白云石的特征及形成机制

1、白云石的特征及其形成机制摘要：白云石是一种沉积岩中常见的富镁碳酸盐矿物，其化学成分为 CaMg(CO3)2。通过对白云石的成分、矿物学特征及其成因研究发现，白云石其 Mg/Ca比值相似，具有由Ca和Mg组成的交替互层(由CO3分隔开的)的晶格， 其晶体属于三方晶系的碳酸盐矿物。其形成环境主要为海水、湖泊、大陆水区域、 高盐度水区域等；微生物的代谢活动对于促进白云石低温沉淀起了关键作用。从 晶格与粒子方面简要分析了白云石的形成机制。关键词：白云石 Mg/Ca比值 形成环境 晶体粒子白云石CaMg(CO3)2作为碳酸盐矿物的一种，在前寒武纪的地层中广泛存在， 而在现代的自然环境下少量分布。前人对白

2、云石的研究相对较少，除了其基本特 征外，白云石的形成机制很难给出一个明确的解释，为此大量的沉积学和岩石学 家门进行了孜孜不倦的探究。所以本文在国内外学者所研究结果与资料的基础上 进行了简要总结，分析其形成背景与成因机制。1成分及矿物学特征1.1成分特征白云石作为一种常见的碳酸盐矿物，其化学成分为CaMg(CO3)2。成分中的Mg2+ 可被Fe2+ Mn2+ Co2+ Zn2+替代，其中CaMg(CO3)2和CaFe(CO3)2可成类质同像系 列。白云石是沉积岩中常见的富镁碳酸盐矿物，它广泛分布于前寒武纪地层中， 却在中生代以来的地层中逐渐减少。在现代自然环境仅少量存在于盐湖、潟湖、 微咸水湖、

3、深海沉积物、洞穴堆积物、地下水及钟乳石中(李红等，2013)。白 云石为包括一组的矿物质具有相似但不相同的Mg / Ca比值的，并且具有不同的 化学成分和晶格的组合物。理想的白云石具有由Ca和Mg组成的交替互层(由 CO3分隔开的)的晶格，其中钙和镁的存在比例大致相等，当铁或锰原子数超过 镁时，称为铁白云石或锰白云石，还可以形成铅白云石、锌白云石、钻白云石等 变种。在变质作用较高阶段，白云石可被分解为方镁石和水镁石。白云石是组成 白云岩、白云质灰岩的主要矿物。1.2 矿物学特征白云石晶体属三方晶系中的碳酸盐矿物。化学成分为CaMg(CO3)2,常有铁、 锰等类质同像。三方晶系，可见三组完全解理

4、，晶体呈菱面体，晶面常弯曲成马 鞍状，聚片双晶常见。集合体通常呈粒状。纯者为白色颜色多为白色、灰色、肉 色、无色、绿色、棕色、黑色、暗粉红色等，透明到半透明，含铁时呈灰色，风 化后呈褐色，玻璃光泽。相对密度2.5,随成分中Fe、Mn、Pb、Zn含量的增多 而增大。硬度低，是组成白云岩的主要矿物。遇冷盐酸不剧烈起泡，加热后方剧 烈起泡。海相沉积成因的白云岩常与菱铁矿层、石灰岩层成互层产出。在湖相沉 积物中，白云石与石膏、硬石膏、石盐、钾石盐等共生。白云石可用作耐火材料 及高炉炼铁生产中的溶剂，部分白云石可做提取镁的原料，白云石大理岩加工后 可作较好的建筑石材。2白云石的形成2.1形成背景白云石可

5、以在湖泊、浅海底下、盐水的回流区或者早期到晚期的埋藏环境中 生成。它可以形成于海水，大陆性水域，盆地盐水的混合，高盐度的盐水与海水 混合、海水与大气水的混合或通过盆地盐水的冷却。白云石在古代的碳酸盐建造 中常见，但在全新世沉积物中是罕见的。如果没有细菌等微生物的调节作用，在 地表温度的实验室中沉淀成白云石是几乎不可能的。近30年来，微生物白云石 模式推动白云石问题前进了一大步，大量的实验和实例证明微生物（硫酸盐还 原菌、产甲烷古菌、中度嗜盐有氧细菌等）的代谢活动对于促进白云石低温沉淀 起了关键作用。微生物白云石特殊的结构、微型貌和稳定同位素特征是其主要识 别标志。一些人认为，大多数的白云石的形

6、成主要和高盐度的盐水有关，或者它 可以形成于盐质分开的水域，形成大量的白云石需要一定的时间，所以这个过程 必须要在地底下完成或者通过海水与地台沉积物长期循环形成。2.2形成机制白云石是一种碳酸盐矿物，当能满足其所需的渗透率、有利于流体流动的机 构和镁的充足供应时，它可以形成作为主要形式的沉淀、成岩替换或者作为水热 /变质的阶段。白云石是一种亚稳定的矿物，早期形成的晶体可以在多次重复的 埋藏与变质的过程中被后期更加稳定的相来替换。每一个新的相位由较早白云石 的部分或完全溶解而成。在地球表面从不稳定的矿物相转换成稳定的矿物相需要 一个或多个中间相。这个过程是由各个晶体的表面能所驱动的，并且通常描述

7、了 一种再结晶过程，从而大的晶体生长以牺牲较小的晶体生长为代价的。在饱和溶 液中进行结晶，微晶粒子不断形成，其大小达到一个临界半径，大于临界半径的 粒子继续增长成为重要的核，而小于临界半径的粒子溶解回到溶液中。随着过饱 和程度的下降和结晶核的增多，小于临界半径而溶解的溶质将会析出到比临界半 径大的粒子的表面上，直到形成白云石晶体。白云石晶体早期相通过逐步或互 动的成岩作用方式被更难溶的相广泛地替换，在孔隙流体平衡的纯化学计量白云 石矿物的中间相比最终状态更无序。白云石化作用是一个反复溶解一再沉淀的过 程，只要沉积的白云石保留一定程度的渗透性，且有镁离子的供给，新白云石化 就有可能发生。3结论根

8、据所搜集的资料以及对白云石特征与成因的总结，得出以下结论：白云石是一种沉积岩中的富镁碳酸盐矿物，其Mg/Ca比值相似，具有 由Ca和Mg组成的交替互层(由C03分隔开的)的晶格，其晶体属于三方晶系 的碳酸盐矿物。其形成环境主要为海水、湖泊、大陆水区域、盐水回流区等，大多数 的白云石的形成主要和高盐度的盐水有关，白云石须要在地底下完成或者通过海 水与地台沉积物长期循环形成；微生物的代谢活动对于促进白云石低温沉淀起了 关键作用。白云石是一个亚稳定矿物，早期形成的相在多次重复的埋藏与变质的 过程中通过自身的部分或完全溶解被后期更加稳定的相来替换。白云石晶体在生长过程中，饱和溶液中的晶体粒子将会达到一

9、个临界 半径，超过临界半径的晶体粒子将作为核继续增长，未达到临界半径的将会溶解 回到溶液中再析出到核部表面，直到形成白云石晶体。参考文献：J.W Morse, F.T Mackenzie, 1990. Geochemistry of Sedimentary CarbonatesElsevier, Amsterdam (1990) 707L.S Land, 1998. Failure to precipitate dolomite at 25 degrees C from dilute solution despite 1000-fold oversaturation after 32 year

10、s. Aquat. Geochem., 4 (3-4) (1998), 361-368Warren. John, 2000. Dolomite: occurrence, evolution and economically important Associations. Earth-Science Reviews(2000)N0.1-3 Pl-1L.S Land, 1980. The isotopic and trace element geochemistry of dolomite: the state of the art, ,in: D.H Zenger, J.B Dunham, R.

11、L Ethington (Eds.), Concepts and Models ofDolomitization, Spec. Publ.-SEPM, vol. 28 (1980), pp. 87-110.邓诗财，2010.青海湖底沉积物中白云石的微生物成因机理研究.硕士学位论文. 北京：中国地质大学(北京)，1-42李宝银，1992.中国非金属矿工业手册.冶金工业出版社，1992年12月：64李红，柳益群，2013. “白云石(岩)问题”与湖相白云岩研究.沉积学报，31 (2)： 302314刘集银，王自友，1988.白云石的晶体结构特征和X射线研究.矿物岩石，8 (1)：2833李振宏，杨永恒，2005.白云岩成因研究现状及进展.油气地质与采收率，12(2)：5-8+81王英华，1987.广西涠洲岛现代白云石的发现及其意义.沉积学报，5 (3)： 66-72+187张