成都理工大学沉积岩读书报告

沉积岩读书

报告

班级:2011010105

学号:201101010525

姓名:曾纪培

任课老师:张萌

白云岩成因分析与模式

通过一些文献与专著的阅读发现：目前大多数学者认为原生白云岩很少，仅形成成于某些湖泊如泻湖，地史时期的白云岩多是交代成因；Mg[2+]来源于成岩流体、生物、岩浆岩与粘土矿物。Mg[2+]通过有效的运移系统到达碳酸盐沉积物；根据成因机理的不同白云岩有以下五种基本模式：蒸发泵毛细管作用模式、渗透—回流作用模式、大气—海洋白云化模式、埋藏白云化模式、热液成因模式。

一、白云石形成的化学机理

由于自然界中以交代成因的白云石为主，下面介绍的白云石形成机理以交代成因为主,用方程式表示为：

（1）

其自由能变为—1.83kcal/mole,说明其热动力方向为白云石化的方向，方程的平衡常数为：K= /，经计算k=0.67。当溶液中的k>0.67时有白云石化的趋势。交代成因的另一方程式为：

其自由能变为—13.24kcal/mol.

要使石灰岩彻底白云石化就需要大量的Mg[2+]进入反应体系中，这就需要Mg[2+]的来源与有效的运移系统。Mg[2+]主要来自以下三个：1、成岩流体.是沉积物固结成岩过程中孔隙中的水2、岩浆岩及粘土款物中的水，橄榄石蛇纹石化及蒙脱石等粘土矿物转化成伊利石·等过程都释放Mg[2+]。3、生物来源的Mg[2+]。一些植物在新成代谢过程中富集Mg[2+]，死亡后随碳酸盐一起埋藏。

海水是成岩早期地表和近地表白云化作用所需Mg[2+]唯一丰富来源，其

Mg[2+]/Ca[2+]=5.2>0.67，但海水中却没能沉淀白云石，其主要原因归属于白云石的动

力学问题。其中最重要的是：1、海水的离子浓度高使碳酸盐的沉淀速率很快，但白云石是高度有序的矿物需要很慢的沉淀速率才能形成。2、Mg[2+]的水合作用。海水中的Mg[2+]比Ca[2+]更容易与水化合。因此Ca[2+]比Mg[2+]更容易进入Ca-Mg碳酸盐晶体中。3、CO3[2-]低活性。主要由于其在海水中易形成HCO3[-]与Mg[2+]结合的离子变少导致。4、抑制离子的存在如SO4[2-]。在海水中发生反应：

CaMg(CO3)2+SO4[2-]=2CaCO3+Mg[2+]，使已形成的白云石发生去白云石化。

同时，有效的运移系统是必须的，如蒸发潮坪等环境存在。

因此，要形成白云石必须满足：Mg[2+]/Ca[2+]>0.67；有效的运移系统；突破抑制白云石化的动力学因素。

二、白云石成因模式

白云石形成的五种模式白云化流体、流动形式和地质背景等不同，但彼此之间有一些共同的特点，有时几个模式可以适用同一个环境与地层。因此，在使用某种模式时，需要了解白云岩的古地形、相、范围、分布、岩石与地球化学等因素。

1、蒸发泵毛细管作用模式

该理论最先由Shinn与Ginsbug,Friedman,Sanders,许静华通过野外与实验室的一系列研究提出白云石化的毛细管作用模式。这种作用机理是海岸带地表的蒸发作用就像抽吸泵一样使海水沿着沉积物的毛细管孔隙向路上不断运移同时又使粒间水因不断蒸发而不断浓缩，提高盐度与Mg[2+]/Ca[2+]比率从而不断促进白云石化的进行。这种作用的主要特征是：白云石主要富集于潮上带形成薄层；白云石化主要发生在潮间带与潮上带，形成的主要为同生白云岩，多为微晶或细晶结构；由于为蒸发环境，所以常有干裂、鸟眼等暴露构造，并有蒸发盐夹层。

2、渗透-回流模式

这一模式是指泻湖或潮坪孔隙水蒸发产生白云化流体，这些流体又渗入下伏碳酸盐沉积物中。这种作用的机理是：泻湖中的海水因蒸发作用已达到石膏的沉淀点，使超咸水盐度更高，

Mg[2+]/Ca[2+]比值可能大于8.4,。这些超咸水在重力作用下向低洼处流动并向开阔海流去若达到碳酸钙沉积物渗透带，重盐水就向下渗透，其中的Mg[2+]置换沉积物中的Ca[2+]，使之白云化。该机理的反应方程式：

在这一反应中，CaSO4的沉淀对白云石化很有利。该机理白云石化形成特征是：白云石化强度从沉积物的表层向深部逐渐增强，并向海盆方向不断扩展、增强；并且白云石中常出现石盐胶结物，这也可作为高矿化盐水通过的证据；该模式形成的深度一般为700米，

Mg[2+]/Ca[2+]=10或30，形成的白云岩为成岩白云岩，且为微晶或粉晶白云岩。

3、混合带模式

该理论最先由Badiozamani提出该作用的机理是：海水与地下淡水或大气淡水混合稀释了海水，避免了高离子强度、降低白云石沉淀的干扰离子和沉淀速率快的问题，从而克服了白云石形成的动力学障碍，若海水被大气水或地下水稀释则镁钙比值为5，与在海水中的相差不多，则比较容易沉淀出白云石。同时计算也表明，地下水与30%左右的海水混合，将会对白云石增强饱和，但对方解石不饱和。这样就可以解释在海水-大气水混合带内盐度降低，但镁钙比值可保持不变，从而产生白云石化作用。

由于大气-海水混合带模式取决于流体的有效的运移。因此，古地形是混合带白云岩分布的主要控制因素。它们一般位于碳酸盐台地的向陆方向，并与孔隙发育相带有关。大气淡水与海水混合形成的白云岩多为颗粒白云岩、礁白云岩，而地下水与海水混合形成的白云石结构取决于交汇处灰岩的结构，多形成细-中晶白云岩和斑状白云岩。这两种情况下形成的白云岩属成岩白云岩，且白云岩多具有雾心亮边的特点。用这一理论解释美国威斯康星中奥陶统白云岩的成因，取得令人满意结果。

4、埋藏白云石化模式

在许多白云岩中，可发现白云岩在埋藏期间沉淀的现象。这一模式的主要机理是盆地内的泥岩被压实脱水并把富镁的流体排到附近的陆棚边缘和台地碳酸盐岩中。镁离子的来源是孔隙水与粘土矿物的变化。形成的深度一般为2000—3000米左右，Mg[2+]/Ca[2+]为4—10.有人认为埋藏白云石化是早期形成的白云石后期调整和加强，埋藏作用下的白云石有序度一般都较高。埋藏白云石化还常与裂隙和缝合线的发育有关，临近缝合线的区域白云石化逐渐加强；其次埋藏白云石化·也与热液有关。

该模式·形成的白云石一般为颗粒白云岩和粉晶—粗晶白云岩，主要形成于陆棚边缘和·碳酸盐台地。

该模式的主要问题是孔隙水长距离搬运到附近的浅水碳酸盐台地，许多孔隙水是向上流动而不是横向流动；此外，盆地泥岩没有连续的来源提供镁离子；对于深部整个碳酸盐层是否可以白云石化仍存在争议。

5、热液成因模式

该模式的主要机理是深部富镁的热流体流经上伏灰岩地层，对其进行白云石化改造，热液的标准是热液的温度高于环境温度5度以上，热液主要来自区域构造、岩浆侵入、变质作用等。白云石形成的深度一般为3500米，镁钙比值为4—10。热液白云岩的形成的直接证据为热液白云石，热液白云石属于典型的后生白云石，以基质交代型为主和裂隙、溶洞、溶孔内壁胶结的鞍状白云石为主。热液白云岩的形成较深，大部分被交代的灰岩已经经历了重结晶作用，所以热液白云石形成的多为结晶白云岩或具一定渗透性的颗粒白云岩。交代过程具有一定的溶蚀性，常伴随角砾化现象。

参考文献

1、Maurice E.Tucker、V.Paul Wright.碳酸盐岩油气勘探译文集(曾国寿译），石油工业出版社，1992。

2、何镜宇、孟祥化.沉积岩和沉积相模式及建造，地质出版社，1987。

3、赫云兰、刘波、秦善，白云石化机理与白云石成因问题研究，北京大学学报（自然科学版），第46卷，第6期，2010年10月。

4、曾允孚、夏文杰.沉积岩石学，2011年9月。