碳酸盐岩岩类学(1-27).doc

第三章 碳酸盐岩岩类学
冯增昭 张荫本
第一节 概述
一、碳酸盐岩
碳酸盐岩是主要由方解石和白云石等碳酸盐矿物组成的沉积岩。石灰岩和白云岩是碳酸盐岩最主要的岩石类型。
碳酸盐岩是重要的生油岩和储油岩。在当前的国内外的大油气田中，碳酸盐岩产层占很大比重。碳酸盐岩还是重要的冶金熔剂、化工原料、建工原料、耐火工业原料以及提炼金属镁的原料，也是重要的地下水的储集岩。在碳酸盐岩中，还蕴藏着丰富的金属和非金属矿产，如铅、锌、汞、磷、铁、锰等。因此，加强碳酸盐岩的岩石学研究，并在此基础上进行油、气、地下水以及各种金属与非金属矿产或工业原料的勘探与开发的实践，就有着十分重要的理论意义及实际意义。
二、碳酸盐岩的知识及早期的碳酸盐岩岩石学
人们关于碳酸盐岩以及其他岩石的知识早在人类一出现的时代就有了，因为人类有文字记载的历史以前的漫长历史时代，就是用“石”器划分的。我们的祖先——旧石器时代早期的中国猿人即北京人的住所，就是石灰岩的溶洞。但北京人所使用的石器的石料，却主要是细砂岩、火成岩、脉石英、燧石等，很少是石灰岩（裴文中，1954）；这说明当时的北京人至少已经知道这些岩石的硬度等物理性质了。这些知识当然是很原始的和很简单的，但这却是岩石学甚至地质学知识的萌芽。因此可以说，人们关于碳酸盐岩以及其他岩石的知识是源远流长，与人同寿。
到了旧石器时代晚期的山顶洞人时代，已经出现了以白色石灰岩为原料的工艺品石珠。这种石珠甚小，其直径均不大于1cm，中有穿孔，表面涂有赤铁矿，从而被染成红色（裴文中，1954）。多么难以钻凿琢磨的石珠啊！这是山顶洞人的艺术杰作！这说明当时的人类已经有了相当高的文化爱好和工艺水平，而这一杰出的工艺品的原料就是石灰岩。
在碳酸盐岩岩石学的历史中，把石灰岩烧成石灰以及把石灰岩当作冶炼铁矿石的熔剂使用，是人类利用自然资源的两件大事。这两件大事始于何时,我曾请教过不少专家，现尚无最后定论。
在我国古代的一些医药书籍中,保存了不少有关碳酸盐岩或碳酸盐矿物的资料。如在我国最古的医药书《神农本草》中，就已对石钟乳、石灰、白垩、孔公孽、殷孽等的性质描述甚详。这里所谓的孔公孽和殷孽都是石钟乳的变种（见清·顾观光重辑，神农本草经）。《神农本草》的成书年代尚无定论，但至少不晚于公元一、二世纪，即东汉年间。而在明李时珍的名著《本草纲目》中，关于碳酸盐岩与碳酸盐矿物的记载就更为详细了，仅石钟乳，就划分出石乳、竹乳、鹅管石、殷孽、土殷孽、孔公孽、石床、石脑等8个亚种（王嘉荫，1957）。
明末地理学家徐霞客对我国西南地区碳酸盐岩的岩溶地貌的形态及成因，已有了很详细的描述和深刻的认识（丁文江，1927）。这已经是较系统的碳酸盐岩岩石学的知识了。
以上这些都是我们中国人的祖先，在其生活、劳动和生产实践的历史过程中创造和积累出来的关于认识和利用碳酸盐岩的宝贵知识。
英国地质学家索比(Sorby，1826—1908)是碳酸盐岩岩石学的开拓者（Folk,1973）。早在1879年，索比在他的名著《石灰岩的构造和成因》(Sorby,1879)中就指出，绝大多数的石灰岩都是由4种机械搬运的颗粒，即化石碎屑、鲕粒、较老的碳酸盐碎屑以及无构造的球粒组成的。当时，索比还对巴哈马和百慕大等地的现代碳酸盐沉积、英国的从新近纪到志留纪的古代碳酸盐岩、甚至已经变质的碳酸盐岩进行了认真的研究。可以这么说，在19世纪80年代，索比关于石灰岩的结构组分及其成因的论述已经达到了现代碳酸盐岩岩石学的理论水平。但是，十分遗憾，索比的先进思想和科学成果却没有得到顺利的发展。索比的光辉竟被埋没了半个世纪。直到20世纪50年代末和60年代初，索比的先进的碳酸盐岩岩石学观点才得到发展。
总之，在20世纪50年代以前，人类关于碳酸盐岩的认识或知识，虽然在某些方面已经达到了相当高的水平，但总体看来，尚未出现全面的和系统的理论体系，一个独立的沉积岩石学分支学科——碳酸盐岩岩石学尚未形成。
三、碳酸盐岩岩石学的诞生
在第二次世界大战以后，由于在西亚地区的碳酸盐岩中发现了大油田，这就迫使人们对碳酸盐岩进行全面的和深入的研究。这是一个规模空前的科研大进军，这一研究主要是从现代碳酸盐沉积物开始的。在现代沉积研究的基础上，将今论古，古代碳酸盐岩的研究也有了新的进展。到20世纪50年代末和60年代初，一些有代表性的科研成果和专著问世了。
福克(Folk，1959)的《石灰岩的实用分类》以及哈姆(1962)主编的《碳酸盐岩分类文集》中的一些文章，如福克(1962)、邓哈姆(1962)、莱顿及潘德克斯特(1962)、普拉姆利等(1962)的分类，都是用新的结构成因观点，对碳酸盐岩进行分类和解释的。
这些著作，尤其是福克的著作，是号角，是礼炮，是里程碑！从此，人们对于碳酸盐岩的认识进入了新的历史阶段，一个独立的沉积岩石学的分支学科——碳酸盐岩岩石学诞生了。
此外，像奇林格等(1967)的《碳酸盐岩》、普雷和穆雷（Pray and Murray,1965）的《白云化作用及石灰岩的成岩作用》、巴瑟斯特(1971)的《碳酸盐沉积物及其成岩作用》、布拉特等( 1972)的《沉积岩成因》中的有关碳酸盐岩部分、米利曼(1974)的《海洋碳酸盐》、威尔逊(1975)的《地质历史中的碳酸盐相》、以及马耶夫斯基(Majewske，1969)和霍洛维兹等(Horowitz et a1．，1972)关于化石碎片鉴定的专著，还有像肖(Shaw，1964)关于陆表海、欧文(1965)关于清水沉积作用、拉波特(1967)和杨等(1972)关于潮汐作用带沉积模式、阿姆斯特朗(Armstrong,1974)关于陆源岩和碳酸盐岩沉积模式的论文等，都是碳酸盐岩岩石学迈入新的历史时代的重要标志。
那么，这个新诞生的和独立的碳酸盐岩岩石学到底新在何处，其主要内容又是什么呢？这主要表现在以下几个方面。
第一，自从福克（1959,1962）的“异常化学颗粒”(或“异化颗粒”)和“异常化学石灰岩”的观点和碳酸盐岩的分类系统创立以后，关于碳酸盐岩是一种单成因的“化学岩”的旧传统观点就被打破了。所谓“异常化学”者，即不同于通常的化学作用也，即碳酸盐岩的生成机理既有通常所说的化学作用，同时也有生物及生物化学作用，更有机械作用。碳酸盐物质成分的沉淀和沉淀后的种种变化主要是化学的或生物化学的，而当这种碳酸盐成分一经沉淀成为特定的结构组分后，它们的继续成长尤其是它们在沉积环境中的分布则主要受沉积环境的水动力条件控制，即主要是机械作用的。因此，碳酸盐岩是多种作用或多种机理的综合产物。因此，现在绝不能再说碳酸盐岩是单纯的或纯粹的化学岩了。
因此，碳酸盐岩的分类已不再是单纯的化学成分分类或矿物成分分类了，而主要是以结构组分为基础的结构分类了。由于各种结构组分反映其沉积环境，尤其是反映沉积环境中的水动力条件以及其他特征，因此碳酸盐岩的结构分类类型就必然反映其沉积环境和成因。这样，碳酸盐岩类学和岩石成因学就十分密切地联系起来了。在这一方面，福克分类(1959,1962)和邓哈姆分类(1962)的历史意义和现实意义是最大的，其影响也是最深远的。现在，福克分类的观点已经被引入铁、锰、铝、磷等沉积矿产和岩石的分类体系中了。这确实是富有科学生命力的新碳酸盐岩岩类学在整个沉积岩石学这一学科中的巨大贡献。
第二，出现了一个专门研究和鉴别碳酸盐岩中的生物化石碎片的学科——化石岩石学。其实，循实择名，应叫“化石碎片岩石学”或“化石碎片碳酸盐岩岩石学”。传统的古生物学，主要是研究完整的生物化石，对于岩石中的尤其是岩石薄片和岩屑薄片中的化石碎片，则几乎是茫然的！而实际上，对于碳酸盐岩岩石学和石油地质学工作者来说，遇见化石碎片的机会远比遇到完整化石的机会多得多。因此，无论从化石碎片岩石学本身，还是从石油勘探的生产需要出发，化石碎片岩石学这一学科分支的出现都是必然的。在这一方面，马耶夫斯基(Majewske，1969)和霍洛维兹等(Horowitz et al.,1972)的专著起到了奠基的作用。
第三，许多新的白云石及白云岩生成机理的观点或学说问世了，如潮上盐坪的毛细管浓缩白云化作用或蒸发泵白云化作用（戴菲斯等，1965；希恩等，1965；伊林等，1965；）、回流渗透白云化作用（戴菲斯等，1965）、海水与淡水的混合白云化作用（巴迪奥札曼尼，1973；兰德，1973，1983；福克和兰德，1975）、调整白云化作用（古德尔和加曼，1969）、淡水白云石的生成作用（福克和兰德，1975）、以及其他白云化作用等。这些观点和学说大都是在现代沉积的研究基础上提出来的。既然现代白云石如此生成，那么古代白云岩是否也是这样形成呢？将今论古，应当基本如此吧!于是碳酸盐岩岩石学工作者的思路大为开阔和活跃起来。思想活了，也就是说不再受以前的白云化观点束缚了。因此，近些年来，无论是国外还是国内，白云岩的研究都出现了极为可喜的成果。这一点，在碳酸盐岩岩石学的领域中也是一个极为重要的突破，其深远意义决不亚于福克和邓哈姆等的分类。
第四，对碳酸盐沉积物的沉积后作用有了更深入的认识。所谓“沉积后作用”，包括沉积物的同生变化作用、准同生变化作用、成岩变化作用以及后生变化作用等。与碎屑沉积物和粘土沉积物相比，碳酸盐沉积物更易遭受沉积后的变化，而且可以变得面目全非。准同生期的白云化作用和准同生期后的白云化作用可以部分地或甚至全部地改变石灰岩，从而使石灰岩变成白云化的石灰岩或白云岩。实践证明，不了解碳酸盐沉积物的沉积后变化，就很难正确地认识碳酸盐岩，就很难甚至不可能对碳酸盐岩的沉积环境、生成机理以及演化过程有正确的认识，因此也就很难或不可能对碳酸盐岩的油气水储集空间的生成与演化有正确的认识。这确实是一个十分重要的课题。近些年来，已有许多专著和专文发表。我们应当接受这些研究成果，并进一步有所创见和前进。
第五，由于对现代碳酸盐沉积的环境模式有了深入的研究，因此对于古代碳酸盐岩的沉积环境的认识也大为深入了。现在看来，像以前广泛使用的那些“滨海”、“ 浅海”、“深海”等概念和术语，已显得太简单和太笼统了。现在，已经出现了一系列的全新的碳酸盐沉积环境的概念、模式、术语系统以及分析研究方法。在这个基础上，新的碳酸盐岩的岩相学也出现了。在这一方面，肖(Shaw，1964)和欧文(1965)等起了重要的先驱作用，而威尔逊(1975)的《地质历史中的碳酸盐相》则是碳酸盐岩岩相学的第一本巨著，其影响是深远的。但我们在借鉴时应有所分析，不可硬套。
另外，深水碳酸盐的研究在近些年来也有很大的进展，库克和伊诺斯（1977）的《深水碳酸盐环境》可算是一部代表作。在前一段时间内，人们的研究大都集中在浅水碳酸盐，尤其是潮坪碳酸盐或礁碳酸盐；现在，已开始向深水碳酸盐进军了。这一发展趋势是必然的。
第六，碳酸盐岩的研究方法大为改善，许多新的先进的研究手段已被引进碳酸盐岩岩石学中。近几十年来碳酸盐岩岩石学的飞速发展，是与这些先进的研究方法分不开的。沃尔夫等(1967)的《沉积碳酸盐的研究和分析方法》是一篇很难得的专题论文，很值得阅读和借鉴。
以上6点，可以基本上反映20世纪50年代以后在国外飞速发展起来的“新”碳酸盐岩岩石学的全貌。与20世纪50年代以前的碳酸盐岩岩石学相比，应当说是发生了一次“革命性”的变化。说它是“新”的或独立的沉积岩石学分支学科，是不算过分的。
四、艰难的引进及传播工作
20世纪50—70年代正是国外碳酸盐岩岩石学迅猛发展的时代，而我国却在遭受“十年浩劫”。
1972年，由于工作的需要，主要是改写《沉积岩》（华东石油学院基础地质石油地质教研室，1975），我开始收集和阅读国外有关碳酸盐岩的资料。一经接触这些资料，我就大为吃惊。我深感我们的落后，几乎落后了一个历史时代。从那时起，我就一边阅读，一边顺手把这些新成果翻译出来，以供广大同行们阅读。翻译的第一篇文章就是福克(Folk，1962)的石灰岩的分类。
但是，我一开始阅读和翻译这些国外的著作，各种“帽子”如什么“白专”、“崇洋”、“媚外”等就纷纷飞来。而当我把这些先进的理论和方法用于教学与生产科研实践时，责难就更多了，甚至还受到批判。
这是我自己的情况。其他翻译者的情况也许比我好一些吧?
我与几十位志同道合者合作，共主译了7部专著和专辑，并参与了其他同志主译的一些专著的校订工作。到现在为止，可以这么说，国外20世纪60—70年代的一些有代表性的碳酸盐岩岩石学的专著或论文，如前面所列举的，基本上都翻译出来了，而且大都已经出版。这确实是一件十分艰巨的工作。
可能有的人会说我在“表功”。是的，这个功是应该表的，但这并不是表我自己，而是表大家，表所有从事这一“建桥”、“筑路”和“搭人梯”工作的同志。对我自己来说，我是在“表难”，表我这一、二十年中所走的艰难路程。
一个好的专业译作，应过三关，即业务关、外文关和中文关；否则，是很难确切地、通顺地和有见地地把一部有价值的专业著作翻译过来使之成为我们中国科技文化的财富。试想，假如今天，这些国外先进的碳酸盐岩岩石学的名著还仍然是洋文，我们能有现在的这个兴旺发达的局面吗?
在此翻译引进工作的基础上，以一些院校和研究单位为中心的普及传播工作也相应地开展起来。各种碳酸盐岩岩石学的学习班、进修班、讲座等，纷纷举办，一系列全新的碳酸盐岩岩石学的理论及方法，在我国开始广为普及。我自己就是引进和传播国外“新”碳酸盐岩岩石学的最积极的人员之一。
我们中华民族是勤劳勇敢而又富于创造性的伟大民族，已经创造出了她自己独特的先进文化，对人类作出了重大贡献。同时，我们中华民族又是乐于学习和善于学习外国科技文化成果的民族，从而使我们的科技文化更加丰富、完善和先进。例如我国古代的天文学、数学、建筑学、中医药学等，在世界上都是非常先进的，但是这些科学都借鉴了不少外国的经验。鲁迅在赞扬李时珍的巨著《本草纲目》时就曾指出，它不独是中国的，其中还有阿拉伯人和印度人的经验。
但是，翻译和引进只能作为我们学习的基础，只能作为我们的借鉴和参考，它毕竟还不是我们自己的创作。我们自己的创作是更重要的，是根本的。我们强调翻译和引进的重要性，其目的也正在于借此促进我们自己的创作。
下面就简要地介绍一下我们自己的创作及我国的碳酸盐岩岩石学。
五、中国的碳酸盐岩岩石学
如前所述，我们中华民族的祖先在很早很早的历史时期，就对碳酸盐岩有了了解，逐渐积累了丰富的碳酸盐岩的知识，并在很早时期就开始利用碳酸盐岩，如把石灰岩烧成石灰和把石灰岩当作冶炼铁矿石的溶剂等。我们的中华大地是孕育碳酸盐岩岩石学的沃土。在20世纪70—80年代，当国外先进的碳酸盐岩岩石学的著作被引进并在国内广为传播后，这些先进的科学思想就很快在我国的大地上扎了根和茁壮地成长起来，开了花，结了果。中国的碳酸盐岩岩石学也就相应地形成了。这主要表现在以下几个方面。
1、岩类学
在福克（1959,1962）、邓哈姆（1962）、莱顿和潘德克斯特（1962）等碳酸盐岩分类的启发下，许多结合我国实际即中国化的碳酸盐岩分类方案（如业治铮等，1964；戴永定等，1973；刘宝珺，1980；冯增昭，1977a，1979a，1982a，1982b，1994a，1994b），就像雨后春笋似地出现了。
有不少同行专家提出建议，召开一次全国性的碳酸盐岩岩类学学术会议，讨论和拟定出一个全国统一的碳酸盐岩分类方案，号召大家都来执行。我的意见是：当前这种百家争鸣的局面是我国碳酸盐岩岩石学兴旺发达的好现象，不宜人为地去勉强地统一；其实，有许多地方已经统一了或者已经有共识了，如以结构组分为基础的分类为主、应有定量的标志、大体上把碳酸盐岩分为三大类（颗粒－灰泥碳酸盐岩、晶粒碳酸盐岩、生物格架碳酸盐岩）等，已经基本上统一或接近统一了。随着科学实践和生产实践的进展，会逐渐地走向相对统一的。但应明白，绝对的和完全的统一是不可能的也是没有必要的。
本章的主要内容即以后的几节，就是专门论述笔者的以中国碳酸盐岩的实际材料为基础的碳酸盐岩岩类学的观点和方案的。敬请广大读者指教。
2、化石岩石学
在马耶夫斯基（Majewske,1969）和霍洛维兹等（Horowitz et al.,1972）专著的启发下，我国众多的碳酸盐岩岩石学家们，纷纷开展用偏光显微镜鉴定和研究碳酸盐岩中的生物化石碎片，并把这些研究成果用于石油和天然气勘探和开发的实践，已取得了有益的效果。因此，结合中国实际的即中国化的化石岩石学作为一个新的学术领域，就在我国有关的科研单位和大专院校中形成了。
中国科学院地质研究所沉积室碳酸盐岩组（1977）、方少仙（1982a, 1994a）、管守锐（1989）、王英华等（1990）、戴永定等（1994）的著作，可算是这一学术领域的代表作。
实际上，用偏光显微镜鉴定和研究碳酸盐岩中的生物化石碎片，是碳酸盐岩岩类学不可缺少的一部分。在本章中就有不少这一方面的显微照片，敬请广大读者鉴赏。
3、白云岩
白云岩及白云化石灰岩是碳酸盐岩的重要岩石类型。我国各地质时代的白云岩及白云化石灰岩广为发育，几乎占到碳酸盐岩的一半，而且常是油气的储集岩。在国外一些新的白云化作用的理论和观点（如潮上带盐坪的毛细管浓缩白云化作用、回流渗透白云化作用、淡水与海水的混合白云化作用等）的启发下，笔者等（冯增昭,1977b , 1979a ; 冯增昭等，1990，1998 ; Feng Zengzhao and Jin ZhenKui, 1994; Feng Zengzhao et al.,1998 ）、朱井泉（1996）、朱井泉和李永铁（2000）、张永生等（2006）、何莹等（2006）; 相继对我国一些地质时代的白云岩及白云化石灰岩开展了研究，业已引起国内外同行专家的关注，并在岩石学、地层学以及油气勘探工作上有所贡献。
在本书《中国沉积学》第二版中，专门增设了一章白云岩，由朱井泉研究员等负责撰写，将把中国近几十年中有关白云岩的研究成果展示出来，从而进一步促进中国白云岩岩石学的发展。
4、生物礁
生物礁碳酸盐岩属生物格架碳酸盐岩，是碳酸盐岩的三大岩石类型之一。我国南海地区和台湾地区的现代生物礁以及我国广大地区各地质历史时期的生物礁均甚发育，均有很好的研究成果，如王国忠等（1994）、王国忠（2001）、曾鼎乾和陈进兴（1994）、范嘉松等（1996）。
在本书《中国沉积学》第二版中，亦有中国现代生物礁和中国地质历史中的生物礁两章，前者由王国忠教授和戴昌凤教授等撰写，后者由巩恩普教授和范嘉松研究员等撰写。这两章专论将会更全面和更详细地展示中国的生物礁。
5、沉积后作用
碳酸盐沉积物的沉积后作用，包括准同生作用、成岩作用、后生作用等，是碳酸盐岩岩石学的重要内容。
碳酸盐沉积物准同生期的白云化作用和准同生期后的白云化作用，已在我国的白云岩岩石学、地层学和油气储集层的研究和应用方面，取得了可喜的成果。
除白云化作用以外的碳酸盐沉积物的沉积后作用，方少仙（1982b , 1994b）、沙庆安（1994）、王英华（1991）、王英华等（1994）等，已经作了相当深入的研究，其研究成果已在油气勘探及开发中得到了有效的应用。
在本书《中国沉积学》第二版中，亦有碳酸盐岩成岩作用一章，着重论述中国的碳酸盐沉积物及碳酸盐岩的成岩作用，由方少仙和候方浩教授撰写。
6、沉积环境、沉积相及岩相古地理
在国外新的碳酸盐岩沉积环境及沉积相的观点和模式（如欧文,1965；杨等, 1972; Armstrong , 1974; 威尔逊, 1975）的启发下，我国关于碳酸盐岩地层的单剖面的沉积环境及沉积相研究的论文，如华北地区寒武纪和奥陶纪，鄂尔多斯地区寒武纪和奥陶纪，下扬子地区中下三叠统青龙群，中下扬子地区二叠纪，中国南方寒武纪、奥陶纪、石炭纪、二叠纪和三叠纪的单剖面的沉积环境及沉积相研究的文章，就如雨后春笋般地出现了。这标志着我国碳酸盐岩地层的沉积环境和沉积相的研究，在数量上和质量上均达到了相当高的水平。
笔者等在这些众多的碳酸盐岩单剖面沉积相研究的基础上，采用单因素分析多因素综合作图法，还编绘出了上述地区和上述各地质时期以及全国范围的寒武纪和奥陶纪的定量岩相古地理图，并撰写出了相应专著。这就使我国碳酸盐岩地层的碳酸盐岩岩石学研究，不仅在岩类学、沉积环境及沉积相的研究上，赶上了国外；而且在我国广大地区范围内，在碳酸盐岩岩石学研究的基础上，开展定量岩相古地理学研究，定量地恢复各地质历史时期的岩相古地理，已大大超过了国外碳酸盐岩岩相学的水平，已后来居上，已居国际领先地位。
详情见笔者撰写的本书第二十三章定量岩相古地理学。
从以上6个方面，可以看出我国当前的碳酸盐岩岩石学的研究成果相当丰富，且与生产实践结合密切，有效地促进了我国油气勘探和开发事业的发展，已经赶上了国外先进的碳酸盐岩岩石学水平，而有的学术领域业已居国际领先地位。
本节是本章的一个概述，把我国的碳酸盐岩岩石学（包括岩类学）概略地叙述一下；本章以下几节将着重论述中国的碳酸盐岩岩类学。

第二节 碳酸盐岩的成分分类
一、成 分 分 类
成分分类是碳酸盐岩的基本分类。
1、根据方解石和白云岩相对含量的碳酸盐岩的分类
根据碳酸盐岩的方解石和白云石的相对含量，可首先以50%为界限把碳酸盐岩划分为石灰岩和白云岩两大类，即方解石含量 >50%的为石灰岩，白云石含量 >50%的为白云岩。其次，在此两大类中，还可以90%、75%、50%、25%、10% 5个界限，划分出6个岩石类型，参看表3－1。
表3－1 根据方解石和白云石相对含量划分的碳酸盐岩岩石类型（一）
岩 石 类 型
方 解 石（%）
白 云 石（%）
石灰岩
石灰岩
＞90
＜10
含云的石灰岩
90～75
10～25
云质石灰岩
75～50
25～50
白云岩
灰质白云岩
50～25
50～75
含灰的白云岩
25～10
75～95
白云岩
＜10
＞90
也可以75%、50%、25% 3个界限，把石灰岩—白云岩系列划分为4个岩石类型，参看表3－2。
表3—2 根据方解石和白云岩相对含量划分的碳酸盐岩岩石类型（二）

岩 石 类 型
方 解 石（%）
白 云 石（%）
石灰岩
石灰岩
＞75
＜25
云质石灰岩
75～50
25～50
白云岩
灰质白云岩
50～25
50～75
白云岩
＜25
＞75
在野外工作阶段，表3－2划分出的4个岩石类型更适用些。
这就是说，用75%、50%、25% 3个界限就可以满足一般的需要了。
2、根据方解石和黏土矿物相对含量的石灰岩－黏土岩系列的分类
在碳酸盐岩中，常含有一定量的黏土矿物。因此，在碳酸盐岩和黏土岩之间，也存在着
一系列的过渡岩石类型，参看表3－3。
表3－3 石灰岩－黏土岩系列的岩石类型（一）
岩 石 类 型
方 解 石 （%）
黏 土 矿 物 （%）
石灰岩
石 灰 岩
＞90
0～10
含黏土的石灰岩
黏 土 质 石 灰 岩
90～75
75～50
＜25
25～50
黏土岩
灰 质 黏 土 岩
50～25
50～75
含灰的黏土岩
25～10
75～90
黏 土 岩
＜10
＞90

表3－3中的石灰岩－黏土岩系列的岩石类型，也可以用75%、50%、25%为界限，简化为石灰岩、黏土质石灰岩、灰质黏土岩、黏土岩4个岩石类型，参看表3－4。
表3－4 石灰岩－黏土岩系列的岩石类型（二）
岩 石 类 型
方 解 石（%）
白 云 石（%）
石灰岩
石灰岩
＞75
＜25
黏土质石灰岩
75～50
25～50
黏土岩
灰质黏土岩
50～25
50～75
黏土岩
＜25
＞75
3、根据白云石和黏土矿物相对含量的白云岩－黏土岩系列的分类
同样，白云岩－黏土岩系列的岩石类型也可以仿表3－3及表3－4类推，划分出6个岩石类型或4个岩石类型，即：
白云岩、含黏土的白云岩、黏土质白云岩、云质黏土岩、含云的黏土岩、黏土岩。
白云岩、黏土质白云岩、云质黏土岩、黏土岩。
在野外工作阶段，用75%、50%、25% 3个界限，划分出的4个岩石类型更适用些。
在碳酸盐岩中，还常含一定量的陆源砂和粉砂；因此，在碳酸盐岩和砂岩（或粉砂岩）之间，也存在着一系列的岩石类型，其岩石类型划分和命名原则同上。
4、石灰岩－白云岩－黏土岩系列的分类
但是，自然界的情况远比上述情况复杂，常是方解石、白云石、黏土矿物、砂、粉砂以及其他矿物或其他结构组分同时存在，这时，就需要考虑三端元或更多端元的分类。图3－1就是我国西南地区某单位所采用的石灰岩—白云岩—黏土岩的岩石分类图。

图3－1 石灰岩－白云岩－黏土岩系列的岩石分类图

石
灰
岩
类
1. 石灰岩

白
云
岩
类
9. 白云岩
2. 含云的石灰岩
10. 含灰的白云岩
3. 云质石灰岩
11. 灰质白云岩
4. 含泥的石灰岩
12. 含泥的白云岩
5. 泥质石灰岩
13. 泥质白云岩
6. 含云含泥的石灰岩
14. 含泥含灰的白云岩
7. 含云的泥质石灰岩
15. 含灰的泥质白云岩
8. 含泥的云质石灰岩
16. 含泥的灰质白云岩

黏
土
岩
类
17. 泥土岩

混
合
混
合
岩
类
25. 云灰岩
18. 含灰的泥岩
26. 泥灰岩
19. 灰质泥岩
27. 泥云岩
20. 含云的泥岩
28. 含灰的泥云岩
21. 云质泥岩
29. 含云的泥灰岩
22. 含灰含云的泥岩
30. 含泥的云灰岩
23. 含云的灰质泥岩
31. 泥云灰岩
24. 含灰的云质泥岩

请注意，在上述31个岩石类型的命名中，用“泥”代替“黏土”，这是为了使岩石名称的用字较少些。当然，这个“泥“是黏土成分的泥。
图3－1的31个岩石类型的分类命名方案看来够细了！但是，对于自然界的岩石类型来说，它仍然是很不够的！像这样的分类命名图表，还可以再举出许多，也可以再设计出许多。但是，这些精细的分类命名确实有点令人厌烦了。可以断言，无论设计出的或创造出的分类方案或分类图表怎么多和怎么细，也不可能囊括自然界的所有岩石类型！
看来，还是简单一些为好。下面就简要地讲述一下分类命名的原则。

二、分类命名原则

碳酸盐岩的成分分类和命名，可遵循以下几个原则。
1、定岩石的基本名
首先，根据含量≥50%的成分，定岩石的基本名，以“××岩”的形式表示之。
如某一碳酸盐岩，其方解石含量≥50%，则把该岩石定为“石灰岩”；如其白云岩含量≥50%，则把该岩石定为“白云岩”。
由于这一命名原则中，仅涉及一个含量级≥50%，故可称之为一级命名原则。
在碳酸岩中，这是最根本的、最重要的、最常用的分类命名原则。
2、定岩石基本名的主要形容词
必要时和有条件时，可根据含量49% ~25% 的成分，定岩石基本名的主要形容词，以“××质”的形式表示之，写在岩石基本名的前边。
如某一碳酸盐岩，其方解石含量70%；其白云石含量30% ，则该岩石可定为“白云质石灰岩”或“云质石灰岩”。
又如某一碳酸盐岩，其白云石含量65%，其方解石含量35%，则该岩石可定为“灰质白云岩”。
由于这一命名原则涉及两个含量级，即≥50% 和49% ~25%，故可称之为二级命名原则。
这也是一个重要的和常用的分类命名原则。
3、定岩石基本名的次要形容词
必要时和有条件时，可根据含量24% ~10%的成分，定岩石基本名的次要形容词，以“含××的”形式表示之，写在岩石基本名和主要形容词的前边；如该岩石无主要形容词，则写在该岩石的基本名的前边。
含量＜10%的成分，在分类命名时，一般不考虑。
如某一碳酸盐岩，其方解石含量60%，白云岩含量25%，黏土矿物含量15%，则该岩石可定为“含黏土的白云质石灰岩”或“含泥的云质石灰岩”。
又如某一碳酸盐岩，其方解石含量85%，黏土矿物含量15%，则该岩石可定为“含黏土的石灰岩”或“含泥的石灰岩”。
由于这一命名原则涉及三个含量级，即≥50%、49%~25%、24%~10%，故可称之为三级命名原则。
这也是一个有用的命名原则。
4、命名从简
综观以上3条分类命名原则和根据此3条原则定出的岩石名称，可以看出：
仅用“××岩”的形式，即仅用岩石的基本名，最简便，最常用。
用“××质××岩”和“含××的××岩”的形式，即在基本名之前加一个主要形容词或加一个次要形容词，也比较简明，也比较常用。
而用“含××的××质××岩”的形式，由于比较繁琐，而且需要较确切的定量数据，故一般情况下，较少使用。
请注意，岩石基本名的次要形容词“含××的”中的“的”字，有时可以省略。此亦符合命名从简的原则。
总之，岩石的分类和命名，以简明为宜。此命名从简也。
以上4条分类命名原则，不仅适用于本节的碳酸盐岩的成分分类命名，也适用于下节的碳酸盐岩的结构分类命名，亦适用于其他岩石的分类命名。关于这些原则，下节还要谈及。

第三节 碳酸盐岩的结构组分

从结构的角度来看，碳酸盐岩主要由颗粒、泥、胶结物、晶粒、生物格架5种结构组分组成。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，如孔隙等。这些次要的和派生的组分对岩石性质也都有一定的影响，对岩石的成因及沉积环境分析也都有重要的意义，而孔隙对油、气、水的运移和储集甚为重要。但就组成岩石的基本组分来说，还仍然是上述的5种。故本节就着重讲述这5种主要的或基本的结构组分。
一、颗 粒
碳酸盐岩中的颗粒，按其是否在沉积盆地或沉积地区中形成，可分内颗粒(盆内颗粒)和外颗粒(盆外颗粒)两类。内颗粒是主要的。
外颗粒即陆源碎屑颗粒，按其粒度，可分砾、砂、粉砂、泥四级。有时，常把砾、砂、粉砂当作陆源碎屑颗粒，而把泥称作陆源碎屑泥。在碳酸盐岩中，陆源碎屑泥最为常见。在碳酸盐岩中，陆源碎屑组分总是次要的。如果陆源碎屑组分含量超过碳酸盐的结构组分，则碳酸盐岩就过渡为陆源碎屑岩了。在这里需要着重指出的，是来自沉积地区以外的较老的碳酸盐岩碎屑。这种陆源的碳酸盐岩碎屑，与在沉积地区中形成的碳酸盐岩内碎屑，在成分上虽然相同，但形成机理却根本不同。主要由陆源的石灰岩碎屑颗粒或白云岩碎屑颗粒(通常都为砾石级)组成的岩石，应属碎屑岩的范畴，可称作石灰岩碎屑岩(灰屑岩)或白云岩碎屑岩(云屑岩)。如在山东新汶汶南中奥陶统马家沟组底部，即在其下伏的下奥陶统亮甲山组顶部的剥蚀面上，就有一层几十厘米厚的断续分布的“白云岩角砾岩”，其颗粒组分主要为亮甲山组的白云岩的角砾，还含有少量的陆源砾和砂等。这层是该处马家沟组的底砾岩，是“怀远运动”的佐证。显然，这已属碎屑岩的范畴了。但是，如何把陆源的碳酸盐岩碎屑颗粒与内碎屑区分开，却并不是在任何情况下都能做到或很快就能做到的。这要根据沉积地区及其外围地区的区域地质(地层、岩石、古生物、大构造等)特征，综合分析判断，才能做到。
内颗粒是指在沉积地区或沉积环境以内形成的碳酸盐成分颗粒。这种颗粒可以是化学沉淀作用形成的，可以是机械破碎作用形成的，可以是生物作用形成的，或者是这些作用的综合产物。碳酸盐岩中的颗粒，主要就是这种内颗粒，外颗粒是次要的。因此，在碳酸盐岩中，凡提到颗粒，只要不特别注明其是陆源的或是在沉积地区以外形成的，均指内颗粒。
这种在沉积盆地或沉积地区之内形成的颗粒，福克(1959，1962)称其为“异化颗粒”，即福克所说的“异常化学作用”所形成的颗粒。可简称其为“颗粒”。
颗粒主要包括内碎屑、球粒、粪球粒、鲕粒、藻灰结核、藻粒、化石碎屑等。
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岩层，受波浪、潮汐水流或风暴的作用，破碎、搬运、磨蚀、再沉积而成，也可以是其他作用形成的。
可以根据内碎屑的大小，把内碎屑划分为砾屑、砂屑、粉屑和泥屑4个级别，砂屑和粉屑还可进一步细分。
关于碳酸盐岩颗粒的内碎屑的粒级划分和命名，也和碎屑岩的碎屑的粒级划分和命名一样，在国内外都存在着一些分歧。表3—3是笔者拟定的一个方案。

表3—3 粒级的划分及命名
粒度(mm)
碎屑岩中的碎屑
碳酸盐岩中的内碎屑
碳酸盐岩中的晶粒
2.0
1.0
0.5
0.25
0.1
0.05
0.01
0.005

砾 (石)
砾 屑
砾 晶

极 粗 砂
砂
极粗砂屑
砂

屑
极 粗 晶
砂

晶

粗 砂
粗 砂 屑
粗 晶

中 砂
中 砂 屑
中 晶

细 砂
细 砂 屑
细 晶

极 细 砂
极细砂屑
极 细 晶

粗 粉 砂
粉砂
粗 粉 屑
粉
屑
粗 粉 晶
粉
晶

细 粉 砂
细 粉 屑
细 粉 晶

泥
泥 屑
泥 晶

还有以下几点说明：
第一，在这里把碎屑岩中的碎屑、碳酸盐岩中的内碎屑、碳酸盐岩中的晶粒三者的粒级界限和术语命名，进行了统一。主要是以碎屑岩中的碎屑的粒级划分和命名为基础，把三者统一起来。
第二，主要的粒级界限都与温特华斯粒级(ф值)一致或很接近。这既照顾了我国过去的习惯和当前的现状，也便于粒度作图和对比工作。
第三，有些界限，如砾和砂的界限，粉砂和泥的界限，就是在碎屑岩当中也是有争论的问题。在这里，就权且这么定了。
砾石级的内碎屑即砾屑，早就被人们认识了。我国北方寒武系及奥陶系中广泛分布的竹叶状砾屑，就是最好的一个实例。早在1927年，李学清就正确地阐明了这种竹叶状砾屑的成因。这种砾屑多呈扁饼状，圆度好，分选也常较好，其侧面常呈长条状，似竹叶，故常称其为竹叶状砾屑，也可简称其为“竹叶”。其扁平面多与层面平行，但也有与层面斜交甚至直立的，也有呈叠瓦状排列或旋涡状排列的。有的竹叶状砾屑的表面或表层常有褐色或紫红色，即所谓的氧化圈层。与这种砾屑共生的常有砂屑等。其基质多为灰泥，亮晶较少见，参看图版3－1之1，2，3，4。所有这些特征都表明，这种竹叶状砾屑是在浅水的海洋环境中，半固结或已固结的碳酸盐岩层，经强大的水流、潮汐或风暴作用，把它破碎、磨蚀、搬运并堆积而成。与层面斜交或直立以及呈叠瓦状或旋涡状排列的竹叶，更反映了强大的水动力条件。
有的学者认为竹叶状砾屑的成因与“巴哈马石”或“葡萄石”的生成方式类似（Illing,1954; Beals,1958; 业治铮等，1964），有的学者把竹叶状砾屑视作风暴的产物（孟祥化，1981），也有人把它的分布与地震作用联系起来（王祥珍，1981），均有一定道理。
非竹叶状的砾屑也相当常见。
砂级的内碎屑即砂屑，它比砾屑的分布还要广泛。这种砂屑在显微镜下极易观察，用肉眼或放大镜也可看出。砂屑多为泥晶石灰岩的碎屑，圆度及分选一般都较好，也有形状不规则和分选差的砂屑。参看图版3－1之5，6和图版3－2之1，2，3，4。
有的砂屑内部呈现藻丝体或泡沫状结构，其颜色也较暗；这种砂屑可能是藻砂屑。参看图版3－2之5、6。藻砂屑是蓝藻细菌形成的沉积物或沉积岩层，被海浪破碎而形成的碎块，再经磨蚀而成。藻砂屑与一般砂屑的区别主要在于其内部的藻丝体或泡沫结构。如这些特征欠明显，就很难把二者区分开了。
粉砂级的内碎屑即粉屑，其特征基本上同砂屑，仅粒级较小罢了，