白云巖學習課件

白云巖學習課件第1頁/共62頁第2頁/共61頁第2頁/共62頁石油行業(yè)標準SY/5368.5-1995分類方案第3頁/共61頁第3頁/共62頁第4頁/共61頁第4頁/共62頁砂屑白云巖，砂屑為泥晶白云石，亮晶方解石膠結(jié)，江蘇，奧陶系馬家溝組，單偏光×34第5頁/共61頁第5頁/共62頁砂屑白云巖，亮晶膠結(jié)，四川石柱，上寒武統(tǒng)，(－)×40第6頁/共61頁第6頁/共62頁鮞粒白云巖，鮞持細粉晶白云石組成，鮞間為粗粉晶白云石及溶蝕充填物，江蘇徐州，奧陶系馬家溝組，（－）×34第7頁/共61頁第7頁/共62頁鮞粒白云巖，鮞內(nèi)鮞間孔隙發(fā)育，四川石柱，中寒武統(tǒng)，（－）×70第8頁/共61頁第8頁/共62頁2、交代作用十分徹底的次生交代(成因的)白云巖，及重結(jié)晶白云巖（具晶粒結(jié)構(gòu)的白云巖）按照晶粒大小進行分類命名，如泥晶白云巖、粉晶白云巖、細晶白云巖、中晶白云巖、粗晶白云巖等，其劃分標準在不同的分類系統(tǒng)中有常有一定的差異。其中細晶白云巖、中晶白云巖、粗晶白云巖等表面常是砂糖狀，故又稱為砂糖狀白云巖。按照晶粒大小分類是純描述性的，不僅適用于次生白云巖，也適用于沉積成因及重結(jié)晶的白云巖。第9頁/共61頁第9頁/共62頁教材（趙澄林等）的方案第10頁/共61頁第10頁/共62頁第11頁/共61頁第11頁/共62頁粗－中晶白云巖，安徽準南，上寒武統(tǒng)－下奧陶統(tǒng)，（＋）×34第12頁/共61頁第12頁/共62頁細晶白云巖，白云石晶形很好，安徽準安，土壩組，（－）×34第13頁/共61頁第13頁/共62頁粗粉晶白云巖，山東汶南，奧陶系，（－）×34第14頁/共61頁第14頁/共62頁細粉晶白云巖，江蘇徐州，馬家溝組，（－）×34第15頁/共61頁第15頁/共62頁3、具有交代結(jié)構(gòu)或白云化結(jié)構(gòu)的白云巖：

所謂白云化交代結(jié)構(gòu)，即指后來的白云石晶體交代原先的各種結(jié)構(gòu)組分，如交代內(nèi)碎屑、鮞粒、生物組分等所形成的結(jié)構(gòu)。交代作用的的鏡下標志主要有：①礦物假象，即被交代礦物的原始成分雖已被交代，但其晶體外形仍較好保存的現(xiàn)象(同于變質(zhì)巖中的交代假像結(jié)構(gòu))；②幻影構(gòu)造，即礦物受到強烈的交代作用，原礦物顆粒的成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)甚至其邊緣均已消失，但其內(nèi)部的包裹體或其他難被交代的組分尚殘存而顯示原礦物的模糊輪廓，則稱“幻影”，如硅化緬粒、強白云化巖石中的生物骨殼等；第16頁/共61頁第16頁/共62頁③交叉切割現(xiàn)象即礦物或顆粒被自形晶體或鑲嵌結(jié)構(gòu)的晶體切割或溶（侵）蝕(類似于交代網(wǎng)格結(jié)構(gòu))；④殘留的被交代礦物的包體即零星分布在新生成的交代礦物之中的被交代礦物的細小殘余，殘留礦物包體表示外面礦物是交代礦物，被包裹的礦物是被交代礦物(同于變質(zhì)巖中的交代殘余結(jié)構(gòu))。⑤交代結(jié)構(gòu)的白云石常呈晶形較好的、具環(huán)帶或污濁核心的菱形晶體（稱亮邊霧心結(jié)構(gòu)），部分白云石相對集中形成“云斑”，白云石中的常有方解石（石灰?guī)r）的殘余體。⑥與交代結(jié)構(gòu)相伴生的，還常有一些交代構(gòu)造現(xiàn)象，如在部分白云化的石灰?guī)r中，白云石菱形體常沿縫合線或裂隙發(fā)育；沿巖層走向，常見白云巖與石灰?guī)r的界限突然變化，有時這一界限還常切穿層理等。第17頁/共61頁第17頁/共62頁分類命名方法：①交代結(jié)構(gòu)不發(fā)育，交代成因白云石數(shù)量少(<50%),則按石灰?guī)r的名稱主名，前加“白云化”為修飾；②白云化強烈，白云石數(shù)量大于50%，但原灰?guī)r結(jié)構(gòu)殘余明顯可辯認者，稱殘余“××結(jié)構(gòu)”灰質(zhì)白云巖；如有些白云巖是由顆粒石灰?guī)r白云化形成的，但顆粒（緬粒、內(nèi)碎屑等）輪廓仍清晰可見。應(yīng)按照晶粒大小命名，或者加上“殘余”修飾語，如殘余頜粒石灰?guī)r、殘余破屑白云巖等。

③交代作用十分強烈，無殘余結(jié)構(gòu)者，按晶粒白云巖命名。第18頁/共61頁第18頁/共62頁第19頁/共61頁第19頁/共62頁白云石交代礫屑和砂屑，徐州，上寒武統(tǒng)，（－）×34第20頁/共61頁第20頁/共62頁白云石交代棘皮動物屑，徐州，上寒武統(tǒng)，（－）×34第21頁/共61頁第21頁/共62頁白云石交代鮞粒，鮞粒全部被白云石取代，粒間未白云石化，徐州，上寒武統(tǒng)，（－）×34第22頁/共61頁第22頁/共62頁云斑，白云石交代泥晶灰?guī)r，白云石呈斑塊狀富集，即所謂的“豹皮狀”，徐州，上寒武統(tǒng)，直拍，×12第23頁/共61頁第23頁/共62頁

第二節(jié)白云巖(石)生成作用

白云巖成因問題，主要是白云巖生成機理問題。碳酸鹽巖石學中最復雜、爭論時間最久、最難解決的問題之一。近二、三十年來，由于X射線衍射等新技術(shù)的應(yīng)用，在現(xiàn)代碳酸鹽沉積物中發(fā)現(xiàn)了大量的白云石。通過這些正在形成的白云石的大量的實際觀察和研究，相繼出現(xiàn)了一些嶄新的白云化學說，這就為解決白云巖的成因問題提供了前提。一些主要的學說或機理簡述如下。

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一、原生沉淀作用

人們最關(guān)心的是在近代碳酸鹽沉積物中，是否有真正的原生白云石，即是否真正有以化學沉淀的方式從水體中直接沉淀出來的白云石?，F(xiàn)在，常溫常壓的條件下，在實驗室中尚未合成出真正的化學計量白云石。

澳大利亞南部考龍瀉湖中和美國加利福尼亞深泉鹽湖中的白云石。

第25頁/共61頁第25頁/共62頁澳大利亞南部考龍瀉湖中的白云石是在水很咸、PH值很高、植物很茂盛的地方形成的。奧爾德曼和斯金納（AldermanandSkinner，1957）曾注意到，孤立的湖水由于慢慢下沉的細而白的沉淀物的影響，有時竟然變白了。這種很細的白色懸浮物已被確定是高鎂方解石和富鈣白云石的混合物。這些方解石和白云石大都不是化學計量成分的。方解石的成分范圍為Ca77Mg23到Ca93Mg2，白云石的成分范圍為Ca50Mg50（化學計量的白云石）到Ca56Mg44（原白云石）。第26頁/共61頁第26頁/共62頁在美國加利福尼亞州，有一個深泉湖，面積約13

km2。常年的濃鹽水約占湖面積的三分之二。在此湖的底部沉積物中，廣泛地分布著白云石。此白云石晶體大都小于lμm。與其共生的礦物有方解石、文石、無水芒硝、石鹽等，這些礦物大都呈環(huán)帶從湖邊緣到中心分布。白云石的14C年齡表明，較粗的年齡較大。這些白云石的生長速度為0.05～0．09μm／千年。這一速度與其他大多數(shù)的鹽類礦物的生長速度相比，顯然是太慢了。內(nèi)部是化學計量的白云石，其外部則是富鈣的。這些資料都表明，是在沉積物一水界面處，通過交代作用生成的。這一交代作用所需要的時間為幾十年或幾百年。這一交代作用可稱為同生交代作用或同生白云化作用。

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二、毛細管濃縮作用或蒸發(fā)泵作用

——準同生白云化作用圖16-10潮上薩布哈蒸發(fā)泵白云石化機理第28頁/共61頁第28頁/共62頁

根據(jù)現(xiàn)代熱帶地區(qū)的波斯灣南岸及巴哈馬地區(qū)的潮上帶，在其表層碳酸鹽沉積物中正在進行著準同生的白云化交代作用而提出的機理。

在波斯灣南岸潮上薩布哈（SabHa）蒸發(fā)作用很強，廣泛發(fā)育白云石化作用。許靖華，西根撒勒（HsuandSiegenthaler,1969）稱其為蒸發(fā)泵作用。他們認為海水是由于薩布哈潮上帶蒸發(fā)泵作用，從瀉湖側(cè)向被抽汲入潮上的沉積物內(nèi)，通過強蒸發(fā)作用和石膏及文石沉淀，使孔隙水Mg/Ca比值提高而引起白云石化。

阿拉伯語“薩巴哈”就是指的這種潮上的鹽沼地。

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石膏的沉積使粒間水或表層積水的Mg／Ca比率大大提高。正常海水的Ma／Ca比率約為3：1，而干熱地區(qū)潮上地帶表層沉積物的粒間水或表層積水，其Mg／Cg比率可達20：1，甚至更高。這種高鎂的粒間鹽水或表層水經(jīng)常與文石顆粒相接觸，將不可避免地使文石被交代，被白云化，即使文石轉(zhuǎn)變?yōu)榘自剖，F(xiàn)代潮上地帶的白云石殼就是這樣生成的。第31頁/共61頁第31頁/共62頁毛細管濃縮作用或蒸發(fā)泵作用基本特色：形成條件：潮間及潮上帶(近海的暴露的地表)；氣候干燥、蒸發(fā)量大；鎂質(zhì)來源：經(jīng)毛細管作用由海水供應(yīng)交代特色：高鹽度、高鎂鈣比的孔隙溶液就地交代先期沉積物；交代產(chǎn)物白云石晶體細小(隱、微晶)；不破壞原有結(jié)構(gòu)與構(gòu)造；常有石膏等蒸發(fā)礦物共生

第32頁/共61頁第32頁/共62頁圖16-11白云石化作用的滲透回流機理（據(jù)德菲斯，1965）三、滲透回流白云石化作用（Seepagereflux）

毛細管濃縮或蒸發(fā)泵作用形成的富鎂鹽水完成表層沉積物白云石化后，其余部分將向下回流滲透引起下伏碳酸鈣沉積物或石灰?guī)r白云石化

第33頁/共61頁第33頁/共62頁第34頁/共61頁第34頁/共62頁第35頁/共61頁第35頁/共62頁第36頁/共61頁第36頁/共62頁滲透回流白云化作用的基本特征：形成條件：氣候干燥、蒸發(fā)量大；高鹽高鎂鈣比溶液形成于潮間及潮上帶(暴露地表)；交代作用發(fā)生于潮下帶鎂質(zhì)來源：經(jīng)毛細管作用由海水供應(yīng)交代特色：高鹽度、高鎂鈣比的孔隙溶液在重力作用下回流異地交代先期沉積物；交代產(chǎn)物白云石晶體較細小(微晶、粉晶、粗粉晶、)（較蒸發(fā)泵作用的白云石略粗）；基本不破壞原有結(jié)構(gòu)與構(gòu)造。第37頁/共61頁第37頁/共62頁四、混合水白云石化作用（Doragdolomitization）

對于廣泛分布的陸表海陸棚或構(gòu)造高地中共生的白云巖，其中沒有蒸發(fā)礦物或蒸發(fā)巖，也缺乏潮上標志，用高鎂鈣比率的超鹽度鹵水的白云石化模式不能解釋。巴迪奧扎曼尼（Badiozamani,1973）提出了大氣淡水和海水混合的白云石化作用機理。根據(jù)實驗（圖16-12）15%~30%的海水與地下淡水混合，將會使方解石不飽和，而對白云石則會增強其飽和度，這樣在鹽度降低而Mg/Ca比值乃保持不變的情況下也可以引起白云石化作用（圖4）。第38頁/共61頁第38頁/共62頁圖16-12地下水與海水的混合液對方解石和白云石的飽和程度的影響（據(jù)巴迪奧札曼尼，1973）請注意:5%的海水與95%的地下水的混合液，對白云石已飽和了，但對方解石則布飽和；30%的海水與70%的地下水的混合液，對白云石已過飽和許多倍，但對方解石仍不飽和。因此，在海水為5~30%的混合液中，將發(fā)生方解石被白云石交代，即白云石作用。海水為平均海水。地下水為墨西哥尤卡坦的地下水。第39頁/共61頁第39頁/共62頁圖4美國威斯康星中奧陶統(tǒng)米林段的白云化作用示意圖（據(jù)巴迪奧札曼尼，1973）此圖表示在威斯康星背斜，在巖石出露水面以后，淡水透鏡體及其下伏的半咸水帶的位置，混合白云化作用就在此透鏡體以下的半咸水帶中進行。第40頁/共61頁第40頁/共62頁

混合水白云化作用的基本特色：形成條件：潮濕多雨；地表及近地表(有雨水補充)；交代作用發(fā)生于淡水與海水的混合帶(潮下帶)鎂質(zhì)來源：混合海水供應(yīng)交代特色：低鹽度、低鎂鈣比的混合水孔隙溶液就地交代先期沉積物；交代產(chǎn)物白云石晶體較粗大(粗粉晶、細晶)；可破壞原有結(jié)構(gòu)與構(gòu)造(受混合帶控制)。第41頁/共61頁第41頁/共62頁五、調(diào)整白云石化作用（Adjustmentdololitization）

古德爾和加曼（GoodelllandGarman,1969）研究巴哈馬灘安德羅斯島蘇必利爾井的資料后提出的。在大氣水影響下，原來的碳酸鹽沉積物的成分（文石、高鎂方解石），經(jīng)過溶蝕作用和交代作用，在化學成分或礦物成分上進行重新組合或調(diào)整，使原來的碳酸鹽沉積物發(fā)生白云石化。第42頁/共61頁第42頁/共62頁

調(diào)整白云化作用的基本特色：形成條件：潮濕多雨；地表及近地表(有雨水補充，周期性抬升更有利)；交代作用發(fā)生于淡水下滲過程中(潮下帶)鎂質(zhì)來源：先期沉積物中的鎂質(zhì)交代特色：低鹽度、低鎂鈣比的孔隙溶液下滲交代先期沉積物；交代產(chǎn)物白云石晶體較粗大(粗粉晶、細晶)；可破壞原有結(jié)構(gòu)與構(gòu)造(受混合帶控制);常周期性交互產(chǎn)出。第43頁/共61頁第43頁/共62頁六、控制白云石結(jié)晶的因素——淡水白云石（化）控制白云石結(jié)晶的因素：?？撕吞m德（FolkandLand，1975）在對各種環(huán)境中的白云石結(jié)晶作用進行研究之后，提出控制白云石結(jié)晶作用的主要因素為溶液的Mg／Ca比率、鹽度和結(jié)晶速度。

1、白云石是一種高度有序而很難形成的礦物，因此結(jié)晶速度快、鹽度較高和Mg／Ca比較大不利于白云石形成。第44頁/共61頁第44頁/共62頁例如，在蒸發(fā)條件下，雖然有高濃度的Ca2+,Mg2+,CO32一離子，即難以結(jié)晶成對晶格構(gòu)造要求嚴格的白云石，而形成晶格構(gòu)造較簡單的文石。只有在鹽度很高的溶液中，Mg，Ca比率也很高，才有可能形成不大有序的富鈣的原白云石。第45頁/共61頁第45頁/共62頁2、低鹽度、低結(jié)晶速率有利于白云石的形成，即使Mg/Ca比很低，也可形成化學計量的高度有序的白云石。（淡水白云石的形成條件）?？撕吞m德指出，在變鹽度的環(huán)境中，在淡水和海水的混合帶中，以及在其他淡化或淡水作用的環(huán)境中（如大氣水作用下的碳酸鹽巖的孔隙、洞穴或裂縫中等），都可以形成白云石，溶液的Mg／Ca比率只要近于1：1即可。這樣形成的白云石稱為“淡水白云石”。即是說在多種鹽度和較大的Mg/Ca比值范圍內(nèi)，當結(jié)晶速率很低時均可形成有序的化學計量的白云石。第46頁/共61頁第46頁/共62頁第47頁/共61頁第47頁/共62頁淡水白云石特征：是成分較純，幾乎不含雜質(zhì)；因此，（顯微鏡下）清潔、透明、晶形良好、晶面平整而光滑；抗酸蝕能力強。這些特征都與其結(jié)晶速度慢、干擾雜質(zhì)少、組成離子排列高度有序、晶格發(fā)育良好和穩(wěn)定有關(guān)。從已經(jīng)掌握到的一些實際資料看，這種淡水白云石是廣泛存在的。這是真正的原生白云石，但是這種原生白云石卻不具地層學意義，即它們不能形成一定的沉積巖層或地層單位。其實，淡水白云石的生成機理和混合白云化作用的機理在實質(zhì)上是一致的。這一機理的出現(xiàn)，使白云石或白云巖生成機理的理論又向前推進了一大步。從鹽水白云石到淡水白云石這一發(fā)展過程，是現(xiàn)代碳酸鹽巖巖石學中關(guān)于白云化作用學說的又一重大進展。這并不是后者否定前者的進展，而是后者補充和發(fā)展了前者，從而使白云化學說的理論更加全面和完善了。第48頁/共61頁第48頁/共62頁七、埋藏白云化作用1、實驗和觀察表明，在埋藏和較高溫度條件下，即在沉積后作用階段可以形成白云石，這種白云石的形成作用即埋藏白云化作用。2、形成條件及特色：埋藏在地下較深處，溫度較高(100℃左右及以上)；以自生礦物及膠結(jié)物形式產(chǎn)出，晶形較好；白云石常富含F(xiàn)e，甚至可以是鐵白云石；鎂離子來自鄰近的頁巖及地層內(nèi)部富礦物。用這種機理可以解釋一些既無濃縮海水標志也無混合水標志的白云巖。第49頁/共61頁第49頁/共62頁八、其他白云化機理1、玄武巖淋濾白云化作用：是金振奎、馮增昭（1999）在研究滇東下二疊統(tǒng)中的白云巖時提出來的。在這個地區(qū)的下二疊統(tǒng)中，白云巖的分布受巨厚的上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖分布的控制，而且白云石中富含鐵。因此認為是富含鐵鎂的玄武巖遭受淡水淋濾后釋放出大量鎂離子從而使下伏的石灰?guī)r白云化。形成條件及特征：灰?guī)r與玄武巖間互或相鄰；有暴露或淡水補給條件；鎂離子來自玄武巖層；白云石富鐵。

第50頁/共61頁第50頁/共62頁2、正常海水白云化：根據(jù)現(xiàn)代深海沉積物中發(fā)現(xiàn)了一些白云石。顯然這種白云石既不可能是蒸發(fā)濃縮海水白云化的產(chǎn)物，也不會是混合水或深埋藏白云化形成的，由此認為是正常海水白云化所致。然而，由于大量處于正常海環(huán)境的碳酸鹽沉積物沒有白云化，這種機理的可行性值得懷疑。至于深海中發(fā)現(xiàn)的白云石有可能是風搬運而來的。第51頁/共61頁第51頁/共62頁3、熱液白云化作用：在巖漿期后溶液或深成地下水的熱水溶液中，以及在變質(zhì)作用中，也都可以形成白云石，這種與地下熱液及變質(zhì)作用有關(guān)的白云石的形成即熱液白云化作用。形成條件及特征：與地下深部的熱活動有關(guān)；白云石（化）的分布明顯受斷裂或受侵入巖體的控制（位于其附近）；常與多種金屬礦物共生或有多種礦物的交代蝕變作用；晶體形完好或出現(xiàn)畸形白云石。顯然這種白云石化已不完全屬沉積白云石的范疇了。第52頁/共61頁第52頁/共62頁第三節(jié)白云巖的成因類型

根據(jù)白云巖的生成機理，從成因上首先可把白云巖劃分為原生白云巖和次生白云巖兩大類。（一）原生白云巖

是指以化學沉淀的方式從水體中直接沉淀而成的白云巖。從理論上講，這種白云巖或白云石沉積物是應(yīng)當存在的；但是，到目前為止，還沒有找到一個過硬的無爭論的現(xiàn)代沉積的實例，來證明這種白云巖或白云石成因類型的確實存在；澳大利亞南部考龍瀉湖及美國加利福尼亞深泉鹽湖的白云石，可能屬此成因類型，但也更可能屬同生白云巖類型。在地質(zhì)歷史時期（震旦紀寒武紀）有大量白云巖分布，可能有較多原生白云巖分布。第53頁/共61頁第53頁/共62頁第54頁/共61頁第54頁/共62頁（二）次生白云巖

指一切非原生沉淀作用生成的白云巖，即指一切由交代作用或白云化作用生成的白云巖。

再分為同生白云巖、準同生白云巖、成巖白云巖、后生白云巖等成因類型。1、同生白云巖

是指剛沉積的碳酸鈣沉積物，在沉積環(huán)境中，而且還仍然在其沉積水體的影響下，在沉積物一水界面處，通過交代作用或白云化作用所生成的白云巖。

第55頁/共61頁第55頁/共62頁2、準同生白云巖

是指沉積不久的碳酸鈣沉積物，