实验9碳酸盐岩的生物碎屑、成岩作用

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。

碳酸盐岩储层与碎屑岩储层对比，具有以下主要特点：岩石为生物、化学、机械综合成因，其中化学成因起主导作用。

岩石化学成分、矿物成分比较简单，但结构构造复杂。

岩石性质活泼、脆性大。

以海相沉积为主，沉积微相控制储层发育。

成岩作用和成岩后生作用严格控制储集空间发育和储集类型形成。

断裂、溶蚀和白云化作用是形成次生储集空间的主要作用。

次生储集空间大小悬殊、复杂多变。

储层非均质程度高。

碳酸盐岩储层描述的主要内容包括沉积相及成岩史、储集空间类型及控制因素、孔隙、裂缝、溶洞、储集空间体系，储层非均质性，储层参数确定及评价等。

基本工作流程列入表5．1。

无论是以原生孔隙为主，还是以次生储集空间为主的碳酸盐岩储层，其沉积相及成岩史是这类储层形成和发育的基础。

它决定储集类型、孔隙、裂缝、溶洞发育程度和分布、储渗能力、储层非均质性。

也是储层层位对比划分的基础和依据。

、沉积相描述1．沉积相标志（1）岩性标志。

岩性标志包括颜色、自生矿物、沉积结构、构造、岩石类型等五方面。

①岩石颜色: 岩石的颜色反映沉积古环境、古气候。

下面在表5．2 中列出碳酸盐岩常见的几种颜色反映由氧化到还原环境的②自生矿物：a.海绿石：形成于水深10〜50m温度25〜27C。

鲕绿泥石：形成于水深25〜125m温度10〜15C。

二者均为海相矿物。

b.自生磷灰石（或隐晶质胶凝矿）:海相矿物。

c.锰结核: 分布于深海、开放的大洋底。

d.天青石、重晶石、萤石：咸化泻湖沉积。

e.黄铁矿: 还原环境。

f .石膏、硬石膏：潮坪特别是潮上、潮间环境。

③沉积结构。

碳酸盐岩的结构分为粒屑（颗粒），礁岩和晶粒三种。

不同的沉积结构反映不同的沉积环境。

粒屑结构；粒屑结构由粒屑、灰泥、胶结物和孔隙四部分组成。

粒屑结构代表台地边缘浅滩相环境。

根据颗粒类型、分选、磨圆、排列方向性、填充物胶结进一步确定微相。

a.内碎屑、生屑反映强水动力条件。

b.鲕粒、核形石、球团粒、凝块石反映化学加积、凝聚环境，水动力中高能。

152Brown于1943年首次引入“微相”的概念，而后Flügel对其进行补充，指明微相是在薄片、岩石揭片或抛光片中具有鉴别意义的古生物特征和沉积学标志的综合。

Wilson根据现代碳酸盐岩沉积的资料，于1975年建立了一个描述热带镶边碳酸盐岩台地的标准相模式，根据显微结构特征将碳酸盐岩划分为24个标准微相类型（SMF），并将其总结为9个标准相带。

Flügel（2010）充分考虑冷水环境下的碳酸盐岩台地，对Wilson提出的分类方案进行修订，将标准微相类型（SMF）修订为26个，SMF1~SMF26分别对应由盆地至地表暴露区的顺序排列[1]；同时将缓坡模式的标准微相类型（RMF）归纳为30个，将相带更改为10个，该标准被广泛应用到微相研究工作中。

1 微相研究方法微相研究主要包括野外工作、样品采集及实验研究三个部分。

（1）野外工作。

野外工作是开展地质学研究的工作基础。

在野外观测过程中要注意识别：岩性、颜色、结构特征、构造特征、成岩特征、化石及生物特征等相标志[2]。

碳酸盐岩会因沉积氧化还原条件、成岩作用过程和风化作用影响呈现出不同特征。

（2）实验研究。

早期实验技术主要利用偏光显微镜对岩石薄片、揭片或切片进行观察。

后期逐步演变为将常规薄片资料与更精密显微设备（如扫描电子显微镜、阴极发光显微镜、荧光显微镜等）相结合分析观察，辅之地球化学分析得出准确可靠的研究结果。

偏光显微镜是微相研究的基础工具，可以用来观测样品薄片的颗粒类型、灰泥/亮晶相对百分碳酸盐岩微相识别标志及研究意义张雨辰成都理工大学沉积地质研究院 四川 成都 610059摘要：碳酸盐岩是一类重要的沉积岩，在全球范围内广泛分布，不仅蕴含丰富的油气资源，还承载着重要的地下水资源，近年来国内外科学家对其成因及油气资源利用高度关注，微相研究作为碳酸盐岩沉积学研究的基础，可以为岩石地层划分及油气资源勘探提供参考。

介绍了碳酸盐岩微相发展历程及研究方法，重点阐述碳酸盐岩微相识别标志及应用，探讨微相分析与沉积环境演化对应关系。

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。

沉积岩的分类沉积岩是地球表面最广泛的岩石类型之一，由沉积物经过压实、胶结和化学作用形成。

根据沉积物的来源、沉积环境和成岩作用的不同，沉积岩可以分为多个类别。

1. 碎屑岩碎屑岩是由碎屑颗粒经过堆积和压实形成的岩石。

根据颗粒大小的不同，碎屑岩可以分为砂岩、泥岩和粉砂岩。

其中，砂岩是由砂粒堆积形成的，颗粒大小在0.0625mm-2mm之间；泥岩是由粘土和淤泥堆积形成的，颗粒大小小于0.0625mm；粉砂岩则是介于砂岩和泥岩之间，颗粒大小在0.004mm-0.0625mm之间。

碎屑岩的成岩作用主要是压实和胶结，形成砂岩、泥岩和粉砂岩。

2. 生物碳酸盐岩生物碳酸盐岩是由生物残骸和海水中的碳酸盐沉积形成的。

它主要包括石灰岩、白云岩和珊瑚岩。

石灰岩是最常见的生物碳酸盐岩，由钙质生物的骨骼、壳体和珊瑚等沉积物堆积形成。

白云岩则是由微生物作用形成的，珊瑚岩则是由珊瑚和珊瑚动物的骨骼沉积形成。

生物碳酸盐岩的成岩作用主要是压实和溶解再沉积，形成石灰岩、白云岩和珊瑚岩。

3. 化学沉积岩化学沉积岩是由水中溶解的物质沉积形成的岩石。

主要包括石膏、盐岩和硬石膏。

石膏是由硫酸钙在水中溶解再结晶形成的，盐岩则是由海水中的盐类沉积形成的，硬石膏则是由石膏再次溶解再结晶形成的。

化学沉积岩的成岩作用主要是溶解再结晶和胶结，形成石膏、盐岩和硬石膏。

4. 煤煤是由植物残体在湿地环境下经过压实和化学作用形成的。

煤可以分为褐煤、烟煤和无烟煤。

其中，褐煤是含水量最高、热值最低的煤种，主要用于发电和热能生产；烟煤则是最常用的煤种，热值较高，主要用于工业和家庭供暖；无烟煤则是热值最高的煤种，主要用于冶金和化工行业。

煤的成岩作用主要是压实和热作用，形成褐煤、烟煤和无烟煤。

沉积岩是由沉积物经过成岩作用形成的岩石，不同的沉积物来源、沉积环境和成岩作用会形成不同类型的沉积岩。

研究沉积岩的分类和成因，对于认识地球历史和资源勘探具有重要意义。

碳酸盐岩的形成和特性碳酸盐岩是一种广泛分布于地球表面的沉积岩，它由碳酸盐类物质在地质历程中形成，在不同的环境条件下具有不同的特性和构造特征。

碳酸盐岩的形成过程和特性因地质环境以及化学特性的不同而不同，下面就碳酸盐岩的形成和特性进行较详细的阐述。

一、碳酸盐岩的形成碳酸盐岩主要是由碳酸盐类物质在各种海陆环境中逐步沉积形成的，主要包括两种类型：一种是生物沉积，例如珊瑚礁、蓝藻池、海洋有孔虫等;另一种是非生物沉积，在海平面上升或萎缩、大气二氧化碳浓度变化、气温等自然因素影响下沉积形成。

碳酸盐岩形成的地理条件主要包括低纬度和浅水沉积，而碳酸盐岩的形成过程主要由三个阶段构成：1、原地沉积：碳酸盐岩是由最初的碎屑岩、红泥岩等沉积岩类物质，通过物理和化学作用沉积在低纬度浅海海底上，形成初始碳酸盐物质。

2、变成碳酸盐：在海洋流水的作用下，钙离子和碳酸根离子经过化学作用结合形成碳酸盐，例如方解石（CaCO3）或白云石（CaMg(CO3)2），这是产生碳酸盐矿物的依据。

3、成岩作用：经过上述两个过程后，碳酸盐岩同样会经历基质硬化过程。

例如在成岩作用过程中，物质和温度压力的变化、水、液体和气体等供体的作用下，基质可形成各种构造特点的碳酸盐岩。

二、碳酸盐岩的特性1、特殊化学组成：碳酸盐岩中的化学组成主要是碳酸盐类，包括方解石、白云石、蜡石、菱镁石等。

碳酸盐岩的化学分子式为CaCO3或CaMg(CO3)2，是由钙离子或镁离子与碳酸根离子结合而成。

2、矿物特性：碳酸盐岩的矿物成分主要是方解石和白云石，在不同的环境和化学条件下会形成不同的矿物特征和纹理，如晶灰石、莫龙斯粘土、灰泥等。

3、岩石纹理：碳酸盐岩的生成过程中，由于现代岩体的化学和物质特性不同，因此在形成后多种不同的岩石纹理。

例如在海洋环境下，具有不同的沉积结构，包括泥灰岩、生物碎屑岩、鸟粪岩等。

在陆地环境下，碳酸盐岩具有不同的岩石纹理，包括坑道结构、溶洞系统、角砾岩等。

第一章测试1.关于沉积岩的分类，以下说法正确的是:A:砾屑灰岩属于碎屑岩类。

B:海绿石石英砂岩为碎屑岩的一种。

C:碳酸岩是一种沉积岩。

D:灰绿色块状凝灰岩是一种碳酸盐岩。

答案:B2.沉积岩的形成包括（）等三个阶段：A:沉积物搬运阶段、沉积阶段、沉积后阶段B:原始物质形成阶段、沉积物搬运和沉积作用阶段、沉积后作用阶段C:沉积物形成阶段、沉积物搬运阶段、沉积阶段D:原始物质形成阶段、沉积物搬运阶段、沉积阶段答案:B3.与岩浆岩相比，沉积岩在地表分布面积更广，体积更大A:对B:错答案:A4.因为沉积岩与火山岩均形成于地壳表层，所以二者的形成条件相同A:错B:对答案:A5.同岩浆岩相比，沉积物具有（）的特点A:特有的自生矿物B:高温矿物罕见C:存在大量有机质D:FeO高于Fe2O3E:低温矿物富集答案:ABCE6.关于沉积岩的结构特征，下列说法正确的是：A:沉积岩与岩浆岩均具有结晶结构B:沉积岩与岩浆岩均具有玻璃结构C:沉积岩具有碎屑结构而无结晶结构D:沉积岩具有结晶结构和碎屑结构答案:AD7.关于沉积岩形成的地壳表层条件（沉积圈），以下说法正确的是：A:沉积圈环境特征与岩浆岩形成条件相似B:沉积物沉积时的压力最大可达1100atmC:沉积物沉积时的温度最高可达摄氏650度D:同岩浆岩与变质岩相比，沉积岩形成于常温常压环境答案:BD8.按照原始物质来源，沉积岩可以分为（）。

A:砾岩、砂岩、粉砂岩、粘土岩B:碎屑岩、化学岩、火山碎屑岩、碳酸盐岩C:碎屑岩、碳酸盐岩、生物岩、火山碎屑岩D:碎屑岩、化学岩、生物岩、火山碎屑岩答案:D9.沉积物沉积后一般会先后经历表生期、同生期、后生期和成岩期等阶段的变化。

A:错B:对答案:A10.现代河流沉积中常可看到，上游段沉积物颗粒粗，下游段沉积物颗粒细。

A:错B:对答案:B第二章测试1.母岩的风化作用包括物理风化作用、化学风化作用A:错B:对答案:A2.下列风化过程中，属于物理风化作用的是：A:氧化作用B:水解作用C:溶解作用D:盐结晶作用答案:D3.根据尤尔斯特隆图解，砂级颗粒易搬易沉，砾级颗粒难搬难沉。

4.阿克库勒凸起奥陶系碳酸盐岩成岩作用类型与成岩作用序列4.1主要成岩作用类型与形成环境依据区内有关钻井奥陶系岩芯及岩石薄片观察，并结合有关样品的阴极发光、碳氧稳定同位素、锶同位素、包裹体类型及均一法温度测定、稀土元素分析，本次研究较为全面系统地认识了区内奥陶系碳酸盐岩的成岩作用类型和形成环境。

阿克库勒凸起奥陶系碳酸盐岩经历了漫长的地质发展历史，成岩作用现象复杂多样，主要有胶结作用、重结晶作用、硅化作用、压溶作用与多期多类缝合线的形成、白云石化作用、溶蚀作用及岩溶作用、破裂作用与多期多类裂缝的形成和充填以及油气的充注等；此外，还可见到海百合碎片的共轴生长与生物壳的泥晶化现象，下面分别叙述之。

1）胶结作用胶结作用是奥陶系碳酸盐岩中最为普遍的成岩作用现象之一，在各井奥陶系剖面上均可识别出来，它主要发育于颗粒灰岩中，另外，也发生在藻粘结灰岩中，它具体表现为如下6种形式：①粒间微亮晶方解石胶结此为奥陶系颗粒灰岩颗粒间的主要胶结形式，几乎各井奥陶系均能见到此胶结形式，并显鹰山组及一间房组下部更为发育的特征；具体可为整个颗粒灰岩层粒间为微亮晶方解石胶结，或为颗粒灰岩内部部分粒间为微亮晶方解石胶结，部分粒间为粒状亮晶方解石胶结，甚或部分粒间为微晶方解石胶结；分析它可能为粒间的微晶灰泥重结晶而来，并由此揭示此类颗粒灰岩的沉积环境能量并不太高。

②粒间粒状亮晶方解石胶结本次研究中在绝大多数钻井奥陶系岩芯薄片中见到颗粒间为此类胶结形式，并显示出一间房组上部更为发育的特征；具体可为整个颗粒灰岩粒间为粒状亮晶方解石完全胶结，或为颗粒灰岩内部部分粒间为粒状亮晶方解石胶结，部分粒间为微亮晶或微晶方解石胶结；粒间粒状亮晶方解石应是颗粒沉积后由粒间孔隙水作用化学沉淀形成，粒间粒状亮晶方解石完全胶结的颗粒灰岩所反映的沉积环境能量高或较高；而部分粒间为粒状亮晶方解石胶结、部分粒间为微亮晶或微晶方解石胶结的颗粒灰岩，所反映的沉积环境能量亦不太高。

第九章 碳酸盐岩第一节 概述一、概念碳酸盐岩：主要由方解石、白云石等碳酸盐矿物（含量大于50%）组成的沉积岩。

主要岩石类型：石灰岩（方解石>50%）；白云岩（白云石>50%）。

它们经常还和陆源碎屑及粘土组成各种过渡类型的岩石。

二、研究意义1、分布广：占沉积岩总量的20%，居第三位，仅次于泥质岩和砂岩2、重要的生油岩和储集岩3、蕴藏丰富的矿产，本身就是很有价值的资源蕴含铁、铝、锰、磷、硫、石膏、钾盐等层状矿床；铜、铅、锌、汞、锑、砷、铀等多金属层控矿床4、重要的地下水储集岩石三、现代碳酸盐岩的沉积作用和分布1、赤道两侧的南、北纬30°的范围内2、洁净的浅海水域3、动荡—弱动荡的沉积环境4、生物和生物化学作用的产物5、文石、高镁方解石和低镁方解石第二节 碳酸盐岩的成分碳酸盐岩的成分： 矿物成分、 化学成分、 同位素成分一、 碳酸盐岩的矿物成分⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧有机质盆外矿物：陆源物质非碳酸盐矿物碳酸盐矿物盆内矿物（一）、盆内矿物：碳酸盐矿物1．主要的碳酸盐矿物为方解石和白云石方解石矿物体系中：方解石、低镁方解石（一般的方解石，很稳定）文石、高镁方解石白云石矿物体系中：白云石、原白云石（富钙的白云石，向白云石转化）2．次要的碳酸盐矿物：铁方解石、铁白云石、菱铁矿、菱镁矿等。

文石(又名霰石)文石是方解石的同质异象变体,含 Mg[CO3]少于 2mol ％,属斜方晶系,在现代沉积中常呈针状,有时也呈泥状。

{010}解理不完全,硬度3.5,比重2.9。

基本特征：(1)在现代沉积物中常呈现针状，有时也呈现泥状。

(2)形成有利条件为：温度较高（＞15 ℃ ），温暖浅海沉积物以文石为主；pH值> 8；盐度高，超盐条件有利于形成文石；Mg／Ca＞2：1(3)海水中文石较方解石易沉淀的原因，李普曼（Lippman）认为与文石成核速度和结晶速度比方解石更快有关。

(4)稳定性较差(介于高镁方解石和方解石间)，易于转变为方解石，在古老的碳酸岩中不存在。