第五章 碳酸盐岩

二、白云岩的形成机理 （一、原生沉淀作用 关于白云岩的成因问题，人们最关心的是 在近代碳酸盐沉积物中，是否有真正的原生的 白云石，即是否真正有以化学沉淀的方式从水 体中直接沉淀出来的白云石。到目前为止，在 常温、常压条件下，在实验室中尚未合成出真 正的、化学计量的白云石。 实例：① 澳大利亚考龙泻湖的“原生白云 石”； ② 美国加利福尼亚深泉盐湖中的白云 石
2.非碳酸盐的自生矿物 硫酸盐 盐类 氧化物 硅酸盐 其它 3.陆源矿物 粘土矿物、陆源碎屑矿物 4.有机质
（三）碳酸盐岩的成分分类
1．方解石和白云石系列的岩石类型
根据方解石和白云石的相对含量划分的岩石类型
岩石类型
纯石灰岩 石灰岩类 含白云的石灰岩 白云质石灰岩 灰质白云岩 白云岩类 含灰的白云岩 纯白云岩
亮晶胶结物
（四）晶粒（crystal grain）
晶粒是晶粒碳酸盐岩（结晶碳酸盐岩） 的主要结构组分。 碳酸盐岩晶粒粒级的划分
按晶形特征：自形晶、半自形晶、他形晶
（五）生物格架（organic framework） 生物格架是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）的粘液 粘结其他碳酸盐组分（灰 泥、颗粒、生物碎屑等）
鲕粒不同于豆粒和核形石：
豆粒：粒径>2mm豆状
核形石：具不等厚包壳，果核状
鲕粒
藻灰 结核
鲕粒成因： 有机成因说：与藻类及细菌作用有关。 无机成因说：在碳酸盐过饱和且扰动的环境中， 溶液中析出的钙（文石）围绕被搅起的质点而 沉淀。
3、藻粒 核形石：也称藻灰结核，为球状叠层石， 粒径小者为0.2~0.3mm，大者2~5mm或更大。
藻团块: 藻类粘结增长而成的颗粒，不 具同心层结构
藻灰结核
藻团块
4、球粒与粪球粒 球粒 球粒(pellet) 较细粒的（粉砂或细砂级）、不具特殊 内部结构的、泥晶的、分选较好的颗粒。 粪球粒(fecal pellet) 卵形或椭球形，分选很好，有机质 含量较高。无脊椎动物吃进碳酸盐软泥后 排泄物 并不是所有的球粒都是粪球粒
岩石类型 纯石灰岩（或纯白云岩） 含砂(或粉砂)的石灰岩（或白云岩） 砂质(或粉砂质)石灰岩(或白云岩) 灰质(或白云质)砂岩(或粉砂岩) 含灰（或含白云）的砂岩（或粉砂岩） 砂岩(或粉砂岩) 方解石（或白云石）（％） 100～ 95 95～ 75 75～ 50 50～ 25 25～ 5 5～ 0 砂（或粉砂），％ 5～ 0 25～ 5 50～ 25 75～ 50 95～ 75 100～ 95
野外划分为四个系列： 石灰岩：方解石>75% 云质石灰岩：方解石75～50％，白云石25～50％ 灰质白云岩：白云石75～50％，方解石25～50％ 白云岩：白云石>75%
（三）碳酸盐岩的成分分类
2．石灰岩-粘土岩系列的岩石类型
石灰岩 — 粘土岩序列的岩石类型 岩石类型
纯石灰岩 石灰岩类 含泥的石灰岩 微含泥的石灰岩 含泥的石灰岩 泥质石灰岩 灰质粘土岩 粘土岩类 含灰的粘土岩 纯粘土岩
方解石（％）白云石（％） CaO： MgO
100～ 95 95～ 75 75～ 50 50～ 25 25～ 5 5～ 0 5～ 0 25～ 5 50～ 25 75～ 50 95～ 75 100～ 95 >50.1 50.1～ 9.1 9.1～ 4.0 4.0～ 2.2 2.2～ 1.5 1.5～ 1.4
（二、毛潮上带，刚沉积不久的 松散沉积物，粒间充满海水，易于蒸发作用不 断散发，同时，海水通过毛细管作用不断补充， 久而久之，这些粒间水的含盐度不断增加，并 沉淀出石膏。石膏的沉淀，使粒间水或表层水 的Mg：Ca比率大大提高（可达20：1），这种 高镁的粒间盐水与文石颗粒经常接触，促使文 石被交代，被白云化，使文石转化为白云石。
三、碳酸盐岩的结构组分
（textual constituents of carbonate rocks）
（一）颗粒 碳酸盐岩颗粒：泛指沉积盆地内由化学、 生物化学成因的碳酸盐沉积物，在波浪、潮汐 等水流作用下就地或经短距离搬运而形成的一 系列碳酸盐岩颗粒，简称“颗粒”。 福克（1959，1962）：异化颗粒、异化组分 分类：内碎屑、鲕粒、藻粒、球粒、生物颗粒
形成的一种生物格架。
碎屑岩
碎 屑 杂 基 胶结物
碳酸盐岩
颗 粒 泥 胶结物
晶 粒 生物格架
孔 隙 孔 隙
四、碳酸盐岩的结构类型
颗粒结构（粒屑结构） ： 与碎屑岩相似， 由颗粒、泥、亮晶、孔隙为主，是经波浪、 流水作用的搬运、沉积而成的碳酸盐岩。 岩石描述方法同碎屑岩 如鲕粒灰岩、竹叶状灰岩、砂屑灰岩等 泥晶结构（相当于碎屑岩中的泥岩） 主要由灰泥组分组成，一般是由化 学或生物化学作用沉淀的碳酸盐岩 低能环境下的产物
定义：白云岩主要是由白云石矿物所组成 的沉积碳酸盐岩。 一、白云岩的分类 1.白云岩的成分分类
方解石和白云石系列的岩石类型（据冯增昭，1993）
2.白云岩的结构分类
（1）石灰岩的结构分类系统和命名原则，基本 上也适用于白云岩，因为白云岩也主要是由颗 粒、泥、胶结物、生物格架及晶粒等五种结构 组分组成的，所不同的是白云岩的成分主要是 白云石。 （2）白云岩中晶粒结构发育，泥晶、粉晶、细 晶、中晶、粗晶结构部相当常见；晶粒较粗的， 晶形常较好且多呈自形或半自形晶，其集合体 常呈砂糖状。
主要分布于海洋环境，其次为湖泊和其他环 境。
二、碳酸盐岩的物质组成及成分分类 （一）碳酸盐岩的矿物成分 碳酸盐矿物


非碳酸盐自生矿物
陆源矿物
1.碳酸盐矿物
方解石矿物体系
文石 高镁方解石 低镁方解石——一般方解石，最稳定 白云石矿物体系 白云石（CaMg[CO3]2） 原白云石——富钙的白云石，向白 云石转化 铁方解石、铁白云石、菱铁矿、菱镁矿
（二、毛细管浓缩作用（蒸发泵作用）—— 准同生白云化作用
（三.回流渗透白云化作用
机理：潮上带高镁粒间盐水对表层沉积的白 云化基本完了时，产生这种高镁盐水的地质条件 还仍然持续存在，多余的高镁盐水必然会向下回 强烈蒸发作用 流、渗透，在其穿过下伏的碳酸钙沉积物或石灰 潮坪 岩时，必然会使它们发生白云石化，从而形成白 湖泊 海面 云岩或部分白云化的石灰岩。
渗滤 回流 白云岩化区
白云岩化的渗滤回流作用机制（据K.S.Deffeyes，1965）
（四.混合白云化作用
美国威斯康星中奥陶统米夫林段的白云 化作用示意图
三、 白云岩的成因分类 根据白云岩的生成机理，可把白云岩划分 为原生白云岩和次生白云岩两大类。 1. 原生白云岩：以化学沉淀方式从水体中 直接沉淀出化学计量的白云石所组成的白云岩。 2. 次生白云岩：一切非原生沉淀作用形成 的白云岩。可进一步分为同生白云岩、准同生 白云岩、成岩白云岩、后生白云岩、准同生后 白云岩等。
方解石（％） 粘土矿物（％）
100 ～ 95 95 ～ 90 90 ～ 75 75 ～ 50 50 ～ 25 25 ～ 5 5～ 0 0～ 5 5 ～ 10 10 ～ 25 25 ～ 50 50 ～ 75 75 ～ 95 95 ～ 100
（三）碳酸盐岩的成分分类 3．碳酸盐岩－砂（粉砂）岩系列
碳酸盐岩－砂岩（粉砂岩）系列的岩石类型
生物骨架结构
由原地生长的造礁生物钙质骨架形成 的岩石 。
晶粒结构 各种结构和成因的灰岩经过重结晶作 用和交代作用而形成的晶粒碳酸盐岩。主要 由晶粒组成。 按粒级 粗晶结构、中晶结构、细晶结构、 泥晶结构 按晶粒相对大小 斑晶结构、不等粒结构、嵌晶结构 按晶粒自形程度 自形结构、半自形结构、它形结构
第五章 碳酸盐岩 （Carbonate Rocks）
第一节 碳酸盐岩概论
（General view of carbonate rocks ） 一、概述
碳酸盐岩：主要由方解石和白云石等碳酸 盐矿物组成的沉积岩。 规模：占沉积岩总量的20％。
平面分布： 我国沉积岩占面积75%，而碳酸盐岩占沉积 岩覆盖面积的55%。
2.冯增昭的分类 首先把石灰岩划分为三个大的结构类型： I. 颗粒－灰泥石灰岩；II. 晶粒石灰岩； III. 生物格架－礁石灰岩。
在颗粒－灰泥石灰岩中，根据颗粒的含 量，进一步划分为颗粒石灰岩、颗粒质石灰 岩、含颗粒石灰岩及无颗粒石灰岩四种岩石 类型 。
第三节 白云岩（dolostones）
1.内碎屑
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，受波浪、潮汐、 风暴等的冲刷、破碎、磨蚀、搬运、再沉积而 成的颗粒，也可以是其他作用形成的。
砾屑 砂屑 粉屑 泥屑
>2mm 2-0.1mm 0.1-0.01/0.005mm <0.01/0.005mm
2.鲕粒
鲕粒：一种由核心和包 壳组成的粒径小于2mm 的球形或椭球形颗粒。 核心：陆源碎屑、内碎 屑、生物碳酸盐颗粒等 包壳：化学沉淀形成的 同心状或放射状微晶碳 酸盐矿物。
第二节 石灰岩（limestones）
一、石灰岩的结构分类
1.邓哈姆（Dunham, 1962）的分类 邓哈姆的分类，对于颗粒－灰泥石灰岩， 采用两端元组分的分类。这两个端元是颗粒 和灰泥，根据其相对含量，邓哈姆将颗粒－ 灰泥石灰岩分为四类：颗粒岩、泥质颗粒岩、 颗粒质泥岩、泥岩。此外他还分出了两类特 殊类型的石灰岩，即粘结岩和结晶碳酸盐岩。
5.生物碎屑
分级：自形，半自形，砂砾级他形，化石碎片
二、泥 泥级的碳酸盐质点，与颗粒相对应 与粘土岩/粘土质粉砂岩中的粘土泥相当 （<0.005mm） 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
（三）胶结物（cements） 胶结物：充填于碳酸盐岩原始粒间起胶结作 用的化学沉淀物，通常是方解石，还有白云石、 石膏等。 特点： 晶粒一般比灰泥粗大，>0.005mm或>0.01mm； 由于晶体清澈明亮，常称作“亮晶胶结物”、 “亮晶”。 形成环境： 强水动力条件下，原始细粒沉积物被冲走， 成岩期粒间孔内以化学方式沉淀出的方解石。