1、碳 酸 鹽 巖一、 概論 二、 碳酸鹽巖的特征 三、 構(gòu)造 四、 碳酸鹽巖的分類 碳酸鹽巖 碳酸鹽巖是Ca、Mg碳酸鹽礦物為主組成的沉積巖，主要類型是石灰?guī)r和白云巖.一、概 論 碳酸鹽巖占沉積巖總量的20%，在地層分布中僅次于泥質(zhì)巖和砂巖； 我國的沉積巖占全國面積的75%，碳酸鹽巖占沉積巖覆蓋面積的55%； 主要分布層位：南方的震旦系、古生界以及三疊系；北方的元古界以及古生界。 碳酸鹽巖中礦產(chǎn)豐富：鐵、鋁、錳、磷、硫、石膏、鉀鹽等； 石灰?guī)r及白云巖：冶金、建筑、化工、農(nóng)業(yè)；一、概 論 一、概 論 與碳酸鹽巖有關(guān)的油氣儲量占世界儲量50%；產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的60%以上。一、概 論 一、 概論 二、

2、 碳酸鹽巖的特征 三、 構(gòu)造 四、 碳酸鹽巖的分類 碳酸鹽巖 （一） 、化學(xué)成分主要化學(xué)成分：主要是CaO、MgO、CO2純石灰?guī)r（純方解石）CaO：56%、CO2：44%；純白云巖（純白云石）CaO：30.4%、MgO：21.7%、CO2：47.9%。 微量元素：Sr、Ba、Zn、Cu、V、Ti二、碳酸鹽巖的特征 （二）、礦物成分主要碳酸鹽礦物：方解石和白云石 CaCO3 方解石、高鎂方解石（10-30mol%）、文石(同質(zhì)異象斜方晶系)、低鎂方解石(50%的，用作巖石基本名稱，以XX巖表示；2. 含量為50%-25%的用作巖石基本名稱的主要形容詞，以XX質(zhì)表示，含量為25%-10%的用作巖

3、石名稱的次要形容詞，以含XX（的）表示，含量20 OC，強(qiáng)烈擾動之淺水，水體清潔，鹽度高C. 生物亮晶灰?guī)r：生物遺體(骨屑)+亮晶方解石生物遺體多為破碎，一定程度的磨圓分選，生物種類很多，若為一種生物為主，可以命名該生物，例如：海百合亮晶灰?guī)r礫屑，砂屑，粉屑礫屑亮晶灰?guī)r砂屑亮晶灰?guī)r碳酸鹽巖分類表（結(jié)構(gòu)-成因分類）砂屑亮晶灰?guī)r鮞粒亮晶灰?guī)r生物灰?guī)r有機(jī)體是栗孔蟲，其壁都是微晶方解石；膠結(jié)物為細(xì)粒的亮晶方解石，但也有未被充填的空隙(2) 粒屑微晶灰?guī)r粒屑 + 微晶(灰泥)基質(zhì)粒屑圓度變化大，棱角-圓狀都有表明水動力條件弱我國 南方C、P、T北方C、O、C=泥屑+微晶方解石（均0.03）=內(nèi)碎屑、鮞粒

4、（豆粒）、骨屑、團(tuán)粒碳酸鹽中，粒屑微晶灰?guī)r很多，其中的礫屑呈扁橢球通常叫竹葉狀灰?guī)r碳酸鹽巖分類表（結(jié)構(gòu)-成因分類）(3) 微晶灰?guī)r 90% 0.03mm的粒屑 10 % 淺灰-深灰色， 微晶結(jié)構(gòu)，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，致密，斷口光滑 具有塊狀層理或水平紋理 屬于靜水或弱動力的盆地、瀉湖碳酸鹽巖分類表（結(jié)構(gòu)-成因分類）微晶灰?guī)r(4) 生物礁灰?guī)r造礁生物形成的，是原地的造礁生物層孔蟲，苔蘚蟲，珊瑚等堅(jiān)固的抗浪骨架內(nèi)部有棘皮動物動物、腕足類等還有的骨架被亮晶方解石充填生物骨架結(jié)構(gòu)生物礁大?。?-2 m,甚至幾百米碳酸鹽巖分類表（結(jié)構(gòu)-成因分類）三石灰?guī)r研究及成因分析由于一般石灰?guī)r幾乎全由方解石構(gòu)成，所以石灰?guī)r

5、鑒定的主要目的是揭示巖石的結(jié)構(gòu)，其中包括顆粒類型、大小的均勻程度、泥晶基質(zhì)、支撐特征以及壓實(shí)（壓溶）、膠結(jié)、溶蝕、交代、重結(jié)晶等。石灰?guī)r經(jīng)常有白云石化現(xiàn)象（形成交代結(jié)構(gòu)）。但僅憑一般光性特點(diǎn)卻很難將白云石與方解石區(qū)分開。為解決這一問題，石灰?guī)r（和白云巖）的常規(guī)鑒定都使用染色薄片。最常用的染色劑是茜素紅S（它是磨片室或?qū)嶒?yàn)室的常備試劑），它可使方解石染成紅色或紫紅色，卻對白云石（和石英、石膏等）不起作用。這種差異染色效果可使很微弱的白云石化也變得清晰?，F(xiàn)代碳酸鹽海岸淺海沉積環(huán)境沉積環(huán)境研究內(nèi)容 研究石灰?guī)r的沉積環(huán)境除可憑借特殊沉積構(gòu)造（如疊層構(gòu)造、鳥眼構(gòu)造、泥裂等）外，主要是圍繞顆粒和泥晶進(jìn)行的

6、。 巖石中泥晶的多少，或者顆粒和泥晶的含量之比（稱?；?，顆粒中不包括團(tuán)粒、粉屑，但可包括陸源砂）是衡量環(huán)境水動力條件的首要指標(biāo)，就是說，即使巖石中的顆粒只有在高能條件下才能形成（如同心鮞）或明顯帶有被高能條件改造過的痕跡（如破碎比較強(qiáng)的生屑），只要巖石還同時(shí)含有較多泥晶，該巖石就只能是較低能環(huán)境的沉積產(chǎn)物。相反，若巖石缺少泥晶，顆粒只被亮晶膠結(jié)，那么無論顆粒自身有何特點(diǎn)都可將其看成是高能或淘洗作用較強(qiáng)的作用結(jié)果。沿岸分布的現(xiàn)代丘礁群（碳酸鹽巖海岸-生物礁和灘沉積環(huán)境）現(xiàn)代碳酸鹽沉積環(huán)境現(xiàn)代碳酸鹽潮坪淺海沉積環(huán)境淺海潮坪海灘潮間瀉湖現(xiàn)代碳酸鹽沉積環(huán)境骨架礁泥晶生屑顆?；?guī)r巖石為含泥顆粒支撐，生

7、屑以正常鹽度的頭足、海百合為主，自形到半自形，粒度細(xì)到粗砂級，分選中等到差，磨蝕微弱，排列雜亂。生屑未經(jīng)太強(qiáng)物理改造說明基本為原地生物，這與較多泥晶顯示的低能條件吻合，為較典型的濱外正常海水環(huán)境。骨架礁現(xiàn)代碳酸鹽沉積環(huán)境障積礁現(xiàn)代碳酸鹽沉積環(huán)境障積礁和灰泥現(xiàn)代碳酸鹽沉積環(huán)境生屑顆?；?guī)r巖石為無泥顆粒支撐，亮晶膠結(jié)。生屑以有孔蟲、粗枝藻為主，少量海百合和腕足。有孔蟲自形或半自形；粗枝藻、海百合它形。粒度多為中細(xì)砂級，分選好。巖石不含泥晶和高分選都說明沉積環(huán)境為高能或淘洗較強(qiáng)，可解釋為淺水高能灘環(huán)境。也可能為潮汐水道環(huán)境，（這時(shí)可能還會發(fā)育交錯(cuò)層理）。粘結(jié)礁現(xiàn)代碳酸鹽沉積環(huán)境堤狀的堡礁礁后瀉湖開闊

8、?，F(xiàn)代大堡礁沉積環(huán)境點(diǎn)灘潮坪礁坪灘白云巖白云巖一詞來源于德文的dolomie，是Saussure于1792年為記念最早研究白云巖的學(xué)者Dolimeu而命名的。1、根據(jù)成因：原生白云巖、次生白云巖2、根據(jù)白云石化程度： 1）有殘余結(jié)構(gòu)：殘余鮞粒白云巖、殘余生屑白云巖等 2）無殘余結(jié)構(gòu)：巨晶、粗晶、中晶、細(xì)晶、粉晶、微晶白云巖。白云巖的分類命名由于大多數(shù)白云巖為交代成因，所以一般只按巖石中白云石與方解石的相對含量作三級劃分。對具結(jié)晶結(jié)構(gòu)的白云巖則統(tǒng)稱結(jié)晶白云巖?？紤]到實(shí)際需要和使用方便，這里在Bissell and Chilingar（1967）推薦分類的基礎(chǔ)上修改簡化，提出如表16-2的分類。給

9、具體巖石命名可直接采用表內(nèi)的名稱，也可將表中的“顆?！卑搭愋途唧w化或同時(shí)考慮白云石晶粒的大小，如殘余生屑灰質(zhì)白云巖，殘余鮞粒狀含灰白云巖，殘余鮞狀含灰極細(xì)晶白云巖、陰影狀細(xì)晶白云巖、亮晶鮞粒白云巖等等。白云巖分類野外：風(fēng)化面布滿方向雜亂的“刀砍紋”；微觀：霧心亮邊結(jié)構(gòu)：較純的白云巖多呈結(jié)晶結(jié)構(gòu)，少數(shù)呈鮞粒、內(nèi)碎屑或藻粘結(jié)結(jié)構(gòu)而很像相當(dāng)?shù)氖規(guī)r，有時(shí)則與石灰?guī)r有明顯的交代關(guān)系；沉積構(gòu)造：與石灰?guī)r相仿；特殊性：除前寒武紀(jì)白云巖可含結(jié)構(gòu)纖細(xì)的藻細(xì)胞痕跡化石外，寒武紀(jì)和以后的白云巖一般沒有化石，或者只有化石的假像。白云巖的特征白云巖及其成因白云巖是碳酸鹽巖中的另一大類巖石，可單獨(dú)產(chǎn)出，也可與石灰?guī)r或砂

10、巖等共生，或者在石灰?guī)r中以斑塊、條帶形式存在。白云巖風(fēng)化面常布滿方向雜亂的“刀砍紋”，沉積構(gòu)造則與石灰?guī)r相仿。除前寒武紀(jì)白云巖可含結(jié)構(gòu)纖細(xì)的藻細(xì)胞痕跡化石外，寒武紀(jì)和以后的白云巖一般沒有化石，或者只有化石的假像。較純的白云巖多呈結(jié)晶結(jié)構(gòu)，少數(shù)呈鮞粒、內(nèi)碎屑或藻粘結(jié)結(jié)構(gòu)而很像相當(dāng)?shù)氖規(guī)r，有時(shí)則與石灰?guī)r有明顯的交代關(guān)系，可在石灰?guī)r和白云巖之間構(gòu)成連續(xù)的過渡巖石系列。交代成因白云石的“霧心亮邊”白云巖形成機(jī)理白云巖的成因問題，主要是白云巖的生成機(jī)理問題，是碳酸鹽巖巖石學(xué)中最復(fù)雜的、爭論時(shí)間最久的、最難解決的問題之一。主要是原生與次生之爭，以及次生方式之爭。原次生之爭的原因：1、白云巖中很少見到生物

11、遺跡及化石（前寒武）；2、人工合成的白云石均在120200度的高溫；3、目前自然界幾乎沒有發(fā)現(xiàn)正直意義上的白云石；最“過硬”的原生白云石的實(shí)例有兩個(gè)。澳大利亞南部的考龍瀉湖中的白云石特點(diǎn)：水很咸、PH值很高、植物很茂盛通過光合作用，植物從水中吸取CO2，從而使水的PH增高，就促使白云石沉淀。湖水中的白色懸浮物是很細(xì)的高鎂方解石和富鈣白云石。據(jù)測定，白云石的堆積速度為0.20.5mm/年。真是太快了!美國加利福尼亞深泉鹽湖中的白云石面積約13km2，冬春季湖水深30cm，在干熱的夏秋季，只有少量鹽水。湖底沉積物中，廣泛地分布著白云石。白云石晶體大多1m。內(nèi)部是化學(xué)計(jì)量的白云石(Ca50Mg50)

12、，外部是富鈣的。白云石的堆積速度為0.050.09m/ka。真是太慢了!白云巖形成機(jī)理絕大部分白云巖應(yīng)當(dāng)次生形成的20世紀(jì)60年代以來，出現(xiàn)了一系列的白云化學(xué)說。準(zhǔn)同生白云巖化（evaparative pumping）；回流滲透白云巖化 （seepage refluxion） ；混合水白云巖化（Dorag dolomitization） ； 調(diào)整白云巖化（Dolomitization by cannibalization）（Friedman and Sanders，1967，許靖華，1969）準(zhǔn)同生白云巖化模式回流滲透白云石化模式混合水白云巖化上述兩種白云石生成的機(jī)理，都有一個(gè)共同點(diǎn)，即都需要

13、干熱的氣候，都需要高M(jìn)g/Ca比率的鹽水，都把白云石當(dāng)作一種蒸發(fā)礦物看待。 還有一些白云巖，如廣泛分布的與陸表海陸棚或構(gòu)造高地共生的白云巖，并沒有蒸發(fā)巖，也缺乏潮上環(huán)境的成因標(biāo)志。巴迪奧札曼尼（Badiozamani，1973)提出了大氣水（淡水）與海水混合的白云化作用的機(jī)理。調(diào)整白云巖化在大氣水的影響下，原來的碳酸鹽沉積物的成分，經(jīng)過淋濾、溶解作用和交代作用，在化學(xué)成分及礦物成分上進(jìn)行重新組合或調(diào)整，使原來的碳酸鹽沉積物發(fā)生白云化，從而生成白云巖的作用。古德爾和加曼（Goodell and Garman，1969）在對大巴哈馬灘上安德羅斯島上的一口深探井（蘇必利爾井）進(jìn)行詳細(xì)的巖石學(xué)和地球化

14、學(xué)研究以后，提出了一個(gè)新的白云化作用機(jī)理調(diào)整白云化作用。 白云巖與白云石自然界常見的鈣鎂碳酸鹽有4種：文石、方解石、鎂方解石和白云石。文石和方解石幾乎都是純的CaCO3，但方解石為三方晶系，文石為斜方晶系。鎂方解石和白云石都是三方晶系，可共用CaxMg100-x（CO3）來表示，鎂方解石的x多為80-90，晶格中Ca、Mg完全無序排列，白云石的x 約為50-55左右，晶格中Ca、Mg呈有序或部分有序排列。如果只考慮離子濃度，現(xiàn)代表層海水對這4種礦物都是過飽和的，但事實(shí)上，直接從海水中沉淀的主要是文石和少量鎂方解石，很少直接沉淀方解石，尤其不能直接沉淀白云石?，F(xiàn)在認(rèn)為這種現(xiàn)象與化學(xué)動力學(xué)因素有關(guān)

15、。白云巖與白云石海水中，Mg2+與Ca2+的濃度比平均在51以上，它們在一定條件下可以呈類質(zhì)同象替換，但當(dāng)CaCO3呈斜方晶系（文石）成核時(shí)，Mg2+卻不能替換Ca2+進(jìn)入晶格，因而文石得以順利沉淀，而當(dāng)CaCO3呈三方晶系成核時(shí)，Mg2+就有了較多替換Ca2+的機(jī)會從而就抑制了方解石的沉淀。另一方面，Mg2+的離子半徑（0.78A）比Ca2+的離子半徑（1.06 A）小，而Mg2+的水合離子半徑（10.80 A）又比Ca2+的水合離子半徑（9.60 A）大，這就使得Mg2+從水合離子中掙脫出來進(jìn)入晶格要比Ca2+更困難，結(jié)果是進(jìn)入晶格的Mg2+明顯少于Ca2+，從而沉淀出鎂方解石，但沉淀難度

16、顯然大于沉淀文石。更重要的是，Mg2+對Ca2+的替換是隨機(jī)的，即使進(jìn)入晶格的Mg2+再多，也不可能直接沉淀有序的白云石來。由此可見，只有在Mg2+比Ca2+的濃度更低的條件下（如在淡水中）才有可能直接沉淀出方解石。深水生物礁（紅珊瑚）碳酸鹽巖的地質(zhì)意義(1) 占沉積巖總量之1/5, 分布廣，各個(gè)時(shí)代都有，可以指示古地理和古環(huán)境(2) 重要的工業(yè)原料：石灰?guī)r冶金工業(yè)之熔劑、水泥白云巖耐火材料(3) 礦產(chǎn)：金屬，非金屬，也是油、氣、水的儲集層(4) 工程上：不利于工程設(shè)施，尤其是水庫-會漏水(5) 鑒定方法：稀鹽酸(HCl, 5%，10%)CaCO3強(qiáng)烈起泡，有聲音MgCO3不起泡碳酸鹽薄片觀察

17、1、礦物成分鑒定較為次要 通常方解石、白云石的含量超過 95% 常見次要成分為陸源粉砂、自生SiO2等 準(zhǔn)確區(qū)分方解石、白云石要用染色薄片。2、重點(diǎn)是鑒定結(jié)構(gòu) 沉積結(jié)構(gòu)： 顆粒結(jié)構(gòu)：內(nèi)碎屑、生物碎屑、鮞粒、凝塊石 泥晶結(jié)構(gòu)（泥狀結(jié)構(gòu)）：泥晶方解石或白云石 粘結(jié)結(jié)構(gòu)：生物骨架結(jié)構(gòu)、藻粘結(jié)結(jié)構(gòu) 成巖結(jié)構(gòu)： 膠結(jié)方式：基底式、孔隙式、接觸式、懸掛式 膠結(jié)物結(jié)構(gòu)：膠結(jié)物晶體形態(tài)、大小、排列；膠結(jié)物的世代性；滲濾粉砂 溶蝕和交代：最常見的是白云石化、硅化可形成交代殘余結(jié)構(gòu) 壓實(shí) 結(jié)晶結(jié)構(gòu)：仿結(jié)晶巖處理礦物成分：石灰?guī)r的礦物成分較簡單，在較純的石灰?guī)r中幾乎完全由方解石組成。不純的石灰?guī)r中常含有粘土礦物、石

18、英粉砂、海綠石、硅質(zhì)、鐵質(zhì)等，當(dāng)石灰?guī)r經(jīng)歷白云巖化交代作用時(shí)可出現(xiàn)數(shù)量不等的白云石。方解石和白云石在手標(biāo)本和顯微鏡下特征相似，不易區(qū)分，通常要借助于5%的稀鹽酸和茜素紅S試劑。在標(biāo)本上加稀鹽后，方解石劇烈起泡而白云石輕微冒泡；在薄片上加茜素紅S試劑后，方解石被染成紅色，而白云石無變化。 結(jié)構(gòu)：石灰?guī)r的結(jié)構(gòu)以泥晶結(jié)構(gòu)和各種顆粒結(jié)構(gòu)為主，其次為晶粒結(jié)構(gòu)、生物骨架結(jié)構(gòu)及交代結(jié)構(gòu)。石灰?guī)r石灰?guī)r的野外宏觀特征幾乎所有石灰?guī)r都是帶有區(qū)域性的穩(wěn)定層狀，尤其是海成石灰?guī)r，有時(shí)可連續(xù)分布達(dá)數(shù)省范圍，也可與凈砂巖互層。湖成石灰?guī)r規(guī)模一般不大。按礦物成分分類： 石灰?guī)r中除了方解石外，有時(shí)含有其它礦物成分，向另一種巖

19、石過渡，此時(shí)用這種劃分方法。其它成分可以是白云石、粘土礦物、硅質(zhì)等等，按結(jié)構(gòu)特征分類：石灰?guī)r的結(jié)構(gòu)最能反映石灰?guī)r的成因，按結(jié)構(gòu)特征分類命名已經(jīng)成為當(dāng)今主要的劃分方法。分類的依據(jù)主要為礦物的結(jié)晶程度，巖石中顆粒、亮晶膠結(jié)物及灰泥基質(zhì)的相對含量等。有關(guān)結(jié)構(gòu)分類命名的詳細(xì)內(nèi)容同上所講，不再敘述。 石灰?guī)r的分類命名: 石灰?guī)r的顏色與層理構(gòu)造巖石可為灰白、灰、灰黑或紫紅等色，水平層理相對常見，其它紋層狀層理（如交錯(cuò)層理）較少見于顆粒性巖石中，在風(fēng)暴或濁流等再沉積石灰?guī)r中也有粒序?qū)永沓霈F(xiàn)，而更多見的只是塊狀層理。泥晶或微晶灰?guī)r：主要由泥晶方解石組成，可含少量顆粒，顆粒含量一般不超過10%（有人認(rèn)為 50%），其次為方解石。 結(jié)構(gòu)：常見結(jié)晶晶粒結(jié)構(gòu)，由于大部分白云巖是交代成因，因此經(jīng)?？梢砸姷浇淮鷼堄嗟氖?guī)r的結(jié)構(gòu)，如殘余砂屑結(jié)構(gòu)、殘余鮞粒結(jié)構(gòu)等等。 構(gòu)造：基本與石灰?guī)r相似，有的出現(xiàn)團(tuán)塊狀構(gòu)造、透鏡狀構(gòu)造。白云巖的分類命名按礦物成分分類