《沉积岩石学》第十一章 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。

第一章：绪论沉积岩：他是在地壳表层的条件下，由母岩的风化产物、火山物质、有机物质等沉积岩的原始物质成分，经搬运作用、沉积作用及沉积后作用而形成的一类岩石。

沉积岩石学：沉积岩石学是研究沉积岩的物质成分、结构构造、分类和形成作用，以及沉积环境分布规律的一门科学。

“地壳表层”：是指大气圈的下层、水圈和生物圈的全部以及岩石圈的上层。

它是包围地球表面的一个圈层，沉积岩就生成在这个圈层中，所以可以把它称为沉积岩生成圈或沉积圈。

沉积岩的原始物质有：母岩的风化产物、火山物质、有机物质、以及宇宙物质等，其中母岩的风化产物是最主要的。

第二章：沉积岩的形成及演化风化作用：是地壳表层岩石的一种破坏作用。

引起岩石破坏的外界因素有温度的变化、水以及各种酸的溶蚀作用、生物作用、各种地质应力的剥蚀作用等。

在这些因素的共同影响下，地壳表层的岩石就处于新的不稳定状态，逐渐地遭受破坏，转变为风化产物。

风化作用按其性质可分为：物理风化作用、化学风化作用和生物风化作用。

物理风化作用：岩石主要发生机械破碎，而化学成分不改变的风化作用，称为物理风化作用。

引起物理风化作用的主要因素有：温度的变化，晶体生长，重力作用，生物的生活活动，水、冰及风的破坏作用。

物理风化的总趋势是使母岩崩解，产生碎屑物质，其中包括岩石碎屑和矿物碎屑等。

化学风化作用：在氧、水和溶于水中的各种酸的作用下，母岩遭受氧化、水解和溶滤等化学变化，使其分解而产生新矿物的过程称为化学风化作用。

碎屑物质（主要是母岩风化物中的碎屑物质）在流体的作用下，将进入搬运状态向它处转移；在一定条件下，还会从搬运状态转变为沉积状态，沉积下来的沉积物可长期固定下来不再移动；也可由于地壳上升、侵蚀基准面下降、使得沉积下来的碎屑物质重新遭受剥蚀而被搬运。

搬运和沉积碎屑物质的流体主要是流水和大气、在高寒地区的冰川和干旱地区的风也是搬运和沉积碎屑物质的地质应力。

一般来说，牵引流搬运颗粒的动力主要是推力，多半是从高处往低处搬运，但有时也从低处往高处搬运。

第十一章岩相古地理研究与编图（Study and complilation of lithofacies paleogeography）第一节相标志（Facies markers）学时：1学时基本内容：岩性相标志、地化相标志、古生物相标志重点：岩性相标志难点：地化相标志和古生物相标志教学思路：以前从沉积相讲到沉积特征，包括相标志，因此本节教学以复习回顾为主，先讲相标志在相分析中的意义，再展开讲述三大类相标志。

主要参考书：刘宝珺、曾允孚主编《岩相古地理基础和工作方法》第二、三、八、九、十章，地质出版社，1985赵澄林、朱筱敏主编《沉积岩石学》附录（油区岩相古地理研究方法提纲），石油工业出版社，2001复习思考题：①相标志在相分析中的意义是什么？②常用的岩性相标志有哪些？③哪些岩石类型具有明确的指相意义？④说明B、Sr/Br、Sr/Ca、Th/U、Mn/Fe、O18/O16、C13/C12等主要元素的指相意义⑤说明痕迹化石的形态特征与沉积环境的关系教学内容提要：一、岩性标志1. 颜色颜色是沉积岩最直观、最醒目的标志。

按成因可分为继承色、自生色和次生色。

其中自生色主要取决于岩石中含铁自生矿物及有机质的种类和数量，粘土岩、化学岩和生物化学岩的自生颜色对古水介质的物理化学条件有良好的反映，是良好的地球化学指标。

2. 岩石类型岩石类型本身不是鉴别沉积相的良好标志。

但与陆源碎屑岩共生的碳酸盐岩、硅岩、蒸发岩和红色岩层等具有一定的指相性。

各类岩石的百分比或比率具有重要指相意义，以此类数据编制的岩石类型图是编制油区岩相古地理图的重要基础图件。

特定环境中形成的岩石（如浊积岩等）具有良好的指相性。

3. 自生矿物自生矿物具有良好的指相性。

海绿石和鲕绿泥石都是含铁的硅酸盐矿物，为海相标志。

自生粘土矿物可反映水介质条件，大陆环境主要是酸性介质，以高岭石为主；海洋环境粘土沉积多以伊利石和蒙皂石为主。

自生磷灰石或隐晶质胶磷矿是海相标志。

资源勘查工程专业《沉积岩石学》教学大纲课程名称：中文名称：沉积岩石学；英文名称：Sedimentary Petrology课程编码：131031学分：5分总学时：80学时，其中，理论学时：56学时，实验学时：24学时适应专业：资源勘查工程专业先修课程：地球科学概论、结晶学与矿物学、普通岩石学、古生物地史学执笔人：何幼斌审订人：李维锋、胡明毅一、课程的性质、目的与任务《沉积岩石学》属于学科基础课。

沉积岩的分布面积很广，大陆表面约有75%的面积被沉积层覆盖，大洋底几乎全部被沉积物和沉积岩所覆盖。

沉积岩石学是研究沉积岩（包括沉积矿产）的特征、生成及其在空间和时间上的分布规律的一门地质科学。

是资源勘查工程专业本科生的一门专业核心课，主要讲授沉积岩和沉积相的基本理论和基本知识、以及研究沉积岩和沉积相的基本方法，使学生掌握沉积岩和沉积相的基础理论、基本知识以及鉴别沉积岩的基本技能，学会开展沉积相研究的基本方法。

培养学生具有沉积岩石学基础理论、基本知识、基本技能，为学生学好后续专业课程和毕业后进行油区岩相古地理研究打下良好的基础。

三、教学内容与学时分配第一章绪论（1学时）沉积岩、沉积岩石学、沉积学的概念（重点）；沉积岩石学的研究历史与现状、沉积岩石学的任务及研究方法。

第二章沉积岩的形成及演化（6学时）本章重点是碎屑物质在流水中的搬运和沉积作用、沉积岩的分类。

第一节沉积岩原始物质的来源母岩的风化作用及其风化产物类型，碎屑岩的矿物成熟度概念及其研究的地质意义，风化壳的概念及其研究的地质意义第二节碎屑物质的搬运和沉积作用碎屑物质在流水、空气、冰川中的搬运和沉积作用第三节溶解物质的搬运和沉积作用溶解物质（胶体溶液、真溶液）的搬运和沉积作用，生物的搬运和沉积作用，机械沉积分异作用和化学沉积分异作用及其二者关系；正常沉积和事件沉积的概念及关系第四节沉积期后变化沉积后作用概念、基本类型、特征及其阶段划分第五节沉积岩的分类第三章沉积岩的构造和颜色（6学时）本章重点是层理、波痕第一节绪论研究沉积岩构造和颜色的意义，沉积构造分类第二节物理成因的构造流动成因的构造、侵蚀成因的构造、同生变形构造、暴露成因的构造第三节化学成因的构造结晶构造、压溶构造、结核第四节生物成因的构造生物遗迹构造、生物扰动构造、生物生长构造、植物根痕第五节沉积岩的颜色第四章陆源碎屑岩（10学时）本章重点与难点：碎屑岩的成分与结构、砂岩分类第一节碎屑的物质成分碎屑物质（矿物碎屑、岩石碎屑）、化学沉淀物质；碎屑岩的化学成分第二节碎屑岩的结构碎屑岩的结构组分（碎屑颗粒、杂基、化学胶结物、孔隙）的概念及各结构组分的特点；碎屑岩的胶结类型、颗粒支撑性质；碎屑岩的结构成熟度概念及研究的地质意义第三节砾岩和角砾岩砾岩的一般特征，砾岩的分类，砾岩主要成因类型的特点，砾岩研究方法和意义第四节砂岩及粉砂岩砂岩的一般特征，砂岩的分类，各类砂岩（石英砂岩、长石砂岩、岩屑砂岩、杂砂岩）的特点及其形成环境，通过砂岩资料研究物源区构造背景，粉砂岩的一般特征及粉砂岩的成因第五节粘土岩粘土岩的一般特征，粘土岩的分类及其主要类型的特点，粘土沉积物的沉积后变化及其与油气关系第五章火山碎屑岩（1学时）火山碎屑岩的概念及岩石的一般特征，火山碎屑岩的分类及各主要岩石类型的特征，火山碎屑岩的成因类型及其识别标志第六章碳酸盐岩（8学时）本章重点是与难点：碳酸盐岩的主要结构组分、石灰岩的分类、白云岩的生成机理第一节碳酸盐岩概论碳酸盐岩岩石学研究新进展，碳酸盐岩的物质成分和结构组分特点，碳酸盐岩的构造和颜色。

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。

文献综述引言随着塔里木盆地哈拉哈塘地区奥陶系碳酸盐岩沉积相带及储层特征的不断深入研究，在上奥陶统良里塔格组良一段和良三段见良好的油气显示，其沉积相带（尤其是台缘滩亚相）成为了近年来研究的重点之一。

通过对哈拉哈塘地区大量录井、测井、岩心、薄片及地震等资料的分析以及探讨了该区上奥陶统良里塔格组的岩石类型、沉积特征及台缘滩的展布规律。

台缘滩是优质储层发育的基础，对研究区域良里塔格组潜在油气储量层位的确定具有指导意义。

1 沉积相的概念相这一概念是由丹麦地质学家斯丹诺（Steno，1669）引入地质文献的，并认为是在一定地质时期内地表某一部分的全貌。

1838年瑞士地质学家格列斯利（Gressly）开始把相的概念用于沉积岩研究中，他认为“相是沉积物变化的总和，它表现为这种或那种岩性的、地质的或古生物的差异”。

自此以后，相的概念逐渐为地质界所接受和使用。

20世纪以来，相的概念随着沉积岩石学和古地理学的发展而广为流行，对相的概念的理解也随之形成了不同的观点。

一种观点认为相是地层的概念，把相简单的看做“地层的横向变化”；另一种观点则把相理解为环境的同义语，认为相即为环境；还有人认为相是岩石特征和古生物的总和。

油气田探勘及其他沉积矿产勘探事业的飞速发展促进了对相的研究，使人们对相这一概念的认识更加深入。

目前较为普遍的看法是，相的概念中应包含沉积环境和沉积特征这两个方面的内容，而不应当把相简单地理解为环境，更不应当把它与地层概念相混淆。

《沉积学》（姜在兴，2003）把相定义为沉积环境及在该环境中形成的沉积岩（物）特征的综合。

沉积环境是在物理上、化学上和生物上均有别于相邻地区的一块地表，是发生沉积作用的场所。

沉积环境是由下述一系列环境条件（要素）所组成的：1）自然地理条件，包括海、陆、河、湖、沼泽、冰川、沙漠等的分布及地势的高低；2）气候条件，包括气候的冷、热、干旱、潮湿；3）构造条件，包括大地构造背景及沉积盆地的隆起与坳陷；4）沉积介质的物理条件，包括介质的性质（如水、风、冰川、清水、浑水、浊流）、运动方式和能量大小以及水介质的温度和深度；5)介质的化学条件，包括介质的氧化还原电位（Eh）、酸碱度（pH）以及介质的含盐度及化学组成等。

碳酸盐岩储层地质学参考教材：碳酸盐岩储层地质学，强子同主编石油大学出版社，1998一、研究进展与发展方向■储层地质学的一般概念■储层地质学在石油勘探开发中的作用■储层地质学发展前景1.储层地质学概念储层地质学是研究油气储集岩（Reservoir Rock）的一门学科，它是从石油地质学和开发地质学独立出来的一门学科，它与岩石学、地球化学、测井地质学和地震地层学、以及石油地质学和开发地质学有着密切的关系。

储层地质学研究的主要内容：储集岩的成因（形成的条件—沉积环境）和它的物性特征（孔隙度、渗透率、流体饱和度、油气比及油水界面），储层的形成、发展和演化，有效储层的形成和空间上的分布、形状和大小，控制储层特征的基本因素，以及解决储层中某些地质问题所要使用的岩石学、地球化学、地震和测井的方法。

2.储层研究的本质储层研究的本质就是通过精细的地质认识探寻合乎客观实际的统计方法，从而在杂乱无序的数据中寻找某种规律，并利用各种数学方法表述储渗体的时空分布规律。

3.在石油勘探开发中的作用石油聚集在储层中，油气勘探的目的层就是储层。

因此储层地质学的研究在整个油气勘探开发中都是至关重要的，从第一口成功的探井到三次采油的各个阶段都具有重要意义。

世界上有很多由于对储层地质学的重视不够而造成重大损失的实例。

石油地质工作者和开发工程师若不注意储层地质资料，将会带来严重的后果，从而造成重大的经济损失；相反，深入研究储层，将为油气田带来巨大的经济效益。

4.发展前景一些国家和地区上世纪50年代以前发现的老油田，由于勘探阶段对油气储层研究不够，遗留下许多储层地质方面的重大问题尚未解决；上世纪40年代末至50年代现代沉积研究风起云涌，这些研究成果把沉积岩石学推向一个崭新的阶段。

碳酸盐岩的“结构—成因”分类，以及这些分类的成因解释，把砂岩和碳酸盐岩储层研究的沉积学方面的认识加深了，从而提高了对储层沉积学的研究水平。

实践表明，有些沉积岩体在岩性变化不大时孔隙度和渗透率却有很大差别，这使得我们在研究储层沉积学的同时还必须研究储层的成岩作用和它们对储层孔隙性和渗透率的影响。

《沉积岩石学》课程教学大纲一、课程目的与任务《沉积岩石学》课程共104学时，包括《沉积岩》部分64学时（含20学时实验课），《岩相古地理》部分40学时。

《沉积岩石学》是地质工程专业（石油地质专业）重要的专业基础课之一。

通过系统学习，使学生掌握沉积岩形成演化和分布特征以及识别方法、使学生掌握主要沉积类型的沉积特征（相标志）、沉积序列和沉积模式以及沉积体与油气成藏要素之间的关系。

同时，为地层学、层序地层学、地球化学、石油地质学、储层地质学以及测井地质学、地震地层学学习和研究提供沉积学基础。

《沉积岩石学》课程的教学任务是，全面了解沉积岩的物质成分、结构、构造、岩石产状和岩层之间的关系，根据沉积岩的原生沉积特点和时空分布规律，阐明沉积岩的物源、沉积岩的成分、沉积岩的结构和构造、沉积相的概念和分类；总结沉积岩形成的理论，包括风化、搬运、沉积及沉积后变化的理论，特别是研究沉积作用及沉积后作用所形成的物质组分和结构、构造特点，不同碎屑岩和碳酸盐岩沉积相的基本特征、沉积相模式、主要识别标志和与油气分布之间的关系、沉积岩形成的沉积环境、沉积砂体的时空分布，恢复沉积古地理面貌，预测沉积矿产的有利分布地区，搞清沉积物（岩）的成因与油气成藏要素之间的关系。

同时，掌握沉积岩和沉积相的综合研究方法。

二、课程基本要求（包括与相关课程之间的联系与分工）1、掌握沉积岩的形成理论及其分布规律理论知识。

2、掌握主要类型沉积岩的岩性特征，观察和描述方法，分类和命名原则，并初步掌握沉积岩的机械分析，染色分析，普通薄片等常规测试鉴定办法。

了解部分先进测试鉴定方法。

要求学生有矿物学、岩浆岩、变质岩基础知识，熟练掌握矿物、岩石的描述和鉴定方法。

3、掌握沉积相概念、不同沉积相类型沉积特征和沉积相模式以及不同沉积相类型的识别方法。

了解不同沉积相类型与油气富集之间的关系。

《沉积岩》部分共64学时，4学分，其中实验课占20学时。

通过学习，要求掌握沉积岩的物质成分、结构、构造、岩石产状和岩层之间的关系，为阐明沉积岩成因及分布规律提供依据；总结沉积岩形成的理论，包括风化、搬运、沉积及沉积后变化的理论，特别是研究沉积作用及沉积后作用所形成的物质组分和结构、构造特点，搞清沉积物（岩）的成因和油气生成及储集的关系，并兼顾某些沉积矿床的成岩和成矿机理；掌握主要类型沉积岩的岩性特征，观察和描述方法，分类和命名原则，并初步掌握沉积岩的机械分析，染色分析，油浸法等常规测试鉴定办法。