白云石的特征及形成機(jī)制

1、白云石的特征及其形成機(jī)制摘要：白云石是一種沉積巖中常見的富鎂碳酸鹽礦物，其化學(xué)成分為 CaMg(CO3)2。通過對白云石的成分、礦物學(xué)特征及其成因研究發(fā)現(xiàn)，白云石其 Mg/Ca比值相似，具有由Ca和Mg組成的交替互層(由CO3分隔開的)的晶格， 其晶體屬于三方晶系的碳酸鹽礦物。其形成環(huán)境主要為海水、湖泊、大陸水區(qū)域、 高鹽度水區(qū)域等；微生物的代謝活動(dòng)對于促進(jìn)白云石低溫沉淀起了關(guān)鍵作用。從 晶格與粒子方面簡要分析了白云石的形成機(jī)制。關(guān)鍵詞：白云石 Mg/Ca比值 形成環(huán)境 晶體粒子白云石CaMg(CO3)2作為碳酸鹽礦物的一種，在前寒武紀(jì)的地層中廣泛存在， 而在現(xiàn)代的自然環(huán)境下少量分布。前人對白

2、云石的研究相對較少，除了其基本特 征外，白云石的形成機(jī)制很難給出一個(gè)明確的解釋，為此大量的沉積學(xué)和巖石學(xué) 家門進(jìn)行了孜孜不倦的探究。所以本文在國內(nèi)外學(xué)者所研究結(jié)果與資料的基礎(chǔ)上 進(jìn)行了簡要總結(jié)，分析其形成背景與成因機(jī)制。1成分及礦物學(xué)特征1.1成分特征白云石作為一種常見的碳酸鹽礦物，其化學(xué)成分為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可成類質(zhì)同像系 列。白云石是沉積巖中常見的富鎂碳酸鹽礦物，它廣泛分布于前寒武紀(jì)地層中， 卻在中生代以來的地層中逐漸減少。在現(xiàn)代自然環(huán)境僅少量存在于鹽湖、潟湖、 微咸水湖、

3、深海沉積物、洞穴堆積物、地下水及鐘乳石中(李紅等，2013)。白 云石為包括一組的礦物質(zhì)具有相似但不相同的Mg / Ca比值的，并且具有不同的 化學(xué)成分和晶格的組合物。理想的白云石具有由Ca和Mg組成的交替互層(由 CO3分隔開的)的晶格，其中鈣和鎂的存在比例大致相等，當(dāng)鐵或錳原子數(shù)超過 鎂時(shí)，稱為鐵白云石或錳白云石，還可以形成鉛白云石、鋅白云石、鉆白云石等 變種。在變質(zhì)作用較高階段，白云石可被分解為方鎂石和水鎂石。白云石是組成 白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r的主要礦物。1.2 礦物學(xué)特征白云石晶體屬三方晶系中的碳酸鹽礦物?；瘜W(xué)成分為CaMg(CO3)2,常有鐵、 錳等類質(zhì)同像。三方晶系，可見三組完全解理

4、，晶體呈菱面體，晶面常彎曲成馬 鞍狀，聚片雙晶常見。集合體通常呈粒狀。純者為白色顏色多為白色、灰色、肉 色、無色、綠色、棕色、黑色、暗粉紅色等，透明到半透明，含鐵時(shí)呈灰色，風(fēng) 化后呈褐色，玻璃光澤。相對密度2.5,隨成分中Fe、Mn、Pb、Zn含量的增多 而增大。硬度低，是組成白云巖的主要礦物。遇冷鹽酸不劇烈起泡，加熱后方劇 烈起泡。海相沉積成因的白云巖常與菱鐵礦層、石灰?guī)r層成互層產(chǎn)出。在湖相沉 積物中，白云石與石膏、硬石膏、石鹽、鉀石鹽等共生。白云石可用作耐火材料 及高爐煉鐵生產(chǎn)中的溶劑，部分白云石可做提取鎂的原料，白云石大理巖加工后 可作較好的建筑石材。2白云石的形成2.1形成背景白云石可

5、以在湖泊、淺海底下、鹽水的回流區(qū)或者早期到晚期的埋藏環(huán)境中 生成。它可以形成于海水，大陸性水域，盆地鹽水的混合，高鹽度的鹽水與海水 混合、海水與大氣水的混合或通過盆地鹽水的冷卻。白云石在古代的碳酸鹽建造 中常見，但在全新世沉積物中是罕見的。如果沒有細(xì)菌等微生物的調(diào)節(jié)作用，在 地表溫度的實(shí)驗(yàn)室中沉淀成白云石是幾乎不可能的。近30年來，微生物白云石 模式推動(dòng)白云石問題前進(jìn)了一大步，大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)例證明微生物（硫酸鹽還 原菌、產(chǎn)甲烷古菌、中度嗜鹽有氧細(xì)菌等）的代謝活動(dòng)對于促進(jìn)白云石低溫沉淀 起了關(guān)鍵作用。微生物白云石特殊的結(jié)構(gòu)、微型貌和穩(wěn)定同位素特征是其主要識(shí) 別標(biāo)志。一些人認(rèn)為，大多數(shù)的白云石的形

6、成主要和高鹽度的鹽水有關(guān)，或者它 可以形成于鹽質(zhì)分開的水域，形成大量的白云石需要一定的時(shí)間，所以這個(gè)過程 必須要在地底下完成或者通過海水與地臺(tái)沉積物長期循環(huán)形成。2.2形成機(jī)制白云石是一種碳酸鹽礦物，當(dāng)能滿足其所需的滲透率、有利于流體流動(dòng)的機(jī) 構(gòu)和鎂的充足供應(yīng)時(shí)，它可以形成作為主要形式的沉淀、成巖替換或者作為水熱 /變質(zhì)的階段。白云石是一種亞穩(wěn)定的礦物，早期形成的晶體可以在多次重復(fù)的 埋藏與變質(zhì)的過程中被后期更加穩(wěn)定的相來替換。每一個(gè)新的相位由較早白云石 的部分或完全溶解而成。在地球表面從不穩(wěn)定的礦物相轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的礦物相需要 一個(gè)或多個(gè)中間相。這個(gè)過程是由各個(gè)晶體的表面能所驅(qū)動(dòng)的，并且通常描述

7、了 一種再結(jié)晶過程，從而大的晶體生長以犧牲較小的晶體生長為代價(jià)的。在飽和溶 液中進(jìn)行結(jié)晶，微晶粒子不斷形成，其大小達(dá)到一個(gè)臨界半徑，大于臨界半徑的 粒子繼續(xù)增長成為重要的核，而小于臨界半徑的粒子溶解回到溶液中。隨著過飽 和程度的下降和結(jié)晶核的增多，小于臨界半徑而溶解的溶質(zhì)將會(huì)析出到比臨界半 徑大的粒子的表面上，直到形成白云石晶體。白云石晶體早期相通過逐步或互 動(dòng)的成巖作用方式被更難溶的相廣泛地替換，在孔隙流體平衡的純化學(xué)計(jì)量白云 石礦物的中間相比最終狀態(tài)更無序。白云石化作用是一個(gè)反復(fù)溶解一再沉淀的過 程，只要沉積的白云石保留一定程度的滲透性，且有鎂離子的供給，新白云石化 就有可能發(fā)生。3結(jié)論根

8、據(jù)所搜集的資料以及對白云石特征與成因的總結(jié)，得出以下結(jié)論：白云石是一種沉積巖中的富鎂碳酸鹽礦物，其Mg/Ca比值相似，具有 由Ca和Mg組成的交替互層(由C03分隔開的)的晶格，其晶體屬于三方晶系 的碳酸鹽礦物。其形成環(huán)境主要為海水、湖泊、大陸水區(qū)域、鹽水回流區(qū)等，大多數(shù) 的白云石的形成主要和高鹽度的鹽水有關(guān)，白云石須要在地底下完成或者通過海 水與地臺(tái)沉積物長期循環(huán)形成；微生物的代謝活動(dòng)對于促進(jìn)白云石低溫沉淀起了 關(guān)鍵作用。白云石是一個(gè)亞穩(wěn)定礦物，早期形成的相在多次重復(fù)的埋藏與變質(zhì)的 過程中通過自身的部分或完全溶解被后期更加穩(wěn)定的相來替換。白云石晶體在生長過程中，飽和溶液中的晶體粒子將會(huì)達(dá)到一

9、個(gè)臨界 半徑，超過臨界半徑的晶體粒子將作為核繼續(xù)增長，未達(dá)到臨界半徑的將會(huì)溶解 回到溶液中再析出到核部表面，直到形成白云石晶體。參考文獻(xiàn)：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

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