第六章第六节 碳酸盐岩沉积物的沉积后作用

2、碳酸钙矿物的转化作用 和重结晶作用 （inversion and recrystallization of calcium carbonate minerals） 碳酸盐沉积物在沉积后作用过程中， 常常发生矿物的转化作用、重结晶作用和应
变重结晶作用。

矿物的转化作用包括两种情况。 一种是矿物的同质多象转化，这种转化 仅发生晶格和晶形的变化，并不发生化学成 分的变化，如文石转变为低镁方解石即属这 种类型。 另一种变化有离子的带出即有化学成分 的变化，但不发生晶格和晶形的变化，如高 镁方解石转化为低镁方解石有镁离子的带出， 但无晶格和晶形的变化。

碳酸盐沉积后作用对碳酸盐岩孔隙即油 气储集空间的形成和演化，关系十分密切， 因此对碳酸盐沉积后作用的研究，不仅有重 要的地质理论意义，而且还有重要的生产实 际意义。
碳酸盐沉积物的沉积后作用可以在地下 缓慢地进行，也可以在大气或淡水环境中迅 速发生。 沉积后作用的时间可以历经几个地质时 代，也可以只要数年或数十年。 沉积后变化可以很显著，也可以相当微 弱。 影响碳酸盐沉积物沉积后作用的因素很 多，而孔隙水的性质和孔隙水的运动速度是 最重要的因素。如果没有孔隙水的参与，许 多沉积后作用都将难以发生，其发生亦将是 微不足道的。
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。



在碳酸盐岩的各个成岩阶段都可以发生 溶解作用。 成岩早期的溶解作用常具选择性的特点。 这是由于海水沉积物内的不稳定组分， 如文石和高镁方解石的生物骨骼以及文石质 的鲕粒和晶体比方解石 易受溶解而造成的。 这类颗粒溶解后常 常形成特征的溶模孔隙。
6CaSO4+4H2O+6CO2→6CaCO3+4H2S+11O2+2S
5、压实和压溶作用
（compaction and pressure dissolution）

碳酸盐沉积物在上覆层的负荷
压力下，发生孔隙流体的减少、孔 隙度降低、沉积物密度增加、比体
积减小、颗粒变形破裂、甚至引起
颗粒和岩石局部溶解的作用，统称
（13）有机质破碎并变形为不规则细脉 。
2）化学压实作用——压溶作用 化学压实作用是指在负荷或应力作用下， 在颗粒，晶体和岩层之间的接触点上，受到 最大应力和弹性应变，化学势能不断增加， 使应变矿物的溶解度提高，导致在接触处发 生局部溶解。 主要的压溶构造有：
（1）缝合线。
（2）微缝合线。
（3）未缝合的缝。粘土缝、马尾丝脉等
在古代石灰岩中 早期胶结物一般在颗粒周围组成薄边胶 结，常见为纤维状或马牙状无铁方解石,可能 为海水成因的文石或高镁方解石经成岩变化 而成. 后期胶结物多为 粒状含铁主解石，可能 为淡水成因或如福克所 接指的深埋的地下孔隙 水或原生水形成。
4、交代作用（replacement） 在碳酸盐沉积物或碳酸盐岩中，原来的 矿物和组分为新矿物取代的作用叫交代作用。 碳酸盐岩中常见的交代作用有白云石化、 去白云石化、硅化、石膏化和硬石膏化、去 石膏化、菱铁矿化和黄铁矿化等。
第六节 碳酸盐沉积物的 沉积后作用
(postsedimentational process of carbonate sediments)
碳 酸 岩 盐 的 形 成 与 演 化

碳酸盐沉积物的沉积后作用，是在沉积作
用阶段之后，碳酸盐沉积物及碳酸盐岩所发 生的一系列的物理的、化学的、物理化学的 和生物的作用，以及这些作用所引起的碳酸 盐沉积物和碳酸盐岩的结构、构造、成分以 及物理的和化学的性质的变化。
重结晶作用分简单重结晶作用和应变重结 晶作用 。 简单重结晶作用——矿物晶体单纯地增 大或缩小。 应变重结晶作用——指在应力作用下矿 物晶格发生变形。 福克（Folk, 1965）主张应将这些作用 明确地分开，但在不能辨认情况下，建议用 “新生变形作用”一词作为这些作用的统称。 也有人将上述这些作用当作广义的重结 晶作用看待。实际上，这三种作用也应属于 广义的交代作用的范畴。
文石 镁方解石（即高镁方解石） 白云石
泥晶
主要结晶形态 纤维晶 较粗的粒状晶体
2）溶解离子对碳酸盐胶结物晶出和形态 的影响
控制CaCO3结晶和形态的离子主要是镁离 子和钠离子、次要的有锶离子和硫酸根离子 等。 水溶液的Mg/Ca比值不同，形成的CaCO3 矿物也不同。 在镁离子和钠离子富集的海水中，碳酸 钙主要结晶成文石，其次为镁方解石，一般 不形成低镁方解石 。
为压实作用。
1）物理压实作用 早期发育的胶结作用或白云石化作用， 极大地妨碍碳酸盐沉积物压实作用的进行， 某些泥质颗粒岩和颗粒质泥岩及颗粒岩中， 压实作用也是重要的成岩作用。 常见的物理压实现象有：
（1）颗粒点接触频率高。 （2）颗粒变形。
（3）颗粒间线状接触或曲面接触。
（4）颗粒压平。
（5）颗粒断裂或破裂。 （6）颗粒错断。 （7）颗粒表皮撕裂。 （8）颗粒表皮剥离。 （9）颗粒表部揉皱。 （10）颗粒畸变。 （11）颗粒碎裂。 （12）潜穴及鸟眼孔隙压缩变形。

1）去白云化作用 方解石交代白云石的作用叫去白云石化作 用，交代完全时可形成交代石灰岩。
去白云石化 过程主要是在富 含硫酸盐的地下 水作用下进行的。
CaMg(CO3)2+CaSO4·2H2O→2CaCO3+MgSO4+2H2O
2）石膏化和硬石膏化作用

石膏和硬石膏交代碳酸盐矿物或组分的 现象叫石膏化和硬石膏化。
2）重结晶作用 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 成分不改变的作用。 一般情况下趋向于出现晶体长大的现象， 福克称之为“进变新生变形”作用。 特殊情况下也可能发生晶体的缩小，或 叫“退变新生变形”作用。

3、胶结作用（cementation） 胶结作用是一种孔隙水的物理化学和生
3）结晶速度对碳酸盐胶结物结晶形态的影响

结晶作用和成核作用速度缓慢，有利于 较大晶体如纤维状和粒状晶体形成。 生长速度快，往往造成泥晶结构。 在极度低镁的环境中，如在淡中，快速 的沉淀作用使方解石成为六边形的板状晶体 或矮胖六方柱晶体。

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4）胶结物的世代

充填孔隙的胶结物往往由两个或两个以 上世代组成，有时随着世代的不同，其组构 和微量元素的组成也随之发生变化。
1）矿物的转化作用——方解石化作用

现代浅海的碳酸钙沉积物是由文石、高 镁方解石和低镁方解石组成的，但在相应环 境中形成的古代石灰岩却都由低镁方解石组 成。
文石 低镁方解石 低镁方解石
由于转变的最终产物是低镁方解石，所以 又叫“方解石化”作用。
根据大量现代沉积的研究资料，碳酸钙 矿物的转化是在常温常压下进行的湿态转变。 实质上相当于一种就地的交代作用。 在这一转化过程中还发生了微量元素锶的 丢失。 文石质生物骨骼经方解石化后，其原始壳 层构造一般尚能残存。

一、碳酸盐沉积物沉积后作用的主要类型 （main types of postsedimentational process of carbonate sediments） 溶解作用 矿物的转化作用和重结晶作用 胶结作用
交代作用
压实作用以及压溶作用
1、溶解作用（solution）

溶解作用是由于碳酸盐沉积物或碳酸盐 岩中孔隙水的性质发生了变化，从而引起碳 酸盐矿物或其它成分发生溶解作用。
自生石膏和硬石膏 常为板状晶体，或为纤 维状、长柱状或粒状， 分散或放射状分布于碳 酸盐岩中，也常成层分 布或呈结核状或“鸡雏” 状结构产出。
3）去石膏化作用

硬石膏和石膏的晶体被碳酸盐矿物交代 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。 在地下，还原硫细菌与硫酸盐产生反应：
物化学的沉淀作用，作用的结果是在粒间的
孔隙中发生晶体生长。
这类晶体就是胶结物，它能把碳酸盐颗
粒或矿物粘结起来使之变成固结的岩石。研
究胶结物的意义在于胶结物反映了沉积作用
以后的变化和特征。
组成碳酸盐岩胶结物的矿物很多，但最
主要的是碳酸盐类矿物。
1）碳酸盐胶结物的矿物成分和结晶形态
方解石（即低镁方解石） 现代海洋碳酸盐胶 结物的矿物成分

在成岩作用晚期阶段，由于不稳定组分 已经转变为低镁方解石，其溶解作用多不具 选择性，称非选择性溶解 。 这是水沿节理、裂缝和原生孔隙流动并 将它们扩大的一种溶解作用，常形成溶孔、 溶缝、溶沟和溶洞。
溶解作用是扩大和增加岩石孔隙的作用， 形成新孔隙系统往往又是油气渗滤和储集的有 效空间。
碳 酸 岩 盐 孔 隙 的 分 类