经典地质图集，彻底搞明白碳酸盐岩！

作为沉积岩的

重要组成部分，

碳酸盐岩属于

化学岩及生物化学岩类。

沉积岩（图源@Francesco Cruz）

碳酸盐岩主要在海洋中形成，

少数在陆地环境中形成。

古代广阔海洋中

形成的碳酸盐岩，

约占地表沉积岩分布面积的20%。

碳酸盐岩（图源@sheilades）

碳酸盐岩（图源@ARIZONA STATE UNIVERSITY）

碳酸盐岩（图源@sandatlas.org）

碳酸盐岩有哪些种类？

又具有什么特征？

碳酸盐岩（图源@SANDATLAS.ORG）

01

与碎屑岩相比，

碳酸盐岩颜色

以灰色、灰黑色为主，

也含有白色、灰绿色、

黄褐色、紫红色等。

碳酸盐岩

碳酸盐岩基本组分

主要由颗粒、泥、胶结物、

晶粒、生物格架等

五类结构类型组成。

此外，还有一些

次要的结构组分,

如陆源物质、

其他化学沉淀物质、有机质等；

也还有一些派生的

结构组分，如孔，等。

碳酸盐岩（图源@Calvo/Manuel Regueir）

颗粒

碳酸盐岩中的颗粒，

按其是否在沉积盆地中形成,

可分内颗粒和外颗粒两类。

外颗粒指来自沉积地区以外的

较老的碳酸盐岩碎屑，

是陆源碎屑颗粒。

碳酸盐岩（图源@geosci.usyd.edu.au）

内颗粒指在沉积盆地或

沉积环境内形成的碳酸盐颗粒。

这种颗粒可以是化学沉积作用、

机械破碎作用或

生物作用形成的，

也可以是这些作用的综合产物。

内颗粒（图源@Wilson44691）

内颗粒的类型主要包括

内碎屑、鲕粒、藻粒等。

内碎屑主要是沉积盆地中

沉积不久的、半固结或固结的

各种碳酸盐沉积物，

受波浪等的作用,

破碎、搬运、磨蚀、

再沉积而成的。

内碎屑（图源@Baidu百科）

鲕粒是具有核心和

同心层结构的球状颗粒，

通常由核心和同心层组成。

核心可以是内碎屑、

化石、球粒、陆源碎屑颗粒等；

同心层主要由泥晶方解石组成.

鲕粒（图源@EurekAlert）

藻粒是与藻类

有成因联系的颗粒,

包括藻鲕、藻灰结核

以及藻团块。

藻粒（图源@Mark A. Wilson）

泥

泥是指泥级的碳酸盐质点，

是与颗粒相对应的

另一种结构组分。

根据其成分，

可分为灰泥和云泥。

方解石成分泥（图源@Didier Descouens）

灰泥是方解石成分的泥，

也称微晶方解石泥；

云泥是白云石成分的泥。

白云石成分泥（图源@Didier Descouens）

在现代碳酸盐沉积物中，

灰泥大都由针状文石组成。

这种针状文石晶体的

平均长度接近0.003mm，

宽度约为长度的1/10。

针状文石（图源@Didier Descouens）

灰泥存在3种成因类型：

化学沉淀作用生成的灰泥；

机械破碎、磨蚀作用

生成的灰泥；

生物作用生成的灰泥。

胶结物

胶结物主要是指

沉淀于颗粒之间的

结晶方解石或其他矿物，

与砂岩中胶结物相似。

方解石胶结在石灰岩中（图源@Mark A. Wilson）

方解石胶结物晶体

较清洁明亮，

因此常被称为

亮晶方解石、

亮晶方解石胶结物或亮晶。

而泥晶级胶结物较少见。

亮晶方解石胶结物显微照片（图源@文献[2]）

亮晶方解石胶结物是

在颗粒沉积以后,

由颗粒之间的粒间水

以化学沉淀的方式生成的，

所以又常称淀品方解石、

淀晶方解石胶结物或淀晶。

亮晶方解石胶结物显微照片（图源@文献[2]）

灰泥和胶结物的成因

是根本不同的。

灰泥是在

安静环境中沉积的;

而胶结物则是颗粒沉积以后,

粒间水的化学沉淀产物,

它存在的前提是

必须有粒间孔隙。

碳酸盐岩显微照片（图源@文献[3]）

晶粒

晶粒是晶粒碳酸盐岩的

主要结构组分。

晶粒可首先根据其粒度

划分为砾晶、砂晶、

粉晶、泥晶等。

砂晶还可再细分为

极粗晶、粗晶、中晶、

细晶及极细晶；

粉晶还可再细分为

粗粉晶和细粉晶。

（图源@文献[1]）

泥晶和细粉晶的

方解石和白云石，

主要是原生或准同生的；

粗粉晶以上的方解石和白云石，

主要是次生的，

即重结晶或交代作用的产物。

方解石（图源@geocaching.com）

生物格架

生物格架类型主要包括

生物骨骼格架和

生物粘结格架两种。

生物骨骼格架主要是指

原地生长的群体生物，

如海绵、层孔虫等，

以其坚硬的钙质骨骼

所形成的骨骼格架。

生物骨骼格架（图源@Benoit Potin）

另一种生物粘结格架

一般为部分藻类，

如蓝藻和红藻，

粘结其他碳酸盐组分,

如灰泥、颗粒、生物碎屑等，

从而形成的粘结格架，

如各种叠层石。

叠层石（图源@Marie Lochman / Lochman Transparencies）

02

碳酸盐岩具有

丰富多彩的构造特征，

按成因可划分为：

水流成因构造、重力成因构造、

生物成因构造、

溶解一渗滤成因构造

以及叠加成因构造。

其中典型的构造包括

叠层石、鸟眼构造、

示顶底构造、虫迹构造、

缝合线构造等。

叠层石是是由藻类

在生命活动过程中，

将海水中的钙、镁碳酸盐

及其碎屑颗粒粘结、

沉淀而形成的一种岩石。

叠层石（图源@Benoit Potin）

随着季节变化、

生长沉淀的快慢，

形成深浅相间的复杂色层构造。

其色层构造，包括纹层状、

球状、半球状、柱状、

锥状及枝状等。

叠层石（图源@Paul Harrison）

鸟眼构造主要发育于泥晶

或粉晶石灰岩及白云岩中，

由单个或成群的毫米级

鸟眼状孔隙被亮晶方解石或

石膏等胶结物充填而成。

鸟眼构造（图源@Baidu百科）

它们常呈浅色斑点出现在

暗色的基底中,

如果成群定向排列,

则形成筛状、窗格状或

网格状构造。

鸟眼构造（图源@Baidu百科）

关于鸟眼构造的成因

有以下多种说法：

在碳酸盐岩的孔隙中，

如在鸟眼孔隙、

生物体腔孔隙

以及其他孔隙中，

常见两种

不同特征的充填物。

碳酸盐岩孔隙（图源@Wilson44691）

在孔隙底部或下部主要为

泥晶或粉晶方解石，

颜色较暗；

在孔隙顶部或上部为

亮晶方解石，

色浅且多呈白色。

示顶底构造（图源@Baidu百科）

根据这一充填孔隙构造，

可以判断岩层的顶底，

故称示顶底构造，

或简称示底构造。

示顶底构造（图源@Baidu百科）

虫迹构造(或称遗迹化石)

包括生物穿孔、生物潜穴

(或生物掘穴、虫穴)、

生物爬行痕迹等，

这里说的生物主要是

蜗虫动物或软体动物等。

虫迹构造（图源@wisc.edu）

生物穿孔是指生物在

固结或半固结的岩石

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。

生物穿孔（图源@Dill）

生物潜穴是指在

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。

生物潜穴（图源@georgialifetraces.com）

生物爬行痕迹是指生物在

尚未固结的沉积物表面上

爬行的痕迹。

生物爬行痕迹（图源@georgialifetraces.com）

缝合线主要产于

比较纯净的碳酸盐岩中，

是横剖面中将相邻两个岩层

或同一岩层的两个相邻部分

连接起来的锯齿状接缝。

缝合线（图源@Lysippos）

它实际上是

缝合面在横剖面上的反映。

这种线两侧的岩石大多呈

不规则犬牙交错状或

相互穿插状连接起来。

缝合线中常富集

该种岩石的不溶残余物，

如粘土、有机质、砂等。

缝合线（图源@Woudloper）

缝合线的几何形状

常见的有五种：

简单波曲形、复杂弯曲形、

尖齿形、方齿形、

震波曲线形。

除此之外，它们之间还存在着

许多过渡形状。

缝合线类别（图源@GEOCACHING）

03

碳酸盐岩主要由

方解石和白云石

两种碳酸盐矿物组成。

方解石（图源@MiniMeGeology.com）

因此碳酸盐岩的两个

最基本岩石类型为

以方解石为主的

碳酸盐岩称为石灰岩，

以白云石为主的

碳酸盐岩称为白云岩。

白云石（白色）（图源@Didier Descouens）

石灰岩有时含有白云石、

粘土矿物和碎屑矿物，

有灰、灰白、灰黑、

黄、浅红、褐红等色。

硬度一般不大，

可与稀盐酸发生剧烈化学反应。

石灰岩（图源@Ngb）

石灰岩是地壳中

分布最广的矿产之一。

按其沉积地区，

石灰岩又分为

海相沉积和陆相沉积，

以前者居多。

石灰岩（图源@EISCO）

按其成因，石灰岩可分为

生物沉积、化学沉积和

次生三种类型；

按矿石中所含成分不同，

石灰岩可分为硅质石灰岩、

粘土质石灰岩和

白云质石灰岩三种。

石灰岩（图源@EISCO）

组成石灰岩的矿物成分主要为

方解石、伴有白云石、

菱镁矿和其他碳酸盐矿物，

还混有其他一些杂质。

菱镁矿（图源@Rob Lavinsky, iRocks.com）

石灰岩矿产

在每个地质时代都有沉积，

各个地质构造

发展阶段都有分布。

石灰岩（图源@Maczuga Herkulesa）

白云岩是一种沉积碳酸盐岩。

主要由白云石组成，

常混入石英、长石、

方解石和粘土矿物，

多呈灰白色，性脆，硬度大。

白云岩（图源@Learning Geology）

按成因可分为原生白云岩、

成岩白云岩和后生白云岩；

按结构可分为结晶白云岩、

残余异化粒子白云岩、

碎屑白云岩、微晶白云岩等。

白云岩的侵蚀（图源@Christian Ferrer）

白云岩外观与石灰岩非常相似，

但风化面上常有白云石粉

及纵横交错的刀砍状溶沟。

这是野外肉眼识别

白云岩最重要特征。

三叠纪白云岩（图源@Didier Descouens）

参考资料：

[1] 朱筱敏. 沉积岩石学[M]. 石油工业出版社, 2008.

[2] Dibya Raj Koirala, Frank R Ettensohn. Diagenetic history of the upper Tanglewood Member (upper Ordovician) of the Lexington Limestone, central Kentucky, U.S.A. with special emphasis on petrographic differences between deformed and undeformed beds[J]. Journal of Nepal Geological Society, 2017, 53:9-15.

[3] Pertlik F . PLUMBOPYROCHLORE FROM THE BAYAN OBO ORE DEPOSIT INNER MONGOLIA,CHINA[J]. entia Geologica Sinica, 1997(1).

[4] 于兴河. 碎屑岩系油气储层沉积学[M]. 石油工业出版社, 2002.

[5] 裘亦楠. 中国陆相碎屑岩储层沉积学的进展[J]. 沉积学报, 1992, 010(003):16-24.

Geology、MooMooMath and Science、BBC、维基百科、搜狐、百度百科等