碳酸钙胶结物的沉淀作用a

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1、第十五章 碳酸盐岩的成岩作用,第一节 主要成岩作用类型第二节 成岩环境及其特征,第一节 主要成岩作用类型,一、压实作用,1、机械压实组构,机械压实组构主要包括：(1)塑性变形(2)破裂,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。,（1）塑性变形组构,1、机械压实组构,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

2、状石灰岩中。,（2）脆性破裂组构,1、机械压实组构,1、缝合线构造是溶解压实组构的唯 一表现形式。2、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）化学压实组构,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）。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,二、胶结作用,1、常见的胶结物与胶结组构,胶结物主要为碳酸盐类矿物，有：方解石（低镁方解石）文石镁方解石（高镁方解石）白云石,（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：

3、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。,1、常见的胶结物与胶结组构,溶解离子 结晶速度 底质的矿物成分与晶体结构,1、碳酸钙胶结物的沉淀作用,影响因素：,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,2、碳酸钙胶结物的沉淀作用,A、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。,（1）溶解离子,B、对组构（矿物习性）的影响：

4、举例：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-,1、溶解离子对组构（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,Mg/Ca比值影响方解石晶体习性示意图,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。,2、结晶速度,充填孔隙的胶结物有世代关系。早期胶结物

5、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。,3、胶结物的世代,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，（1010）,3、胶结物的世代,（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

6、（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。,4、碳酸钙胶结物的来源,1、溶解作用的条件及产物,（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）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）,三、溶解作用,（1）晶间

7、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。,1、次生空隙的类型,溶解作用,具残余鲕粒结构白云岩，飞仙关组，单偏光， 粒间溶孔发育，埋藏溶解作用,1、重结晶作用,四、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

8、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”。,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。,2、矿物的多相转化作用,五、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：,（1）渗滤回流作用（Adams和Rhodes，1960） （2）溶解-自白云岩化作用 （3）混合白云岩化作用 （4）深埋白云岩化 （5）蒸发泵吸作用 （6

9、）生物白云岩化作用,（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。,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

10、的白云化提供大量的镁离子。,（2）溶解-自白云岩化作用,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。,（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,（3）混合白云岩化作用,混合白云岩化模式（Badiozmani，1973),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

11、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,（4）深埋白云岩化作用,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。,（5）蒸发泵吸作用,2、去白云岩化作用,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

12、）增加体积13%，但仍然可以见到菱形溶孔。,五、交代作用,（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。,去白云岩化作用发生的条件：,3、石膏化和硬石膏化,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。,石膏和硬石膏交代碳

13、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。,5、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,硬石膏化,5.硅化作用,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。生物组分最易发生硅化，形成硅质内模。其他常见的交代产物有硅质结核和硅质条带。硅化产物常常保留原有的沉淀构造（如细纹理和生物的微构造等）。,成岩环境及分类：,第二节 成岩环境及其特征,成岩环境：与成

14、岩作用关系密切的环境称之为成岩环境 。Longman(1982)将成岩环境划分为两大类： 1、近地表成岩环境：海洋潜水带混合带淡水或大气潜水带淡水或大气渗流带。 2、地下成岩环境,碳酸盐沙岛的主要成岩环境（Longman，1982）,1、海洋潜水带,成岩环境及其特征,海洋潜水带指温暖浅海（水深100m），其中的沉积物或岩石中的多余孔隙空间都为正常海水所填充。 （1）活跃的海洋潜水带：水运动与其他作用（如光合作用生物的呼吸，CO2去气，细菌活动等）伴生，导致胶结作用。胶结物主要为镁方解石和文石。 （2）停滞的海洋潜水带：水通过沉积物的运动相当缓慢，胶结作用很少发生。,2、混合带,成岩环境及其特征

15、,位于海洋潜水带和淡水潜水带之间。海水与淡水的混合可以形成一种对方解石稍微不饱和，而对白云石过饱和的溶液。在水循环良好的混合带环境中可以发生白云岩化（Badiozamani,1973）。,3、淡水或大气潜水带,成岩环境及其特征,位于渗流带和混合带之间。所有的孔隙均为含有液碳酸盐的大气水充满。潜水面的顶部以海平面为界。 （1）未饱和带：对CaCO3不饱和大气水进入潜水带，便开始（或继续）溶解沉积物，产生类似于渗流带的晶洞或印模孔隙。 （2）活跃的饱和带：水对于CaCO3饱和，导致方解石广泛的胶结作用。胶结物为粒状方解石。 （3）停滞带：存在于大气淡水潜水带的较深部位和干旱气候条件下。水循环缓慢，

16、几乎无胶结作用发生。,4、淡水或大气渗流带,成岩环境及其特征,位于地表之下和潜水面之上的近地表带。孔隙空间既可以以空气为主，也可以以水为主。该带的水通常是大气水（雨水），对CaCO3不饱和。溶解是渗流带的主要特征。渗流带达到饱和后，就可以通过蒸发作用或CO2的去气作用使方解石沉淀下来。,4、淡水或大气渗流带,成岩环境及其特征,（1）溶解亚带任何形式的碳酸钙都可以发生溶解。胶结作用主要发生于空气与岩石界面处。 （2）沉淀亚带位于渗流带的下部，以胶结作用为主。如果孔隙水以弯月状分布于颗粒之间，那么胶结物将具有新月型的组构特征。如果水以悬滴状挂在于颗粒的下面，那么将形成悬挂型胶结物。该亚带的胶结物通常以细小等粒状的方解石为主。,地下埋深的成岩环境中发生的主要成岩事件包括： （1）沉积物的压实作用和流体排出； （2）某些矿物和有机质的热成熟； （3）缝合作用； （4）白云岩化作用，尤其是沿断层和礁缘； （5）邻近缝合线的胶结作用； （6）裂隙作用； （7）沿缝合线的白云岩化作用和新生变形作用； （8）次生孔隙的形成； （9）石油运移,