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1、第五节 白云岩,Dolostones,一 白云岩岩类学,Petrography of dolostones,（一）、概念,白云岩主要由白云石矿物所组成的沉积碳酸盐岩。,一、白云岩的分类,（二）白云岩的成分分类,方解石和白云石系列的岩石类型（据冯增昭，1993）,（三）、白云岩的结构分类,1、石灰岩的结构分类系统和命名原则，基本上也适用于白云岩，因为白云岩也主要是由颗粒、泥、胶结物、生物格架及晶粒等五种结构组分组成的，所不同的是白云岩的成分主要是白云石。,2、白云岩中，晶粒结构发育，泥晶、粉晶、细晶、中晶以至粗晶结构部相当常见；晶粒较粗的，晶形常较好且多呈自形或半自形晶，其集合体常呈砂糖状。,3
2、、在白云岩中，交代结构发育，如，,晶粒较粗的白云石菱形体交代各种颗粒及化石等。,晶形较好的白云石菱形体，常具环带或污浊核心等交代残余现象。,石灰岩中的云斑，白云岩中的石灰岩残余体等交代作用现象。,（四）、根据交代现象的有无，可把白云岩划分为两个类型,1、具交代结构的白云岩（包括含白云石的石灰岩）。,2、不具交代结构或其他交代现象的白云岩。,交代成因，次生的，非原生化学沉淀成因,原生沉淀成因？还是 次生交代成因？,（五）白云岩的成因分类,1、原生白云岩由以化学沉淀方式从水体中直接沉淀出的化学计量的白云石所组成白云岩。,2、次生白云岩指一切非原生沉淀作用形成的白云岩或一切由交代作用或白云化作用生成
3、的白云岩。,同生白云岩指刚沉积的碳酸钙沉积物或者是原白云石沉积物，在沉积环境中，而且还仍然在沉积水体的影响下，在沉积物与水界面处，通过交代作用或白云化作用所形成的白云岩。,准同生白云岩指刚沉积不久的碳酸钙沉积物，虽然其沉积环境条件并未变化，但它已基本上脱离了其沉积的水体，基本上不再受其沉积水体的影响，是通过交代作用或白云化作用而生成的白云岩。,成岩白云岩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。,后生白云岩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。,3、其它白云岩术语,碎屑白云岩生物白云岩化学白云岩风化白云岩地层白云岩 构造白云岩,二 白云岩的生成机理
4、,Mechanisms of dolomitization,白云岩的成因问题，主要是白云岩的生成机理问题，是碳酸盐岩岩石学中最复杂的、争论时间最久的、最难解决的问题之一。,20世纪60年代以来，出现了一系列的白云化学说。,（一）、原生沉淀作用,primary precipitation,以化学沉淀的方式从水体中直接沉淀出来的白云石。,现在，在常温常压条件下，在实验室中尚未合成出真正的、化学计量的白云石。,在已发现的近代白云石实例中，最“过硬”的原生白云石的实例有两个。,澳大利亚南部的考龙泻湖中的白云石,特点：水很咸、PH值很高、植物很茂盛,通过光合作用，植物从水中吸取CO2，从而使水的PH增高
5、，就促使白云石沉淀。,湖水中的白色悬浮物是很细的高镁方解石和富钙白云石。,据测定，白云石的堆积速度为0.20.5mm/年。真是太快了!,（二）同生白云化作用,机理：在沉积物水界面处形成的方解石被白云石交代。,环境：浅水（冬春30cm深，夏秋仅少量盐水）pH值高（9.510）,白云石特征：内部为化学计量的白云石（Ca50Mg50（CO3）100），外部富钙。,美国加利福尼亚州深泉湖（盐湖）,（三）、毛细管浓缩作用准同生白云化作用,Capillary concentrationPenecontemporaneous dolomitization,在现代热带地区的潮上带，其表层的碳酸盐沉积物中正在进
6、行着准同生白云化作用。,1、原理,热带地区潮上带，刚沉积的疏松的文石颗粒间的正常海水在干热气候中不断蒸发。同时海水又通过毛细管作用，源源不断地补充到这些疏松的沉积物的颗粒之间。久而久之，粒间水的盐度增大，从这种盐水中首先沉淀出来的是石膏，使粒间水或表层积水的Mg/Ca高达20:1甚至更高（正常海水的Mg/Ca约为3:14:1）。这种高镁的粒间盐水或表层水经常与文石颗粒相接触，使文石被交代，被白云化，即使文石转化为白云石。,准同生白云化的其它表现形式图解,具潮上环境特征，如蒸发矿物(石膏、石盐等)。,2、特征,晶粒细小，为泥晶、粉晶,颜色为黄色、土黄色,因离陆源较近，含泥质,岩层厚度以薄层为主,
7、（四）、回流渗透白云化作用,Dolomitization by seepage-refluxion,在潮上地带形成的高镁粒间盐水，当其对表层沉积的的白云化基本完了时，产生这种高镁盐水的地质条件还仍然持续存在，那么多余的高镁盐水必然会向下回流。,1、原理,这种向下回流渗透的高镁盐水，在其穿过下伏的碳酸钙沉积物或石灰岩时，必然会使它们发生白云石化；从而形成白云岩或部分白云化的石灰岩。,戴菲斯等（Deffeyes et al.，1965）曾以拉丁美洲小安的列斯群岛博内尔岛的潮上地区及泻湖为例，对这一作用进行了详细的论述。,晶粒一般较粗，多在粉晶以上，如砂糖状白云岩。,2、特征,形成较晚，一般在成岩期
8、的，甚至是成岩期以后的。,常与准同生白云岩伴生，底面参差不齐，呈锯齿状等。,原生沉淀、同生白云化、准同生白云化（毛细管浓缩）和回流渗透白云化的共同点：干燥炎热的气候高Mg/Ca盐水盐水白云石,（五）、混合白云化作用,Dorag dolomitization,还有一些白云岩，如广泛分布的与陆表海陆棚或构造高地共生的白云岩，并没有蒸发岩，也缺乏潮上环境的成因标志。,前述三种白云石生成的机理，都有一个共同点，即都需要干热的气候，都需要高Mg/Ca比率的盐水，都把白云石当作一种蒸发矿物看待。,巴迪奥札曼尼（Badiozamani，1973)提出了大气水（淡水）与海水混合的白云化作用的机理。,Badio
9、zamani首先用实验方法证明大气水与正常海水的混合液对方解石和白云石的饱和程度的影响。,1、原理,在海水为530%的混合液范围内，将发生方解石被白云石交代的作用，即白云化作用。,Badiozamani用这一混合白云化作用的机理解释美国威斯康星的中奥陶统的白云岩的成因，得到了满意的效果。,（六）、淡水白云化作用,Folk和Land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，都可以形成白云石，溶液的Mg/Ca比率只要近于1:1即可。,（七）调整白云化作用,在大气水的影响下，原来的碳酸盐沉积物的成分，经过淋滤、溶解作用和交代作用，在化学成分及矿物成分上进行重新
10、组合或调整而发生白云化。所需的Mg2+来自隆升区高镁方解石的溶解。,当海平面下降使沉积物中的高镁方解石暴露于大气淡水中时，高镁方解石就会发生溶解，释放出Mg2+，使该处或下伏的碳酸盐沉积物发生白云石化。,基本原理,这种白云石化作用所需要的镁就来自沉积物本身，不需要另外的镁来源。,它所需要的条件主要是海平面相对下降，使原生沉淀的不稳定的碳酸盐矿物暴露于大气水作用下，从而使这些不稳定的碳酸盐矿物发生溶解作用和调整白云化作用。,能直接生成白云石的生物，现在只知道一种，即海胆。海胆牙齿的致密轴带含有白云石。,1、生物白云化作用,但许多生物可以沉积出镁方解石。在成岩作用过程中，镁方解石中的镁可以释放出来
11、，从而形成富镁的粒间水，这种粒间水可以使其周围的碳酸钙白云化。,（八）、其他白云化作用,在沉积物被埋藏以后，在成岩作用阶段，白云石可以作为砂岩的胶结物而出现。,2、埋藏白云化作用,4、碎屑白云石,3、热液白云石和变质白云石,（九）、控制白云石结晶的主要因素Mg/Ca、盐度和结晶速度,白云石是一种很难形成的矿物，其晶格是Ca2+、Mg2+、CO32-离子层相互交替而成。由于Ca2+和Mg2+性质相似，在自然界的结晶作用过程中，很难使他们严格地分离。,Folk和Land(1975)在对各种环境中的白云石结晶作用进行研究之后，提出了控制白云岩结晶作用的主要因素为溶液的Mg/Ca比率、盐度和结晶速度。
12、,但是，如果溶液很稀即溶液的盐度很低，缺乏干扰离子，而且结晶速度很慢，那么Mg2+和Ca2+就可能较好地分离，形成各自的离子层，从而有可能形成化学计量的白云石。,相反，如果溶液盐度较高，干扰或竞争离子较多，结晶速度也较快，那么晶格要求相当严格的白云石就难以形成了。,例如，在蒸发条件下，虽然有高浓度的Mg2+、Ca2+、CO32-离子，但要它们结晶成晶格构造要求严格的白云石，却是困难的。,但在大气淡水环境中，由于离子浓度很低，晶体生长几乎不受杂质干扰。当结晶速很慢时，矿物与周围的溶液将处于近理论上的平衡状态。这时，即使Mg/Ca比率很低甚至接近于1:1，也可以形成有序的化学计量成分的白云石。,F
13、olk和Land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，都可以形成白云石，溶液的Mg/Ca比率只要近于1:1即可。,Folk和Land还设计了一个盐度、Mg/Ca与白云石和方解石结晶范围图解。,二、白云岩的主要类型,1.准同生（或同生）及早期成岩白云岩,（1）与蒸发岩准同生白云岩与蒸发岩共生，微晶，见纹层、鸟眼、干裂等（2）与石灰岩共生的早期成岩白云岩微晶白云岩豹斑、疙瘩白云岩生物灰岩（3）与陆源沉积物成互层的同生白云岩无蒸发岩和灰岩：与红层共生的同生白云岩（4）分散在陆源沉积物中的同生白云石晶体蒸发潮坪砂粒间析出的白云石晶体（5）生物作用生成的同生白云岩,2.碎屑白云岩,白云岩破碎后经搬运再沉积碎屑岩,3.晚期成岩及后生白云岩,（1）层内白云岩（2）沿地层不连续面形成的白云岩（3）后生白云岩,本节要点：,毛细管浓缩作用准同生白云化机理（重点）回流渗透白云化机理（重点）混合白云化机理（重点）控制白云石结晶的因素（重点）,
