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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