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1、第四章 内源沉积岩碳酸盐岩,一、 概述 二、 碳酸盐岩的成分特征 三、 碳酸盐岩的结构 四、 碳酸盐岩的构造 五、 碳酸盐岩的分类 六、 碳酸盐岩的主要岩石类型 七、 碳酸盐岩的成岩作用,第七节 碳酸盐岩的成岩作用,常见成岩作用方式 压实作用 胶结作用 重结晶作用 交代作用 溶解作用 成岩环境简介,压实作用包括化学压实作用机械压实作用 缝合线构造是溶解压实组构的唯一表现形式。 缝合线往往由难溶的黏土矿物构成，溶解的石灰岩数 量往往很大，是胶结物（Caco3）的主要物质来源。,1、化学压实作用及组构,压实作用,2、机械压实作用及组构,压实作用,机械压实作用主要表现为塑性变形和破裂两种类型： （1
2、）塑性变形组构 1）颗粒的凹凸接触：一个颗粒变形后形成凹入坑，相 邻颗粒的一部分嵌入其中。 2） 颗粒的线状接触：颗粒变形后以长轴紧密接触。 3） 单个颗粒变形：如变形鲕粒，变形砂屑等。,2、机械压实作用及组构,压实作用,（2）脆性破裂组构 1）放射状破裂：以由颗粒中心向四周辐射的微小破裂 为特征。 2） 断裂：颗粒破裂成几部分，但仍互相接近。 3） 撕碎破裂：1个颗粒被破碎成大致相等的两部分， 可见位移的迹象。 4）剥离：颗粒表面发生片状剥离，偶见于变形鲕状石 灰岩中。,胶结作用,胶结作用仅发生于粒屑灰岩中 ，胶结作用与沉积作用 可视为同步（何起祥，1978）。 胶结物主要为碳酸盐类矿物，有
3、四种主要类型，即方 解石（低镁方解石）、文石、镁方解石（高镁方解石） 和白云石。 主要内容 1、常见的胶结组构 2、碳酸钙胶结物的沉淀作用 3、胶结物的世代,一、常见的胶结组构,胶结作用,（1）针状：胶结作用早期，砂屑灰岩被纤维状文石晶体部分胶结，文石从碎屑颗粒的表面向外生长。 （2）粒状：砂屑灰岩中腕足类介壳碎屑及内碎屑被等粒状方解石胶结。 （3）等轴生长：在砂屑灰岩中海百合为干净的方解石所环绕，形成共轴生长边。 （4）嵌晶：包含数个颗粒的粗晶或连片胶结物。,二、碳酸钙胶结物的沉淀作用,胶结作用,影响因素： 溶解离子、 结晶速度 底质的矿物成分与晶体结构,二、碳酸钙胶结物的沉淀作用,胶结作用
4、,1、溶解离子 在碳酸钙胶结物的沉淀环境中存在的溶解离子主要为： 镁离子和钙离子。 碳酸钙沉淀时受Mg/Ca比值影响。 Mg/Ca比值不同， 形成的矿物及组构也不同 （1）对矿物成分的影响： 在富镁离子的条件下，形成文 石和高镁方解石。正常情况下，形成方解石。,二、碳酸钙胶结物的沉淀作用,胶结作用,1、溶解离子 （2）对组构（矿物习性）的影响： 镁离子的侧向“毒害”效应（Folk,1974） 方解石晶体是由CO32-离 子和Ca2离子层交替组 成，结晶C轴与离子交替 层垂直。,CO32- Ca 2+ CO32- Ca 2 CO32-,二、碳酸钙胶结物的沉淀作用,胶结作用,1、溶解离子 （2）对
5、组构（矿物习性）的影响： 对组构（矿物习性）的影响分二种情况 （a）溶液中的Mg2进入正在生长的晶体顶端的Ca2层内部占据了某一钙离子的位置。当晶体继续生长，其上很快被1个新的Ca2生长层覆盖。晶体沿着被掩埋的C轴方向继续生长，会把晶体构造中的缺陷隐藏下来，以这种方式进入方解石晶格的少数镁离子对晶体的生长并无影响。,二、碳酸钙胶结物的沉淀作用,胶结作用,1、溶解离子 （2）对组构（矿物习性）的影响： （b）镁离子进入Ca2层裸露边缘位置，由于镁的离子半径较小，当晶体继续生长时，其上下层的CO32-层将向Mg2方向收敛并把它包围起来，导致晶体构造发生变形。 当晶体进一步生长时，离子半径较大的Ca
6、2再也不能进入这一Ca2层。由于这一原因，晶体的侧向生长受到了限制，但这时沿C轴方向的生长并受到镁离子的毒害，因而生长迅速。这样便形成了数微米宽的纤维状或泥晶陡斜菱面体高镁方解石,二、碳酸钙胶结物的沉淀作用,胶结作用,1、溶解离子 （2）对组构（矿物习性）的影响：,镁方解石成为平行于C轴的纤维状或陡斜面体示意图,二、碳酸钙胶结物的沉淀作用,胶结作用,1、溶解离子 （2）对组构（矿物习性）的影响：,Mg/Ca比值影响方解石晶体习性示意图,二、碳酸钙胶结物的沉淀作用,胶结作用,2、结晶速度 胶结物的结晶速度控制着晶体的大小和形态。结晶作用 和成核作用速度缓慢，有利于较大晶体如纤维晶和粒状 晶体的形
7、成。结晶速度快，往往形成泥晶结构。 在极度低镁的环境中，如在淡水中，快速的沉淀作用使 方解石形成六边形的板状晶体或矮胖六方柱晶体。,三、胶结物的世代,胶结作用,充填孔隙的胶结物有世代关系。 早期胶结物一般垂直于粒屑的边部生长，具有栉状组 构特征。晚期胶结物多为具镶嵌组构的粒状方解石。 一般认为早期方解石胶结物可能系海水成因的文石或 高镁方解石经成岩变化而成，晚期的胶结物可能为淡 水（Lindholm，1974）或可能为深埋的地下水或原生 水（Folk,1974）所形成。,三、胶结物的世代,胶结作用,亮晶鲕粒灰岩， 早期：纤状等厚环边胶结物 晚期：粒状胶结物 具两世代胶结 作用， 单偏光， （1
8、010）,四、碳酸钙胶结物的来源,胶结作用,（1）海水来源：沉积物中的孔隙水通过海水的补给，不断 形成碳酸钙的沉淀。这是碳酸给胶结物的主要来源。 （2）成岩过程中文石和高镁方解石发生溶解，溶解的碳酸 钙可沉淀为低镁方解石胶结物。 （3）化学压实作用（压溶作用）提供的碳酸钙。 （4）地下水来源：地下水通过毛细管浓缩作用，向近地表 处搬运碳酸钙溶液和浓缩以胶结物形成沉淀下来。 （5）淡水将上覆沉积层中的碳酸盐溶解后向下淋滤为下 伏层位的沉积提供钙质胶结物。,一、溶解作用的条件及产物,溶解作用,（1）条件： 1）碳酸盐沉积物或碳酸盐岩中孔隙水的性质发生变化， 就要引起碳酸岩矿物或质点的溶解作用。 2
9、）为了保持长期而稳定的溶解过程，孔隙水既要不饱和 又要有流动性。这样才能不仅使碳酸盐溶解，而且能 将溶解的物质带走。 （2）产物： 碳酸盐岩或碳酸盐沉积物的溶解一般属于一致溶解的 范畴，溶解作用的最终产物是次生孔隙（溶解孔隙）,二、次生孔隙的类型,溶解作用,（1）晶间孔隙：主要见于次生白云岩中，由交代作用形。 由于菱形的白云石晶体的随机生长伴随着粒间未被 交代部分的溶解作用而形成的。 （2）溶膜孔隙：溶膜孔隙是由于沉积物或岩石中原生组 分的选择性溶解而形成。这些原生组分包括鲕粒、 介壳和蒸发矿物等。 （3）孔洞和溶沟：这种孔隙是与原生结构无任何关系的 溶解作用造成的。,溶解作用,具残余鲕粒结构
10、白云岩，飞仙关组，单偏光，410 粒间溶孔发育，埋藏溶解作用，,1、重结晶作用,重结晶作用和矿物多相转化,单纯的重结晶作用是指：在成岩过程中矿物的晶体形状 和大小发生变化，而主要矿物成分不发生改变的作用。 一般将晶体趋于加大的现象称为“进变新生变形作用”， 一般将晶体趋于缩小的现象称为“退变新生变形作用”。 这两种作用的代表性产物分别为“微亮晶”和“泥微晶”。,2、矿物的多相转化作用,重结晶作用和矿物多相转化,现代浅海的碳酸钙沉积物主要是由文石，高镁方解石和低镁方解石组成。 古代石灰岩却是由低镁方解石组成的。 这一现象说明，文石和高镁方解石在成岩过程中都已转变成为低镁方解石。 文石向方解石转化
11、是通过晶体间的溶液薄膜进行的，包括湿态的同质多相转变和湿态重结晶作用，其转化过程可能是通过文石在极小的范围内溶解和立刻沉淀出方解石而完成的。在这一转化过程中还发生了微量元素锶的丢失，这说明文石向方解石转化是一种湿态过程。,交代作用,碳酸盐沉积物或碳酸盐岩中的交代作用十分活跃， 常见的交代作用包括： 白云岩（石）化 去白云岩（石）化 硅化 硫酸盐化 菱铁矿化和黄铁矿化等,1. 白云岩化作用：,交代作用,按成因白云岩分为原生白云岩，次生白云岩。自然界以交代成因 的次生白云岩为主。 （1）渗滤回流作用（Adams和Rhodes，1960） 利用该模式来解释得克萨斯二叠纪白云岩的分布。 海岸泻湖的强烈
12、蒸发作用使海水浓缩； 石膏的沉淀，把Ca2从水中移走，增加了Mg2这浓度； 富Mg2的残留卤水比泻湖之下沉积物中充填的正常海 水要重，因而向下渗流； 富Mg2水体流经先期沉淀的碳酸盐沉积物，引起白云 岩化作用。,1. 白云岩化作用：,交代作用,（1）渗滤回流作用,1. 白云岩化作用：,交代作用,（2）溶解自白云岩化作用 这一模式主张含镁的碳酸盐沉积物在一定的条件下发 生溶解，然后重新沉淀下来，镁离子和钙离子结合形 成白云石。 毫无疑问，这一模式肯定能够解释某些白云岩的成因。 然而正如Land等人（1975）指出，这是一种自我消耗， 在邻近组分未发生溶解的情况下，这种作用不可能为 厚层碳酸盐的白
13、云化提供大量的镁离子。,1. 白云岩化作用：,交代作用,（3）混合白云岩化作用 汉肖等（Hanshaw，1971）和Land（1973）提出了一个新的白云岩化机制，即大气水（淡水）与海水混合机制来解释佛罗里达和牙买加第四纪灰岩中的白云岩的成因。 按照该模式，正常海水与淡水混合形成半咸水，这种盐水对于方解石不饱和，但对于白云石饱和，白云石沉淀，方解石溶解。,1. 白云岩化作用：,交代作用,（3）混合白云岩化作用,地下水与海水混合液对方解石和白云石饱和程度的影响,1. 白云岩化作用：,交代作用,混合白云岩化模式（Badiozmani，1973),1. 白云岩化作用：,交代作用,（4）深埋白云岩化作
14、用 Illing(1959)在研究加拿大西部晚泥盆世的礁体时， 提出了地下水白云岩化模式。 他认为，在埋藏过程中，礁体下部或礁体周围的沉积 物排除同生水。这些同生水受蒙脱石转变成 伊利石的 影响，因而含有高的Mg/Ca。当这些同生水流经礁体 时，便对礁体产生了白云岩化作用,1. 白云岩化作用：,交代作用,（5）蒸发泵吸作用 在炎热的气候条件下，由于强烈的蒸发作用，潮上带 象泵一样驱使海水通过沉积物的孔隙，向陆地运行， 结果在朝上带形成白云岩的薄壳。 白云岩化的重要结果是使岩石的孔隙度增大（13%）， 可能对成油具有重要意义。,1. 白云岩化作用：,交代作用,白云岩化的蒸发泵吸作用,2、去白云岩
15、化作用,交代作用,方解石交代白云石的作用叫做去白云岩化作用 。 （1）方解石晶体含有未交代完全的白云石残余，形成 特征的“嵌晶组构”。 （2）方解石常呈白云石菱面体的假象存在。 （3）常常保存白云石的残余组构的痕迹 （4）增加体积13%，但仍然可以见到菱形溶孔。,2、去白云岩化作用,交代作用,去白云岩化作用发生的条件： （1）在富含硫酸盐的地下水作用下完成的；其反应式： CaMg(CO3)2CaSO42H2O2CaCO3+MgSO4+2H2O （2）是在近地表条件下发生的（解决膏盐溶解问题）。 （3）发生在不含石膏的地区；这时硫酸盐离子可能是由 黄铁矿或其它硫化物的氧化而成。,3、石膏化和硬石
16、膏化,交代作用,石膏和硬石膏交代碳酸盐矿物或组分的现象叫石膏化 或硬石膏化。 该作用的发生可能与含硫酸盐的孔隙水的活动有关。 在地下，石膏为硬石膏交代。常见于干旱气候。 4、去石膏化作用 硬石膏或石膏被碳酸盐矿物交代的作用叫去石膏化作用 去石膏化常与地表淡水和细菌的作用有关。可能反应： 6CaSO4+4H2O+6CO26CaCO3+4H2S+11O2+2S 此外，在地表去白云石化时，也可伴有去石膏化作用。,膏质白云岩，石膏发育，硬石膏作用，飞仙关组，单偏光，410,交代作用,5.硅化作用,交代作用,当pH相对较低，且孔隙水为SiO2所饱和时，碳酸盐常 常发生硅化。 CaCO3+H2O+CO2+H4SiO4 SiO2+Ca2+2HCO3-+2H2O 硅化作用具有明显的选择性。生物组
