灰岩分类研究进展及其进一步完善

被生物结壳 或粘结
被生物 阻挡
泥晶灰岩 颗粒泥晶灰岩 泥晶颗粒灰岩 颗粒灰岩 漂浮岩 砾屑岩 骨架灰岩 粘结灰岩 障积灰岩
最大的问题是将沉积结构不能识别的结晶岩这一重要 的岩类人为地删除了。Wrigh（t 1992）注意到这一点，对 灰岩分类体系又作了补充：首先，明确灰岩由沉积作 用、生物作用和成岩作用形成，并基本保留了Embry
灰泥灰岩
颗粒灰 泥灰岩
灰泥颗 颗粒 漂浮 砾屑 骨架 粒灰岩 灰岩 岩 岩 灰岩
粘结 障积 胶结 灰岩 灰岩 灰岩
压缩颗 粒灰岩
溶合颗 粒灰岩
亮晶 微亮晶 灰岩 灰岩
（ 3） 第 3 次飞跃 早在 1879 年，Sorby 在研究古生 代以来的灰岩时就发现其中微生物碎屑占很大比例， 据此断定灰岩的形成与微生物作用有关[10，11]，而后众 多的沉积学家对碳酸盐岩投入大量的研究工作，发现 微生物对碳酸盐岩形成具有极其重要的作用。Riding 长期致力于微生物碳酸盐岩研究，并总结出微生物新 陈代谢能够改变水体的 pH、Eh 和离子浓度等化学条 件，从而影响 Ca2+和 Mg2+的沉淀，或是对外来颗粒进 行粘附和捕捉，并能发生自身死亡钙化[12-15]，不同的微 生物种类和作用方式在灰岩中表现为不同的沉积构 造，对此 Riding 将微生物岩主要分为 4 种类型：叠层 石，凝块石，树形石和均一石[13]。其进步性主要表现在 以下几个方面：①对成因的解释更加合理、详细；②分 类更为全面和实用，更具实际意义，而且有的类型还 有重要的地质意义，如叠层石；③为地表广泛发育的 具明显沉积构造的叠层石、凝块石等以及沉积构造不
（1．中国地质大学（北京） a.地球科学与资源学院；b.地质工程与矿产资源国家重点实验室，北京 100083）
摘 要：介绍了国内外学者在灰岩分类方面的研究成果，指出，1962 年 Folk 的分类和Dunham 的分类实用性很强，在灰岩
分类史上具有里程碑的意义。而 1971 年 Embry 对 Dunham 分类体系的修订与 1992 年 Wright 对灰岩分类的进一步完
3 灰岩分类 3 次飞跃
（ 1） 第 1 次飞跃 1971 年 Embry 对 Dunham 分类 体系作了第一次修改和补充，他认为沉积过程原始组 分未被粘结的灰岩主要由外来沉积物形成，而原始组 分被粘结的灰岩主要是在相对固定的位置由生物进 行生命活动而形成，故分别改名为异地灰岩和原地灰
第 ２9 卷 第 5 期
在原地生长形成茎状和枝状，在沉积期间类似于“篱 笆和栅栏”对沉积物进行束缚和捕获。另外生物在生 长过程中建造了一种坚硬的、立体的、骨架支撑的生 物格架，有利于沉积物的充填，Embry 将这些生物作 用方式形成的灰岩分别称为粘结灰岩、障积灰岩和骨 架灰岩[7，8]，更合理地揭示了生物对灰岩形成的控制和 影响，使得 Dunham 的生物粘结灰岩得到了细分。这 也是他们修改方案中最完美的一处。
Folk 的分类也存在一些问题：由于分类过大、过 细，因此显得有些繁琐，分类方案中的许多岩石类型 并不常见；成因复杂的微晶灰岩笼统地归为正常化学 岩显然有些不妥；异化颗粒的划分也存在不足，一是 没有考虑内碎屑特殊的成因意义，只是为了将其普遍 应用；二是颗粒类型缺少。后来 Strohmenger 和 Wirs－ ing 对 Folk 的异化颗粒作了扩充，加入了常见的且有
微晶颗粒 内碎屑微晶 鲕粒微晶 生物微晶 生物球粒微晶 球粒微晶 灰岩 （砾屑）灰岩 （砾屑）灰岩 （砾屑）灰岩 （砾屑）灰岩 （砾屑）灰岩
正常化学岩（Ⅲ）
异化颗粒 1％~10％ 异常颗粒<1％
不含或含 极少量亮 晶，微晶
为主
微晶灰岩
含内碎屑微晶 含鲕粒微晶 含生物微晶 含生物球粒微 含球粒微晶 （砾屑）灰岩 （砾屑）灰岩 （砾屑）灰岩 晶（砾屑）灰岩 （砾屑）灰岩
关键词：灰岩分类；Folk 的分类；Dunham 的分类；微生物岩；完善分类体系
中图分类号：P588.24
文献标识码：Ａ
自 1904 葛利普首次提 出灰岩分类以来，国内外沉 积学家对灰岩进行了全面 的深入的研究，提出了各式 各样的分类方案，使灰岩分 类取得了重大进展。其中有 代表性的科研成果是 Ham 于 1962 年主编的 《碳酸盐 岩分类文集》，文中记录了 众 多 的 灰 岩 分 类 方 案 ，另 外 ，Chilingar、Embry、Pettijohn、Strohmenger、Wright 等 也提出了各自的分类体系，我国许多学者也提出了不 同的分类。各种灰岩分类方案，都不同程度地反映了 碳酸盐岩研究的历程，其中 Folk 和 Dunham 的分类方 案在灰岩分类史上具有重要的里程碑意义。
微晶灰岩 如受过扰动，称为扰动微晶灰岩
原地礁灰岩（Ⅳ）
未受过扰动，称为生物岩
成因意义的核形石和外来碎屑，并对颗粒含量作了调 整[4]。
尽管 Folk 的分类有一些不足，但其基本方向和 思想是正确的，该分类在薄片研究中非常实用。是碳 酸岩研究领域中一个具有历史意义的重大突破。
2 Dunham 的分类方案及相关问题
第第２２99卷卷 第第55期期 ２００8 年 10 月
段凯波，等：新灰岩疆分类石研究油进展地及其质进一步完善 ＸＩＮＪＩＡＮＧ ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ ＧＥＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ． ２9，Ｎｏ． 5 Oct． ２００8
文章编号：１００１－３８７３（２００8）０5－０657－０5
灰岩分类研究进展及其进一步完善
段凯波 a.b，段东生 a.b，王 洁 a，张聚全 a.b
段凯波，等：灰岩分类研究进展及其进一步完善
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岩[7]，术语更加简洁和规范。 Embry 对分类体系的修改主要有 2 处 （表 3）：①
对异地灰岩的扩充，引入了颗粒大小方面的内容，以 2 mm 为界分为大颗粒和小颗粒，另外补充了漂浮岩 和砾屑岩，分别对应于 Dunham 的颗粒泥晶灰岩和颗 粒灰岩，区别仅是颗粒相对更大；②对原地灰岩的细 分，Dunham 认为形成灰岩的生物作用仅有单一的粘 结方式，而 Embry 却发现，以藻类和细菌为主的微生 物除了分泌粘液捕获、吸附和稳定沉积物外，还可以
颗粒>2 mm
原地生物
沉积结构保留
沉积结构消失
粘土级和粉砂级颗粒混合支撑 颗粒支撑 灰泥 颗粒 坚硬的 生物结壳 生物 主要组分 颗粒之间呈 大部分颗粒呈 晶体> 晶体< 颗粒<10% 颗粒>10% 含基质 无基质 支撑 支撑 生物骨架 或粘结 阻挡 被胶结 微缝合接触 微缝合接触 10μm 10μm
缺泥且颗粒支撑
生物粘 结灰岩
结晶灰岩
Hale Waihona Puke Baidu
泥晶灰岩 颗粒泥晶灰岩 泥晶颗粒灰岩 颗粒灰岩
与 Folk 的分类 对比
微晶颗粒灰岩和微晶灰岩 类型Ⅱ和Ⅲ
生物岩
亮晶异化 颗粒灰岩
类型Ⅳ 类型Ⅰ
注：表中的“与 Folk 的分类对比”栏为加入部分
Dunham 的分类依据结构总体分为 3 大类型：① 沉积作用过程中原始组分未被粘结的灰岩；②沉积作 用过程中原始组分被粘结的灰岩；③沉积结构不可识 别的灰岩。Dunham 的分类体系最成功、最出色的地方 在于他对原始组分未被粘结的灰岩的细分，以泥（微） 晶和颗粒 2 个端元组分的相对含量，划分为泥晶灰岩 （mudstone）、颗 粒 泥 晶 灰 岩（wackstone）、泥 晶 颗 粒 灰 岩（packstone）和颗粒灰岩（grainstone）4 小类，这与碎
（ 2） 第 2 次飞跃 Embry 的灰岩分类修改方案中
表 3 Embry 修改了的灰岩分类（1971）
异地灰岩（沉积作用过程中原始组分未被粘结）
原地灰岩（生物粘结灰岩）
颗粒<2 mm 基质支撑 颗粒<10% 颗粒>10%
颗粒支撑
颗粒>2 mm 基质支撑 颗粒支撑
颗粒>10%
由生物组成 坚硬的格架
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新疆石油地质
２００8 年
表 1 Folk 的灰岩分类方案（1962）
灰岩大类
异常化学岩（Ⅰ和Ⅱ） 异化颗粒>10％
亮晶>微晶 微晶>亮晶
颗粒的种类和体积含量
内碎屑<２５％
内碎屑>２５％ 鲕粒>２５％
鲕粒<２５％ 化石与球粒体积比
>3∶1
3∶1~1∶3
<1∶3
亮晶颗粒 内碎屑亮晶 鲕粒亮晶 生物亮晶 生物球粒亮晶 球粒亮晶 灰岩 （砾屑）灰岩 （砾屑）灰岩 （砾屑）灰岩 （砾屑）灰岩 （砾屑）灰岩
善，以及 2000 年 Riding 对微生物岩的划分是灰岩分类的 3 次重大进展，使得灰岩分类逐步科学、合理和完善。鉴于生
物（尤其是微生物）作用在灰岩成因中的重要性和复杂性，结合 Riding 的分类— ——将微生物岩划分为叠层石、凝块石、
树形石和均一石以及近年来生物作用类灰岩的研究进展，对灰岩分类体系作了进一步补充和完善。
屑岩中的泥岩、粉砂岩、砂岩和砾岩显示出了完美的 对应性，只是灰岩依据颗粒含量划分，而碎屑岩则依 据颗粒大小来划分。总的看来，Dunham 分类体系的框 架为“3 大类和 4 小类”模式。
Dunham 分类方案形式是从沉积结构出发，结构 是沉积环境和成岩作用方式的响应。该分类体系的 3 大类中：①原始组分未被粘结的灰岩主要在同沉积作 用阶段形成，以物理和化学作用为主，物理作用主要 是对颗粒的搬运和对沉积物的压实。化学作用主要是 泥晶形成和少量胶结作用。“4 小类”的划分反映了水 动力条件的变化以及物理作用和化学作用的程度对 比，该大类相当于 Folk 分类体系中的微晶异化颗粒 灰岩和微晶灰岩；②对于原始组分被粘结的灰岩， Dunham 作了一些描述，确定该大类与生物粘结作用 有关，统称为“生物粘结灰岩”，相当于 Folk 分类体系 中的生物岩（原地礁灰岩———Ⅳ类型）；③沉积结构不 能识别的灰岩主要形成于同沉积作用后期及浅、深埋 藏过程中，在一定温度、压力和流体等物理化学条件 下，灰岩受到胶结作用、重结晶作用和交代作用等，原 始沉积结构遭受破坏[6]，是距离变质岩最近的岩类， Dunham 将其笼统的归为结晶岩，不作细分，相当于 Folk 分类当中的亮晶异化颗粒灰岩。
的分类内容。其次，增加了成岩作用类，并对其进行了 进一步细分[9（] 表 4）。总的看来，Wright 的灰岩分类也 是结构-成因分类，但他对灰岩成因作了高度概括，使 得该分类成因性更突出，真正实现了灰岩的成因分类。
表 4 Wright 修订了的灰岩分类（1992）
沉积作用类
生物作用类
成岩作用类
颗粒<2 mm
壳牌公司的 Dunham 也提出了灰岩的分类方案， 他的分类在欧美最有影响，特别适用于沉积环境分析 和岩相古地理研究[5（] 表 ２）。
表 ２ Dunham 的灰岩分类体系（1962）
沉积结构可识别 原始组分未被粘结
沉积结构 原始组分 不可识别 被粘结
基质支撑 颗粒<10% 颗粒>10%
颗粒支撑
颗粒支撑
1 Folk 的分类方案及相关问题
Folk 的灰岩分类借鉴了碎屑岩结构分类的基本 思想。他首先提出了“异化颗粒”这一概念，即灰岩除 了正常的化学成因外，还受控于机械水动力条件，异 化颗粒仅指内碎屑、鲕粒、化石和球粒 4 种。Folk 依据 异化颗粒、亮晶方解石和微晶方解石 3 个端元组分的 相对含量，将灰岩划分为 3 种类型：①亮晶异化颗粒 灰岩；②微晶异化颗粒灰岩；③微晶灰岩。另外再以异 化颗粒含量的 1%和 10%为界线划分为 3 个区间，再 将 4 种异化颗粒和以上 3 种类型进行一对一组合，另
收稿日期：２００8－01－02
修订日期：２００8－05－04
基金项目：国家自然科学基金会项目（49803012，40472065）资助
作者简介：段凯波（1983-），男，湖南炎陵人，在读博士研究生，沉积学与油气资源，（Tel）010-82320876（E-mail）kaiboduan@yahoo.com.cn.
加原地礁灰岩— ——生物岩，得到灰岩分类体系 （表 1）。后来 Folk 在修改方案中，还根据灰岩结构成熟度 将其分为 3 个大类和 8 个亚类，随结构成熟度的升高， 反映了从深水盆地、浅水陆架到滨岸环境的岩类[1]。
Folk 的分类属于结构-成因分类[2]。事实上，异化 颗粒、亮晶方解石和微晶方解石 3 个端元组分分别相 当于碎屑岩当中的颗粒、胶结物和泥基。其实，早在 1904 年，Grabau 对灰岩分类就参照了“碎屑”观点，但 并未引起人们的重视。而后的 50 多年里，“灰岩仅是 化学岩，与机械物理作用无关”成为了沉积学家的共 识[3]，直到 Folk 提出“异化颗粒”观点，才打破了碳酸 盐岩的纯化学成因观念。因此，Folk 的分类反映了灰 岩的结构，但与碎屑岩结构分类的侧重点不同，碎屑 岩是按颗粒大小，而灰岩侧重于颗粒含量。另外，Folk 的分类还反映了水体能量，如果在静水或缓慢水流的 环境中，沉积下来的以灰泥为主，形成微晶灰岩，而在 强水流条件下，由于强水流的反复淘洗作用，颗粒间 的灰泥会被簸选出去，保留大量空隙，有利于亮晶方 解石的形成和充填。