董運(yùn)青（河南理工大學(xué) 河南 焦作 454003）

碳酸鹽巖作為沉積巖中的一種主要巖類，廣泛分布于世界各地，在我國(guó)約占沉積巖總面積的55%,并且不同時(shí)代的地層中均有發(fā)育。由于碳酸鹽巖成因和結(jié)構(gòu)的特殊性，使微相分析方法在碳酸鹽巖沉積學(xué)的研究中顯得尤為重要，成為碳酸鹽巖沉積環(huán)境分析、巖石成因研究、相帶劃分以及巖相古地理研究中不可或缺的沉積學(xué)研究方法和手段[1-2]。

1 碳酸鹽巖微相研究簡(jiǎn)要?dú)v程

早期的微相研究主要以巖石學(xué)偏光顯微鏡觀察為主要分析手段。最早進(jìn)行微相研究工作應(yīng)為奧地利格拉茨大學(xué)的Peters，在他1863年發(fā)表的題為“達(dá)斯坦石灰?guī)r中的有孔蟲(chóng)”論文中，曾評(píng)價(jià)了薄片在闡明古生態(tài)和古地理問(wèn)題方面的作用。

1927年，Udden和Walte在發(fā)表的論著中闡述了說(shuō)明他們?cè)鯓永闷忡R來(lái)描述和研究石灰?guī)r的微相特征，并將鑒定成果最終應(yīng)用到了得克薩斯的油氣勘探中。

19世紀(jì)30年代，Sander和Pia在碳酸鹽巖的顯微鏡研究方面取得了突破性進(jìn)展，首次介紹了現(xiàn)代碳酸鹽的綜合研究成果。

1949年，Brown最早提出了“微相”這一概念，隨后Cuvillier在1952年又對(duì)它進(jìn)行了重新定義。

1962年，F(xiàn)olk和Dunham根據(jù)顆粒類型與泥晶一亮晶一顆粒相對(duì)含量，對(duì)沉積環(huán)境能量進(jìn)行了分析，并提出了分類方法。

70年代,Wilson系統(tǒng)總結(jié)了碳酸鹽巖沉積學(xué)與微相研究方法,提出了24個(gè)標(biāo)準(zhǔn)微相和9個(gè)相帶的沉積模式。

80年代,楊承運(yùn)和卡羅茲用微相方法對(duì)碳酸鹽巖進(jìn)行了分類,并對(duì)微相分析方法進(jìn)行系統(tǒng)闡述[3]。

2 碳酸鹽巖微相研究方法和技術(shù)手段

要合理的進(jìn)行微相的分析研究，必須進(jìn)行野外地質(zhì)研究，通過(guò)對(duì)野外露頭和巖心的觀察，可以識(shí)別的相標(biāo)志有：巖性標(biāo)志、巖石結(jié)構(gòu)和顏色、層理、沉積構(gòu)造、成巖特征、化石和生物構(gòu)造等。在早期的巖石薄片分析研究中，也強(qiáng)調(diào)把野外工作和室內(nèi)薄片研究結(jié)合起來(lái)。近十幾年來(lái)，微相的研究方法不斷推陳出新，取得了十分顯著的成就。

2.1 初步分析方法

對(duì)巖石樣品最基本的也是最初的操作是磨制成薄片，也可以是制作切片、揭片，或者是鑄體、刻蝕和染色。碳酸鹽巖薄片顯微鏡研究為微相分析提供了必要的基礎(chǔ)資料。

研究微相最基本的工具是偏光顯微鏡和雙目顯微鏡，這些基本的巖石學(xué)顯微鏡也是到目前為止進(jìn)行微相研究最常用的工具。通常，需要對(duì)研究所用的顯微鏡配備低倍和高倍物鏡以及巖石學(xué)鑒定裝置，同時(shí)為研究巖石的成分和組構(gòu)，還應(yīng)配置機(jī)械或計(jì)算機(jī)工作站（Kobluk和Vyas，1989）。為了能同時(shí)觀察整個(gè)薄片，可以使用數(shù)字膠片掃描儀 （De Keyser，1999）和單片縮影膠片工具。薄片觀察的研究順序應(yīng)該是從低倍開(kāi)始，連續(xù)轉(zhuǎn)換到高倍的物鏡。

2.2 精細(xì)分析方法

隨著研究的進(jìn)一步深入，研究沉積微相最有潛力的技術(shù)是常規(guī)的薄片資料與更為精細(xì)的顯微鏡（如：掃描電子顯微鏡、陰極發(fā)光顯微鏡和熒光顯微鏡）和礦物學(xué)、地球化學(xué)綜合研究。Tucker（1981）對(duì)下列不同的顯微鏡技術(shù)做了極好的綜述：掃描電子顯微鏡、陰極發(fā)光顯微鏡、X射線衍射和沉積巖化學(xué)分析技術(shù)[2]。

2.2.1 立體掃描電子顯微鏡

立體掃描電子顯微鏡（簡(jiǎn)稱為掃描電鏡，SEM）技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)我們了解碳酸鹽巖沉積、成巖過(guò)程及其產(chǎn)物都有很大的幫助。它的優(yōu)點(diǎn)是能高度聚焦，形成極小表面的三維（微和超微尺度）優(yōu)秀照片，分辨率高，放大倍數(shù)高達(dá)10至100000倍。是碳酸鹽巖綜合研究分析中非常重要的手段之一。

2.2.2 熒光顯微鏡

熒光代表物質(zhì)被可見(jiàn)光或紫外線照射時(shí)的發(fā)光特征。碳酸鹽巖的熒光可能由有機(jī)質(zhì)形成，可以用拋光切片和厚的薄片進(jìn)行研究。碳酸鹽巖熒光發(fā)光技術(shù)主要應(yīng)用在：（1）識(shí)別隱藏的顯微組構(gòu)；（2）區(qū)別原地和異地的微晶灰?guī)r；（3）了解生物的礦化作用過(guò)程；（4）研究細(xì)紋層狀灰?guī)r的有機(jī)組分。

2.2.3 陰極發(fā)光顯微鏡

陰極發(fā)光顯微鏡（CL）是研究碳酸鹽巖巖石學(xué)、成巖顯微構(gòu)造以及生物沉積的重要工具也是研究海相和非海相碳酸鹽巖的重要工具。它通過(guò)電子轟擊拋光薄片和拋光巖石表面激發(fā)發(fā)光，發(fā)光特征取決于被激發(fā)固體的物質(zhì)特征，這些特征包括晶體結(jié)構(gòu)、晶格缺陷以及化學(xué)成分等。陰極發(fā)光研究通常與巖石學(xué)顯微鏡和稀有元素分析相結(jié)合，并且已經(jīng)成為微相分析的重要組成部分。

2.2.4 流體包裹體

礦物流體包裹體常用于研究沉積巖成巖作用、烴類物質(zhì)的成因和運(yùn)移、礦物沉積、構(gòu)造地質(zhì)學(xué)和巖石學(xué)等方面的問(wèn)題，近20年來(lái)越來(lái)越被研究人員重視。解釋流體包裹體的基本假設(shè)條件是流體包裹體發(fā)育在封閉體系中，與其形成時(shí)的其他流體具有相同的成分和濃度。具有流體包裹體的碳酸鹽晶體在拋光切片和薄片中呈現(xiàn)黑色，在碳酸鹽晶體中由水成液體和氣體組成的霧狀包裹體，可以提供膠結(jié)物的成巖環(huán)境信息。

流體包裹體的研究需要用到巖石學(xué)顯微鏡、加熱和冷凍裝置。實(shí)際的研究工作中，還常將陰極發(fā)光顯微鏡和穩(wěn)定同位素分析與之相結(jié)合。

2.2.5 X射線衍射

在分析細(xì)粒碳酸鹽巖時(shí)經(jīng)常將X射線衍射和巖石學(xué)顯微鏡結(jié)合起來(lái)使用。Hardy和Tucker（1988）也曾介紹過(guò)X射線衍射全巖分析和粘土礦物分析的定性和定量分析方法。X射線衍射的有關(guān)資料可以提供碳酸鹽礦物的化學(xué)成分信息，用于區(qū)別于不同的碳酸鹽巖礦物，并且用于確定白云石晶體的有序度及方解石和白云石晶體的比例。另外，它也提供了快速測(cè)定石灰?guī)r和白云巖中碳酸鈣及酸不溶殘余物含量的能力。

2.2.6 痕量元素和穩(wěn)定同位素分析

地球化學(xué)的研究主要包括痕量元素分析和穩(wěn)定同位素分析。碳酸鹽巖和化石中的痕量元素是古環(huán)境的重要指示劑。微相資料、痕量元素和同位素地球化學(xué)結(jié)合起來(lái)用于微相研究，已經(jīng)發(fā)展成為一種趨勢(shì)。同位素的保存能力取決于原生礦物的保存能力和成巖蝕變程度，所以在研究中，一般先要用巖石學(xué)和陰極發(fā)光顯微鏡、掃描電鏡和化學(xué)資料進(jìn)行分析，之后在進(jìn)行同位素分析。古代的碳酸鹽巖穩(wěn)定同位素分析也是古環(huán)境的指示標(biāo)志，同時(shí)也揭示了古代海洋氣候體系中碳的循環(huán)變化。

3 碳酸鹽巖微相分析解釋研究現(xiàn)狀

沉積微相研究的目的就在于通過(guò)詳細(xì)的碳酸鹽巖沉積及古生物特征的研究，識(shí)別能夠反映碳酸鹽巖沉積歷史的整體或局部環(huán)境（包括沉積環(huán)境和成巖環(huán)境）[2]。在碳酸鹽巖微相的分析和解釋中，需要對(duì)微相標(biāo)志進(jìn)行綜合認(rèn)識(shí)分析，總結(jié)出微相類型。沉積微相類型和沉積相組合是碳酸鹽巖沉積模式發(fā)展的基礎(chǔ)。

微相分析解釋的先決條件是要對(duì)古環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的劃分[4]。碳酸鹽巖沉積于不同的沉積環(huán)境中，由一系列成因相關(guān)的沉積物特征和沉積環(huán)境要素組成，這些環(huán)境就需要不同的沉積相模式進(jìn)行概括和總結(jié)。在碳酸鹽巖相模式中用于表述從淺海到深海環(huán)境的橫剖面的基本要素包括海底地形的變化、橫向差異和垂向分界線。Read于1995年總結(jié)前人的理論，將一個(gè)自海岸線至盆地的橫剖面劃分為五種主要相帶（包括臺(tái)地或大陸坡并經(jīng)由一個(gè)緩坡到達(dá)盆地）：即潮坪相、瀉湖相、淺水沉積相、深水陸棚及緩坡相、大陸坡和盆地相。不同的沉積環(huán)境需要不同的相模式，關(guān)于碳酸鹽巖沉積相模式也比較多，只要有以下幾種：鑲邊碳酸鹽巖臺(tái)地相帶模式（威爾遜模式）、無(wú)鑲邊陸棚和臺(tái)地模式、緩坡模式、孤立臺(tái)地和環(huán)礁模式、陸表海臺(tái)地模式、陸表海緩坡模式。其中影響最大、研究最為詳細(xì)的是鑲邊碳酸鹽巖臺(tái)地相帶模式，威爾遜（Wilson）于1975年基于此模式建立了威爾遜沉積相模式，他將碳酸鹽巖換分為三大相區(qū)和九個(gè)標(biāo)準(zhǔn)相帶。后經(jīng)Schlager（2002）和 Flügel（2004）的修改，建立起了更完善的鑲邊碳酸鹽巖臺(tái)地的相模式，其中包括：（1）深?；蚩死ㄉ钏璧?；（2）深水陸棚；（3）斜坡腳；（4）斜坡；（5）臺(tái)地邊緣礁；（6）臺(tái)地邊緣顆粒灘；（7）開(kāi)闊臺(tái)地；（8）局限臺(tái)地；（9）蒸發(fā)或半咸水臺(tái)地；（10）地表暴露受大氣淡水影響的區(qū)域共10個(gè)相帶。每一個(gè)相帶在環(huán)境、主要生物群落和沉積物、常見(jiàn)巖相方面都有明顯區(qū)別。

將微觀的沉積微相與宏觀的沉積相帶聯(lián)系起來(lái)的一種方法是標(biāo)準(zhǔn)微相類型（SMF）的建立[4]。標(biāo)準(zhǔn)微相類型是一種虛擬的分類，它是根據(jù)等同的標(biāo)準(zhǔn)總結(jié)出微相。標(biāo)準(zhǔn)微相類型的概念是由于人們認(rèn)識(shí)到形成于類似環(huán)境中的不同年代石灰?guī)r在成分和結(jié)構(gòu)上令人驚訝的相似性而提出的。Flügel（1972）最早提出了這個(gè)概念。 Wilson（1975）對(duì) Flügel的分類進(jìn)行了擴(kuò)展補(bǔ)充并且進(jìn)行了更為嚴(yán)格的定義，Wilson區(qū)分出24個(gè)標(biāo)準(zhǔn)微相類型并應(yīng)用于一個(gè)理想的鑲邊碳酸鹽巖陸棚。用于區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)微相類型的主要微相標(biāo)志有：（1）顆粒類型和顆粒之間的聯(lián)系；（2）沉積組構(gòu)（如粒度變化、紋層等）；（3）基質(zhì)類型；（4）化石；（5）沉積物結(jié)構(gòu)類型。威爾遜提出的標(biāo)準(zhǔn)微相類型是目前最具影響力的標(biāo)準(zhǔn)。但是實(shí)際中，大概只有70%的微相可以與確定的標(biāo)準(zhǔn)微相類型相對(duì)應(yīng)。另外一個(gè)比較實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)微相類型是碳酸鹽巖緩坡模式。一些緩坡微相標(biāo)志（RMF）與碳酸鹽巖臺(tái)地SMF類型中的標(biāo)準(zhǔn)相是一致的，但是相比之下，碳酸鹽巖臺(tái)地的標(biāo)準(zhǔn)微相類型定義的要好一些并且基于更多的實(shí)例研究。

由于標(biāo)準(zhǔn)微相類型可以反映出環(huán)境條件，特征的標(biāo)準(zhǔn)微相類型的組合就可以代表特定的相帶，因此標(biāo)準(zhǔn)微相類型的建立實(shí)現(xiàn)了由微觀的微相特征快速簡(jiǎn)便地鑒定出沉積相類型或沉積環(huán)境。

4 碳酸鹽巖微相研究的應(yīng)用

近年來(lái)，人們對(duì)碳酸鹽巖微相的研究越來(lái)越多，也越來(lái)越深入，究其原因就是碳酸鹽巖微相分析有著很高的利用價(jià)值，在我們的生活中也有著廣泛的應(yīng)用。

碳酸鹽巖微相在油氣儲(chǔ)層和以碳酸鹽巖為宿主巖層的堿金屬礦床的儲(chǔ)集巖分析中的應(yīng)用。儲(chǔ)集巖可以通過(guò)儲(chǔ)層巖石的物理特性來(lái)描述，這些物理特性使得儲(chǔ)集巖具有了有利于流體、氣體和礦物的遷移和儲(chǔ)藏的能力。微相分析的發(fā)展極大地獲益于石灰?guī)r和白云巖的油氣儲(chǔ)層和源巖的勘探與開(kāi)發(fā)，現(xiàn)在，微相分析在研究沉積作用、儲(chǔ)層非均質(zhì)性、儲(chǔ)層物性在空間上的變化及發(fā)展規(guī)律等發(fā)面仍具有極其重要意義。碳酸鹽巖也可以是有關(guān)礦床的宿主巖系，可以利用微相研究成果來(lái)理解有關(guān)同生和后生礦化作用的模式。

微相分析在巖石特殊物理化學(xué)性質(zhì)研究領(lǐng)域中的作用。碳酸鹽巖的工業(yè)應(yīng)用取決于碳酸鹽巖的物理和化學(xué)性質(zhì)，而碳酸鹽巖的物理和化學(xué)性質(zhì)又是由碳酸鹽巖的沉積史和成巖史所決定的。因此，巖石的原始沉積相也影響著碳酸鹽巖的成巖過(guò)程，就成了巖石某些特殊物理和化學(xué)性質(zhì)的重要控制因素。通過(guò)巖石的微相分析，我們就能夠更好的理解這種控制因素的作用。

碳酸鹽巖微相在考古學(xué)方面的應(yīng)用。一般的講，考古學(xué)的測(cè)量方法主要包括元素分布分析、穩(wěn)定同位素分布類型格局和礦物與巖石組分分析等。微相分析在考古中的應(yīng)用主要有：（1）識(shí)別陶瓷工藝所用材料的原產(chǎn)地和加工地；（2）區(qū)分判別古建筑石材、藝術(shù)品、工藝品用材的原料產(chǎn)地；（3）確定當(dāng)時(shí)工藝品的制作路線；（4）根據(jù)同位素和地球化學(xué)資料評(píng)價(jià)原產(chǎn)地分析結(jié)論；（5）了解考察古代的貿(mào)易路線。因而，沉積微相分析在考古學(xué)中起著越來(lái)越重要的作用，并且微相分析的方法不僅僅能用于碳酸鹽巖，還可以用于燧石。所以，把考古對(duì)象的特征與地質(zhì)的和沉積相的特征結(jié)合起來(lái)，就是一種非常有價(jià)值的考古方法。

5 碳酸鹽巖微相研究新進(jìn)展與未來(lái)展望

近年來(lái)，碳酸鹽巖微相的研究和應(yīng)用也取得了很大的進(jìn)展，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）新技術(shù)的應(yīng)用：為了最愛(ài)限度的開(kāi)發(fā)微相分析所應(yīng)用的資料信息，除了使用偏光顯微鏡以外，還用到了一些新的技術(shù)手段，如陰極發(fā)光顯微鏡、流體包裹體顯微鏡、掃描電子顯微鏡以及穩(wěn)定同位素地球化學(xué)技術(shù)。現(xiàn)在，為了進(jìn)行沉積微相分析，評(píng)價(jià)盆地中可能發(fā)育的沉積儲(chǔ)集體，對(duì)巖石薄片進(jìn)行定量分析也是不可缺少的方法。（2）新的古、今碳酸鹽巖對(duì)比研究資料的應(yīng)用：由于地質(zhì)歷史中的生物系統(tǒng)、地質(zhì)因素以及化學(xué)作用都會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化。所以，現(xiàn)代碳酸鹽巖的沉積體系僅能部分反映地史中古地理背景和沉積環(huán)境的變化。但是，研究現(xiàn)代碳酸鹽巖的形成過(guò)程，能讓我們了解生物對(duì)碳酸鹽發(fā)育的影響，幫助我們了解和認(rèn)識(shí)在古代碳酸鹽巖中有哪些物理作用、生物和生物遺跡以及化學(xué)作用能夠被保存和記錄下來(lái)。因此，現(xiàn)代深淺海碳酸鹽巖沉積作用的研究，對(duì)古代碳酸鹽微相解釋具有重要的意義。（3）碳酸鹽巖顆粒成因、分布方面的新資料：近來(lái)，有關(guān)顯生宙以來(lái)生物成因和非生物成因?qū)μ妓猁}顆粒的成因、顆粒類型分布和沉積位置的影響方面的研究越來(lái)越多，資料越來(lái)越豐富。另外，一些典型的顆粒類型組構(gòu)（如鮞粒、核形石）對(duì)研究古緯度和古環(huán)境對(duì)海相和非海相碳酸鹽巖沉積作用的影響也具有重要意義；（4）生物對(duì)碳酸鹽巖沉積控制作用研究的新資料：由于生物各種不同方式的活動(dòng)可能會(huì)對(duì)坦碳酸鹽巖的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造起到破壞性的作用，所以人們通過(guò)研究生物活動(dòng)的遺跡形態(tài)和分布來(lái)恢復(fù)古環(huán)境的信息；另外，細(xì)菌和藍(lán)藻細(xì)菌在細(xì)粒和微生物碳酸鹽巖沉淀中的作用也日益被人們所認(rèn)識(shí)和重視。（5）精細(xì)沉積模式的新概念：為了研究碳酸鹽巖建造的主要控制因素，可主要開(kāi)了沉積作用過(guò)程、控制因素并用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬，營(yíng)建一個(gè)“動(dòng)力學(xué)模型”來(lái)提供一個(gè)虛擬的碳酸鹽巖臺(tái)地供進(jìn)一步假設(shè)和討論。這種由計(jì)算機(jī)模擬形成的相模式的發(fā)展訓(xùn)練，主要依賴微相和生物學(xué)參數(shù)的選取。

總的來(lái)說(shuō)，微相的研究近年來(lái)有很大發(fā)展，以由過(guò)去的單純的分析環(huán)境轉(zhuǎn)為研究巖石的成因、沉積作用的過(guò)程、成巖作用變化及其與巖石孔隙演化關(guān)系等，由傳統(tǒng)的定性化研究方法（主要指用巖石學(xué)偏光顯微鏡進(jìn)行的微相研究）發(fā)展到定量化研究沉積微相及微相組合，研究?jī)?nèi)容漸趨豐富并逐步向各學(xué)科分散、滲透，不論是從研究?jī)?nèi)容還是研究方法上都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。

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［2］Flügel.碳酸鹽巖微相：分析、解釋及應(yīng)用[M].馬永生，主譯.地質(zhì)出版社，2006，10.

［3］包洪平，楊承運(yùn).碳酸鹽巖微相分析及其在巖相古地理研究中的意義[M].巖相古地理，1999，19（6）：23-29.

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