14.第十四章 碳酸盐沉积物的沉积后作用

自生石膏和硬石膏的特征：
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。 后者溶蚀后常使围岩显现 为特征的“鸡笼铁丝”状 格架的构造。
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称为去石膏化作用。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下 列反应：
（1）CaCO3不饱和，并为弱酸性；
（2）孔隙水具有流动性。
在碳酸盐岩的各个成岩阶段都可以发生溶解作用，这些 溶解作用可以分为选择性溶解和非选择性溶解两种。
（1）同生期和成岩早期的溶解作用常具选择性的特点。
大气淡水 这是由于海洋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。 古代碳酸盐岩中能完好地保存溶模孔隙，可能是由于颗粒 选择性溶解而基质未受溶解所致，也可能是由于颗粒最外层的 泥晶皮或泥晶套的保护作用的结果（图14－1）。
二、碳酸钙矿物的转化作用
碳酸钙矿物的转化作用或方解石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 即属于这种类型； 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时有镁 离子的带出，但无晶格和晶形的变化。 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。这一现象说明，文石和高镁方解石在成岩过程中已 转变为低镁方解石，由于转变的最终产物是低镁方解石，所以 又称为“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。
三、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， 或称为“退变新生变形”作用。
1．微亮晶的形成作用 2．微泥晶的形成作用
1．微亮晶的形成作用
3．影响压实、压溶作用的因素
1 ）碳酸盐颗粒的结构、填积、排列及形状对压溶作用 有明显的影响。 2 ）连续持久的埋藏，将引起压实总效应的增加；地温 梯度较低、颗粒表面亲水以及贫镁雨水的渗入，均有利于压 溶作用的发生。 3）早期的胶结和白云石化作用，可增加碳酸盐沉积物 的强度，阻碍压溶作用发育。
1．碳酸盐胶结物的矿物成分和结晶形态
现代海洋碳酸盐胶结物的矿物成分主要为方解石（即 低镁方解石）、文石、镁方解石（即高镁方解石）和白云 石。 碳酸盐胶结物主要有三种结晶形态，即泥晶、纤维晶 和较粗的粒状晶体。 泥晶胶结物：任何一种碳酸盐矿物都可以构成泥晶胶 结物； 纤维状及针状胶结物：是文石特有的形态；镁方解石 有时也呈纤维状； 较粗的粒状晶体：粒状是白云石和方解石胶结物的特 征形态，可呈自形与半自形菱面体、叶片状或他形。
影响碳酸盐胶结物具体形状和大小的因素有：（ 1）首先是溶解离子对碳 酸盐胶结物晶出和形态的影响；（ 2）其次是结晶速度对碳酸盐胶结物结晶形 态的影响；（3）再次是底质对碳酸盐胶结物结晶形态的影响。
百度文库
2．碳酸盐胶结物的世代
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。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； 后期胶结物多为粒状含铁方解石，有 时按含铁量递增或递减的顺序还可组 成多期胶结。 早期方解石胶 结 物多为 海水 成因 的 文石或 高镁 方解 石经成岩变化而成， 后期的可能为淡水 成 因或从 深埋 的地 下 孔隙水 或原 生水 沉 淀 形成 （图 14 － 5）。
第一节 碳酸盐沉积物沉积后作 用的主要类型
碳酸盐沉积物沉积后作用中的狭义成岩作用类型很多， 主要有： 一、溶解作用 二、碳酸钙矿物的转化作用 三、重结晶作用
四、胶结作用
五、交代作用 六、压实作用和压溶作用
一、溶解作用
碳酸盐沉积物（岩）最大的特征是具易变性和易溶性。 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他成分发生溶解作用。 可形成溶孔、溶缝、溶沟、溶洞等。 发生溶解作用的条件：
（1）碳酸盐沉积物的成岩过程快，有的甚至在地表就已固结成岩； （ 2）由于其成岩快，故在埋藏成岩过程中受到的压实作用不如碎屑岩 明显； （3）埋藏过程中后期改造强烈，容易发生破裂作用和溶解作用； （ 4）受环境控制明显，不同沉积环境形成的碳酸盐沉积物的成岩作用 有很大差异。
第一节 碳酸盐沉积物沉积后作用的主要类型 第二节 碳酸盐沉积物沉积后作用的环境及特征 第三节 成岩序列和成岩阶段
3．亮晶方解石胶结物与新生变形方解石的区别
在碳酸盐岩中广泛发育着新生变形方解石晶体，它们在光学显微镜下 与亮晶方解石胶结物的特征有许多相似之处。两者的主要区别如下： 1）新生变形晶体大小不均，常呈斑块状或不规则状分布；亮晶胶结物 充填孔隙或呈皮壳状形式出现。 2）孔隙胶结物具充填组构，其长轴常垂直孔隙壁生长，向孔隙中心晶 体增大，个数减少；新生变形晶体的似球状斑块则相反，中心为微亮晶， 外部为放射状排列的较大的长形晶体。 3）新生变形晶体可破坏颗粒边界，但常保存其残余组构；铸型颗粒小 的亮晶胶结物不破坏颗粒边界，其特征与孔隙充填组构类似，常具两个以 上世代，不同世代晶体的成分和组构可以不同。
文石向方解石转化是通过晶体间的溶液薄膜进行的，它包括湿态的 同质多象转变和湿态的重结晶作用。其转化过程可能是通过文石在极小 范围内的溶解和立即沉淀，析出方解石而完成的，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，此种情 况有助于说明文石向方解石的转化是一种湿态的过程，并且还伴随有重 结晶作用。 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 （ 如 图 14 － 3 所 示）。
4）亮晶胶结物干净透明，不含原岩残余物；新生变形晶体因常含上述 杂质而显得较浑浊，当有机质多时，还会使晶体显淡褐色或略具多色性。
5）新生变形晶体晶间界面一般为弯曲状；胶结物亮晶晶间界面较平直， 三个晶体接合时合成一个180°的贴面，接合率高达30％～73％。 6）骨骼的重结晶共轴环边（交代环边）切割邻近的基质或颗粒，胶结 物的共轴环边与邻近的胶结物或颗粒分界清楚，无切割。
（2）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，称为非选择性溶解。
粒间水（弱酸性）
这是水溶液沿节理、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（图14－2）。 溶解作用是扩大和增加 岩石孔隙的作用，形成的新 孔隙系统往往又是油气渗滤 和储集的有效空间。 溶解作用可以在碳酸盐 岩成岩过程中多次发生，各 个世代的溶解作用对成藏的 影响不尽相同。因此，研究 和区别不同时代的溶解作用 及其孔隙特征是有很大实际 意义的。
2．微泥晶的形成作用
观察古代石灰岩时，常见某些有孔虫、珊瑚藻类和粪球粒，它们都是由 粒径仅 1 μm 左右的泥晶方解石组成 ，不透明 ，在反射光下略带白色 ，福克 称其为 “ 微泥晶 ”。微泥晶的原始成分可能也是镁方解石，在成岩作用过 程中， 由于富镁孔隙水产生的镁离子的 毒害效应，阻碍了晶体的重结晶 长大，最终只能形成极小的微泥 晶结构。 这可能就是罕见的一种“晶 体缩小”的重结晶现象，即“退 ++ 变新生变形”作用（图14－4）。
某些古代泥晶石灰岩，其泥晶的粒径一般为 5 ～10μm（而现代沉积仅为 1～3μm ），福克将这种大小为5～10μm的方解石晶体称为“微亮晶”。它是 在成岩过程中通过与镁离子的迁移有关的重结晶作用造成的。 由文石或高镁方解石组成的海相碳酸盐泥，在埋藏条件下发生渐进成岩 作用时，通过矿物的转化和重结晶作用，都要转变为低镁方解石，使晶体增 长至5～10μm大小的微亮晶（图14－4） 。
第十四章 碳酸盐沉积物的沉积后作用
定义：碳酸盐沉积物的沉积后作用或广义的碳酸盐岩的成岩作用，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、成分以及物理和化学性质的变化。 与碎屑岩相比，碳酸盐沉积物的成岩作用有以下特点：
五、交代作用
在碳酸盐沉积物或碳酸盐岩中，原来的矿物和组分被新 矿物取代的作用称为交代作用。
碳酸盐岩中常见的交代作用有白云石化、去白云石化、 石膏化和硬石膏化、去石膏化、菱铁矿化和黄铁矿化等。
1．去白云石化作用 2．石膏化和硬石膏化作用 3．去石膏化作用
1．去白云石化作用
方解石交代白云石的作用称为去白云石化作用。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，硫酸盐离子能从白云石中吸取镁 形成硫酸镁和方解石。其反应式如下： CaMg(CO3)2＋CaSO4· 2H2O→2CaCO3＋MgSO4＋2H2O
六、压实作用和压溶作用
1．压实作用 2．压溶作用 3．影响压实、压溶作用的因素
1．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，但在某些 颗粒碳酸盐岩中 ， 压实作用仍是重 要的成岩作用。
颗粒碳酸盐岩中常见的压实现象有：（ 1）颗粒点接触频率高；（ 2） 颗粒定向和变形；（ 3）颗粒间线状接触或曲面接触；（4）颗粒压平（图 14－6）；（ 5）颗粒断裂或破裂；（6）颗粒错断或分离；（7）颗粒表皮 撕裂；（ 8）颗粒表部揉皱；（ 9）颗粒内部构造形变；（10）颗粒在应力 作用下发生粉碎性碎裂；（11）有机质破碎变形为不规则细脉。
6CaSO4＋4H2O＋6CO2→6CaCO3＋4H2S＋11O2＋2S
上式表示硫酸盐被细菌还原，产生硫化氢和硫，同时还伴生有方解石交 代石膏的作用，硫或被水带走，或留下富集成自然硫矿床。 四川三叠系 石膏质石灰岩常 见的去石膏化的 特征是，粒状方 解石或舌状、束 状及放射状方解 石或白云石具有 石膏晶体的假象 或石膏结核的假 象。石炭系亦有 同样的特征。
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称为石膏化和硬石膏化。这是硫 酸盐化作用中最常见的类型。其发生可能与含硫酸盐的孔隙水活动有关。在地下 石膏将被硬石膏交代。
交代成因的石膏和硬石膏的特点：
交代成因的石膏和硬石膏，一般都具有被交代矿物或颗粒的假象。交代不完 全时，晶体中保留有残余颗粒的包体，这种包体在反射光下常呈混浊状到褐色。
2．压溶作用
碳酸盐岩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， 压溶作用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，是压溶作用的特征性构造； 2）颗粒间的微缝合线（图14－7）； 3）粘土和石英粉砂含量高（＞10％）或有机质较丰富的石 灰岩和晶粒较细的白云岩中密细缝组合，与缝合线构造的溶解 作用的效应相似。
四、胶结作用
胶结作用是一种孔隙水的物理化学和生物化学的沉淀作用， 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。 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
2．碳酸盐胶结物的世代
3．亮晶方解石胶结物与新生变形方解石的区别
去白云石化作用形成的次生方解石的特征：
由去白云石化作用形成的次生方解石粗大，多呈不规则状，有时可见 白云石菱面体之假晶。常因交代不完全，可见次生方解石中残留有白云石 粉末质点。岩石中如果有生物屑、鲕粒遭受去白云化时，它们常常被次生 方解石切割。 去白云石化作用形成的次生石灰岩的特征：
去白云石化作用形成的石灰岩称为次生石灰岩，一般具有粗粒和中粒 结构，常呈透镜状和树枝状出现于白云岩中。有时次生石灰岩中残留有白 云岩的团块。去白云石化作用比较局限，分布范围不广。