉积物沉积。同心层和形态不规则，个大。大于2mm，一般10-20mm。藻团块：藻类粘结增长而成的颗粒，不具同心层。藻粒：藻粒：与藻类有与藻类有成因联系成因联系的颗粒的颗粒,包包括括藻鲕、藻鲕、藻灰结核、藻灰结核、藻团块藻团块藻鲕：在藻（主要是蓝藻）参与下形成的鲕，藻鲕：在藻（主要是蓝藻）参与下形成的鲕，同心层明暗相间，形如梅花或波状，是通过同心层明暗相间，形如梅花或波状，是通过藻丝体粘附灰泥形成，一般藻丝体粘附灰泥形成，一般12mm。核形石或藻灰结核形石或藻灰结核核（oncoliteoncolite）：通过蓝绿藻粘：通过蓝绿藻粘液捕捉碳酸盐

13、沉液捕捉碳酸盐沉积物而形成的具积物而形成的具有同心层的颗粒有同心层的颗粒，受水动力作用，受水动力作用而间歇性滚动，而间歇性滚动，呈不规则的同心呈不规则的同心增长层。较大增长层。较大101020mm20mm。鲕粒、藻鲕、核形石具有同心层的颗粒，鲕粒、藻鲕、核形石具有同心层的颗粒，统称为统称为“包粒包粒”（coated grain)coated grain)。藻团块：藻团块：藻类粘藻类粘结增长结增长而生成而生成的颗粒，的颗粒，不具有不具有同心层。同心层。一、颗粒 4、球粒与粪球粒 球粒：较细粒（粉砂或细砂级）、由灰泥组成（泥晶）、不具特殊内部结构、球形或卵形的、分选较好的颗粒。机械或生物成因。粪球

14、粒：生物成因（生物排泄）的球粒，卵形或椭球形，分选很好，有机质含量较高，色暗。反映石化较快且能量较低的环境。球粒球粒（pelletpellet）:较细粒的（粗较细粒的（粗粉砂级或砂级粉砂级或砂级）、有灰泥组）、有灰泥组成的、不具特成的、不具特殊内部结构的殊内部结构的、球形或卵形、球形或卵形的、分选较好的、分选较好的颗粒的颗粒 一、颗粒 5、葡萄石、团块、豆粒 葡萄石（复合颗粒、集合粒）：在巴哈马台现代沉积中，可见沉积于海底的几个或多个相互接触的颗粒（鲕粒、球粒、生物颗粒等）胶结在一起形成一个复合颗粒，外形似葡萄串。团块：通过胶结、凝聚或蓝藻粘液粘结碳酸盐沉积物而形成的无特殊内部结构的颗粒，既包

15、括葡萄石、藻团块，也包括灰泥相互粘结凝聚形成的颗粒。豆粒：指直径大于2mm的颗粒，其同心层通常不规则。一、颗粒、生物颗粒（）生物颗粒（skeletal grain）（生屑、生粒、骨粒、骨屑）：生物骨骼及其碎屑。包括腕足类、棘皮类、腹足类、头足类、瓣鳃类、三叶虫、介形虫、有孔虫、层孔虫、海绵类、珊瑚、苔鲜虫、红藻、绿藻、轮藻等各种钙质生物化石。（）鉴定标志：形态、结构（如晶粒、纤状、片状、柱状结构等）、成分等。化石岩石学。（）意义：原地堆积的生物颗粒具重要的指相意义。二、泥（微晶碳酸盐泥微晶、泥晶、泥屑）1、定义：泥级的碳酸盐质点，小于0.005mm。2、分类 灰泥：方解石成分 云泥：白云石成分

16、 3、成因：化学成因：热带高盐度海水中沉淀,如针状文石泥 机械成因：机械破碎磨蚀 生物成因：生物死亡分解,如钙质藻类、意义 代表低能环境，常发生重结晶。泥晶泥晶 三、胶结物（亮晶方解石、亮晶方解石胶结物、亮晶）1、定义：沉淀于颗粒之间的结晶方解石或其他矿物。化学沉淀，0.005-0.01mm，清洁明亮，又叫亮晶或淀晶方解石。、形态：粒状、针状、柱状、次生加大 第一世代：栉壳状、马牙状围绕颗粒 第二世代：嵌晶粒状充填残余孔隙、胶结方式：接触式、孔隙式、意义：反映高能环境亮晶胶结物亮晶胶结物 四、晶粒 1、定义：晶粒是晶粒碳酸盐岩（结晶碳酸盐岩）的主要结构组分。2、分类：根据粒度划分：砾晶、砂晶、

17、粉晶、泥晶等；根据形态划分：自形晶、半自形晶、他形晶；根据相对大小：斑晶、包含晶。晶粒：结晶碳酸盐岩的主要结构组分晶粒：结晶碳酸盐岩的主要结构组分据粒度据粒度划分为：划分为：砾晶、砾晶、砂晶、砂晶、粉晶、粉晶、泥晶泥晶粒径，粒径，mmmm碎屑岩中的碎屑碎屑岩中的碎屑碳酸盐岩中碳酸盐岩中内碎屑内碎屑碳酸盐岩中碳酸盐岩中晶粒晶粒2.02.0 砾砾砾屑砾屑砾晶砾晶2.0-1.02.0-1.0极粗砂极粗砂砂砂极粗屑极粗屑砂屑砂屑极粗晶极粗晶砂晶砂晶1.0-0.51.0-0.5粗砂粗砂粗屑粗屑粗晶粗晶0.5-0.5-0.250.25中砂中砂中屑中屑中晶中晶0.25-0.25-0.10.1细砂细砂细屑细屑

18、细晶细晶0.1-0.1-0.050.05粗粉砂粗粉砂粉砂粉砂粗粉屑粗粉屑粉屑粉屑粗粉晶粗粉晶粉晶粉晶0.05-0.05-0.01(0.0.01(0.005)005)细粉砂细粉砂细粉屑细粉屑细粉晶细粉晶0.01(0.0.01(0.005)005)泥（粘土）泥（粘土）泥屑泥屑泥晶泥晶粒级的划分与命名粒级的划分与命名 五、生物格架 生物格架：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，其粘液可以粘结其它碳酸盐组分，如灰泥、颗粒、生物碎屑等，从而形成粘结格架。生物格架：原地生长的群体生物（如苔藓、珊瑚、海绵、生物格架：原地生

19、长的群体生物（如苔藓、珊瑚、海绵、层孔虫等），以其坚硬的钙质骨骼所形成的骨骼格架。层孔虫等），以其坚硬的钙质骨骼所形成的骨骼格架。障积岩障积岩:生物生物粘结作用形粘结作用形成成,在沉积环在沉积环境中又有障境中又有障壁作用的石壁作用的石灰岩地质体。灰岩地质体。粘结灰岩粘结灰岩:生物粘结作生物粘结作用形成用形成,有连生的骨骼有连生的骨骼物质、与重力作用相物质、与重力作用相反的纹理、沉积底盆反的纹理、沉积底盆的孔洞等。的孔洞等。格架灰岩格架灰岩:由碳酸盐由碳酸盐造礁生物造礁生物在原地建在原地建造的造的,并具并具有坚硬格有坚硬格架的碳酸架的碳酸盐岩盐岩,珊瑚珊瑚礁灰岩、礁灰岩、层孔虫礁层孔虫礁灰岩等。

20、灰岩等。第四节第四节 碳酸盐岩的构造碳酸盐岩的构造 概述概述 按成因分为：按成因分为：水流成因构造水流成因构造 重力成因构造重力成因构造 生物成因构造生物成因构造 溶解溶解-渗滤成因构造渗滤成因构造 叠加成因构造叠加成因构造 一、叠层石、概念：富藻纹层和富碳酸盐纹层交互出现，组成叠层石。（叠层构造、叠层藻构造藻叠层）、两种基本层组成：富藻纹层富藻纹层：暗层，藻类（丝状或球状的蓝绿藻）组分含量多，有机质高，碳酸盐沉积物少，色暗。富碳酸盐纹层富碳酸盐纹层：亮层，藻类组分含量少，有机质少，色浅。一、叠层石、成因：风暴期或高潮期，被水流带来的碳酸盐颗粒和泥被富含粘液的藻类捕获形成，或夜间贫藻，形成富碳

21、酸盐的纹层。在非风暴期或白天，则形成富藻纹层。、分类 层状、波状：能量低，潮间上、潮上 柱状、锥状：能量高，潮间下至潮下上叠层石形态类型形态多样形态多样,P160,P160,基本形态只有两种基本形态只有两种:层状和柱状的层状和柱状的层状层状多属潮间带上部的产物，水动力条件较弱多属潮间带上部的产物，水动力条件较弱柱状柱状多属潮间带下部和潮下带上部的产物，水动力条件较强多属潮间带下部和潮下带上部的产物，水动力条件较强柱柱状状叠叠层层石石 层层状状叠叠层层石石 波状叠层石波状叠层石 柱状叠层石柱状叠层石 二、鸟眼构造、概念 在泥晶或粉晶碳酸盐岩中的孔隙，毫米级大小、多呈定向排列、为方解石、石膏、石英

22、等矿物充填，形似鸟眼。（窗格构造、雪花构造）、成因：干燥收缩孔、生物腐烂溶解、气泡孔。、意义：一般认为鸟眼构造是潮上带标志鸟眼构造鸟眼构造泥晶白云岩纹理似为藻纹层鸟眼构造为白云石充填 三、示顶底构造 在碳酸盐岩的孔隙中,如在鸟眼孔隙、生物体腔孔隙以及其他孔隙，见两种不同特征的填隙物。在孔隙的底部主要为泥晶或粉晶方解石，色较暗；在孔隙顶部或上部为亮晶方解石，色浅多呈白色。两者之间的平直界面代表沉积时的沉积界面。可以根据这一孔隙充填构造判断岩层的顶底，故叫做示顶底构造或示底构造。代表两个不同时期的代表两个不同时期的充填作用。底部或下充填作用。底部或下部的泥粉晶充填物常部的泥粉晶充填物常是上覆盖层遭

23、受淋滤是上覆盖层遭受淋滤作用时由淋滤水沉淀，作用时由淋滤水沉淀，上部亮晶方解石则是上部亮晶方解石则是后期充填的。后期充填的。四、虫孔及虫迹构造 概念：生物成因构造，包括生物穿孔、生物潜穴、生物爬迹等，主要指蠕虫动物和软体动物。生物穿孔：生物活动在固结或半固结的岩石或生物组分中通过穿孔方式所形成的一种孔状或管状构造。生物潜穴：生物在未固结的沉积物中活动造成的洞穴、孔穴、管穴等。生物爬迹：生物在未固结沉积物表面爬行的痕迹。五、缝合线构造 碳酸盐岩中常见的一种裂缝构造，呈锯齿状。在缝合面上的凹凸幅度毫米到十几厘米。差异压实压溶构造、特殊裂缝构造，可作油、气、水运移通道。泥晶灰岩，缝合线内含油，并有高

24、岭石充填，压实压溶作用思考题 1、碳酸盐岩岩石学在近20多年中有哪些进展？2、何谓碳酸盐岩？试述碳酸盐岩沉积物及碳酸盐岩中的主要矿物成分及它们之间的关系？3、碳酸盐矿物具有什么化学特征？古代碳酸盐矿物与现代碳酸盐沉积物中的有何不同？4、碳酸盐岩在化学成分上有哪些特征？5、碳酸盐岩的成分分类及命名原则和方法是什么？6、何谓碳酸盐的结构组分？有哪几种类型？各有哪些主要特点？它们的主要形成阶段？7、试说明“盆内颗粒”、“盆外颗粒”、“异化颗粒”、“盆内碎屑（盆屑）”、“盆外碎屑”、“胶结物”、“亮晶”、“填隙物”、“泥晶”、“基质”等的基本概念。8、试说明各种内碎屑的特征及其形成环境。9、何谓“巴哈

25、马石”，并说明其形成机制？10、鲕粒有哪些类型？试绘图表示各种类型的鲕粒，说明各自形成条件及阶段？关于鲕粒形成的观点有哪几种？有何根据？11、球粒、藻粒、团块的含义是什么？球粒有哪几种形成方式？它与粉屑有何区别？12、试述灰泥的形成及沉积后阶段的变化？13、何谓亮晶？试说明其形成作用？14、如何鉴别重结晶后的泥晶方解石（亮微晶）与亮晶胶结物？试列表对比其鉴别特征。15、晶粒有哪几种类型，它们的成因如何？16、常见的碳酸盐岩构造有哪些类型？试分别说明其成因、特征及地质意义？其中要加深理解：叠层石的基本特征、类型及其形成作用，有何用途？何谓鸟眼构造？它主要形成于什么环境？有何实际意义？何谓示底构造？其形成条件及地质意义？何谓虫孔（潜穴）？潮上带、潮间带、潮下带的虫孔各有什么特征？何谓缝合线构造，形成条件及阶段，与油气的关系？17、碳酸盐岩的颜色有哪几种主要类型，其影响因素是什么？与沉积环境有何关系？18、碳酸盐岩的野外研究应从哪几方面入手，室内研究采用哪几种主要方法？