Question

碳酸盐岩的结构组分

Answer 1

碳酸盐岩的基本结构组分有：颗粒、微晶基质、亮晶胶结物和生物骨架。碳酸盐岩的一些主要的岩石类型就是由这4种主要的结构组分构成的。

1.颗粒

碳酸盐岩中的颗粒，按其是否在沉积盆地中生成，可分盆内颗粒和盆外颗粒两大类。盆外颗粒是指来源于沉积盆地之外的砾、砂、粉砂、泥等陆源碎屑颗粒。盆内颗粒是一种在沉积盆地内由水动力作用、生物、生物化学、化学作用所控制的非正常化学沉淀的碳酸盐矿物的集合体。这种盆内成因的颗粒，福克（Folk，1959，1962）称作“异化颗粒”，即由异常的化学作用所形成的颗粒。一般把盆内颗粒简称为“颗粒”。

在碳酸盐岩中，常见的颗粒类型有内碎屑、鲕粒、生物颗粒、球粒、藻粒及其他颗粒。

（1）内碎屑

内碎屑主要是沉积盆地中沉积不久的、半固结或固结的碳酸盐（主要是碳酸钙）岩层，受波浪或水流作用，破碎、搬运、磨蚀、再沉积而成的；也可以是其他种作用形成的。

内碎屑可以根据其颗粒直径大小，划分为砾屑（＞2mm）、砂屑（2～0.05mm）、粉屑（0.05～0.005mm）和泥屑（＜0.005mm）四个级别。这里，不仅引用了陆源碎屑岩中砾、砂、粉砂、泥等术语来对碳酸盐岩中的内碎屑的颗粒进行命名，而且粒级界限也取值亦相同，为初学者提供了方便。

砾石级的内碎屑，即砾屑，早就被人们认识了。我国北方寒武-奥陶系中广泛分布的竹叶状石灰岩中的竹叶状砾屑（图9-14A），就是这种类型。这种砾屑多呈扁饼状，其侧面常呈长条状，似竹叶，因而常被称作竹叶状砾屑。有的竹叶状砾屑的表面还有一层褐色的氧化圈。这种竹叶状的砾屑是在浅水的、水能量较强的地区，水底的半固结或固结的泥晶石灰岩层被波浪或水流破碎、搬运、磨蚀、甚至出露水面遭受氧化和再沉积而成。

砂级的内碎屑，即砂屑，在显微镜下极易观察，在岩石风化面上也可以观察出来，但在一般的岩石表面则不易辨出。砂屑多为泥晶石灰岩的碎屑，圆度及分选一般都较好，大都近于球形。但也有形状很不规则的砂屑（图9-14B）。

图9-14 内碎屑

粉砂级的内碎屑，即粉屑，也广泛存在。其特征基本同砂屑，仅粒级较小罢了。

泥级的内碎屑，即泥屑，从理论上讲，肯定是存在的；但是，这种碎屑成因的泥屑与化学沉淀成因的泥晶，以及生物成因的泥级生物颗粒很难区分。

关于内碎屑的成因，大都认为是机械破碎成因的；但也有主张化学沉淀成因的。综合现有的有关现代及古代碳酸盐内碎屑的资料，可知其生成作用有以下三种：

1）在潮下高能地带由波浪破碎形成。即在潮下高能地带波浪或水流把海底半固结的石灰岩层破碎、搬运、磨蚀、再沉积形成内碎屑，在潮汐作用较强的浅滩上，尤其是在潮汐水道中，是这种内碎屑生成的有利地带。

2）在潮间带和潮上带由流水作用形成。即泥晶碳酸钙沉积物暴露在大气中，发生泥裂或形成泥卷；这些泥裂和泥卷再被潮汐水流破碎、搬运、磨蚀、再沉积，即形成内碎屑。这种内碎屑边缘常具氧化圈。

3）碳酸钙质点相互凝聚和黏结而成。即巴哈马石式的内碎屑，如在巴哈马地区现代的饱和碳酸钙的海滩中，碳酸钙质点相互黏结和凝聚形成葡萄串形状的“葡萄石”。

（2）鲕粒

鲕粒是具有核心和同心层结构的球状颗粒，很像鱼子（即鲕），因而得名。也有称作“鲕石”的，也可简称作“鲕”。鲕粒大都为极粗砂级到中砂级的颗粒（2～0.25mm），常见的鲕粒为粗砂级（1～0.5mm），＞2mm和＜0.25mm的鲕粒都较少见。

鲕粒通常由两部分组成：一为核心，一为同心层。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。同心层主要由泥晶方解石组成；现代海洋环境中的鲕粒主要由文石组成。有的鲕粒具有放射状结构。

根据鲕粒的结构和形态特征，可把鲕粒划分为以下一些类型：

◎正常鲕：其同心层厚度大于核心的直径。一般所说的鲕粒都是指的这种正常鲕，也叫同心状真鲕（图9-15A）。

◎表皮鲕（或表鲕）：其同心层厚度小于其核心直径。有的表皮鲕甚至只有一层同心层即一层皮壳（图9-15B）。

◎复鲕：在一个鲕粒中，包含两个或多个小的鲕粒（图9-15C）。

图9-15 鲕粒

◎放射鲕：具有放射结构的鲕粒（图9-15D）。

◎单晶鲕和多晶鲕：整个鲕粒基本上由一个方解石晶体或几个方解石晶体构成，其同心层结构仅隐约可见或者已看不出来。这种鲕粒是重结晶作用的结果。

◎负鲕（空心鲕）：是内部（核心及同心层的大部）已被选择性溶蚀的鲕粒。实际是一种粒内溶解孔隙。

◎豆粒：以前，大都把直径大于2mm的鲕粒叫作豆粒。但现在趋向于把豆粒限于成岩作用的产物，而不再把大于2 mm的鲕粒叫作豆粒。

◎藻鲕：这是在藻参与下形成的鲕粒，可归入藻粒的范畴。

关于鲕粒的成因，主要有生物说（藻成因）和无机说（无机沉淀）两种观点。其中，无机沉淀说把鲕粒的生成与它的结构特征（有核心和同心层）和它的生成环境（水动力条件较强的地区）联系了起来，具有较强的说服力。

（3）生物颗粒

生物颗粒是指经过搬运和磨蚀的和没有经过搬运和磨蚀的生物化石碎屑和完整的生物化石个体，如有孔虫、纺锤虫、苔藓虫、腕足、藻类、海百合等（图9-16）。没有经过搬运和磨蚀者大都是原地沉积的化石个体的自然解体或由食肉动物的破坏而引起的。

“生物颗粒”可简称“生粒”。其同义术语很多，如“化石”、“化石颗粒”、“生物”、“生物碎屑”、“生物骨骼”、“骨骼”、“骨骼颗粒”、“生物骨骼组分”、“骨粒”、“骨屑”、“骨片”、“骨壳”等。生物颗粒是很重要的颗粒类型之一。

（4）球粒

球粒是一种较细粒的（多为粉砂级，也可达细砂级）、由微晶碳酸盐矿物组成的、不具内部结构的、球形或卵形的、分选良好的颗粒（图9-17A，B）。如果单从这个定义来说，那么分选好的、球状的、粉砂级或细砂级的内碎屑，就是球粒。

关于球粒的成因，有人把球粒仅仅限于粪球粒的范畴；而有人则认为球粒是化学凝聚作用生成的，即巴哈马石式的颗粒；还有主张内碎屑成因的。其中把球粒当作粪球粒有一定的根据。因为在巴哈马地区现代碳酸盐沉积物中，一些生物正在产生大量的粪球粒。粪球粒中有机质含量较高，在薄片中呈暗色，是其重要的鉴定特征。

（5）藻粒

藻粒即与藻有成因关系的颗粒。常见的藻粒有藻灰结核、藻团块、藻屑、藻鲕粒等。

◎藻灰结核：又称核形石或藻包粒，具同心层构造。藻类很像捕蝇纸，其表层的黏液能捕获住细粒的碳酸盐沉积物，从而形成不规则的增长层。这种增长层有时不连续，有时呈连续的同心圈层状。

◎藻团块：也属藻类黏结增长颗粒成因，但不具同心层构造，常可看出其中被黏结的颗粒。

◎藻屑：是破碎成因的藻粒，即由较大的藻粒或藻格架破碎而成的。

◎藻鲕粒：是与藻有密切成因关系的鲕粒。

（6）变形颗粒

原来的颗粒，如鲕粒和内碎屑，在成岩后生作用阶段，由于在压溶作用或其他力学作用的影响下，可以发生变形，形成各种各样的形态，如扁豆状、蝌蚪状、锁链状等。有的还可以看出它们与原始颗粒的关系，这时可把它们叫作变形鲕粒、变形内碎屑等。有的已看不出它们与原始颗粒的关系了，这时只好笼统地叫作变形颗粒。

图9-16 生物颗粒

（江苏南京）

以上所述的内碎屑、鲕粒、生物颗粒、球粒、藻粒等几种主要盆内颗粒有三种形成作用，即机械破碎作用、化学凝聚作用和生物作用。内碎屑基本上是机械破碎成因的，其沉积主要受水动力条件控制。生物颗粒是生物成因的。鲕粒是化学沉淀作用和水动力作用的综合产物。粪球粒基本上是生物作用的产物。藻粒也基本上是生物作用生成的。

图9-17 球粒

2.微晶基质（泥）

微晶基质（泥）是与颗粒相对应的另一种结构组分，是指泥级的碳酸盐质点，它与陆源碎屑岩中的“泥或黏土”是相当的。“微晶碳酸盐泥”、“微晶”、“泥晶”、“泥屑”是它的同义术语。根据成分，可分“灰泥”和“云泥”。“灰泥”是指方解石成分的泥，也称“微晶方解石泥”或“微晶”、“泥晶”（图9-18）。“云泥”是指白云石成分的泥。

关于泥与颗粒的界限，一般以0.005 mm为界。关于灰泥的成因，有如下三种观点：

◎化学沉淀成因：即灰泥是由化学沉淀作用生成的。现代海洋沉积物中的针状文石泥就有这样生成的。这种文石泥大都生于热带的含盐度高的海水中。

◎机械破碎成因：即灰泥是由机械破碎作用生成的，这主要是指泥级的内碎屑。

◎生物作用成因：即灰泥是生物作用生成的。现代海洋里活的钙质藻类（仙掌藻和笔藻）中，含有大量针状文石。当这些藻类死亡和其有机质组织腐烂以后，其中的针状文石就分离出来，成为海底的灰泥。同位素O¹⁸/O¹⁶资料也证明这些灰泥是生物成因的。

图9-18 微晶（泥晶）基质

3.亮晶胶结物

亮晶胶结物主要是指充填于颗粒之间的结晶方解石，由于在显微镜下晶体清洁明亮，故称作“亮晶”、“亮晶方解石”、“亮晶胶结物”。亮晶方解石的晶粒，一般比灰泥的晶粒粗大，通常都＞0.01mm或＞0.005mm。亮晶与砂岩中的胶结物很相似（图9-19A）。

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“淀晶”、“淀晶方解石”、“淀晶方解石胶结物”。正因为它是粒间水化学沉淀作用生成的，所以这种方解石晶体常围绕颗粒表面呈栉壳状或马牙状分布；这就是通常所说的第一世代的胶结物。第一世代的栉壳状胶结物一般都很难把粒间孔隙充填满。第一世代胶结物未充填满的残余粒间孔隙，有时仍然空着，但有时却又被第二世代的亮晶方解石胶结物充填。这种第二世代的亮晶方解石，就不再是栉壳状，而多呈嵌晶粒状（图9-19B）。

图9-19 亮晶胶结物

亮晶方解石胶结物与粒间灰泥的区别在于：

（1）粒度不同。亮晶晶粒较大，灰泥则较小。

（2）清洁状况各异。亮晶比较清洁明亮，灰泥则较污浊。

（3）形态特征有别。亮晶胶结物常呈现栉壳状等特征的分布状况，灰泥则不是这样。

当岩石发生重结晶作用时，灰泥常变为较大的晶体，亮晶方解石胶结物也将发生变化。这时，要把灰泥重结晶的方解石晶体与亮晶方解石区分开，就有一定困难，甚至不可能把二者区分开。这时，只好笼统地把这两种非颗粒组分称作“基质”。

4.生物骨架

生物格架又称原地生物格架，它是原地生长的群体生物如珊瑚、苔藓、藻类等组成的坚硬的碳酸盐格架。生物格架是礁碳酸盐岩的不可缺少的结构组分，所以也称礁格架。