邓春英—白云岩成因探讨

1、20161 基本概念基本概念2 研究进程研究进程3 白云岩化成因及动力白云岩化成因及动力4 白云岩化模式白云岩化模式 1 1 基本概念基本概念 2 2 研究进程研究进程 3 3 白云岩白云岩化化成因及动力成因及动力 4 4 白云岩化模式白云岩化模式 5 5 总结总结0 0 引言引言白云岩（ dolomite ），自法国博物学家Deodat de Dolomieu 1791年首次描述以来，一直是众多地质学家研究的课题之一。与石灰岩不同，白云岩不仅有沉积成因的，更多的是次生交代成因的，因此，白云岩的分类命名与石灰岩有同也有异。1 1 基本概念基本概念白云岩：一种沉积碳酸盐岩。主要由白云石组成，常混

2、入石英、长石、方解石和粘土矿物。白云岩化：指灰泥或灰岩中的方解石、文石、高镁方解石被白云石交代的作用。2 2 研究进程研究进程自从1791年，法国博物学家Deodal de Dolomieu首次对白云石这种矿物进行了描述后，二百多年来科学家们一直没有停比对白云石的研究。20世纪60年代，基于对波斯湾、巴哈马等地白云岩的研究，提出了蒸发白云石化模式和卤水回流渗透白云石化模式。70年代发展了毛细管蒸发浓缩模式，并总结了萨布哈准同生白云岩化模式，形成了混合水白云石化理论。80年代人们对海水模式和埋藏白云石化有了一定的认识;90年代的主要研究成果是对热液白云石化进行了总结，以及对埋藏白云石化有了进一步

3、的认识。目前对于白云岩的成因解释，萨布哈和渗透回流白云石化得到了广泛的认同和应用。在常温、实验室条件下人工无法合成理想的白云石，因此，白云石化的机理以及白云岩的成因问题也一直是岩石学家关注的焦点。3 3 白云岩白云岩化化成因及动力成因及动力对于白云石的成因，人们有两种观点:（1）（在生物参与下形成的，更多体现的是生物的 特性，因此不具普遍意义）（2）（由于次生交代作用形成的，即白云石化）方解石(或文石)的白云石化过程具有一定的特殊性，需要满足 一定的温度、离子浓度和流体动力学条件等才能够进行。3 3 白云岩白云岩化化成因及动力成因及动力 化学反应化学反应式式对于原生或次生白云石的形成，可以通过

4、以下3个化学反应式来表示 ： 反应式(1)代表的是离子在溶液中直接结合生成白云石，形成原生白云石。反应式(2)和(3)分别作为开放体系和封闭体系下的白云石化反应。3 3 白云岩白云岩化化成因及动力成因及动力 Mg Mg2+2+的主要来源的主要来源根据上述反应式可知，白云石化反应需要有大量的Mg2+与Ca2+作用。但白云岩化往往发生在较为封闭的环境中(如埋藏条件下)，因此不能从海水中获取Mg2+；那么富Mg流体的来源就成为制约白云岩化的重要因素之一。一般认为Mg2+的来源主要有3个途径:成岩流体来源、岩浆岩及其他固体矿物来源和生物来源。3 3 白云岩白云岩化化成因及动力成因及动力 Mg Mg2+

5、2+的主要来源的主要来源成岩流体来源的成岩流体来源的MgMg2+2+ 是指沉积物在固结成岩的过程中积物孔隙中的流体。 碳酸盐岩主要形成于海相少量形成于咸化的湖相。海水或咸化的湖水携带大量的Mg2+渗透到灰岩地层当中，可以为方解石发生白云石化提供充足的离子来源。岩浆岩及其他固体矿物来源的岩浆岩及其他固体矿物来源的MgMg2+2+ 所谓就是指富含Mg2+的岩浆岩矿物自身转化或通过流体淋滤溶蚀作用提供Mg2+。如橄榄石蛇纹石化的过程会释放出大量的Mg2+，可为白云石化提供Mg2+；蒙脱石和伊蒙混层粘土矿物向伊利石矿物的一系列转变也会释放出大量的Mg2+。由固体矿物提供Mg2+形成的白云岩在分布上一般

6、会受到富Mg2+矿物分布的影响。生物来源的生物来源的Mg2+ 一些动植物在本身的新陈代谢或生长过程中可以富集Mg2+，这些生物的躯体伴随着碳酸钙一起沉积下来，在埋藏的过程中释放出Mg2+，使碳酸钙发生白云石化。 一般由生物提供Mg2+来源的白云岩会保留有生物的躯体化石或遗迹。3 3 白云岩白云岩化化成因及动力成因及动力 流体动力学因素流体动力学因素 除Mg2+来源外，白云石化的另一个关键条件就是流体动力学因素。根据不同的成岩环境，白云石化有以下3种流体动力学模式图1 ： 3 3 白云岩白云岩化化成因及动力成因及动力 流体动力学因素流体动力学因素 成岩流体在重力的作用下，由于自身势能的改变促使其

7、流经碳酸钙地层。高盐度流体本身密度较大，在重力的作用下，可以通过岩石孔隙向下渗透到更深的地层中，如图1(a)。由于岩层自身的非均质性(粒径大小、抗压能力等)，在上覆沉积物的压实作用下，更容易被压实的岩层孔隙水就会被排挤到周围的地层当中，形成横向的流动，如图1(b)。由于深部流体的上涌或热能、岩浆活动以及底辟构造等原因，使压力较大、温度较高的流体渗透到上覆地层当中或沿断层向上运移，如图1(c)。4 4 白云岩化模式白云岩化模式根据方解石一白云石转化相图、白云石化的物理化学条件、Mg2+来源以及流体动力学机制等，可以对白云石化模式进行归类。目前较成熟的白云石化模式主要有以下5种：(萨布哈模式)、及

8、。4 4 白云岩化模式白云岩化模式 原生沉淀作用原生沉淀作用 在水体中直接沉淀出白云石模拟自然环境人工合成真正的、化学计量的白云石（Ca: Mg = 1:1）至今没有成功。只有在Pco2 4atm条件下人工合成出白云石澳大利亚南部考龙泻湖；水很咸，pH值很高，植物繁盛，形成高镁方解石和富钙白云石的混合物。美国加利福尼亚深泉盐湖：浓盐水，白云石内部是化学计量的白云石，外部则富钙。4 4 白云岩化模式白云岩化模式 蒸发模式蒸发模式 现代热带地区的潮上带蒸发作用强烈毛细管作用粒间水含盐度增高石膏沉淀，使粒间水或表层积水的Mg/Ca比率提高-20：1，高镁粒间水，白云石化，交代文石 图2 蒸发泵（毛细

9、管浓缩）白云岩化模式粒间粒间水水毛细管毛细管作用作用疏松疏松的表的表层沉层沉积物积物- -文石文石为主为主毛细管浓缩作用准同生白云化作用气候干热，粒间水蒸发海水通过毛细管作用补给与文石接触，Mg离子将代替Ca离子白云石Mg/Ca比值增大（由正常海水3：140：1）石膏等沉淀（Ca离子浓度减小）粒间水盐度增大（海水盐水）文石（潮上带，疏松，富含粒间水）4 4 白云岩化模式白云岩化模式 渗透回流模式渗透回流模式 高Mg/Ca比率的盐水高镁粒间水沉淀，白云石化，交代文石穿过下伏石灰岩时发生白云化作用图3 渗透回流白云岩化模式白云岩化区白云岩化区4 4 白云岩化模式白云岩化模式 混合水模式混合水模式巴

10、迪奥扎曼（Badiozamani,1973）5%海水和95%地下水混合白云石已饱和方解石不饱和50%海水和50%地下水混合白云石早已饱和方解石才开始饱和 图4 白云石和方解石在海水与淡水的混合水中的溶解曲线 （粗线段表示混合水白云岩化发生的范围，此带也称谓“多拉哥带）4 4 白云岩化模式白云岩化模式 海水模式海水模式地质学家们发现海水本身也可作为白云石化流体，1980年代末期建立了这种新的模式。 大洋水进入台地边缘，替代了台地内部的较温热而且密度较小的地下水，地下水以热泉的形式出露于台地上或者台地边缘地带，在海水位于一到三米深的范围内，将产生开放的对流系统;当较冷的海水中高镁方解石和文石处于未

11、饱和状态，低镁方解石处于饱和状态，或者这三种矿物都处于状态，而白云石相对处于饱和状态时，海水就会通过泵吸作用的驱动穿过台地边缘的沉积物产生作用。图5 海水模式4 4 白云岩化模式白云岩化模式 埋藏模式埋藏模式砂岩的胶结物，常含铁。随埋深增大，温度增高而发生白云化作用。镁离子来自页岩（粘土矿物转化释放出镁离子）。图6 埋藏模式 4 4 白云岩化模式白云岩化模式 其它白云化机理其它白云化机理调整白云化、玄武岩淋滤白云化、正常海水白云化、热液白云化等。调整白云化作用（Goodell and Garman,1969）：当海平面下降，沉积物暴露，在大气水的影响下，高镁方解石通过淋滤溶解释放出Mg2+，使下伏碳酸盐沉积物发生白云化。形成薄层白云岩，常与混合白云化作用共生。4 4 白云岩化模式白云岩化模式 控制白云石结晶的因素控制白云石结晶的因素福克和兰德（Folk and Land,1975)：溶液的Mg/Ca比率、盐度、结晶速度。盐度低、结晶速度慢，可形成白云石；盐度高、 结晶速度快，形成方解石；盐度很高、Mg/Ca比率也很高，形成富钙的原白云石。淡水白云石：结晶速度慢、 Mg/Ca比率近于1:1，成分较纯、几乎不含杂质、