鄧春英—白云巖成因探討

1、2016白云巖成因探討匯報人：鄧春英學號：142506652016年1月16日1 基本概念基本概念2 研究進程研究進程3 白云巖化成因及動力白云巖化成因及動力4 白云巖化模式白云巖化模式 1 1 基本概念基本概念 2 2 研究進程研究進程 3 3 白云巖白云巖化化成因及動力成因及動力 4 4 白云巖化模式白云巖化模式 5 5 總結總結0 0 引言引言白云巖（ dolomite ），自法國博物學家Deodat de Dolomieu 1791年首次描述以來，一直是眾多地質學家研究的課題之一。與石灰?guī)r不同，白云巖不僅有沉積成因的，更多的是次生交代成因的，因此，白云巖的分類命名與石灰?guī)r有同也有異。1

2、 1 基本概念基本概念白云巖：一種沉積碳酸鹽巖。主要由白云石組成，常混入石英、長石、方解石和粘土礦物。白云巖化：指灰泥或灰?guī)r中的方解石、文石、高鎂方解石被白云石交代的作用。2 2 研究進程研究進程自從1791年，法國博物學家Deodal de Dolomieu首次對白云石這種礦物進行了描述后，二百多年來科學家們一直沒有停比對白云石的研究。20世紀60年代，基于對波斯灣、巴哈馬等地白云巖的研究，提出了蒸發(fā)白云石化模式和鹵水回流滲透白云石化模式。70年代發(fā)展了毛細管蒸發(fā)濃縮模式，并總結了薩布哈準同生白云巖化模式，形成了混合水白云石化理論。80年代人們對海水模式和埋藏白云石化有了一定的認識;90年代

3、的主要研究成果是對熱液白云石化進行了總結，以及對埋藏白云石化有了進一步的認識。目前對于白云巖的成因解釋，薩布哈和滲透回流白云石化得到了廣泛的認同和應用。在常溫、實驗室條件下人工無法合成理想的白云石，因此，白云石化的機理以及白云巖的成因問題也一直是巖石學家關注的焦點。3 3 白云巖白云巖化化成因及動力成因及動力對于白云石的成因，人們有兩種觀點:（1）原生白云石原生白云石（在生物參與下形成的，更多體現的是生物的 特性，因此不具普遍意義）（2）次生白云石次生白云石（由于次生交代作用形成的，即白云石化） 注意：注意：方解石(或文石)的白云石化過程具有一定的特殊性，需要滿足 一定的溫度、離子濃度和流體動

4、力學條件等才能夠進行。3 3 白云巖白云巖化化成因及動力成因及動力 化學反應化學反應式式對于原生或次生白云石的形成，可以通過以下3個化學反應式來表示 ： 反應式(1)代表的是離子在溶液中直接結合生成白云石，形成原生白云石。反應式(2)和(3)分別作為開放體系和封閉體系下的白云石化反應。3 3 白云巖白云巖化化成因及動力成因及動力 Mg Mg2+2+的主要來源的主要來源根據上述反應式可知，白云石化反應需要有大量的Mg2+與Ca2+作用。但白云巖化往往發(fā)生在較為封閉的環(huán)境中(如埋藏條件下)，因此不能從海水中獲取Mg2+；那么富Mg流體的來源就成為制約白云巖化的重要因素之一。一般認為Mg2+的來源主

5、要有3個途徑:成巖流體來源、巖漿巖及其他固體礦物來源和生物來源。3 3 白云巖白云巖化化成因及動力成因及動力 Mg Mg2+2+的主要來源的主要來源成巖流體來源的成巖流體來源的MgMg2+2+ 成巖流體成巖流體是指沉積物在固結成巖的過程中積物孔隙中的流體。 碳酸鹽巖主要形成于海相少量形成于咸化的湖相。海水或咸化的湖水攜帶大量的Mg2+滲透到灰?guī)r地層當中，可以為方解石發(fā)生白云石化提供充足的離子來源。巖漿巖及其他固體礦物來源的巖漿巖及其他固體礦物來源的MgMg2+2+ 所謂巖漿巖來源巖漿巖來源就是指富含Mg2+的巖漿巖礦物自身轉化或通過流體淋濾溶蝕作用提供Mg2+。如橄欖石蛇紋石化的過程會釋放出大

6、量的Mg2+，可為白云石化提供Mg2+；蒙脫石和伊蒙混層粘土礦物向伊利石礦物的一系列轉變也會釋放出大量的Mg2+。由固體礦物提供Mg2+形成的白云巖在分布上一般會受到富Mg2+礦物分布的影響。生物來源的生物來源的Mg2+ 一些動植物在本身的新陳代謝或生長過程中可以富集Mg2+，這些生物的軀體伴隨著碳酸鈣一起沉積下來，在埋藏的過程中釋放出Mg2+，使碳酸鈣發(fā)生白云石化。 一般由生物提供Mg2+來源的白云巖會保留有生物的軀體化石或遺跡。3 3 白云巖白云巖化化成因及動力成因及動力 流體動力學因素流體動力學因素 除Mg2+來源外，白云石化的另一個關鍵條件就是流體動力學因素。根據不同的成巖環(huán)境，白云石

7、化有以下3種流體動力學模式圖1 ： 流體自身重力流體自身重力 壓實導致的橫向流動壓實導致的橫向流動 深部熱液流體上涌深部熱液流體上涌3 3 白云巖白云巖化化成因及動力成因及動力 流體動力學因素流體動力學因素 流體自身重力成巖流體在重力的作用下，由于自身勢能的改變促使其流經碳酸鈣地層。高鹽度流體本身密度較大，在重力的作用下，可以通過巖石孔隙向下滲透到更深的地層中，如圖1(a)。壓實導致的橫向流動由于巖層自身的非均質性(粒徑大小、抗壓能力等)，在上覆沉積物的壓實作用下，更容易被壓實的巖層孔隙水就會被排擠到周圍的地層當中，形成橫向的流動，如圖1(b)。深部熱液流體上涌由于深部流體的上涌或熱能、巖漿活

8、動以及底辟構造等原因，使壓力較大、溫度較高的流體滲透到上覆地層當中或沿斷層向上運移，如圖1(c)。4 4 白云巖化模式白云巖化模式根據方解石一白云石轉化相圖、白云石化的物理化學條件、Mg2+來源以及流體動力學機制等，可以對白云石化模式進行歸類。目前較成熟的白云石化模式主要有以下5種：蒸發(fā)模式(薩布哈模式)、滲透回流模式、混合水模式、海水模式及埋藏模式。4 4 白云巖化模式白云巖化模式 原生沉淀作用原生沉淀作用 在水體中直接沉淀出白云石模擬自然環(huán)境人工合成真正的、化學計量的白云石（Ca: Mg = 1:1）至今沒有成功。只有在Pco2 4atm條件下人工合成出白云石澳大利亞南部考龍瀉湖；水很咸，

9、pH值很高，植物繁盛，形成高鎂方解石和富鈣白云石的混合物。美國加利福尼亞深泉鹽湖：濃鹽水，白云石內部是化學計量的白云石，外部則富鈣。4 4 白云巖化模式白云巖化模式 蒸發(fā)模式蒸發(fā)模式 毛細管濃縮作用準同生白云化作用（蒸發(fā)泵作用）現代熱帶地區(qū)的潮上帶蒸發(fā)作用強烈毛細管作用粒間水含鹽度增高石膏沉淀，使粒間水或表層積水的Mg/Ca比率提高-20：1，高鎂粒間水，白云石化，交代文石 圖2 蒸發(fā)泵（毛細管濃縮）白云巖化模式粒間粒間水水毛細管毛細管作用作用疏松疏松的表的表層沉層沉積物積物- -文石文石為主為主毛細管濃縮作用準同生白云化作用氣候干熱，粒間水蒸發(fā)海水通過毛細管作用補給與文石接觸，Mg離子將代替

10、Ca離子白云石Mg/Ca比值增大（由正常海水3：140：1）石膏等沉淀（Ca離子濃度減?。┝ｉg水鹽度增大（海水鹽水）文石（潮上帶，疏松，富含粒間水）4 4 白云巖化模式白云巖化模式 滲透回流模式滲透回流模式 高Mg/Ca比率的鹽水高鎂粒間水沉淀，白云石化，交代文石穿過下伏石灰?guī)r時發(fā)生白云化作用圖3 滲透回流白云巖化模式白云巖化區(qū)白云巖化區(qū)4 4 白云巖化模式白云巖化模式 混合水模式混合水模式巴迪奧扎曼（Badiozamani,1973）5%海水和95%地下水混合白云石已飽和方解石不飽和50%海水和50%地下水混合白云石早已飽和方解石才開始飽和 圖4 白云石和方解石在海水與淡水的混合水中的溶解曲

11、線 （粗線段表示混合水白云巖化發(fā)生的范圍，此帶也稱謂“多拉哥帶）4 4 白云巖化模式白云巖化模式 海水模式海水模式地質學家們發(fā)現海水本身也可作為白云石化流體，1980年代末期建立了這種新的海海水白云石化作用水白云石化作用模式。 大洋水進入臺地邊緣，替代了臺地內部的較溫熱而且密度較小的地下水，地下水以熱泉的形式出露于臺地上或者臺地邊緣地帶，在海水位于一到三米深的范圍內，將產生開放的對流系統(tǒng);當較冷的海水中高鎂方解石和文石處于未飽和狀態(tài)，低鎂方解石處于飽和狀態(tài)，或者這三種礦物都處于不飽和狀態(tài)，而白云石相對處于飽和狀態(tài)時，海水就會通過泵吸作用的驅動穿過臺地邊緣的沉積物產生白云石化作用。圖5 海水模式

12、4 4 白云巖化模式白云巖化模式 埋藏模式埋藏模式砂巖的膠結物，常含鐵。隨埋深增大，溫度增高而發(fā)生白云化作用。鎂離子來自頁巖（粘土礦物轉化釋放出鎂離子）。圖6 埋藏模式 4 4 白云巖化模式白云巖化模式 其它白云化機理其它白云化機理調整白云化、玄武巖淋濾白云化、正常海水白云化、熱液白云化等。調整白云化作用（Goodell and Garman,1969）：當海平面下降，沉積物暴露，在大氣水的影響下，高鎂方解石通過淋濾溶解釋放出Mg2+，使下伏碳酸鹽沉積物發(fā)生白云化。形成薄層白云巖，常與混合白云化作用共生。4 4 白云巖化模式白云巖化模式 控制白云石結晶的因素控制白云石結晶的因素?？撕吞m德（Folk and Land,1975)：溶液的Mg/Ca比率、鹽度、結晶速度。鹽度低、結晶速度慢，可形成白云石；鹽度高、 結晶速度快，形成方解石；鹽度很高、Mg/Ca比率也很高，形成富鈣的原白云石。淡水白云石：結晶速度慢、 Mg/Ca比率近于1:1，成分較純、幾乎不含雜質、清潔、透明、晶形良好、晶面平整而光滑、抗酸蝕能力強。（混合白云化機理實質一致）5 5 總結總結目前對于與