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1、2023/11/4,白云岩成因模式,目录,1 基本概念及原理 1.1 白云岩问题 1.2 白云岩形成原理 1.3 白云岩形成有利条件 1.4 白云化模式分类2 白云化模式分述 2.1 微生物白云化模式 2.2 萨勃哈白云化模式 2.3 回流渗透白云化模式 2.4 混合白云化模式 2.5 中-深埋藏白云化模式 2.6 热液白云化模式,1.1 白云岩问题,在近地表常温、常压条件下通过化学合成的白云石在X射线衍射中缺乏超结构反射，而在沉积岩中近地表温度和压力条件下却广泛分布着具超结构反射的白云岩。总体来说越古老的地层中白云岩越多，但具有一定的时间性。白云岩交代过程是持续的、不可逆的，一旦白云化作用开
2、始就会进行到底。,1 基本概念及原理,白云化反应：(2-x)CaCO3(s)+Mg2+(aq)+xCO32-=CaMg(CO3)2(s)+(1-x)Ca2+(aq)交代白云岩：2CaCO3(s)+Mg2+(aq)=CaMg(CO3)2(s)+Ca2+(aq)原生/重结晶白云石：Ca2+(aq)+Mg2+(aq)+2CO32-=CaMg(CO3)2(s),1.2 白云岩形成原理,1.3 白云岩形成有利条件,白云化流体交代先期形成的碳酸盐岩矿物形成白云石的过程称为白云化作用，相应的形成白云石的物理化学环境、Mg2+来源以及水文学动力机制等因素的有机集合称为白云化作用模式。白云岩形成有利的热力学及动
3、力学条件：高Mg2+/Ca2+比；高CO32-/Ca2+比（高碳酸盐碱度）；高温；流体突然被释放CO2的地方；开放的流体环境，使白云化流体不断运抵发生白云石化的位置,有利于白云石形成的环境：存在被交代的石灰岩；海水环境及与海源流体有母源关系的的孔隙流体环境；长期持续稳定的、活跃的水文学驱动机制，以保证长期有效的运送Mg2+和CO32-，和Ca2+的输出；沿断层快速上升的热水溶液，流体中的CO2突然释放的场所。,1.3 白云岩形成有利条件,1.4 白云化模式分类,微生物白云化模式,萨勃哈白云化模式,回流渗透白云化模式,混合白云化模式,浅埋藏白云化模式,中-深埋藏白云化模式,热液白云化模式,压实白
4、云化模式,热对流白云化模式,构造挤压白云化模式,地形补给白云化模式,目录,1 基本概念及原理 1.1 白云岩问题 1.2 白云岩形成原理 1.3 白云岩形成有利条件 1.4 白云化模式分类2 白云化模式分述 2.1 微生物白云化模式 2.2 萨勃哈白云化模式 2.3 回流渗透白云化模式 2.4 混合白云化模式 2.5 中-深埋藏白云化模式 2.6 热液白云化模式,2.1 微生物成因模式,Vasconcelos等（1995）在厌氧的条件下,利用硫酸盐还原细菌沉淀出了具有超反射结构的有序白云石，提出微生物白云岩模式。随着研究的不断深入,不仅是硫酸盐还原细菌,还有甲烷厌氧细菌和需氧的嗜盐细菌都可以促
5、进原生白云石沉淀。,2.1.1 硫酸盐还原模式,2.1.2 甲烷还原模式,甲烷形成的两种主要方式:海洋环境：CO2+4H2自养产甲烷菌CH4+2H2O 淡水环境：CH3COO-+H2O食醋酸产甲烷菌CH4+HCO3-甲烷形成后向上扩散，在硫酸盐还原带和甲烷生成带之间形成硫酸盐-甲烷过渡带(SMT)。在这个过渡带中,甲烷的厌氧氧化过程(AOM)将CH4氧化为CO2，SO42-被还原。使SO42-浓度降低，Mg2+浓度升高，PH升高，形成有利于白云石沉淀的环境。CH4+SO42-硫酸盐还原菌HCO3-+HS-+H2O,2.1.3 需氧模式,海洋中的有机质在好氧微生物作用下发生有氧氧化作用，通过代谢
6、含氮有机物质(蛋白质,氨基酸,氨基酸,核酸)，释放出CO2和NH4+：C3O3H7N+2.5O2需氧微生物3HCO3-+2H2O+NH4+2H+需氧模式主要依靠微生物代谢使pH值升高,增加胞外聚合物（EPS）基质中碱度,来促进白云石沉淀。,2.1.4 微生物成因白云岩特征,具有球粒状、哑铃状或是花椰菜状的外形以及放射纤维状的内部构造；球状白云石成核之后，随埋深的增加，富钙球状白云石颗粒表面以无机形式继续生长，同时有序度增加，转变为菱形有序白云石，起到“晶核”的作用；趋向于沉积同生期-准同生期形成，形成深度较浅；受硫酸盐还原细菌、甲烷厌氧细菌和嗜盐细菌影响。,2.2 萨勃哈白云化模式,蒸发作用强
7、烈的热带地区的潮上带；向岸风推动海水到达潮上带或毛细管作用使镁离子得到补给；石膏沉淀，使粒间水或表层积水的Mg/Ca比提高；高镁粒间水，Mg2+交代文石中的Ca2+。,萨勃哈白云岩特征,以泥晶-微晶级白云石为主；生物多样性缺乏，尤其缺乏窄盐度生物；较低的13C和较高的18O值，Sr和Na含量高，Fe和Mn含量低；常与石膏或硬石膏伴生；分布受沉积环境控制，具有一定的区域性；白云化效率随海进、海退变化；很难形成良好的储集层，一般与伴生的蒸发岩形成致密盖层。,2.3 回流渗透白云化模式,受限的泻湖盆地；海水经蒸发浓缩，盐度比正常海水高，Mg/Ca比值高；由于密度差异，高镁粒间水穿过下伏石灰岩时发生白
8、云化作用；白云化流体向广海一侧流动，被替代的Ca2+也随之回到广海。,白云岩化区,回流渗透白云岩特征,以粉晶-中晶为主，晶面平直，自形-半自形；常与层状、结核状石膏或硬石膏共生，下伏于蒸发岩之下；与超咸水环境有关，故具有较高的18O值，但一些较深地层形成的白云岩会使18O值降低；只要经历足够长时间的回流白云化，可形成大规模的白云岩体，但只局限在台地范围内；基质或其他结构选择性白云化，因而原始结构保存完好。,2.4 混合白云化模式,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）,在海水为5-45%的混合液范围内，将发生方解石被白云石交代的作用，即混合白云化作用。
9、,2.4 混合白云化作用,海水间隙水和向海方向运移的淡水的混合区发生白云化作用。,混合白云岩特征,晶体相对干净，大小通常为1-100m，晶面平直，自形-半自形，常见菱形晶体；缺乏蒸发岩，有大气淡水成岩组构，如铸模孔等；可作为微孔隙、大孔隙、铸模孔、晶洞和洞穴的胶结物形式产出，也可以交代形式出现；白云化能力非常有限，通常只在台地边缘发育；白云石流体包裹体盐度及与之相关的18O值在淡水与盐水之间。,混合白云岩模式存在问题,混合带流体在热力学上对白云石上是过饱和的，但对方解石/文石也是过饱和的；动力学上虽然对白云石过饱和而对碳酸钙不饱和，但碳酸钙的溶解速度是白云石晶核生长速度的很多倍；大部分沿岸混合
10、带的宽度只有几百米，并且作为对海平面波动和沉降的响应，水流经过岩石的速度很快，从而阻止了Mg的长期稳定供给。,2.5 中-深埋藏白云化模式,中-深埋藏环境已经离开沉积环境，孔隙流体是最主要的介质，其化学性质主要受地下成岩过程中水-岩相互作用控制，以还原条件为特征，出现缝合线。白云化流体不是直接源于蒸发海水或混合水，可能来自细粒沉积物的孔隙水和吸附水，地层流体等。流体驱动力不是简单的流体密度差，可能为地层超压、构造挤压、水头压力、热对流等驱动机制。,2.5 中-深埋藏白云化模式,所有的埋藏白云化模式本质上都是水文学模式，但不同的模式对于流体驱动的驱动力和驱动方向不同，可以总结为以下四种类型：压实
11、流；热对流；地形驱动流；构造驱动流。,2.5.1 压实驱动模式,随埋藏深度的增加，松散沉积物中的孔隙流体在上覆荷载增加的过程中逐渐压实脱水，一些富镁的压实流体进入到临近渗透性较好的灰岩，发生白云石化作用。有限的埋藏压实流体只能形成规模较小的白云岩地质体；此外，压实流体倾向于向上运动，很难长距离运移，同样很难形成大规模的白云岩地质体。,2.5.2 构造挤压模式,富镁的地层流体因构造负荷作用产生的挤压变形从地层中排出，并被驱动到盆地边缘导致可渗透灰岩发生白云石化作用。盆地沉积物中因构造产生的白云化流体体积有限，构造挤压体系中流体通量小且时间很短暂，很难形成大规模的白云岩地质体。,2.5.3 热对流
12、模式,热对流的原始驱动力源于温度在空间上的差异，并导致孔隙水密度和有效水头的改变，以下情况可能造成这种差异：火成岩侵入造成其附近热流密度的升高；温暖的台地水域和寒冷的大洋水域之间的侧向温度差；岩性变化造成的热传导率的差异。,2.5.4 地形补给模式,沉积盆地抬升造山，区域甚至整个盆地暴露在大气水的补给环境下，在水头压力的驱动下穿越可渗透地层，并不断发生水-岩交互作用使矿化度增加，其中一些富镁的地层流体进入到可渗透的灰岩，发生白云石化作用。要发生体积上有意义白云化作用需要在接触被白云化灰岩之前的流经路径中溶解足够的Mg2+。,2.5.5 埋藏白云岩特征,白云化岩层内发育缝合线；晶体结构演变为非平
13、直晶面或粗的平直晶面，他形-半自形，常发育鞍形白云石；具有偏负的氧同位素，较高的流体包裹体均一化温度和均一的阴极发光性；部分外来白云石化流体成因的白云岩中的Sr同位素具有放射性。,2.6 热液白云化模式,热液（hydrothermal）是具有比周围环境更高温度（或更多）的流体，然而，流体的温度并不是主要的，流体与围岩的温度差是主要的。如果热液作用携带了足够的 穿越可渗透性灰岩，那么就有可能发生白云化作用，形成的白云岩称为热液白云岩。,2.6 热液白云化模式,热液流体的大规模运移及由此引起的一系列地质作用都与断裂作用有关，并且对一些特殊的构造背景有一定的偏好：伸展（正）断层，特别是断层的上盘；扭张（深大走滑）断层；断层交汇处。,2.6 热液白云化模式,热液白云化模式（据陈代钊，2008）,热液白云岩特征,中-粗晶结构，非平直晶面，广泛发育鞍形白云石；含少量热液矿物，如闪锌矿、方铅矿、石英、黄铁矿、重晶石以及萤石等；还经常可见被鞍形白云石充填的因剪切应力形成的微裂缝、斑马纹构造和白云岩角砾；宿主灰岩中干酪根镜质体反射率曲线出现与正常埋藏深度不协调的关系（强迫成熟）；若热液穿过古老的铝硅酸盐地层，如砂岩含水层，则有显著高于同期海水的87Sr/86Sr值；具有较高的流体包裹体均一化温度，卤水流体盐度较高。,谢谢！请批评指正,
