颗粒碳酸盐岩

碳酸盐岩类~

一、碳酸盐岩的观察与描述内容
（一）手标本的观察与描述内容
1.颜色
决定于岩石中有机质的含量，生物碎屑、颗粒的类型和含量，亮晶、泥晶的含量等。
2.矿物成分及含量
按碳酸盐矿物→黏土矿物→碎屑矿物→自生非碳酸盐矿物的排列顺序，依次描述其特征及含量。还应说明对稀盐酸或镁试剂的试验反应情况。
3.结构
若具颗粒结构，描述顺序通常是：①颗粒类型、颗粒形状、大小及含量；②填隙物类型及含量；③支撑类型及胶结类型。若不具颗粒结构，则可能为泥（微）晶结构，或晶粒结构，或交代残余结构，或生物骨架结构，视具体情况进行描述。
4.构造
构造类型及特征，主要依赖于野外露头的观察和确定。
5.生物化石或生物碎片
描述化石种类、数量、保存情况。
6.成岩后生变化
成岩作用类型、成岩作用强度、各种成岩作用发生的先后顺序、成岩环境和阶段划分，最后综合出成岩演变历史，即成岩序列。
7.定名
通常按颜色+填隙物+结构+成分名称进行。
（二）薄片的观察与描述内容
1.矿物成分及含量
（1）碳酸盐矿物种类及含量。
（2）陆源黏土和碎屑矿物的成分、含量及分布情况。
（3）自生非碳酸盐矿物的成分、含量及分布情况。
2.结构
◎ 颗粒结构：按结构组分、颗粒类型、泥晶基质、亮晶胶结物、支撑类型和胶结类型、孔隙特征的顺序依次观察并进行描述。
◎ 泥（微）晶结构（泥晶大于50%）：按所含颗粒的类型和数量多少的顺序进行描述。如含xx颗粒的泥（微）晶结构（颗粒含量10%～25%），或xx颗粒质泥（微）晶结构（颗粒含量25%～50%）。
◎ 重结晶结构：若经重结晶改造，则具晶粒结构或残余结构。描述时应注意晶粒的大小、均匀程度及残余结构的类型和可识别情况。
◎ 生物骨架结构：主要指营原地固着生长生态的生物，由原地生长、堆积形成的生物骨架结构。
3.构造
在薄片内能观察到的构造有鸟眼构造、示底构造、生物钻孔及缝合线构造等。
4.生物化石
应描述生物的种类、数量、保存状况及生态特征。
5.成岩后生变化
成岩作用类型、成岩作用强度、各种成岩作用发生的先后顺序、成岩环境和阶段划分，最后综合出成岩演变历史。
6.定名
原则和命名顺序同手标本。
7.岩石成因的初步分析
8.作素描图
要求同碎屑岩。
二、生物骨骼颗粒的鉴定
碳酸盐岩中含有许多生物化石，完整或呈碎屑状。它们成为生物骨架、骨屑结构的主要组分，并且根据生物组合及其生态特征可判别碳酸盐岩的形成环境。
（一）骨骼颗粒的矿物成分
骨骼颗粒的矿物成分有四种，分别为钙镁碳酸盐、二氧化硅、钙磷酸盐和有机化合物，其中以钙镁碳酸盐矿物最为常见。
1.钙镁碳酸盐矿物
钙镁碳酸盐矿物是各门类生物骨骼的主要矿物成分，包括有低镁方解石、高镁方解石、文石。高镁方解石和文石极不稳定，在埋藏条件下易自发地转化为低镁方解石。
在现代海洋中，不同的生物由不同的钙镁碳酸盐矿物组成。例如，低镁方解石主要是蓝绿藻、红藻、轮藻、有孔虫、古杯类、海绵、层孔虫、四射珊瑚、床板珊瑚、腕足类、竹节石、苔藓虫和三叶虫等的硬体组分；高镁方解石主要是红藻（珊瑚藻）、棘皮类、有孔虫（粟米虫）和八射珊瑚的硬体组分；文石主要是绿藻、软体动物、六射珊瑚、红藻（松藻）和介形虫类的硬体组分（图2-2）。

图2-2 钙质动物化石形态分类示意图解

2.二氧化硅
非晶质蛋白石经过重结晶为玉髓，进一步变为石英。硅质矿物主要是硅藻、放射虫和硅质海绵骨针等的硬体组分。
3.钙磷酸盐
钙磷酸盐矿物主要为胶磷矿，它是无铰类腕足动物、软舌螺和脊椎动物的骨骼及牙齿等的主要成分。
4.有机化合物
有机化合物大部分为造骨的有机质，如几丁质和壳蛋白，主要是节肢动物门的骨骼组分。
（二）骨骼颗粒的显微结构
骨骼颗粒的显微结构（图2-3）是指组成骨骼颗粒壳层的矿物形状、大小、结晶程度、排列方式等，按晶体在三维空间形态特征分为五大结构类型：粒状结构、纤状结构、柱状结构、片状结构和单晶结构。
1.粒状结构
由光性方位不一致的等轴粒状方解石几何体组成，按晶粒大小分为四种结构：
◎ 胶粒结构：由微晶方解石胶结稍大的方解石、石英粉砂、粒屑和骨屑而形成，见于蓝绿藻、红藻、有孔虫等的硬体中。

图2-3 钙质化石常见显微结构图解

◎ 隐粒结构：由小于0.5μm的方解石晶粒组成，见于蓝绿藻、红藻、有孔虫、古杯、珊瑚、层孔虫等的硬体中。
◎ 微粒结构：由1～5μm的方解石晶粒组成，见于蓝绿藻、绿藻、红藻、有孔虫、古杯、海绵、层孔虫和珊瑚等的硬体中。
◎ 晶粒结构：由大于5μm的方解石晶粒组成，相互镶嵌，见于绿藻、海绵骨针、六射珊瑚、双壳类、腹足类等的硬体中。
2.纤状结构
纤状结构由平行或放射排列的单向延长的方解石晶体组成，按纤体排列和大小分为三种结构：
◎ 层纤结构：纤体大多垂直于基面生长而形成，见于珊瑚、层孔虫、介形虫、有孔虫、苔藓虫及腕足、双壳、腹足、头足的骨骼中。
◎ 柱纤结构：纤体从微粒基线向上向外生长，呈束状，见于轮藻、珊瑚、层孔虫、双壳、腹足类的硬体中。
◎ 玻纤结构：由小于1μm的均匀纤体垂直壳面彼此平行或放射排列组成，正交偏光下呈波状消光，见于三叶虫和介形虫。
3.片状结构
片状结构由两向延伸的方解石片状晶体彼此平行叠积组成，片状晶体厚1μm左右。按片状晶体叠积方式为两种结构：
◎ 平行片状结构：由小于1～2μm近于平行壳面的方解石片状晶体叠积而成，见于腕足类、苔藓虫、竹节虫的骨质及蠕虫管中。
◎ 交错片状结构：由小于1μm纹片平行叠合的楔形体而成，楔形体之间的纹片彼此呈交错排列，纹片多由文石组成，见于腹足、双壳类和头足类的壳质中。
4.柱状结构
柱状结构由宽度大于5μm以上的方解石柱状晶体垂直或斜交壳面所组成，见于双壳类、腹足类和头足类的壳体中。
5.单晶结构
单晶结构由一致消光的单一方解石晶体所组成，是棘皮动物的海百合和海胆骨板的主要结构。按单晶的形式分为两种结构：
◎ 连生单晶结构：由单晶方解石连生组成，见于海百合骨板中。
◎ 网格单晶结构：由原生单晶方解石与次生单晶方解石（c轴相互垂直所组成），见于海胆骨板中。
（三）骨骼颗粒类型及特征
1.蓝绿藻
◎ 绵层类蓝绿藻：具有叠层构造，在以往的研究中常称之为隐藻，而近期的研究将其归为蓝细菌。叠层构造由暗层和亮层组成：暗层是富藻层，呈隐粒结构，灰黑色；亮层是富屑层，呈微粒或晶粒结构，显灰白色。按形态分三种类型（图2-4）：外形呈柱状或穹状称叠层石，形成于潮间→潮下具有一定的波浪和潮汐作用的环境；外形呈球形或椭球形称核形石，形成于波浪作用较强的潮下环境；外形呈水平纹层状称层纹石，呈波状，分布于相对较低能的潮坪环境。

图2-4 叠层石的三大类型

◎ 孔层类蓝绿藻：呈细管壳，常称为弱钙藻，细管壳呈隐粒或微粒结构。外形呈弯曲形并相互缠绕称葛万藻，呈树枝状丛生排列称附枝藻。一般分布于潮坪-潟湖环境。
2.绿藻
具原型钙质壳，又称为钙藻。常见有管状壳和片状壳两种类型（图2-5）：①呈管状壳属粗枝藻类：由中茎和侧枝组成，呈晶粒结构，一般分布于安静的潟湖环境；②呈片状壳属松藻类：节片由丝状体排列，枝孔内为亮晶充填，主要分布于较动荡的潮下带。

图2-5 绿藻类化石的显微结构和内部显微构造

3.红藻
红藻具原塑钙质壳，又称为造礁钙藻，常见有四种类型（图2-6）：①呈细管群体属管孔藻，呈隐-微粒结构，分布于潮下带-浅海陆棚环境；②呈分枝状、叶状体属翁格达藻，呈薄壁单晶结构，分布于潮下带-浅海陆棚环境；③呈节片状属松藻，呈晶粒结构，分布于潮下带环境；④呈枝节状和皮壳状属珊瑚藻，具下叶体和边叶状体构造，呈隐-微粒结构，一般分布台地边缘形成生物礁或浅海陆棚环境。
4.硅藻
硅藻壳由上下两瓣壳套合组成，矿物成分为蛋白石，呈硅质微粒结构，外形为圆盘形。辐射硅藻分布于海水环境，菱羽纹硅藻分布于淡水环境。

图2-6 红藻化石形态和内部显微构造

5.有孔虫
有孔虫壳体小，由单房和多房组成，外形变化多态，呈平旋、螺旋和直列形（图2-7），壳壁呈隐粒结构为主要类型。分布于半咸水-海水环境。
6.海绵骨针
海绵骨针呈棒轴型，有单轴、三轴型、四轴型和多轴型及镣带型（图2-8），骨针内具晶粒结构者多为钙质海绵骨针，分布于浅水环境；具微粒结构者为硅质海绵骨针，分布于深水环境。
7.珊瑚
珊瑚有单体和群体两种骨架壳，具隔壁、鳞板、床板、中轴等内部构造，呈层纤结构。珊瑚具隔壁为主属四射珊瑚，呈群体具床板为主属床板珊瑚。珊瑚分布于浅海陆棚环境，为造礁生物常形成珊瑚礁体。
8.层孔虫
层孔虫为群体层架壳，由平行排列的细层和垂直排列的棱柱组成，呈层纤结构。外形呈块状、层状、球状（图2-9），分布于浅海陆棚环境，为造礁生物。呈枝状外形的层孔虫多分布于潮下低能带和潟湖环境，亦可形成于点礁环境。

图2-7 有孔虫基本形态和内部显微构造

9.苔藓虫
苔藓虫为群体管壳，呈平行片状结构，管壳内具有横板，管壳之间具有间隙孔构造。一般分布于浅海陆棚环境。苔藓虫呈平行分枝构成窗格状（图2-10），属隐口目苔藓虫类，反映低能浅水环境。

图2-8 海绵骨针基本形态

10.腕足类
腕足类具大小不等的两瓣壳（图2-11），呈平行片状结构，主要分布于浅海陆棚环境。
11.双壳（瓣鳃）类
双壳类具大小相等的两瓣壳（图2-11），呈晶粒结构为主要类型，尚有交错纹片结构，分布于淡水、半咸水、海水环境。

图2-9 层孔虫的基本形态和内部显微构造

12.介形虫
介形虫具有大小相等边缘叠置的小型两瓣壳（图2-11），呈玻纤结构，分布于浅水、半咸水、海水环境。
13.腹足类
腹足类呈单房室螺壳，形态有盘旋、锥旋和螺旋壳，呈晶粒结构，分布于淡水、半咸水、海水环境。
14.棘皮类
棘皮类主要有海百合茎板，呈连生单晶结构，形态呈圆形为主，中心具有小圆孔（图2-12）。还有海胆骨板，呈网格单晶结构，形态以多边形为主。主要分布于浅海陆棚环境，棘屑大量堆积，有明显的韵律性，形成于生物滩环境。
15.三叶虫
三叶虫背甲由头、胸、尾部组成，皆由分节节片构成，节片呈向内弯曲的长条形，表面具树皮状纹饰，呈玻纤结构，分布于浅海陆棚环境。

图2-10 苔藓动物基本形态和内部显微构造

三、碳酸盐岩的鉴定与描述要求
（一）手标本的鉴定与描述要求
1.颜色
一般为浅色，以灰色、灰白色为主，但由于混入物成分及含量不同，则可形成不同的颜色。如深灰色或黑色可能是混入了有机质或黄铁矿。这些物质呈细分散状态存在于岩石中，使岩石颜色加深。又如紫红、褐红等色为混入有含水氧化铁物质所致，很多白云岩呈米黄色或褐色系，是由含铁白云石所致。观察与描述要求与碎屑岩相同。
2.矿物成分
碳酸盐岩包括石灰岩（方解石含量＞50%）和白云岩（白云石含量＞50%）两大类，故确定矿物成分意义极大。在标本上主要是根据加稀盐酸（5%）试验确定：

图2-11 腕足、双壳（瓣鳃）和介形虫化石的主要鉴定特征图解

（1）加稀盐酸立即剧烈起泡并嘶嘶作响，说明岩石主要由方解石组成，应为石灰岩类。
（2）若加稀盐酸不起泡或粉末缓慢起泡，且条痕加镁试剂变蓝说明含镁，岩石主要由白云石组成，应为白云岩类。
（3）若加稀盐酸起泡反应后留下泥质物，则为泥灰岩类。
其他如陆源矿物和自生矿物也应描述并说明其赋存状态。
3.结构和构造特征
由于碳酸盐岩的结构与岩石的成因有密切的关系，故不同成因的碳酸盐岩就具有不同的结构特征。在标本上观察碳酸盐岩的结构应先用稀盐酸或水打湿后进行，观察其断口以确定岩石的具体结构。
（1）若岩石断口粗糙，并明显看出由颗粒和填隙物两部分组成，则岩石具颗粒（或粒屑）结构，再进一步根据颗粒的特征，确定颗粒的类型。
（2）断口致密，平坦光滑或呈贝壳状，用放大镜可见晶粒，为微晶结构，见不到晶粒为泥晶结构。
（3）由群体生物骨架和其他共生生物组成的岩石，孔洞常发育，并为粒屑沉积物、灰泥或亮晶胶结物充填，为生物骨架结构。
（4）断口呈“砂糖状”，晶粒较粗者为晶粒结构，晶粒按其大小可进一步细分为巨晶、粗晶、中晶、细晶、极细（或粉）晶、微晶和泥晶等结构。
（5）碳酸盐岩的构造，除具有与碎屑岩相同的层理、波痕、干裂等原生沉积构造之外，还有一些碳酸盐岩所特有的构造，如叠层构造、鸟眼构造、缝合线构造及生物扰动构造等。

图2-12 海百合茎基本形态和内部显微结构

4.生物化石和碎屑
岩石中含生物化石或生物碎屑的情况。
5.填隙物特征及含量
填隙物包括亮晶胶结物及泥晶（灰泥）基质。亮晶是干净透明的方解石晶体，充填于粒间孔隙之中，对颗粒起胶结作用。泥晶（微晶）基质是与颗粒同时沉积的直径＜0.031mm的碳酸盐微细粒屑，为充填于格架颗粒之间的填隙物，也可起固结作用。泥晶基质在标本中呈污浊、浑暗、微晶泥状结构，极易与亮晶胶结物区别。若岩石全由泥晶（微晶）组成，即具泥晶（微晶）结构，则为泥晶（微晶）灰岩。
6.胶结类型
针对具有颗粒结构的碳酸盐岩，其描述方法和过程类同于碎屑岩。
7.命名
按结构-成因分类命名原则，其命名顺序为：首先根据矿物成分确定岩石的基本名称，即方解石含量＞50%者为石灰岩，白云石含量＞50%者为白云岩；再根据颗粒进行结构命名，如颗粒含量＞50%者为颗粒灰岩（或颗粒白云岩）类，颗粒含量＜50%者为微晶灰岩（或微晶白云岩）类，具有生物骨架结构者为原地固着生物灰岩类，具有重结晶或交代残余结构者为晶粒灰岩（晶粒白云岩）类或残余结构灰岩（或残余结构白云岩）类；再根据颜色和填隙物类型或特殊的自生矿物等进行综合命名。
对白云岩的分类，还可按白云石化强度及残余结构的保存程度等特征进行进一步的细分和综合命名。
（二）薄片的观察与描述要求
1.矿物成分及含量
对于碳酸盐矿物可根据薄片用茜素红染色的情况区分方解石和白云石。方解石染成红色，白云石不染色，再根据各矿物的含量确定其岩石类型。陆源矿物及自生矿物也应定出成分及含量。
2.结构特征
（1）颗粒碳酸盐岩结构特征描述，应按结构组分特征，即颗粒类型、亮晶胶结物、泥晶基质和孔隙类型的顺序依次进行观察与描述。具体内容如下：①描述颗粒时应从数量多的到数量少的逐一描述其形状、大小、含量等特征；②亮晶胶结物应指出其成分、含量及结构特征，分析和指出是否具世代关系等，以及相对应的晶体结构类型和结晶习性，如纤维状、柱状、栉壳状、等粒状和连生晶体等；③泥晶基质应指出含量及有无重结晶等；④孔隙，应指出孔隙类型及面孔率，孔隙的连通性及其储集性能的关系。
（2）不具颗粒结构的碳酸盐岩结构，较简单，为泥或微晶结构。
（3）经重结晶改造的碳酸盐岩结构特征描述，以具晶粒结构或残余结构为主要特征，其中具晶粒结构的岩石可按晶粒的大小划分为：
◎ 巨晶结构：晶粒直径＞4mm；
◎ 极粗晶结构：晶粒直径4～1mm；
◎ 粗晶结构：晶粒直径1～0.5mm；
◎ 中晶结构：晶粒直径0.5～0.25mm；
◎ 细晶结构：晶粒直径0.25～0.0625mm；
◎ 极细晶或粉晶结构：晶粒直径0.0625～0.0315mm；
◎ 微晶结构：晶粒直径0.0315～0.0039mm；
◎ 泥晶结构：晶粒直径＜0.0039mm。
（4）具生物骨架结构的碳酸盐岩特征描述，总体可分为生物骨架结构、填隙物结构和孔隙结构3部分。观察内容和描述顺序如下：①确定造礁生物、联结生物和附礁生物的种类和含量；②确定骨架类型是块状骨架、障积骨架，还是黏结骨架；③观察联结生物的联结类型；④骨架间填隙物的类型、含量、特征及相互关系；⑤对孔隙的观察同颗粒碳酸盐岩。
3.构造
主要指在薄片内能观察到的构造。碳酸盐岩中常见的构造有鸟眼构造、窗孔构造、生物钻孔构造，叠层构造及层纹构造，显微层理及显微缝合线构造等。
4.生物化石及生物碎屑
包括生物的种类、数量、分选及排列等特征。
5.胶结类型
同碎屑岩。
6.成岩后生变化
应指出岩石有哪些成岩后生变化，是普遍现象还是局部现象，这些作用发生的先后顺序，最后根据这些现象综合出岩石的成岩历史及成岩环境，孔隙的发育及孔隙分布特征及其对储集性的评价。
碳酸盐岩中常见的成岩后生变化有：
（1）胶结作用：应指出有几期胶结，结构类型，再根据胶结矿物的晶体形态（如纤维状、柱状、栉壳状、等粒状、片状，还是连生晶体），确定是海水胶结、混合水胶结、淡水胶结，还是不同性质水体的多世代胶结。
（2）新生变形作用：系指一种特殊的、自发性的重结晶作用或交代作用。包括如下几种情况：①文石转变成方解石，如文石质骨骼转变成方解石形成晶粒结构；②针状胶结物为纤状、柱状或栉壳状方解石所交代；③泥晶重结晶成微亮晶（4～10μm）及假亮晶（即一般所指的重结晶方解石，10～50μm）。这种重结晶可以是局部的，也可是整体的，这种由泥晶基质重结晶生成的假亮晶应注意与由孔隙水沉淀形成的亮晶胶结物区别（表2-8）。
表2-8 亮晶方解石与泥晶基质重结晶形成的假亮晶的区别


（3）压实及压溶作用：碳酸盐岩的压实作用表现为：①颗粒变形，缩小颗粒体积，或颗粒间的紧密堆积；②颗粒接触点的粒间压溶及颗粒互相贯穿；③颗粒间脆性骨粒的压碎；④颗粒的旋转；⑤贝壳的压扁或压紧；⑥颗粒的破裂等。压溶作用经常伴有缝合线构造的产生，压溶作用产生的含CaCO3的溶液，常是方解石胶结物的主要来源。
（4）交代作用：碳酸盐岩的交代作用极为发育，较为常见的有白云石化作用、硫酸盐化作用及硅化作用等。在观察时应注意交代作用的矿物类型、强度及发生的时期。
7.成因分析
根据岩石的矿物成分、结构构造及生物的情况，对岩石的形成环境、水动力条件及储集性等提出初步分析意见。
8.综合命名
应结合岩石的矿物成分、结构构造、成岩后生变化及颜色等进行综合命名。其原则和顺序与手标本相同，例如，绿色含海绿石白云化生物碎屑含云微晶灰岩。
9.作素描图
要求同砂岩。
四、碳酸盐岩的观察与描述实例
（岩石编号：Se3.1；产地：山东崮山；层位：寒武系）
1.手标本的观察与描述
岩石为紫红色；鲕粒结构，块状构造，鲕粒以真鲕为主，鲕粒直径多为0.8～2mm，大的直径可达2～4mm，鲕粒含量约占整个岩石的65%；此外，可见生物碎屑，含量约5%。组成成分以方解石为主，含量95%以上。岩石硬度低于小刀，滴稀盐酸剧烈起泡。填隙物为亮晶方解石和泥晶基质，含量约占30%。胶结类型为孔隙-基底式。
初步定名：紫红色鲕粒灰岩
2.薄片的观察与描述
结构：具鲕粒结构。
矿物成分：以方解石为主，有极少量的陆源碎屑石英、白云母等，偶见自生石英。
颗粒组分：见鲕粒，以真鲕为主，少数薄皮鲕、变形鲕、复鲕和偏心鲕。鲕粒大小不一，大的达2～4mm，小的0.4mm左右，一般1～2mm。鲕粒形态多样，受核心控制，有圆形、椭圆形，鲕粒核心多为生物碎屑，有三叶虫、海百合、软舌螺等，含量占60%左右。生物碎屑主要有三叶虫、海百合、软舌螺，含量约占10%。
填隙物：见有泥晶基质和亮晶方解石胶结物；泥晶基质已重结晶成极细晶，含量约20%；亮晶方解石含量约10%，具等厚环边栉壳状胶结结构，颗粒接触点发育有新月型及重力悬挂型等特殊的大气水胶结结构类型。
胶结类型：基底-孔隙式。
成岩后生变化：该岩石经历了如下几个成岩阶段和成岩作用的改造：①同生期，鲕粒等沉积物受氧化；②成岩早期，栉壳状等厚环边胶结；③成岩晚期，压溶作用，造成鲕粒间缝合线构造及破裂变形鲕的形成（沉积物半固结的作用）；④后生期，泥晶基质重结晶，有交代颗粒边缘的现象（固结后的变化）；⑤表生期，淡水溶蚀孔隙被亮晶方解石充填胶结。
岩石成因分析：①鲕粒同心圈多、鲕粒大，故形成鲕粒的环境能量高，可能为鲕滩，或潮沟环境。②填隙物泥晶基质较多，故鲕粒的堆积环境能量较低，可能为滩后环境。③沉积环境水浅，为氧化介质，故岩石呈红色。④成岩后生改造明显，表现在成岩期及表生期均有胶结作用产生，成岩晚期-后生期还有压溶、重结晶作用等，故孔隙少。
综合定名：紫红色亮晶-微晶含生物碎屑鲕粒灰岩

1.碳酸盐岩的化学成分特征
碳酸盐岩的主要化学成分为CaO、MgO及CO2，其余氧化物还有SiO2、TiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3、K2O、Na2O和H2O等。纯石灰岩的理论化学成分为CaO56%，CO244%;纯白云岩的理论化学成分为CaO30.4%，MgO21.7%，CO247.9%。此外，还可有一些微量元素和稳定同位素，如Sr、Ba、Mn、Ni、Co、Pb、Zn、Cu、Cr、V、Ga、Ti等微量元素和C、O、Sr稳定同位素，可利用这些元素种类、含量、元素对的比值和异常来划分和对比碳酸盐岩地层，判断碳酸盐岩的沉积环境和研究碳酸盐岩的成因类型、成岩后生作用和相关的矿产资源。
2.碳酸盐岩的矿物成分特征
碳酸盐岩的矿物成分包括三类:碳酸盐矿物、自生的非碳酸盐矿物及陆源矿物。
碳酸盐矿物主要是方解石、白云石、高铁方解石、铁白云石、菱镁矿、菱铁矿、菱锰矿等。在现代碳酸盐沉积物中，还广泛地发育有文石和高镁方解石，局部地区，如波斯湾阿布扎比和澳大利亚库龙潟湖，以及我国的大、小柴旦盐湖产有原白云石。需指出的是，在现代碳酸盐沉积物中，不同的碳酸盐矿物结晶习性有明显的差别，如在正常海水中沉淀的文石呈针状，高镁方解石也可呈针状，更多的是呈陡峻的犬牙状和刃状，半咸的混合水沉淀的方解石呈多面体的等轴粒状，而在渗流的淡水中沉淀的方解石具有洁净明亮的菱面体晶形，在静止潜流中沉淀的方解石大多数呈连生的巨晶产出(图5－4)。由于上述不同碳酸盐矿物的结晶习性出现在不同的沉积环境和成岩过程，并可不同程度地保存在岩石中，因此，识别岩石中不同碳酸盐矿物的结晶习性，将有助于对碳酸盐岩沉积－成岩环境和成岩后生作用过程的恢复。

图5－4 碳酸盐岩的矿物成分、结晶习性与流体性质的关系

自生的非碳酸盐矿物 有石膏、硬石膏、重晶石、天青石、萤石、岩盐及钾镁盐矿物，还可有少量的蛋白石、自生石英、黄铁矿、白铁矿、海绿石、磷酸盐矿物及有机质等。这些矿物的出现与特定的沉积环境或成岩后生变化作用有关。
陆源矿物 常见的有粘土矿物、碎屑矿物(如碎屑石英及长石)及微量的重矿物(多为稳定的重矿物)。当陆源矿物含量超过50%时，碳酸盐岩即过渡为泥质岩和碎屑岩。
3.碳酸盐岩的结构组分特征
碳酸盐岩的结构组分与岩石的沉积环境和成岩后生作用密切相关，在一定程度上反映了岩石的成因特征，它不仅是岩石的重要鉴定标志，也是碳酸盐岩分类命名的重要依据。碳酸盐岩的结构类型同时与地层的含水性和储油气性直接有关，因而也是对含水层和油气储层进行评价和开发的依据。因此，碳酸盐岩的结构组分特征历来是研究碳酸盐岩的重要内容。
依据现代碳酸盐沉积的研究成果，业已发现除了那些具有生物结构的碳酸盐岩是生命活动的直接产物外，显生宙以来90%以上的碳酸盐岩成因与生命活动有直接和间接的关系，更正了碳酸盐岩单一化学成因的传统观点，并发现不同成因的碳酸盐岩，具有不同的结构类型和成因特征，特别具有颗粒结构的碳酸盐岩的分布服从于沉积环境的水文条件和水动力能量状况，如波浪与潮汐作用，而具有晶粒结构的往往是先期正常的碳酸盐沉积重结晶和交代作用的产物，因此，按不同成因的碳酸盐岩所具有的结构，可划分出如下几个具有不同成因意义的结构组分类型:
◆由波浪和流水搬运沉积而成的碳酸盐岩(主要为颗粒灰岩和白云岩)，具有类似于碎屑岩的碎屑结构，反映碳酸盐岩沉积作用同样受到水文条件和能量环境的控制。
◆由化学、生物化学沉淀作用、波浪或流水颠选、机械磨蚀作用形成的灰泥与碳酸盐岩(主要为具泥晶、微晶结构的石灰岩和白云岩)。
◆保存在碳酸盐岩中的原始孔隙和在成岩后生作用过程中形成的次生孔隙。
◆由原地生长的生物骨架组成的碳酸盐岩(主要为生物灰岩、礁灰岩和藻灰岩与藻白云岩)，具有生物骨架或生物生长结构，此结构组分是部分碳酸盐岩是生命活动产物的直接证据。
◆具残余结构及晶粒结构的碳酸盐岩(主要为白云化不彻底的白云质灰岩和灰质白云岩)。
◆重结晶的碳酸盐岩(主要为结晶灰岩和结晶白云岩)，具晶粒结构及残余结构。
按照上述的结构和成因意义，碳酸盐岩的结构被划分为如下几种主要类型，其中的粒屑、填隙物和孔隙称为结构组分，可分别与碎屑岩的碎屑结构、填隙物结构和孔隙组分相类比，也即此3个结构组分各具不同的产出状态和成因意义。
(1)粒屑结构组分
碳酸盐岩中的粒屑福克称为异化粒(allochem)，包括内碎屑、生物碎屑、鲕粒、核形石、球粒、团块等，它们是在沉积盆地内由化学、生物化学、生物作用和波浪、潮汐、岸流的机械作用而形成的，并在盆地内就地沉积或经短距离搬运而沉积的颗粒。其中只有内碎屑和生物碎屑才是由原有沉积物(软泥及生物)再被打碎、搬运和沉积而成的碎屑，其余均具有原生形态，称为颗粒。但它们可统称为粒屑，都是在盆地内生成的，也都被称之为广义的内碎屑，或沉积物碎屑。
内碎屑(intraclast) 狭义的内碎屑是早已沉积于海底的、弱固结的碳酸盐沉积物，经岸流、波浪或潮汐等作用剥蚀出来并再次沉积的碎屑。按大小可把内碎屑分为5个级别:
砾屑:颗粒直径>2mm
砂屑:颗粒直径2～0.062mm
粉屑:颗粒直径0.062～0.031mm
微屑:颗粒直径0.031～0.004mm
泥屑:颗粒直径<0.004mm

图5－5 砾屑的排列方位及成因意义

在不同粒级的内碎屑中，砾屑的成分和产状特征最具研究意义(图5－5)，如双向交错排列的砾屑指示存在往复的潮汐流作用;放射状扇形排列的砾屑主要是风暴流作用的结果;叠瓦状排列的砾屑通常是单向流水作用的标志;平行排列的砾屑往往与暴露作用有关。
生物碎屑(bioclast) 个体完整者称生物或骨粒，个体不完整和被磨蚀的称为骨屑或生物碎屑。此类颗粒多是经过搬运后再沉积的，因此，可通过生物碎屑的保存状况，来推断其被搬运和改造的程度。不同门类和属种的生物骨骼，具有不同的组分和结构类型(图5－6)，因此，利用岩石中生物碎片结构特征可恢复其所含的门类和属种，进而恢复古环境。
鲕粒(oolites) 鲕粒是具有核心和同心层包壳的球状颗粒，很像鱼子，其核心可以是内碎屑、生物、陆源石英或其他碎屑，同心层常由泥晶方解石组成(现代鲕粒多由文石组成)，有的鲕粒具放射状结构。鲕粒大小一般2mm者称豆粒。根据鲕粒的内部结构可将鲕粒细分为真鲕、薄皮鲕、复鲕、变形鲕、变晶鲕、负鲕和残余鲕等成因类型(图5－7)。多数人认为鲕粒是无机化学―机械沉淀的产物，其形成过程需要在碳酸盐过饱和的热带浅海环境和水体持续搅动的较高能条件，且鲕粒粒径越大，所代表的环境水体搅动能量越高(图5－8)。

图5－6 几种常见生物骨骼的结构和形态


图5－7 鲕粒的内部结构和成因

核形石(oncolite) 又称藻灰结核，也是具同心层状的圆球或椭球状颗粒(图5－9)，它主要是蓝藻生命活动的痕迹，机械作用居次要地位。它与鲕粒特征相似，其区别在于核形石的同心层不规则，色暗(因富有机质)，可有多个核心，大小不一，常与其他蓝藻组分，如凝块石、藻团块、层纹石和叠层石等共生，其形成能量较鲕粒低。

图5－8 成鲕作用与水流搅动强度(a)和粒度(c)关系


图5－9 微晶核形石灰岩

球粒(pellet) 球粒，又被称之为团粒，是由泥晶碳酸盐矿物组成的颗粒，一般呈卵圆形，内部结构均匀，大小在0.03～0.2mm之间，常成群出现。球粒是由微细骨屑、蓝藻类、粪粒或泥晶碳酸盐矿物发生凝聚作用而成，有时可经流水搬运、滚动，有时就地堆积。总之球粒的形成能量不高，具有均匀的形状和大小，有时分选较好，富含有机质，色暗。一般多为蓝藻成因的藻球粒和生物粪便堆积而成的粪球粒(图5－10)，部分为砂屑或生物碎屑经泥晶化作用后形成的似球粒。
团块(lump) 是具不规则外形的复合颗粒，其内可包裹小生物、小球粒等颗粒，常由蓝藻粘结这些颗粒，外形呈不规则状。典型的现代团块见于巴哈马滩，由球粒被蓝藻粘结而成、外形呈葡萄状，故又叫巴哈马石或葡萄石(图5－11)。

岩石学简明教程
图5－10 石膏质藻球粒白云岩

图5－11亮晶藻团块灰岩

以上核形石、球粒、团块及凝块石、藻屑、藻鲕等，均是与蓝藻有成因关系的颗粒，故也统称为藻粒。它们在浅水碳酸盐岩中经常出现，并对造岩、生储油气、成矿等有重要作用，应注意。
(2)填隙物结构组分
填隙物，即广义的胶结物，应包括泥晶基质、亮晶胶结物等，它们都对于酸盐颗粒起胶结作用。填隙物的胶结作用包括三方面，即填隙物成分、结构和胶结类型。
泥晶基质(microcrystalline matrix) 又叫微晶基质、微晶杂基或灰泥，其存在方式和成因与碎屑岩中的杂基相当，但它不是陆源的，而是盆内形成的灰泥(细小碎屑)，主要以填隙物的形式充填在孔隙中，或形成灰泥支撑的基底式胶结，也可以是单一灰泥成分的碳酸盐沉积，呈均一的泥晶(泥屑)或微晶(微屑)结构，因此，也称内杂基，其含量与环境的能量呈密切的负相关性，是判别环境能量高低的重要依据。
灰泥有机械磨蚀的、生物磨蚀的、藻类分泌的、微生物泥晶化作用和无机化学沉淀的等多种成因类型，其原始成分主要为文石针或文石泥，少量为高镁或普通方解石。深海底部的碳酸盐软泥主要由颗石藻、抱球虫或翼足虫等超微生物(或化石)组成。
亮晶胶结物(sparryce ment) 亮晶是充填于石灰岩原始粒间孔隙中的化学沉淀物质，对碳酸盐颗粒起胶结作用，相当于碎屑岩中的化学胶结物，常为方解石、白云石，少数由石膏、硅质胶结物或其他化学沉淀的碳酸盐矿物组成。绝大多数亮晶胶结物是由干净和较粗大的方解石晶体组成，晶体常>0.01mm。亮晶胶结物的发育，代表沉积时的水动力较强，将原始粒间的灰泥冲洗干净，留下的孔隙被富含CaCO3的水溶液在成岩阶段沉淀而形成的明亮晶体的充填物。所以“亮晶”一词是有成因意义的:一个岩石中若颗粒数量一定，则当亮晶多时代表岩石形成时的水动力较强，微晶基质多时代表水动力较弱。
亮晶胶结物与泥晶基质的区别在于:亮晶存在于粒屑多的岩石中，矿物晶体大、晶形好、明亮，晶体间呈平直的贴面结合，可发育多世代结晶现象。手标本中观察粒屑间的亮晶胶结物，与粒屑界线清楚，并可见亮晶方解石胶结物的晶面反光。在显微镜下观察亮晶胶结物，其晶体形态多姿多态，与成岩环境流体性质相关。特点为:在海底成岩环境中以发育针状或刃状的文石或高镁方解石的等厚环边胶结为主;在淡水渗流和活跃潜流成岩环境中以发育等轴粒方解石胶结为主;在淡水静止潜流成岩环境中以发育连生方解石胶结为主。也有人将泥晶基质新生变形成的较粗粒度方解石称为亮晶，此类亮晶显然不具备上述孔隙水沉淀的亮晶胶结物成因意义。实际工作中确定泥晶基质新生变形而成的亮晶是非常重要的，可依据此类晶体之间呈缝合线接触和残余泥－微晶斑块加以识别(图5－12)。
填隙物结构和胶结类型 ①填隙物结构，首先分出亮晶胶结物或微晶基质，再按胶结物结构细分出栉壳状、粒状、再生边和连生胶结物等。它们的特征和碎屑岩的胶结物结构一样，但具有更明显的世代性，如二世代栉壳状、粒状胶结结构，往往由第一世代的等厚环边栉壳状和第二世代的等轴粒状亮晶方解石胶结物组成(图5－13)。②胶结类型，即填隙物与颗粒之间的关系，主要包括基底式、孔隙式、接触式胶结类型，及它们之间的过渡类型。这里不再重复。

图5－12 新生变形亮晶中的泥－微晶残余斑块(黑点所示)


图5－13 二世代胶结结构

碳酸盐岩的结构和岩石命名就是根据颗粒类型、大小和数量，再加上成分和微晶基质、亮晶胶结物的含量之比例的关系来确定的。如灰岩中的颗粒组分含量50%以上为砾屑时，这种岩石的结构就叫砾屑结构，岩石就命名为砾屑灰岩。
(3)晶粒结构
各种结构和成因的灰岩经强烈重结晶作用或白云石化作用改造后，常呈原始结构被破坏和消失的晶粒结构。按晶粒的绝对大小可分为:晶粒>2mm的巨晶结构，晶粒2～1mm的极粗晶，晶粒1～0.5mm的粗晶结构，晶粒0.5～0.25mm的中晶结构，晶粒0.25～0.1mm的细晶结构，晶粒0.1～0.0625mm的极细晶结构，晶粒0.0625～0.031mm的粉晶结构，晶粒0.031～0.004mm的微晶结构，晶粒<0.004mm(即<4μm)的泥晶或隐晶结构，其中粉晶至巨晶结构绝大多数是重结晶作用的结果，一般重结晶作用越强晶体粒度越粗，晶形越好，所保存的残余结构也越少。而泥－微晶或隐晶结构往往是准稳定的文石或高镁方解石在成岩过程中自发向稳定的普通方解石转化为新生变形作用的产物，对原始结构基本无破坏作用。
(4)生物生长结构
由造礁生物原地生长形成的礁灰岩，具典型的生物结构。按礁灰岩中的生物生态特征，可细分出骨架礁灰岩、粘结礁灰岩、障积礁灰岩和盖覆岩等(图5－14)。

图5－14 造礁生物与各类礁灰岩的划分与命名

骨架礁灰岩(framestone) 由群体造礁生物(如块状珊瑚、层孔虫、海绵、厚壳蛤、牡蛎等)原地固着生长形成的骨架(又称格架)，骨架之间被附礁生物和其他颗粒、基质及亮晶胶结物充填和胶结，构成坚固的能抗浪的生态礁，称为骨架礁灰岩，生物礁主体往往由此类礁灰岩组成。
粘结礁灰岩(boundstone) 若为原地匍匐生长的板状或片状生物(如板状层孔虫、海绵、苔藓虫、藻类等)，粘结和包裹大量灰泥基质，构成坚固的生物层或抗浪能力很强的块体，称为粘结礁灰岩，也是组成礁核的重要岩石类型之一。
障积礁灰岩(bafflestone) 若为原地茎状或树枝状生物(如枝状珊瑚、海绵和海百合等)对灰泥起障碍和遮挡作用，从而使灰泥堆积下来(灰泥可多于茎类生物)，构成生物丘或灰泥丘，此类型一般抗浪能力差，称为障积礁灰岩。主要出现在礁前斜坡带骨架礁的下部和翼部。
盖覆岩(coverstone) 由原地生长的板状或层纹状生物覆盖破碎的骨骼或其他碎屑并使之稳固而形成的岩石。多产于礁基、礁坪、礁盖和礁前斜坡带。

图5－15 中－粗晶白云岩中的残余鲕粒结构及其发育的晶间孔

(5)残余结构
白云石化灰岩及重结晶灰岩常保存有灰岩的部分原始结构，这部分结构被称作为残余结构，如在结晶灰岩和白云岩中，时可见到的残余生物结构、残余鲕粒结构(图5－15)、残余砂屑结构和残余生物礁结构等。
(6)孔隙结构
目前世界上已探明的石油天然气储量约有一半赋存在碳酸盐岩地层的孔隙空间中，而大多数受碳酸盐地层控制的层状和层控型多金属硫化物矿床也大多与碳酸盐岩地层中的孔隙空间有关。碳酸盐岩中的孔隙空间可划分为原生孔隙和次生孔隙两种主要成因类型，其中原生孔隙的形成与碳酸盐岩的矿物成分、结构和形成条件密切相关，而次生孔隙受成岩作用的控制和改造更为强烈。因此，碳酸盐岩孔隙结构组分的特征也可采用碎屑岩孔隙结构组分的术语加以描述，但其孔隙类型和形成演化更为复杂。
A.原生孔隙
如同砂岩中的原生孔隙，也是指形成于沉积阶段的孔隙，但其类型要丰富得多，列举
粒间孔隙 颗粒堆积时，由颗粒相互支撑构成的孔隙空间。粒间孔隙的发育程度与颗粒的含量、粒度、分选性、排列方式和充填物的含量等因素密切相关。
遮蔽孔隙颗粒堆积过程中，由于较大颗粒的遮挡在其下部保留的孔隙空间，或者由凸面向上的介壳形成遮挡，在其下部保留的孔隙空间。
体腔孔隙 具有骨骼或壳体的生物死亡后，软体部分腐烂后留下骨骼内或壳体的孔隙，称之为生物体腔孔隙。此类型孔隙可以很大，也可以非常细小，视原始生物骨骼或壳体的大小而定，如大型海螺的生物体腔孔非常巨大，而有孔虫壳体上的微孔非常细小。
生物骨架孔隙 主要由造礁的群体生物，如珊瑚、海绵、层孔虫、苔藓虫、牡蛎、红藻等生物原地生长堆积构筑而成的礁体格架中间的孔隙，此类型孔隙的大小取决于造礁群体的骨架发育规模，如珊瑚礁灰岩中的骨架孔隙一般都很大，而红藻礁灰岩中的骨架孔隙一般都很小。
鸟眼孔和干缩孔 未被充填的鸟眼构造和干缩缝所形成的孔。此类型孔隙具有顺层断续平行分布的特点，一般出现在潮坪沉积物中。
窗格孔和层状空洞 此类孔隙的发育与藻类活动有关，通常由藻纹层间蓝绿藻纹层腐烂或干化收缩形成的孔隙。具有顺层平行分布的特点，但连续性较好，发育规模大于鸟眼孔。
生物钻孔由未被充填的生物钻孔形成的孔隙。
B.次生孔隙
粒间溶孔 由原始粒间孔隙经溶蚀扩大而成，也称溶扩粒间孔隙。
粒内溶孔 形成于颗粒内的溶孔，通常与组成颗粒的方解石(或文石)被选择性溶解有关，如被溶蚀所形成的空心鲕粒———负鲕即为典型实例。
铸模孔(又称溶模孔) 此类孔隙是在强烈的选择性溶解作用下，颗粒或晶粒被完全溶解，但仍保留原来颗粒或晶粒外形的一类孔隙。主要的类型有鲕粒铸模孔、生物铸模孔、石膏或石盐晶体铸模孔等。其与粒内溶孔的区别主要在于:颗粒或晶粒被完全溶解，仅保留外部的幻影。
晶间孔隙 是指组成碳酸盐岩中的矿物晶体之间的孔隙，多呈规则的多面体状，通常发育在白云岩中。其成因可能是在白云岩化过程中，离子半径较小的Mg2+取代了离子半径较大的Ca2+，致使新生成的白云石晶体的体积缩小12%～14%(减体积效应)，从而使碳酸盐岩产生晶间孔隙而变得多孔(增加的孔隙理论上可达10%～12%)。
晶间溶孔 新生成的晶间孔隙被进一步溶蚀所形成的次生孔隙，相对被溶的晶间孔而言，此类溶孔的孔径更大，连通性更好。
其他的溶孔除上述各类次生孔隙外，碳酸盐岩中往往还发育有大量受组构或非组构性溶蚀作用形成的次生孔隙空间，如由压溶作用形成的缝合线，延续各类溶孔进一步溶蚀扩大形成的超大溶孔，溶洞和巨大的洞穴，沿各种裂缝溶蚀而成的溶缝、溶沟和廊道等。
研究碳酸盐岩的孔隙结构组分，不仅要注意孔隙的成因类型、大小、几何形态和分布规律，而且要注意孔隙的连通性。因为孔隙之间的连通性决定了孔隙的有效性，从而限定了油气的运移通道、聚集空间和金属矿物的富集条件。在一般情况下，孔隙的直径0.01mm时，伴随孔隙直径的加大，有效孔隙度明显增加，当孔隙的直径>1mm时，岩石的有效孔隙度接近测量值，对油气的运移、聚集最为有利。
4.碳酸盐岩的构造
碳酸盐岩的沉积构造也很复杂，它与沉积环境和沉积期后改造作用有关。在碎屑岩和泥质岩中所能见到的构造，如层理构造、层面构造、变形构造和生物遗迹构造等在碳酸盐岩中几乎都能见到，而且碳酸盐岩本身还发育有一些特有的构造。
下面介绍几种碳酸盐岩特有的沉积构造。
(1)叠层构造(stromatolitic structure)
即叠层石。它是由蓝绿藻细胞丝状体或球状体分泌的黏液，将碳酸盐细屑物质粘结而成。它的生长由于受季节变化而形成的富藻纹层(色暗)和富屑纹层(色亮)两种基本纹层(图5－16)，叠层构造常见于潮坪地区或潮下浅水区的沉积物内。
(2)鸟眼构造(birdseye structure)
在泥晶、微晶(或球粒)白云岩或灰岩中，见有1～3mm大小、大致平行纹理排列、似鸟眼状的孔隙，被亮晶方解石或硬石膏等充填或半充填的构造称为鸟眼构造(图5－17)。

图5－16 叠层构造


图5－17 藻团粒灰岩和鸟眼构造

伊林等(Illing，1959)对鸟眼构造作了详细的研究，他提出了六种可能的成因:①灰泥中的水滴;②灰泥中的气泡;③收缩孔;④硬石膏结核;⑤成岩重结晶;⑥藻类粘结球粒，腐烂后成较大的孔隙，他又把藻粘结成因的鸟眼称为窗孔构造(fenestralstructure)。

图5－18 示底构造

鸟眼构造多产于潮上带，少数在潮间带，而潮下带罕见。若鸟眼、窗孔内未被充填或后受溶蚀而成窗格状孔隙，可成为油气水的储集空间。
(3)示底构造(geopetal structure)
在碳酸盐岩的粒间或粒内孔隙中，见有两种不同的充填物:下部为泥晶、微晶碳酸盐矿物，色较暗;上部为亮晶碳酸盐矿物，色较浅，多呈白色。二者界面平直，界面与层面平行，这种构造称为示底构造(图5－18)。

中、新元古界颗粒碳酸盐岩主要由颗粒组成。颗粒（Particles），或称异化颗粒、盆内颗粒，是指在沉积盆地内形成的、同沉积的颗粒。在所研究区域，碳酸盐颗粒都是盆内形成的，因为从当时区域地质条件看，不太可能存在形成于盆外的碳酸盐碎屑。碳酸盐中的颗粒与碎屑岩中的碎屑颗粒（砾、砂、粉砂）相似，有相似的水动力条件代表性。不少西方学者称颗粒为钙质砂（如Illing,1954）。然而，尽管所研究的大部分颗粒是钙质的（白云石成分），但部分已硅化，故仍称颗粒为好。

（一）颗粒的类型

Illing(1954）将钙质砂分为骨骼颗粒和非骨骼颗粒，非骨骼颗粒又分为鲕粒、球粒、团块、集合体和粒（grains）等五种。粒（grains）是成因不明的文石质泥晶颗粒，集合体由砂粒微弱胶结而成，而团块是胶结良好的颗粒集合体，包括葡萄状团块、包壳团块、葡萄石及不规则种属。Purdy(1963）提出集合体和团块之间无明显区别，并且把大巴哈马滩的非骨骼颗粒分为球粒、泥集合体、葡萄石、鲕粒、泥晶颗粒等五种。其中泥集合体即为Illing(1954）的集合体（易碎集合体），而葡萄石代表所有的团块。

Flugel(1982）从镜下研究的角度将颗粒分为骨骼颗粒、似球粒、集合体颗粒、似核形石（Oncoids）、鲕粒、豆粒、包壳颗粒（Cortoids）、内碎屑等。似球粒指各种成因产生的由泥晶碳酸盐组成的圆形椭圆形颗粒，包括球粒。集合体颗粒则为颗粒的集合体形态，由藻类或亮晶、泥晶胶结物粘结而成，包括葡萄石、藻团、团块等。似核形石和鲕粒的区别在于其前者的形状不规则，同心纹不连续不规则。包壳颗粒则指具有相对薄的泥晶套包壳的各种颗粒的总称，并独立为一类。

对于不同的地层时代和研究内容，对碳酸盐颗粒就会有不同的划分，许多现代颗粒的识别标志在古代碳酸盐岩却变得模糊甚至不存在。从沉积学研究方面看来，对颗粒的分类一则要考虑其鉴别标志，更重要的是要注意其成因标志。鉴于以上观点，对燕山西段杨庄组-雾迷山组地层中出现的颗粒可作以下分类（表3—3），并可适用于其它前寒武系碳酸盐地层中。颗粒的主要类型有鲕粒、葡萄石、似球粒和内碎屑等四种。无大动物的存在可以排除骨骼颗粒和球粒的存在。核形石作为一种球状叠层石描述，故不作为颗粒探讨。团块（1ump）一词用法和概念比较模糊，故不作为一种类型，包括在葡萄石这一类型中。本分类力求简单明了，强调成因标志。

表3—3　华北中、新元古界碳酸盐岩颗粒分类

（二）鲕粒

鲕粒是具核心和同心环结构的球状颗粒，像鱼子（即鲕）而得名。鲕粒为圆形，受压实、压溶等各种准同生和成岩作用后，鲕粒会呈各种形状。鲕粒的大小都为2—0.25mm，常见的为1—0.25mm。鲕粒由两部分组成，一为核心，一为同心层（同心环）。核心主要为内碎屑（砂屑、粉砂屑，砾屑少见）和陆源石英砂，且以内碎屑核心为多，但白云质内碎屑核心都不清楚。有的同心层构造由于重结晶作用而消失，而只能根据其大小、形状和分选来鉴别它是否鲕粒。

鲕粒的成分既可是白云石，也可以是硅质（小米粒状燧石）。有的鲕粒完全由其中某种成分组成，也见两种成分共存于一颗鲕粒中。有的标本完全由硅质组成，而有时在薄片中一侧全为硅质鲕粒而另一侧却全为白云石鲕粒。硅质可能是交代成因的（至少其中有一种成分是交代而成的）。总的说来，硅质成分有利于同心环状构造的保存（早期交代），而白云石鲕粒则多显放射状结构。

1.鲕粒分类和描述

Flugel(1982）根据不同的特征将鲕粒分成不同类型（表3—4）。

表3—4　鲕粒分类

（据Fluge,1982）

根据中、新元古界实际情况，笔者将鲕粒按其结构、形态、成因特征分为以下几种：

①正常鲕：其同心层厚度大于核心直径，一般所指的鲕粒即为这种正常鲕。

②表皮鲕：其同心层厚度小于核心直径。有的表皮鲕甚至只有一层同心环，它可能是在相对低能环境或大核心过剩区域形成于有机或无机过程。

③复鲕：有一个鲕粒中包含两个或多个次级鲕粒。

④单晶鲕和多晶鲕：整个鲕粒由一个白云石晶体或几个白云石晶体构成，同心层结构难以识别。只能根据其形状、大小、分选及和邻近鲕粒的共生来推断是鲕粒。这种鲕粒是重结晶作用的结果。在有些薄片中可以看到复鲕中的白云石单晶从一个亚鲕粒（次级鲕粒、小鲕粒）延伸到另一个亚鲕粒的内部。

⑤变形鲕：鲕粒受压后可变成各种形态。变形鲕可按阶段分为同沉积和成岩变形两种。

2.鲕粒显微结构

中、新元古界碳酸盐鲕粒的显微结构不外乎有三种：①同心层状结构，明暗纹层显示明显的同心纹状结构，主要在硅质鲕粒内保存此结构。②放射状结构，在正交光下呈放射状消光，严重者在单偏光下也见到放射状晶体的存在。有的呈放射状结构的鲕粒完全呈花瓣状外形。这种结构的鲕粒一般只见于白云石鲕粒中。放射状结构一般穿越所有的纹层。③同心-放射状结构：鲕粒内部既显放射状又显同心状结构。这种结构多见于半硅化白云石鲕粒中，也见于其它成分鲕粒中。

现代鲕粒的扫描电镜研究表明，同心层状和放射状结构均属原生结构。具原生的纯同心层状和同心层-放射状结构的鲕粒似乎与当鲕粒达到最小粒径（0.06mm）时从悬浮向底床载荷搬运方式的改变有关。与同心层状的鲕粒（形成于高能环境）不同，“静水环境的鲕粒”的特征为放射状结构（Flugel,1982）。余素玉（1987）认为张夏组（中寒武统）鲕粒灰岩中的放射状鲕和同心-放射状鲕是原生成因的，在纯的胶体悬浮中或静水条件下，文石针易呈径向排列等形成放射状结构。并认为与赵震（1984）人工合成的静水鲕石极为相似。赵震等合成的静水鲕粒，在成核阶段粒度小，呈放射状结构，到成壳阶段则形成同心-放射状。这些鲕粒在没有外力搅动拆开情况下，常呈长串或葡萄状连生鲕，鲕间直边接合无变形（在细径放射鲕中大量存在）。

雾迷山组中见到一种复合鲕（放射状结构）确实类似赵震等（1984）所合成的静水鲕及其集合体。几个鲕粒成串分布，边缘是直的，颗粒之间多粘结在。笔者认为，静水鲕确实存在，但只是部分是放射状结构的鲕粒，而且仅是那些亚鲕粒边界平直，亚鲕粒紧密相连的、成串或葡萄状的放射状鲕粒（注意与葡萄石的不同，葡萄石内部亚颗粒之间边界产状平直）。然而，这些静水鲕在中、新元古界并不多见，因为在当时藻类非常发育的情况下，核形石的形成条件比静水鲕的形成条件优越得多，速度也快。

大部分各种结构的鲕粒是动荡条件下形成的，放射状结构只是白云石重结晶的结果，正如Shearman(1970）所指出的那样。例如有一种放射状鲕（白云石成分）和同心状鲕（硅质成分）共生在一起，很明显放射状结构是白云石重结晶造成的，而且有些鲕粒受重结晶或其它作用而使鲕粒轮廓消失，只留下被交代成港湾状的石英核心仍然依稀可见。总之，静水鲕量少，而且在野外难以辨认，鲕粒仍是代表动荡水体条件的。最原始的结构是同心层状，而大部分放射状是重结晶造成的。早期硅化（尤其是同生硅化作用）有利于同心层状结构的保存。成岩硅化作用而使所有的结构几乎消失。

3.鲕粒大小、分选、原生形状及生长过程

所见鲕粒大小在0.25—1.0mm之间，颗粒越小其内部结构越不明显，分选一般均良好。鲕粒的大小和水体能量有一定关系，鲕粒在达到一定粒径时，水体能量不足以使之移动或悬浮，其表层的生长就会相对停止，立即被埋藏；或是由于颗粒间的碰撞作用使鲕粒在水体运动的时间长且加积速度快，而较大鲕粒因运动时间短而生长缓慢，故鲕粒的分选良好。大小不齐的鲕粒出现于地层中时，可能是由于最大鲕粒仍未达到极限值，大大小小的鲕粒处于生长期就被埋藏；因此，埋藏的时间越早，鲕粒的粒径越小，分选可能越差。而分选良好但鲕粒较小的情形可能是水体能量较小的缘故。磨蚀作用是控制鲕粒形成的一个重要因素（但对于静水鲕则不如此），它不但控制鲕粒的大小而且也控制鲕粒的形状。当一个鲕粒生长在非球形核心外时，尽管鲕粒的生长是平行层面的，但突出面的磨蚀作用强，凹面有利于沉淀和较少的磨蚀，因而不断的沉淀和磨蚀作用平衡使鲕粒越来越圆（Bathurst,1975）。

4.鲕粒产状和成因

鲕粒在杨庄组-雾迷山组所占的比重虽不大（厚度百分比为1%左右），但鲕粒可作为一种良好的指相标志，对于环境解释很有作用。鲕粒一般呈透镜状、薄层状出现，其周围可是各种岩性，层厚多于0.1—0.3m之间，可见各种交错层理，尤其是羽状交错层理，反映鲕粒形成于潮汐作用强的环境。从统计数据表明，鲕粒白云岩的厚度百分比大小与表示高能的锥柱状叠层石的厚度百分比大小成正比关系，反映鲕粒是高能条件的产物，可能产于潮间带和潮下高能带的上部浅滩中潮汐三角洲环境。所以，鲕粒的无机成因说更能较好地解释本研究中出现的大部分鲕粒，即鲕粒的形成和水动力条件相关，而不受或很少受藻类或细菌的作用。这些无机成因的鲕粒的形成条件是：（1）碳酸盐过饱和；（2）有充足的核心来源；（3）水体动荡，能使颗粒反复处于搬运悬浮状态；（4）温暖的海水；（5）相对稳定的环境。

然而，静水鲕的提出使鲕粒的成因及环境解释又增添了色彩，未来的研究很可能解释静水鲕的形成过程以及它和动荡环境的鲕粒在宏观上和微观上的区别。

（三）葡萄石（grapestone）

现代葡萄石是指葡萄状集合体，亚颗粒（即组成葡萄石的颗粒）被泥晶白云石紧密地粘结在一起，产于水体安静环境。

各种复合颗粒均指示静水条件，因此笔者试用葡萄石（有时也用藻团块）来概括所有出现于本区的集合体颗粒，也包括核形石被粘结在一起的集合体。之所以将它们归为一类，只是因为它们形状相似（大致为葡萄状），且所反映的环境条件都是低能的。

为了不与以前混乱的命名混淆，笔者将葡萄石分为两类：泥晶葡萄石和藻葡萄石。

泥晶葡萄石（micritic grapestone）是由鲕粒、内碎屑、似球粒等被泥晶胶结而成，即为Illing(1954）的团块。其外形不规则至葡萄状，大小0.5—2.0mm左右，亚颗粒强烈泥晶化。泥晶胶结过程中，可能有钻孔藻植物（主要是蓝绿藻）的作用。

葡萄石（algae grapestone）是核形石被藻类粘结而成，外形不规则至葡萄状，大小几毫米到几厘米（比前者大），亚颗粒泥晶化作用弱或无，而且呈放射状消光。胶结过程中，藻类的作用尤为重大，核形石形成以后很快就被藻类粘结在一起。

这两类葡萄石的主要在于藻类作用的强弱及亚颗粒类型。泥晶葡萄石中藻的作用以藻葡萄石弱，从而后者粒度比前者大。藻葡萄石的亚颗粒核形石，其形成环境是藻类繁盛的低能条件的继续，胶结作用顺利进行，甚至胶结物特征和亚颗粒特征相似；而泥晶葡萄石是高能环境向低能环境转化的产物，藻类胶结作用不似藻葡萄石强烈。

两者都是水下凹地或泻湖等低能条件的产物，但泥晶葡萄石可能接近浅滩环境的水下凹地内形成。由于都是低能环境的产物，故葡萄石的大小不等，分选很差。

（四）似球粒（peloid)

Mckee和Gutschick在60年代末提出了似球粒一词，它包括由泥晶碳酸盐集合体组成的所有颗粒，不论其成因如何。由于这些颗粒的成因经常有疑问，因而给予这样一个统称是必要的。

杨庄组-雾迷山组地层中似球粒比较少见，在野外很难分辨，镜下鉴定特征是：粒度小（多小于0.1mm），外形不规则或圆形，无内部结构，分选一般较好，但颗粒含量低，泥晶杂基含量高，杂基支撑结构，可能含藻菌类生物遗迹。

从其大小和杂基含量来看，似球粒属低能环境的产物，可能产于潮间泻湖、水下凹地、陆棚区等环境。其成因多样，有些是原生沉淀的（经过或不经过藻的作用），有的是泥晶化的其它颗粒。

（五）内碎屑（intraclast)

1.定义和分类

内碎屑是指沉积盆地中沉积不久的、半固结或固结的碳酸盐沉积物（岩）受波浪、水流或其它营力（如风暴）作用，破碎、搬运、磨蚀再沉积而成。中、新元古界碳酸盐岩中内碎屑的成分可以是白云石，也可以是玉髓，或二者共存（少见）。其形状多样，无磨圆-磨圆。一般其分选较差，大小一起混生。不少内碎屑表面有一层泥晶套或全部被泥晶化。白云质内碎屑一般由泥晶组成，也可以含次级内碎屑或其它颗粒。

内碎屑可以根据其成分、形状、结构等进行分类，但以其粒度的分类较为常用。根据内碎屑的直径大小划分为砾屑、砂屑、粉屑和泥屑四个级别。

2.描述

砾屑：粒径大于2.0mm的内碎屑，最大可达几至几十厘米。它可以是泥晶白云岩的碎屑，或层纹石白云岩的碎屑，或为粉-砂屑白云岩的岩屑，以前两者为常见。砾屑一般为棱角状、扁平状，少数有较好的磨圆。一般白云石成分的砾屑比硅质砾屑磨圆好，这可能是硅质抗磨蚀的缘故。砾屑大多数和砂屑、粉砂屑共生。许多所见砾屑为平行层面排列，互相平行，有时具微弱的正递变。为潮上带或陆棚区风暴沉积。另一种野外常见的砾屑是潮下带原地风暴沉积中的放射状或叠瓦状片状砾，长达十几厘米至几十厘米，但厚仅几厘米或更小（图版3—1）。

砂屑：粒径为2.0—0.1mm的内碎屑。砂屑除了伴随砾屑出现于风暴沉积混杂内碎屑白云岩中外，还以分选磨圆好为特征作为潮间带或潮下高能带的主要沉积物之一，并且显各种交错层理和波痕。

粉屑和泥屑：粉屑粒径10（或5）—100μm，泥屑粒径小于10（或5）μm。粉屑的基本特征有点类似砂屑，泥屑从理论上肯定是存在的，但无法和直接化学沉淀的泥晶区别。粉屑和泥屑一般伴随着砂屑和砾屑出现于风暴成因的混杂内碎屑白云岩中，偶尔单独出现于低能或较低能条件的环境中。

3.成因

从其形状、产状来看，内碎屑是机械破碎而成的。其生成作用可能有以下几种：（1）在高能环境，波浪、潮汐或其它水流（包括风暴流）将海底半固结岩石（或沉积物）破碎、磨蚀而成；（2）在潮下低能带环境，风暴流将半固结沉积物冲刷而成；（3）潮间和潮上带，沉积物因暴露大气泥裂后被冲刷而成。

（六）结论

中、新元古界碳酸盐颗粒可以分为鲕粒、葡萄石、似球粒和内碎屑等四种，以内碎屑和鲕粒、葡萄石较为多见。鲕粒大多是水体动荡的条件下形成的，主要的原始结构是同心层状，大多数放射状和同心-放射状结构是重结晶作用造成；具原始放射状结构的静水鲕少见。两种类型的葡萄石以及个体小、杂基支撑结构的似球粒都是低能环境的产物。内碎屑是机械破碎半固结沉积物的结果，可按粒径分为砾屑、砂屑、粉屑和泥屑。分选磨圆良好的砂屑岩代表高能环境，而各种内碎屑混杂在一起则代表事件性沉积。

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