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）大气淡水大气淡水 成岩期粒间水（弱酸性）粒间水（弱酸性） 表生期大气淡水（地表水）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，亮晶负鮞鲕粒岩溶作用，亮晶负鮞鲕粒 灰岩，孔壁充填炭质沥青灰岩，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，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粒间溶孔为晶粒状白云石胶结 二、二、 碳酸盐矿物的转化和重结晶作用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矿物的同质多象转化晶格和晶形变化，化学成分不变晶格和晶形变化，化学成分不变 文石文石低镁方解石低镁方解石 矿物的异质同象转化矿物的异质同象转化化学成分变化，晶格和晶形无变化化学成分变化，晶格和晶形无变化 高镁方解石高镁方解石低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进变新生变形作用微亮晶 晶体缩小退变新生变形作用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510m（而现代 沉积仅为13 m ），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 （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1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 富镁富镁孔隙水产生的镁离子毒害效应镁离子毒害效应，阻碍晶体重结晶阻碍晶体重结晶 长大长大，最终只能形成极小的微泥晶结构。 三、胶结作用三、胶结作用充填孔隙充填孔隙, ,形成胶结物形成胶结物1.1.胶结物的种类胶结物的种类 碳酸盐类矿物碳酸盐类矿物方解石、文石、高镁方解石、白云石、铁方解石方解石、文石、高镁方解石、白云石、铁方解石 、铁白云石、铁白云石 非碳酸盐矿物非碳酸盐矿物海绿石、石膏、硬石膏、盐类海绿石、石膏、硬石膏、盐类 2.2.胶结物的形态胶结物的形态泥晶泥晶文石、高镁方解石文石、高镁方解石纤维晶纤维晶文石、高镁方解石文石、高镁方解石粒状晶粒状晶方解石、白云石方解石、白云石3.胶结物的结构 环边状分布 栉壳状分布栉壳状分布 共轴生长共轴生长 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故：4.碳酸盐胶结物结晶和形态的影响因素 （1）溶液离子 Mg/CaMg/Ca高高 文石、高镁方解石针状、陡峭的菱面体 Mg/CaMg/Ca低低 低镁方解石菱面体、规则或不规则粒状 （2）结晶速度 结晶缓慢结晶缓慢 晶体较大，为粒状晶 结晶迅速结晶迅速 纤维晶 （3）底质的影响 底质：胶结物赖以沉淀的物质 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 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，早成岩浅埋藏表鲕灰质云岩，连晶方解石胶结，早成岩浅埋藏三、胶结作用三、胶结作用-世代胶结世代胶结亮晶鲕粒灰岩，亮晶鲕粒灰岩， 方解石胶结物细刃方解石胶结物细刃 状、叶片状状、叶片状细晶细晶四、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+CaSO42H2O2CaCO3+MgSO4+2H2O白云石白云石 与与 石膏共生石膏共生方解石泻利盐方解石泻利盐去白云化去白云化中晶云岩，白云石环带状，中晶云岩，白云石环带状， 内部暗色环边为方解石，晶内部暗色环边为方解石，晶 间为泥晶方解石充填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膏化亮晶砂屑含膏云岩，残余砂亮晶砂屑含膏云岩，残余砂 屑，白云石与硬石膏胶结，屑，白云石与硬石膏胶结， 无孔隙无孔隙亮晶砂屑膏质云岩，板状、亮晶砂屑膏质云岩，板状、 放射状硬石膏，孔隙全充填放射状硬石膏，孔隙全充填去膏去膏化化白云岩，刀刃状白云石为去膏白云岩，刀刃状白云石为去膏 化产物，晶粒大小不等化产物，晶粒大小不等亮晶异形粒云岩，石膏假亮晶异形粒云岩，石膏假 晶内有异形粒残余，染色晶内有异形粒残余，染色硅化硅化残余藻团粒硅（化）岩，藻云岩硅化，皮壳状结构，粒残余藻团粒硅（化）岩，藻云岩硅化，皮壳状结构，粒 间孔玉髓间孔玉髓燧石燧石石英充填石英充填五、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伴有压溶作用压溶作用亮晶鲕粒云岩，压溶作用，鲕粒变形，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，压实压溶，泥晶灰岩缝合线内含油， 并有高岭石充填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。渗流带渗流带 正常低潮线正常低潮线潜流带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。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。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）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，沿枝管藻分布纤维状等厚环边胶结物（3）生物成岩作用-藻钻孔和泥晶化藻钻孔和泥晶化藻类、细菌和钻孔生物 对颗粒钻孔钻孔、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，泥晶化，形成泥晶包壳、泥晶套。藻钻孔 藻类（钻孔藻）在碳酸盐颗粒表面生长，形成钻孔。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。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。破坏型泥晶套破坏型泥晶套 向内钻孔 建设型泥晶套建设型泥晶套 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碳酸盐滩的胶结作用海滩岩海滩岩碳酸盐泥坪的胶结作用碳酸盐泥坪的胶结作用碳酸盐结壳碳酸盐结壳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海水周期性进出（蒸发和（蒸发和COCO2 2逸出）逸出）CaCOCaCO3 3沉沉 淀淀特点 胶结物文石和高镁方解石文石和高镁方解石 骨架颗粒 碳酸盐颗粒或陆源碎屑颗粒、火山碎屑碳酸盐颗粒或陆源碎屑颗粒、火山碎屑 胶结物的形态纤维晶、新月形、重力型胶结纤维晶、新月形、重力型胶结等厚环边胶结和多期胶结等厚环边胶结和多期胶结 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 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）水垂直运动（由上而下为主） 靠近地表，常温常压靠近地表，常温常压 孔隙水被淡水充填孔隙水被淡水充填（2）根据孔隙水中CaCO3 的饱和情况分为： 溶解带 溶有CO2，酸性 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 溶解作用 溶蚀孔、洞 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渗流粉砂2.淡水潜流亚环境 （1）位置和分带 未饱和带 位于潜流带最上部，处于不饱和碳酸盐状态，主位于潜流带最上部，处于不饱和碳酸盐状态，主 要是溶解作用要是溶解作用 活动饱和带 碳酸钙饱和，