碳酸盐岩的主要类型及其特征

碳酸盐岩岩相类型及其特征~

研究区在太原组和本溪组发育多层碳酸盐岩，在峰峰矿区就多达8层，自下而上称之为“下架灰岩”、“大青灰岩”、“中青灰岩”、“小青灰岩”、“伏青灰岩”、“山青灰岩”、“野青灰岩”、“一座灰岩”，其中以“大青”、“伏青”两层石灰岩最稳定，“小青”、“山青”次之，而“下架”、“中青”最不稳定，时而缺失。这些碳酸盐岩主要是生屑泥晶灰岩，含大量海相动物化石，在岩层面通常有生物扰动构造，厚度不等。因此，将其命名为生屑泥晶灰岩相，主要为碳酸盐岩潮下带或局限台地沉积，该类岩相在研究区北部的新葛4井—庄古1井一带和河北南部分布层数较多、总厚度较大。

1.颗粒-灰泥石灰岩
◎含生物粒灰泥石灰岩：岩石主要由微晶（泥晶）方解石组成，含少量细小生物颗粒碎屑，如有孔虫，双壳和介形虫等。生粒带有明显搬运、分选特点。沉积环境能量很低，可能是潟湖中的较深水区沉积（图9-20A）。
◎生物粒质灰泥石灰岩：岩石中微晶（泥晶）方解石含量很高，生物粒含量也较高，主要是腕足、介形虫和海百合等，自形或半自形，中细砂粒级，分选较好。富含泥晶说明是形成于低能沉积环境（图9-20B）。
◎灰泥质生物粒石灰岩：岩石中含大量珊瑚生物颗粒，粒度细到粗砂级，分选好。生物颗粒未经太强机械改造说明基本为原地生物，可能为远岸浅海环境（图9-20C）。
◎含灰泥生物粒石灰岩：颗粒支撑，含少量灰泥。生物颗粒以纺锤虫类为主，自形，粒度中细砂级，分选好，可能形成于浅海低-高能环境（图9-20D）。

图9-20 颗粒-灰泥石灰岩

（江苏南京）
2.亮晶颗粒石灰岩
岩石不含或极少灰泥基质，颗粒支撑，亮晶胶结物分布在内碎屑、生物颗粒、鲕粒、球粒等颗粒之间的孔隙内（图9-14B，图9-17B，图9-19A）。亮晶颗粒石灰岩中的亮晶胶结物常呈世代型胶结，粒间水最初沉淀的亮晶方解石围绕颗粒呈栉壳状分布，形成第一世代胶结物；剩余粒间水继续沉淀，形成第二世代呈嵌晶粒状的亮晶胶结物（图9-19B）。
3.生物格架石灰岩（生物礁灰岩）
岩石主要由原地生物（珊瑚等）骨骼及其群体生长所构成的骨架组成。在原地生物松散格架的阻挡和捕获作用下，大量灰泥陷落在生物格架之间形成障积岩；由原地生长的生物黏结捕获的碳酸盐细小颗粒和灰泥常形成层状的黏结岩；原地生长生物的坚固骨架之间充填颗粒和灰泥，可形成典型生态礁的格架岩。
4.白云岩
白云岩是主要由白云石组成的沉积碳酸盐岩。白云岩风化面上常布满方向杂乱的“刀砍纹”（图9-21A），较纯的白云岩多呈结晶结构，少数呈鲕粒、内碎屑等结构与相应的石灰岩相似。故石灰岩的结构成因分类（表9-3），也基本上适用于白云岩。
根据白云石的成因，有人把白云岩分为“原生”白云岩，交代白云岩和碎屑白云岩三种类型，而白云石的成因主要是交代的。
◎“原生”白云岩：晶粒结构发育，常见泥晶、粉晶、细晶、中晶、粗晶白云岩。绝大多数白云石晶体呈自形菱面体状，晶体之间常有晶间溶孔（图9-21B）。
◎交代白云岩：绝大多数白云石也呈自形菱面体状，但白云石菱形体常具环带或污浊核心等交代残余现象（图9-21C）。
◎碎屑白云岩：自形或半自形菱面体状的白云石晶体，常杂乱分布在灰泥基质中，或被泥质及其他物质包围，形成灰质白云岩或白云质灰岩（图9-21D）。

图9-21 白云岩

1.石灰岩的主要类型

(1)内碎屑灰岩

内碎屑粒间填隙物可为亮晶(颗粒多、能量高时)或为微晶(颗粒少、能量低)，或为结构退变的产物，也可是亮晶与微晶同时存在(颗粒不太多、水动力不太强或其他原因)。内碎屑灰岩根据内碎屑的大小可细分为砾屑灰岩、砂屑灰岩、粉屑灰岩等。

我国华北地区下古生界普遍存在的竹叶状灰岩，是一种典型的砾屑灰岩(图5－24):其砾屑呈扁圆状或长椭圆形，不规则状，切面呈长条形似竹叶而得名。竹叶体圆度高、大小不一，自几毫米到几厘米。成分多为微晶灰岩、粉屑灰岩或含生物碎屑(以三叶虫为主)微晶灰岩等。砾屑表皮普遍有氧化亚铁质圈，呈黄或紫色，砾屑共占60%～70%。粒间填隙物为微晶、粉晶或细晶等晶粒状方解石，占30%～40%。这种岩石原始沉积物显然为泥晶方解石，被潮汐或波浪打碎，再经磨圆，在氧化条件下再沉积而成，多产于潮间带或潮下带，但更可能是潮上带沉积的泥晶方解石(灰泥)沉积物发生干裂、形成的干裂片再经潮水的冲刷磨蚀，并受淡水胶结而成。如前所述，晶粒状方解石胶结物为淡水成因的，淡水主要来自大气降水或地下水。

在其他时代的碳酸盐地层中，也常见到砾屑灰岩呈大面积或大小不等的凸镜体产出，它们多半代表水动力强或有底冲刷条件下的产物，此类砾屑灰岩不是沉积间断形成的底砾岩，并不代表岩层间有大的沉积间断，可称之为层间砾岩或同生砾岩。

微晶砂砾屑灰岩及亮晶砂屑灰岩是最常见的岩类，有时还可见到微晶粉屑灰岩。在地层剖面中这类岩石常具有交错层理、波痕及各种冲刷构造。冲洗干净，分选磨圆好的内碎屑灰岩常是浅水高能环境(浅滩)的产物。在深水浊积岩中也常见内碎屑灰岩，并具粒序层理。

在碳酸盐地层中常见角砾状砾屑灰岩(或白云岩)，其砾屑常呈角砾状、填隙物多为泥晶基质，也可为亮晶胶结物，其成因有多种类型:①同生沉积的角砾状灰岩;②生物礁被打碎、堆积于其旁的礁角砾石灰岩;③白云石化或去白云石化假角砾岩;④沿岸的陡崖石灰岩，在海浪的冲蚀下崩塌而形成的角砾岩;⑤膏盐溶角砾岩;⑥洞穴坍塌角砾状石灰岩(岩溶角砾岩);⑦构造角砾状灰岩(构造角砾岩);⑧山麓堆积的或洪积的石灰岩质角砾岩。事实上，上述后5种成因类型应属于碳酸盐质的粗碎屑岩，而不再属于内源的碳酸盐岩概念范畴，因此，在实际工作中把各种角砾状砾屑灰岩(白云岩)的成因类型搞清楚是十分重要的。

(2)生物屑灰岩

此类型可根据生物的门类和完整程度进一步划分，如介屑灰岩(主要由腕足或瓣鳃、腹足组成)、虫屑灰岩(有孔虫)、灰岩、棘屑灰岩(海百合、海胆)、藻屑灰岩等(图5－25)。若生物门类较多，没有哪一种占绝对优势者则称为生物碎屑灰岩。若生物种类单调、数量又多时，则可把生物个体的大小进一步划分成砾状生物碎屑灰岩、砂状生物碎屑灰岩等。

川中盆地侏罗系自流井组的大安寨段及东岳庙段淡水湖泊介壳滩相沉积的介壳灰岩，主要由瓣鳃类生物碎屑紧密堆积组成，定向排列，填隙物为粒状方解石及泥质，并富有机质，孔隙发育，具备良好的储油、储水性质，为川中和川北油田重要的油、气储集层。

(3)鲕粒灰岩

含量大于岩石组分总量的50%者称为鲕粒灰岩(图5－26)。按填隙物不同分为亮晶鲕粒灰岩及微晶蛹粒灰岩;按颗粒大小分为豆粒灰岩及鲕粒灰岩;按鲕粒类型不同有真鲕(同心状或放射状鲕粒)灰岩、薄皮鲕灰岩、复鲕灰岩等。

图5－25 生物屑灰岩

图5－26 亮晶鲕粒灰岩，具二世代胶结结构

鲕粒灰岩多形成于温暖浅水、搅动不十分强烈，但具较强烈蒸发的环境。常产于碳酸盐台地边缘浅滩(鲕滩)地区，也可产于潮汐沙坝或潮汐三角洲地区。粒间多为亮晶胶结物，粒间孔发育。若有早期成岩阶段的暴露、受淡水溶蚀改造，则可使粒间孔及粒内孔更发育，而成为油气水的良好储集空间，如川南三叠系气田。

(4)球粒灰岩

常见的是藻球粒或粪粒灰岩:粒径小(多为粉砂级)，多呈球形，富含有机质，镜下显暗色。形成的能量不高，常产于礁后潟湖和蒸发咸化的局限台地中。

(5)团块灰岩

在较老岩石中不常见，一般很少呈单独的团块灰岩产出，只见少数团块与鲕粒、生物共生。在西南震旦系及三叠系中的团块灰岩与蓝藻的活动有关，常与其他隐藻共生。

(6)隐藻碳酸盐岩

隐藻类主要指蓝藻，也包括少数绿藻，系属非骨骼钙藻。隐藻类的保存形式有叠层石、层纹石、核形石及凝块石。前二者多产于潮间－潮上带;后二者多产于潮间－潮下带，形成的能量较高，粒间多为亮晶，也可为微晶。隐藻类有排他性，即隐藻大量存在时，其他生物则少见。

蓝藻类除了呈以上四种形式产出外，还可对其他生物和颗粒起粘结作用，构成粘结岩及泥晶颗粒灰岩，特别是在滩、礁相岩石中蓝藻所起的有机质胶结作用是很大的。如川西上三叠统海绵礁灰岩、云贵地区的二叠系及三叠系藻礁灰岩，多是由蓝藻粘结而形成抗浪礁灰岩块体的。

(7)藻灰岩

主要指绿藻、红藻等骨骼钙藻，它们可呈原地生长的藻灰岩或藻白云岩，也可呈藻屑产出形成藻屑灰岩或藻屑白云岩。蓝藻中的叠层石、层纹石也可经改造、破碎而成藻屑，但少见。湘西地区下寒武统清虚洞组的藻礁灰岩中，含有大量弱钙化的附枝藻、尼科尔森藻、喇叭藻和葛万藻等藻类;西南二叠系中也有亮晶红藻灰岩、绿藻微晶灰岩。藻灰岩、藻白云岩可生油气，也可储集油气水，还可吸附金属元素而形成金属矿产。

(8)微晶灰岩和泥晶灰岩

由<0.03mm的微晶方解石和<0.004mm的泥晶方解石组成的岩石，分别称为微晶灰岩和泥晶(或叫隐晶)灰岩，有时统称为灰泥石灰岩，也可叫石印石灰岩(作石印印刷用)。这类岩石是在水动力很弱或静水环境下的产物，其形成条件与粘土岩相似。灰泥有机械破碎、化学沉淀及生物作用三种成因，但在通常情况下，不易把三者区分开。

图5－27 由超微化石颗石藻形成的微晶灰岩

(9)白垩

白垩是一种特殊的生物成因的泥晶灰岩，多产于西欧和北美的上白垩统。其化学和矿物成分很纯，碳酸钙达90%以上，多为低镁方解石，故稳定，重结晶不明显。白垩大部分由漂浮的颗石藻(属金藻门，个体多<1μm)组成(图5－27)，含量高时可达80%以上。时代为侏罗纪至现代，现代大西洋深海沉积的碳酸盐质软泥中，白垩占5%～20%，类型有颗石藻软泥、抱球虫软泥、翼足虫软泥、珊瑚泥及砂等。软泥固结后形成的白垩常疏松多孔，孔隙度可达36%～65%，但和泥质岩一样其渗透率很低，难以直接形成油气储层，但易产生溶蚀和构造裂隙，有时也可成为储集岩，如北海油田。

2.白云岩的主要类型

在前面白云岩化作用中已介绍了白云岩的成因类型及其特征。按白云岩的结构特征，常见的白云岩有如下几种类型:

(1)泥晶白云岩

由<0.005mm的泥晶白云石组成，结构均匀，生物残体很少，有时具显微水平层理，往往含有介形虫。多为原生白云岩。

(2)微－细晶白云岩

晶粒大小变化较大，白云石晶形较好，由微晶或泥晶白云岩重结晶或由石灰岩经白云石化交代而成，其外貌呈砂糖状，故在野外常叫砂糖状白云岩。由于此类白云岩晶间孔很发育，非常有利于形成油、气、水储集层。

(3)藻白云岩

可细分为藻礁白云岩、隐藻白云岩、藻球粒白云岩或藻屑白云岩等多种类型，其特点类同藻灰岩，但隐藻白云岩和藻球粒白云岩更常见，依据此类白云岩中常与膏盐共生或与膏、盐互层产出，不难确定其为干旱炎热气候条件下与微生物活动有关的原生沉积白云岩，四川盆地东北部下三叠统飞仙关组中于蒸发台地环境中广泛发育的石膏质藻球粒白云岩(见图5－10)。青海小柴旦盐湖现代湖滩岩中含有菌藻类外形的原白云石莓球状集合体，无疑属于菌藻类生物成因的，值得进一步研究。我国震旦系和四川盆地中三叠统雷口坡组中有大量的隐藻存在，它们在成因上都属于干旱炎热气候条件下与隐藻类活动有关的藻白云岩。

(4)生物白云岩及生物碎屑白云岩

具有残余生物结构或残余生物碎屑结构，生物残体几乎全被细晶或粉晶白云石所替代，偶尔能看出生物的种类，显示其是由生物灰岩或生物碎屑灰岩经白云岩化交代而形成的。由于此类白云岩晶间孔也很发育，也非常有利于形成油、气、水储集层，如四川盆地东北部和东部广泛发育的上二叠统长兴组天然气藏的白云岩储层(图5－28)，即为海绵礁灰岩经成岩期埋藏白云岩化作用的产物，具有良好的储集性。

(5)内碎屑白云岩

此类型包括有砾屑白云岩(砾状或角砾状的砾屑白云岩)、砂屑白云岩及粉屑白云岩，胶结物可以是白云石、方解石、石膏。这种白云岩有两种成因类型:其一是原生沉积的白云岩经潮汐、波浪作用破碎或暴露干化破碎形成的内碎屑，常呈厚度不大的夹层产于一般原生沉积的白云岩中，是间歇暴露的浅海上部或潮坪带标志性产物;其二是内碎屑灰岩经白云岩化作用的产物，具有类同生物碎屑白云岩的成因特征和良好的储集性。

(6)鲕粒白云岩

几乎所有的鲕粒白云岩都是鲕粒灰岩经白云岩化改造而形成的。由于鲕粒灰岩具有较好的孔渗性，经白云岩化改造后进一步提高了岩石的孔隙率和渗透率，对储集油、气、水非常有利，如川东北地区下三叠统飞仙关组中的几个超大型气田，都以鲕粒白云岩为优质储层(图5－29)。

图5－28 溶孔粉晶海绵礁白云岩优质储层(川东北上二叠统长兴组，铸体薄片，单偏光，对角线长3.8mm，残余海绵结构和体腔孔保存完好)

图5－29 鲕粒白云岩优质储层(川东北下三叠统飞仙关组，铸体薄片，单偏光，对角线长2.5mm，残余鲕粒结构和粒间与粒内溶孔保存完好)

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