关于碳酸盐岩成因问题的综述

关于碳酸盐岩成因问题的综述

Abstract This article sums up the main opinions of the forming of dolomite. We add the water power and the bioactives to the formation of the limestone. About the formation of the dolomite , we still talk about it from the aspects of protogene and secondary. We read relative references in detail, especially references which were published recently, based on this work, we sum up the opinions and talk about them in our own words. And we try to associate the traditional views with the new standpoints.

Key words dolomitisation secondary dolomite protogenic sedimentary rocks

摘要本文比较系统全面的综述了关于白云岩成因问题。对于灰岩的认识，加入了水动力、生物作用的的控制。对于白云岩的成因，依旧从原生和次生这两个方面对其进行模式和机理的分类和描述。在详细阅读近来发表的相关文献的基础上，进行了较为完整的归纳，并提出了自己的一些粗浅的看法，对传统观点和最新的研究进展尝试着进行联系。

关键词白云岩化次生白云岩原生沉积岩

一、灰岩研究的新认识

1.水动力因素的加入

过去一直认为碳酸盐沉积物只有化学成因。现在的观点认为（刘永福et al.，2008），碳酸盐岩的沉积受到水动力的控制作用，在结构和构造上有所反映。

我们所熟悉的陆缘碎屑如石英、长石、云母等，属于母岩经过风化作用在原地或搬运到沉积地点堆积而来的。它们从形成到沉积成岩，自始至终都是物理风化的产物。硅质碎屑是母岩的成分和性质的反映，其沉积构造和颗粒大小等特点反映水动力的性质。

根据从20世纪70年代开始的研究（叶德胜et al.，1989），发现鲕粒、团粒、生物骨架、内碎屑等碳酸盐颗粒等，是经过机械搬运堆积起来的，这些岩石中的沉积构造可以在很多碳酸盐质碎屑岩石中发现。值得说明的是，我们这里所说的碎屑，更加强调沉积方式，认为凡是在沉积作用中受到水力作用的指点都可以成为碎屑。

碳酸盐质碎屑的形成和沉积都是在沉积环境中进行的，被称为自生碎屑，或内源碎屑——相对于硅酸盐碎屑是他生碎屑（图1）。自生碎屑的成分，如鲕粒和生物骨架等对微环境和堆积地点的能量性质等的判定都是很有用的。

图1A硅酸盐碎屑（石英）

图1B碳酸盐岩碎屑（鲕粒）

2.对多成因的两方面的理解

碳酸盐质点的生成过程和沉积过程是两个不同的阶段，因此，对多成因的理解，也要从这两方面来入手。

一方面，在碳酸盐颗粒的生成阶段。碳酸盐碎屑要经历复杂的生物作用或化学作用，或者二者兼有之。

另一方面，要从整个碳酸盐岩的角度来认识。通常可以分为三个成因类型：

①原地化学成因：即从始至终只受化学作用的控制，如石钟乳。

②原地生物成因：以生物或生物化学作用，在原地形成生物骨架，如礁灰岩。

③水流和波浪搬运成因：生成阶段复杂，但沉积阶段都是碎屑成因，大部分碳酸盐岩是这种成因类型。

3.藻类沉积作用

藻类沉积作用是重要的碳酸盐岩成因方式（雷怀彦et al.，1992）。藻类是低等的单细胞或多细胞植物，没有根茎叶的分化。褐藻、红藻、绿藻、蓝绿藻等通过钙化作用和粘接作用，形成钙质硬壳或者有机质。蓝绿藻的造岩意义最大。

藻类的沉积作用有三种形式：

①改变环境的PH值，藻类生活中吸收CO2，使得周围水体成碱性。CaCO3溶解度下降而沉淀下来。

②藻类以钙质遗体直接堆积，一些高级的藻类，通过分泌作用形成遗体化石，称为藻灰岩。

③蓝藻以粘接作用的方式，吸附碳酸盐颗粒，形成碳酸盐沉积。蓝藻受季节影响周期性繁殖，通过粘接作用形成亮暗交错层。暗层富藻，有机质高；亮层贫藻，有机质少；这种层纹状的特殊沉积构造，称为叠层构造（图2）。

图2叠层石

藻类是很多动物的食物，因此，和动物的繁茂程度是反相关的。在干旱气候条件下，生物稀少，藻类是宽盐度生物，所以叠层石常常发育在气候干燥的潮湿带，尤其是潮间带。藻类直接生长在沉积介质中，具有指向意义，因此，在碳酸盐岩研究中，藻类的重要性是显而易见的。

二、白云岩成因问题的讨论

1.“白云岩问题”的产生

白云岩可以单独产出、也可以与灰岩或砂岩共生，或者在灰岩中以斑块、条带的形式存在。白云岩风化面常常布满“刀砍纹”，沉积构造与灰岩相似。除了前寒武纪白云岩可含结构纤细的藻细胞痕迹化石以外，自寒武纪以来的白云岩中均不含化石，或者只有化石假象。较纯的白云岩多呈结晶结构，少数呈鲕粒、内碎屑、藻粘结结构，很像灰岩，有时候则与灰岩有明显的交代关系，在灰岩与白云岩之间构成连续的过渡岩石序列。

普遍认为（李振宏et al.，2005）现代海水中不能沉淀出白云石，常温常压的实验条件下也不能人工合成白云石（张景廉et al.，2003），因此，通常认为寒武纪以后的白云岩都是通过灰岩的白云岩化形成的。有两种情况例外，就是前寒武纪形成的白云岩和泻湖环境中形成的白云岩。目前为止（张学丰et al.，2006），存在两种截然不同的看法，一种认为是纯粹的化学作用，另一种认为是交代成因。这种所谓的“原生白云岩”和“次生白云岩”的争论就构成了“白云岩问题”。这个问题尚未得到很好的解决。

2.白云岩化的主要模式

白云岩化实质上是文石和方解石矿物中Ca2+离子被Mg2+离子替换。因此，白云岩化模式的合理性就在于对这一过程的准确合理的解释。目前为止的模式（冯增昭.，1998）主要由以下三种：

①浓缩海水模式：这是一种在高温、高PH值、高（Mg/Ca）比值的条件下发生的过程。这一过程又被称为“毛细管浓缩”模式，即在高温背景下，潮上带表层碳酸钙沉积物发生脱水，周围的海水在沉积物的毛细作用下不断运移补充，并被浓缩。在文石和石膏结晶之后，海水的组分中相对缺乏Ca而富含Mg，结果，表层沉积物被白云岩化。由于此时形成的白云岩是沉积物和海水之间的相互作用，只是海水相对而言脱离了原来的环境，因此，此种机制下形成的白云岩可以认为是准同生白云岩，形成这种准同生白云岩的过程即为准同生作用。在波斯湾西海岸的潮上带形成的白云岩被认为就是属于这种模式，在这样的环境中，孔隙水平均温度超过30℃，盐度是正常海水的5-8倍，（Mg/Ca）比值大于10，PH值大于9。浓缩水模式形成的白云岩具有一些特定的识别特点：浅红色或浅黄色，薄层状，可见干裂，泥晶