方少仙-白云岩及白云石化作用

2011-5-19
9
白云石化作用模式
5．调整白云石化作用
（Adjustment dololitization） 古德尔和加曼（Goodelll and Garman,1969）提 出。在大气水影响下，原来的碳酸盐沉积物的成分 （文石、高镁方解石），经过溶蚀作用和交代作用 ，在化学成分或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石化。
请注意， 的海水与 的海水与95%的地下水的混合液，对白云石已 的地下水的混合液， 请注意，5%的海水与 的地下水的混合液 饱和了，但对方解石则布饱和； 的海水与70%的地下水 饱和了，但对方解石则布饱和；30%的海水与 的海水与 的地下水 的混合液，对白云石已过饱和许多倍，但对方解石仍不饱和。 的混合液，对白云石已过饱和许多倍，但对方解石仍不饱和。 因此，在海水为5~30%的混合液中，将发生方解石被白云石 的混合液中， 因此，在海水为 的混合液中 交代，即白石作用。海水为平均海水。地下水为墨西哥尤卡 交代，即白石作用。海水为平均海水。 坦的地下水。 坦的地下水。
2011-5-19
6
强烈蒸发作用 海面 潮坪 渗透 回流 白云石化
图2 白云石化作用的渗透回流机理 据德菲斯， （据德菲斯，1965） ）
2011-5-19 7
湖泊
白云石化作用模式
4.混合白云石化作用（Dorag dolomitization）
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。根据实验（图 3）5%~30%的海水与地下淡水混合，将会使方解石 不饱和，而对白云石则会增强其饱和度，这样在盐度 降低而Mg/Ca比值乃保持不变的情况下也可以引起白 云石化作用（图4）。
（费里得曼和桑德斯 Friedman and Sanders，1967）
在干热气侯区的潮上带，碳酸钙沉积物中 的粒间水由于毛细管作用，持续受蒸发而浓缩 成盐水，首先形成石膏或其它盐类矿物，使海 水中Ca2+减少，从而提高了水中Mg/Ca比值， 其比值可大于20：1，致使与接触的文石、高 镁方解石质颗粒被交代而转变为白云石。
祁
祁பைடு நூலகம்
扇 底 海
扇 底 海 子 桌 山 嘴 石 达 乌
白
云 白 云 白
岩 云 白
岩 云 白 6 旗 克 托 鄂
2011-5-19 14
说明： 图5说明： 说明 A）上升的大潮的初始阶段。 ）上升的大潮的初始阶段。 地下水面（破折线） 地下水面（破折线）反映渗 透的Miami鲕粒灰岩的地形， 透的 鲕粒灰岩的地形， 鲕粒灰岩的地形 但是比含水层等势面（ 但是比含水层等势面（钻井 水平面） 水平面）低。主要是由于低 渗透的全新世沉积物的限制。 渗透的全新世沉积物的限制。 B）当潮汐继续上升时，含 ）当潮汐继续上升时， 水层的等势面上升至沉积物 表面之上并且在潮坪表面形 成水洼（水湾）。 ）。C） 成水洼（水湾）。 ）当地 表水位高时和潮坪涨潮时， 表水位高时和潮坪涨潮时， 含水层的等势面已经开始回 落。D）正在下落的大潮的 ） 最后阶段。 最后阶段。沉积物内的水平 面是与岩床地形反向的。 面是与岩床地形反向的。
2011-5-19 8
8 6 4
饱和程度
白 云
石
方 解 石
2 1 白云化作用
海平面
过饱和 不饱和
0 -0.2 -0.4 -0.6 10 20 30 40 50 海水 60 % 70
淡水透镜体 半 咸 水 带
100
80
90
图3 地下水与海水的混合液对方解 石和白云石的饱和程度的影响（ 石和白云石的饱和程度的影响（据 巴迪奥札曼尼， 巴迪奥札曼尼，1973） ）
2011-5-19 18
黔桂地区白云岩成因模式
黔桂地区泥盆系—石炭系 白云岩分布广泛，层位稳定， 厚度数十至数百米，呈层状， 主要发育在连陆碳酸盐台地的 外缘及邻近广海和深海槽的一 些孤立碳酸盐台地上，是该区 最有利的油气储集层。其成因 模式可主要归纳为五种：潮汐 泵汲（图7a）、正常海水（海 水泵汲）（图7b）、近地表混 合（水）（图7c1、图7c2）、埋 藏成岩环境（图7d1、图7d2）、 构造热液（图7e）
图 4 美国威斯康星中奥陶统 米夫林段的白云化作用示意 据巴迪奥札曼尼， 图 （ 据巴迪奥札曼尼 ， 1973） ）
此图表示在威斯康星背斜，在岩石出露水面以后， 此图表示在威斯康星背斜，在岩石出露水面以后， 淡水透镜体及其下伏的半咸水带的位置， 淡水透镜体及其下伏的半咸水带的位置，混合白 云化作用就在此透镜体以下的半咸水带中进行。
(Km) 5 1 井 海水
冷海水白 云岩化作用
中新世 始新世 火山岩基底 5km
图6 Enewetak Atoll地区始新统灰岩的冷海水白云 地区始新统灰岩的冷海水白云 岩化模式（ 岩化模式（Saller，1984） ， ）
2011-5-19
17
白云石化作用模式
8．海水白云石化模式（Seawater dolomitization）
2011-5-19 10
白云石化作用模式
6 ． 埋 藏 压 实 白 云 石 化 作 用 模 式 （ Burial
compact dolomitization） Mattes and Monntjoy(1980)和L.S. Land(1985)提出 该白云石化作用模式。根据米埃特礁周边发生白云 石化推测白云石化溶液是从周围地层中被挤压出的 地层水进入礁体孔隙而引起的。
2011-5-19 15
白云石化作用模式
8．海水白云石化模式（Seawater dolomitization）
处于海底的碳酸钙沉积物， ε E—1 F—1 当周围海水与沉积物内部发生 温度或盐度差异时，将形成泵 (Km) 上新世—更新世 汲作用，冷的海水进入沉积物 冷海水白 5 中新世 内，在海水下一定深度，即相 云岩化作用 1 井 当于碳酸钙的补偿深度，约 始新世 海水 1000m，此时海水对方解石是 火山岩基底 不饱和的，但对白云石却是过 5km 饱和的，因此这样的海水足以 使碳酸盐沉积物发生白云石化 图6 Enewetak Atoll地区始新统灰岩的冷海水白云 （图6）。 地区始新统灰岩的冷海水白云
2011-5-19 4
潮上带蒸发泵
陆源地下水 平均高潮面 潮源地下水
图1 潮上萨布哈蒸发泵白云石化机理 许靖华等， （许靖华等，1969） ）
2011-5-19 5
白云石化作用模式
3.渗透回流白云石化作用（Seepage reflux）
毛细管浓缩或蒸发泵作用形成的富镁盐水完成表 层沉积物白云石化后，其余部分将向下回流渗透引起 下伏碳酸钙沉积物或石灰岩白云石化（图2）。
2011-5-19
白云石化白云岩的交代标志
以黔桂地区泥盆系、石炭系层状白云岩为例作如 下介绍。 通过大量野外观察及宏观和微观岩石学特征研究 ，泥盆系和石炭系呈层状分布的白云岩共有5种主 要类型，即微晶白云岩、粉晶白云岩、细—粗晶白 云岩、（含）颗粒白云岩、粒序层白云岩。除少数 角砾屑成因外，其余类型的白云岩都是同生或由成 岩交代作用形成，其交代的标志如下。
白云岩及白云石化作用
主讲人 方少仙
2011-5-19
1
白云石化作用及其形成的白云岩
白云石化作用模式 黔桂地区白云岩成因模式 白云石化白云岩的交代标志 黔桂地区泥盆系、石炭系细-粗晶白云岩的一 些特殊组构
原生沉积白云岩
现代沉积白云岩 古代沉积白云岩
2011-5-19 2
白云石化作用模式
1．毛细管浓缩作用（Capillary concentration）
2011-5-19 13
白云石化作用模式
相隔一段距离所作通过泵汲循环的有限的地表 （表层）水和地下水分析，表明白云石化的流体是 原始的佛罗里达湾水。最早的成岩作用是由白云石 胶结物的沉淀作用引起的，白云石产状为0.1~0.3微 米，次圆状晶体，呈不明显的结晶形态。在进一步 胶结作用时和稍后，在先成晶体交代作用期间，形 成弱有序的1~5微米的自形菱面体白云石。X-衍射数 据表明重结晶白云石比结晶白云石的组成更有序和 富钙少。其机理是：当潮水进入潮上带灰泥坪后， 这种富镁海水在灰泥的微小粒间孔隙中不断循环和 向上及向下泵汲、渗透，最终即引起灰泥沉积物发 生白云石化。（潮汐泵汲作用过程参见图5）
19
黔桂地区白云岩成因模式（ ）潮汐泵汲；（ ；（b）正常海水；（ ；（c） 图7 黔桂地区白云岩成因模式（a）潮汐泵汲；（ ）正常海水；（ ）近地 表混合水：（ 表混合水：（c1）海平面较高，（ 2）海平面较低；（ ）埋藏成岩环境： ：（ 海平面较高，（c 海平面较低；（d）埋藏成岩环境： ，（ ；（ 压实排挤流，（ ，（d 水为主的混合（ ）；（e） （d1）压实排挤流，（ 2）热（盐）水为主的混合（水）；（ ）构造热液
2011-5-19
11
白云石化作用模式
7．潮汐泵汲白云石化模式 （Tidal pumping
dolomitization） Jose D.Carballo(1987)对佛罗里达岛链中 Sugarloaf岛全新世潮上沉积物中的白云石化作用 ，通过岩石学、同位素及水文资料等综合分析， 认为主要是通过佛罗里达湾的正常海水的潮汐泵 汲作用来完成的，而不是过去所说的蒸发泵作用 产生的。有时5%~10%的海水蒸发作用和/或硫 酸盐还原对加速白云石化有帮助，但这些作用并 非完全必要。
2011-5-19 12
白云石化作用模式
根据Jose D.Carballo(1987)资料，Sugarloaf key 正在发生全新世白云石化作用。富钙白云石形成 在厚0.25~10cm的表层壳上。该白云石壳超覆在 下覆岩溶更新世Miami鲕粒灰岩之上的薄层碳酸盐 泥上。壳层放射性碳年龄范围随着白云石含量由 0%至80%而相应地增加，由160年增至1420年。 相对高渗透的下覆更新世鲕粒灰岩与全新世低渗 透碳酸盐泥在表层水和部分承压含水层之间产生 一个潮汐泻湖。高浓度的白云石建立在沉积层最 薄和潮汐泵汲最有效的地区。
Kastner(1984)认为，海水中SO42-低有利于白云石化。 Baker&Kastner(1981)通过实验：海水中少量SO42-（5%±） 存在，会强烈阻碍白云化作用，而文石则能在较高含量的海 水中被白云石化。此外富含有机质的沉积物中微生物还原作 用可使SO42-含量降低，有机质降解产生大量CH4、HCO3-、 CO32-等气体使溶液碱度增加亦有助于白云化作用。海水白 云化的主要机理是具白云化潜力的冷水洋流的泵汲作用和热 对流作用（thermal conrection, Swartz,1958）（图6）。洋 流泵汲作用（oceanic tides/ocean current pumping）是一种 将海水大规模泵汲到沉积物内的驱动力。
NW SE
岩化模 式（Saller，1984） ， ）
2011-5-19 16
0 10 20 30
白云石化作用模式
8．海水白云石化模式（Seawater dolomitization）
NW
0 10 20 30
F—1 上新世—更新世
E—1
SE
白云石的δ13C：2.2~2.4‰；δ18O：
ε
2.1~2.7‰，富含重氧同位素。由于缺 乏超盐卤水的证据，所以推断其应形 成于冷海水环境。Saller在研究位于 1250~1400m的始新世珊瑚藻——有孔 虫颗粒岩白云岩化时，其δ17S/δ16S比 值为0.70865—0.70901，表明白云化 发生在中中新世和现代之间某一段时 间或多个时期。水温10—20℃，较该 区太平洋表层水温28℃低得多。
2011-5-19 3
白云石化作用模式
2.蒸发泵作用（Evaporative pumping）
在波斯湾南岸潮上萨布哈（SabHa）蒸发作 用很强，广泛发育白云石化作用。许靖华，西根 撒勒（Hsu and Siegenthaler,1969）称其为蒸发泵 作用。他们认为海水是由于萨布哈潮上带蒸发泵 作用，从泻湖侧向被抽汲入潮上的沉积物内，通 过强蒸发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（图1）。