关于碳酸盐岩介绍

[拼音]：tansuanyanyan

[外文]：carbonate rock

沉积形成的碳酸盐矿物组成的岩石的总称。主要为石灰岩和白云岩两类。碳酸盐岩和碳酸盐沉积物从前寒武纪到现在均有产出，分布极广,约占沉积岩总量的1/5～1/4。碳酸盐岩本身也可是有用矿产,如石灰岩、白云岩及菱铁矿、菱锰矿、菱镁矿等，广泛用于冶金、建筑、装饰、化工等工业。碳酸盐岩中储集有丰富的石油、天然气和地下水。世界上碳酸盐岩型油气田储量占总储量的50％，占总产量的60％。与碳酸盐岩共生的固体矿产有石膏、岩盐、钾盐及汞、锑、铜、铅、锌、银、镍、钴、铀、钒等。

矿物成分

主要由文石、方解石、白云石、菱镁矿、菱铁矿、菱锰矿组成。现代碳酸钙沉积主要由高镁方解石、文石及少量低镁方解石组成。低镁方解石最稳定，文石不稳定，高镁方解石最不稳定。后两者在沉积后易转变成低镁方解石。因此，古代岩石中的碳酸盐矿物多是低镁方解石。碳酸盐矿物的结晶习性和晶体特征与形成环境有关。

碳酸盐岩中混入的非碳酸盐成分有：石膏、重晶石、岩盐及钾镁盐矿物等，此外还有少量蛋白石、自生石英、海绿石、磷酸盐矿物和有机质。常见的陆源混入物有粘土、碎屑石英和长石及微量重矿物。陆源矿物含量超过50％时，则碳酸盐岩过渡为粘土或碎屑岩。

结构

包括下列几种。

（1）粒屑结构，按粒径大小分为：砾屑（粒径>2毫米）、砂屑（粒径2～0.062毫米）、粉屑（粒径0.062～0.032毫米）、微屑（粒径 0.032～0.004毫米）和泥屑(粒径<0.004毫米)。砾屑的排列方位、粒度组成和分选性是分析碳酸盐沉积物沉积环境的重要标志。由核心和包壳组成的粒径小于 2毫米的球形或椭球形的颗粒为鲕粒。由富藻纹层组成的球形包粒为藻包粒。由微晶碳酸盐矿物组成的不具内部构造的、表面光滑的球形或卵形颗粒称球粒或团粒。外形不规则的复合颗粒集合体为团块及凝聚颗粒等。

（2）钙质生物化石显微结构，按方解石（文石）晶体的空间形态，分为由光性方位不一致、三向大致等轴的方解石（文石）几何体组成的粒状结构，广泛见于低等生物中；由平行或放射状排列，一向延长的细柱或针状方解石（文石）晶体组成的纤（柱）状结构，为腔肠动物、节肢动物、轮藻藏卵器的主要结构；由厚度小于1～2微米、近于平行的方解石（文石）薄片叠积而成的片状结构，常见于软体动物、腕足类、苔藓虫和蠕虫栖管中；全部或局部由一致消光的单一晶体或双晶组成的单晶结构，是棘皮动物的主要特征。钙质生物化石的显微结构有从粒状→纤（柱）状→片状→单晶结构的演化趋势。

（3）晶粒结构，根据粒度划分为砾晶、砂晶、粉晶和泥晶。晶粒也可根据其自形程度划分为自形晶、半自形晶和它形晶。

（4）生物骨架，指原地生长的群体生物，如珊瑚、苔藓虫、海绵、层孔虫等坚硬钙质骨骼所形成的格架。另外，一些藻类，如蓝藻和红藻，其粘液可以粘结其他碳酸盐组分，形成粘结骨架。

除上述结构外，碳酸盐岩还发育孔隙结构，包括①原生孔隙，形成于沉积同生阶段，如粒间孔隙、遮蔽孔隙、体腔孔隙、生物钻孔、窗格和层状空洞等；

（2）次生孔隙，形成于成岩及后生作用的溶解改造，如粒内、铸模、晶间及其他溶蚀孔隙。

构造

包括生物成因构造和特殊构造：

（1）生物成因构造。如由蓝绿藻形成的叠层构造，表现为富藻纹层与富碳酸盐纹层交互叠置。不同类型的叠层构造可反映形成环境的水动力条件的强弱；由生物活动形成的各种虫孔和虫迹构造，可指示生物特征及活动情况。

（2）特殊构造。如毫米级大小的、常呈定向排列的、多为方解石或硬石膏充填的形似鸟眼的鸟眼构造，主要出现于潮上带；碳酸盐沉积物充填在碳酸盐岩孔隙中形成的示顶底构造，表现为孔隙下部首先充填暗色的泥晶或粉晶方解石，其后上部为浅色的亮晶方解石或盐类矿物充填，二者界面平直，并平行于水平面，此构造可判断岩层顶底。岩层断面上呈锯齿状曲线（缝合线），它在平面上是一个起伏不平的面。一般认为缝合线是在压溶作用下形成的。还有与碎屑岩相似的构造（见沉积岩）。

主要类型

（1）成分分类，采用白云石、方解石和非碳酸盐矿物的三端元图解,将碳酸盐岩分成8种类型（见图）。

（2）结构成因分类，可将碳酸盐岩分成亮晶异常化学岩、泥晶异常化学岩、泥晶岩（正常化学岩）、原地礁灰岩、交代白云岩等类型。

成因

碳酸盐岩是自然界中重碳酸钙溶液发生过饱和，从水体中沉淀形成。现代和古代碳酸盐沉积主要分布于低纬度带无河流注入的清澈而温暖的浅海陆棚环境以及滨岸地区。这是因为碳酸盐过饱和沉淀需要排出CO2气，海水温度升高和海水深度变小都有利于水中CO2分压降低，促进重碳酸钙过饱和沉淀。另外，温暖浅海环境，生物发育，藻类光合作用均需要吸收CO2，也促进 CaCO3的饱和和沉淀。底栖和浮游生物还通过生物化学和生物物理作用直接建造钙质骨骼，形成生物碳酸盐岩。机械作用在碳酸盐岩形成中占有重要位置。在浅海带中一经沉淀的碳酸盐沉积物就受到水动力带能量的改造、簸选和沉积分异，形成以机械作用为主的各种滩、坝颗粒碳酸盐沉积体。同时，波浪、潮汐流、风暴流搅动海盆地，促使海水中CO2迅速释放,由新鲜的水流带来充分的养料，加速生物繁殖，因而使碳酸盐沉积。

在有陆源输入的浅海盆地，碳酸盐沉积受到排斥和干扰，形成不纯的泥质和砂质碳酸盐岩。在有障壁的泻湖和海湾，常常因海水中Mg2+浓度增加,形成高镁碳酸盐岩和白云岩。在大陆淡水环境，碳酸盐过饱和时常常形成各种结壳状碳酸盐岩──钙结岩。

参考书目

1. 何镜宇、孟祥化：《沉积岩和沉积相模式及建造》，地质出版社，北京，1987。
2. E.Flugel, Microfacies Analysis of limestone,Springer-Verlag,Berlin,1982.