第六章 碳酸盐岩概论

碳酸盐岩引言：在第二次世界大战以后，由于在西亚地区的石灰岩和白云岩中发现了大量的石油，因而促进了现代碳酸盐沉积物的研究工作。

由于这些发现，石油工业部门感到对浅水碳酸盐的沉积作用、成岩作用和石化作用的基本知识的缺乏，于是展开对现代碳酸盐沉积环境的研究工作。

碳酸盐岩是重要的烃源岩和储集岩，在当前国内外的大油田中，碳酸盐岩占很大比例，据统计，在世界上储量在0.14亿吨以上的546个油田中，就数目而论，以碳酸盐岩为储集层者虽然只占总数的37.9%，但就储量而言，则占57.9%。

碳酸盐岩油气田的平均储量为2亿吨，而砂岩油气田的平均储量仅为0.9亿吨。

碳酸盐岩储集层不仅具有如上所述的高储量，而且往往具有极高的产能。

据统计，目前世界上共有9口日产量达万吨以上的高产井，其中8口属于碳酸盐储集层。

显然，碳酸岩储集层中的石油具有很大的经济价值，激励我们去了解碳酸盐岩作为储油岩所应具有的性质。

我国的碳酸盐岩油气田的勘探与开发有着悠久历史，如四川在碳酸盐岩地层中采气已经有两千多年历史，至今仍为我国重要的碳酸盐岩气田分布区。

此外，近年来在华北盆地老第三系和震旦亚阶至奥陶系中也证实了高产能碳酸盐岩储集层的存在，更进一步开拓了碳酸盐储集层在我国的广阔前景。

随着国内外对碳酸盐岩研究的日益深入，当前已从根本上改变了认为碳酸盐岩是单纯化学沉积的观点，绝大部分的现代海洋碳酸盐都是生物成因的。

与此同时，对碳酸盐岩含油性的研究和认识也获得了新飞跃。

碳酸盐岩孔隙空间特征在碳酸盐岩储集层中常见的和对油气储集作用影响较大的空隙类型，目前已知有以下几种。

①粒间孔隙：是指碎屑碳酸盐岩颗粒之间的孔隙，如内碎屑之间、生物碎屑之间、鲕粒直间的孔隙等。

其特征与碎屑岩的的粒间空隙相似。

碳酸盐岩的粒间孔隙一般是原生的，但也可以是次生的，如大颗粒之间的微晶基质的选择性溶解造成的粒间孔隙。

②粒内孔隙：组成碳酸盐岩的各种颗粒内部的孔隙，如骨屑、团块、内碎屑、鲕粒等颗粒内部的空隙。

碳酸盐岩地质碳酸盐岩地质是地球地壳中重要的地质类型之一，它由碳酸盐矿物构成，包括方解石、白云石、菱苦土石等。

碳酸盐岩地质具有广泛的分布和重要的地球科学意义，不仅是制约石油、天然气等资源的重要载体，还是重要的工程材料和旅游资源。

在本文中，我们将详细介绍碳酸盐岩地质的形成过程、特征、分类以及相关的地质现象。

碳酸盐岩地质的形成过程主要有两种：沉积和变质。

沉积是指碳酸盐岩在地壳表面或地下盆地中通过生物和物理化学作用在长时间内沉积积聚形成的过程。

变质是指碳酸盐岩在地壳深部因高温、高压等条件发生变质作用，形成大理岩、大理岩麋状岩等。

碳酸盐岩地质一般形成在大洋盆、古海湖盆以及海洋沉积物沉积区等地，这些地区通常富含钙离子和碳酸盐离子，有利于碳酸盐岩的形成。

碳酸盐岩地质具有独特的特征，其最显著的特点是岩石中含有大量的碳酸盐矿物，具有相对较高的硬度和密度，并且容易溶解。

由于碳酸盐矿物的溶解性质，碳酸盐岩地质在地下水和包括酸雨在内的大气降水的作用下，容易发生溶蚀作用，形成各种地下溶洞、地下溶蚀河道和喀斯特地貌等。

此外，碳酸盐岩地质还具有脆性强、可塑性差等特点，容易发生断裂和折叠等构造变形。

根据碳酸盐岩的物质组成和形成过程，可以将其细分为多种类型，常见的有石灰岩、白垩纪石灰岩、多石级石灰岩和大理岩等。

石灰岩是由方解石或白云石主要组成的碳酸盐岩地质，广泛分布在地球各个地区。

白垩纪石灰岩是白垩纪时期沉积的石灰岩，常见于地球上许多地区的山脉和高原上。

多石级石灰岩是由多种碳酸盐矿物和其他沉淀物组成的碳酸盐岩地质，广泛分布在包括中国在内的许多国家和地区。

大理岩是由大理石经过变质作用形成的碳酸盐岩地质，常见于地壳深部，是中高温和高压下的产物。

与碳酸盐岩地质相关的地质现象有很多，其中最重要的是喀斯特地貌。

喀斯特地貌是碳酸盐岩地区地表和地下发育的特殊地形，包括天坑、溶洞、地下河等。

喀斯特地貌的形成与碳酸盐岩的溶蚀作用密切相关，地表水和地下水对碳酸盐岩的溶蚀作用形成了独特的地下溶蚀通道。

碳酸盐岩的成因与演化碳酸盐岩是一种由碳酸钙主要组成的沉积岩，它在地质历史上起着重要的作用。

碳酸盐岩的成因与演化涉及到多种地质过程和环境条件。

本文将从碳酸盐岩的形成机制、主要类型和演化过程进行论述，旨在全面解析碳酸盐岩的成因与演化。

一、碳酸盐岩的形成机制碳酸盐岩的主要成分是碳酸钙（CaCO3），它的形成机制与生物作用、化学沉淀和物理作用密切相关。

1. 生物作用：生物活动是碳酸盐岩形成的重要机制之一。

海洋中存在着丰富的生物，如藻类、珊瑚和贝类等，它们通过吸收溶解在水中的二氧化碳进行光合作用，使得海水中的碳酸钙浓度增加，进而促进了碳酸盐岩的形成。

2. 化学沉淀：在一些特殊的环境条件下，溶解在水中的碳酸钙会发生化学反应，形成固体的沉淀物质，最终形成碳酸盐岩。

例如，在湖泊或洞穴中，通过水中物质的饱和度降低，碳酸钙沉淀形成石笋、石钟乳等。

3. 物理作用：碳酸盐岩的物理作用主要包括风化、侵蚀和沉积等。

例如，当河流或湖泊流经含有大量碳酸钙的地层时，会将这些物质搬运到新的地方，沉积形成碳酸盐岩。

二、碳酸盐岩的主要类型碳酸盐岩包括石灰岩、白云石、大理石等多种类型，它们的形成机制和物理特征有所不同。

1. 石灰岩：石灰岩是最常见的碳酸盐岩之一，它由大量碳酸钙沉积而成，通常呈灰白色或黄白色。

石灰岩可以根据成岩环境的不同分为珊瑚石灰岩、生物碎屑石灰岩和化学沉积石灰岩等。

2. 白云石：白云石是一种由纯度较高的碳酸钙组成的碳酸盐岩，呈白色或浅灰色。

白云石常见于热液沉积、岩洞和喀斯特地貌等特殊环境中。

3. 大理石：大理石是由石灰岩等碳酸盐岩经过高温和高压作用转化而成的岩石。

它通常呈现出丰富的颜色和纹理，是一种常用的建筑材料。

三、碳酸盐岩的演化过程碳酸盐岩在演化过程中受到多种地质作用的影响，包括压实、溶蚀、抬升和再沉积等。

1. 压实作用：碳酸盐岩在沉积过程中会受到压实作用，即沉积物中的颗粒在重力的作用下逐渐紧密并形成岩石。

压实作用会增加碳酸盐岩的密度和强度。

第六章碳酸盐岩（Carbonate rocks）第一节碳酸盐岩概论（General view of carbonate rocks）学时：7学时（其中理论教学3学时、实验4学时）基本内容：①基本概念：碳酸盐岩、颗粒、内颗粒（异化颗粒）、外颗粒、内碎屑、鲕粒、藻灰结核、球粒、晶粒、生物格架、泥、胶结物、叠层石、鸟眼构造、示底构造、缝合线。

②基本原理：碳酸盐岩的结构组分的类型及其含义、内碎屑的成因、鲕粒的成因、胶结物的特征、灰泥与亮晶方解石的区别、叠层石形态与水动力和关系、碳酸盐岩的研究方法。

重点：碳酸盐岩的主要结构组分的特征、内碎屑的成因、鲕粒的成因、胶结物的特征、灰泥与亮晶方解石的区别。

难点：内碎屑的成因、鲕粒的成因、灰泥与亮晶方解石的区别。

教学思路：首先简要介绍碳酸盐岩的成分特点，并从形成机理上与碎屑岩进行。

然后重点讲解碳酸盐岩的结构组分，特别是颗粒、泥和胶结物，在沉积构造部分主要介绍与碎屑岩中不同的沉积构造，最后介绍碳酸盐岩的研究方法、及碳酸盐岩岩石学的最新研究进展。

主要参考书:①冯增昭主编《沉积岩石学》上册第十一章，石油工业出版社，1993.②曾允孚、夏文杰主编《沉积岩石学》第九章，地质出版社，1986.③冯增昭等主编《中国沉积学》第五、六、七章，石油工业出版社，1994.④贾振远、李之琪编《碳酸盐岩沉积相及沉积环境》，地质大学出版社，1989.⑤何幼斌编《Sedimentary Petrology》（英文辅助教材）第六章，江汉石油学院，2003.⑥Greensmith J T主编《Petrology of the sedimentary rocks》（7th ed.），Unwin Hyman，1989.复习思考题：①碳酸盐岩的矿物成分包括哪些？②碳酸盐岩的主要结构组分有哪些？它们的含义分别是什么？③内碎屑的成因及不同粒级内碎屑的环境意义是什么？④试述鲕粒类型与鲕粒形成的水动力条件的关系。

沉积岩之碳酸盐岩碳酸盐岩是沉积岩的重要组成部分，属于化学岩及生物化学岩类。

主要在海洋中形成，少数在陆地环境中形成。

古代广阔海洋中形成的碳酸盐岩，约占地表沉积岩分布面积的20%。

那么碳酸盐岩有哪些种类？又具有什么特征？与碎屑岩相比，碳酸盐岩颜色以灰色、灰黑色为主，也含有白色、灰绿色、黄褐色、紫红色等。

碳酸盐岩基本组分主要由颗粒、泥、胶结物、晶粒、生物格架等五类结构类型组成。

此外，还有一些次要的结构组分，如陆源物质、其他化学沉淀物质、有机质等；也有一些派生的结构，如孔隙等。

颗粒：碳酸盐岩中的颗粒，按其是否在沉积盆地中形成，可分内颗粒和外颗粒两类。

外颗粒指来自沉积地区以外的较老的碳酸盐岩碎屑，是陆源碎屑颗粒。

内颗粒指在沉积盆地或沉积环境内形成的碳酸盐颗粒。

这种颗粒可以是化学沉积作用、机械破碎作用或生物作用形成的，也可以是这些作用的综合产物。

内颗粒的类型主要包括内碎屑、鲕粒、藻粒等。

内碎屑主要是沉积盆地中沉积不久的、半固结或固结的各种碳酸盐沉积物，受波浪等的作用，破碎、搬运、磨蚀、再沉积而成的。

鲕粒是具有核心和同心层结构的球状颗粒，通常由核心和同心层组成。

核心可以是内碎屑、化石、球粒、陆源碎屑颗粒等；同心层主要由泥晶方解石组成。

藻粒是与藻类有成因联系的颗粒，包括藻鲕、藻灰结核以及藻团块。

泥：泥是指泥级的碳酸盐质点，是与颗粒相对应的另一种结构组分。

根据其成分，可分为灰泥和云泥。

灰泥是方解石成分的泥，也称微晶方解石泥；云泥是白云石成分的泥。

在现代碳酸盐沉积物中，灰泥大都由针状文石组成。

这种针状文石晶体的平均长度接近0.003mm，宽度约为长度的1/10。

灰泥存在3种成因类型：化学沉淀作用生成的灰泥；机械破碎、磨蚀作用生成的灰泥；生物作用生成的灰泥。

胶结物：胶结物主要是指沉淀于颗粒之间的结晶方解石或其他矿物，与砂岩中胶结物相似。

方解石胶结物晶体较清洁明亮，因此常被称为亮晶方解石、亮晶方解石胶结物或亮晶。

而泥晶级胶结物较少见。