火成成因的富含碳酸盐矿物的岩石统称“碳酸岩”(carbonatite),而沉积作用形成者则称之为“碳酸盐岩”(carbonate rock)。
(一)分类IUGS推荐的碳酸岩分类有两种,一是根据化学成分分类,一是根据矿物成分分类。
CaO-MgO-FeO+Fe2O3+MnO构成的三角图解(图6-2)是根据碳酸岩的化学成分分类,其中要求碳酸盐质量分数>50%、w(SiO2)<20%。由此划分为钙质碳酸岩(calciocarbonatite)、镁质碳酸岩(magnesiocarbonatite)、铁质碳酸岩(ferrocarbonatite)。若w(SiO2)>20%,称为硅质碳酸岩(silicocarbonatite)。
根据矿物成分分类则要求碳酸盐矿物含量>50%,再根据岩石中所含碳酸盐矿物种类划分为方解石碳酸岩(calcite-carbonatite)、白云石碳酸岩(dolomite-carbonatite)、铁碳酸岩(ferrocarbonatite)和钠碳酸岩(natrocarbonatite)(表6-5)。其中方解石碳酸岩和白云石碳酸岩又根据矿物粒度分为粗粒方解石碳酸岩(又称黑云碳酸岩s?vite)、中-细粒方解石碳酸岩(alvikite)和白云碳酸岩(rauhamgite,粗粒)、镁云碳酸岩(beforsite)。表中铁碳酸岩(ferrocarbonatite)是指主要碳酸盐矿物为富铁变种;钠碳酸岩(natrocarbonatite)是指主要碳酸盐矿物成分为钠、钾、钙的变种,这种岩石到目前为止仅在坦桑尼亚O.Lengai火山发现。
岩石名称粗粒中细粒方解石碳酸岩粗粒方解石碳酸岩(黑云碳酸岩)细粒方解石碳酸岩(方解碳酸岩)白云石碳酸岩白云碳酸岩镁云碳酸岩铁碳酸岩钠碳酸岩当碳酸盐矿物含量为10%~50%时,则在岩石基本名称前加主要碳酸盐矿物名称,如方解石霓辉岩。若不能分出碳酸盐变种时,加“碳酸”前缀,如碳酸霓辉岩。当碳酸盐矿物含量<10%时,以含某碳酸盐矿物为前缀,如含白云石霓霞岩。
碳酸岩类中常见矿物是方解石、白云石,因此IUGS(1979)建议根据这两种矿物含量比,进一步划分(表6-6)。
岩石名称方解石碳酸岩白云方解碳酸岩方解白云碳酸岩白云碳酸岩方解石含量>90%50%~90%10%~50%<10%白云石含量<10%10%~50%50%~90%>90%以上均为侵入相碳酸岩类名称。若为火山熔岩其分类方案基本同上述侵入相,只需在“碳酸岩”的“岩”字前加“熔”(Carbonatite lava)即可,如方解石碳酸熔岩。若为火山碎屑碳酸岩,国内外无统一方案,但一些资料表明,基本依据火山碎屑岩分类原则,常用的有碳酸岩质凝灰岩、碳酸岩质熔结凝灰岩、碳酸岩质火山角砾岩、碳酸岩质熔结角砾岩和凝灰质碳酸(熔)岩、火山角砾碳酸岩等。
(二)一般特征
岩石颜色较浅,多为灰白色、浅棕色、黄棕色。化学成分以富CO2而贫SiO2为特征,一般w(SiO2)<20%,w(CO2)=25%~40%。常含稀土、稀有元素。
碳酸岩(碳酸熔岩)的矿物成分复杂且多样,但主要为碳酸盐矿物中的方解石、白云石、铁白云石、菱铁矿、菱镁矿、菱锰矿以及菱锶矿,它们的含量达60%以上。其次为黑云母(或金云母)、碱性暗色矿物、碱性长石、磷灰石、似长石、黑榴石等。此外,还含有一些较稀少的矿物,如斜锆石、烧绿石、独居石、铌金红石以及稀土碳酸盐矿物。岩石中还常见一些反常的矿物伴生,如石英-橄榄石、石英-霞石、石英-斜锆石等。
侵入碳酸岩常见半自形-他形粒状结构,其中方解石碳酸岩多为粗粒半自形结构,粒径2~5 mm或更大,白云石碳酸岩则多为中-细粒粒状结构,粒径一般1~2 mm甚至更小。侵入碳酸岩主要为块状构造,有时也见条带状构造。碳酸熔岩主要为斑状结构,除块状构造外,常见流动构造、气孔构造。而爆发相的碳酸熔岩,具火山碎屑结构(包括火山灰、火山砾、火山弹)和火山泥球构造。
碳酸岩侵入体在野外多呈岩株、岩墙、岩脉、岩筒等产出。它们常见于环状碱性侵入体的中部,与碱性岩、超基性碱性岩共生,产于大陆裂谷环境。岩体中常含有围岩捕虏体和深源包体。我国四川南江的黑云碳酸岩呈脉状或透镜状产于霓霞岩中。喷出的碳酸熔岩以中心式喷发为主,以熔岩流和层状火山碎屑岩形式产出,有时作为火山颈相产于碱性熔岩中。主要见于东非裂谷的坦桑尼亚、肯尼亚等地。我国甘肃天水―礼县新生代断陷盆地中见有火山喷发的碳酸岩(喻学惠等,2002),出露的岩石主要为碳酸质火山泥球(泥球由隐晶-微晶方解石构成环状构造)凝灰岩、碳酸质火山角砾岩和方解碳酸熔岩。
(三)主要岩石类型
根据上述碳酸岩分类命名原则,其主要岩石类型如下。当碳酸盐矿物无法确定时,可称之为碳酸岩(碳酸熔岩)。
1.粗粒方解碳酸岩(黑云碳酸岩s?vite)
灰白色,中-粗粒半自形结构,块状构造或条带状构造。主要由50%的方解石组成,次要矿物为黑云母、磷灰石、磁铁矿、黑榴石,副矿物为铌铁矿、铌金红石、独居石、烧绿石等。一般为脉状产出,侵位相对较深。
2.细粒方解碳酸岩(方解碳酸岩alvikite)
浅灰白色,中-细粒半自形结构,块状构造(照片6-47,48)。主要矿物为方解石,其含量>70%,次要矿物为黑云母、金云母、磷灰石等,但含量较黑云碳酸岩要低,副矿物铌金红石、铌铁矿等,较黑云碳酸岩要多。一般为脉岩,侵位较浅。有时呈火山熔岩产出,称之为方解碳酸熔岩(照片6-49,50)。
3.镁云碳酸(熔)岩(beforsite)
褐灰色、灰白色,主要矿物为含量>50%的白云石,其次为褐色黑云母(或金云母),常呈斑晶产出。岩石一般具斑状结构,基质中除白云石外,含黑云母、重晶石、钛铁矿和磁铁矿等(照片6-51)。多呈脉状产出。呈熔岩产出时称镁云碳酸熔岩。
4.白云碳酸岩(rauhaugite)
灰白色,半自形粒状结构,粒度从细粒到粗粒均可见。主要矿物为白云石、铁白云石,含量90%,次要矿物为磷灰石、菱铁矿(照片6-52)、碱性长石、黄铁矿、重晶石,副矿物氟碳铈矿、氟碳钙铈矿、独居石等。Br?gger(1921)认为该岩石属长霓碳酸岩(ringite)。
5.铁碳酸(熔)岩(ferrocarbonatite)
暗灰色、褐灰色,一般具中-细粒半自形结构。主要由富铁的碳酸盐矿物铁白云石、菱铁矿等组成,常含有稀土、放射性矿物。根据所含碳酸盐矿物(两种以上矿物以前少后多为原则)进一步命名,如菱铁碳酸岩(照片6-53);若为熔岩时则称为菱铁碳酸熔岩。
6.角砾状碳酸熔岩(breccia carbonatite)
暗灰色、灰褐色,具角砾状结构。主要成分为方解石或白云石或铁白云石,次要矿物有辉石、黑云母、磷灰石,有时含碱性长石、霞石等。岩石中含有同源或围岩角砾。角砾大小不一,角砾被碳酸盐矿物胶结(照片6-54~57)。角砾状碳酸岩属火山喷发碳酸岩。
7.碳酸质凝灰岩或熔结凝灰岩(carbonatitic tuff,ignimbrite)
灰绿色、灰色,凝灰结构或熔结凝灰结构。前者常见玻屑、晶屑、岩屑,后者则由塑性玻屑、塑性岩屑、晶屑组成。玻屑、塑性玻屑、塑性岩屑脱玻化后,由细小的隐晶-微晶碳酸盐矿物组成。碳酸质凝灰岩中的胶结物为重结晶的微晶碳酸盐矿物。
除以上所述种属外,国内外一些学者按含矿特点,将碳酸岩划分为两个类型:
8.磷灰石-磁铁矿碳酸岩(apatite-magnetite carbonatite)
暗灰色,除主要碳酸盐矿物白云石、铁白云石、方解石或菱铁矿外,还含有大量钛、铌矿物,如黑榴石、钛铁矿、金红石、钙钛矿、烧绿石、铀钽钶矿等。该类型岩石与钛、铌矿床有关,世界上分布较广泛。我国内蒙古发现磷灰石白云碳酸岩脉,其中磷灰石颗粒粗大,属氟磷灰石变种,含稀土元素。
9.稀土碳酸岩(rare-earth carbonatite)
主要特点是含有氟碳铈矿-氟碳钙铈矿型的稀土碳酸盐矿物,其次是常含独居石型稀土磷酸盐矿物。湖北见有该类型的含铌钽碳酸盐矿床。
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