15第十三章白云岩1

第十三章第十三章 白云岩白云岩 Dolostones 第一节第一节 白云岩岩类学白云岩岩类学 1 1概念概念 白云岩白云岩主要由白云石组成的沉积碳酸盐岩。主要由白云石组成的沉积碳酸盐岩。 2 2白云岩的结构分类白云岩的结构分类 （1 1）石灰岩的结构分类系统和命名原则，基本上也）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。同的是白云岩的成分主要是白云石。 （2 2）白云岩中，晶粒结构发育，泥晶、）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，其集合好且多呈自形或半自形晶，其集合体常呈砂糖状体常呈砂糖状 （3 3）在白云岩中，交代结构发育，）在白云岩中，交代结构发育，如如 晶粒较粗的白云石菱形体交代各晶粒较粗的白云石菱形体交代各种颗粒及化石等。种颗粒及化石等。 晶形较好的白云石菱形体，常具晶形较好的白云石菱形体，常具环带或污浊核心等环带或污浊核心等交代残余现象。交代残余现象。 石灰岩中的云斑，白云岩中的石石灰岩中的云斑，白云岩中的石灰岩残余体等灰岩残余体等交代作用现象。交代作用现象。 3. 3. 根据交代结构与其伴生的其他交代现象的根据交代结构与其伴生的其他交代现象的有无，可把白云岩划分为两个类型：有无，可把白云岩划分为两个类型： （1 1）具交代结构的白云岩（包括含白云）具交代结构的白云岩（包括含白云石的石灰岩）石的石灰岩） 交代成因，次生的，非原生化学沉淀成交代成因，次生的，非原生化学沉淀成因的因的 （2 2）不具交代结构或其他交代现象的白）不具交代结构或其他交代现象的白云岩云岩第二节 白云岩的生成机理白云岩的成因问题，主要是白云岩的生成机白云岩的成因问题，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。论时间最久的、最难解决的问题之一。一、原生沉淀作用（一、原生沉淀作用（primary primary precipitationprecipitation） 1. 1. 原理原理 以化学沉淀的方式从水体中直接沉淀出来以化学沉淀的方式从水体中直接沉淀出来的白云石的白云石 现在，在常温常压条件下，在实验室中仍现在，在常温常压条件下，在实验室中仍然未合成出真正的、化学计量的白云石。然未合成出真正的、化学计量的白云石。 2. 2. 实例实例 （1 1）澳大利亚南部考龙泻潮中的白云石）澳大利亚南部考龙泻潮中的白云石 该白云石是在水很咸、该白云石是在水很咸、PHPH值很高、植值很高、植物很茂盛的条件下形成的。物很茂盛的条件下形成的。 方解石方解石CaCa7777MgMg2323CaCa9393MgMg7 7 白云石白云石CaCa5050MgMg5050（化学计量白云石）（化学计量白云石）CaCa5656MgMg4444（原白云石）（原白云石） （2 2）美国加利福尼亚州的一个盐湖）美国加利福尼亚州的一个盐湖深泉湖深泉湖 湖底沉积物中广泛分布着白云石湖底沉积物中广泛分布着白云石二、毛细管浓缩作用二、毛细管浓缩作用准同生白云化作用准同生白云化作用 1 1、原理、原理 在现代热带地区的潮上带，刚沉积不久的表层沉积物，主要在现代热带地区的潮上带，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，其粒间充满着水。这些粒间水，是文石。这些沉积物还是疏松的，其粒间充满着水。这些粒间水，在开始阶段是正常的海水。由于该地区气候干热，蒸发作用强烈，在开始阶段是正常的海水。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。与此同时，海水又通过毛细这些粒间水就不断地向空气中散发。与此同时，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，这些粒间水的含盐度就变大了，正常的海水就变成了盐水。久之，这些粒间水的含盐度就变大了，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，也可能还有一些其他盐类从这种盐水中首先沉淀出来的是石膏，也可能还有一些其他盐类矿。矿。 石膏的沉淀使粒间水或表层积水的石膏的沉淀使粒间水或表层积水的Mg/CaMg/Ca比率大大提高。正比率大大提高。正常海水的常海水的Mg/CaMg/Ca约为约为3:14:13:14:1，而干热地区潮上地带表层沉积物的，而干热地区潮上地带表层沉积物的粒间水或表层积水，其粒间水或表层积水，其Mg/CaMg/Ca可达可达20:120:1，甚至更高。这种高镁的，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，即使文石转化为白云石。现代潮上地带的白被交代，被白云化，即使文石转化为白云石。现代潮上地带的白云石壳就是这样形成的。云石壳就是这样形成的。 准同生准同生距沉积期很近，刚沉积不久还未脱离沉积环境就距沉积期很近，刚沉积不久还未脱离沉积环境就被交代。被交代。 费里德曼和桑德斯（费里德曼和桑德斯（Friedman and SandersFriedman and Sanders，1967)1967)把这一把这一作用叫做作用叫做“毛细管浓缩作用毛细管浓缩作用”，许靖华和西根撒勒（，许靖华和西根撒勒（Hsu and Hsu and SiegenthalerSiegenthaler，1969) 1969) 把这一作用叫做把这一作用叫做“蒸发泵作用蒸发泵作用”（evaporative pumping dolomitizationevaporative pumping dolomitization）。）。 2 2、特征、特征 （1 1）泥晶、粉晶）泥晶、粉晶 （2 2）具潮上环境特征，如蒸发矿物（石膏、石盐等）具潮上环境特征，如蒸发矿物（石膏、石盐等） （3 3）黄色、土黄色）黄色、土黄色 （4 4）含泥质）含泥质 （5 5）薄层为主）薄层为主三、回流渗透白云化作用三、回流渗透白云化作用 1 1、原理、原理 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，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。这种向下回流渗透的高镁那么多余的高镁盐水必然会向下回流。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。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（戴菲斯等（Deffeyes et al.Deffeyes et al.，19651965）曾以拉丁美洲小安的）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。细的论述。 2 2、白云岩的特征、白云岩的特征 （1 1）形成较晚，一般在成岩期的，甚至是成岩期以后的。）形成较晚，一般在成岩期的，甚至是成岩期以后的。 （2 2）晶粒一般较粗，多在粉晶以上，如砂糖状白云岩。）晶粒一般较粗，多在粉晶以上，如砂糖状白云岩。 （3 3）常与准同生白云岩伴生）常与准同生白云岩伴生四、混合白云化作用四、混合白云化作用 前述三种白云石生成的机理，都有一个共同点，即都需要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，都需要高干热的气候，都需要高Mg/CaMg/Ca比率的盐水，都把白云石当作一种比率的盐水，都把白云石当作一种蒸发矿物看待。蒸发矿物看待。 还有一些白云岩，如广泛分布的与陆表海陆棚或构造高地还有一些白云岩，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。共生的白云岩，并没有蒸发岩，也缺乏潮上环境的成因标志。 巴迪奥札曼尼（巴迪奥札曼尼（BadiozamaniBadiozamani，1973)1973)提出了大气水（淡水）提出了大气水（淡水）与海水混合的白云化作用的机理。与海水混合的白云化作用的机理。 BadiozamaniBadiozamani首先用实验方法证明大气水与正常海水的混合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。液对方解石和白云石的饱和程度的影响。 在海水为在海水为530%530%的混合液范围内，将发生方解石被白云石交的混合液范围内，将发生方解石被白云石交代的作用，即白云化作用。代的作用，即白云化作用。 BadidzananiBadidzanani用这一混合白云化作用的机理解释美国威斯康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。星的中奥陶统的白云岩的成因，得到了满意的效果。五、控制白云石结晶的主要因素五、控制白云石结晶的主要因素Mg/CaMg/Ca、盐度和结晶速度、盐度和结晶速度 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。 1 1、自然界难以形成化学计量白云石的原因。、自然界难以形成化学计量白云石的原因。 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。 2 2、淡水白云石、淡水白云石 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。 淡水白云石特征：成分较纯，几乎不含杂质，清洁，透淡水白云石特征：成分较纯，几乎不含杂质，清洁，透明，晶形良好，晶面平整而光滑，抗酸蚀能力强。明，晶形良好，晶面平整而光滑，抗酸蚀能力强。 淡水白云石广泛存在，但不具地层学意义。淡水白云石广泛存在，但不具地层学意义。六、调整白云化作用六、调整白云化作用 古德尔和加曼（古德尔和加曼（Goodell and GarmanGoodell and Garman，19691969）在对大巴）在对大巴哈马滩上安德罗斯岛上的一口深探井（苏必利尔井）进行详细哈马滩上安德罗斯岛上的一口深探井（苏必利尔井）进行详细的岩石学和地球化学研究以后，提出了一个新的白云化作用机的岩石学和地球化学研究以后，提出了一个新的白云化作用机理理调整白云化作用。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、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组合溶解作用和交代作用，在化学成分及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化，从而生成白云岩或调整，使原来的碳酸盐沉积物发生白云化，从而生成白云岩的作用。的作用。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，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，释放出高镁方解石就会发生溶解，释放出MgMg2+2+，使该处或下伏的碳酸，使该处或下伏的碳酸盐沉积物发生白云石化。盐沉积物发生白云石化。 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。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。酸盐矿物发生溶解作用和调整白云化作用。七、其他白云化作用七、其他白云化作用 1 1、生物白云化作用、生物白云化作用 2 2、埋藏白云化作用、埋藏白云化作用 3 3、碎屑白云石、碎屑白云石 4 4、热液白云石和变质白云石、热液白云石和变质白云石第三节第三节 白云岩的成因分类白云岩的成因分类 根据白云岩的生成机理，白云岩可分为原生白云岩和次生根据白云岩的生成机理，白云岩可分为原生白云岩和次生白云岩两大类，次生白云岩还可进一步分为同生白云岩、准同白云岩两大类，次生白云岩还可进一步分为同生白云岩、准同生白云岩、成岩白云岩和后生白云岩。生白云岩、成岩白云岩和后生白云岩。 1 1、原生白云岩原生白云岩由以化学沉淀方式从水体中直接沉淀出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。的化学计量的白云石所组成白云岩。 2 2、次生白云岩次生白云岩指一切非原生沉淀作用形成的白云岩或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的白云岩。一切由交代作用或白云化作用生成的白云岩。 （1 1）同生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。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。 （2 2）准同生白云岩准同生白云岩指刚沉积不久的碳酸钙沉积物，虽然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，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。而生成的白云岩。 （3 3）成岩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。交代作用或白云化作用所生成的白云岩。 （4 4）后生白云岩后生白云岩指在石灰岩形成以后，由交代作用或白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。云化作用生成的白云岩。 3 3、其他成因术语、其他成因术语 （1 1）碎屑白云岩）碎屑白云岩 （2 2）生物白云岩）生物白云岩 （3 3）化学白云岩）化学白云岩 （4 4）风化白云岩）风化白云岩 （5 5）地层白云岩）地层白云岩 （6 6）构造白云岩）构造白云岩思考题思考题1 1、具交代结构的白云石、白云岩有哪些鉴别标志？、具交代结构的白云石、白云岩有哪些鉴别标志？ 2 2、白云岩有哪几种生成方式？它们的形成要理如、白云岩有哪几种生成方式？它们的形成要理如何？何？3 3、原生沉淀作用、毛细管浓缩作用、回流渗透白云、原生沉淀作用、毛细管浓缩作用、回流渗透白云化作用与混合白云化作用有什么本质的区别？化作用与混合白云化作用有什么本质的区别？