实验十四 碳酸盐岩的观察描述 碳酸盐岩的肉眼鉴定与描述

【预习内容】

常见碳酸盐岩的类型及特征，形成沉积环境分析。

【实验目的与要求】

1. 学习观察和描述石灰岩的基本方法和内容。

2. 掌握碳酸盐岩的分类及命名原则和主要岩石类型。

3. 鉴定几种常见的主要岩石类型，并初步分析其成因。

【实验内容】

观察和描述常见的几种碳酸盐岩类型的手标本及薄片特征，给予正确命名，并初步分析其形成条件。

石灰岩类 白云岩化灰岩、微晶灰岩、生物碎屑灰岩、铁质鲕粒灰岩、砾屑泥晶灰岩、介壳灰岩、鲕粒亮晶灰岩、砂屑亮晶灰岩、泥灰岩等。

白云岩类 微晶白云岩、细晶白云岩、灰质白云岩等。

【实验指导】

一、碳酸盐岩观察和描述的一般程序

碳酸盐岩标本的观察描述通常包括以下几方面内容: ①岩石的颜色; ②组成成分; ③结构类型; ④沉积构造; ⑤生物化石; ⑥成岩后生变化; ⑦岩石定名; ⑧形成条件分析。

二、碳酸盐岩观察和描述的内容及方法

( 一) 观察和描述岩石的颜色

岩石颜色描述时其方法同陆源碎屑岩，要分清新鲜面颜色和风化面颜色，因为颜色反映组成物质成分、形成环境以及后生变化等。描述时可采用复合色，如灰白色、黑灰色等。主要颜色放后，次要颜色放前。

( 二) 观察和描述组成成分

1. 鉴定岩石中碳酸盐矿物的种类和含量

碳酸盐矿物的种类和含量是岩石定名的基础，碳酸盐矿物较多，其鉴定特征如表 14-1，但常见的矿物为方解石和白云石，其特征相似，鉴定时可根据以下几点加以区别: ①加冷稀盐酸起泡程度; ②晶形及其内部构造; ③双晶带与菱形解理对角线关系等，即可将方解石和白云石区别开，然后根据其含量确定岩石成分名称 ( 表 14-2) ，如灰岩、白云岩及其一系列过渡岩石名称。

表 14-1 几种主要碳酸盐矿物肉眼鉴定特征表

2. 鉴定岩石中黏土矿物的含量

碳酸盐岩中经常混有黏土矿物，其含量的多少影响岩石成分和定名。要获得准确的含量通常是做不溶解残余测定，即是用 10% 的盐酸溶解样品得到不溶解的黏土后称重，计算百分含量。标本鉴定可以根据岩石致密细腻程度和滴酸后留下泥痕程度。起泡越弱并留泥痕越明显含泥越多。根据含泥质的多少定岩石名称时参见表 14-2。

表 14-2 碳酸盐岩成分分类表

3. 鉴定陆源混入物的成分和含量

陆源混入物主要是石英和长石的碎屑，粒度比较小，多为砂或粉砂。

4. 鉴定非碳酸盐自生沉积矿物的种类和含量

非碳酸盐自生沉积矿物常有石膏、硬石膏、重晶石、海绿石等。它们都具有反映成因的意义。

在岩石成分鉴定的基础上，按方解石、白云石和黏土三种成分含量分类定名( 表 14-2) 。

( 三) 观察和描述岩石的结构

碳酸盐岩的结构与岩石成因关系密切，因此按其成因分为: 粒屑结构、晶粒结构、生物骨架结构、残余结构。

1. 粒屑结构的观察及描述

与波浪和流水作用有关的碳酸盐岩，常常具有粒屑结构。即由颗粒 ( 内碎屑、鲕粒、生物碎屑、球粒、藻粒等) 、泥晶基质 ( 或灰泥杂基) 、亮晶胶结物、孔隙等四种结构组分构成。

( 1) 内碎屑

主要是大小不同的碳酸盐岩碎屑，内碎屑的大小反映一定的形成环境。砾屑常形成于高能环境; 粉屑、泥屑多出现于低能环境。实习时应注意观察内碎屑的形态、大小、磨圆度、排列方式、百分含量及分选性等。形态常见有如下三种 ( 图 14-1) ，大小则采用下列的标准划分:

砾屑 直径 >2mm，呈椭圆形、扁圆形，在平面上呈扁平砾石，在纵截面上可多见呈细长竹叶状。另外也有不规则形状。

砂屑 直径 2 ～0. 05mm，呈圆状或椭圆状。

粉屑 直径 0. 05 ～0. 005mm，呈圆粒状。

泥屑 直径 <0. 005mm，呈圆粒状。

排列方式 ( 主要对砾屑而言) : 常见以下几种方式，见图 14-2。

图 14-1 内碎屑形态分类示意图( 据余素玉，1989)

图 14-2 砾状内碎屑灰岩的砾屑排列方位和类型

内碎屑自身多为泥晶结构，但可随母体沉积物结构而变，有的内碎屑边缘有氧化圈，有的则无。

( 2) 鲕粒

是在水体搅动情况下边转动边凝聚而形成的，当其重量大于水的浮力和水体搅动上举力之和时便沉积下来，因此一般大小都近相等，大小在 2 ～0. 25mm 之间，常见为 1 ～0. 5mm，大于2mm 者称为豆粒。鲕粒按形态、内部结构及结晶特点可分为: 真鲕、表鲕 ( 薄皮鲕) 、复鲕、偏心鲕、放射鲕、藻鲕、假鲕、压溶鲕、多晶鲕、单晶鲕、充填鲕、连生鲕等( 图14-3) 。

图 14-3 鲕粒类型示意图( 据余素玉，1989)

( 3) 生物碎屑 ( 骨屑)

是由生物体破碎而形成的，有的因破碎不严重还具有一定的生物外形和内部构造。因此可根据生物特征鉴定种属，加以定名，有的则破碎强烈，无法鉴定种属。

( 4) 球粒 ( 团粒)

由泥晶碳酸盐矿物组成的颗粒。一般呈卵圆形，内部结构均一，颗粒大小为 0. 03 ～0. 02mm。根据成因分为藻球粒、真球粒、假球粒、似球粒。

( 5) 团块

由小生物和小球粒聚合的颗粒，外形不规则。

( 6) 亮晶胶结物 ( 淀晶)

亮晶胶结物是以化学方式沉淀的碳酸盐矿物，充填于颗粒之间起胶结作用。晶粒常大于 0. 01mm，常存在于颗粒分选好、数量多的岩石中，而且与颗粒间界线清楚，呈突变接触。亮晶之间界面平直，有时可见世代关系。

( 7) 泥晶基质 ( 灰泥)

泥晶基质相当于陆源碎屑岩的杂基，但它不是陆源的，而是在盆地内形成的细小的碳酸盐矿物碎屑，充填于颗粒间。泥晶基质易重结晶似亮晶胶结物，要注意它们彼此的区别。亮晶胶结物与重结晶的泥晶基质的主要区别如下:

⊙亮晶胶结物晶体明亮、清洁、不含或少含杂质。重结晶的泥晶晶体昏暗，常可见泥晶残余，晶粒间也常有残余的泥晶。

⊙亮晶的胶结物晶体间的接触面多是平直的，而泥晶重结晶的晶体之间的接触面是不规则的，多呈锯齿状。

⊙亮晶胶结物晶体可见生成先后的世代关系，常见呈两三个世代，一般第一世代晶体较小，围绕颗粒呈栉状结构的针状或小柱状晶体; 第二世代晶体充填于孔洞中呈较大的晶体。如有孔洞还可生长第三、四世代晶体，而泥晶重结晶的晶体无世代关系。

⊙亮晶胶结物与颗粒之间的接触界线明显清晰，多呈突变接触，不破坏颗粒边界。泥晶重结晶后与颗粒的界线不清，可穿切破坏颗粒边界呈复杂的齿状。

⊙亮晶胶结物充填于颗粒磨圆好、分选好的颗粒支撑的粒间孔隙中，胶结物少于颗粒含量。重结晶的泥晶含量常多于颗粒。

( 8) 支撑关系与胶结类型

支撑关系与陆源碎屑岩相似，分基质支撑和颗粒支撑。胶结类型也可分为基底胶结、孔隙胶结和接触胶结。

2. 生物骨架结构的观察及描述

生物骨架结构是指原地生长的底栖生物和造礁生物所具有的结构，是由生物骨架和生物化学组分组成的。应描述造架生物的种属及其结构特征; 充填于骨架间的附架生物的种属及组构特征; 泥晶基质和亮晶胶结物的组构等特征。

3. 晶粒结构的观察及描述

化学沉淀方式形成的碳酸盐矿物和上述各种原生结构的石灰岩经过强烈重结晶作用形成的碳酸盐矿物，常具有明显的晶粒结构。晶粒可根据其粒度划分为: 砾晶( > 2mm) 、砂晶 ( 2 ～ 0. 05mm) 、粉晶 ( 0. 05 ～ 0. 005mm) 及泥晶 ( < 0. 005mm) 。砂晶还可细分为极粗晶、粗晶、中晶、细晶及极细晶。粉晶还可细分为粗粉晶和细粉晶。

晶粒结构按晶体形状不同可分为: 他形晶 ( 无晶面) 、半自形晶 ( 具有部分晶面) 、自形晶 ( 具有良好晶面) 。

晶粒结构应分别观察和描述结晶程度、晶粒大小、自形程度和晶粒之间的关系 ( 详见表 14-3) ，然后给予综合命名，如中细粒不等粒半自形晶结构等。

4. 残余结构的观察及描述

前述各种结构的灰岩发生不彻底的白云岩化或重结晶后，保留下原来的结构称残余结构。如残余砂屑结构、残余鲕粒结构、残余生物碎屑结构以及幻影结构等。

在描述时，新生结构和残余结构均要描述。注意观察重结晶程度及其特征，白云化的程度及其特征，矿物晶体彼此的交代关系和形态变异等。

5. 在对碳酸盐岩结构进行观察和描述时可按以下步骤进行:

( 1) 首先观察粒屑含量的多少或颗粒与填隙物的支撑关系，确定是粒屑结构还是结晶结构或泥晶结构。

表 14-3 碳酸盐岩晶粒结构鉴定表

( 2) 如果是粒屑结构，应观察颗粒的类型及含量; 亮晶胶结物成分和含量; 泥晶基质特征及含量。

( 3) 如果是结晶结构，应观察晶粒大小、自形程度、相互关系和形成阶段，并注意是否有残余结构，从而判断是否是重结晶作用或交代作用形成的。

( 4) 如果是生物结构，则应观察主要和次要生物种属及结合方式和填隙物特征。

( 5) 观察孔隙大小、形态及成因。

总之，在正确识别与描述碳酸盐岩结构的基础上，根据上述结构成因分类，确定所观察的结构成因类型，给予正确的结构名称，如亮晶鲕粒结构等。

( 四) 观察和描述岩石的沉积构造

在碳酸盐岩中也常见各种层理构造、层面构造、结核和缝合线构造等。

( 五) 观察和描述生物化石特征

碳酸盐岩中常含有生物化石，观察和描述生物化石的形态特征，确定种属、生态和化石的保存情况等。

( 六) 观察和描述成岩后生变化

( 七) 岩石综合定名

在上述观察、描述的基础上进行综合命名，岩石名称应包括: 颜色 + 结构 + 成分名称。如紫红色泥晶竹叶状砾屑灰岩; 深灰色亮晶鲕粒灰岩等。

【编写实验报告】

按照碳酸盐岩的鉴定描述方法及要求对下列岩石的手标本和薄片进行详细的鉴定描述:

1. 手标本: 白云岩化灰岩、微晶灰岩、生物碎屑灰岩、铁质鲕粒灰岩、砾屑泥晶灰岩、介壳灰岩、鲕粒亮晶灰岩、砂屑亮晶灰岩、微晶白云岩、细晶白云岩、灰质白云岩、泥灰岩。

2. 镜下: 白云岩化灰岩、铁质鲕粒灰岩、鲕粒亮晶灰岩、砂屑亮晶灰岩、细晶白云岩、灰质白云岩、泥灰岩。

每次任选其中 2 ～3 件标本观察描述并交实验报告。

【思考题】

1. 砂屑灰岩和砂岩有何不同?

2. 竹叶状灰岩形成的水动力条件如何?

3. 鲕粒灰岩形成的水动力条件如何?

4. 如何区分白云岩和灰岩?

碳酸盐岩的野外观察与描述~

碳酸盐岩是钙镁碳酸盐矿物 ( 方解石、白云石) 含量大于 50% 的沉积岩。主要岩石类型为石灰岩和白云岩。
1. 碳酸盐岩的一般特征
矿物 组成碳酸盐岩的矿物，除碳酸盐矿物外，还有陆源碎屑物质和非碳酸盐自生矿物，如石英、长石、粘土矿物、蛋白石、玉髓、石膏等。
结构 碳酸盐岩的结构类型多样，基本类型有粒屑结构、泥晶结构、生物骨架结构、晶粒结构和残余结构等。
构造 碳酸盐岩的构造，除常见的波痕、层理外，还常有缝合线、叠层石、鸟眼等特殊成因的构造，碳酸盐岩常发生明显的成岩后生作用，如重结晶作用、压溶作用、交代作用等。
2. 碳酸盐岩的分类与命名
分类 碳酸盐分类方案有几种，一般应用成分类即可满足基本要求。
碳酸盐岩除了以方解石为主的石灰岩和以白云石为主的白云岩两大基本类型外，还常有方解石与泥质，白云石与泥质两种成分的混合类型，以及方解石、白云石与泥质等三种成分的混合类型。对于两种或两种以上成分的混合类型，应采用前述三级分类命名原则进行详细分类。
命名 碳酸盐岩的详细名称应包括: 颜色、层厚、特殊构造等内容，如灰黑色中厚层虫屑泥晶灰岩、褐黄色薄层鸟眼状微晶白云岩。
3. 碳酸盐岩野外观察描述的内容
颜色 碳酸盐岩的颜色多为各种色调的灰色，色调的深浅主要与有机质含量有关。有机质含量高时，岩石可呈黑灰色或黑色; 含铁质时可呈红或黄色; 含泥质时多呈褐黄色。
矿物成分 方解石、白云石及粘土物质仅凭肉眼很难准确区分，因此在野外对碳酸盐岩进行鉴定，需借助稀盐酸进行检验，并结合岩石的其他特征加以区分。
◎ 滴盐酸剧烈起泡，伴有嘶嘶的响声，并有小水珠飞溅，反应后无残余物者，一般以方解石为主，属石灰岩类。
◎ 滴盐酸起泡较剧烈，但响声微弱，无小水珠飞溅者，仍以方解石为主，但可能含有少量白云石，属白云质灰岩类。
◎ 滴酸反应不明显，起泡微弱，少量气泡滞留于岩石表面不动，无响声者，一般以白云石为主，含方解石较少，属灰质白云岩类。
◎ 滴酸不起泡或起泡极弱，仅在放大镜下才能见到极细小的气泡缓慢出现，将岩石研成粉末后滴酸则起泡，岩石常呈浅黄灰色，断口较粗糙，多呈瓷状或砂糖状，风化面有纵横交错的刀砍状溶沟———刀砍纹者，一般以白云石为主，属白云岩类。
◎ 滴酸起泡剧烈，但泡沫浑浊，反应后在岩石表面留有泥质薄膜，岩石新鲜面褐黄色，且较疏松者，一般含有较多的泥质，属泥灰岩类。
结构 碳酸盐岩结构类型较多，在野外观察时应首先确定是否有颗粒 ( 粒屑) 存在。一般来说，颗粒多因颜色略与基质不同而显示出来，在风化后会更明显。
对于颗粒 ( 粒屑) 结构的岩石，要注意观察颗粒的大小、形态、分选性、磨圆度、排列方式等特征，并确定颗粒的类型和百分含量。
构造 观察有无层理、波痕、干裂，以及叠层石、缝合线、叠锥、鸟眼等构造，详细描述各种沉积构造的特征及发育程度。
岩层厚度与接触关系 观察岩层的厚度，以及与上、下岩层的接触关系等特征。
次生变化 观察岩石的次生变化，如压溶、溶蚀、重结晶、交代等现象。
综合定名。

1.碳酸盐岩的肉眼鉴定和描述方法
肉眼鉴定碳酸盐岩应使用放大镜和5%～10%浓度的稀盐酸，观察和描述的内容包括:
(1)加盐酸起泡剧烈程度。可用5%～10%浓度的稀盐酸滴在岩石新鲜面上，并根据起泡剧烈程度(强、中、弱三级)进行区分:起泡强烈的为较纯石灰岩，起泡中等的可能含有白云质，起泡弱的可能为白云质灰岩或灰质白云岩。硅质石灰岩，加酸起泡情况随硅质含量的增加而减弱，石灰岩含泥质时，加酸起泡情况亦随泥质含量的增加而减弱。可根据起泡情况及泥质薄膜残留情况将岩石大致定名为泥质灰岩或泥灰岩等。
(2)颜色。风化面的颜色和新鲜面的颜色往往不一样。碳酸盐岩的颜色多种多样，主要取决于岩石中所含杂质或混入物的性质，如粘土质、有机质、氧化铁、氧化锰及其他氧化物和氢氧化物等。
(3)成分。主要矿物成分及其他矿物混入物要尽可能地鉴定出来，可与滴稀盐酸后的反应结合进行观察与鉴定。
(4)结构。观察岩石的结构类型，属结晶结构、鲕状结构、生物结构、碎屑结构或其他。
(5)构造。包括层理、结核、波痕、泥裂等，碳酸盐岩中的缝合线构造、叠堆构造、裂隙和洞穴的发育程度等。
(6)生物遗体。包括种类、数量、与层理的关系、完整程度、排列情况等。
(7)岩石的物理性质。硬度、硅质混入物，如硅质条带、燧石条带、燧石结核，还有断口、脆性等。
(8)岩层的厚度及接触关系。
(9)最后应当根据肉眼观察的结果，给以定名并对岩石的沉积条件进行初步分析。
2.碳酸盐岩的肉眼描述举例
(1)石灰岩。灰色、具参差状断口，结晶颗粒大小不等，其中分布有方解石晶体，0.5～2mm大小，解理面上显玻璃光泽。加稀冷盐酸剧烈起泡。致密块状，层理不明显。含有丰富的生物碎屑，如纺锤虫、海百合茎(直径1～2mm)等。具缝合线构造。裂隙发育。见有燧石结核，呈条带状或串珠状平行层面分布。
定名:灰色中粒含燧石条带石灰岩。
(2)鲕状石灰岩。暗紫色，具鲕状结构。加稀盐酸强烈起泡。主要成分为方解石，并有大量氧化铁的混入物，故岩石呈暗紫色。鲕粒一般呈圆形，大小为1～2mm，成分为隐晶质方解石和铁质;还有少量不规则的生物碎屑，大小为1～3mm，含量小于5%。胶结物也是方解石和铁质，鲕体和胶结物的界线不很清晰，二者的含量比约为7∶3。断口粗糙，较致密，性脆。岩石呈厚层状产出，与上、下岩层为渐变关系。
定名:暗紫色含铁质鲕状石灰岩。
本章小结
1.碎屑结构包括碎屑颗粒的粒度、分选度、磨圆度、颗粒间空隙特征以及空隙的充填形式等，是沉积岩的特征性结构，也是识别沉积岩的基本标志。
2.碎屑结构按其组成的碎屑颗粒粒径分为砾状、砂状、粉砂状、泥状等类型，其相应的沉积岩分别是砾岩(角砾岩)、砂岩、粉砂岩、泥岩(页岩、粘土)等。
3.按砂粒成分，选择石英、长石和岩屑作为端元组分，用三角形图分类法，可将砂岩分为:石英砂岩、长石砂岩、岩屑砂岩、长石石英砂岩、岩屑石英砂岩、岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩7种类型。
4.大多数泥质岩是母岩风化产物中的细碎屑物质呈悬浮状态被搬运到沉积场所，以机械方式沉积而成的。在粘土岩中分布最广的粘土矿物有高岭石、水云母、蒙脱石、绿泥石、凹凸棒石等。
5.粘土岩或泥岩的碎屑极细，难以辨认，进一步定名可以根据岩石的颜色及混入物成分。
6.石灰岩是由方解石组成的岩石，遇稀盐酸起泡，摩氏硬度仅为3.5。白云岩是由白云石组成的岩石，遇酸可微弱起泡或不起泡，硬度较石灰岩略大。岩石风化表面有溶蚀沟纹。
7.具有碎屑结构的石灰岩很常见。如鲕状灰岩、竹叶状灰岩、生物碎屑灰岩等。它们都包含碎屑与胶结物(亮晶)两部分或碎屑、胶结物、基质(泥晶)三部分。各部分都由CaCO3组成，但特征不同。
8.不具碎屑结构的石灰岩也是常见的，如泥晶石灰岩、钙华、礁灰岩等。
9.硅质岩是由SiO2组成的岩石。含有机质的硅质岩为黑色。富含氧化铁的硅质岩为红色或灰绿色，称为碧玉。疏松多孔的硅质岩称为硅华。富含粘土成分的硅质岩称为硅质页岩。
10.具沉积特征的火山碎屑岩，可分为火山集块岩、火山角砾岩、火山凝灰岩。其中火山凝灰岩常具有较明显的层理构造。
作业及思考题
1.陆源碎屑物质的粒度是如何划分、命名的?
2.什么是碎屑岩成分成熟度和结构成熟度?各有什么地质意义?
3.砂岩三角图分类的三个端元成分分别是什么?各有何成因意义?
4.泥质岩如何进一步分类?高岭石粘土中常见的结构是什么?
5.火山碎屑组分包括哪“三屑”?典型的火山碎屑岩有哪几种?
6.碳酸盐岩的结构组分是哪些?内碎屑是如何形成的?
7.什么是微晶基质?什么是亮晶胶结物?在显微镜下各有哪些特征?
8.什么是石灰岩的结构分类?如何按结构对石灰岩进行分类?
9.其他自生沉积岩包括哪些岩石类型?