碳酸盐岩沉积后作用

第十一章碳酸盐沉积物（岩）的沉积后作用第一节碳酸盐沉积物（岩）沉积后作用的主要类型一、溶解作用1.发生条件CaCO3不饱和，并为弱酸性孔隙水具有流动性2.发生在成岩作用的各个阶段早成岩期（同生期）大气淡水成岩期粒间水（弱酸性）表生期大气淡水（地表水）3.成岩各阶段溶解作用的特点成岩早期选择性溶解不稳定组分（文石、高镁方解石）先被溶解，表现在对碳酸盐组分的溶解有选择性。成岩晚期非选择性溶解溶孔、溶缝、溶洞，不具选择性。碳酸盐岩孔隙的分类选择性溶解形成的孔隙岩溶作用，亮晶负鮞鲕粒灰岩，孔壁充填炭质沥青非选择性溶解形成的孔隙亮晶鲕粒云岩，粒间、粒内溶孔，粒间溶孔为晶粒状白云石胶结二、碳酸盐矿物的转化和重结晶作用矿物的转化作用矿物的同质多象转化晶格和晶形变化，化学成分不变文石→低镁方解石矿物的异质同象转化化学成分变化，晶格和晶形无变化高镁方解石→低镁方解石重结晶作用简单重结晶矿物晶体大小变化成分不变应力重结晶在应力作用下矿物晶格发生变形，包括：晶体长大、缩小。1.矿物的转化作用——方解石化作用现代浅海——文石、高镁方解石、低镁方解石组成古代石灰岩都由低镁方解石组成。文石、高镁方解石→低镁方解石文石、高镁方解石在极小范围内溶解并立即沉淀出方解石亮晶鲕粒灰岩，方解石充填负鲕粒，粒缘为纤维状方解石胶结，纤维长短近似，原为文石或高镁方解石2.重结晶作用晶体长大——进变新生变形作用→微亮晶晶体缩小——退变新生变形作用→微泥晶（1）微亮晶某些古代泥晶石灰岩，泥晶一般为5～10μm（而现代沉积仅为1～3μm），Folk将其称为微亮晶，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形成的。微亮晶形成过程矿物转化和重结晶冲洗作用，粘土矿物吸附作用重结晶作用低镁方解石（5～10μ）（微亮晶）低镁方解石（2～3μ）低镁方解石（2～3μ）＋镁离子（分布于方解石周围→镁套）由文石或高镁方解石组成的海相碳酸盐泥（1～2μ）（2）微泥晶古代某些石灰岩中，如某些有孔虫、珊瑚藻类、粪球粒等，均由仅1μ±的泥晶方解石组成，福克称其为“微泥晶”，其形成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毒害效应，阻碍晶体重结晶长大，最终只能形成极小的微泥晶结构。三、胶结作用充填孔隙,形成胶结物1.胶结物的种类碳酸盐类矿物方解石、文石、高镁方解石、白云石、铁方解石、铁白云石非碳酸盐矿物海绿石、石膏、硬石膏、盐类2.胶结物的形态泥晶文石、高镁方解石纤维晶文石、高镁方解石粒状晶方解石、白云石3.胶结物的结构环边状分布栉壳状分布共轴生长主要见于棘刺、海百合茎板中，沿方解石C轴优先生长新月形晶粒连晶式第一节碳酸盐沉积物沉积后作用的主要类型纤维状晶体的成因（镁离子侧向毒害效应）离子参与晶格构造,离子大小影响晶体构造镁离子进入面网层内部没有影响镁离子进入面网层边缘阻止晶体生长Mg/Ca比值影响方解石结晶习性故：4.碳酸盐胶结物结晶和形态的影响因素（1）溶液离子Mg/Ca高文石、高镁方解石——针状、陡峭的菱面体Mg/Ca低低镁方解石——菱面体、规则或不规则粒状（2）结晶速度结晶缓慢晶体较大，为粒状晶结晶迅速纤维晶（3）底质的影响底质：胶结物赖以沉淀的物质①同质成核A.微粒多晶矿物底质胶结物晶体的最长晶轴与底质表面垂直，呈纤维状、粒状B.大的单晶底质胶结物与单晶底质呈明显的共轴生长同质成核干净的微粒多晶矿物底质大的单晶底质②异质成核晶粒状（微粒、隐粒）与同质成核相比，生长缓慢，体积较小5.胶结物的世代（两个或两个以上的世代）早期纤维状、马牙状方解石（环带结构）后期粒状（含铁）方解石表鲕灰质云岩，连晶方解石胶结，早成岩浅埋藏三、胶结作用--世代胶结亮晶鲕粒灰岩，方解石胶结物细刃状、叶片状—细晶四、交代作用1.去白云化作用（1）机理富含硫酸盐的地表条件下CaMg(CO3)2+CaSO4·2H2O→2CaCO3+MgSO4+2H2O白云石与石膏共生→方解石＋泻利盐去白云化中晶云岩，白云石环带状，内部暗色环边为方解石，晶间为泥晶方解石充填2.石膏化和硬石膏化石膏、硬石膏交代碳酸盐矿物或组分的现象3.去石膏化作用石膏、硬石膏晶体被碳酸盐矿物交代的作用膏化亮晶砂屑含膏云岩，残余砂屑，白云石与硬石膏胶结，无孔隙亮晶砂屑膏质云岩，板状、放射状硬石膏，孔隙全充填去膏化白云岩，刀刃状白云石为去膏化产物，晶粒大小不等亮晶异形粒云岩，石膏假晶内有异形粒残余，染色硅化残余藻团粒硅（化）岩，藻云岩硅化，皮壳状结构，粒间孔玉髓—燧石—石英充填五、压实作用和压溶作用压实作用孔隙流体减少孔隙度降低沉积物密度增大颗粒变形、破裂压溶作用缝合线颗粒间缝合接触物理压实作用物理压实作用伴有压溶作用亮晶鲕粒云岩，压溶作用，鲕粒变形，鲕内溶孔胶结物为白云石五、压实作用和压溶作用压实压溶，泥晶灰岩缝合线内含油，并有高岭石充填第二节碳酸盐沉积物沉积后作用的环境一、海水环境以正常低海平面为界，分为海水渗流和海水潜流两个亚环境。渗流带正常低潮线潜流带碳酸盐沉积后作用环境示意图1.海水潜流环境包括浅水和深水两个碳酸盐沉积区朗曼根据是否发育粒间胶结作用活动带:利于胶结物形成停滞带：不利于胶结物形成成岩作用类型溶解作用胶结作用生物成岩作用（即藻钻孔和泥晶化作用）新生变形作用等（1）溶解作用发生于深海文石和方解石各自溶跃面和补偿深度之间的范围，深度大。按深度分为：部分溶解带沉淀带底界（文石溶跃面）至方解石溶跃面的深海区，方解石堆积，文石溶解。积极溶解带方解石溶跃面至其补偿深度间的深海区，全部为生物成因的方解石堆积。海水潜流亚环境溶解作用分带（2）胶结作用①胶结物成分温暖的浅海海底——文石、高镁方解石深水中有方解石②浅海胶结物最发育的场所：礁和碳酸盐浅滩现代“海底硬地”—几米深的已胶结的水下浅滩，厚几十厘米。波浪作用和活跃的孔隙水循环海水潜流亚环境胶结物泥状咸水湖潜流带胶结物中国枝管藻云岩，结壳结构，具藻架孔和管孔（小圆孔），沿枝管藻分布纤维状等厚环边胶结物（3）生物成岩作用--藻钻孔和泥晶化藻类、细菌和钻孔生物对颗粒钻孔、侵蚀或腐蚀生物死亡后的空洞碳酸盐泥晶充填或胶结物沉淀，使颗粒泥晶化，形成泥晶包壳、泥晶套。①藻钻孔藻类（钻孔藻）在碳酸盐颗粒表面生长，形成钻孔。②泥晶包壳在颗粒表面生活的藻粒，死亡后附着在颗粒周围，形成包壳。③残余泥晶壳在藻的粘液套保护下，碳酸盐颗粒表面溶蚀后的泥晶残余。泥晶包壳④泥晶套蓝、绿、红藻在碳酸盐颗粒边缘钻孔或向外生长，泥晶碳酸盐在孔洞或藻间沉淀或充填所形成的泥晶包壳。破坏型泥晶套向内钻孔建设型泥晶套向外生长。建设性泥晶套和破坏性泥晶套泥晶套2.海水渗流亚环境沿滨线分布，相当于潮间和潮上带。（1）胶结作用碳酸盐滩的胶结作用——海滩岩碳酸盐泥坪的胶结作用——碳酸盐结壳①海滩岩海滩沉积物经早期胶结成岩。热带、亚热带周期性蒸发作用海水周期性进出→（蒸发和CO2逸出）→CaCO3沉淀特点①胶结物文石和高镁方解石②骨架颗粒碳酸盐颗粒或陆源碎屑颗粒、火山碎屑③胶结物的形态纤维晶、新月形、重力型胶结★★★等厚环边胶结和多期胶结★④胶结速度极快胶结成岩数百年数十年，甚至数年太平洋海滩岩中有二战头盔和子弹壳等海水渗流亚环境海滩岩②碳酸盐坪的胶结作用——碳酸盐胶结物结壳潮坪环境干旱气候条件（2）藻钻孔和泥晶化潮间带特征与海水潜流带相同（3）交代作用白云化作用二、大气淡水环境1.淡水渗流亚环境（1）环境特点水垂直运动（由上而下为主）靠近地表，常温常压孔隙水被淡水充填（2）根据孔隙水中CaCO3的饱和情况分为：①溶解带溶有CO2，酸性②沉淀带由于蒸发或CO2逸出，碳酸钙沉淀。潮湿气候区孔隙水下渗，下部发生沉淀、胶结作用干旱气候区孔隙水上升（蒸发），地表形成钙结层。（3）淡水渗流亚环境的成岩作用①溶解作用溶蚀孔、洞②胶结作用新月型胶结重力胶结或悬垂胶结渗流粉砂孔隙中因地下水流动带来粉砂级大小的方解石或颗粒充填孔隙渗流粉砂渗流粉砂2.淡水潜流亚环境（1）位置和分带①未饱和带位于潜流带最上部，处于不饱和碳酸盐状态，主要是溶解作用②活动饱和带碳酸钙饱和，水循环活跃。胶结作用、新生变形作用和重结晶作用③停滞饱和带水的运动基本静止CaCO3饱和胶结、溶解作用无或不强。（2）成岩作用①溶解作用特点与淡水渗流环境类似②胶结作用贫镁淡水形成透明方解石，具世代结构海百合等棘屑共轴胶结③新生变形和重结晶作用文石和镁方解石→方解石三、海水—淡水混合环境上部的淡水潜流带与下部的海水潜流带之间，以半咸水为特征2.成岩作用溶解作用文石溶解，形成组构选择性溶孔胶结作用靠近淡水——方解石，叶片状。靠近海水——镁方解石，具等厚环边。白云化作用——混合白云化作用新生变形作用文石、镁方解石→方解石四、埋藏环境碳酸盐沉积物埋深加大，脱离淡水和海水环境。（1）物理压实作用（2）压溶作用（3）胶结作用（4）溶解作用（5）交代作用（6）新生变形和重结晶作用埋藏胶结物的判别标志五、表生环境碳酸盐岩在构造作用下抬升至地表。溶解作用大气淡水的非组构性溶解交代作用去石膏化作用、去白云化作用孔隙、裂缝的充填作用晶簇状方解石或方解石脉第三节碳酸盐沉积物（岩）的成岩阶段划分一、划分方案1.同生阶段大气淡水环境海（湖）底（水）环境混合水环境2.早成岩期——浅埋藏成岩环境3.晚成岩期——深埋藏成岩环境4.表生期——表生成岩环境