沉积学第六章概念.doc

第六章　碳酸盐岩 碳酸盐岩是指主要由沉积的碳酸盐矿物（方解石、白云石等）组成的沉积岩，主要的岩石类型为石灰岩（方解石含量大于50%）和白云岩（白云石含量大于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。 据统计研究，碳酸盐岩约占沉积岩总量的20%，它在地壳中的分布仅次于泥质岩和砂岩。在我国，沉积岩占全国总面积的75%，而碳酸盐岩占沉积岩覆盖面积的55%。南方的震旦系、古生界及三叠系，北方的元古界及古生界，都是以碳酸盐岩为主，分布比较广泛。 碳酸盐岩中的矿产非常丰富，其中层状矿床有铁、铝、锰、磷、硫、石膏及硬石膏、岩盐、钾盐等；而且碳酸盐岩本身包括石灰岩、白云岩、菱镁岩等也是很有价值的资源，广泛用于冶金、建筑、化工、农业等各方面。碳酸盐岩中蕴藏的石油及天然气资源也很丰富，世界上与碳酸盐岩有关的油气藏储量约占世界总储量的50%，产量占世界总产量的60%。总之，碳酸盐的研究与许多矿产，特别是与能源的开发和利用有着密切的关系。 绝大部分的碳酸盐岩都是在海洋中沉积的，而且主要的是浅海环境的产物。在深海环境中，虽然局部有珊瑚环礁提供碳酸钙的堆积，但其规模远不足以和浅水台地及陆棚相比拟。 古生代和前寒武纪的深海沉积物中普遍缺乏碳酸钙，很可能是那时分泌石灰质的浮游生物和自游生物很少，甚至不存在所致。白垩纪以后，海水地球化学条件改变，远洋的灰质浮游生物和自游生物大量繁殖，深海碳酸盐堆积有大面积分布。现代深海沉积物中，碳酸钙沉积物约占32.2%（平均含量），主要是抱球虫和翼足类软泥，也有珊瑚泥和砂。 碳酸盐岩的形成作用随着地质历史演变也有不同。在前寒武纪的海水中，Mg/Ca比值可能较高，pH值可能较低，这就阻止了钙质骨骼生物的形成。因此，前寒武纪的碳酸盐岩显然不是生物分泌的介壳形成的，而是由藻类的生物化学作用形成的，或者是由海水的直接化学沉淀形成的。到了寒武纪以后，海水由酸性变为碱性，介壳生物逐渐繁盛，生物成因的碳酸盐岩逐渐超过了化学或生物化学成因的碳酸盐岩，受机械作用或重力作用形成的碳酸盐岩也占有相当大的比例。 第一节　碳酸盐岩的成分 一、化学成分 碳酸盐岩的主要化学成分有：CaO、MgO及CO2，其余氧化物有SiO2、TiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、K2O、Na2O、H2O等。石灰岩的一般化学成分，CaO占42.61%，MgO占7.90%，CO2占41.58%，SiO2占5.19%，其它氧化物仅占2.72%。白云岩如果是纯由白云石所组成，其主要化学成分为：CaO占30.4%，MgO占21.8%，CO2占47.8%。碳酸盐岩的化学成分除了主要为CaO、MgO及CO2外 ,SiO2的含量与粘土、陆源石英以及硅质生物和燧石的存在有关； Al2O3含量较高，也和粘土有关；随着粘土的出现，K2O、Na2O和H2O也高于正常值；氧化铁与P2O5的出现，和铁质矿物与胶磷矿有关；如果出现较多的SO2，则可能与黄铁矿或石膏及硬石膏有关。另外，碳酸盐岩中经常有含某些微量元素。如Sr、Ba、Rb、V、Ni等，根据元素含量及其比值，也可作为判别环境的标志。 二、矿物成分 碳酸盐岩主要由碳酸盐矿物（白云石、方解石等）组成，还含有非碳酸盐自生矿物及陆源矿物混入物等。 现代碳酸盐沉积物中主要矿物为文石（斜方晶系）、低镁方解石及高镁方解石（三方晶系），少量白云石。 文石的镁含量极低（5000ppm），锶含量可达1000ppm（即1%），主要分布于温暖地区的浅海灰泥沉积物及碳酸盐颗粒（如鲕粒、球粒及团块等）之中，部分出现在海滩岩、生物礁及浅海碳酸盐颗粒沉积物的胶结物中。文石也是六射珊瑚和某些软体动物介壳的典型矿物成分。 低镁方解石含有不到4%mol的MgCO3，为深海有孔虫及深海碳酸盐沉积物的特征矿物，在温暖的浅海地区不是主要的沉积矿物。 高镁方解石含有大于4%mol的MgCO3，但一般含量变化在11%至19%之间。高镁方解石大都发现于温暖浅海的钙质红藻和许多无脊椎动物的外部骨骼中，在某些海滩岩中也可发现作为胶结物存在。 由于文石、高镁方解石是准稳定矿物，随着沉积物被埋藏及成岩变化，或遇淡水作用，文石可转变为方解石，而高镁方解石在析出所含的镁离子后，也转变为方解石。低镁方解石属稳定矿物，一般不发生成分变化。因而在地质历史时期中石灰岩的主要碳酸盐矿物都是方解石。 在现代咸化泻湖（如考龙泻湖）、潮坪（如巴哈马等地）及萨勃哈（如波斯湾的盐沼泽）的碳酸盐沉积物中都发现一种无序的原白云石（Ca55Mg44）。在牙买加的更新世石灰岩中，大气水潜流带与海水潜流带间的混合处曾发现交代白云石，且孔洞中有晶簇状淡水白云石沉淀（属有序白云石）。在深海沉积物中也发现少许白云石，如东地中海晚更新世的富含白云石的岩层可能是自生的（粒径10~30μm）；大西洋中脊上的白云石质岩