白云岩(石)化和研究实例
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白云岩的成因研究现状及最新进展
白云岩的成因研究现状及最新进展叶征宇;孙成旺;黄晓东【摘要】白云岩是主要由白云石组成的碳酸盐岩,对其成因的研究一直是沉积岩石学的热点.主要有原生白云石直接沉淀、次生交代和其他成因模式.目前普遍接受的主流成因模式是白云岩由石灰岩经过变化而成的,即石灰岩白云石化.【期刊名称】《四川地质学报》【年(卷),期】2011(031)003【总页数】3页(P266-268)【关键词】白云岩;成因模式;新进展【作者】叶征宇;孙成旺;黄晓东【作者单位】四川省核工业地质调查院,成都610061;四川省核工业地质调查院,成都610061;成都理工大学,成都610059【正文语种】中文【中图分类】P588.24白云岩是主要由白云石组成的一种碳酸盐岩，其成因一直是地质学上讨论的热点。
白云岩在现代沉积环境中几乎见不到原生的，且在实验室条件下也极难合成，但在古地层中却大量存在。
由此我们不得不做出一种推测：白云岩只有很少是原生的，大部分都是在石灰岩成岩后由其他岩石变化而成的。
目前的研究，石灰石“白云岩化”是白云岩成因的主流观点，很多证据可以支持这一观点。
对白云岩成因的研究方法有很多种，国际上常用的有阴极发光分析、电子探针分析、碳同位素分析、稀土元素分析和 X射线衍射分析等多种方法。
根据这些方法，目前地质学界普遍认同白云岩的成因是多种多样的，主要有原白云石直接沉淀、次生交代和其他成因模式。
1 主要成因模式1.1 原生白云岩“原生白云石”的定义通常为：从溶液中成核为晶并像原生沉积物那样微晶，其晶体洁净透明，或与文石、高镁方解石共生。
矿物学研究发现，现代环境中的原白云石在化学成分和晶体结构上与典型白云石并不一样，表现在：原白云石中n（Mg）/n（Ca）一般不是1:1，往往具有富Ca趋势；Mg离子层和Ca离子层在晶格中也不是完全相间出现，往往有混杂现象。
显然原白云石与典型白云石存在差异。
这些原白云石是欠稳定的，有向典型白云石转化的趋势。
《白云岩化模式》课件
主动陆缘型白云岩化模式主要发生在活动大陆边缘环境中 ，其形成受到构造作用和岩浆活动的影响。这种模式的典 型特征是构造活动频繁，岩浆活动强烈，地壳不稳定。在 构造活动过程中，构造应力导致岩石变形和破裂，为白云 岩化提供了有利的条件。同时，岩浆活动产生的热量和流 体也对白云岩化过程产生重要影响。
陆内型白云岩化模式
探讨白云岩化过程中矿物相变、孔隙演化及储层物性的 变化规律，为白云岩储层预测和评价提供理论依据。
深化白云岩化模式对比分析
01 系统收集国内外典型白云岩化模式的资料，进行
对比分析和归纳总结。 02
针对不同地区、不同类型白云岩的特点，开展针 对性的研究，深化对白云岩化模式的认识。
拓展白云岩化模式应用领域
白云岩化模式的优缺点分析
沉积型白云岩化模式的优点
储层质量好，产能高，开发难度相对较小。缺点：受沉积环境控 制，分布范围有限。
埋藏型白云岩化模式的优点
分布范围较广，资源潜力较大。缺点：储层质量和产能相对较低， 开发难度较大。
热液型白云岩化模式的优点
可通过热液活动改善储层质量，提高产能。缺点：受热液活动影响 较大，储层质量和产能差异较大，开发难度较大。
03
白云岩化模式对比分析
不同类型白云岩化模式的对比
01 沉积型白云岩化模式
主要通过沉积作用形成白云岩，具有较高的储层 质量和产能。
02 埋藏型白云岩化模式
在埋藏过程中通过白云岩化作用形成白云岩，储 层质量和产能相对较低。
03 热液型白云岩化模式
通过热液作用形成白云岩，储层质量和产能差异 较大，受热液活动影响较大。
将白云岩化模式的研究成果应用于油气勘探和开 发领域，提高油气资源的发现和开发效率。
将白云岩化模式的研究成果应用于地质工程领域 ，为地质灾害防治、矿产资源开发等领域提供科 学依据和技术支持。
陆内型白云岩化模式
探讨白云岩化过程中矿物相变、孔隙演化及储层物性的 变化规律，为白云岩储层预测和评价提供理论依据。
深化白云岩化模式对比分析
01 系统收集国内外典型白云岩化模式的资料，进行
对比分析和归纳总结。 02
针对不同地区、不同类型白云岩的特点，开展针 对性的研究，深化对白云岩化模式的认识。
拓展白云岩化模式应用领域
白云岩化模式的优缺点分析
沉积型白云岩化模式的优点
储层质量好，产能高，开发难度相对较小。缺点：受沉积环境控 制，分布范围有限。
埋藏型白云岩化模式的优点
分布范围较广，资源潜力较大。缺点：储层质量和产能相对较低， 开发难度较大。
热液型白云岩化模式的优点
可通过热液活动改善储层质量，提高产能。缺点：受热液活动影响 较大，储层质量和产能差异较大，开发难度较大。
03
白云岩化模式对比分析
不同类型白云岩化模式的对比
01 沉积型白云岩化模式
主要通过沉积作用形成白云岩，具有较高的储层 质量和产能。
02 埋藏型白云岩化模式
在埋藏过程中通过白云岩化作用形成白云岩，储 层质量和产能相对较低。
03 热液型白云岩化模式
通过热液作用形成白云岩，储层质量和产能差异 较大，受热液活动影响较大。
将白云岩化模式的研究成果应用于油气勘探和开 发领域，提高油气资源的发现和开发效率。
将白云岩化模式的研究成果应用于地质工程领域 ，为地质灾害防治、矿产资源开发等领域提供科 学依据和技术支持。
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：
我国白云岩矿特征及工作方法的研究
白云 岩也 是 海 相 、泻 湖相 沉 积岩 ， 多为 浅 色 、 白、 浅灰 白、灰 色 ，
偶 有 黑色 。一 般情 况 下生 物碎 屑较 石灰 岩少 ，而 石 膏硫 酸盐 类矿 物
（ 重 晶石 等 ）含 量 较石 灰岩 多 。 如
１ ｉ自 云 石 的 妒 物 特 征
纯 白云石的化学分 子式为 Ｃ Ｍ （ ０， ａ ｇ Ｃ ） 理论 含量 Ｃ ０ ０ ４１ ａ ３ ． ％、 Ｍ ０ １ ８ ％、 Ｃ ． ７ ７ ％ ｇ ２ ． ６ Ｏ， ． ３ ，其晶体结构为三方 晶系，晶形为菱面体形 ４ 态 。颜色 为灰 白色 ，有 时 为 浅黄 、浅褐 、浅 绿 、 肉红 色 。光泽 为 玻璃光 泽 ，解 离完全 。莫 氏硬度 ３ ～４，密度 ２ ８～２ ９ ／ｃ ． ． ｍ 。 ｇ
【 摘 要 】 本文主要介绍 了白云岩 的基本性质 、分类、特征及用途 ，同时对 白云岩矿 的成矿原 因进行分析 和推测 。针对我 国海相、泻湖相 白云 岩矿床进行 综合研 究 ，对矿体形 态、矿石质量、矿床规模等进行分析。为矿床 的开发利用做 铺垫 ，采取适 当的勘探 方法。结合 目前我 国的 ：３ 需求 ， ｃ， ｋ
湖相 白云岩矿床 ，各类 型矿 床的特 征 ，海相 白云岩矿床 与泻湖相 白云
Ｃ 】 Ｏ
ＳＯｊ
＿ ７９
来舟婿
０ ３ ｌ
， 坼 Ｉ
Ｉ ｌ １ ３
来，折 ｝
３ ３
模式可再 细分 为高盐度 白云石化、低盐度 白云石化 、正常海水 白云石 化 、热液 白云 石 化等 。其他 模式 主要 有埋 藏 白云石 化 、生物 白云石 化 、沉积 一 热液 模 式 、玄武岩 淋 滤 白云石 化 、出溶 作用 模 式等
工 程 实 录
偶 有 黑色 。一 般情 况 下生 物碎 屑较 石灰 岩少 ，而 石 膏硫 酸盐 类矿 物
（ 重 晶石 等 ）含 量 较石 灰岩 多 。 如
１ ｉ自 云 石 的 妒 物 特 征
纯 白云石的化学分 子式为 Ｃ Ｍ （ ０， ａ ｇ Ｃ ） 理论 含量 Ｃ ０ ０ ４１ ａ ３ ． ％、 Ｍ ０ １ ８ ％、 Ｃ ． ７ ７ ％ ｇ ２ ． ６ Ｏ， ． ３ ，其晶体结构为三方 晶系，晶形为菱面体形 ４ 态 。颜色 为灰 白色 ，有 时 为 浅黄 、浅褐 、浅 绿 、 肉红 色 。光泽 为 玻璃光 泽 ，解 离完全 。莫 氏硬度 ３ ～４，密度 ２ ８～２ ９ ／ｃ ． ． ｍ 。 ｇ
【 摘 要 】 本文主要介绍 了白云岩 的基本性质 、分类、特征及用途 ，同时对 白云岩矿 的成矿原 因进行分析 和推测 。针对我 国海相、泻湖相 白云 岩矿床进行 综合研 究 ，对矿体形 态、矿石质量、矿床规模等进行分析。为矿床 的开发利用做 铺垫 ，采取适 当的勘探 方法。结合 目前我 国的 ：３ 需求 ， ｃ， ｋ
湖相 白云岩矿床 ，各类 型矿 床的特 征 ，海相 白云岩矿床 与泻湖相 白云
Ｃ 】 Ｏ
ＳＯｊ
＿ ７９
来舟婿
０ ３ ｌ
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Ｉ ｌ １ ３
来，折 ｝
３ ３
模式可再 细分 为高盐度 白云石化、低盐度 白云石化 、正常海水 白云石 化 、热液 白云 石 化等 。其他 模式 主要 有埋 藏 白云石 化 、生物 白云石 化 、沉积 一 热液 模 式 、玄武岩 淋 滤 白云石 化 、出溶 作用 模 式等
工 程 实 录
早期白云岩化岩石学方法与地球化学方法对比与研究现状
１ 蒸发 泵白云岩化作用
其 另一最重 要的 判别标 志在于渗 透 回流 白云化 的地层 在平面 上 呈现较好 的 白云化梯 度。Ｍｏｒ Ｈ ｙａ （ ９） 美国东得 克萨斯 ｏｅ ｅｄｒ １ ３曾对 和 ｉ９ 州上侏 罗统Ｓ ａ ｏ ｅｆ上部 台地 白云岩进行研 究时发 现该段 白云岩 ｍ ｌ ｖ￣ ｂ ｉ 向着 上覆组蒸 发岩 方向 白云 化梯度 有增加 的趋势 。同样受 重结 晶作 用的 影响 ，渗透 回流 白云石 所持有 的能反 映蒸发 孔隙流体 地球化 学 特征可 能会 丧失 ，但垂 向上的地球 化学特 征仍会 保留 ，如微量 元素 的富集趋 势和白云岩化梯度等 。
动 力紊件 ；白云 通常呈斑块状 ．井与蒸发 岩、 单元 ） 定为高孔高渗地层 。 化 一 较好 灰 岩硅质碎屑岩 互屉； 白 云石 晶体通常鞋 小， 但 水介质保持连 续： 面 平 上有 较
大 ，已是碳 酸盐岩 石学 中最复 杂和争 论时间最 长的地 质问题 之一 。
渗 透回流 白云岩 化是指干旱一 半干旱 的潮上带的 内凹泻 湖或台地 浅海 中蒸发泻湖 由于强 蒸发作 用之后 所形成 的高密 度流体 向下或侧 向下对下部或领 区的孔 渗较好的地层进行 白云岩化的过程 。 这种 白云岩化 模式可 形成 于多种 沉积环境 中 ，如 边缘海 蒸发泻 湖及其 复合体 、陆棚 泻湖 、潮上泻湖 等 。各种环境 的 白云岩 化模式 大同小 异 ，即都是 由于重 卤水 下渗作 用形成 的 。渗透 回流模 式与蒸 发 泵模 式都是 与蒸发 海水作 用相关 的 ，而其 最重要 的区别在 于渗透 回流模 式一定发 生于 水下环境 ，即 与渗透 回流模式相 伴生 的蒸发岩 类必须 具有符合 水下 沉淀的沉 积构造 ，组构 ，矿物 相和地质 背景 。 其次 ，其 白云化流体 向下渗 透 回流 的地层 必须是 高孔高渗 层 ，如 间 遇泥 晶类 、较厚 膏 盐 岩类 或泥 质 类格 档层 ，则 白云 化流 体 下渗 中
其 另一最重 要的 判别标 志在于渗 透 回流 白云化 的地层 在平面 上 呈现较好 的 白云化梯 度。Ｍｏｒ Ｈ ｙａ （ ９） 美国东得 克萨斯 ｏｅ ｅｄｒ １ ３曾对 和 ｉ９ 州上侏 罗统Ｓ ａ ｏ ｅｆ上部 台地 白云岩进行研 究时发 现该段 白云岩 ｍ ｌ ｖ￣ ｂ ｉ 向着 上覆组蒸 发岩 方向 白云 化梯度 有增加 的趋势 。同样受 重结 晶作 用的 影响 ，渗透 回流 白云石 所持有 的能反 映蒸发 孔隙流体 地球化 学 特征可 能会 丧失 ，但垂 向上的地球 化学特 征仍会 保留 ，如微量 元素 的富集趋 势和白云岩化梯度等 。
动 力紊件 ；白云 通常呈斑块状 ．井与蒸发 岩、 单元 ） 定为高孔高渗地层 。 化 一 较好 灰 岩硅质碎屑岩 互屉； 白 云石 晶体通常鞋 小， 但 水介质保持连 续： 面 平 上有 较
大 ，已是碳 酸盐岩 石学 中最复 杂和争 论时间最 长的地 质问题 之一 。
渗 透回流 白云岩 化是指干旱一 半干旱 的潮上带的 内凹泻 湖或台地 浅海 中蒸发泻湖 由于强 蒸发作 用之后 所形成 的高密 度流体 向下或侧 向下对下部或领 区的孔 渗较好的地层进行 白云岩化的过程 。 这种 白云岩化 模式可 形成 于多种 沉积环境 中 ，如 边缘海 蒸发泻 湖及其 复合体 、陆棚 泻湖 、潮上泻湖 等 。各种环境 的 白云岩 化模式 大同小 异 ，即都是 由于重 卤水 下渗作 用形成 的 。渗透 回流模 式与蒸 发 泵模 式都是 与蒸发 海水作 用相关 的 ，而其 最重要 的区别在 于渗透 回流模 式一定发 生于 水下环境 ，即 与渗透 回流模式相 伴生 的蒸发岩 类必须 具有符合 水下 沉淀的沉 积构造 ，组构 ，矿物 相和地质 背景 。 其次 ，其 白云化流体 向下渗 透 回流 的地层 必须是 高孔高渗 层 ，如 间 遇泥 晶类 、较厚 膏 盐 岩类 或泥 质 类格 档层 ，则 白云 化流 体 下渗 中
白云岩成因研究
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
白云岩化模式课件
d) 沿断层快速上升的热学水习交溶流PP液T ，流体中的CO2突然释
6
1.4 白云化模式分类
微生物白云化模式 浅埋藏白云化模式
中-深埋藏白云化模式 热液白云化模式
萨勃哈白云化模式 回流渗透白云化模式
混合白云化模式 压实白云化模式 热对流白云化模式 构造挤压白云化模式 地形补给白云化模式
学习交流PPT
• 白云化流体不是直接源于蒸发海水或混合水，可 能来自细粒沉积物的孔隙水和吸附水，地层流体 等。
• 流体驱动力不是简单的学习流交流体PPT 密度差，可能为地层
22
2.5 中-深埋藏白云化模式
• 所有的埋藏白云化模式本质上都是水文学模式， 但不同的模式对于流体驱动的驱动力和驱动方向 不同，可以总结为以下四种类型：
① 压实流；
② 热对流；
③ 地形驱动流；
④ 构造驱动流。
学习交流PPT
23
2.5.1 压实驱动模式
• 随埋藏深度的增加，松散沉积物中的孔隙流体在上
覆荷载增加的过程中逐渐压实脱水，一些富镁的压
实流体进入到临近渗透性较好的灰岩，发生白云石
化作用。
学习交流PPT
24
2.5.2 构造挤压模式
• 富镁的地层流体因构造负荷作用产生的挤压变形 从地层中排出，并被驱动到盆地边缘导致可渗透 灰岩发生白云石化作用。
14
萨勃哈白云岩特征
• 以泥晶-微晶级白云石为主；
• 生物多样性缺乏，尤其缺乏窄盐度生物；
• 较低的δ13C和较高的δ18O值，Sr和Na含量高，Fe 和Mn含量低；
• 常与石膏或硬石膏伴生；
• 分布受沉积环境控制，具有一定的区域性；
• 白云化效率随海进、海学习退交流变PPT 化；
15第十六章(第2节)白云岩1
根据现代热带地区的波 斯湾南岸及巴哈马地区的潮 上带，在其表层碳酸盐沉积 物中正在进行着准同生的白 云化交代作用而提出的机理 。
潮上的盐坪 （萨布哈）1来自原理在这种潮上带，刚沉积不久的表层沉积物，主要是文石。
这些沉积物还是疏松的，其粒间充满着水。这些粒间水，在开始阶段是 正常的海水。
由于气候干热，蒸发作用强烈，这些粒间水就不断地向空气中散发。同时， 海水又通过毛细管作用，源源不断地补充到这些疏松的沉积物的颗粒之间。
“萨布 哈”(Sabkha) ——潮上 带的盐水沼泽(阿拉伯 语)。
波斯湾南岸卡塔尔西部费哈泻湖 附近的萨布哈及其他沉积环境
毛细管浓缩或蒸发泵白云石化作用的基本特征： 形成条件：潮间及潮上带(近海的暴露的地表)，气候 干热，蒸发量大； 镁质来源：经毛细管作用由海水补给； 交代特色：高盐度、高镁钙比的孔隙溶液就地交代先 期灰质沉积物；交代产物白云石晶体细小(隐、微 晶)；不破坏原有结构与构造；常有石膏、岩盐等蒸 发矿物共生。 发生时间：准同生期－－早成岩期
蒸发 风暴 潮补给 白云 岩 海水 补给 钙质 沉积物 海面
久而久之，这些粒间水的含盐度就变大了， 正常的海水就变成了盐水。 从这种盐水中首先沉淀出来的是石膏，也 可能还有一些其他盐类矿。 石膏的沉淀使粒间水或表层积水的Mg/Ca 比率大大提高。 正常海水的Mg/Ca约为3:1~4:1，而干热地 区潮上地带表层沉积物的粒间水或表层积水， 其Mg/Ca可达20:1，甚至更高。
中-粗晶
细晶
粉晶
白云岩中，晶粒结构发育，泥晶、粉晶、细晶、 中晶以至粗晶结构部相当常见；晶粒较粗的，晶形常 较好且多呈自形或半自形晶，其集合体常呈砂糖状， 也称砂糖状白云岩。
粉晶白云岩白云岩）
粉晶白云岩中含有大量晶间孔、晶间溶孔（孔隙为红 色），白云石晶粒为自形—半自形。 塔中4井，C，生 屑灰岩段，3546.00m，铸体片，（—）10×6.3。
潮上的盐坪 （萨布哈）1来自原理在这种潮上带，刚沉积不久的表层沉积物，主要是文石。
这些沉积物还是疏松的，其粒间充满着水。这些粒间水，在开始阶段是 正常的海水。
由于气候干热，蒸发作用强烈，这些粒间水就不断地向空气中散发。同时， 海水又通过毛细管作用，源源不断地补充到这些疏松的沉积物的颗粒之间。
“萨布 哈”(Sabkha) ——潮上 带的盐水沼泽(阿拉伯 语)。
波斯湾南岸卡塔尔西部费哈泻湖 附近的萨布哈及其他沉积环境
毛细管浓缩或蒸发泵白云石化作用的基本特征： 形成条件：潮间及潮上带(近海的暴露的地表)，气候 干热，蒸发量大； 镁质来源：经毛细管作用由海水补给； 交代特色：高盐度、高镁钙比的孔隙溶液就地交代先 期灰质沉积物；交代产物白云石晶体细小(隐、微 晶)；不破坏原有结构与构造；常有石膏、岩盐等蒸 发矿物共生。 发生时间：准同生期－－早成岩期
蒸发 风暴 潮补给 白云 岩 海水 补给 钙质 沉积物 海面
久而久之，这些粒间水的含盐度就变大了， 正常的海水就变成了盐水。 从这种盐水中首先沉淀出来的是石膏，也 可能还有一些其他盐类矿。 石膏的沉淀使粒间水或表层积水的Mg/Ca 比率大大提高。 正常海水的Mg/Ca约为3:1~4:1，而干热地 区潮上地带表层沉积物的粒间水或表层积水， 其Mg/Ca可达20:1，甚至更高。
中-粗晶
细晶
粉晶
白云岩中，晶粒结构发育，泥晶、粉晶、细晶、 中晶以至粗晶结构部相当常见；晶粒较粗的，晶形常 较好且多呈自形或半自形晶，其集合体常呈砂糖状， 也称砂糖状白云岩。
粉晶白云岩白云岩）
粉晶白云岩中含有大量晶间孔、晶间溶孔（孔隙为红 色），白云石晶粒为自形—半自形。 塔中4井，C，生 屑灰岩段，3546.00m，铸体片，（—）10×6.3。
白云岩化成因机理和模式
• 目前对于与白云岩成因相关的几个关键问题已取得了基
本一致的认识: ①从形成方式看，白云岩的形成以次生交代为主； ②从形成条件看，动力学条件制约着白云石的直接沉淀； ③从物源看，富Mg流体的来源及其量的大小控制着次生 交代的强度和规模; ④从成因模式看，不同地区的白云岩化模式可能不同，但 浓缩正常海水模式、萨布哈模式、混合水模式和埋藏白云岩 化模式具有普遍性。 ⑤微生物作用，尤其是细菌活动很可能有助于白云岩的形成
DYNAMICS 11.0
Training Manual
谢 谢！
白云岩化成因机理和模式
张鹏 矿物S131
Training Manual
DYNAMICS 11.0
目录
Training Manual
一、基本概念 二、研究进程
三、白云岩化成因及动力 四、白云岩化模式 五、总 结
DYNAMICS 11.0
一、基本概念
Training Manual
DYNAMICS 11.0
Training Manual
DYNAMICS 11.0
3.混合水模式
Training Manual
DYNAMICS 11.0
• 巴迪奥札曼尼首先用实验方法证明大气水与正 常海水的混合液对方解石和白云石的饱和程度的 影响。当5%的海水与95%的地下水混合时，白云 石已经饱和，但方解石不饱和;当30%的海水与 70%的地下水混合时，白云石当然早就过饱和了 ，但方解石仍然不饱和。因此，在海水含量为 5%-30%的混合液中，将发生方解石被白云石交 代的作用，即白云化作用。
1.成岩流体来源的Mg2+
Training Manual
DYNAMICS 11.0
成岩流体是指沉积物在固结成岩的过程中 积物孔隙中的流体。
白云岩的地球化学特征和演化过程
白云岩的地球化学特征和演化过程白云岩是一种由碳酸盐矿物主要组成的岩石，它的地球化学特征和演化过程对于了解地球内部的物质循环和岩石变质过程具有重要意义。
本文将重点介绍白云岩的地球化学特征以及其形成演化过程。
白云岩主要由钙质矿物组成，其中最常见的是方解石（CaCO3）。
白云岩通常呈现出白色或灰白色的颜色，质地坚硬，具有特别光滑的表面。
与其他岩石相比，白云岩相对较轻，其密度通常在2.5 g/cm³左右。
白云岩具有较高的钙含量，这使得它成为一种重要的工业原料，广泛应用于建筑、制药和农业等领域。
白云岩的形成过程主要分为两个阶段：沉积和变质。
在沉积阶段，白云岩形成于浅海水或湖泊中，这些地区通常具有高浓度的碳酸盐物质，如海洋生物遗骸和沉积物。
随着时间的推移，这些碳酸盐物质逐渐堆积并压实形成岩石。
而在变质阶段，白云岩会经历温度和压力的变化，使其结构发生改变。
这个阶段通常发生在白云岩沉积后的地壳深处，受到地壳构造运动的作用。
在地质演化的过程中，白云岩还会经历一系列的化学变化。
在高温高压环境下，白云岩中的方解石会发生热变质作用，转化为高压相或低压相的矿物。
这些矿物包括硅酸盐和榍石等。
这些矿物的形成过程中，还会释放出二氧化碳等气体，对地球大气的成分和气候变化产生一定的影响。
此外，白云岩还具有一定的演化特征。
它通常形成于富含碳酸盐物质的湖盆和海洋环境中，往往伴随着复杂的沉积作用。
在沉积过程中，白云岩往往与其他岩石类型交互沉积，例如粘土和砂岩等。
这种交互沉积的作用使白云岩具有不同的垂向和平行向变化。
总的来说，白云岩的地球化学特征和演化过程是多种因素相互作用的结果。
从沉积到变质，从化学成分到岩石结构的演变，这些过程对于了解地球内部物质循环和岩石变质过程具有重要意义。
通过研究白云岩的地球化学特征和演化过程，我们能够更好地理解地球的演化历史，并为工业生产和环境保护提供指导。
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细晶白云岩(具剩余鲕粒结构,粒间溶孔较发育)
细晶白云岩(晶间孔和晶间溶孔较发育)
中晶白云岩(晶间孔、晶间溶孔和超大溶孔非常发育)
碎裂化不等晶白云岩(晶间孔和晶间溶孔非常发育)
(3）长兴组和飞仙关组中白云岩储层成因 ①渗滤回流模式（成矿所，2005）
飞仙关组和长兴组中丰富多彩的优质白云岩储层成因， 大多数被认为与早期暴露和大气水、混合水流体有关的白 云岩化作用结果，并提出了众多成因模式，其中被最广泛 应用的模式是渗透回流和混合水白云岩化模式。
长兴组和飞仙关组中常见 的礁白云岩和颗粒白云岩、晶 粒白云岩等，普遍具很好的储 集性，部分为优质储层
①长兴组白云岩储层特征
普光6井长兴组生物礁白云岩 储层沉积剖面结构
毛坝3井长兴组生物礁白云岩 储层剖面结构
川东北地区长兴组碳酸盐缓坡和生物礁有利 储层发育相带沉积模式示意图
长兴组溶孔海绵礁白云岩
浅埋藏混合水白云岩化流体条件：1. 10-90%的海水与90-10% 的淡水混合；2.Mg/Ca>3.4；3.具备白云石生长的成核条件
近地表--海水混合水模式(据Tucker,1991)
浅埋藏混合水白云岩化流体条件： 1. 10-90%的海水与90-10%的淡水混合；2.Mg/Ca>3.4；3.具 备白云石生长的成核条件
亮晶鲕粒白云岩(粒间和粒内溶孔非常发育)
亮晶鲕粒白云岩(粒间和粒内溶孔非常发育)
粉-细晶鲕粒白云岩(粒间、粒内和超大溶孔非常发育)
亮晶鲕粒白云岩(粒间、粒内溶孔非常发育，具示底构造)
(2)飞仙关组 白云岩同位素分布特征示意图
Z:盐度指数 Z=2.048(δ 13C+50)+0.498 (δ 18O+50)（PDB‰）标准
1）白云岩化模式
不同部位的海水白云化作用模式图(据Tucker,1991)
蒸发泵模式(据Tucker,1991)
准同生白云岩化流体条件： 1.高盐度；2.Mg/Ca >8.4 ；3.具备白云石生长的成核条件
渗透回流模式(据Tucker,1991)
准同生白云岩化流体条件： 1.高盐度；2.Mg/Ca>8.4；3.具备白云石生长的成核条件
地多孔。 （文石mol体积为34.15 cm3／mol，方解石mol体积36.93cm3
／mol，白云石,mol体积为32.05cm3／mol ）
（减体积效应的理论依据）
文 石： mol体积为34.15 cm3／mol 方解石： mol体积为36.93cm3／mol 白云石：mol体积为32.05cm3／mol
泻湖
② 混合水模式（四川局和成矿所，2005）
淡水与正常海水混合水
淡水 海水
淡水或卤水与海水混合水
淡水 海水
卤水
③成岩期埋藏白云石化模式
对川东北早三叠世碳酸盐岩沉积区而言，当时 气候条件极干旱炎热，区域上以广泛发育局限和蒸 发台地为主，由于持续强烈的蒸发作用促使沉积环 境的海水或沉积物中的孔隙水盐度逐渐升高，不仅 缺乏持续性的淡水透镜体形成条件而难以构成区域 性的“混合水白云石化带” ，而且在海水或孔隙水 的不断蒸发过程中，水体中Ca2+离子不断消耗而 Mg2+不断富集，其结果是：一方面有利于白云石快 速成核而形成与石膏等盐类矿物共生的准同生阶段 白云岩化作用；另一方面在高能的鲕粒滩（或生物 礁）沉积环境中可形成高盐度的埋藏孔隙水流体而 有利于成岩过程中埋藏交代作用为主的白云岩化作 用
3.不同成岩期次的白云岩在岩石结构、晶体大小和 干净程度，以及各类孔隙的发育状况和充填物类型的 众多特征上，虽然有明显的差别，但出现继承性演化 特点，并一致反映了埋藏成岩过程中白云岩化程度越 高越有利于优质储层发育的基本规律。 4. 随成岩作用增强，白云石有序度增高和变化范 围缩小。 5.微量元素分析，不同成岩阶段白云岩的 Fe、Mn、 Sr微量元素的含量变化非常近似,说明不同成岩阶段的 白云岩化流体的性质是非常相似的，大多数样品具很 高的Sr和Fe、Mn含量，显示出非正常海水的影响特 征和很弱的外界大陆淡水干扰作用 。
5.4 飞仙关组储层白云岩化流体来源的讨论
1. 综合上述飞仙关组白云岩储层的锶同位素组成特征，认 为源于早三叠世地层封存的孔隙水（海源水）为各埋藏成岩阶 段的富Mg2+离子的白云岩化流体来源，如果Sr锶同位素组成特 征在判别成岩流体的来源方面是可靠的，那么Sr同位素变化规 律可以进一步论证埋藏白云岩化作用的可靠性，如87Sr／86Sr偏 低的样品主要是正常海相微晶灰岩，偏高的主要是准同生白云 岩和热液方解石，而与海水最接近的则是早-中成岩阶段埋藏交 代成因的细～中晶白云岩，并且白云岩化程度越高， 87Sr／86Sr 比值越接近McArthur的早三叠世海水锶同位素值。黄思静教授 对罗家寨和渡口坝构造飞仙关组白云岩储层的锶同位素地层研 究结果，也得出了白云岩化流体的锶同位素符合沉积期海水特 征 的 结 论 ， 在 其 分 析 的 37 件 鲕 粒 和 晶 粒 白 云 岩 样 品 中 ， 87Sr/86Sr 比 值 变 化 范 围 为 0.707406 ～ 0.708276 ， 平 均 值 为 0.707659，与本项目研究得出的平均值0.707656完全一致。
川东北飞仙关组各成岩阶段鲕粒白云岩结构演化图谱
早成岩阶段A期
早成岩阶段B期
早成岩阶段B期
中成岩阶段A期
川东北飞仙关组各成岩阶段鲕粒白云岩结构演化图谱
中成岩阶段A期 中成岩阶段B期
中成岩阶段B期
晚成岩阶段构造活动期 晚成岩阶段
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
蒸发-浓缩模式(据Tucker,1991)
准同生白云岩化流体条件： 1.高盐度；2.Mg/Ca>8.4；3.具备白云石生长的成核条件
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 (据巴迪奥札曼尼，1973)
美国威斯康星中奥陶统米夫林段的白云化作用示意图，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，混合白云化作用就在此透镜体以下的半 咸水带中进行(据巴迪奥札曼尼，1973)
六、白云岩（石）化
1. 白云岩化的意义
白云岩化（或白云石化）的实质是成岩介质中Mg2+ 逐渐置换方解石晶格中Ca2+的过程，在此过程中，由 于离子半径较小的Mg2+置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。
深潜淡水--海水混合水模式(据Tucker,1991)
埋藏压榨水模式—成岩白云石化模式(据Tucker,1991)
有关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+的来源问题，对埋藏深度 的定义，以及埋藏成因的白云岩与准同生阶段的白云岩如何区 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，现在讨论更多的是这些富Mg2+离子的白云岩化流体是通 过什么方式来。
储层白云岩研究实例
川东北地区飞仙关组和长兴组
储层白云岩成因分析
〈来自岩石结构和锶同位素的证据〉
1 ）川东北长兴组和飞仙关组白云岩 储层的基本特征
川东北长兴组和飞仙关组发育有两种 结构类型的白云岩：其一是泥-微晶白云岩 和石膏质白云岩，岩性非常致密，不利储 层发育；其二是长兴组的礁白云岩和飞仙 关组以鲕粒为主的颗粒白云岩、晶粒白云 岩，岩石晶粒粗和多孔，往往是优质碳酸 盐岩储层发育的岩性。
长兴组和飞仙关组中常见的泥-微晶白云岩和石膏质白云岩
大多数研究者认为川东北长兴组和飞仙关组准同生白云岩是蒸 发台地萨勃哈环境的产物，用蒸发泵模式解释其成因，典型的 岩石类型是泥-微晶的、含硬石膏的，或与硬石膏互层产出的膏 盐质泥-微晶白云岩、层纹石泥-微晶白云岩、膏质藻团粒微晶 白云岩和硬石膏、盐岩组合，常见干裂、钙结壳等暴露标志
⑤埋藏深度划分方案中的浅埋藏与中、深埋藏深度的界定，
多数人认为是1000m，也有认为500m即可，目前还没有共同 认可的标准； ⑥在多阶段白云岩化叠加作用的产物，所记录的大多数是 对最终成岩环境留下的标志，因此，要准确区分不同埋藏成 岩阶段和成因类型白云岩化过程，无论是从岩石学还是从地 球化学角度，都是非常困难的。 ⑦地球化学分析资料(尤其是Sr同位素特征)反映，埋藏成岩 阶段与准同生阶段形成的白云石在很多方面存在明显差异； ⑧一些先进的分析手段，通过矿物流体包裹体资料分析提 供了埋藏成岩阶段的流体组成及成岩温度等珍贵信息。
长兴组溶孔海绵岩
长兴组溶孔海绵礁白云岩
白云岩—藻团粒粘结白云岩
②飞仙关组白云岩储层特征
普光2井飞二段开阔台地大滨外滩 鲕粒和晶粒白云岩储层剖面结构
普光6井飞一段开阔台地大滨外滩 鲕粒和晶粒白云岩储层剖面结构
川东北地区飞仙关组碳酸盐岩台地大滨外滩 有利储层发育相带沉积模式示意图