白云岩化成因机理和模式

1、白云岩化成因机理和模式张鹏 矿物S131目 录 一、基本概念 二、研究进程 三、白云岩化成因及动力四、白云岩化模式 五、总 结一、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。二、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

2、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。三、白云岩化成因及动力 对于白云石的成因，人们有两种观点:即原生白云石和次生白云石。 原生白云石的形成是在生物参与下形成的（图2），更多体现的是生物的特性，因此不具普遍意义。 人们普遍认为白云石是由于次生交代作用

3、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。 对于原生或次生白云石的形成，可以通过以下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。 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

4、岩及其他固体矿物来源和生物来源。1.成岩流体来源的Mg2+ 成岩流体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。2.岩浆岩及其他固体矿物来源的Mg2+ 所谓岩浆岩来源就是指富含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会受到富Mg2+矿物

5、分布的影响。3.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。三、白云岩化成因及动力 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3) ：流体自身重力、压实导致的横向流动、深部热液流体上涌。1.流体自身重力 成岩流体在重力的作用下，由于自身势能的改变促使其流经碳酸钙地层。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

6、到更深的地层中，如图3 (a)。2.压实导致的横向流动 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3 (b)。3.深部热液流体上涌 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3 (c)。四、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：蒸发模式(萨布哈模式)、渗透回流模式、混合水模式、海水模式及

7、埋藏模式。1.蒸发模式 在热带地区的潮上带，沉积着许多文石颗粒。由于该地区气候干热，蒸发作用强烈，颗粒之间的粒间水就不断地向空气中散发。同时，海水又通过毛细管作用，源源不断地补充到这些疏松的颗粒之间，久而久之，这些粒间水的含盐度就变大了。随着浓度变大首先析出石膏，并使粒间水Mg/Ca增大。这种高镁的粒间盐水或表层水经常与早期沉积的文石颗粒相接触，将不可避免地使文石被交代，被白云化，使文石转变为白云石。2.渗透回流模式 在潮上地带形成的高镁粒间盐水，在其对表层沉积物白云化的同时，由于其密度较大，在重力作用下必然会向下回流渗透。在其穿过下伏的碳酸钙沉积物或石灰岩时，必然会使它们白云化，从而形成白云

8、岩或部分白云化的石灰岩，这就是回流渗透白云化作用。3.混合水模式 巴迪奥札曼尼首先用实验方法证明大气水与正常海水的混合液对方解石和白云石的饱和程度的影响。当5%的海水与95%的地下水混合时，白云石已经饱和，但方解石不饱和;当30%的海水与70%的地下水混合时，白云石当然早就过饱和了，但方解石仍然不饱和。因此，在海水含量为5%-30%的混合液中，将发生方解石被白云石交代的作用，即白云化作用。4.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海水白云石化作用模式。 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

9、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不饱和状态，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白云石化作用。5.埋藏模式 埋藏白云石化主要发生在后期埋藏成岩阶段，形成深度较深。这说明温度升高有利于白云石的形成；在地下较深处温度较高，白云石可以形成，并常作为明亮的裂缝充填物或砂岩的胶结物出现，这已经是不争的事实。 一般认为，生成大量白云石所需的Mg离子来自页岩。随埋藏深度加大，粘土矿物会发生转化，在这转化的过程中，会释放出Mg离子。压实作用使Mg离子运移到石灰岩中从而导致白云化。五、总 结 目前对于与白云岩成因相关的几个关键问题已取得了基本一致的认识:从形成方式看，白云岩的形成以次生交代为主；从