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1、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。自法国博物学家Deodat de Dolomieu1791年首次描述以来，一直是众多地质学家研究的课题之一。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163中的“石灰岩”改为“白云岩”，“灰泥”改为“云泥”即可。,第二节 白云岩,白云岩的(结构组分)分类,石油行业标准SY/5368.5-1995分类方案,石油行业标准SY/5368.5-1995分类方案,砂屑白云岩，砂屑为泥晶白云石，亮晶方解石
2、胶结，江苏，奥陶系马家沟组，单偏光34,鲕粒白云岩，鲕粒由细粉晶白云石组成，鲕间为粗粉晶白云石及溶蚀充填物，江苏徐州，奥陶系马家沟组，（）34,鲕粒白云岩，鲕内鲕间孔隙发育，四川石柱，中寒武统，（）70,亮晶鲕粒云岩，粒内溶孔及溶扩残余粒间孔。柯深1井，6336.3m,亮晶鲕粒云岩,溶扩残余粒间孔和粒间溶孔。柯深103井，6361.5m。,1、交代作用十分彻底的次生交代（成因的）白云岩，及重结晶白云岩（具晶粒结构的白云岩）按照晶粒大小进行分类命名，如泥晶白云岩、粉晶白云岩、细晶白云岩、中晶白云岩、粗晶白云岩等，其划分标准在不同的分类系统中有常有一定的差异。其中细晶白云岩、中晶白云岩、粗晶白云岩
3、等表面常是砂糖状，故又称为砂糖状白云岩。按照晶粒大小分类是纯描述性的，不仅适用于次生白云岩，也适用于沉积成因及重结晶的白云岩。,细晶白云岩，白云石晶形很好，安徽准安，土坝组，（）34,粉晶白云岩中含有大量晶间孔、晶间溶孔（孔隙为红色），白云石晶粒为自形半自形。塔中4井，C，生屑灰岩段，3546.00m，铸体片，（）106.3。,含生屑泥粉晶白云岩，生屑铸模孔和白云石晶间孔。塔中4井，C，生屑灰岩段，3542.7m，（）102.5。,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
4、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。,2、具有交代结构或白云化结构的白云岩,交代成因白云石的晶粒较粗，一般都在粉晶以上；晶形较好，多呈半自形或自形；晶体较污浊，或具较污浊的核心，这主要是原来矿物或结构组分中残余物所引起的；这种较污浊的晶体有时还具有环带；晶粒较粗的（细晶以上）交代成因的白云岩常呈砂糖状，部分常呈斑状。,交代成因白云石的特征,白云石交代砾屑和砂屑，徐州，上寒武统，（）34,白云石交代棘皮动物屑，徐州，上寒武统，（）34,白云石交代鲕粒，鲕粒全部被白云石取代，粒间未白云石化，徐州，上寒武统，（）34,白云岩成因
5、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。近几十年来，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。,二、白云岩生成作用,（一）原生沉淀作用（二）毛细管浓缩作用或蒸发泵作用 准同生白云化作用（三）渗透回流白云石化作用（四）混合水白云石化作用（五）调整白云石化作用（六）淡水白云石（七）生物作用的白云石化,白云岩的生成机理假说,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
6、，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。近几十年中，在已发现的近代白云石的实例中，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，算是最过硬的原生白云石。,（一）原生沉淀作用,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（Alderman and Skinner，1957）曾注意到，孤立的湖水由于受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。方解石的成分范围为Ca77Mg23到Ca93
7、Mg2，化学计量白云石的成分范围为Ca50Mg50，原白云石为Ca56Mg44。据碳同位素测定这里的白云石堆积速度为0.20.5mm/年。假如这里的白色沉淀物不是从水底被再次搅动起来的话，则这些高镁方解石和富钙白云石的混合物就有可能是原生白云石。,（二）毛细管浓缩作用或蒸发泵作用 准同生白云化作用,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。这些刚沉积不久的表层沉积物，主要是文石。这些沉积物还是疏松的，其间还充满着水。这些粒间水，在沉积阶段还是正常的海水。由于该地区气候干热，蒸发作用强烈，这些粒间水就不断地向空气中散发。
8、与此同时，海水又通过毛细管作用，又源源不断地补充到这些疏松沉积物的颗粒之间。久而久之，这些粒间水的盐度就变大了。正常的海水就变成了盐水。从这种盐水中首先沉淀出来的是石膏。,石膏的沉积使粒间水或表层积水的 MgCa比率大大提高。正常海水的 MgCa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MgCa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。,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（Hsu and
9、 Siegenthaler,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Ca(SO4).2H2O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。,图16-10潮上萨布哈蒸发泵白云石化机理,毛细管浓缩作用或蒸发泵作用基本特色：形成条件：潮间及潮上带（近海的暴露的地表）；气候干燥、蒸发量大；镁质来源：经毛细管作用由海水供应；交代特色：高盐度、高镁钙比的孔隙溶液就地交代先期沉积物；交代产物白云石晶体细小（隐、微晶）；不破坏原有结构与构造；常有石膏等蒸发矿物共生。,（三）渗透回
10、流白云石化作用（Seepage reflux）,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。,图16-11 白云石化作用的渗透回流机理（据德菲斯，1965）,渗透回流白云化作用的基本特征：形成条件：气候干燥、蒸发量大；高盐高镁钙比溶液形成于潮间及潮上带（暴露地表）；交代作用发生于潮下带镁质来源：经毛细管作用由海水供应交代特色：高盐度、高镁钙比的孔隙溶液在重力作用下回流异地交代先期沉积物；交代产物白云石晶体较细小（微晶、粉晶、粗粉晶）（较蒸发泵作用的白云石略粗）；基本不破坏原有结构与构造。,（四）混合白云石化作用（Do
11、rag dolomitization）,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）。,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
12、白云石已饱和了，但对方解石则不饱和；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530%的混合液中，将发生方解石被白云石交代，即白云石化作用。海水为平均海水。地下水为墨西哥尤卡坦的地下水。,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。,混合水白云化作用的基本特色：形成条件：潮湿多雨；地表及近地表（有雨水补充）；交代作用发生于淡水与海水的混合带（潮下带）镁质来源：混合海水供应交代特色：
13、低盐度、低镁钙比的混合水孔隙溶液就地交代先期沉积物；交代产物白云石晶体较粗大（粗粉晶、细晶）；可破坏原有结构与构造（受混合带控制）。,（五）调整白云石化作用（Adjustment dolomitization）,古德尔和加曼（Goodelll and Garman,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。,调整白云化作用的基本特色：形成条件：潮湿多雨；地表及近地表（有雨水补充，周期性抬升更有利）；交代作用发生于淡水下渗过程中（潮下带）镁质来源：先期沉积物中的
14、镁质交代特色：低盐度、低镁钙比的孔隙溶液下渗交代先期沉积物；交代产物白云石晶体较粗大（粗粉晶、细晶）；可破坏原有结构与构造（受混合带控制）；常周期性交互产出。,（六）淡水白云石,控制白云石结晶的因素：福克和兰德（Folk and Land，1975）在对各种环境中的白云石结晶作用进行研究之后，提出控制白云石结晶作用的主要因素为溶液的MgCa比率、盐度和结晶速度。,1、白云石是一种高度有序而很难形成的矿物，因此结晶速度快、盐度较高和MgCa 比较大不利于白云石形成。,例如，在蒸发条件下，虽然有高浓度的Ca2+，Mg2+，CO32一离子，即难以结晶成对晶格构造要求严格的白云石，而形成晶格构造较简单
15、的文石。只有在盐度很高的溶液中，Mg，Ca比率也很高，才有可能形成不大有序的富钙的原白云石。,2、低盐度、低结晶速率有利于白云石的形成，即使Mg/Ca比很低，也可形成化学计量的高度有序的白云石。（淡水白云石的形成条件）福克和兰德指出，在变盐度的环境中，在淡水和海水的混合带中，以及在其他淡化或淡水作用的环境中（如大气水作用下的碳酸盐岩的孔隙、洞穴或裂缝中等），都可以形成白云石，溶液的 MgCa比率只要近于1：1即可。这样形成的白云石称为“淡水白云石”。即是说在多种盐度和较大的Mg/Ca比值范围内，当结晶速率很低时均可形成有序的化学计量的白云石。,成分较纯，几乎不含杂质；因此，（显微镜下）清洁、透
16、明、晶形良好、晶面平整而光滑；抗酸蚀能力强。这些特征都与其结晶速度慢、干扰杂质少、组成离子排列高度有序、晶格发育良好和稳定有关。,淡水白云石特征：,从已经掌握到的一些实际资料看，这种淡水白云石是广泛存在的。这是真正的原生白云石，但是这种原生白云石却不具地层学意义，即它们不能形成一定的沉积岩层或地层单位。其实，淡水白云石的生成机理和混合白云化作用的机理在实质上是一致的。这一机理的出现，使白云石或白云岩生成机理的理论又向前推进了一大步。从盐水白云石到淡水白云石这一发展过程，是现代碳酸盐岩岩石学中关于白云化作用学说的又一重大进展。这并不是后者否定前者的进展，而是后者补充和发展了前者，从而使白云化学说
17、的理论更加全面和完善了。,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。,（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
18、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。许多泻湖及内陆盐湖的白云石很可能是这样生成的。,2、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。
19、,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,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,大纲要求,熟悉白云岩的生成机理的主要观点；熟悉白云岩的分类原则及常见的分类命名方案；熟悉白云岩常见类型的基本特征及分布。了解碳酸盐岩主要沉积后作用的特征及影响因素；了解成岩环境概念。重点：白云岩的分类命名；白云岩的形成机理。,思考题：,影响碳酸盐沉积物沉积后变化的因素有哪些？研究碳酸盐沉积物沉积后作用的意义有哪些？试述碳酸盐沉积物沉积后作用主要类型的含义。每种作用发生在沉积后的哪些阶段？其鉴别标志是什么？在碳酸盐岩中文石向低镁方解石转化的机理是什么？重结晶作用的机理又是什么？试述去白云化作用岩石的鉴别标志。在碳酸盐岩中膏化作用的机理是什么？碳酸盐沉积物沉积后作用的五种环境分别可能出现哪些成岩后生变化的类型？,
