碳酸鹽巖主要成巖作用類(lèi)型及其特征

1、碳酸鹽巖主要成巖作用類(lèi)型及其特征張鵬 礦物S131目 錄一、基本概念二、成巖作用的主要類(lèi)型一、基本概念 碳酸鹽巖的成巖作用：是在沉積作用階段之后，碳酸鹽沉積物及碳酸鹽巖所發(fā)生的一系列的物理的、化學(xué)的、物理化學(xué)的和生物的作用，以及這些作用所引起的碳酸鹽沉積物和碳酸鹽巖的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、成分以及物理的和化學(xué)的性質(zhì)的變化（圖1）。 圖1 碳酸鹽巖的形成與演化成巖作用階段成巖作用階段沉積物形成階段沉積物形成階段碳酸鹽巖碳酸鹽巖后生作用階段后生作用階段變質(zhì)作用變質(zhì)作用風(fēng)化作用風(fēng)化作用沉沉積積后后作作用用成巖作用成巖作用后生作用后生作用二、成巖作用的主要類(lèi)型 碳酸鹽沉積物的成巖作用類(lèi)型很多，主要有溶解作用、礦

2、物的轉(zhuǎn)化作用和重結(jié)晶作用、膠結(jié)作用、交代作用、壓實(shí)作用與壓溶作用等。1.溶解作用（Solution）定義:碳酸鹽沉積物或碳酸鹽巖中孔隙水的性 質(zhì)發(fā)生變化，引起碳酸鹽礦物或其他成分溶解。 溶解的原因（1）、大氣淡水的淋濾（圖2）圖2 大氣淡水的風(fēng)化淋濾（2）、酸的影響 在不同的成巖階段，都可形成一定量的碳酸或有機(jī)酸，促使溶解作用的發(fā)生。 特征：l 在各成巖階段都可以發(fā)生l 成巖作用早期的溶解具有選擇性l 成巖作用晚期的溶解不具有選擇性意義： 溶解作用具有擴(kuò)大和增加巖石孔隙的作用，形成的新孔隙系統(tǒng)往往又是油氣滲濾和儲(chǔ)集的有效空間。 溶解作用可以在碳酸鹽巖成巖過(guò)程中多次發(fā)生，各個(gè)世代的溶解作用對(duì)碳酸

3、鹽巖儲(chǔ)層性質(zhì)的影響不盡相同。2.礦物的轉(zhuǎn)化作用和重結(jié)晶作用(1) 礦物的轉(zhuǎn)化作用（Inversion of Minerals） 礦物的同質(zhì)多象轉(zhuǎn)化，即僅發(fā)生晶格和晶形的變化，并不發(fā)生化學(xué)成分的變化（同分異構(gòu)）。文石(CaC03 ) 低鎂方解石(CaCO3) 有化學(xué)成分的變化，但無(wú)晶格和晶形的變化（同構(gòu)異形）。高鎂方解石（MgCO34%） 低鎂方解石（MgCO34%）(2) 重結(jié)晶作用(Recrystallization) 單純的重結(jié)晶作用是指在成巖過(guò)程中，礦物的晶體形狀和大小發(fā)生變化而主要礦物成分不改變的作用。 一般情況下趨向于出現(xiàn)晶體長(zhǎng)大的現(xiàn)象，福克稱(chēng)之為“進(jìn)變新生變形”作用。 特殊情況下也

4、可能發(fā)生晶體的縮小，或稱(chēng)之為“退變新生變形”作用。這兩種重結(jié)晶類(lèi)型主要有微亮晶與微泥晶。微亮晶的形成作用 某些古代泥晶石灰?guī)r，其泥晶的粒徑一般為510m，福克將這種大小為510m的方解石晶體稱(chēng)作“微亮晶”。它是在成巖過(guò)程中通過(guò)與鎂離子的遷移有關(guān)的重結(jié)晶作用造成的（圖3）。文石文石高鎂方解石高鎂方解石低鎂方解石低鎂方解石Mg2+ 圖3 微亮晶重結(jié)晶作用微泥晶的形成作用 觀(guān)察古代石灰?guī)r時(shí)，常見(jiàn)某些有孔蟲(chóng)、珊瑚藻類(lèi)和糞球粒，它們都是由粒徑僅1m左右的泥晶方解石組成，不透明，在反向光下略帶白色，?？朔Q(chēng)其為“微泥晶”。微泥晶的原始成分可能也是鎂方解石，在成巖作用過(guò)程中，由于富鎂孔隙水產(chǎn)生的鎂離子的毒害效

5、應(yīng)，阻礙了晶體的重結(jié)晶長(zhǎng)大，最終只能形成極小的微泥晶結(jié)構(gòu)。3. 膠結(jié)作用(Cementation) 膠結(jié)作用是一種孔隙水的物理化學(xué)和生物化學(xué)的沉淀作用。作用的結(jié)果是在粒間的孔隙中發(fā)生晶體生長(zhǎng)，把碳酸鹽顆?；虻V物粘結(jié)起來(lái)使之變成固結(jié)的巖石。1) 碳酸鹽膠結(jié)物的礦物成分和結(jié)晶形態(tài) 組成碳酸鹽巖膠結(jié)物的礦物很多，但最主要的是碳酸鹽類(lèi)礦物。如方解石(低鎂方解石）、文石、鎂方解石(高鎂方解石)、白云石。 碳酸鹽膠結(jié)物主要有3種結(jié)晶形態(tài)，即泥晶、纖維晶和較粗的粒狀晶體。2）膠結(jié)物的世代 充填孔隙的膠結(jié)物往往由兩個(gè)或兩個(gè)以上世代組成，有時(shí)隨著世代的不同，其組構(gòu)和微量元素的組成也隨之發(fā)生變化。 早期膠結(jié)物一般

6、在顆粒周?chē)M成薄邊膠結(jié)，常見(jiàn)為纖維狀或馬牙狀無(wú)鐵方解石；可能為海水成因的文石或高鎂方解石經(jīng)成巖變化而成（圖4） 。 后期膠結(jié)物多為粒狀含鐵主解石，可能為淡水成因或深埋的地下孔隙水或原生水形成（圖5 ）。 圖4 早期 圖5 后期 3 3）碳酸鹽膠結(jié)物的來(lái)源碳酸鹽膠結(jié)物的來(lái)源海水來(lái)源海水來(lái)源（主要來(lái)源）（主要來(lái)源）成巖過(guò)程中文石和高鎂方解石發(fā)生溶解成巖過(guò)程中文石和高鎂方解石發(fā)生溶解壓溶過(guò)程中溶解的碳酸鈣壓溶過(guò)程中溶解的碳酸鈣（重要補(bǔ)充來(lái)源）（重要補(bǔ)充來(lái)源）地下水來(lái)源地下水來(lái)源淡水將上覆沉積層的碳酸鹽溶解后向下淋濾淡水將上覆沉積層的碳酸鹽溶解后向下淋濾4.交代作用(Replacement)n 在碳酸

7、鹽沉積物或碳酸鹽巖中，原來(lái)的礦物和組分被新礦物取代的作用叫交代作用。 碳酸鹽巖中常見(jiàn)的交代作用有白云石化、去白云石化、硅化、石膏化和硬石膏化、去石膏化、菱鐵礦化和黃鐵礦化等。 (1) 去白云化作用 方解石交代白云石的作用叫去白云化作用，交代完全時(shí)可形成交代石灰?guī)r。 去白云化主要是在近地表、含石膏的白云巖或有石膏夾層的白云巖地區(qū)發(fā)生的，其過(guò)程是在富含硫酸鹽的地下水的作用下進(jìn)行的:CaMg(CO3)2+CaSO42H2O2CaCO3+MgSO4+2H2O (2) 石膏化和硬石膏化作用 石膏和硬石膏交代碳酸鹽礦物或組分的現(xiàn)象叫石膏化和硬石膏化。 (3) 去石膏化作用 石膏和硬石膏晶體被碳酸鹽礦物交代

8、的現(xiàn)象叫去石膏化。 去石膏化常與地表淡水和細(xì)菌的作用有關(guān)。 在地下，還原硫細(xì)菌與硫酸鹽產(chǎn)生下列反應(yīng)：6CaSO4+4H2O+6CO26CaCO3+4H2S+11O2+2S5.壓實(shí)和壓溶作用(Compaction and Pressure Dissolution) 碳酸鹽沉積物在上覆層的負(fù)荷壓力下，發(fā)生孔隙流體的減少、孔隙度降低、沉積物密度增加、體積減小、顆粒變形破裂、甚至引起顆粒和巖石局部溶解的作用。(1)物理壓實(shí)作用(Compaction) 物理壓實(shí)作用是指碳酸鹽沉積物在上覆巖層的負(fù)荷壓力下，發(fā)生水分減少、孔隙度降低、體積縮小、晶體和顆粒趨向緊密排列的作用。u常見(jiàn)的物理壓實(shí)現(xiàn)象有： 顆粒點(diǎn)接觸頻率高、顆粒變形、顆粒間線(xiàn)狀接觸或曲面接觸、顆粒斷裂或破裂等。 壓實(shí)作用的結(jié)果:水排出、最緊密堆積、孔隙減少、變致密。 (2)化學(xué)壓實(shí)作用壓溶作用 (Pressure Dissolution) 壓溶作用指在負(fù)荷或應(yīng)力作用下，在顆