白云岩成因研究
白云岩矿特征、成因类型、分布及其开发利用价值
构造特征
02
成因类型
沉积型白云岩矿
形成于寒武纪至三叠纪，是白云岩矿的主要成因类型之一。
矿石矿物以白云石为主，含量一般在90%以上，并含有一定量的方解石、石膏、粘土矿物等杂质。
沉积型白云岩矿通常具有层状结构，层厚在几厘米到几十厘米之间，呈现出明显的沉积层理。
矿石品位一般较高，适合用于烧制石灰、水泥等建材，以及作为冶金熔剂等工业原料。
分布规律及控制因素
04
开发利用价值
白云岩具有较高的经济价值。它是一种优质的建筑材料，可用于制造水泥、玻璃、陶瓷等产品。此外，白云岩还可用于制造肥料、农药、塑料等化工产品，具有广泛的应用领域。因此，白云岩矿的开发利用对于促进地方经济发展具有重要意义。
经济价值
白云岩具有较好的工业应用价值。在建筑领域，它可以作为建筑材料，如水泥、玻璃、陶瓷等的原料。在化工领域，白云岩可以用于制造肥料、农药、塑料等化工产品。此外，白云岩还可以用于制造高级耐火材料、冶炼熔剂等产品，具有较高的工业应用价值。
交代型白云岩矿
生物化学型白云岩矿
形成于湖泊或沼泽地带，是由生物化学作用形成的次生矿物。
矿石品位一般较高，适合用于烧制石灰、水泥等建材，以及作为冶金熔剂等工业原料。
生物化学型白云岩矿通常具有生物碎屑结构和生物碎屑构造。
矿石矿物以白云石为主，含量一般在70%~90%之间，并含有一定量的方解石、石膏、粘土矿物等杂质。
03
分布情况
白云岩矿在国内许多地区都有分布，尤其是西南、中南和华东地区。
广泛分布
集中分布
资源储量
虽然白云岩矿分布广泛，但主要集中在一些特定区域，如贵州、四川、广东等省份。
中国白云岩矿资源储量丰富，但分布不均，主要集中在南方地区。
白云岩化成因机理和模式
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资源需求与挑战
随着全球能源需求的不断增长，对石 油和天然气的需求也在不断增加，而 白云岩化成因机理和模式的探讨有助 于更好地寻找和开发新的油气资源。
研究现状和进展
早期研究
未来展望
早期的白云岩化研究主要集中在单一 因素或简单过程的探讨，如温度、压 力、水动力等。
未来研究需要进一步深化对白云岩化 过程的机理和模式的认识，并加强其 在实践中的应用。
03 白云岩化的成因机理
白云岩化的物理化学机理
总结词
白云岩化的物理化学机理主要涉及矿物成分的重结晶、晶体结构变化和化学成分 的迁移重组等过程。
详细描述
在地壳中，由于温度和压力的变化，岩石中的矿物成分发生改变，形成白云岩。 这个过程包括矿物重结晶、晶体结构变化、化学成分的迁移和重组等。这些变化 导致岩石的物理性质和化学成分发生变化，最终形成白云岩。
白云岩化的勘探实践
勘探技术
利用地球物理勘探、地球化学勘 探和钻井技术等手段，对白云岩 化区域进行详细调查，获取地层、
构造、岩性和物性等信息。
勘探成果
通过勘探实践，揭示了白云岩化 的分布范围、特征和规律，为进
一步研究提供了Leabharlann 础资料。勘探挑战在勘探过程中，需要克服地质条 件复杂、岩性变化大等技术难题，
白云岩化的定义和特征
定义
白云岩化是指岩石在成岩过程中，由于埋藏深度加大、温度 升高、压力增加等因素，导致岩石中的矿物成分发生白云石 化作用，形成白云岩的过程。
特征
白云岩化通常伴随着岩石的压实和交代作用，使得岩石的矿 物成分、结构和构造发生变化。白云石化作用可以发生在不 同的成岩阶段，形成的白云岩具有不同的结构和构造特征。
白云岩成因-1
广元西北栖霞组
白云岩成因类型与储集性
准同生白 云岩 成岩白云 岩
粒度细、结晶程度 低，岩石致密 储集性差 嘉陵江、雷口坡 粒度粗、结晶程度 高，孔隙丰富 储集性很好 长兴组、飞仙关组
后生白云 岩
粒度粗、结晶程度 高，孔隙丰富
储集性好
栖霞组
实际意义不大
3、白云石化模式
1、蒸发泵模式 2、渗滤回流模式 3、混合水模式
典型层序与成岩作用
宣汉盘龙洞
典型层序与成岩作用
椒树塘长兴组
典型层序与成岩作用
桥亭飞仙关组
高频层序
结论：
1、海平面相对频繁变化对储层形成及白云石化不利 2、海侵体系域与高位体系域具有不同的成岩作用， 高位体系域容易发生白云石化及溶蚀作用，对储层 形成有利 3、储层主要位于高频层序海侵体系域中。
2.常具雾心亮边结构 3.发育交代残余结构
长兴组、飞仙关组 嘉陵江组、雷口坡组 为主 次之
粗晶白云岩
成岩白云岩
残余鲕粒结构
雾心亮边现象 普光2井 飞仙关组
白云岩团块与灰岩团块 相互交织 中子 栖霞组
成岩白云岩
溶孔残余鲕粒细晶白云岩 椒树塘 长兴组
溶孔及晶间孔丰富 储集条件好
后生白云岩
成岩后形成的，主要受地层中残余海水 构造活动、岩浆或热液活动等影响
四川盆地东北部晚二叠-早三叠世礁滩 白云岩成因与成藏研究
项目成果汇报
成都环境地质与资源开发研究所 北京大学
工作区域
地质任务
1、沉积相（微相）及高频层序 2、白云岩成因 3、储层评价 4、成藏条件与成藏史
研究思路
1.高频层序 2.沉积相 3.成岩环境与成岩作用 4.白云岩成因 配 套 研 究 寻 找 储 层
白云岩成因研究新进展及存在的主要问题
方解石与白云石之间的δ O 差异大部分小于 6%，芦沟
色泥岩、凝灰岩泥岩中常见有吐鲁番鳕、双壳类、龙骨
组的糊状岩分布不广，平均盐度指数 Z 为 124.43。借助
纲等化石，白云石主要是铁白云石，主要呈现出微粉矿
上述关于特征的研究成果，可以得出结论，三塘湖盆地
和粉状，由泥晶石英同一些有机质所构成；伴生水热矿
均属于“白烟”型热液矿物组合，并对其进行了区分。
以方沸石、白云岩铁、钠长石、重晶石、地石岩为主的六
种热液矿物组合类型，在此基础上，将喷出岩石的四种
成因类型划分为脉充型、水爆角砾岩型、盆地沉积型和
区域扩散型。酒西盆地主要是铁白云石的“白烟型”喷
口岩的发现，第一次构想出了喷口型热液沉积白云岩，
同时，它为相似盆地的湖相白云岩提供了新的成因类
2021 年第 4 期
西部探矿工程
107
·地质与矿业工程·
白云岩成因研究新进展及存在的主要问题
田现鑫*
（东华理工大学核资源与环境国家重点实验室 地球科学学院，
江西 南昌 330013）
摘
要：通过观察内蒙古巴音戈壁盆地下的白垩统巴音戈壁组泥岩芯得出了其中的岩芯标本含有部
分灰白色的条纹和条带，以及灰白色的砂砾颗粒分散分布。通过野外观察和室内初步分析，推测可
能是热水喷流沉积白云质泥岩。因此，重点对比分析了酒西盆地青西凹陷下沟组、内蒙古二连盆地
下白垩统腾格尔组、新疆三塘湖盆地中二叠统芦草沟组在白云岩以及其他地层的最新形成原因进行
归纳总结，探究白云岩成因模式及主要存在问题，以期为探究巴音戈壁组白云质泥岩寻找新的思路。
关键词：
白云石；热水沉积；巴音戈壁
中图分类号：P618.13 文献标识码：
塔中地区下奥陶统鹰山组白云岩成因研究
２１ ０ ２年 ２月
岩
性
油 气
藏
Ｖｏ ．４ Ｎｏ １ １２ ． Ｆ ｂ． ０１ ｅ ２ ２
ＬＩ ＴＨ０Ｌ ＯＧＩ Ｃ ＲＥＳ ＥＲＶＯＩ ＲＳ
文章 编 号 ：６ ３ ８ ２ （０ ２ ０ — ０ ０ ０ １７ — ９ ６ ２ １ ）１ ０ ２ — ６
塔 中地 区下 奥 陶 统 鹰 山 组 不 同部 位 发 育 的 白
云岩 ， 特 征存 在 明显 差 异 。鹰 山组 上部 以 白云岩 其
收 稿 日期 ：０ １ Ｏ —１ ： 回 日期 ：０ １ ０ — ０ ２ １一 ７ ７ 修 ２ １ － ８ ２
Ｆｏ ｍ ａ ｉ ｎ ｉ ｚ ｏ ｇ ａ ｅ ｒ ｔ Ｔａ ｈ ｎ ｒ ａ ｏ ｎ
造 高 部位 ， 是 部分 赋存 于岩性 圈 闭 中 。近年 来 的 而 研 究表 明 ， 同的 白云岩化模 式所 形成 的 白云岩 ， 不 其
模式 ， 以期 为该 区的油气 勘探 提供 依据 。
储 集 性 能 也存 在 差 异 Ｅ１。因 此 ， 预 测 优 质 白云 ３１ －］ 要 岩 储 层 的展 布 ， 需要 在 开展 白云岩 岩石 学 和地 球 化 学 研 究 的基 础上 来 分析 其 成 因 ， 对 于评 价 白云 岩 这 储 层 的 品质 、 找 油 气 富 集 有 利 区 带 具 有 重 要 意 寻
和灰 岩不等 厚互层 为特 征 ， 部则 以 白云岩 为主 ， 下 并 具 有埋 藏 深 、 期 成 岩改 造作 用 强 、 因复 杂 多 样 后 成
的 ５ ％。 量 占 ６ ％ 以上 ， ０ 产 ０ 而该 产 量 有 ～半 来 自白
云 岩 储 层 ｌ。北 美 地 区 碳 酸 盐 岩 储 层 中 的 油 ８ ％ 】 ］ Ｏ 以上储 存在 白云岩 中 ， 俄 罗斯 及 欧洲西 北 部 与南 在
白云岩成因研究新认识及新方法
白云岩成因研究新认识及新方法作者：冯诗海来源：《科技创新与应用》2014年第33期摘要：沉积学领域中白云岩成因问题已成为研究热点，但至今悬而未决。
在综述白云岩成因及研究动向的基础上，概述了白云岩成因研究的进展：硫酸盐及硫化物对白云石形成的影响受到重视；溶洞白云岩的研究为解释白云岩成因带来了新的认识；相对常规同位素分析，δ26Mg和δ44Ca值在反映白云岩成岩流体性质方面也具有一定价值；白云石晶体结构分析从新的角度解释了白云岩成因。
关键词：白云岩；成因研究；新认识；新方法白云岩成因已成为沉积学领域中长期存在的研究热点和主题。
作为一种重要的沉积岩，白云岩是构成世界上大部分常规石油和天然气储层的储集岩。
自1791年法国自然学家Deodalt de Dolemieu 对白云石首次描述后，学者对其进行了广泛的研究[1]。
从前寒武纪到新生代岩层它是普遍存在的一种沉积岩，但是很少出现在较年轻的地层中。
尽管有报道称在巴哈马群岛和澳大利亚库隆泻湖中发现了“原生白云石”，但白云岩形成机理主要不明确的一点在于未发现近代形成的白云石。
至今未在常温常压的实验条件下合成化学计量的白云石，同时在现代湖泊中也未发现白云石沉淀。
究竟所有的白云岩是次生交代形成的，还是其中一部分为原生，这个问题仍未得到解决。
传统的白云岩成因研究多是对已有成因模式的套用，或是根据白云石的形成环境建立新的成因模式，这都会使白云岩成因分析产生多解性。
因此文章通过国内外文献的调研，概述了一些白云岩成因研究的新观点和新方法，从而为研究白云岩成因提供一些参考。
1 白云岩成因研究动向白云石最初是由N·T·Saussare这位学者在1792年向法国地质学家Deodat Guy de Dolomieu 致敬而命名的，随后首次将该矿物应用于阿尔卑斯山岩石研究中[2]。
白云岩中白云石矿物占大部分比例，理想的白云石晶格是由Ca2+和Mg2+的互层组成，中间由碳酸盐层隔开，通常是由CaMg（CO3）2化学分子式来表示，其中Mg/Ca比相等。
白云岩
2、毛细管浓缩作用（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。
1.原生沉淀作用
奥尔德曼和斯金纳（Alderman and Skinner，1957),注意到澳大利亚南部考 龙泻湖中存在着白色悬浮物，它们是很细 的高镁方解石和富钙白云石的混合物，方 解石的成分范围为Ca77Mg23到Ca93Mg2， 白云石的成分范围为Ca50Mg50到 Ca56Mg44。但据14C测定，这里的白云石 沉积速度太快,为0.2～05mm/年。
五、白云岩
白云岩（ dolomite ），自法国博物学家 Deodat de Dolomieu 1791年首次描述以来， 一直是众多地质学家研究的课题之一。
与石灰岩不同，白云岩不仅有沉积成因的， 更多的是次生交代成因的，因此，白云岩的分 类命名与石灰岩有同也有异。 （一）白云岩的成因
目前,在常温常压下还不能在实验室中人工合成 化学计量的原生白云石,因此,对于在古代—现代潮 坪、泻湖等环境中与蒸发岩共生的薄层状白云岩,到 底是原生沉淀的还是钙质碳酸盐沉积物被交代形成 的产物,一直存在争论。 白云岩与灰岩一样,最早都被认为是原生沉积的。 因为白云岩与灰岩等其他沉积岩一样,都发育有良好 的层状沉积构造,甚至与灰岩、泥质岩或蒸发岩等互 层产出,且在白云岩中同样可以发现生物化石。但随 着研究的深入,发现白云岩的形成可能与灰岩有所不 同,很可能是交代早期方解石或文石形成的。
白云岩成因机理
白云岩成因机理白云岩的成因机理是一个复杂的地质学问题，涉及到多种因素和作用力的共同作用。
以下是对白云岩成因机理的详细解释：1、环境因素：在特定的古地理和古气候条件下，沉积环境对于白云岩的形成起到了至关重要的作用。
例如，在广阔的陆地或浅海环境中，由于缺乏碳酸盐岩形成所需的生物和有机物质，白云岩的形成变得更为重要。
2、化学作用：白云岩主要由白云石组成，其化学成分是CaMg(CO3)2。
这种矿物在压力和温度的作用下，通过重结晶作用逐渐形成。
此外，溶解和沉淀的化学过程也参与了白云岩的形成。
3、生物作用：尽管生物在石灰岩的形成中起到了关键作用，但它们在白云岩的形成过程中也具有一定的贡献。
例如，某些藻类和微生物可以分泌有机酸，这些有机酸能够溶解石灰岩中的方解石，从而促进白云石的形成。
4、埋藏作用：当含有大量白云石的岩石被埋藏到地下深处时，由于受到温度和压力的影响，岩石会发生变质作用。
在这个过程中，原始的矿物会被破坏并被新的矿物替代，从而形成白云岩。
5、构造作用：地壳的运动和板块的构造也对白云岩的形成产生了影响。
例如，地壳的升降运动会导致沉积物的堆积和剥蚀，从而影响白云岩的分布和特征。
6、时间因素：白云岩的形成需要漫长的时间过程。
在沉积过程中，随着时间的推移，岩石中的矿物成分会发生变化，逐渐形成白云石。
因此，时间是白云岩形成的重要因素之一。
7、成岩作用：成岩作用是沉积物固结成岩石后发生的一系列物理、化学和生物化学变化。
在成岩过程中，矿物成分、结构和构造等都会发生变化，这些变化对于白云岩的形成和演化具有重要意义。
8、后生作用：后生作用是指在岩石形成后发生的各种地质作用。
这些作用包括侵蚀、搬运、再沉积等，它们可以改变岩石的结构和特征，从而影响白云岩的形成和分布。
综上所述，白云岩的成因机理是一个复杂的地质过程，涉及多种因素和作用力的共同作用。
了解白云岩的成因机理有助于更好地认识地质历史和地球科学领域的相关知识。
13第十三章白云岩讲解
四、混合水白云石化作用
对于广泛分布的陆表海陆棚或构造高地中共生的白云岩， 其中没有蒸发矿物或蒸发岩，也缺乏潮上标志，用高镁钙比 率的超盐度卤水的白云石化模式不能解释。
巴迪奥扎曼尼〔Badiozamani,1973〕提出了大气淡水 和海水混合的白云石化作用机理。
依据试验〔图16-12〕15%~30%的海水与地下淡水混合， 将会使方解石不饱和，而对白云石则会增加其饱和度，这样 在盐度降低而Mg/Ca比值乃保持不变的状况下也可以——准同生白云化作用
平均高潮面
潮上带蒸发泵 陆源地下水
潮源地下水
图16-10潮上萨布哈蒸发泵白云石化机理
二、毛细管浓缩作用或蒸发泵作用
——准同生白云化作用
毛细管浓缩作用或蒸发泵作用根本特色： 形成条件：潮间及潮上带(近海的暴露的地表)；气
候枯燥、蒸发量大； 镁质来源：经毛细管作用由海水供给 交代特色：高盐度、高镁钙比的孔隙溶液就地交代
第十三章 白云岩
主要由白云石〔含量＞50％〕组成的碳酸盐 岩，称为白云岩。
与石灰岩不同，白云岩不仅有沉积成因的， 更多的是次生交代成因的，因此，白云岩的分 类命名与石灰岩有同也有异。
第一节 白云岩岩类学
一、白云岩的(构造组分)分类
1、沉积成因的白云岩
的白云岩〕
-----〔具粒屑构造或骨架构造
其构造分类系统和命名原则与石灰岩的根本 一样，只要把石灰岩构造分类表中的“石灰岩” 改为“白云岩”、“灰泥”改作“云泥”即可。
1、沉积成因的白云岩
亮晶鲕粒云岩,溶扩剩余粒间孔和粒间溶 孔。柯深103井，6361.5m。
2、交代作用特殊彻底的次生交代(成因的)白云岩， 及重结晶白云岩〔具晶粒构造的白云岩〕
依据晶粒大小进展分类命名，如泥晶白云岩、粉晶 白云岩、细晶白云岩、中晶白云岩、粗晶白云岩等，其 划分标准在不同的分类系统中有常有确定的差异。
白云岩成因探讨及分布预测
节浮
ｔｍ 少
岩性
感 稳定同位素 （｝ｏ） Ｚ值
因 ６１３Ｃ ＦｌＩＢ Ｏ
５２０３．５
细晶云岩
－０．１１６ －４．５２１ １２４．８１
．ｆ（℃ ）
２７．４ ９
塔中 １２ ５２２４．４
细晶云岩
－１．０５１ 一５．３ １２２．５１ ３１．７１
塔中 １２ ５２４６
细晶云岩
一１．３１４ －６．５１４ １２１．３７ ３８．６８
岩的成因可能不止一种。实际上，本区在延续几千万年的早奥陶世期 间形成的白云岩，结构类型繁多，厚度可达 １０００多米，分布范围几万 平方公里，不可能也不应该仅仅由一种云化作用类型所形成的。那么， 如何利用碳氧同位素这一标志来判别白云岩的成因呢？首先，必须确 定早奥陶世海水的碳氧同位素组成以及白云岩碳氧同位素的成因边界 值与变化范围。但是，古代海水的碳氧同位素组成与现代海水不同， 并且不可能直接测定，通常是以古代无脊椎动物化石和海水胶结物的 碳氧同位素组成来反映当时海水的碳氧同位素特征。据文献报道，早 奥陶世海水胶结物的 ６＂ Ｃ＝－１．５＾ －０．５％ ， ８＂ ０＝－６．５ ＾－－４．５％ 。这与塔 里木盆地下奥陶统 １０块泥晶灰岩样品的８１３Ｃ平均值为一１．４４ ％和 ８１８０ 平均值为一７．３３％ｏ大致吻合，实际上， 塔里木盆地下奥陶统碳酸盐岩 碳氧同位素的组成，与中上奥陶统 （ ６＂ Ｃ＝１．１５ ％， ６１８ ０二一５．５２％ｏ） 比较，存在明显的负向偏移特征 （陈景山等，１９９４，１ ９９７；王大锐等， １９９８），尤其是 ６１℃ 值比中上奥陶统偏移了一２．５９９０ｏ。再从图 ４－１中的 白云岩样品碳氧同位素组成的分布来看，它们的确存在着比较明显的 变化边界，６＇３ｃ和 ６＇８ ０值的变化界线分别大致在一１．８００６０和－６．６０％， 据此可划分出四个不同成因区。它们分别反映不同成岩环境中白云岩 的成因特征。
3. 山西三山子白云岩成因分析
山西三山子白云岩成因分析徐朝雷山西区调队三山子组白云岩从九十年代引入山西，当时被张守信等认为是下古生界的穿时地层单位，与山西的霍山砂岩并列。
被正式作岩石地层的填图单位而广泛用到此后的1：5万、1：25万填图中去。
1、山西三山子组分布特点山西的三山子组白云岩穿时特点。
它在山西从南到北都有分布，最南在中条山一带，被白云岩化的地层是张夏组上部。
向北到陵川一带白云岩化最低层位上升到寒武系上统崮山组一带，到昔阳、平定白云岩化升到长山组，到盂县（平山）白云岩化升到凤山组，到了五台上升到奥陶系下统冶里组，到浑源上升到亮甲山组。
这一分布特点，反映三山子组由南到北白云岩位层位由低到高的变化规律。
上述认识，地层层位是由三叶虫化石确定的，因之较可靠的。
2、白云岩化形成原因灰岩经过高浓度卤水的交代，才能变成白云岩。
过去无人探讨山西三山子组形成原因，更未涉及卤水来源。
结合奥陶系地层特点，这一模糊的成因是到了可以清晰明朗化时间了。
奥陶系中统分三个组，每一个组都由下部泥灰岩夹石膏层构成。
而泥灰岩属风化岩石的野外命名，岩石学上应是薄层白云岩夹薄片状泥质灰岩构成，从其含石膏这一特点看应属于高盐度泻湖环境的产物。
白云化作用就在奥陶系下统顶部沉积间断面上，半封闭高浓度卤水下渗中，起化学反应灰岩中钙离子被镁离子所交代，才形成交代白云岩。
如果当时沉积地层是水平的，古风化面亦近于水平的，那么白云岩化前锋面亦是水平的，也就是白云岩化最低层位应该是相同的。
而今白云岩化却显示由南向北层位攀升的规律则，能说明奥陶系中统的沉积是由南向北推进的。
马家沟组下段从晋南沉积开始，那里卤水作为地下水首先强烈下渗，前锋到达的部位下渗得最快，（如果寒武系沉积地层是等厚的）。
海侵逐渐向北推进，由南向北地下卤水梯次渗入，到最后下马家沟上段时，泻湖开放，盐水浓度恢复正常，于是地下卤水的白云岩化反应中止。
这一过程能很好地解释三山子白云岩自南向北穿时的规律。
这一进程的实质，是马家沟组下段卤水在山西范围内停留时间由长变短的过程。
鄂尔多斯盆地南部奥陶系马家沟组白云岩特征及成因机理分析
鄂尔多斯盆地南部奥陶系马家沟组白云岩特征及成因机理分析
鄂尔多斯盆地南部奥陶系马家沟组白云岩分布广泛，属于一种变质岩石。
其主要特征是呈现出白色或灰白色的颜色，具有大量的微观结晶和层状结构。
我们对其形成成因机理进行了分析如下。
首先，这种白云岩是在地壳岩石经历强烈热力的变质作用后形成的。
由于地球内部的高温和高压，使得原来的沉积物发生了变化，经过多个化学反应后形成了白云岩。
该过程中需要有足够的温度和压力，同时还需要有各种化学物质的参与才能形成白云岩。
其次，白云岩的形成还与地质构造有关。
据测量显示，鄂尔多斯盆地南部的地质构造复杂，其中包括多条断层和褶皱等。
这些断层和褶皱的作用使得地层的深度发生了变化，导致原来的地层结构发生变化。
在这种地质条件下，白云岩的形成更为容易。
最后，对于白云岩的形成还与周边环境有关。
鄂尔多斯盆地南部是一个高原地带，年均气温较高，且属于干旱地区。
这种干旱环境下的雨水、河流等水体在流经地层时，会将一定的化学元素带入石灰岩层中，进而影响白云岩的形成。
总之，鄂尔多斯盆地南部奥陶系马家沟组白云岩的形成具有多种复杂的成因机理。
这种变质岩石不仅是地质学家研究地球演化过程的重要材料，同时也对该区域的经济开发产生了重大的影响。
白云岩的研究现状
白云岩的研究现状：白云岩成因的研究目前还处于假说阶段，主要包括蒸发、渗透回流、海水、混合水以及埋藏白云岩化作用五种模式。
1 白云岩成因研究现状：白云岩是一个成岩相，所以白云岩的产状变化多端，块状、似层状、层状都可以出现，白云岩的形成机理是碳酸盐岩石学中最复杂、争论时间最久而又难以解决的问题之一。
Friedman等在研究现代热带地区潮上带表层碳酸钙沉积物的粒间准同生白云化作用时，首先提出了“毛细管浓缩作用”，超基性岩[1]的概念它们常与碱性岩、基性岩共生，形成杂岩体。
超基性岩常沿深大断裂带分布，受其控制，形成岩带。
岩体的规模大小不一，常呈透镜状、脉状或不规则状。
与超基性岩有关的矿产有铬、镍、钴、铂族金属、金刚石、石棉等。
超基性岩（ultrobasic rocks）SiO2含量小于45%，常与超基性岩并用的术语是超镁铁岩，指镁铁矿物含量超过75%的暗色岩石。
大多数超基性岩都是超镁铁岩。
超基性岩在地球上的分布有限，出露面积不超过火成岩总面积的0.5%，而且主要是深成岩。
2.分布及矿产前已指出，超基性侵入岩属稀少岩类，并且主要是橄榄岩。
我国已发现该类岩体的出露面积约一万余平方公里，其中西藏日喀则岩体最大，约一千平方公里。
我国地槽区以内蒙超基性岩带延伸最长，延续约1400多公里；地台区以康滇地轴的此类岩体延伸最长、南北约170余公里。
此外，吉林、宁夏、青海诸省(区)也有产出。
与本类岩石有关的矿产主要是铂矿、铬铁矿、镍钴矿、钒钛矿、磷灰石等。
粗大而完美之橄榄石晶体可作宝石材料。
铂矿主要产于纯橄榄岩中。
铬铁矿绝大多数与超基性侵入岩有关，我国的重要铬铁矿主要产于MgO:FeO的比值高(>7)的岩石中，特别是纯橄榄岩—辉石橄榄岩杂岩体。
铜镍硫化物矿床则以橄榄岩、辉岩和辉长岩组成的杂岩体最有利，镁铁比一般小于7。
而钒钛矿则多产于层状橄榄岩—辉长岩杂岩体中。
另外，该类岩石蚀变后可形成石棉、滑石、蛇纹石、金云母、菱镁矿等非金属矿产。
青藏高原中生界白云岩特征研究及成因分析
( E88°～91°,N32. 5°～33. 5°) 和措勤盆地早白垩世早 般只局限于第一种类型 ;而与膏岩层无关的白云岩 ,则
期局部地区发育白云岩 。白云岩和灰岩最发育的部位 可兼具两种类型 。与膏岩有关的白云岩 ( Ⅰ型) ,一般
和时期并不完全统一 。
晶粒细小 (泥粉晶) 、自形程度较低 (它形晶为主) ;而与
5 白云化阶段及其特征
直接反映沉积环境 ,而多反映成岩环境特征〔1〕。
研究区不同白云岩中所含白云石无论晶体大小 、
第 4 期 王兴涛等 :青藏高原中生界白云岩特征研究及成因分析 5 57
形态 ,还是内部结构都常存在着一定的差异 。研究表 和干旱气候 。钙质沉积物中的孔隙水在毛细作用下背
可保存原始的总体组构格架 (如颗粒和灰泥的分布状 多具有这两个基本特点 ,因而认为毛细管浓缩作用 (模
况及层理特征) 。包括 Ⅰ型的部分和 Ⅱ型的全部 ,各剖 式) 为其形成的主导作用机理 。
面中均有分布 ,以羌塘盆地布曲期宽大的中央分布带
最为典型 。
5. 3 后生阶段 (深埋阶段)
此阶段的沉积物埋藏较深 ,已发生了明显的胶结
羌塘盆地是典型的中生界海陆相地层混合沉积盆
一直作为物源区 。
地 ,措勤盆地混积现象不明显 。肖茶卡期 、布曲期 、索
瓦期和郎山期以灰岩沉积为主 ,多尼期次之 ,其余各期
以碎屑岩沉积为主 。受古气候 、沉积物来源 、水介质 、
表 1 青藏高原中生界地层简表
Table 1 Stratum of Mesozoic in Qingzang Plateau
该阶段的白云石 (岩) 是由刚沉积下来的钙质沉积 Ca 比值大大提高 。这种高镁的孔隙水或表层水若与
白云岩化成因机理和模式
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谢 谢！
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4.海水模式
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• 地质学家们发现海水本身也可作为白云石化流 体，1980年代末期建立了这种新的海水白云石化 作用模式。
• 大洋水进入台地边缘，替代了台地内部的较温 热而且密度较小的地下水，地下水以热泉的形式 出露于台地上或者台地边缘地带，在海水位于一 到三米深的范围内，将产生开放的对流系统;当较 冷的海水中高镁方解石和文石处于未饱和状态， 低镁方解石处于饱和状态，或者这三种矿物都处 于不饱和状态，而白云石相对处于饱和状态时， 海水就会通过泵吸作用的驱动穿过台地边缘的沉 积物产生白云石化作用。
三、白云岩化成因及动力
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• 除Mg2+来源外，白云石化的另一个关键条件 就是流体动力学因素。
• 根据不同的成岩环境，白云石化有以下3种流 体动力学模式(图3) ：流体自身重力、压实导 致的横向流动、深部热液流体上涌。
1.流体自身重力
• 成岩流体在重力的作 用下，由于自身势能的 改变促使其流经碳酸钙 地层。高盐度流体本身 密度较大，在重力的作 用下，可以通过岩石孔 隙向下渗透到更深的地 层中，如图3 (a)。
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5.埋藏模式
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• 埋藏白云石化主要发生在后期埋藏成岩阶段 ，形成深度较深。这说明温度升高有利于白云 石的形成；在地下较深处温度较高，白云石可 以形成，并常作为明亮的裂缝充填物或砂岩的 胶结物出现，这已经是不争的事实。
白云岩的形成机制
粗晶鞍状白云石晶格条纹弯曲，晶胞参数偏高，反映了 外在因素影响使得晶形畸变，有序度低，晶面间距小，晶 格缺陷显著。表明了白云石晶体来不及调整到有序状态而 直接快速结晶的特点。并且通过对其包裹体的测温和氧的 同位素测定也可以证明其为热液流通下的快速结晶。
粗晶鞍状白云石
残余细晶白云石 A残余细晶颗粒白云石有序度>1 B 残余细晶颗粒白云石点阵排列稀疏
C 残余细晶颗粒白云石晶格条纹，细密紧致排列 D残余细晶颗粒白云石晶格缺陷少，分布均匀
• 四 粗晶白云石——长期埋藏，稳定结晶
• 结晶粗大，有序度高，晶格条纹细密平直，晶面间距接近 理想值，反映了长期稳定结晶的结果，晶胞参数偏高，为 埋藏作用导致。岩石学研究表明粗晶白云石形成于空间自 由缓慢生长的环境，而包裹体测温也表明其均一温度与围 岩埋深一致。反映了埋藏环境长期稳定结晶。
粗晶白云石 A 自形粗晶白云石X衍射图谱 B 自形粗晶白云石散射图像 C 自形粗晶白云石晶格条纹 D自形粗晶白云石电子衍射图
• 五 泥晶白云石——近地表原生结晶
• 晶胞参数值偏小，反映形成于近地表环境，晶格条纹为典 型的菱形并且致密镶嵌，有序度低于其他白云石。反映形 成时具有多个晶核为近地表原生结晶。通过Sr同位素值和 稀土元素值等化学地球分析也反映了其为近地表原生结晶。
晶体结构特征参数
一 有序度 反映了白云石晶体中元素排列的有序情况。
二 晶胞参数 晶体特征最直接的反映，表明晶体的形成环境
三 晶面间距 白云石的晶面间距随着Ca、Mg的含量变化而变化
四 晶格缺陷 晶格缺陷是白云石形成环境和生长过程的反映
五 晶面条纹 晶体面纹反映了形成过程中流体的温度已及饱和度
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3.2 热液白云岩鉴别标志
鞍状白云石
鞍状白云石晶面弯曲，反映了 原子高速结晶，并附着晶体生 长，晶格缺陷多（富含白色包 裹体）
鞍状白云石是热液环境的重
要的岩石学特征（ Davies and Smith, 2006 ）
Qing，2009
热液白云岩鉴别标志
西加拿大井下鞍状白云岩
鞍状白云石
据Qing，2009
热液白云岩鉴别标志
鞍状白云石
岩石学特征： 晶面弯曲 波状消光
突尼斯，上二叠统，鞍状白云石， 曲晶面，波状消光。HA = 2.4 mm。 （ Qing，2009） 中国，塔里木盆地柯坪，鞍状白云石，阴 极发光。 中国，塔里木盆地柯坪，鞍状白云石，单偏光
3.3 热液白云岩（ 简称HTD）的定义 “热液”一词意味着热水。White（1957）的“热
⑧流体包裹体分析表明，全球大多数充填孔隙的鞍状白 云石，由盐度为现代海水盐度2～9倍的卤水析出的，包括 结构较细的基质白云石和较粗鞍状白云石，两类白云石都 来源于常见流体的MgCl2-CaCl2-NaCl型卤水。这些特征否 定简单海水或稍有改变的海水流体（混合水），而支持蒸 发岩后浓缩的残余卤水来源。Hanor（1994）和Heydari （1997）指出，在沉积盆地中盐度通常随深度而增加，达 到接近石盐饱和的程度。由这些较深来源卤水沿断层向上 流动的流体，其盐度应高于较浅围岩中的地层水。 ⑨就加拿大西部盆地中、上泥盆统而言，广泛的硬石膏 和石盐蒸发盐沉积可以满足大规模白云石化对蒸发后卤水 源体积的要求。对于以密西西比系为围岩的HTD储层，其 远处的同时代蒸发盐可能是蒸发后浓缩卤水来源，但要求 长距离运移。
鞍状白云石中两相流体 包裹体盐度由冰点温度 (Tm) 求出。样品来自加
拿大和世界各地，多数
盐度为现代海水的三到 八倍甚至更多。
（Davies，2006）
地球化学特征
3. 白云石化流体氧同位素值高: 西加拿大盆地泥盆系中交代白云石与孔
洞充填鞍状白云石的均一温度与氧同位素值交会图，表明鞍状白云石形成于 富含 18O 的流体中（+5‰~+16 ‰ ），这也是热液系统的典型特征。
巴西Lagoa Vermelha地区微生物白云岩模式的形成示意图
3. 白云岩成因模式目前面临的挑战
现在许多碳酸盐油气田碳酸盐岩储层已被鉴定为HTD型， 其中许多位于北美，大多数是最近20～30年内被确定和开发 的。在加拿大和美国，大部分HTD储层属古生代年龄，而且 在加拿大西部沉积盆地和密执安和阿帕拉契亚盆地中尤其常 见，某些储层有共生的溶蚀淋滤灰岩相。更年轻的（J-K） HTD和溶蚀淋滤灰岩储层在更年轻沉积盆地中应更常见，如 裂陷的大西洋边缘（Wierzbichi et al.，2006）、墨西哥湾、 西班牙外海和阿拉伯湾地区 ,作为混合水白云岩化模型基础的 美国威斯康星中奥陶统米夫林段的白云岩，已被重新解释为 热液成因的（L.Hardie，2004）
热液白云岩成因模式
几个因素：走滑断裂、张性构造、基底含水层、页岩隔水层、基底隆起、顶部洼陷
（Davies，2006）
热液白云岩成因模式
灰岩中发育热液白云岩储层，其顶部的构造洼陷形成机制：多种，与走 滑断层相关机制更为可信
（Davies，2006）
3.6 优质的热 液白云岩储 层实例
桂林石炭系热 液白云岩
桂林石炭系热 液白云岩
桂林石炭系优 质的热液白云 岩储层实例
3.7 热液白云岩的主要成因特点
①导致HTD广泛侵位的热液流体系统可能出现在拉张而 非强烈的收缩构造环境中，这种选择性可能扩展到汇聚盆 地演化的早期阶段； ②HTD储层带发育位臵往往处于平行或接近平行碳酸盐 岩陆架-盆地边缘的位臵，意味着陆架边缘本身和热液作用 都是受卷入盆地基底的张性断层控制 ； ③鞍状白云石对热液环境是最有指示意义的，出现在孔 隙充填模式和交代模式中；
2.2 次生白云石模式
次生白云岩形成的化学反应方程式是：
2CaCO3(固态)＋Mg2＋(溶液) ＝ CaMg(CO3)2(固态)＋Ca2＋(溶液)
即方解石或文石被白云石交代的过程，即白云岩化作用， 形成的是成岩白云岩，关于白云岩化作用、即地史时期大量 白云岩形成的主要机理和原因目前争执不休，已提出多种白 云岩化模式，其中最早是由Adams和Rhods提出的所提出的 渗透回流机制，在其后40多年的研究中，先后又提出了很多 白云岩的成因模式，最典型的是萨布哈(蒸发泵)模式、调整 白云岩化模式、淡水与海水混合水模式，正常海水白云石化 模式，埋藏白云石化模式，热液白云石化模式，以及最新已 得到实验室证明的微生物白云岩模式
2.3 微生物白云岩模式
在第16、17届国际沉积学大会上、特别是第17届国际沉 积学大会上对微生物碳酸盐及其沉积-成岩作用做了热烈的 交流与讨论，IAS主席Judith A.McKenzie教授作了“探究碳 酸盐岩世界的窗口” 大会报告，重点介绍了微生物的过程、 产物及其相关沉积系统科学最新的研究成果，特别是从实验 模拟角度获得大量微生物碳酸盐岩及白云岩成因实验结果。 她指出：自从35亿年前生命出现以来，微生物无疑已经改 变了地球上部岩石圈、水圈和大气圈。随着新的分子生物学 方法引入和显微技术的进步，沉积学家可在纳米级尺度上直 观地分析微生物作用和过程，这就使得从微生物窗口探索碳 酸盐岩世界和关注生物圈－沉积圈相互作用成为可能。甚至 预言：“一个新的碳酸盐岩沉积学的科学研究趋向已经开始”
200 mm
3-8-1-11W2, 3213.2 m. w = 1.3 mm
2.白云岩成因模式
2.1 原生白云石模式
在2O世纪下半叶，人们相继在一些近现代沉积环境中， 如巴尔喀什湖东部阿拉库司湾、波斯湾、波纳利岛、巴哈马 安德鲁斯岛、牙买加湾裙礁和西沙群岛的古近系和新近系生 物礁等碳酸盐岩中等，都发现了所谓的“原白云石” ,这些原 白 云石一般是全新世产物，为洁净透明自形细晶或微晶，呈原 生的或溶蚀孔隙中充填胶结物产出.研究发现，原白云石是 非化学计量成分的，其沉积速度不是过快就是过慢。迄今为 止还没有找到一个过硬的、没有争议的实例。故这以原生白 云石的沉淀机理以及相关的问题，还会继续争论下去。 相对原生白云石的成因模式，各种次生白云石化模式的实 例就多得多，且可信度也很高。
3.1 热液白云岩成因观点的提出 加拿大西部沉积盆地泥盆系和密西西比系、加 拿大东部和美国东北部密执安和阿帕拉契盆地奥陶 系Ellenburgerh 和Arbuckle油田,南北大西洋边缘 裂谷中中生代碳酸盐岩、以及西班牙滨线和远滨白 垩系，阿拉伯湾地区的二叠-三叠系及侏罗-白垩 系，包括世界最大油田阿拉伯湾的北部气油田田中 的白云岩储层,以及其他地方的许多油田的白云岩 储层都被重新识别为构造控制的热液白云岩储层, 而这些储层以前都被解释为混合水成因的。
白云岩成因的主导模式 。同时，白云岩化流体来源、
流体输导体系、流体运移路径与流体－岩石相互作用 过程的成岩系统与成藏系统在时间-空间上的耦合匹 配关系，更是当今石油地）的实质是成岩介质中Mg2+ 逐渐臵换方解石晶格中Ca2+的过程，在此过程中，由 于离子半径较小的Mg2+臵换了方解石晶格中离子半径 较大的Ca2+而使新生白云石晶体的晶形变好和体积相 对方解石缩小。理论上，由方解石转化为白云石的过 程可缩小的体积最多可达14.81%，即所谓的减体积效 应，由此而产生的规则多面体晶间孔使岩石的孔隙度 增大，因此，白云岩化过程是形成次生孔隙、即晶间 孔的一个重要过程，是形成碳酸盐岩储层的最重要的 成岩作用方式之一。
白云岩成因
报告人:郑荣才
成都理工大学沉积地质研究院 2014年11月
白云岩成因是碳酸盐岩研究领域最复杂和最有争议的
科学问题之一，自1791年提出“交代成因论”到现今
的200多年时间里，围绕白云岩化环境、物质来源、 作用阶段和成因模式等问题一直是地质学家探索的前 缘课题。随着科学研究技术手段的进步和勘探实践的 拓展，已证明与热液作用有关的埋藏白云岩化是储层
隙类型和体积具有强烈的从沉积相、沉积组构到成 岩早期的控制作用。白云岩或成岩环境的热液术语 概念，被定义为：内在的构造浅成和低温热液。
3.5 已提出的热液白云岩成因模式
三个类型：沉积型Pb-Zn矿体、MVT型Pb-Zn矿体、热液白云岩油气储集体
（Davies，2006）
热液白云岩成因模式
据 Oliver(1986)
白云岩化过程的减体积效应
文石质转变成方解石时体积会加大８.1４％ , 加大
的体积主要占据孔隙而使岩石变得非常致密；
文石质转变成白云石颗粒时体积会缩小6.15％, 产 生晶间孔隙而岩石变得多孔（如考虑Sr2+被Ca2+取 代时造成的体积变化，体积缩小还会略多一些 ）； 方解石转变成白云石时体积会缩小14.81％，使 岩石变得更加地多孔。
据Davis，2006
地球化学特征
4. 锶同位素值高
寒武系、奥陶系、泥盆系和密西 西比系中鞍状白云石富含放射性
的Sr同位素，可能来源于硅质碎
屑含水层，但更高的放射性可能 来源于基底。
西加拿大不同时代白云岩Sr同位素 值与海水对比图，据Qing，2009
4 埋藏白云岩化的几个理论问题
①近地表条件下形成的白云石（原白云石）是很不稳定的； ②在温度高于60℃时，富Ca2+离子的孔隙水会伴随Ca2+离子 的消耗会变成富Mg2+离子的白云岩化流体，从而使地下水或 埋藏的孔隙水满足白云岩化的要求； ③很多白云岩的原始沉积组构在埋藏成岩阶段遭到严重的破 坏，白云石的重结晶作用使岩石的整体特征与近地表条件下形 成的白云岩面貌迥然不同； ④形成大规模块状白云岩的Mg2+来源和对埋藏深度的定义， 以及埋藏成岩白云岩与准同生白云岩如何区别等。海水作为白 云岩化Mg2+离子的主要来源已是不争的事实，现在讨论更多 的是富Mg2+离子的白云岩化流体是通过什么方式形成的。