方少仙-白云岩及白云石化作用

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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
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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。
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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）。
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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。
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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）
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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
祁
祁
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
NW SE
岩化模 式（Saller，1984） ， ）
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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。
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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） ）
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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）。
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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）
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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。
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。
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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） ）
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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）。
（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。
白云岩及白云石化作用
主讲人 方少仙
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Hale Waihona Puke 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
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白云石化作用模式
1．毛细管浓缩作用（Capillary concentration）
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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） ）
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。
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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。