颗粒碳酸盐岩
颗粒碳酸盐岩?
中、新元古界颗粒碳酸盐岩主要由颗粒组成。颗粒（Particles），或称异化颗粒、盆内颗粒，是指在沉积盆地内形成的、同沉积的颗粒。在所研究区域，碳酸盐颗粒都是盆内形成的，因为从当时区域地质条件看，不太可能存在形成于盆外的碳酸盐碎屑。碳酸盐中的颗粒与碎屑岩中的碎屑颗粒（砾、砂、粉砂）相似，有相似的水动力条件代表性。不少西方学者称颗粒为钙质砂（如Illing,1954）。然而，尽管所研究的大部分颗粒是钙质的（白云石成分），但部分已硅化，故仍称颗粒为好。
（一）颗粒的类型
Illing(1954）将钙质砂分为骨骼颗粒和非骨骼颗粒，非骨骼颗粒又分为鲕粒、球粒、团块、集合体和粒（grains）等五种。粒（grains）是成因不明的文石质泥晶颗粒，集合体由砂粒微弱胶结而成，而团块是胶结良好的颗粒集合体，包括葡萄状团块、包壳团块、葡萄石及不规则种属。Purdy(1963）提出集合体和团块之间无明显区别，并且把大巴哈马滩的非骨骼颗粒分为球粒、泥集合体、葡萄石、鲕粒、泥晶颗粒等五种。其中泥集合体即为Illing(1954）的集合体（易碎集合体），而葡萄石代表所有的团块。
Flugel(1982）从镜下研究的角度将颗粒分为骨骼颗粒、似球粒、集合体颗粒、似核形石（Oncoids）、鲕粒、豆粒、包壳颗粒（Cortoids）、内碎屑等。似球粒指各种成因产生的由泥晶碳酸盐组成的圆形椭圆形颗粒，包括球粒。集合体颗粒则为颗粒的集合体形态，由藻类或亮晶、泥晶胶结物粘结而成，包括葡萄石、藻团、团块等。似核形石和鲕粒的区别在于其前者的形状不规则，同心纹不连续不规则。包壳颗粒则指具有相对薄的泥晶套包壳的各种颗粒的总称，并独立为一类。
对于不同的地层时代和研究内容，对碳酸盐颗粒就会有不同的划分，许多现代颗粒的识别标志在古代碳酸盐岩却变得模糊甚至不存在。从沉积学研究方面看来，对颗粒的分类一则要考虑其鉴别标志，更重要的是要注意其成因标志。鉴于以上观点，对燕山西段杨庄组-雾迷山组地层中出现的颗粒可作以下分类（表3—3），并可适用于其它前寒武系碳酸盐地层中。颗粒的主要类型有鲕粒、葡萄石、似球粒和内碎屑等四种。无大动物的存在可以排除骨骼颗粒和球粒的存在。核形石作为一种球状叠层石描述，故不作为颗粒探讨。团块（1ump）一词用法和概念比较模糊，故不作为一种类型，包括在葡萄石这一类型中。本分类力求简单明了，强调成因标志。
表3—3 华北中、新元古界碳酸盐岩颗粒分类
（二）鲕粒
鲕粒是具核心和同心环结构的球状颗粒，像鱼子（即鲕）而得名。鲕粒为圆形，受压实、压溶等各种准同生和成岩作用后，鲕粒会呈各种形状。鲕粒的大小都为2—0.25mm，常见的为1—0.25mm。鲕粒由两部分组成，一为核心，一为同心层（同心环）。核心主要为内碎屑（砂屑、粉砂屑，砾屑少见）和陆源石英砂，且以内碎屑核心为多，但白云质内碎屑核心都不清楚。有的同心层构造由于重结晶作用而消失，而只能根据其大小、形状和分选来鉴别它是否鲕粒。
鲕粒的成分既可是白云石，也可以是硅质（小米粒状燧石）。有的鲕粒完全由其中某种成分组成，也见两种成分共存于一颗鲕粒中。有的标本完全由硅质组成，而有时在薄片中一侧全为硅质鲕粒而另一侧却全为白云石鲕粒。硅质可能是交代成因的（至少其中有一种成分是交代而成的）。总的说来，硅质成分有利于同心环状构造的保存（早期交代），而白云石鲕粒则多显放射状结构。
1.鲕粒分类和描述
Flugel(1982）根据不同的特征将鲕粒分成不同类型（表3—4）。
表3—4 鲕粒分类
（据Fluge,1982）
根据中、新元古界实际情况，笔者将鲕粒按其结构、形态、成因特征分为以下几种：
①正常鲕：其同心层厚度大于核心直径，一般所指的鲕粒即为这种正常鲕。
②表皮鲕：其同心层厚度小于核心直径。有的表皮鲕甚至只有一层同心环，它可能是在相对低能环境或大核心过剩区域形成于有机或无机过程。
③复鲕：有一个鲕粒中包含两个或多个次级鲕粒。
④单晶鲕和多晶鲕：整个鲕粒由一个白云石晶体或几个白云石晶体构成，同心层结构难以识别。只能根据其形状、大小、分选及和邻近鲕粒的共生来推断是鲕粒。这种鲕粒是重结晶作用的结果。在有些薄片中可以看到复鲕中的白云石单晶从一个亚鲕粒（次级鲕粒、小鲕粒）延伸到另一个亚鲕粒的内部。
⑤变形鲕：鲕粒受压后可变成各种形态。变形鲕可按阶段分为同沉积和成岩变形两种。
2.鲕粒显微结构
中、新元古界碳酸盐鲕粒的显微结构不外乎有三种：①同心层状结构，明暗纹层显示明显的同心纹状结构，主要在硅质鲕粒内保存此结构。②放射状结构，在正交光下呈放射状消光，严重者在单偏光下也见到放射状晶体的存在。有的呈放射状结构的鲕粒完全呈花瓣状外形。这种结构的鲕粒一般只见于白云石鲕粒中。放射状结构一般穿越所有的纹层。③同心-放射状结构：鲕粒内部既显放射状又显同心状结构。这种结构多见于半硅化白云石鲕粒中，也见于其它成分鲕粒中。
现代鲕粒的扫描电镜研究表明，同心层状和放射状结构均属原生结构。具原生的纯同心层状和同心层-放射状结构的鲕粒似乎与当鲕粒达到最小粒径（0.06mm）时从悬浮向底床载荷搬运方式的改变有关。与同心层状的鲕粒（形成于高能环境）不同，“静水环境的鲕粒”的特征为放射状结构（Flugel,1982）。余素玉（1987）认为张夏组（中寒武统）鲕粒灰岩中的放射状鲕和同心-放射状鲕是原生成因的，在纯的胶体悬浮中或静水条件下，文石针易呈径向排列等形成放射状结构。并认为与赵震（1984）人工合成的静水鲕石极为相似。赵震等合成的静水鲕粒，在成核阶段粒度小，呈放射状结构，到成壳阶段则形成同心-放射状。这些鲕粒在没有外力搅动拆开情况下，常呈长串或葡萄状连生鲕，鲕间直边接合无变形（在细径放射鲕中大量存在）。
雾迷山组中见到一种复合鲕（放射状结构）确实类似赵震等（1984）所合成的静水鲕及其集合体。几个鲕粒成串分布，边缘是直的，颗粒之间多粘结在。笔者认为，静水鲕确实存在，但只是部分是放射状结构的鲕粒，而且仅是那些亚鲕粒边界平直，亚鲕粒紧密相连的、成串或葡萄状的放射状鲕粒（注意与葡萄石的不同，葡萄石内部亚颗粒之间边界产状平直）。然而，这些静水鲕在中、新元古界并不多见，因为在当时藻类非常发育的情况下，核形石的形成条件比静水鲕的形成条件优越得多，速度也快。
大部分各种结构的鲕粒是动荡条件下形成的，放射状结构只是白云石重结晶的结果，正如Shearman(1970）所指出的那样。例如有一种放射状鲕（白云石成分）和同心状鲕（硅质成分）共生在一起，很明显放射状结构是白云石重结晶造成的，而且有些鲕粒受重结晶或其它作用而使鲕粒轮廓消失，只留下被交代成港湾状的石英核心仍然依稀可见。总之，静水鲕量少，而且在野外难以辨认，鲕粒仍是代表动荡水体条件的。最原始的结构是同心层状，而大部分放射状是重结晶造成的。早期硅化（尤其是同生硅化作用）有利于同心层状结构的保存。成岩硅化作用而使所有的结构几乎消失。
3.鲕粒大小、分选、原生形状及生长过程
所见鲕粒大小在0.25—1.0mm之间，颗粒越小其内部结构越不明显，分选一般均良好。鲕粒的大小和水体能量有一定关系，鲕粒在达到一定粒径时，水体能量不足以使之移动或悬浮，其表层的生长就会相对停止，立即被埋藏；或是由于颗粒间的碰撞作用使鲕粒在水体运动的时间长且加积速度快，而较大鲕粒因运动时间短而生长缓慢，故鲕粒的分选良好。大小不齐的鲕粒出现于地层中时，可能是由于最大鲕粒仍未达到极限值，大大小小的鲕粒处于生长期就被埋藏；因此，埋藏的时间越早，鲕粒的粒径越小，分选可能越差。而分选良好但鲕粒较小的情形可能是水体能量较小的缘故。磨蚀作用是控制鲕粒形成的一个重要因素（但对于静水鲕则不如此），它不但控制鲕粒的大小而且也控制鲕粒的形状。当一个鲕粒生长在非球形核心外时，尽管鲕粒的生长是平行层面的，但突出面的磨蚀作用强，凹面有利于沉淀和较少的磨蚀，因而不断的沉淀和磨蚀作用平衡使鲕粒越来越圆（Bathurst,1975）。
4.鲕粒产状和成因
鲕粒在杨庄组-雾迷山组所占的比重虽不大（厚度百分比为1%左右），但鲕粒可作为一种良好的指相标志，对于环境解释很有作用。鲕粒一般呈透镜状、薄层状出现，其周围可是各种岩性，层厚多于0.1—0.3m之间，可见各种交错层理，尤其是羽状交错层理，反映鲕粒形成于潮汐作用强的环境。从统计数据表明，鲕粒白云岩的厚度百分比大小与表示高能的锥柱状叠层石的厚度百分比大小成正比关系，反映鲕粒是高能条件的产物，可能产于潮间带和潮下高能带的上部浅滩中潮汐三角洲环境。所以，鲕粒的无机成因说更能较好地解释本研究中出现的大部分鲕粒，即鲕粒的形成和水动力条件相关，而不受或很少受藻类或细菌的作用。这些无机成因的鲕粒的形成条件是：（1）碳酸盐过饱和；（2）有充足的核心来源；（3）水体动荡，能使颗粒反复处于搬运悬浮状态；（4）温暖的海水；（5）相对稳定的环境。
然而，静水鲕的提出使鲕粒的成因及环境解释又增添了色彩，未来的研究很可能解释静水鲕的形成过程以及它和动荡环境的鲕粒在宏观上和微观上的区别。
（三）葡萄石（grapestone）
现代葡萄石是指葡萄状集合体，亚颗粒（即组成葡萄石的颗粒）被泥晶白云石紧密地粘结在一起，产于水体安静环境。
各种复合颗粒均指示静水条件，因此笔者试用葡萄石（有时也用藻团块）来概括所有出现于本区的集合体颗粒，也包括核形石被粘结在一起的集合体。之所以将它们归为一类，只是因为它们形状相似（大致为葡萄状），且所反映的环境条件都是低能的。
为了不与以前混乱的命名混淆，笔者将葡萄石分为两类：泥晶葡萄石和藻葡萄石。
泥晶葡萄石（micritic grapestone）是由鲕粒、内碎屑、似球粒等被泥晶胶结而成，即为Illing(1954）的团块。其外形不规则至葡萄状，大小0.5—2.0mm左右，亚颗粒强烈泥晶化。泥晶胶结过程中，可能有钻孔藻植物（主要是蓝绿藻）的作用。
葡萄石（algae grapestone）是核形石被藻类粘结而成，外形不规则至葡萄状，大小几毫米到几厘米（比前者大），亚颗粒泥晶化作用弱或无，而且呈放射状消光。胶结过程中，藻类的作用尤为重大，核形石形成以后很快就被藻类粘结在一起。
这两类葡萄石的主要在于藻类作用的强弱及亚颗粒类型。泥晶葡萄石中藻的作用以藻葡萄石弱，从而后者粒度比前者大。藻葡萄石的亚颗粒核形石，其形成环境是藻类繁盛的低能条件的继续，胶结作用顺利进行，甚至胶结物特征和亚颗粒特征相似；而泥晶葡萄石是高能环境向低能环境转化的产物，藻类胶结作用不似藻葡萄石强烈。
两者都是水下凹地或泻湖等低能条件的产物，但泥晶葡萄石可能接近浅滩环境的水下凹地内形成。由于都是低能环境的产物，故葡萄石的大小不等，分选很差。
（四）似球粒（peloid)
Mckee和Gutschick在60年代末提出了似球粒一词，它包括由泥晶碳酸盐集合体组成的所有颗粒，不论其成因如何。由于这些颗粒的成因经常有疑问，因而给予这样一个统称是必要的。
杨庄组-雾迷山组地层中似球粒比较少见，在野外很难分辨，镜下鉴定特征是：粒度小（多小于0.1mm），外形不规则或圆形，无内部结构，分选一般较好，但颗粒含量低，泥晶杂基含量高，杂基支撑结构，可能含藻菌类生物遗迹。
从其大小和杂基含量来看，似球粒属低能环境的产物，可能产于潮间泻湖、水下凹地、陆棚区等环境。其成因多样，有些是原生沉淀的（经过或不经过藻的作用），有的是泥晶化的其它颗粒。
（五）内碎屑（intraclast)
1.定义和分类
内碎屑是指沉积盆地中沉积不久的、半固结或固结的碳酸盐沉积物（岩）受波浪、水流或其它营力（如风暴）作用，破碎、搬运、磨蚀再沉积而成。中、新元古界碳酸盐岩中内碎屑的成分可以是白云石，也可以是玉髓，或二者共存（少见）。其形状多样，无磨圆-磨圆。一般其分选较差，大小一起混生。不少内碎屑表面有一层泥晶套或全部被泥晶化。白云质内碎屑一般由泥晶组成，也可以含次级内碎屑或其它颗粒。
内碎屑可以根据其成分、形状、结构等进行分类，但以其粒度的分类较为常用。根据内碎屑的直径大小划分为砾屑、砂屑、粉屑和泥屑四个级别。
2.描述
砾屑：粒径大于2.0mm的内碎屑，最大可达几至几十厘米。它可以是泥晶白云岩的碎屑，或层纹石白云岩的碎屑，或为粉-砂屑白云岩的岩屑，以前两者为常见。砾屑一般为棱角状、扁平状，少数有较好的磨圆。一般白云石成分的砾屑比硅质砾屑磨圆好，这可能是硅质抗磨蚀的缘故。砾屑大多数和砂屑、粉砂屑共生。许多所见砾屑为平行层面排列，互相平行，有时具微弱的正递变。为潮上带或陆棚区风暴沉积。另一种野外常见的砾屑是潮下带原地风暴沉积中的放射状或叠瓦状片状砾，长达十几厘米至几十厘米，但厚仅几厘米或更小（图版3—1）。
砂屑：粒径为2.0—0.1mm的内碎屑。砂屑除了伴随砾屑出现于风暴沉积混杂内碎屑白云岩中外，还以分选磨圆好为特征作为潮间带或潮下高能带的主要沉积物之一，并且显各种交错层理和波痕。
粉屑和泥屑：粉屑粒径10（或5）—100μm，泥屑粒径小于10（或5）μm。粉屑的基本特征有点类似砂屑，泥屑从理论上肯定是存在的，但无法和直接化学沉淀的泥晶区别。粉屑和泥屑一般伴随着砂屑和砾屑出现于风暴成因的混杂内碎屑白云岩中，偶尔单独出现于低能或较低能条件的环境中。
3.成因
从其形状、产状来看，内碎屑是机械破碎而成的。其生成作用可能有以下几种：（1）在高能环境，波浪、潮汐或其它水流（包括风暴流）将海底半固结岩石（或沉积物）破碎、磨蚀而成；（2）在潮下低能带环境，风暴流将半固结沉积物冲刷而成；（3）潮间和潮上带，沉积物因暴露大气泥裂后被冲刷而成。
（六）结论
中、新元古界碳酸盐颗粒可以分为鲕粒、葡萄石、似球粒和内碎屑等四种，以内碎屑和鲕粒、葡萄石较为多见。鲕粒大多是水体动荡的条件下形成的，主要的原始结构是同心层状，大多数放射状和同心-放射状结构是重结晶作用造成；具原始放射状结构的静水鲕少见。两种类型的葡萄石以及个体小、杂基支撑结构的似球粒都是低能环境的产物。内碎屑是机械破碎半固结沉积物的结果，可按粒径分为砾屑、砂屑、粉屑和泥屑。分选磨圆良好的砂屑岩代表高能环境，而各种内碎屑混杂在一起则代表事件性沉积。
上一篇：致密碳酸盐岩储层