碳酸盐岩

碳酸盐岩是地球表面分布较广的一种重要的岩石类型，是由沉积的碳酸盐矿物（方解石、白云石等）组成的一种沉积岩，主要岩石类型为灰岩（方解石含量大于50%）和白云岩（白云石含量大于50%）。

碳酸盐岩沉积形成的碳酸盐矿物组成的岩石的总称。主要为石灰岩和白云岩两类。碳酸盐岩和碳酸盐沉积物从前寒武纪到现在均有产出，分布极广，约占沉积岩总量的1/5～1/4。碳酸盐岩中储集有丰富的石油、天然气和地下水。世界上碳酸盐岩型油气田储量占总储量的50％，占总产量的60％。与碳酸盐岩共生的固体矿产有石膏、岩盐、钾盐及汞、锑、铜、铅、锌、银、镍、钴、铀、钒等。

主要由文石、方解石、白云石

、菱镁矿、菱铁矿、菱锰矿组成。现代碳酸钙沉积主要由高镁方解石、文石及少量低镁方解石组成。低镁方解石最稳定，文石不稳定，高镁方解石最不稳定。后两者在沉积后易转变成低镁方解石。因此，古代岩石中的碳酸盐矿物多是低镁方解石。碳酸盐矿物的结晶习性和晶体特征与形成环境有关。

碳酸盐岩中混入的非碳酸盐成分有：石膏、重晶石、岩盐及钾镁盐矿物等，此外还有少量蛋白石、自生石英、海绿石、磷酸盐矿物和有机质。常见的陆源混入物有粘土、碎屑石英和长石及微量重矿物。陆源矿物含量超过50%时，则碳酸盐岩过渡为粘土或碎屑岩。

包括下列几种。

①粒屑结构，按粒径大小分为：砾屑（粒径>2毫米）、砂屑（粒径2～0.062毫米）、粉屑（粒径0.062～0.032毫米）、微屑（粒径0.032～0.004毫米）和泥屑(粒径<0.004毫米)。砾屑的排列方位、粒度组成和分选性是分析碳酸盐沉积物沉积环境的重要标志。由核心和包壳组成的粒径小于2毫米的球形或椭球形的颗粒为鲕粒。由富藻纹层组成的球形包粒为藻包粒。由微晶碳酸盐矿物组成的不具内部构造的、表面光滑的球形或卵形颗粒称球粒或团粒。外形不规则的复合颗粒集合体为团块及凝聚颗粒等。

②钙质生物化石显微结构，按方解石（文石）晶体的空间形态，分为由光性方位不一致、三向大致等轴的方解石（文石）几何体组成的粒状结构，广泛见于低等生物中；由平行或放射状排列，一向延长的细柱或针状方解石（文石）晶体组成的纤（柱）状结构，为腔肠动物、节肢动物、轮藻藏卵器的主要结构；由厚度小于1～2微米、近于平行的方解石（文石）薄片叠积而成的片状结构，常见于软体动物、腕足类、苔藓虫和蠕虫栖管中；全部或局部由一致消光的单一晶体或双晶组成的单晶结构，是棘皮动物的主要特征。钙质生物化石的显微结构有从粒状→纤（柱）状→片状→单晶结构的演化趋势。

③晶粒结构，根据粒度划分为砾晶、砂晶、粉晶和泥晶。晶粒也可根据其自形程度划分为自形晶、半自形晶和它形晶。

④生物骨架，指原地生长的群体生物，如珊瑚、苔藓虫、海绵、层孔虫等坚硬钙质骨骼所形成的格架。另外，一些藻类，如蓝藻和红藻，其粘液可以粘结其他碳酸盐组分，形成粘结骨架。

除上述结构外，碳酸盐岩还发育孔隙结构，包括①原生孔隙，形成于沉积同生阶段，如粒间孔隙、遮蔽孔隙、体腔孔隙、生物钻孔、窗格和层状空洞等；②次生孔隙，形成于成岩及后生作用的溶解改造，如粒内孔、铸模孔、晶间孔及其他溶蚀孔隙。

包括生物成因构造和特殊构造：1、生物成因构造。A叠层石：由蓝绿藻形成的叠层构造，表现为富藻纹层与富碳酸盐纹层交互叠置。不同类型的叠层构造可反映形成环境的水动力条件的强弱，层状叠层石代表水动力条件较弱，属于潮间带上部产物，而柱状叠层代表水动力条件较强，属于潮间带下部或者潮下带上部产物；B虫孔及虫迹构造：由生物活动形成的各种虫孔和虫迹构造，可指示生物特征及活动情况。2、特殊构造。A鸟眼构造：如毫米级大小的、常呈定向排列的、多为方解石或硬石膏充填的形似鸟眼的鸟眼构造，主要出现于潮上带；B示顶底构造：碳酸盐沉积物充填在碳酸盐岩孔隙中形成的示顶底构造，表现为孔隙下部首先充填暗色的泥晶或粉晶方解石，其后上部为浅色的亮晶方解石或盐类矿物充填，二者界面平直，并平行于水平面，此构造可判断岩层顶底。C缝合线构造：岩层断面上呈锯齿状曲线（缝合线），它在平面上是一个起伏不平的面。一般认为缝合线是在压溶作用下形成的。还有与碎屑岩相似的构造（见沉积岩）。

①成分分类，采用白云石、方解石和非碳酸盐矿物的三端元图解，将碳酸盐岩分成8种类型（见图）。②结构成因分类，可将碳酸盐岩分成亮晶异常化学岩、泥晶异常化学岩、泥晶岩（正常化学岩）、原地礁灰岩、交代白云岩等类型。

碳酸盐岩

carbonate rock

主要由碳酸盐矿物（大于50％）组成的沉积岩。主要矿物成分是方解石、白云石、铁白云石、菱镁矿等，其次为石英、云母、长石和粘土矿物等；化学成分主要为CaO、MgO和CO2，其次为SiO2 、TiO2 、FeO、Fe2O3、Al2O3、K2O、Na2O、H2O以及某些微量元素。通常为灰色、灰白色。性脆。具粒屑（如岩屑、生物碎屑等） 、生物骨架（如珊瑚、层孔虫等）、晶粒（粗晶、中晶、细晶、微晶等）和残余（残余生物、残余鲕状）结构。构造类型复杂、多样，有叠层构造（如常见于潮坪地区的叠层石）、乌眼构造和缝合线构造。多呈厚层或薄层状产出。可分为石灰岩和白云岩两大岩石类型。①石灰岩类。主要矿物为方解石（＞50％），其次为白云石、菱镁矿、石英、长石和粘土矿物等。常见岩石类型有内碎屑灰岩，生物碎屑灰岩、鲕粒灰岩、球粒灰岩、泥晶灰岩、石灰华和泉华等。②白云岩类。主要由白云石(＞50％)组成，其次为方解石、菱镁矿、石英、长石、粘土矿物等。常见岩石类型有同生白云岩、碎屑白云岩、成岩白云岩和后生白云岩等。因受物理化学条件变化的影响，常发生白云岩化、膏化、硅化、重结晶及溶蚀等后生作用。岩性较脆弱，易遭风化溶蚀，在碳酸盐岩发育地区常形成石林、溶洞、地下暗河等地貌景观，通称喀斯特地形。碳酸盐岩在地壳中分布仅次于泥质岩和砂岩，约占沉积岩总面积的20％，几乎在各个地史时期都有形成。中国各地，特别是西南地区，也广泛分布有碳酸盐岩，其成岩时代主要为震旦纪、寒武纪、奥陶 纪、泥盆纪、石炭纪和二 叠纪。许多金属矿产（如铜、铅、锌、汞、锑、钼、钴、银等）和非金属矿产（如重晶石、天青石、石棉、自然硫、水晶、萤石、冰洲石等）在成因上都与碳酸盐岩有关。世界上与碳酸盐岩有关的石油和天然气储量占总储量的50％，产量约占总产量的60％。

碳酸盐岩是自然界中重碳酸钙溶液发生过饱和，从水体中沉淀形成。现代和古代碳酸盐沉积主要分布于低纬度带无河流注入的清澈而温暖的浅海陆棚环境以及滨岸地区。这是因为碳酸盐过饱和沉淀需要排出CO2气，海水温度升高和海水深度变小都有利于水中CO2分压降低，促进重碳酸钙过饱和沉淀。另外，温暖浅海环境，生物发育，藻类光合作用均需要吸收CO2，也促进CaCO3的饱和和沉淀。底栖和浮游生物还通过生物化学和生物物理作用直接建造钙质骨骼，形成生物碳酸盐岩。机械作用在碳酸盐岩形成中占有重要位置。在浅海带中一经沉淀的碳酸盐沉积物就受到水动力带能量的改造、簸选和沉积分异，形成以机械作用为主的各种滩、坝颗粒碳酸盐沉积体。同时，波浪、潮汐流、风暴流搅动海盆地，促使海水中CO2迅速释放，由新鲜的水流带来充分的养料，加速生物繁殖，因而使碳酸盐沉积。

在有陆源输入的浅海盆地，碳酸盐沉积受到排斥和干扰，形成不纯的泥质和砂质碳酸盐岩。在有障壁的泻湖和海湾，常常因海水中Mg2+浓度增加，形成高镁碳酸盐岩和白云岩。在大陆淡水环境，碳酸盐过饱和时常常形成各种结壳状碳酸盐岩──钙结岩。

2014年5月11日，塔里木油田近年来依靠科技创新和尖端配套技术应用，攻克油气高效开发的世界级难题，截至目前碳酸盐岩原油产量累计突破1000万吨，探明地质储量逾3亿吨。

据中石油塔里木油田公司介绍，连日来，油田碳酸盐岩原油日产量保持在5600吨以上水平，先后投产的551口生产井累计产量1010．29万吨，突破千万吨大关

碳酸盐岩是指碳酸盐矿物组成的岩石的总称，具有多重孔隙特征。虽然这些埋藏在地下5000米的岩隙中蕴藏着丰富的原油资源，但其难度很大。塔里木盆地中碳酸盐岩油气藏约占盆地油气资源总量的三分之一。

自2005年以来，塔里木油田碳酸盐岩原油年产量从24万吨增至目前的190万吨左右，年均增长率超过12%，塔里木油田油气三级地质储量连续9年保持高位增长。

何镜宇、孟祥化：《沉积岩和沉积相模式及建造》，地质出版社，北京，1987。

E.Flugel, Microfacies Analysisof limestone,Springer-Verlag,Berlin,1982.

海洋碳酸盐沉积物主要有三种来源：生物来源、化学来源、陆源。最重要的是生物来源。在碳酸盐的沉积作用中，生物和生物化学作用比化学作用大数百-数千倍。化学来源碳酸盐在海洋中发育有限。大部分碳酸盐是在“浅，暖，清”的特殊水域环境中经生物或生物化学作用形成的。

展开[1]杜远生. 中国地质大学武汉双一流学科专业教材 沉积地质学基础[M]. 北京: 中国地质大学出版社, 2022: 115-116. (4)

[2]高宗军，王敏，冯建国，尹会永
. 岩溶地面塌陷与碳循环及其气候意义[M]. 北京: 地质出版社, 2021: 3. (3)

[3]杨启军，杨金豹，方积义. 沉积岩岩石学[M]. 北京: 地质出版社, 2018: 131. (3)