学科：矿床地质学

词目：白云石化

英文：dolomitization

释文：白云岩化是指灰岩被富镁流体交代而形成白云岩的过程。?

白云岩成因相关问题及主要形成模式

张学丰胡文瑄 张军涛

南京大学地球科学系，南京210093

摘 要：随着白云岩储层中的油气勘探不断取得突破，与白云岩储层相关的白云岩成因问题又成为人们研究的热点。为了理清白云岩相关成因问题的来龙去脉并开拓思路，本文总结阐述了与之相关的四个方面问题：（1）原生沉淀与次生交代分歧依旧，但越来越多的证据表明次生交代为主；（2）白云石之所以难以直接沉淀的原因是结晶动力学条件制约，而非热力学因素；（3）控制次生交代强度和规模的关键条件是富Mg流体的来源及其量的大小；（4）微生物活动很可能有助于白云岩的形成。另外，就白云岩化模式而言，尽管人们提出了十余种模式，但其核心是构建富Mg流体与先成钙质碳酸盐岩相互作用的条件与场所，其中浓缩正常海水模式、萨布哈模式、混合水模式和埋藏白云岩化等模式具有一定的普遍性和相对重要性。

主题词：白云岩 次生交代Mg的来源 动力学条件 微生物作用 形成模式

白云岩的形成模式

任何白云岩化模型都与水文环境有关，水文条件是对白云岩演化最重要的制约（Warren，2000）。基于上述考虑，人们提出各种得以实现白云岩化的水文模型，如：

萨布哈蒸发泵模式（Friedman和Sanders，1967；Daniel等，1990）；

渗透回流模式（Adams和Rhodes，1960）；

毛细管浓缩模式（Sherman等，1947）；

溶液调整白云岩化模式（Goodell和Garman，1969）；

地下水与海水混合模式(Hanshow等，1971)；

多拉哥模型（Badiozamani，1973）；

热泉模式（Fanning等，1981）；

风暴流模式（Patterson和Kinsman，1982）；

Kohout对流模式（Simms，1984；Saller，1984）；

潮汐泵模式（Carballo等，1987）；

海岸混合带模式（Humphrey 和Quinn，1989）；

蒸发混合水模式（Gill等，1995）等。

虽然表面上看来这些模式各不相同，但其内涵都是一致的：即具备特定的环境特点，为钙质碳酸盐（可含Mg）和富Mg流体的形成提供条件，并具备特定的水文学条件，使富Mg流体能够与Ca质碳酸盐相互作用，并发生白云岩化。

参考：【张学丰等, 2006, 地质科技情报, 25 (5), 32-40】

白云岩

白云岩由白云石矿物集合而成，白云石和方解石是近亲，都是碳酸盐类矿物，是由镁离子取代了方解石中部分的钙离子而形成，所以在颜色、外观及物理上都非常相似。方解石以[ CaCO3 ]为主，形成灰岩；白云岩主要成分为白云石[ CaMg(CO3)2 ]。

区分的方法是利用稀盐酸试之，会产生大量二氧化碳汽泡者为方解石，白云石与稀盐酸反应并不明显，不会有大量的二氧化碳产生。

白云岩的成因问题多年来一直是沉积学争论的重大问题之一。古代地层中所见的白云岩大多具有交代的证据，它们是经白云石化作用所形成的。白云石化作用的机制很复杂，并不是一种机理所能概括，学者们提出了许多白云岩化作用的机理来解释白云岩的成因。

绝大多数蒸发作用的白云石都出现在潮坪带，如波斯湾、佛罗里达和巴哈马滩等地。在广阔的潮坪区和潮坪盐沼的细粒沉积物表面，都存在白云石化薄壳或白云石化深入沉积物浅层之内，而潮间带及潮下带沉积物主要为碳酸钙。这些地区的白云石化作用，被认为是由于潮坪区沉积物的孔隙水的高盐度和高Mg/Ca的卤水的交代作用。弗里德曼和桑德斯(1967)提出潮坪区高盐度、高Mg/Ca的卤水是一种“向上运移的孔隙水因蒸发引起的毛细管浓缩作用”所造成。许靖华和西根塞勒(1969)用实验证明这—机理而称之为“蒸发泵作用”。在潮坪区早先沉积的碳酸钙沉积物饱含孔隙水，在强烈蒸发时孔隙水沿毛细管上升，并使沉积物下部与海水沟通的孔隙不断获海洋正常海水的补给，就象泵汲一样。蒸发泵汲作用不断进行，使潮坪沉积物上部孔隙水盐度大大增高，出现文石、高镁方解石及石膏沉淀，从而增高了卤水中Mg/Ca，这些卤水就成为一种交代溶液，逐渐交代碳酸钙沉积物而成白云岩。

许多海洋生物可以沉淀高镁方解石，如藻类能浓集镁，从而为钙质沉积物中发生白云石化提供了高Mg/Ca比值的条件；1975年福克在总结了形成白云石Mg/Ca的控制因素与盐度的关系，提出在稀溶液中，由于干扰离子少，在结晶速度缓慢的情况下，也能形成白云石。因而提出很多白云石是海水被淡水的冲淡而形成的；现代深海钻探资抖表明，富白云石岩层十分普遍。博纳蒂(1966)在东地中海深海沉积物内发现有l0-30μm大小的菱形白云石晶体，这些碳酸盐软泥，推测与海底火山作用的无机沉淀有关。

白云岩的成因问题多年来一直是沉积学争论的重大问题之一。古代地层中所见的白云岩大多具有交代的证据，它们是经白云石化作用所形成的。白云石化作用的机制很复杂，并不是一种机理所能概括，学者们提出了许多白云岩化作用的机理来解释白云岩的成因。

亚当斯等(1960)在研究美国二叠纪白云岩的成因时，提出了蒸发泻湖渗透回流作用形成交代白云岩的假说。后来迪菲耶斯等(1965)在研究加勒比海的博内尔岛的现代白云石形成时，也证实存在这种作用。亚当斯和罗德斯(1960)等所提出的蒸发泻湖渗透回流作用机制是：在蒸发强烈的海洋地区，堡礁或沙堤所阻挡的近岸泻湖，与外海海水交流不能正常进行，在强烈的蒸发作用下，使间歇性进入泻湖的海水盐度不断增高。向岸方向盐度更高。当盐度达到72‰时，除CaCO3以文石和高镁方解石方式沉淀外，开始出现石膏沉积，向岸越近其蒸发作用越强烈。当盐度达到199‰，沉积物中大量出现石膏并逐渐出现石盐。大量过盐水中的Ca被沉淀。大大提高了海水中 Mg含量。这种重卤水沉降到泻湖底部并顺着泻湖向海洋方向平缓的斜坡流动，当遇到堡礁或沙堤和附近的沉积物时，由于沉积物的孔隙中饱含正常盐度海水，因浓度差使高盐度高密度的重卤水向含低盐度和低密度的正常海水沉积物中渗透，并向海洋方向回流。在流经疏松的钙质沉积物和礁体时，Mg进入沉积物的CaCO3晶格中，逐渐形成白云石。

白云石可以成为直接沉沉的后期胶结物，这已为砂岩的埋藏成岩作用的研究资料明确地证实了（Boles，1978；Land and Dutton，1978）。这种白云石常含Fe﹢﹢ ，甚至在成分上可以是铁白云石，这反应在陆源沉积系统中常有大量的Fe﹢﹢ 。在沉积盆地中，页岩可以是成岩作用中的几乎所有组分的物质来源，但是仍不能肯定它是镁的来源。绿泥石在页岩中的沉淀作用可以局部地富集镁。含岩的地层水十分贫镁，常常达到方解石—白云石的平衡条件。从这种平衡条件的水中供应大量的镁，当然需要巨大体积的水，尤其在渗透率较差的岩石中。

因此，在现在，用这一机理还难以解释大量的交代成因的白云石，因为没有大量的镁来源。运移在盆地中的镁并不产生新的白云石，是完全可能的；但在这种情况下，新的交代白云石或胶结物，一定会被盆地内某地的新的去白云化作用或次生孔隙的生成所平衡。在埋藏以后，钙、镁以及溶解碳酸盐的流动性是绝对不能忽视的。在埋藏过程中，页岩将很快的“去白云岩化”（Hower et al，1976），从而为新的碳酸盐相提供了一个大量的物质来源。但是，在这一成岩作用过程中，由于钙的损失量至少是镁的6倍，因此方解石比白云石损失得更多。砂岩可以被碳酸盐胶结以及再次胶结（Miliken et al. ,1982），而碳酸盐也可以经历相似的复杂的历史。在碳酸盐岩中，有后期的次生孔隙（Moore and Druckman，1981）。埋藏的碳酸盐岩中的一些结构可能是方解石选择溶解的结果，所遗留下的白云质组分“不溶残余物”一样（Wanless,1979）。

把白云化作用-去白云化作用（受溶液Ca/Mg比的控制）与胶结作用-次生孔隙生成作用（受溶液的酸度控制）区分开，是十分重要的。白云化作用很难保存CO2(Weyl,1960;Degens and Epstein,1964).具低Ca/Mg比和能白云化的溶液，既可以引起纯粹的胶结作用，也可以引起纯粹的溶解作用，这决定于穿过岩石的溶液中的碳酸盐含量的变化。增加CO2（由于有机质的成熟作用）可以引起纯粹的溶解作用，而减少CO2（CO2进入附近的碳酸盐含量较低的地层）则引起纯粹的沉淀作用。因此，白云化作用既可以导致孔隙的降低（由于胶结作用和（或）与重结晶作用伴生的压实作用），也可以导致孔隙的增大（次生孔隙的形成）。对于去白云化作用，也是如此。

具有晶面孔隙的白云岩储集岩可能是欠稳定的富钙相的重结晶作用（由富CO2的具溶蚀性的溶液而引起）而产生的。欠稳定相的一些或全部的较富钙的部分（较易溶的）可能溶入溶液，而新增加的白云石也可能被溶解掉。较难溶的组分则重结晶，其晶间孔隙是由于富钙部分的溶失而引起的。在一定意义上讲，这可能是“自己形成储集岩”，即在白云石的重结晶作用过程中，CO2的演化作用可以创造出储集岩。