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      第六章 碳酸鹽巖Carbonate rocks... 1

      第一節  碳酸鹽巖概論... 1

      一、緒言... 2

      二、碳酸鹽巖的成分... 2

      三、碳酸鹽巖的結構組分(重點)... 3

      四、碳酸鹽巖的構造(簡介、以自學為主)... 4

      五、碳酸鹽巖的顏色(簡介)... 5

      六、碳酸鹽巖的研究方法(簡介)... 5

      第二節  碳酸鹽巖的生物骨骼組分... 5

      一、碳酸鹽巖中生物骨骼的主要礦物成... 6

      二、鈣質生物骨骼的結構分類... 6

      三、碳酸鹽巖中常見生物門類骨骼鑒定特征... 7

      第三節  石灰巖(Limestones... 9

      一、石灰巖的成分分類... 9

      二、石灰巖的結構分類... 10

      三、石灰巖的主要類型... 14

      第四節  白云巖(Dolostones) 15

      一、白云巖巖類學... 16

      二、白云巖的生成機理... 16

      三、白云巖和成因分類... 21

        碳酸鹽沉積物的沉積后作用... 22

      (postsedimentational process of carbonate sediments) 22

      一、碳酸鹽沉積物沉積后作的主要類型... 23

      二、碳酸鹽沉積物沉積后作用的環境(重點)... 25

      三、成巖序列和成巖階段(簡介)... 27

       

       

       

      第六章  碳酸鹽巖Carbonate rocks

       

      第一節  碳酸鹽巖概論

      General view of carbonate rocks

      學時7學時(其中理論教學3學時、實驗4學時)

      基本內容

      ①基本概念:碳酸鹽巖、顆粒、內顆粒(異化顆粒)、外顆粒、內碎屑、鮞粒、藻灰結核、球粒、晶粒、生物格架、泥、膠結物、疊層石、鳥眼構造、示底構造、縫合線。

      ②基本原理:碳酸鹽巖的結構組分的類型及其含義、內碎屑的成因、鮞粒的成因、膠結物的特征、灰泥與亮晶方解石的區別、疊層石形態與水動力和關系、碳酸鹽巖的研究方法。

      重點碳酸鹽巖的主要結構組分的特征、內碎屑的成因、鮞粒的成因、膠結物的特征、灰泥與亮晶方解石的區別。

      難點內碎屑的成因、鮞粒的成因、灰泥與亮晶方解石的區別。

      教學思路首先簡要介紹碳酸鹽巖的成分特點,并從形成機理上與碎屑巖進行。然后重點講解碳酸鹽巖的結構組分,特別是顆粒、泥和膠結物,在沉積構造部分主要介紹與碎屑巖中不同的沉積構造,最后介紹碳酸鹽巖的研究方法、及碳酸鹽巖巖石學的最新研究進展。

      主要參考書:

      ①馮增昭主編《沉積巖石學》上冊第十一章,石油工業出版社,1993.

      ②曾允孚、夏文杰主編《沉積巖石學》第九章,地質出版社,1986.

      ③馮增昭等主編《中國沉積學》第五、六、七章,石油工業出版社,1994.

      ④賈振遠、李之琪編《碳酸鹽巖沉積相及沉積環境》,地質大學出版社,1989.

      ⑤何幼斌編《Sedimentary Petrology》(英文輔助教材)第六章,江漢石油學院,2003.

      Greensmith J T主編《Petrology of the sedimentary rocks》(7th ed. ,Unwin Hyman,1989.

      復習思考題

      碳酸鹽巖的礦物成分包括哪些?

      碳酸鹽巖的主要結構組分有哪些?它們的含義分別是什么?

      內碎屑的成因及不同粒級內碎屑的環境意義是什么?

      試述鮞粒類型與鮞粒形成的水動力條件的關系。

      說明碳酸鹽巖中灰泥和亮晶方解石膠結物是怎樣形成的?對比二者的異同。

      教學內容提要

      一、緒言

      (一)基本概念

      (二)碳酸鹽巖分布

      (三)經濟價值

      二、碳酸鹽巖的成分

      (一)碳酸鹽巖的礦物成分(重點)

      (二)碳酸鹽巖的化學成分

                        1.主要化學成分

                        2.微量元素

                        3.同位素

      三、碳酸鹽巖的結構組分(重點)

      (一)顆粒

                        1.內碎屑(重點)

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

      竹葉狀礫屑灰巖

                        2.鮞粒(重點)和藻灰結核

       

       

       

       

       

       

       

       

       

      亮晶鮞?;規r,川東北飛仙關組,4×10單偏光

      3.藻粒

                        4.球粒與糞球粒

                        5.其它顆粒

      (二)泥(muds

      1.泥的特征

                        2.灰泥的成因

      (三)膠結物(重點)

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

            亮晶鮞?;規r,具兩世代膠結作用,一世代為纖狀等厚環邊膠結物,

      二世代為粒狀膠結物,飛仙關組,單偏光,10×10

      1.膠結物的特征

                        2.成因

                        3.與灰泥的區別

      (四)晶粒

      (五)生物格架

      (六)主要結構類型

                        1.顆粒(或粒屑)結構

                        2.生物骨架(格架)結構

                        3.泥晶結構或微晶結構

                        4.晶粒結構及殘余結構

      四、碳酸鹽巖的構造(簡介、以自學為主)

      五、碳酸鹽巖的顏色(簡介)

      (一)顏色類型

      (二)決定因素

      (三)與沉積環境的關系

      六、碳酸鹽巖的研究方法(簡介)

      (一)野外研究方法

      (二)室內研究方法

       

       

      第二節  碳酸鹽巖的生物骨骼組分

      Organic skeletal constituents of carbonate rocks

      學時4學時(其中理論教學1學時、實驗3學時)

      基本內容

      基本概念:隱粒結構、微粒結構、晶粒結構、單晶結構、層纖結構、柱纖結構、球纖結構、柱層纖結構、玻纖結構、葉片結構、交錯紋結構、珍珠結構、柱狀結構。

      基本原理:生物骨骼的主要礦物成分、生物骨骼的主要結構類型、常見生物門類骨骼的鑒定特征。

      重點生物骨骼的主要結構類型、常見生物門類骨骼的鑒定特征。

      難點生物骨骼的主要結構類型。

      教學思路在古生物學知識的基礎上,利用大量顯微照片,重點講解碳酸鹽巖生物骨骼的主要結構類型及特點,然后介紹一些常見生物門類骨骼的鑒定特征。

      主要參考書:

      ①馮增昭主編《沉積巖石學》上冊第十二章,石油工業出版社,1993.

      ②王英華、張秀蓮、遲元芩編著《化石巖石學》,中國礦業大學出版社,1990.

      ③管守銳編《化石巖石學》,石油大學出版社,1989.

      ④余素玉編著《化石碳酸鹽巖微相》,地質出版社,1989.

      ⑤地質部一普地質綜合研究大隊編《碳酸鹽巖圖冊》,地質出版社,1981.

      中國科學院地質研究所沉積室等編《化石巖石學圖版》,北京石油勘探開發科學研究院印,1981.

      復習思考題

      研究和鑒別碳酸鹽巖中生物結構組分有何地質意義?

      在碳酸鹽巖薄片中各門類生物骨骼的鑒別標志是什么?

      試述鈣質生物骨骼顯微結構四種類型的特征。鈣質生物由低至高級,其骨骼的顯微結構有何演化規律?

      區別下列各組中生物骨骼的鑒別標志:

      a)介形蟲、瓣鰓類、腕足類;

      b)棘屑:海百合、海膽;

      c)藻屑:紅藻、傘藻、松藻;

      d)蟲屑:有孔蟲、介形蟲;

      教學內容提要

      一、碳酸鹽巖中生物骨骼的主要礦物成分

      (一)鈣質

      (二)磷質

      (三)硅質

      二、鈣質生物骨骼的結構分類

      (一)原生結構

      1.粒狀結構:膠?;蛘沉=Y構、隱粒結構、微粒結構

      2.纖(柱)狀結構

      ①纖狀結構:層(正)纖結構、柱纖結構、球纖結構、玻纖結構、柱層纖結構

      ②柱狀結構

      ③片狀結構:平行片狀結構、傾斜片狀結構、交錯片狀結構、復雜交錯片狀結構

      ④單晶結構:連生單晶結構、網格單晶結構、薄壁單晶結構

       

       

      各種纖狀結構立體示意圖

      柱層纖狀結構立體示意圖

       

       

      葉片結構立體示意圖

      連生單晶和網格單晶結構示意圖

       

       

      (二)次生結構

      1.次生多晶結構

      2.次生單晶結構

      (三)顯微結構的演化規律

      1.在不同門類中的演化

      2.在同一門類中的演化

      3.同一生物個體中的演化

      三、碳酸鹽巖中常見生物門類骨骼鑒定特征

      (一)鈣質藻類

      1.藍藻門:孔層藻、藻綿層

      2.綠藻門:粗枝藻科、松藻科

      3.紅藻門:裸松藻科、珊瑚藻科、管孔藻科、翁格達藻

      (二)原生動物門(主要講解骨骼形態和結構特征)

      1.有孔蟲

      2.蜓類

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

      含生屑泥晶灰巖,蜓類,川東北二疊系,4×10單偏光

       

      (三)海綿動物門

      (四)古杯動物門

      (五)腔腸動物門

      (六)苔蘚動物門

      (七)腕足動物門

      (八)軟體動物門

      1.軟舌螺綱

      2.竹節石綱

      3.腹足綱

      4.瓣鰓綱

      5.頭足綱

      (九)節肢動物門

      1.三葉蟲綱

      2.甲殼綱

      (十)棘皮動物門

      1.海百合綱

      2.海膽綱

       

       

      第三節  石灰巖(Limestones

      學時4學時(其中理論教學2學時、實驗2學時)

      基本內容

      石灰巖的成分分類、石灰巖的結構分類、石灰巖的主要類型

      重點石灰巖的結構分類及綜合命名

      難點石灰巖的命名

      教學思路首先簡要介紹石灰巖的成分分類及命名,然后重點介紹石灰巖的結構分類及綜合命名,對FolkDunham的結構分類進行重點評述,最后簡要介紹一些常見的石灰巖類型及其特征。

      主要參考書:

      ①馮增昭主編《沉積巖石學》上冊第十三章,石油工業出版社,1993.

      ②曾允孚、夏文杰主編《沉積巖石學》第九章,地質出版社,1986.

      WW.哈姆等主編,1962,馮增昭等譯,1981,《碳酸鹽巖分類文集》,科學技術文獻出版社重慶分社.

      ④馮增昭編著《碳酸鹽巖石學及巖相古地理學》,石油工業出版社,1989.

      ⑤何幼斌編《Sedimentary Petrology》(英文輔助教材)第六章,江漢石油學院,2003.

      復習思考題

      ①按下列要求闡述??耍?/span>1962)的石灰巖分類:三端元組分的名稱及含義;四種主要巖石類型的名稱及存在的主要優點;存在的問題。

      試將具顆粒結構的石灰巖陸源碎屑巖的結構組分進行對比,并按沉積時的水動力條件的相似性舉出三種以上相當的巖石類型。

      試分析亮晶砂屑灰巖、泥晶鮞?;規r、泥晶球?;規r、亮晶生物屑灰巖以及泥晶灰巖的形成環境。

      教學內容提要

      一、石灰巖的成分分類

      (一)成分分類

                  1.石灰巖-白云巖系列

      根據碳酸鹽巖中的方解石和白云石的相對含量,可首先把碳酸鹽巖劃分類石灰巖和白云巖兩大類,其次,在這兩大類中,還可劃分出一系列的過渡類型。

      野外常用的四種類型:

      1)(純)石灰巖:方解石>75%

      2)白云質石灰巖:方解石7550%,白云石2550%

      3)灰質白云巖:白云石7550%,方解石2550%

      4)(純)白云巖:白云石>75%

                 2.石灰巖-粘土巖系列

      石灰巖、含泥石灰巖、泥質石灰巖、含灰粘土巖、粘土巖

                 3.石灰巖-粉砂巖系列

      石灰巖、含粉砂石灰巖、粉砂質石灰巖、灰質粉砂巖,含灰粉砂巖,粉砂巖

                 4.石灰巖-砂巖系列

      石灰巖、含砂石灰巖、砂質石灰巖、灰質砂巖、含灰砂巖、砂巖

                 5.三組分或多組分的分類

      用三端元或多端元的圖解分類,如石灰巖-白云巖-粘土巖系列

      (二)兩級或三級分類命名原則(重點

      1.兩級,即以>50%5025%的兩個含量級別進行分類命名

      2.三級,以>50%,5025%、2510%三個含量級別進行分類命名

      凡含量>50%的,用它定巖石的基本名稱以“XX巖”表示之

      凡含量5025%的,用它定巖石基本名稱的主要形容詞,以“XX質”表示之

      凡含量2510%的,用它定巖石基本名稱的次要形容詞,以“含XX”表示之

      3.復合命名原則:巖石中沒有含量大于50%的成分,把含量5025%的成分聯合起來定巖石的基本名稱。

      二、石灰巖的結構分類

      (一)代表性的分類簡介

      1.  ??耍?/span>Folk,1959,1962)的石灰巖分類(重點)

       

      異化顆粒Alochem Grains (allochems)

      三個端元   微晶方解石泥(微晶)Microcrystalline Calcite Matrix (ooze)

      亮晶方解石膠結物(亮晶)Sparry calcite cement

       

      I:亮晶異化石灰巖——水動條件很強

      三個主要巖類    Ⅱ:微晶異化石灰巖——水動力條件弱

      Ⅲ:微晶石灰巖——水動力條件很弱

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

      ??税癣?、Ⅱ類叫做異?;瘜W巖,把Ⅲ類叫做正?;瘜W巖。

      把由生物格架所組成的礁石灰巖叫做生物巖——Ⅳ類。

      在這四個主要石灰巖類型的基礎上,Folk又根據異化顆粒的類型及其他特征,把石灰巖又細分為11種類型。

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

      此外,Folk還根據異化顆粒的粒度特征、各種異化顆粒的相對含量以及其他成因特點,又制定了一個綜合性的碳酸鹽巖分類表。

      優點:

      1)把碎屑巖的結構觀點系統地引進到碳酸鹽巖中來首先提出異化顆粒和異?;瘜W巖的觀點,從而打破了石灰巖的陳舊一統的“化學巖”的概念。

      2)創建了一套全新的石灰巖結構分類和術語系統。

      缺點:

      1)三端元中“亮晶”不是獨立的組分,實際上是兩端元組分。

      2)分類中未考慮重結晶作用的影響

      3)綜合分類表中“清規戒律”太多,制造了不必要的人為的麻煩。

      4)“正?;瘜W巖”和“異?;瘜W巖”為非描述性的成因術語,用它對巖石類型進行概括,并不恰當。

      2.鄧哈姆(Dunham, 1962)的分類(重點)

      1)對于顆粒-灰泥石灰巖來說,是兩端元組分分類

      兩個端元顆粒:grain~異化顆粒、mud~灰泥/微晶方解石泥

      顆粒巖Grainstone         高能環境

      巖石類型泥質顆粒巖Packstone

      顆粒質泥巖Wackstone

      泥巖Mudstone             低能環境

      2)特殊類型

      粘結巖Boundstone

      結晶碳酸鹽巖Crystallinecarbonate

      3)優點:①簡明扼要,有高度的概括性;②與??说姆诸愊啾?span lang="EN-US">,增加了一類結晶碳酸鹽巖

      4)缺點:術語系統比較別扭和欠嚴謹,如“泥巖”易與粘土巖中的“泥巖”相混。

                 3.其他分類

      1)恩布里和克洛范(Embry and Klovan, 1971

      2)萊頓及潘德克斯特(Leighton and Pendexter, 1962

      (二)本教材的分類(重點)

                 1.原則

      1)分類必須反映碳酸鹽巖巖類學的最新進展

      2)分類必須首先是描述性的

      3)分類必須有定量的標志

      4)分類必須有廣泛的實用性

      5)分類必須簡明扼要,并且一定的靈活性

      6)術語應力求確切中肯,簡明扼要,通俗易懂,并適當照顧習慣

                 2.分類

      第Ⅰ大類:顆粒-灰泥石灰巖(分布最廣)

             灰泥

             顆粒(內碎屑、生物顆粒、鮞粒、球粒)

      第Ⅱ大類:晶粒石灰巖,可據晶粒粗細進一步劃分

      第Ⅲ大類:生物格架-礁石灰巖

       

         

         

      %

         

      晶粒

      生物

      格架

      內碎屑

      生物顆粒

      鮞粒

      球粒

      藻粒

      I

      |

      I1

       

      顆粒石灰巖

      I2

      顆粒石灰巖

       

       

      10    90

       

      25           75

       

      50           50

       

      75           25

       

      90    10

       

       

      內碎屑

      石灰巖

      生粒石灰巖

      鮞粒石灰巖

      球粒石灰巖

      藻粒石灰巖

      |

      含灰泥

      顆粒石灰巖

      含灰泥內碎屑石灰巖

      含灰泥生粒石灰巖

      含灰泥鮞?;規r

      含灰泥球粒石灰巖

      含灰泥藻粒石灰巖

      灰泥質

      顆粒石灰巖

      灰泥質內碎屑石灰巖

      灰泥質生粒石灰巖

      灰泥質鮞?;規r

      灰泥質球粒石灰巖

      灰泥質藻粒石灰巖

      顆粒質

      石灰巖

      顆粒質

      灰泥石灰巖

      內碎屑質灰泥石灰巖

      生粒質灰泥石灰巖

      鮞粒質灰泥石灰巖

      球粒質灰泥石灰巖

      藻粒質灰泥石灰巖

      含顆粒

      石灰巖

      含顆粒

      灰泥石灰巖

      含內碎屑灰泥石巖

      含生?;夷嗍規r

      含鮞?;夷嗍規r

      含球?;夷嗍規r

      含藻?;夷嗍規r

      無顆粒

      石灰巖

      灰泥石灰巖

      灰泥石灰巖

      灰泥石灰巖

      灰泥石灰巖

      灰泥石灰巖

      灰泥石灰巖

       

      命名實例:

      1)某石灰巖中,灰泥30%,海百合碎屑60%,其它碎屑10%,灰泥質海百合屑灰巖

      2)某石灰巖中,灰泥22%,砂屑70%,生屑8%,含灰泥砂屑灰巖

      3)某石灰巖中,鮞粒75%,亮晶方解石25%,亮晶鮞?;規r

      4)某碳酸鹽巖中,方解石85%,白云石15%,砂屑70%,亮晶30%,亮晶砂屑含云灰巖

      三、石灰巖的主要類型

      (一)顆粒石灰巖

      顆粒石灰巖常呈淺灰色至灰色,中厚層至厚層或塊狀。巖石中顆粒含量大于50%。顆??梢允巧锼榫?、內碎屑、鮞粒、藻粒、球粒(團粒)等其中的一種或幾種。粒徑可以大至漂礫級,最小到粉屑級;它們的填隙物可以是灰泥雜基或亮晶膠結物,或兩者均有。

      顆粒的分選和圓度可以因搬運磨蝕程度而明顯不同,潮上或礁前環境形成的顆粒石灰巖中的顆粒多呈棱角狀碎屑,淺水波浪環境的顆粒石灰巖中的顆粒分選磨圓度良好,風成砂丘或海灘顆粒石灰巖的顆粒分選磨圓度特別好。

      沖洗干凈、分選好的顆粒石灰巖,通常代表水淺、波浪和流水作用較強烈的環境,其中灰泥被簸選走,顆粒被亮晶方解石膠結,波痕、交錯層理及沖刷構造常見。

      (二)泥晶石灰巖

      泥晶石灰巖或稱為灰泥石灰巖,一般呈灰色至深灰色,薄至中層為主。巖石主要由泥晶方解石構成,其中顆粒含量小于10%或不含顆粒。這類石灰巖中時常發育水平紋理,其層面常發育水平蟲跡,層內可見生物擾動構造。純泥晶石灰巖常具光滑的貝殼狀斷口。

      這類巖石中顆粒含量很低,但顆粒的類型尤其是生物碎屑的種類為判斷巖石沉積環境的重要標志。如含有底棲雙殼類、有孔蟲及綠藻等局限環境生物,則沉積于淺水環境;如含浮游生物則可能沉積于深水環境。泥晶石灰巖中如有藻類活動及隨后發育的鳥眼構造,則為潮間或潮上環境的典型標志。丘狀的泥晶石灰巖內如有少量障積生物的支架,則屬生物泥丘沉積巖,具有特殊的生態意義及環境意義??傊?,泥晶石灰巖主要發育于基本沒有簸選的低能環境,如淺水瀉湖、局限臺地或較深水的斜坡和盆地環境等。

      (三)生物礁石灰巖

      生物礁灰巖主要是由造礁生物骨架及造礁生物粘結的灰泥沉積物等組成的石灰巖。根據生物礁石灰巖中生物骨架及其粘結物的相對含量等,生物礁石灰巖可進一步分出原地沉積的障積巖(bafflestone)、骨架巖(framestone)、粘結巖(bindstone)及與這三類巖石具有成因聯系的異地沉積的漂礫巖(floatstone)和礫屑巖(rudstone),這些巖石的詳細特征參見本書的第二十七章。

      生物礁石灰巖在地貌上高于同期沉積物的石灰巖而呈塊狀巖隆。主要的造礁生物有鈣藻、珊瑚、海綿動物、苔蘚蟲、層孔蟲、厚殼蛤等,這些生物隨著地質時代而變化。根據造礁生物種類的不同,生物礁石灰巖可進一步命名為藻礁石灰巖、珊瑚礁石灰巖等。

      (四)晶粒石灰巖

      這是一類較特殊的石灰巖,主要由方解石晶粒組成。其中較粗晶的晶粒石灰巖大都是重結晶作用或交代作用的產物。這類巖石的原始沉積結構和構造,可以通過陰極發光法等方法識別。

       

       

       

      第四節  白云巖(Dolostones)

      學時3學時(其中理論教學2學時、實驗1學時)

      基本內容

      白云巖巖類學,幾種主要白云石化的作用機理,白云巖的成因分類

      重點與難點白云巖的生成機理

      教學思路在白云巖巖類學部分,通過與石灰巖的分類的對比來介紹白云巖的結構分類;在白云巖的生成機理部分,重點講解幾種常見的白云石化機理以及控制白云化作用的因素,如蒸發泵作用、回流滲透作用、混合白云化作用等,最后簡要介紹白云巖的成因分類。

      主要參考書:

      ①馮增昭主編《沉積巖石學》上冊第十四章,石油工業出版社,1993.

      ②曾允孚、夏文杰主編《沉積巖石學》第九章,地質出版社,1986.

      ③馮增昭編著《碳酸鹽巖石學及巖相古地理學》,石油工業出版社,1989.

      ④何幼斌編《Sedimentary Petrology》(英文輔助教材)第六章,江漢石油學院,2003.

      復習思考題

      具交代結構的白云石、白云巖有哪些鑒別標志?

      白云巖有哪幾種生成方式?它們的形成要理如何?

      ③原生沉淀作用、毛細管濃縮作用、回流滲透白云化作用與混合白云化作用有什么本質的區別?

      教學內容提要

      一、白云巖巖類學

          (一)概念

          (二)白云巖的結構分類(重點)

      1)石灰巖的結構分類系統和命名原則,基本上也適用于白云巖,因為白云巖也主要是由顆粒、泥、膠結物、生物格架及晶粒等五種結構組分組成的,所不同的是白云巖的成分主要是白云石。

      2)白云巖中,晶粒結構發育,泥晶、粉晶、細晶、中晶以至粗晶結構部相當常見;晶粒較粗的,晶形常較好且多呈自形或半自形晶,其集合體常呈砂糖狀

      3)在白云巖中,交代結構發育,如

      晶粒較粗的白云石菱形體交代各種顆粒及化石等。

      晶形較好的白云石菱形體,常具環帶或污濁核心等—交代殘余現象。

      石灰巖中的云斑,白云巖中的石灰巖殘余體等—交代作用現象。

      根據交代結構與其伴生的其他交代現象的有無,可把白云巖劃分為兩個類型:

      1)具交代結構的白云巖(包括含白云石的石灰巖)

      交代成因,次生的,非原生化學沉淀成因的

      2)不具交代結構或其他交代現象的白云巖

      原生沉淀成因?/次生交代成因?

      二、白云巖的生成機理

      (一)原生沉淀作用

              1.原理

      以化學沉淀的方式從水體中直接沉淀出來的白云石

      現在,在常溫常壓條件下,在實驗室中沿未合成出真正的、化學計量的白云石。

              2.實例

      (二)毛細管濃縮作用——準同生白云化作用(重點)

      1.原理

      在現代熱帶地區的潮上帶,剛沉積不久的表層沉積物,主要是文石。這些沉積物還是疏松的,其粒間充滿著水。這些粒間水,在開始階段是正常的海水。由于該地區氣候干熱,蒸發作用強烈,這些粒間水就不斷地向空氣中散發。與此同時,海水又通過毛細管作用,源源不斷地補充到這些疏松的沉積物的顆粒之間。久而久之,這些粒間水的含鹽度就變大了,正常的海水就變成了鹽水。從這種鹽水中首先沉淀出來的是石膏,也可能還有一些其他鹽類礦。如波斯灣南岸的廣大潮上地帶。

      石膏的沉淀使粒間水或表層積水的Mg/Ca比率大大提高。正常海水的Mg/Ca約為3:1~4:1,而干熱地區潮上地帶表層沉積物的粒間水或表層積水,其Mg/Ca可達20:1,甚至更高。這種高鎂的粒間鹽水或表層水經常與文石顆粒相接觸,將不可避免地使文石被交代,被白云化,即使文石轉化為白云石?,F代潮上地帶的白云石殼就是這樣形成的。

      準同生——距沉積期很近,剛沉積不久沿未脫離沉積環境就被交代。

      費里德曼和桑德斯(FriedmanandSanders,1967)把這一作用叫做“毛細管濃縮作用”,許靖華和西根撒勒(HsuandSiegenthaler,1969)把這一作用叫做“蒸發泵作用”(evaporativepumpingdolomitization)。

      2.特征

      1)泥晶、粉晶

      2)具潮上環境特征,如蒸發礦物(石膏、石鹽等)

      3)黃色、土黃色

      4)含泥質

      5)薄層為主

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

      波斯灣南岸卡塔爾西部費哈瀉湖附近的薩布哈及其他沉積環境分布圖

      (據伊林等,1965)圖西部的侯賽因瀉湖與波斯灣相連

       

      (三)回流滲透白云化作用(重點)

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

              1.原理

      在潮上地帶形成的高鎂粒間鹽水,當其對表層沉積的的白云化基本完了時,產生這種高鎂鹽水的地質條件還仍然持續存在,那么多余的高鎂鹽水必然會向下回流。這種向下回流滲透的高鎂鹽水,在其穿過下伏的碳酸鈣沉積物或石灰巖時,必然會使它們發生白云石化;從而形成白云巖或部分白云化的石灰巖。

      戴菲斯等(Deffeyesetal.,1965)曾以拉丁美洲小安的列斯群島博內爾島的潮上地區及瀉湖為例,對這一作用進行了詳細的論述。

              2.白云巖的特征

      1)形成較晚,一般在成巖期的,甚至是成巖期以后的。

      2)晶粒一般較粗,多在粉晶以上,如砂糖狀白云巖。

      3)常與準同生白云巖伴生

      (四)混合白云化作用(重點)

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

      地下水與海水混合液對方解石和白云石的飽和程度的影響

       

       

       

       

       

       

       

       

       

      美國威斯康星中奧陶統米夫林段的白云化作用示意圖

       

      (五)控制白云石結晶的主要因素——Mg/Ca、鹽度和結晶速度(重點)

      1.自然界難以形成化學計量白云石的原因

      2.淡水白云石

      FolkLand指出,在變鹽度的環境中,在淡水和海水的混合帶中,以及在其他淡化或淡水作用的環境中,都可以形成白云石,溶液的Mg/Ca比率只要近于1:1即可。

      淡水白云石特征:成分較純,幾乎不含雜質,清潔,透明,晶形良好,晶面平整而光滑,抗酸蝕能力強。

      淡水白云石廣泛存在,但不具地層學意義。

      FolkLand還設計了一個鹽度、Mg/Ca與白云石和方解石結晶范圍圖解。

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

       

      在常見的天然水中,鹽度和Mg/Ca比率與白云石和方解石結晶的范圍

      (六)調整白云化作用

      古德爾和加曼(GoodellandGarman,1969)在對大巴哈馬灘上安德羅斯島上的一口深探井(蘇必利爾井)進行詳細的巖石學和地球化學研究以后,提出了一個新的白云化作用機理——調整白云化作用。

      在大氣水的影響下,原來的碳酸鹽沉積物的成分,經過淋濾、溶解作用和交代作用,在化學成分及礦物成分上進行重新組合或調整,使原來的碳酸鹽沉積物發生白云化,從而生成白云巖的作用。

      當海平面下降使沉積物中的高鎂方解石暴露于大氣淡水中時,高鎂方解石就會發生溶解,釋放出Mg2+,使該處或下伏的碳酸鹽沉積物發生白云石化。

      這種白云石化作用所需要的鎂就來自沉積物本身,不需要另外的鎂來源。

      它所需要的條件主要是海平面相對下降,使原生沉淀的不穩定的碳酸鹽礦物暴露于大氣水作用下,從而使這些不穩定的碳酸鹽礦物發生溶解作用和調整白云化作用。

      (七)其他白云化作用

      1.生物白云化作用

              2.埋藏白云化作用

              3.碎屑白云石

              4.熱液白云石和變質白云石

      三、白云巖和成因分類

      1.原生白云巖

      2.次生白云巖

              1)同生白云巖。

              2)準同生白云巖。

              3)成巖白云巖。

              4)后生白云巖。

      3.其他術語

              1)碎屑白云巖

              2)生物白云巖

              3)化學白云巖

              4)風化白云巖

      5)地層白云巖

      6)構造白云巖

       

       

       

      第五節  碳酸鹽沉積物的沉積后作用

      (postsedimentational process of carbonate sediments)

      學時4學時(其中課堂教學2學時、實驗2學時)

      基本內容

      基本概念:沉積后作用、溶解作用、礦物的轉化與重結晶作用、膠結作用、世代膠結、交代作用、壓實作用、滲流粉砂、觸點-新月型膠結、重力-懸掛膠結、貼面結合、連生膠結、成巖階段、成巖序列

      碳酸鹽沉積物沉積后作用的主要類型及其特征,碳酸鹽沉積物沉積后作用環境的成巖作用特征;碳酸鹽巖成巖階段及成巖環境的劃分及其主要標志。

      重點與難點碳酸鹽沉積物沉積后作用的主要類型及特征、不同碳酸鹽沉積物沉積后作用環境的成巖作用特征

      教學思路首先介紹碳酸鹽沉積物沉積后作用的主要類型及特征,注意與碎屑沉積物沉積后作用的異同;重點講解不同碳酸鹽沉積物沉積后作用環境的環境特征及其成巖作用特征,最后簡要介紹碳酸鹽巖成巖階段及成巖環境的劃分及其主要標志。

      主要參考書:

      ①馮增昭主編《沉積巖石學》上冊第十五章,石油工業出版社,1993.

      ②曾允孚、夏文杰主編《沉積巖石學》第三章,地質出版社,1986.

      ③馮增昭等主編《中國沉積學》第二、八、九章,石油工業出版社,1994.

      ④劉寶珺、張錦泉主編《沉積成巖作用》,科學出版社,1992.

      復習思考題

      影響碳酸鹽沉積物沉積后變化的因素有哪些?

      研究碳酸鹽沉積物沉積后作用的意義有哪些?

      試述碳酸鹽沉積物沉積后作用主要類型的含義。每種作用發生在沉積后的哪些階段?其鑒別標志是什么?

      具顆粒結構的石灰巖中,其膠結物的礦物成分和晶體形態受到哪些因素的影響?

      在碳酸鹽巖中文石向低鎂方解石轉化的機理是什么?重結晶作用的機理又是什么?

      試述去白云化作用巖石的鑒別標志。在碳酸鹽巖中膏化作用的機理是什么?

      試比較共軸生長邊和共軸交代邊的成因特點及其鑒別標。

      碳酸鹽沉積物沉積后作用的五種環境分別可能出現哪些成巖后生變化的類型?

      教學內容提要

      一、碳酸鹽沉積物沉積后作的主要類型

      (一)溶解作用

      亮晶鮞?;規r,淡水選擇性溶解形成粒內溶孔,飛仙關組,單偏光,4×10

      具殘余鮞粒結構白云巖,粒間溶孔發育,埋藏溶解作用,飛仙關組,單偏光,4×10

      (二)碳酸鈣礦物的轉化作用和重結晶作用(重點)

                  1、礦物的轉化作用——方解石化作用

                 2、重結晶作用:注意講解“微亮晶”和“微泥晶”

      海洋軟泥受淡水沖洗,解除了“鎂套”的束縛,重結晶為微亮晶方解石的過程

      (三)膠結作用(重點)

              1、碳酸鹽膠結物的礦物成分和結晶形態

      2、溶解離子對碳酸鹽膠結物晶出和形態的影響

            

      鎂方解石成為平行于C軸的纖維狀或陡斜面體示意圖

      3、結晶速度對碳酸鹽膠結物結晶形態的影響

       

      Mg/Ca比值影響方解石晶體習性

      4、底質對碳酸鹽膠結物的“礦物學效應”

                 5、膠結物的世代

                 6、亮晶方解石膠結物與新生變形方解石的區別

                 7、碳酸膠結物的來源

      亮晶鮞?;規r,具兩世代膠結作用,一世代為纖狀等厚環邊膠結物,

      二世代為粒狀膠結物,飛仙關組,單偏光,10×10

      (四)交代作用

                 1、去白云化作用

                 2、石膏化和硬石膏化作用

              3、去石膏化作用

      膏質白云巖,石膏發育,硬石膏作用,飛仙關組,單偏光,4×10

      (五)壓實作用

      1、物理壓實作用

                 2、化學壓實作用——壓溶作用

                 3、影響壓實作用的因素

      二、碳酸鹽沉積物沉積后作用的環境(重點)

      (一)海水環境

                 1、海水潛流亞環境及其成巖作用

                        1)溶解作用

                        2)膠結作用

                        3)生物成巖作用——藻鉆孔和泥晶化

                        4)新生變形作用

                 2、海水滲流亞環境及其成巖作用

                        1)膠結作用

                        2)藻鉆孔和泥晶化作用

                        3)交代作用

      (二)大氣淡水環境

                 1、淡水滲流亞環境及其成巖作用

                        1)溶解作用

                        2)膠結作用

                 2、淡水潛流亞環境及其成巖作用

                        1)溶解作用

                        2)膠結作用

                        3)新生變形和重結晶作用

      (三)海水—淡水混合環境

                 1、海水—淡水混合環境

                 2、海水—淡水混合成巖作用

                        1)溶解作用

                        2)膠結作用

                        3)白云石化作用

                        4)新生變形作用

      (四)埋藏環境

                  1、物理壓實作用

                 2、化學壓實(壓溶)作用

                 3、膠結作用

                        1)淺埋藏環境的膠結作用

                        2)深埋藏環境的膠結作用

                        3)埋藏膠結物的判別標志

                        4)深埋藏膠結物的沉淀條件

                        5)埋藏環境膠結物和水的同位素特征

                 4、溶解作用

                 5、交代作用

      (1)       白云石化作用

      細晶白云巖,具霧心結構,飛仙關組,單偏光,4×10

      2)硅化作用

                 6、熱引起的礦物穩定化反應

                 7、有機質的生物化學蝕變作用

                 8、干酪根的熱化學蝕變作用

                 9、新生變形和重結晶作用

      (五)表生環境

      三、成巖序列和成巖階段(簡介)

      (一)成巖序列

      (二)成巖階段及其劃分標志

      1、早期成巖階段

      2、中期成巖作用

      3、晚期成巖階段

       

       

       

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