第11-白云岩-碳成岩作用课件

第二节白云岩第十六章碳酸盐岩各论

主要由白云石（含量＞50％）组成的沉积碳酸盐岩，称为白云岩一、白云岩的分类白云岩也和石灰岩一样，由颗粒、泥、胶结物、晶粒、生物格架等五种主要结构组分构成。因此，石灰岩的结构分类系统和命名原则，也基本上适用于白云岩，只需把表16－3中的“石灰岩”改为“白云岩”，“灰泥”改为“云泥”即可。1

白云岩中常具有交代结构或白云化结构;

所谓白云化交代结构，即指后来的白云石晶体交代原先的各种结构组分，如交代内碎屑、鲕粒、生物组分等。

根据交代结构及与其伴生的其它交代现象的有无，把白云岩划分为具交代结构的白云岩（包括含白云石的石灰岩）和不具交代结构的白云岩两大最基本的类型。交代成因白云石的晶粒较粗，一般都在粉晶以上；2

二、白云岩生成作用

白云岩成因问题，主要是白云岩生成机理问题。碳酸盐岩石学中最复杂、争论时间最久、最难解决的问题之一。近二、三十年来，由于X射线衍射等新技术的应用，在现代碳酸盐沉积物中发现了大量的白云石。通过这些正在形成的白云石的大量的实际观察和研究，相继出现了一些新的白云化学说，这就为解决白云岩的成因问题提供了前提。一些主要的学说或机理简述如下。

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（一）原生沉淀作用

人们最关心的是在近代碳酸盐沉积物中，是否有真正的原生白云石，即是否真正有以化学沉淀的方式从水体中直接沉淀出来的白云石。现在，常温常压的条件下，在实验室中尚未合成出真正的化学计量白云石。

澳大利亚南部考龙泻湖中和美国加利福尼亚深泉盐湖中的白云石。

4澳大利亚南部考龙泻湖中的白云石是在水很咸、PH值很高、植物很茂盛的地方形成的。

奥尔德曼和斯金纳（AldermanandSkinner，1957）曾注意到，孤立的湖水由于慢慢下沉的细而白的沉淀物的影响，有时竟然变白了。这种很细的白色悬浮物已被确定是高镁方解石和富钙白云石的混合物。有可能从水底被再次搅动起来的话。5

（二）毛细管浓缩作用或蒸发泵作用一准同生白云化作用图16-10潮上萨布哈蒸发泵白云石化机理6根据现代热带地区的波斯湾南岸及巴哈马地区的潮上带，在其表层碳酸盐沉积物中正在进行着准同生的白云化交代作用而提出的机理。

在波斯湾南岸潮上萨布哈（SabHa）蒸发作用很强，广泛发育白云石化作用。许靖华，西根撒勒（HsuandSiegenthaler,1969）称其为蒸发泵作用。他们认为海水是由于萨布哈潮上带蒸发泵作用，从泻湖侧向被抽汲入潮上的沉积物内，通过强蒸发作用和石膏及文石沉淀，使孔隙水Mg/Ca比值提高而引起白云石化。

阿拉伯语“萨巴哈”就是指的这种潮上的盐沼地。

7石膏的沉积使粒间水或表层积水的

Mg／Ca比率大大提高。正常海水的

Ma／Ca比率约为3：1，而干热地区潮上地带表层沉积物的粒间水或表层积水，其Mg／Cg比率可达20：1，甚至更高。这种高镁的粒间盐水或表层水经常与文石颗粒相接触，将不可避免地使文石被交代，被白云化，即使文石转变为白云石。现代潮上地带的白云石壳就是这样生成的。

8图16-11白云石化作用的渗透回流机理（据德菲斯，1965）（三）渗透回流白云石化作用（Seepagereflux）毛细管浓缩或蒸发泵作用形成的富镁盐水完成表层沉积物白云石化后，其余部分将向下回流渗透引起下伏碳酸钙沉积物或石灰岩白云石化

9（四）混合白云石化作用（Doragdolomitization）对于广泛分布的陆表海陆棚或构造高地中共生的白云岩，其中没有蒸发矿物或蒸发岩，也缺乏潮上标志，用高镁钙比率的超盐度卤水的白云石化模式不能解释。巴迪奥扎曼尼（Badiozamani,1973）提出了大气淡水和海水混合的白云石化作用机理。根据实验（图16-12）15%~30%的海水与地下淡水混合，将会使方解石不饱和，而对白云石则会增强其饱和度，这样在盐度降低而Mg/Ca比值乃保持不变的情况下也可以引起白云石化作用（图4）。10图16-12地下水与海水的混合液对方解石和白云石的饱和程度的影响（据巴迪奥札曼尼，1973）请注意，5%的海水与95%的地下水的混合液，对白云石已饱和了，但对方解石则布饱和；30%的海水与70%的地下水的混合液，对白云石已过饱和许多倍，但对方解石仍不饱和。因此，在海水为5~30%的混合液中，将发生方解石被白云石交代，即白云石作用。海水为平均海水。地下水为墨西哥尤卡坦的地下水。11图4美国威斯康星中奥陶统米林段的白云化作用示意图（据巴迪奥札曼尼，1973）此图表示在威斯康星背斜，在岩石出露水面以后，淡水透镜体及其下伏的半咸水带的位置，混合白云化作用就在此透镜体以下的半咸水带中进行。12（五）调整白云石化作用（Adjustmentdololitization）古德尔和加曼（GoodelllandGarman,1969）提出。在大气水影响下，原来的碳酸盐沉积物的成分（文石、高镁方解石），经过溶蚀作用和交代作用，在化学成分或矿物成分上进行重新组合或调整，使原来的碳酸盐沉积物发生白云石化。13

（六）淡水白云石（七）生物作用的白云石化（八）海水白云石化模式（Seawaterdolomitization）14三、白云岩的成因类型

根据白云岩的生成机理，从成因上首先可把白云岩划分为原生白云岩和次生白云岩两大类。（一）原生白云岩

是指以化学沉淀的方式从水体中直接沉淀而成的白云岩。从理论上讲，这种白云岩或白云石沉积物是应当存在的；但是，到目前为止，还没有找到一个过硬的无争论的现代沉积的实例，来证明这种白云岩或白云石成因类型的确实存在；澳大利亚南部考龙泻湖及美国加利福尼亚深泉盐湖的白云石，可能属此成因类型，但也更可能属同生白云岩类型。15（二）次生白云岩

指一切非原生沉淀作用生成的白云岩，即指一切由交代作用或白云化作用生成的白云岩。

再分为同生白云岩、准同生白云岩、成岩白云岩、后生白云岩等成因类型。1、同生白云岩

是指刚沉积的碳酸钙沉积物，在沉积环境中，而且还仍然在其沉积水体的影响下，在沉积物一水界面处，通过交代作用或白云化作用所生成的白云岩。

162、准同生白云岩是指沉积不久的碳酸钙沉积物，虽然其沉积环境的条件并未变化，但它已基本上脱离了其沉积的水体，已基本上不再受其沉积水体的影响，通过交代作用或白云化作用而生成的白云岩．潮上带毛细管浓缩作用或蒸发泵作用所形成的白云岩，就是典型的准同生白云岩。由泻湖的蒸发浓缩作用所形成的高镁钙比率的盐水，如同博内尔岛克米尔湖的情况一样，也可以形成准同生白云岩．准同生白云岩已向成岩白云岩过渡了。17

是指碳酸钙沉积物在其成岩作用过程中由交代作用或白云化作用所生成的白云岩。回流渗透白云化作用、混合白云化作用、以及调整白云化作用所形成的白云岩，大都属此类型。3、成岩白云岩18

是指在石灰岩形成以后，由交代作用或白云化作用生成的白云岩。回流渗透白云化作用、混合白云化作用、调整白云化作用也可形成后生白云岩；而热液作用和变质作用生成的白云岩，更是后生白云岩5、其它类型和术语碎屑白云岩、生物白云岩、化学白云岩、风化作用白云岩、地层白云岩、构造白云岩4．后生白云岩19

沉积后作用包括：溶解作用、胶结作用、交代作用、重结晶作用、压实及压溶作用等，但在有些作用的主次上和特点上与碎屑岩却有所不同。第三节碳酸盐沉积物的沉积后作用

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一、溶解作用

碳酸盐沉积物或碳酸盐岩的溶解作用是由于其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。如果孔除水能长期处于不饱和又有流动性，这样碳酸盐矿物就会不断地被溶解和带出，从而形成大量的溶蚀孔隙。碳酸盐岩中，溶解次生孔隙系统是油气运移、储集和渗滤的主要空间，故研究其溶解作用及所形成的孔隙特征有着很重要的实际意义。21其特点如下：（1）成岩早期溶解作用常具选择性特点。不稳定组分（文石和高镁方解石）优先溶解；溶解形成溶模孔隙（2）成岩作用晚期、表生作用和后生作用阶段对稳定组分的溶解，多不具选择性。水沿节理、裂缝和原生孔隙流动并将它们扩大的一种溶解作用，常形成溶孔、溶缝、溶沟和溶洞。

22二、胶结作用

胶结作用在碳酸盐岩成岩过程中起着主导作用。组成碳酸盐岩胶结物的矿物成分很多，但最主要的是碳酸盐类矿物，即（低镁）方解石、文石、高镁方解石和白云石。

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碳酸盐胶结物的结晶形态主要有泥晶、纤维晶、片状晶和粒晶。任何一种碳酸盐矿物都可以构成泥晶胶结物；纤维状及针状是文石特有的形态；高镁方解石有时也呈纤维状；粒状是白云石和方解石胶结物的特征形态，其也可呈自形与半自形菱面体、叶片状或他形等。对于高镁方解石的纤维状习性，福克的假说认为是“镁离子侧向毒害效应”的结果。242526272829三、交代作用

碳酸盐岩中常见的交代作用有白云化、去白云化、硅化、石膏化和硬石膏化、去石膏化、菱铁矿化和黄铁矿化等。

白云岩化——原来的碳酸钙在一定的物理化学条件下转变为白云石的作用。白云岩化有利于碳酸盐岩的孔隙得到保存。

30石膏化和硬石膏化——石膏和硬石膏交代碳酸盐矿物或组分的现象。

去膏化作用——石膏或硬石膏被碳酸盐矿物交代的作用。6CaSO4+4H2O+6CO2→6CaCO3+4H2O+11O2+2S去白云化作用——是指方解石等矿物交代白云石的作用。

CaMg（CO3）2+CaSO4∙2H2O→2CaCO3+MgSO4+2H2O31广义的重结晶作用包括（简单）重结晶作用、应变重结晶作用和矿物的多形转变作用。

（1）简单重结晶作用：系指在成岩后生变化过程中，在一定条件下，只是矿物的晶体形状和大小发生变化，而主要矿物成分不改变的作用。主要变化是在温度、压力的影响下，小晶体重新组合和结晶成大晶体。

矿物重结晶是使矿物变得更稳定的过程。因为在这个过程中吉布斯自由能减小。四、重结晶作用32（2）应变重结晶作用是一种不仅使矿物晶体增大而且在应力作用下矿物的晶格还发生变形的重结晶作用。（3）矿物的多形转变作用是一种较复杂的重结晶作用，它包括两种类型，一种是矿物的同质多象转变，这种转变仅发生晶格和晶形的变化，而没有化学成分的变化，如文石转变为低镁方解石即属这种类型。另一种变化有离子的带出即有化学成分的变化，但不发生晶格和晶形的变化，如高镁方解石转化为低镁方解石时有镁离子的带出，但无晶格和晶形的变化。

33五、压实作用和压溶作用

早期发育的胶结作用或白云化作用，极大地妨碍着碳酸盐沉积物压实作用的进行。

压实作用仍是一种不可忽视的成岩作用。它不仅使颗粒变形、破裂，使粒间的接触由点状变为线状、曲面或缝合线状接触，还会使粒间孔隙减小。当压实作用导致颗粒、晶体或岩层之间的接触处发生局部溶解时，便成为“压溶作用”。压溶作用既可使岩石产生缝合线构造，也可为自生矿物、胶结物的形成提供大量的物质来源。

34图1南佛罗里达盆地中，与深度对应的石灰岩与白云岩的平均孔隙度。在5600英尺（1706.7km）深度以上,石灰岩平均孔隙度大，在5600英尺以下，情况则相反。35六、碳酸盐沉积物沉积后作用的环境

根据水的成分及其在孔隙中的分布特点，大致可将碳酸盐沉积物的沉积后作用环境划分为五种基本类型：（1）海水环境：海水潜流和海水渗流两个亚环境；（2）大气淡水环境：淡水渗流和淡水潜流两个亚环境；（3）海水-淡水混合环境：一个位于淡水潜流带之下与海水潜流带之上的过渡性环境，以半咸水为特征。（4）埋藏环境：指被沉积物所覆盖的、海底作用或大气淡水和混合水作用波及不到的地下环境．（5）表生环境：指因构造运动相对抬升为正性单元地区的近地表环境，361、概念

是由含盐度较高的海水或湖水，通过蒸发作用产生化学沉淀而形成的岩石。是一种纯化学成因的岩石，它包括氯化物岩、硫酸盐岩、某些碳酸盐岩和硼酸盐岩等。以氯化物岩和硫酸盐岩分布较广。化学沉淀的盐类沉积经破碎再沉积后，则可形成碎屑蒸发岩。

第十七章其它沉积岩

第一节蒸发岩

372.蒸发岩的矿物组成

蒸发矿物的化学成分比较简单，主要离子有K+、Na+、Mg2+、Ca2+、Cl¯、SO42–、CO32–七种。由这些阴、阳离子组成化合物成单盐矿物和复盐矿物。

（1）氯化物类：石盐（NaCl）、钾石盐（KCl）、水氯镁石和光卤石。

（2）硫酸盐类：硬石膏（CaCO3）、石膏（CaCO3•2H2O）、芒硝和泻利盐。（3）碳酸盐类：苏打（NaCO3•10H2O

）和天然碱。

382.蒸发岩的矿物组成

（4）硝酸盐类：钾硝石和智利硝石。

（5）硼酸盐类：硼砂、钠硼解石、硬硼解石等。

蒸发岩中的混入物质，如粘土矿物，绿泥石、石英、长石等。392．蒸发矿物一般生成规律

海水蒸发矿物的生成顺序：①碳酸盐一石膏沉积阶段；②石盐沉积阶段；