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第七章 碳酸盐岩石薄片研究

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第七章 碳酸盐岩薄片研究,一、碳酸盐岩矿物成分的研究 二、碳酸盐岩的结构组分研究 三、碳酸盐岩的构造研究 四、碳酸盐岩成岩后生变化的研究 五、碳酸盐岩的分类与命名,碳酸盐岩:主要是由方解石和白云石等碳酸盐矿物组成的沉积岩。 石灰岩和白云岩是碳酸盐岩的主要岩石类型。 碳酸盐岩分布很广 ,在沉积岩中居第三位 ; 重要的生油岩和储油岩。在当前国内外的大油气田中,碳酸盐岩产层占50%,产量占60%。,碳酸盐岩薄片研究,一、碳酸盐岩矿物成分的研究,(一)碳酸盐矿物成分的鉴定 主要由方解石及白云石组成 。现代的碳酸盐沉积物中还常见高镁方解石、文石。在一定的环境条件下还可有 铁白云石、菱镁矿、菱锰矿、菱铁矿等碳酸盐矿物。 以方解石为主的碳酸盐岩称石灰岩,以白云石为主的碳酸盐岩称白云岩。 1、方解石(或低镁方解石) 方解石(Ca[CO3]), 三方晶系,常见菱面体、复三方偏三角面体及微晶、隐晶质集合体。一轴晶负光性,三组菱面体解理完全,硬度为3。显微镜下具极明显的闪突起,双晶纹常见且平行于菱形解理的长对角线,高级白干涉色。 方解石是Ca[CO3]最稳定的最终保存下来的矿物相之一,在古老的碳酸盐岩中广泛分布。广泛存在于介形虫、三叶虫、有孔虫、层孔虫以及某些腕足动物和苔藓动物原始骨骼之中。,碳酸盐岩薄片研究,,一、碳酸盐岩的矿物成分研究,2、白云石 dolomite: 化学式为CaMg[CO3]2,理想白云石是Mg2+:Ca2+ = 1∶1;且高度有序,即络阴离子[CO3]22- 、镁离子Mg2+和钙离子Ca2+均分别成层沿c轴方向彼此相间排布。 三方晶系,常见的晶形为菱面体,菱形晶面常弯曲,硬度为3.5~4。显微镜下具极明显的闪突起、三组完全解理,双晶纹平行于菱形解理的短对角线,高级白干涉色。凭光学性质与方解石极难区别,常用染色法(混合液不染色)及衍射分析鉴别。 标本上可用冷的稀盐酸区分:方解石与冷稀盐酸剧烈反应起泡,白云石则不反应; 在自然界中,这种理想的白云石是很少的。碳酸盐岩中的白云石通常都是富钙的,一般说来,白云石形成时间愈长,即其时代愈老就愈接近理想白云石晶体构造和化学式。,,一、碳酸盐岩的矿物成分研究,碳酸盐岩薄片研究,3、文石: 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,集合体纤维状、放射状、皮壳状,有时也呈泥状。闪突起明显,柱状切面平行消光,{010}解理不完全,硬度3.5,比重2.9。 (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;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。,,一、碳酸盐岩的矿物成分研究,碳酸盐岩薄片研究,染色法区分白云石和方解石。 “混合液”染色 : 方解石呈粉红-红色,不含FeO(<0.5%); 铁Ⅰ方解石呈淡紫色,含0.5-1.5%的FeO; 铁Ⅱ方解石呈浅紫-紫色,含1.5-2.5%的FeO; 铁Ⅲ方解石呈深紫色,含2.5-3.5%的FeO; 白云石不染色; 铁白云石呈浅蓝-深蓝色。 注意:染色的实质是晶格中含有Fe2+,其含量多少反映出成岩的物理化学环境。,,一、碳酸盐岩的矿物成分研究,碳酸盐岩薄片研究,(二)非碳酸盐矿物 1、非碳酸盐自生矿物: 石膏、硬石膏、天青石、重晶石、萤石、石盐。钾石盐、玉髓、自生石英、黄铁矿、赤铁矿、海绿石、胶磷矿等。 2、常含一些陆源碎屑矿物: 如粘土矿物、石英、长石、云母、绿泥石,以及一些重矿物等。 3、有机质:一些碳质组分。 以上这些非碳酸盐矿物成分在判断碳酸盐岩的成因及沉积环境上,都是很有用处。,,一、碳酸盐岩的矿物成分研究,碳酸盐岩薄片研究,二 碳酸盐岩结构组分及结构特征研究,碳酸盐岩主要结构组分:颗粒、泥、胶结物、晶粒、以及生物格架。 此外,还有一些次要的结构组分,如陆源物质、其它化学沉积矿物、有机质等; 派生的结构组分如孔隙等。 这些次要的和派生的结构组分对岩石性质也有一定的影响,对岩石的成因分析有重要意义.,,,碳酸盐岩薄片研究,1、颗粒:流水成因的碳酸盐最重要结构组分之一,按成因可分:盆内颗粒和盆外颗粒 盆外颗粒:陆源碎屑颗粒,碳酸盐中一般数量少,其特征在碎屑岩章节已作讨论。 盆内颗粒(简称内颗粒):指在沉积盆地或沉积环境内形成的碳酸盐颗粒。它们可以是化学沉积作用形成的,也可以是机械破碎作用形成的,还可以是生物作用形成的,或者是这些作用的综合产物。 在碳酸盐岩中,凡提到颗粒,只要不特别注明是陆源的,均系指内颗粒。内颗粒的类型多种多样,在岩石薄片中常见者有以下5种类型:,,二 结构组分及结构特征研究,,二 结构组分及结构特征研究,碳酸盐岩薄片研究,盆内颗粒的类型:,内碎屑颗粒 鲕粒 藻粒 球粒与粪球粒 生物颗粒,,二 结构组分及结构特征研究,碳酸盐岩薄片研究,内碎屑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、潮汐流、风暴流、重力流等的作用,破碎、搬运、磨蚀、再沉积而形成的盆内颗粒。 内碎屑特征及与陆源碎屑的区别: 1)内碎屑常具有复杂的内部结构(与先期沉积物相同),可含有化石、鲕粒、球粒以及早先形成的内碎屑等; 2)内碎屑有明显的不同程度的磨蚀改造的痕迹,磨蚀的边缘常切割它所包含的化石、鲕粒等颗粒; 结构特征表现为粒度、分选性、圆度等方面;成分几乎均为碳酸盐沉积物(与先期沉积相同)。,,二 结构组分及结构特征研究,1-1 盆内颗粒-内碎屑颗粒,碳酸盐岩薄片研究,,,盆内原始半固结 沉积物,风浪、流水等 使其破碎成碎块,,搬运、再沉积 形成内碎屑,内碎屑形成示意图,,二 结构组分及结构特征研究,碳酸盐岩薄片研究,内碎屑分类:根据其颗粒直径大小,划分为砾屑、砂屑、粉屑、和泥屑四个级别;,砾屑:直径大于2mm; 砂屑:直径为0.05-2mm; 粉屑:直径为0.005-0.05mm; 泥:直径0.005mm); 砂屑和粉屑还可进一步细分。,,二 结构组分及结构特征研究,碳酸盐岩薄片研究,内碎屑(砾屑):粒径大于2mm,,二 结构组分及结构特征研究,碳酸盐岩薄片研究,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,内碎屑(砾屑):粒径大于2mm,含云石砾砂屑灰岩。砾屑多呈椭圆状。轮南12井,下奥陶统蓬莱坝组,5596.5m,(-)10×2.5。,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,内碎屑-砂屑 (粒径-0.05-2mm),内碎屑(砂屑)-粒径为0.05-2mm,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,亮晶砂屑灰岩,塔里木盆地解放126井,中奥陶统一间房组。,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,内碎屑(砂屑)-粒径为0.05-2mm,亮晶砂屑灰岩。缝合线具后期扩溶,成囊状,为沥青,油两期充填。塔里木盆地解放127井,中奥陶统一间房组,5489.05m,(一)10×2.5。,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,内碎屑(砂屑)-粒径为0.05-2mm,内碎屑(粉屑)-粒径0.05-0.005mm,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,亮晶粉屑灰岩。粉屑沿构造缝发育粒内溶孔。构造缝为未充填。塔里木盆地解放126井,中奥陶统一间房组,5218.51m,(-)10×6.3,铸体。,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,内碎屑(粉屑)-粒径0.05-0.005mm,亮晶粉屑灰岩。塔里木盆地解放127井,中下奥陶统鹰山组,(—)10×10。,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,内碎屑(粉屑)-粒径0.05-0.005mm,内碎屑观察内容: 薄片中观察时要描述内碎屑的大小(长径和短径的长度)、形状、矿物成分、内部结构、圆度、表面特征(是否具氧化膜)、分选以及在岩石中的百分含量。,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,1)鲕粒的概念: 是化学凝聚成因的具有核心和包壳(同心层结构)的球形颗粒。很象鱼卵子(即鲕)。 核心:可以是内碎屑、化石(完整的或破碎的)、陆源碎屑、以及其他物质。 包壳(同心层):主要由泥晶方解石组成。现代海洋环境中鲕粒主要由文石组成。 粒径:一般为2-0.25mm,大于2mm和小于0.25mm均较少见。有的鲕粒具有放射状结构,有的则只限于几个同心层中。,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,1-2 盆内碎屑-鲕粒,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,1-2 盆内碎屑-鲕粒,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,1-2 盆内碎屑-鲕粒,根据鲕粒结构和形态特征,分为以下7类: (1)正常鲕;(2)表皮鲕; (3)复鲕; (4)椭形鲕; (5)放射鲕;(6)单晶鲕; (7)多晶鲕;(8)变形鲕; (9)残余鲕,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,1-2 盆内碎屑-鲕粒,2)鲕粒分类,(1)正常鲕:同心层厚度大于核心的直径,外形为球形。一般意义上的鲕粒都是指这种正常鲕。,鲕粒(正常鲕),,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,(2) 表皮鲕: 同心层厚度小于其核心直径。有的表皮鲕只有一层同心层,亦叫薄皮鲕。,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,(2)鲕粒(表皮鲕),,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,放射状鲕粒,(3) 放射鲕 具有放射结构鲕粒。这种放射结构多是后来重结晶作用的产物。,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,(3)放射鲕,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,(4)复鲕: 在一个鲕粒中,包含两个或多个小鲕粒。,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,(4)复鲕:,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,,,空心鲕(负鲕),(5)空心鲕: 核心及同心层的大部或全部已被溶蚀的鲕粒,基本上只剩下一个外壳层,故也称为负鲕。实际上这是一种鲕粒内的溶蚀孔隙,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,空心鲕和椭形鲕,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,细晶鲕状云岩。铸模孔、晶间孔和粒内溶孔等发育,颗粒外围发育它形环边云石。 塔里木盆地克里阳剖面,下第三系卡拉塔尔组,10×4(-)。,(5)鲕粒(空心鲕),,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,(6)椭形鲕: 椭形鲕:正常的鲕大都呈球形,但也有些鲕呈椭球形,这主要是由其核心的形状决定的。核心为长条形的鲕常呈椭球形。,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,亮晶鲕粒灰岩。鲕粒呈椭形顺长轴定向分布。塔里木盆地干加特剖面,下第三系卡拉塔尔组,3-1,10×4(-)。,(6)鲕粒(椭形鲕),,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,椭形鲕,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,整个鲕粒基本上由一个球形的外壳和一个方解石晶体或多个方解石晶体构成,其同心层已不复存在了。,(7)单晶鲕及多晶鲕:,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,,鲕粒(多晶鲕),,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,,粗粉晶鲕状云岩(多晶鲕)。鲕粒内早期充填粉晶云石,后发生溶蚀作用,而发育晶间孔和粒内溶孔。孔隙为后期沥青充~半充填。塔里木盆地克里阳剖面,下第三系卡拉塔尔组,5-1,10×10(-)。,鲕粒(多晶鲕),,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,鲕粒(单晶与多晶鲕),,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,(8)变形鲕:同生期受底部水流冲刷或拖曳变形而成。,变形鲕 变形负鲕,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,⑨残余鲕:,鲕粒经强烈白云石化、硅化等交代作用或经受强重结晶作用,其内部结构被破坏,仅剩残余。,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,1-3 藻粒,藻粒即与藻类有成因联系的颗粒,包括藻鲕、藻灰结核、藻团块3种颗粒。 (1)藻鲕:是在藻(主要是蓝藻)参与下形成的鲕粒。 这种鲕的直径一般为1~2mm,其中心常有所偏离。藻鲕与正常化学沉淀的鲕粒的比较: 相似:均具核心、同心层包壳结构;均需碳酸钙饱和的动荡环境; 相异:藻鲕的同心层多呈波状或梅花状,厚度变化大;圆度及表面光滑程度略差,中心常有所偏离;有时可见藻丝体的残余;是典型生物成因的颗粒。,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,1-3 藻粒,藻鲕,藻粒-(藻鲕),,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,1-3 藻粒,(2)藻灰结核(或称核形石):通过蓝绿藻粘液捕捉碳酸盐沉积物而形成的具有同心层结构的颗粒。 特征:具同心层结构,个体一般较大,其直径大于2mm,一般为10~20mm;同心层粘结物较多、较模糊而且厚度变化更明显。 成因:与藻鲕相同,核形石处于静止状态时,同心层在其与海底接触的部分基本停止生长,而面向上的部分则继续生长。由于核形石在生长过程中受水动力作用而间歇性滚动,从而形成不规则的同心增长层。 鲕粒、藻鲕粒、藻灰结核等均具有核心及同心层包壳,可统称为“包粒” 。,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,1-3 藻粒,藻粒(藻灰结核),,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,1-3 藻粒,藻粒(藻灰结核),,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,1-3 藻粒,泥-亮晶含藻团块砂屑灰岩。照片中部为一藻团块。塔里木盆地解放127井,上奥陶统吐木休克组,5421.3m,(—)10×2.5。,(3)藻团块 也是藻类粘结增长而成的颗粒,但它不具同心层结构,由不同块体聚结而成。,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,1-4 球粒与粪球粒,1) 球粒:通常把较细粒的(粗粉砂级或砂级)、由灰泥组成的、不具特殊内部结构的、球形或卵形的、分选较好的颗粒,叫做球粒(pellet)。 成因:机械成因,即是分选和磨圆都较好的粉砂级或砂级的内碎屑; 2)粪球粒:生物粪便形式排出的、形状近于卵形和椭球形的富含有机质而大小均匀的颗粒。 粪球粒中有机质含量较高,在薄片中呈暗色,这是区别机械成因球粒的重要特征,为生物成因。,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,1-4 球粒与粪球粒,球粒,,粪球粒,1-5 生物颗粒,是生物的骨骼及其碎屑,也可称为“生屑”、“骨屑”等。 类型:包括腕足类、棘皮类、腹足类、头足类、瓣鳃类、三叶虫、介形虫、有孔虫、层孔虫、海绵、珊瑚、绿藻等各种钙质生物化石。 生物是碳酸盐岩重要的结构组分之一,分布极为广泛,具有重要的指相意义。,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,常见生物颗粒的鉴别,1)生物颗粒基本矿物成分: (1)钙质碳酸盐:包括低镁方解石、高镁方解石和文石,分布极广泛,是藻类和绝大部分无脊椎动物造骨物质。 (2)钙磷酸盐矿物 :为脊椎动物和牙索动物骨骼的成分,也见于无脊椎动物高等门类的低级纲目中。 (3)硅质矿物:是低等生物如硅藻、金藻、硅甲藻、放射虫、太阳虫以及海绵骨针等的造骨矿物。 (4)镁碳酸盐矿物:前寒武纪的少数蓝藻能分泌原白云石(多钙白云石)等。 (5)有机化合物:发育于节肢动物、多毛纲、无铰纲和某些原生动物中,常与磷质壳或钙质壳交替成层。,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,2)骨骼结构:指组成生物骨骼的矿物晶体的形状、大小、排列以及晶粒间的相互关系而言。 按晶体的空间分布形态分为: 粒状结构、纤状结构、片状结构、柱状结构四种类型。,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,常见生物颗粒的鉴别,2)骨骼结构: 粒状结构:是由大致等粒状的方解石或文石晶粒组成,是低等生物的主要结构类型。 纤状结构:由平行或放射状排列的方解石和文石纤状晶体组成。某些腔肠动物、节肢动物(钙壳)等具此结构。 片状结构:由近于平行的、厚度小于lµ的方解石或文石片状晶体叠积组成。常见于苔藓虫、腕足等动物的骨骼中。 柱状结构:是由短轴大于5μ、横切面为多边形、长轴垂直或倾斜于壳面组成的结构。主要组成腕足类、瓣鳃类、腹足类和掘足类的肌泌层。,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,常见生物颗粒的鉴别,3)常见钙质生物的鉴定特征: 有孔虫:包括蜓,多为多房室的壳体,个体较小(多在0.5-2mm间);房室的排列方式可为平旋、包旋或绕旋,形态不一。 介形虫:双瓣壳,壳长从不足1mm到几毫米,比较薄;单瓣切面常呈细月牙状;具层纤或玻纤结构。 三叶虫:镜下多呈散落、破碎的骨片,切面常为飘带状、弯钩状、蛇曲状等,壳体一般比较薄,内部有时有褐色裂纹;其刺为圆管状(纵切)或圆环状(横切),均为玻纤结构。,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,(介形虫),介形虫,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,(介形虫),,第四节 碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,三叶虫),,第四节 碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,(三叶虫),,第四节 碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,2、常见生物颗粒的鉴别,(3)常见钙质生物的鉴定特征: 腕足类:双瓣壳,一般个体较大较厚、肉眼常常可见,可有壳皱、疹孔或壳刺;常为单层平行片状结构、片较厚,在垂直壳面(垂直方解石片)的切面中表现为较粗的发丝状、发丝与壳面平行或斜交; 苔藓虫:群体,镜下常见单个虫室或多个虫室连成枝状、网状等;单个虫室横切面呈圆形、椭圆形或多角形,纵切面呈管状,内部横板可有可无,壳壁或虫室壁多很薄;平行片状结构,片很薄;切面常呈极细的发丝状平行壳壁排列;根据形态和极薄的片状结构,可将苔藓与腕足动物相区别。,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,苔藓虫:泡口目笛苔藓虫,四川,P2,单偏光×20(据高卫东);,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,(3)常见钙质生物的鉴定特征: 软体动物:常见的有瓣鳃类(双壳类)、腹足类(螺)、头足类等。 棘皮动物:以大小不一的海百合茎和海胆骨片、海胆刺常见。 海绵骨针:呈单轴、三轴或四轴的放射状,长0.1-0.5mm,多晶粒结构。海绵骨针与破碎瓣鳃类的区别是,海绵骨针的每一射均很直,末端对称地收缩变尖 粗枝藻:又称伞藻,为绿藻门的一个科。常以节片或叶状体形式出现,外形呈圆柱状、棒状、卵球状等等,大小为1-3mm。其上有侧枝孔,以多晶结构常见。,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,腹足类:晶粒结构,四川,单偏光×20(据戴永定);,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,(腹足类),生物(螺)云岩,螺壳及腔内溶孔,有蓝藻生长,单偏光×25,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,(腹足类),瓣鳃类(c)棘皮类(d)镜下特征 c.瓣鳃类,具柱状结构,广西百色,E3,正交光×40; d.海胆棘刺,网络单晶结构,海南,现代,单偏光×20(据冯增昭等,1993),介壳灰岩,介壳主为瓣鳃类,多裂隙,少孔隙,正交光×60,(瓣鳃类),(瓣鳃类),(棘皮类),(1)“泥”是与颗粒相对应的另一种结构组分,是泥级的碳酸盐质点,它与粘土岩或粘土质砂岩中的粘土泥是相当的。或简称为“微晶”、“泥晶”、泥屑”。 根据矿物成分,可分为“灰泥”和“云泥”。 灰泥有三种成因: 1)化学沉淀作用生成的灰泥,如现代海洋沉积物中的针状文石泥; 2)机械破碎磨蚀作用生成的灰泥。 3)生物作用生成的灰泥,如仙掌藻和笔藻中,含有大量的针状文石。 云泥的成因: 比灰泥的成因要复杂,可能几乎都是交代成因的。,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,2、泥和胶结物,灰泥和胶结物,鲕粒灰岩,鲕间主要为灰泥(暗色),仅局部有亮晶(白色),安县,T2,单偏光×25(据冯增昭等,1993),亮晶,泥晶,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,(2) 胶结物:主要是从孔隙溶液中沉淀于颗粒之间的结晶方解石或其他矿物,与砂岩中的胶结物相似。 这种方解石胶结物的晶粒一般都比灰泥的晶粒粗大,通常都大于0.05mm(或0.03mm)。由于其晶体一般较清洁明亮,故常称为“亮晶方解石”、或“亮晶”。 胶结物在镜下的特征是常有明显的世代关系。初期从粒间水沉淀的方解石晶体常围绕颗粒表面呈栉壳状或马牙状分布,这即通常所说的第一世代的胶结物。 第一世代胶结物未充填满的残余粒间空隙,有时仍然空着,有时又被第二世代的多呈嵌晶粒状的亮晶方解石胶结物充填。 泥和亮晶胶结物的主要区别见下表:,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,2、泥和胶结物,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,鲕粒灰岩中的方解石胶结物,有二世代,一世代为纤状和刃状贴粒生长,二世代为粒状充填于残余粒间孔中。大竹,T1,单偏光×70;,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,2、泥和胶结物,(1)晶粒 晶粒是结晶碳酸盐岩的主要结构组分,是岩石经过强烈的重结晶作用、交代作用使原始结构完全消失而形成的碳酸盐矿物的晶粒,或者原来就是晶粒结构后经重结晶加大。 晶粒与鲕粒等颗粒的区别是晶粒均为碳酸盐矿物的单一晶体,盆内颗粒均是各种成因的极细小碳酸盐矿物的集合体。 晶粒一般按其大小进一步细分(表);按晶体自形程度划分为自形晶、半自形晶和他形晶等结构类型。 在观察和描述晶粒结构组分时,应注意观察晶体的绝对大小、相对大小、自形程度、不同级别晶粒的含量,同时注意晶粒之间的相互穿插和包裹关系等内容。,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,3 晶粒和生物格架,晶粒大小分级命名:,,碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,(2)生物格架 主要是原地生长的群体生物(如珊瑚、苔藓、海绵、层孔虫等),在原地保留的坚硬的钙质骨骼。另外一些藻类,如蓝藻和红藻,其粘液可以粘结其它灰泥、颗粒、生物碎屑等碳酸盐组分从而形成粘结格架,如各种叠层石以及其他粘结格架。 骨骼格架及粘结格架都是生物格架,它们是礁碳酸盐岩的必不可少的组分。 生物格架和生物颗粒都是生物成因的,但二者是两个截然不同的概念,前者是群体生物原地保存的硬体;后者多为单体常是异地堆积(也可原地或近地堆积)。 当生物格架被破碎后也称为生物碎屑(颗粒)。,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,二 结构组分及结构特征研究,3 晶粒和生物格架,,碳酸盐岩薄片研究,碳酸盐结构组分总结,碳酸盐岩结构组分:颗粒、泥、胶结物、晶粒、生物格架; 颗粒:内碎屑+鲕粒+藻粒+球粒和粪球粒+生物颗粒 泥:灰泥+云泥(泥晶) 胶结物:亮晶方解石(亮晶) 晶粒:结晶碳酸盐岩 生物格架:群体生物骨骼,碳酸盐岩的构造多样复杂,碎屑岩的各种层理、层面、变形、藻叠层等构造均常出现,且还有些特有构造,如鸟眼、示底、缝合线等构造。,,示底构造(a)和鸟眼构造(b)的镜下特征 a.腹足类体腔中的示底构造;b.泥晶灰岩中鸟眼构造,毫米级大小,亮晶充填 (据冯增昭等,1993),三、碳酸盐岩构造研究,,碳酸盐岩薄片研究,叠层石由两种基本纹层组成: (1)富藻纹层,又称暗层,藻类组分含量多,有机质高,碳酸盐沉积物少,故色暗。 (2)富碳酸盐纹层,又称亮层,藻类组分含量少,有机质少,故色浅。这两种基本纹层交互叠置,即成叠层石构造。,1、叠层石 stromatolite,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,三、碳酸盐岩构造研究,第四节 碳酸盐岩薄片研究,三、碳酸盐岩构造研究,,碳酸盐岩薄片研究,三、碳酸盐岩构造研究,1、叠层石,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,三、碳酸盐岩构造研究,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,三、碳酸盐岩构造研究,1、叠层石,叠层石的基本形态可分为两类:层状(包括波状的等)和柱状(包括锥状的等)。其它形态都是这两种形态的过渡或组合。一般说来: 层状形态叠层石的生成环境的水动力条件较弱,多属潮间带上部的产物; 柱状形态叠层石生成环境的水动力条件较强,多为潮间带下部及潮下带上部的产物。,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,三、碳酸盐岩构造研究,1、叠层石,在泥晶或粉晶石灰岩或白云岩中,常见有一种毫米级大小的,多呈现定向排列的、多为方解石或硬石膏充填或半充填的孔隙;因其形状似鸟眼,故称鸟眼构造; 一般认为,鸟眼构造多形成于沉积期和准同生期,产于潮上及潮间带。,2、鸟眼构造 bird`s-eye structure,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,三、碳酸盐岩构造研究,2、鸟眼构造,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,三、碳酸盐岩构造研究,在碳酸盐岩的孔隙中,常见有两种不同特征的充填物;在孔隙的底部或下部为泥晶或粉晶方解石,色较暗;在孔隙的顶部或上部为亮晶方解石,色较浅,多呈白色;,3、示顶底构造,二者界面平直,且同一岩层中的各个孔隙的类似界面都是相互平行一致的。这两种孔隙充填物代表两个不同时期的孔隙充填作用,二者之间的平直界面代表它们沉淀时的沉积界面,此界面应与当时的水平面平行。,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,三、碳酸盐岩构造研究,,3、示顶底构造,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,三、碳酸盐岩构造研究,,,4、虫孔和虫迹构造 生物穿孔是指生物在固结或半固结的岩石中或生物组分中,通过穿孔方式所形成的一种孔状或管状构造。 生物潜穴(或生物掘穴、虫穴)是指在尚未固结的沉积物中,由于生物的生活活动所造成的一种洞穴、孔穴、管穴构造。 虫迹构造是指生物在尚未固结的沉积物表面上爬行的痕迹。,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,三、碳酸盐岩构造研究,虫孔,4、虫孔和虫迹构造,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,三、碳酸盐岩构造研究,4、虫孔和虫迹构造,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,三、碳酸盐岩构造研究,虫穴,5、缝合线构造 stylolite 在岩层切面上,呈现的锯齿状曲线,此即称缝合线;缝合线构造是碳酸盐岩中常见的一种裂缝构造。 在平面上,即在沿此裂缝的破裂面上,它呈现为参差不平的凹凸起伏的面,此即缝合面;从立体上看,这些凹下或凸起的大小不等的柱体,叫缝合柱。 缝合线构造是一种裂缝构造,主要由压力-溶解作用有关,可作为油、气运移的通道。,,碳酸盐岩薄片研究,三、碳酸盐岩构造研究,压溶作用形成缝合线,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,三、碳酸盐岩构造研究,,碳酸盐岩薄片研究,四、碳酸盐成岩后生变化研究,碳酸盐岩的成岩后生变化类型与碎屑岩类相似,有溶解、矿物转化、重结晶、胶结、交代、压实和压溶等。 由于碳酸盐矿物的活动性极强,各种成岩后生变化作用可在各个成岩时期、各种成岩环境和矿物间发生,因而变得更加复杂。,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,,碳酸盐岩薄片研究,1 胶结作用: 从孔隙水中沉淀化学物质使碳酸盐沉积物固结成岩的作用类型,,同生期浅海海底成岩环境,同生期深海海底,同生期大气淡水渗流带,淡水潜流带,同生期,晚成岩期,大陆深埋藏环境,海底深埋藏环境,,,,碳酸盐岩薄片研究,四、碳酸盐成岩后生变化研究,胶结物主要是等厚环边的文石。快速结晶时形成混晶状文石;缓慢结晶时,形成针状、纤维状文石。,胶结作用,,同生期浅海海底成岩环境,同生期深海海底,同生期大气淡水渗流带,淡水潜流带,同生期,晚成岩期,大陆深埋藏环境,海底深埋藏环境,,,胶结物主要是无铁低镁方解石,等轴粒状或呈新月型和重力悬挂结构。渗流粉砂、粒内溶孔也是淡水渗流带的重要标志。,表现为无铁低镁方解石;第一世代为细小菱面体或叶片状组成的等厚环边,第二世代为洁净明亮粗大等粒的镶嵌结构,具贴面结合,胶结物常充满溶模孔隙形成铸形;,胶结物结晶比较缓慢,主要是纤维状、叶片状高镁方解石和文石,成岩转化后形成泥晶或微晶方解石,或呈置换的纤维状组构。,1、胶结作用 同生期浅海海底成岩环境中:胶结物主要是等厚环边的文石。快速结晶时形成混晶状文石;缓慢结晶时,形成针状、纤维状文石。常为第一世代栉壳状结构,有时可出现棘屑的共轴生长环边,各种碳酸盐颗粒表面还常有泥晶套、泥晶包壳。 同生期深海海底成岩环境中:胶结作用比较微弱,胶结物结晶比较缓慢,主要是纤维状、叶片状高镁方解石和文石,成岩转化后形成泥晶或微晶方解石,或呈置换的纤维状组构。,,碳酸盐岩薄片研究,四、碳酸盐成岩后生变化研究,1、胶结作用 同生期大气淡水渗流带:胶结物主要是无铁低镁方解石,晶体洁净明亮,等轴粒状或呈新月型和重力悬挂结构,也可沿某方向发生共轴生长(量少、不对称、不完全包围颗粒)。渗流粉砂、粒内溶孔也是淡水渗流带的重要标志。 同生期淡水潜流带:胶结物也表现为无铁低镁方解石;粒间、粒内孔隙均有世代现象。第一世代为细小菱面体或叶片状组成的等厚环边,第二世代为洁净明亮粗大等粒的镶嵌结构,具贴面结合,胶结物常充满溶模孔隙形成铸形;共轴生长发育,但加大部分无泥晶套;常有自生石英、混合白云化等现象伴生。,,碳酸盐岩薄片研究,四、碳酸盐成岩后生变化研究,1、胶结作用 晚成岩期深埋藏成岩环境中,孔隙水流动时也有胶结作用发生: 在大陆深埋藏环境中:地下水补给复杂,多种来源的混合水可在剩余孔隙中形成等粒粗大贴面结合的铁方解石胶结物; 在海底深埋藏成岩环境中:孔隙水为深部卤水,可在孔隙中心形成他形粒状具三重结合的铁方解石。 深埋环境中胶结物的物质来源大多与压溶作用有关,因此胶结作用和缝合线构造紧密伴生。泥晶重结晶和生物碎屑的共轴交代边也可作为该环境的识别标志。 表生期表生成岩环境:孔隙水为富O2和CO2的淡水,胶结物为方解石,有时也出现自生石英,充填晶洞和裂隙,形成晶簇状方解石和裂隙方解石脉。,,碳酸盐岩薄片研究,四、碳酸盐成岩后生变化研究,2、交代作用,碳酸盐岩中交代现象十分普遍,常见的交代现象有: (1)白云化作用:形成白云石和白云岩的主要途径类型: ①同生期白云化:形成于蒸发潮坪、浅水泻湖、内陆盐湖等高盐度环境中,形成的白云岩特征: A: 具有大小均一的微晶结构,纹层状或块状构造; B: 常有干裂、鸟眼、石膏和石盐假晶、藻叠层、沙纹交错层理等构造伴生; C: 有时可有下伏灰岩的内碎屑,化石稀少或无。 D: 如果有清晰的泥晶白云质鲕粒、内碎屑、藻粒或其它白云质颗粒,说明白云化作用发生在沉积之前或同时,并已形成白云岩。,,碳酸盐岩薄片研究,四、碳酸盐成岩后生变化研究,2、交代作用,②早成岩期浅-中埋藏成岩环境白云岩化特征: A:白云石晶粒较粗(0.1-0.3mm),常呈自形的菱面体,多具雾心亮边结构,白云石晶体常破坏原始沉积结构及微细层理构造。 B:当白云化作用微弱时,灰岩中仅零星出现自形白云石,晶粒常常破坏原颗粒内部结构和颗粒边界; C:当白云化强烈时,各种方解石质的颗粒仅少数或局部残留呈云雾状阴影; D:当白云化发展伴随重结晶作用时,各种残余结构将被破坏,便形成均—镶嵌结构的白云岩,如具砂糖状结构的细晶-中晶白云岩。,,碳酸盐岩薄片研究,四、碳酸盐成岩后生变化研究,粗粉晶白云岩,白云石自形,具雾心亮边,晶间孔油浸。轮南11井,下奥陶统蓬莱坝组,5501.8m,(—)10×10。,2、交代作用,③晚成岩深埋藏成岩环境的白云化作用 常沿岩层面、沿构造运动产生的断层、裂隙、褶曲轴部或沿着压溶作用形成的缝合面及其附近产生。 特征: A:晶粒粗大,纯净透明,具典型结晶结构; B:沿断层、裂隙、褶曲轴部、缝合面、层面发生而有较好的方向性,常切割层理。 C:所形成的白云岩晶间孔发育,具有一定的储集意义。,,碳酸盐岩薄片研究,四、碳酸盐成岩后生变化研究,2、交代作用,(2)去白云石化(白云石被方解石交代)作用:主要发生在表生期和表生成岩环境。 去白云石化形成的岩石常略带红色,保留不太发育的刀砍纹,具粗-细晶结构,溶解孔隙发育,常见方解石充填的小晶洞。 镜下特征: ①方解石晶粒粗大,形成特征的嵌晶结构,具白云石残余或阴影;②方解石呈白云石菱形晶体假象;③方解石内有白云石菱面体的氧化铁环带;④去白云石化常伴有溶解作用,产生菱形孔洞,也可增加孔隙度。,,碳酸盐岩薄片研究,四、碳酸盐成岩后生变化研究,2、交代作用,(3)石膏化:石膏、硬石膏交代呈被交代矿物或颗粒假象。 去石膏化:石膏和硬石膏被方解石(或白云石)等矿物交代,主要发生在淡水表生环境。 去膏化的主要标志有: ① 粒状方解石或白云石集合体具硬石膏板状晶体或石膏刃状晶体假象; ② 舌状、束状、放射状方解石呈石膏晶体或石膏结核的假象; ③ 在白云岩中出现较大的、具结核状形态并有波状消光的方解石晶体; ④ 呈马鞍状的白云石晶体; ⑤ 白云石或方解石内还有石膏的残余物。,,碳酸盐岩薄片研究,四、碳酸盐成岩后生变化研究,3、溶解、矿物的转化和重结晶作用,(1)溶解作用:岩石中的组分进入溶液被带走而形成次生孔隙的过程,可发生在沉积后作用的各个阶段。 同生期:溶解作用常具有选择性的特点。海底和大气淡水成岩环境中不稳定组份,很容易被溶解形成各种溶蚀孔隙(如铸模孔等),这些铸模孔的存在是早期溶解作用的有力证据。 晚成岩期和表生期:由于不稳定组份已经转变为低镁方解石,其溶解作用多不具选择性。富含CO2和O2的淡水沿节理、裂隙和孔隙流动,产生不受沉积结构和构造控制的次生溶孔、溶缝、溶沟和溶洞,有时也可见菱铁矿、铁白云石等被溶解形成的晶洞。,,碳酸盐岩薄片研究,四、碳酸盐成岩后生变化研究,3、溶解、矿物的转化和重结晶作用,(2) 矿物的转化作用:不稳定矿物(如文石、高镁方解石等)向稳定矿物转化的过程。 常有两种情况: 1)矿物的同质多象转化:化学成分不变而晶格、晶形发生变化,如文石转变为低镁方解石; 2)矿物晶格、晶形未变化而成分发生变化:如高镁方解石转变为低镁方解石。 这两种矿物转化作用主要发生在早期成岩作用阶段。,,碳酸盐岩薄片研究,四、碳酸盐成岩后生变化研究,3、溶解、矿物的转化和重结晶作用,(3)重结晶作用:通常表现为进变新生变形,特殊情况下也可出现退变新生变形。 进变新生变形:①共轴生长边,如棘屑周围灰泥重结晶成为棘屑的共轴边,在具有玻纤结构的介形虫周围常可形成针状共轴边。②颗粒重结晶增大的晶粒可破坏颗粒内部结构、构造;③颗粒灰岩填隙物中泥晶重结晶后出现粒状镶嵌的方解石斑块(晶粒内含泥晶包体,颜色深暗,边界弯曲,粒间多三重结合,不具世代,常破坏颗粒边界)。④微亮晶灰岩,由泥晶方解石重结晶而成。⑤似斑块结构,泥晶石灰岩重结晶形成不等粒结构。 退变新生变形作用:主要指泥晶化作用。,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,四、碳酸盐成岩后生变化研究,,第四节 碳酸盐岩薄片研究,四、碳酸盐成岩后生变化研究,,碳酸盐岩薄片研究,重结晶作用,,进变新生变形:泥晶转变成亮晶,退变新生变形:亮晶蜕变成泥晶,四、碳酸盐成岩后生变化研究,,碳酸盐岩薄片研究,4、压实作用和压溶作用,压实作用在同生期就开始进行,早期发育的胶结作用和白云岩化作用极大妨碍压实作用,随胶结作用进行和沉积物的固结而渐弱,但在某些颗粒碳酸盐中,压实作用仍是重要的成岩作用。 识别标志:是碳酸盐颗粒(砾屑、鲕粒等)变形、破裂以及组构定向排列,颗粒间线状接触或曲面接触,有机质破碎变形为不规则细脉; 压溶作用主要出现以晚成岩期深埋藏成岩环境。 识别标志:碳酸盐颗粒间缝合状接触和岩石中缝合线构造,这两种标志是重点观察和描述内容。,四、碳酸盐成岩后生变化研究,,碳酸盐岩薄片研究,5、孔隙和裂缝,碳酸盐岩中孔隙有原生和次生两种基本类型,以次生孔隙发育、对岩石的储集性能起决定性作用为特征。 次生孔隙是溶解作用的直接结果,可形成于各成岩阶段和各成岩环境,还可由白云化、去白云化作用和构造裂隙等形成。 孔隙类型:粒内孔、粒间孔、晶间孔、生物格架孔、生物钻孔、遮蔽孔、鸟眼孔、铸模孔、溶模孔、缝合线孔、溶孔、溶缝、溶沟、溶洞等。 注意观察和研究孔隙的类型、大小、数量、成因和形成阶段,描述裂隙的方向、组数、大小、充填情况、成因和形成阶段等。,四、碳酸盐成岩后生变化研究,,碳酸盐岩薄片研究,五、碳酸盐岩的分类命名,1、石油行业标准SY/5368.5-1995推荐分类,碳酸盐分类命名,矿物成分分类
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本文标题:第七章 碳酸盐岩石薄片研究
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