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严瑾仪,Oct. 23, 2023
碳酸盐岩的定义：自生碳酸盐矿物含量超过50%的沉积岩类称为碳酸盐岩（carbonate rock）；属于化学岩及生物化学岩类。碳酸盐岩中常见的自生矿物为碳酸盐岩矿物，包括方解石（CaCO3）、文石（CaCO3）、白云石（CaMg（CO3）2）、菱铁矿（FeCO3）、菱锰矿（MnCO3）、菱镁矿（MgCO3）等。碳酸盐岩在地质研究有海洋、环境、气候、生物等；与碳酸盐岩相关的矿产资源有：1.重要的生油岩和储油岩；2.碳酸盐岩蕴藏丰富的矿产：（1）层状矿床有铁、铝、镁、磷、硫、石膏和硬石膏、石盐、钾盐等；（2）层控矿床，如铜、铅、锌、汞、锑、砷、铀等多金属矿床；（3）重晶石、天青石、萤石、水晶、冰洲石等非金属矿产也很重要。碳酸盐岩本身就是很有价值的资源（石灰岩、白云岩、菱镁岩等），广泛用于冶金、建筑、化工、农业等各方面都很重要，其次碳酸盐岩还是重要的地下水储层。
碳酸盐岩主要形成于温暖浅海环境，少数沉积于湖泊环境；碳酸钙含量超过30%的现代沉积物，主要集中分布在地球南北纬30°之间。CCD是Carbonate compensation depth的缩写，中文称作碳酸钙补偿深度，指的是海水中碳酸钙开始不能析出并沉淀的深度。碳酸钙在海水中的存在是个动态平衡过程，会发生溶解和沉淀。浅层海水中的碳酸钙相对饱和，可以沉淀形成生物骨骼。但随着深度增加，压力增大，温度降低，海水中的二氧化碳浓度会增加。在克拉里昂-克利珀顿区，CCD位于4400-4800米的深度范围内。当深度达到一个临界点，二氧化碳含量足够高时，碳酸钙就很难从海水中沉淀出来，而是会继续溶解。这个临界深度点，就是碳酸钙补偿深度。
碳酸盐岩的分布占沉积岩中20%，仅次于粘土岩和砂岩。在我国，沉积岩占我国总面积的75%，而碳酸盐岩占沉积岩覆盖面积的55%。沉积岩在地质历史时期有着广泛的分布，形成时间跨度比较大。目前已知最古老的沉积岩分布在格陵兰岛和加拿大魁北克地区，最近由铁同位素测得的年龄在37亿~38亿年。但年代越古老的沉积岩，在地表出露的面积越少，约半数以上的沉积岩露头是侏罗纪以来的沉积岩。这一方面是由于新地层覆盖于老地层之上，在构造抬升过程中更容易暴露于地表，另一方面也是由于越古老的沉积岩，其晚期成岩作用时间越长，更有可能深埋藏转化为变质岩或抬升到地表被风化剥蚀掉。从目前的地层资料来看，保存下来的沉积岩以海相沉积岩为主，反映了地质历史时期，海陆的比例虽然有一定的变动，但海洋面积始终大于陆地面积，沉积作用以海相作用为主，陆相沉积岩形成于平均海平面之上，当沉积速率小于侵蚀速率的时候沉积物必然遭受再侵蚀，相对于海相沉积序列来说，陆相沉积序列更不容易完整的保存下来。碳酸盐岩在太古宙开始形成，白云岩比灰岩先形成。显生宙时，沉积岩中的碳酸盐岩数量可接近25%，而元古宙时形成的碳酸盐岩仅占5%左右，太古宙时更少。碳酸盐岩分布，占沉积岩中20%，仅次于粘土岩和砂岩。在我国，沉积岩占我国总面积的75%，而碳酸盐岩占沉积岩覆盖面积的55%。
碳酸盐的成因可分为：沉积作用；化学沉淀；生物作用；沉积后作用；地壳运动。碳酸盐岩最常见的形成方式之一是沉积作用。这种过程发生在海洋、湖泊或者其他水体中。碳酸盐岩是由碳酸盐矿物颗粒和有机物沉积而成的。这些碎屑物质在水中沉积，逐渐堆积并形成岩层。碳酸盐岩也可以通过溶解物质在水中达到饱和度而发生的化学沉淀来形成。最常见的化学沉淀是碳酸钙（CaCO3）的沉淀，它会逐渐堆积并形成碳酸盐岩。这种过程通常发生在水体中，例如热泉或盐湖。天空之境茶卡盐湖。碳酸盐岩岩层可能会受到地壳的运动和变形的影响，被抬升到地表，形成山脉、山丘或峡谷。生物活动对碳酸盐岩的形成也具有重要影响。很多海洋生物，例如珊瑚、贝壳类动物和藻类，会从水中吸收溶解的碳酸钙，并用它来构建它们的外壳或骨骼。有孔虫和蜓类。由于碳酸盐沉积物或碳酸盐岩中孔隙水的性质发生变化而引起碳酸盐矿物或其它成分发生溶解的作用。文石和高镁方解石向低镁方解石的转变，白云石交代方解石，发生白云石化；方解石交代白云石，发生去白云石化。
金属稳定同位素在碳酸盐岩中的应用：
1. 碳酸盐岩Ca同位素揭示海洋钙循环：海洋是地球表层钙循环的重要场所。全球海洋钙循环过程中，河流、地下水和海底热液作为重要的钙源，输送大量Ca2+向至海洋，钙在海水酸碱度与离子浓度的制约下，主要通过生成碳酸盐矿物，不断转移出海洋。现今海洋最主要的钙汇是方解石、文石和镁方解石等碳酸盐矿物沉积。无机成因碳酸盐矿物的Δ44/40Ca矿物–溶液，总体随温度的升高而升高。在12.5 ℃和25 ℃时，文石和方解石的Δ44/40Ca矿物–溶液与矿物沉淀速率呈正相关；在37.5 ℃时，与沉淀速率呈负相关。
陈西源等，2022
2.碳酸盐岩Mg同位素示踪古海洋演化：由于白云岩不易受后期成岩作用改造，同时白云石矿物与溶液间的镁同位素分馏系数已被精确标定，因此白云岩镁同位素体系在示踪古海洋演化、大陆风化及生命过程等方面具有巨大的潜力。
3.碳酸盐岩Mg同位素示踪大陆风化：化学风化强度的传统指标包括化学蚀变指数（CIA）和锶同位素（87Sr/86Sr）。然而，CIA对烃源岩的成分很敏感，Sr同位素对成岩变化很敏感。镁同位素具有克服这些障碍的几个优点。
4.碳酸盐岩Ba同位素示踪有氧环境古生产力的变化：在以缺氧状态为主的陡山沱组沉积时期，Ba的生物地球化学循环是受限的；只有到了水体处于氧化状态后才开始活跃起来。海洋中Ba的生物地球化学循环会受到局部水体氧化还原状态的强烈控制，因此Ba同位素可能更适用于示踪氧化水体的生产力水平。
5. 碳酸盐岩U同位素指示古海洋氧化还原：海水的238U/235U随海洋的氧化还原环境变化而变。
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