白云石成因模式的研究进展及其适用性探讨

在分析大量国内外文献资料的基础上,将现有的20余种白云石的成因划分为原生白云石和次生白云石化两类模式,根据镁钙比等指标又将次生白云石化模式进一步细分为高镁钙比、低镁钙比、正常镁钙比白云石化及其它白云石化4种模式类型,并对其中几种经典的白云石化模式的真实性和适用性进行了探讨。认为蒸发泵白云石化模式和回流渗透白云石化模式受到了普遍认可;混合水白云石化模式遭受到持续挑战;海水白云石化模式和埋藏白云石化模式得到了广泛关注;热液白云石化模式和微生物白云石化模式逐渐成为新的主流模式。     

华北秦皇岛地区柳江盆地马家沟组碳酸盐岩多期白云化作用

华北秦皇岛地区的中奥陶统马家沟组以广泛发育海相白云质灰岩、灰质白云岩和白云岩为特征。在石门寨奥陶系亮甲山剖面,马家沟组自下而上识别出四类碳酸盐岩:含白云石泥晶灰岩（类型I）、细-粉晶白云岩（类型II）、“麦粒状”细-粉晶白云岩（类型III）和钙质泥晶白云岩（类型IV）。类型I主要由泥晶方解石构成,含三叶虫和介形类生物碎片,少量自形的粉晶白云石呈“漂浮状”分布于压溶缝合线内,基质中少见。岩相学和地球化学特征表明此类白云石形成于埋藏成岩期压溶作用之后,压溶缝为云化流体提供通道,压溶缝内泥质组分的成岩转化可能为白云化作用提供了部分镁离子来源;类型II白云岩主要由自形、半自形不等粒粉晶-细晶白云石构成,白云石普遍具有“雾心亮边”,在背散射和阴极发光照片中白云石可见清晰的多圈亮、暗相间环带。环带和带间主量元素的差异表明白云石经历了埋藏成岩期多期成岩流体的改造;类型III白云岩中白云石呈单向延伸的“米粒”或“麦粒”状,粉晶为主,晶体长轴方向具有垂直结晶轴c的特点,白云石具富铁、贫锰、锶的特点,长、短对角线上钙、镁离子的微小差异以及阴极发光特征表明此类白云石也经历了埋藏成岩期的改造,成岩流体使白云石发生微溶作用可能是导致白云石晶体单向延伸且光学性质固定取向的主要原因;类型IV为钙质泥晶球粒白云岩,含石膏假晶,白云石多为微晶和微亮晶,球粒也多由微晶白云石构成,溶孔发育,但全被亮晶贫铁方解石充填,此类岩石的白云化作用发生得很早,可能形成于潮上带澙湖或潮坪环境。综上所述,研究区马家沟组碳酸盐岩具有经历了不同类型及多期白云化作用的特点。自剖面底部向顶部,白云石的有序度由0.8降至0.47,而去云化作用则呈现逐渐增强的趋势。     

白云石重结晶作用及其地质意义

重结晶作用是白云石形成多期次动态系统中一种常见的成岩后生作用。白云石的成因问题，即“白云岩问题”一直困扰着地质学者，其中一个重要原因是白云岩中白云石的重结晶作用导致白云石形成的原始信息被掩盖，主要包括其结构和地球化学特征的变化。本文在调研国内外有关白云石重结晶作用文献基础上，系统梳理了地质历史时期古老地层中白云石和现代沉积白云石的重结晶作用，以及重结晶模拟实验中白云石岩石学及地球化学变化特征，阐述白云石重结晶的主要条件、影响因素及成岩过程中白云石重结晶作用发生的多期次性及主要变化特征，总结了白云石重结晶作用的研究意义，旨在为“白云岩问题”及成岩作用方面的研究提供一定的借鉴和启示。     

白云岩埋藏成岩作用过程中的金属元素与同位素再分配规律与受控因素

前人在白云岩岩石地球化学研究过程中注意到,在开放体系下埋藏成岩作用过程中白云石金属元素含量与同位素组成将发生再分配,然而到目前为止还没有系统的理论来解释这一现象。根据化学平衡原理,提出离子半径理论控制白云岩在埋藏过程中的金属元素与同位素组成再分配规律,基本概念为大半径离子含量减少,小半径离子含量升高。根据这一理论,结合Ca、Mg、Fe、Mn、Sr等+2价离子的离子半径数值得出推论,在埋藏压实成岩作用过程中白云石将向着有序度升高的方向转化,白云石中的Fe、Mn含量升高,Sr含量降低,同位素比值87Sr/86Sr升高。该结论与前人资料有着高度的一致性。     

微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法同时测定白云石中铁铝钙镁钾钠硫

采用微波消解白云石样品，电感耦合等离子体发射光谱法测定其中铁、铝、钙、镁、钾、钠、硫的氧化物，对微波消解条件和等离子体发射光谱仪的工作条件进行了选择，克服了常规化学分析方法步骤繁琐、耗时长、工作量大的不足。利用所建立的方法快速分析了白云石中铁、铝、钙、镁、钾、钠、硫的含量，结果与标准值或化学法相符，10次测定的相对标准偏差（RSD）7种元素均小于1％，可以满足生产和科研的要求。     

塔中Ⅰ号坡折带上奥陶统礁滩的白云石化及其储集意义

塔里木盆地塔中Ⅰ号坡折带上奥陶统良里塔格组礁滩灰岩发生了少量白云石化作用。白云石化主要发育在溶洞充填的钙质渗流粉砂,泥晶生物碎屑灰岩的泥晶基质,亮晶颗粒灰岩的钙藻屑、藻砂屑、藻泥屑等三种组构中。白云石化直接贡献了平均1%的孔隙度,同时产生的白云石晶间孔为进一步溶蚀提供了通道,对有效储层的形成起到了重要作用。高镁方解石生物是白云石化所需镁离子的重要来源。这套与生物白云石化相关的礁滩储层地质预测需要深入研究钙藻、海百合等生物的古生态、岩相环境及分布。     

江汉盆地白垩系渔洋组砂岩的成岩作用及其热力学分析

江汉盆地白垩系渔洋组砂岩存在五种类型的成岩作用。其中,与油气运移有关并对储层孔隙演化产生重要影响的是硬石膏的胶结与交代作用和后期方解石再次胶结作用。为了更好的研究成岩作用发生的控制因素以及成岩环境的变化,我们通过细致的热力学推导,绘制出包含方解石、白云石和硬石膏等矿物相在内的五组分相图。通过相图分析可以看出,pH 值在成岩作用过程中有着重要的作用。方解石和白云石的胶结及交代作用代表了偏中性或碱性的成岩环境;而硬石膏的胶结及交代作用则表明成岩环境由中性或碱性向酸性转变,例如酸性的油气前锋流体的注入。另外,成岩环境中阳离子(Ca~(2 )、Mg~(2 ))和阴离子(CO_3~(2-)、SO_4~(2-))的浓度对方解石、白云石和硬石膏的胶结、溶解及交代作用也有重要影响。     

“白云石问题”及其实验研究

“白云石问题”无疑是地质学上最有趣最长久的难题之一。作为一种常见的碳酸盐矿物,白云石在地质历史时期大量 发育,却在现代海洋沉积环境中鲜少沉积,并且在实验室模拟海水条件下也几乎无法低温合成。白云石[CaMg(CO3)2]不同于 Ca2+、Mg2+无序的高镁方解石,具有阳离子有序超结构,空间群为R-3,在地表条件下为热力学稳定相。尽管人们尝试模拟 自然界中白云石存在的物理化学条件,但却几乎没有从实验中成功合成有序白云石。在已有的实验室研究中,有序白云石 仅能通过高温水热实验形成。这说明白云石的形成极可能是一个动力学控制过程。而近些年被人们广泛接受的白云石微生 物成因模式认为微生物活动是低温白云石形成的关键,相关的微生物矿化实验也证实微生物的存在能够促进高镁方解石的 形成。对白云石问题的探讨不仅对理解白云岩成因具有重要意义,还能够促进矿物学理论研究发展。此次研究从高温合成 实验、低温合成实验、微生物协同沉淀实验等方面综述了有关白云石问题的实验室研究进展,阐明了目前对于白云石问题 认识的局限,有助于更好的理解“白云石问题”和其中所包含的矿物学和物理化学问题,乃至于帮助寻找到它的答案。     

白云石有序度与流变特征的研究进展

白云石CaMg(CO3)2常见于白云岩、灰岩及大理岩中，其稳定的温压范围很广，是研究俯冲隧道变形、全球碳循环和地幔交代作用的重要矿物。白云石的有序度可能与重结晶过程相关，温度是影响白云石有序度的关键因素，压力对白云石有序度的影响较弱。在1~3 GPa 下白云石完全无序的转变温度为1150~1200℃，Fe、Mn、Cd 离子含量的增高可显著降低白云石结构无序化的转变温度。天然变形的白云石常发育由底面c 滑移控制的晶格优选定向。根据白云石的流变律，在天然 应变速率下（10-15~10-12 s-1），>400℃细粒白云石以扩散蠕变为主；而粗粒白云石以位错蠕变为主，只有在高温下（>600~700℃） 扩散蠕变才成为主控变形机制。分解反应或者动态重结晶可导致白云石流变强度的显著下降，应变集中。白云石c滑移的临界剪应力随温度升高而增大的现象可能与白云石有序度的变化有关，而围压、水逸度和成分对白云石流变的影响尚不清楚，定量研究白云石的有序度与流变学性质的相关性将为追踪碳酸盐岩和大理岩的成岩和变形历史提供新的信息。     

柴达木盆地西部SG-1钻孔中白云石成因探讨

由于无机环境下不能沉淀白云石，该矿物的成因一直是学术争论的焦点。柴达木盆地西部钻孔SG-1（长938 m）中出现了大量白云石和铁白云石，白云石主要分布在钻孔下部500 m，而铁白云石主要分布在下部418 m。结合湖泊从淡水湖、咸水湖、盐湖至干盐湖的演化过程，文章分析了白云石和铁白云石的成因。白云石是盐类矿物的一种、且无机环境下不能沉淀，蒸发作用和微生物介导是白云石矿物形成的两个重要影响因素。蒸发作用为白云石的形成提供了足够浓度的Mg2+，微生物的介导作用帮助Mg2+克服动力学障碍进入碳酸钙晶格形成白云石。白云石是湖泊演化早期析出的一种碳酸盐类矿物，主要在咸水湖环境中沉淀，盐湖环境中主要沉淀硫酸盐类和氯化物矿物，在盐湖这种高盐度环境下能够生存的微生物非常少，白云石含量明显降低。铁白云石是白云石矿物的一种，是Fe2+替代白云石中的Mg2+形成的次生矿物。Fe2+有两种来源：粘土矿物转换过程中的释放和深部热液来源。Fe2+进入白云石的过程主要是在无机、高温环境下完成的，但不排除微生物的介导作用。     

微生物成因白云石研究进展

"白云岩问题"一直是沉积地质学研究的热点和难点之一,白云岩在我国和世界范围内都是重要的油气储层。因此,深入认识白云岩成因对于碳酸岩油气勘探具有重要参考意义。白云岩成因有多种解释模式,如萨布哈蒸发模式、渗透回流模式、埋藏调节模式、混合水模式、潮汐泵模式等。近几十年来,随着低温白云石研究的不断深入,微生物白云石模式作为一种新的成因模式被提出并不断被完善。本文回顾了微生物成因白云石的研究进展,总结了低温白云石形成的3个动力学障碍(镁离子的高水合能、硫酸根的存在、碳酸根离子的低浓度和低活度),简要介绍了微生物成因白云石模式的建立、微生物成因白云石的生长过程及发育特征,系统分析了微生物在白云石形成过程中的调节作用,指出微生物(如硫酸盐还原菌、古甲烷菌)的存在可以改变溶液中的离子平衡,进而有利地克服白云石形成过程中的动力学障碍,并列举了低温微生物成因白云石的氧同位素指标在古温度恢复和过去气候变化研究中的应用,最后对微生物成因白云石相关研究方向(如多学科交叉、新技术应用等)加以展望。对微生物成因白云石模式的深入认识,将为正确解释"白云岩问题"提供新的途径,也将为石油学家关心的白云岩储层问题提供新的理论基础和研究思路。     

白云石形成过程中的热力学与动力学基础及自云岩形成环境划分

CaMg(CO3)2在现代海水中是过饱和的,但是前人的研究发现在实验室标准状态下(25℃.1atm)无法从海水中直接沉淀出白云石,所以,白云石的形成不是一个单纯的热力学问题,而是一个动力学问题.依据白云石形成的热力学和动力学特征,将白云岩的形成环境划分为表生成岩环境与埋藏成岩环境.表生成岩环境按白云岩发育位置又分为:潮坪一漏湖蒸发环境、环礁潜流面与深海沉积环境.埋藏成岩根据流体进入体系的方式又分为:与裂缝相关的埋藏成岩、与缝合线相关的埋藏成岩、与岩溶相关的埋藏成岩和与渗透回流相关的浅埋藏成岩.分别对所划分的各成岩环境进行了详细的岩石学与地球化学特征分析与讨论.     

塔里木盆地中央隆起区上寒武统—下奥陶统白云岩储层中两类白云石充填物:特征与成因

在塔里木盆地中央隆起区,下古生界白云岩储层中的白云石充填物从形态上可分为菱形和鞍状两类,它们具有不同的岩石学特征,菱形白云石内部结构简单均一,而鞍状白云石内部结构比较复杂,由内核、环带和外缘三部分组成。地球化学组成分析表明,菱形白云石可能形成于成岩作用的早期,成岩物质可能来源于改造的海水,其沉淀是一个相对稳定的过程,后期仅少量受到富铁流体的改造。而鞍状白云石的形成则可能与断裂诱发的深部热流体活动密切相关,其物质可能来源于深部热液在运移过程中对围岩白云石的溶解,鞍状白云石内部复杂的结构可能反映了断裂的幕式活动。因此,两类白云石充填物反映了不同的成岩流体环境,特别是鞍状白云石很可能是热液溶蚀作用发生的重要标志。在白云岩储层研究中,今后需要进一步深入详细分析充填物的产状、充填作用发生的时间和机制,对于研究分析白云岩储层形成机制和储层预测都有重要意义。     

白云石形成过程中的热力学与动力学基础及白云岩形成环境划分

CaMg(CO3)2在现代海水中是过饱和的,但是前人的研究发现在实验室标准状态下(25℃,1atm)无法从海水中直接沉淀出白云石,所以,白云石的形成不是一个单纯的热力学问题,而是一个动力学问题。依据白云石形成的热力学和动力学特征,将白云岩的形成环境划分为表生成岩环境与埋藏成岩环境。表生成岩环境按白云岩发育位置又分为:潮坪-澙湖蒸发环境、环礁潜流面与深?粱肪场B癫爻裳腋萘魈褰胩逑?的方式又分为:与裂缝相关的埋藏成岩、与缝合线相关的埋藏成岩、与岩溶相关的埋藏成岩和与渗透回流相关的浅埋藏成岩。分别对所划分的各成岩环境进行了详细的岩石学与地球化学特征分析与讨论。     

关于白云岩、白云石、白云岩化、白云石化和白云化等术语的辨析

白云岩是指以白云石为主要组分的碳酸盐岩,其中白云石矿物的含量应超过50%。在白云岩中常含有方解石、石膏等化学沉淀矿物,也可含有黏土、陆源砂、粉砂等。白云岩与石灰岩有相似的外貌,但白云岩与盐酸反应较石灰岩弱。白云石分子式是CaMg\[CO₃\]₂,其常含有Fe、Mn的类质同象混入物。白云石化,指方解石矿物中的钙离子部分地或全部地为镁离子代换,从而使方解石矿物转变为多镁方解石矿物或白云石矿物的作用,其英文术语为dolomitization。白云石化的结果可使石灰岩转变为白云石化的石灰岩或白云岩。由于白云石化的最终结果是石灰岩转变成白云岩,所以也可以把白云石化称作白云岩化。白云岩化的英文术语也是dolomitization。近几十年来,笔者基本上未使用白云石化和白云岩化这两个术语,而使用白云化这一笼统的或概括性术语代替白云石化和白云岩化。这样,许多有争议的问题就都避免了。白云石化作用、白云岩化作用、白云化作用,其含意与白云石化、白云岩化、白云化的含意相同。关于白云石和白云岩,在以前的英文文献中,均称作dolomite。近些年,一些作者用dolostone代表白云岩,而把dolomite仅限于白云石矿物。这是个很好的进展。近几十年来,笔者就是这么用的。现在,有些学者继续把dolomite兼指白云石和白云岩。可以这么兼指,只要把问题讲清楚就行。还有dedolomitization这一术语,其原意是去白云石化作用,指白云石中的镁离子被钙离子代换,从而使白云石矿物转变为多镁方解石矿物或方解石矿物的作用。其最终结果当然是白云岩转变为石灰岩。把它称作去白云石化或去白云岩化,均可。当然,笔者更倾向于把它称作去白云化。去白云石化作用、去白云岩化作用、去白云化作用,其含意与去白云石化、去白云岩化、去白云化的含意相同。看来,要把白云石化、白云岩化、白云化,去白云化、去白云岩化、去白云化,白云石、白云岩等术语的含意讲清楚,好似“绕口令”,令人不胜其烦。笔者建议：白云石（dolomite）专指矿物,白云岩（dolostone）专指岩石;白云化（dolomitization）兼指白云石化和白云岩化;去白云化（dedolomitization）兼指去白云石化和去白云岩化;“作用”二字要不要均可,不要更简单更好。     

柴达木盆地西部北区E13碎屑岩的成岩作用及其热力学分析

柴达木盆地西部北区E13地层普遍发育了很好的碎屑岩，储层物性与成岩作用密切相关。为了认清柴西北区E13有利储层的分布规律，在岩心观察、显微分析和各种分析化验的基础上，划分了本区成岩作用序列，并通过热力学分析进一步研究了成岩作用的控制因素。研究发现，本区主要存在四次较大规模的成岩作用，第一次是白云石胶结及交代作用，第二次是方解石的胶结与交代作用，第三次是胶结物的溶解，第四次是晚期硬石膏的胶结及交代作用，而油气充注发生在溶解作用之后硬石膏胶结作用之前。另外，压实和压溶作用贯穿整个成岩作用过程。各种成岩作用都是在一定的热力学体系下进行的，通过细致的热力学推导，绘制出包含方解石、白云石和硬石膏等矿物相在内的五组分相图，从而得到了成岩环境的地球化学特征。     

松科1井嫩江组湖相含铁白云石的准确定名和矿物学特征

通过XRD衍射和电子探针分析,从矿物学命名的角度出发,提出松科1井嫩江组湖相白云岩的主要矿物是白云石和铁白云石之间的过渡类型——含铁白云石,而不是长期认为的铁白云石。矿物学特征表明:精测后的晶胞参数a、c、V值均大于标准白云石,更接近标准铁白云石,说明含铁白云石和铁白云石具有相同晶体结构,但在同一结构位置上,Fe2+和Mg2+的数量比存有差异,且结构中Fe2+对Mg2+的部分替代是导致晶胞轴长和体积增大的原因,从晶体结构的角度再次证实样品为含铁白云石。另外,通过计算,含铁白云石的有序度均值为0.40,CaCO3摩尔含量均值为55.48g/mol,表明较富钙的、低有序度的含铁白云石形成于结晶速度较快、不稳定的成岩环境中。     

硫酸根离子对方解石和白云石溶解度的影响

在无CO2和有P_CO2条件下,利用目前成熟的水文地球化学模拟软件——PHREEQC,分别对方解石、白云石在Na2SO4、CaSO4和MgSO4溶液中的溶解度进行了模拟计算。结果显示:溶液中SO₄2-的存在对方解石、白云石溶解度的提高作用很大。如在Pco2、浓度为1200mmol／L的Na2SO4溶液中,方解石和白云石溶解度分别为纯水中溶解度的9．544和9．897倍。其作用机理是:在无同离子效应时,SO₄2-等所产生的盐效应和SO₄2-与各种阳离子形成的离子对起重要作用;而有同离子效应时,将发生白云石化或去白云石化反应,从而促使不全等溶解继续发生。与此同时,即使存在同离子效应的条件下,特别是在较高浓度条件下,盐效应的作用也是不容忽视的。      

四川盆地川中地区震旦系灯影组碳酸盐沉积物成岩作用与孔隙流体演化

以四川盆地川中高石梯-磨溪地区钻井岩芯和水样资料为主,盆地周边地面剖面露头资料为辅,采用微量元素、阴极发光、包裹体、同位素等分析手段进行岩石学和地球化学分析,在此基础上讨论了灯影组碳酸盐岩的成岩作用变化和成岩作用过程中孔隙流体的演化。研究结果表明:灯影组碳酸盐岩沉积物在沉积作用和成岩作用过程中广泛地受到孔隙流体和成岩作用变化的影响,发生过海水的胶结作用、早期大气水成岩作用（溶解作用和沉淀作用）、表生喀斯特化作用、构造控制的热液白云石化和密西西比谷型矿化作用、碳氢产生时的溶解作用、油热裂解时焦沥青的充填孔洞作用等,其中喀斯特化和热液白云石化对储层的发育起着重要的作用。然而,灯影组孔隙流体广泛地被白云石化作用和喀斯特化作用的修饰。现今地层水资料分析表明这些成岩作用明显地影响蒸发海水的地层水流体。地层水分析资料在Ca-Br及Mg-Br关系图上显示出蒸发海水的特征,Ca的浓度比蒸发海水分布曲线要高,Mg的浓度比蒸发海水曲线要低,为灯影组沉积物在成岩作用过程中发生过白云石化作用的结果。     

二连盆地阿南凹陷下白垩统腾格尔组湖相云质岩成因

二连盆地阿南凹陷下白垩统腾格尔组发育一套湖相的富含致密油云质岩段,包括云质泥岩、云质沉凝灰岩和云质砂岩,但这类云质岩中的白云石岩石学特征及成因尚不明确.通过岩心、薄片、扫描电镜及碳氧同位素分析,将云质岩中的白云石分为两类:(1) 分布在纹层状和星点状云质泥岩或云质沉凝灰岩的非平直晶面、半自形微粉晶白云石;(2) 分布在块状云质沉凝灰岩或云质砂岩的非平直-平直晶面、自形粉细晶白云石.两类白云石的成因机制不同:(1) 半自形微粉晶白云石具偏高的δ13C_PDB值(平均为5.4‰),主要受产甲烷菌的代谢活动影响,其δ18O_PDB值负偏移量较小(平均为-13.0‰),计算形成温度约50~75 ℃,推测为成岩早期成因白云石,Mg2+离子主要来源于富火山灰的凝灰物质大量水解.(2) 自形粉细晶白云石晶体较大、晶形好,其δ13C_PDB值偏低(0.2‰~0.7‰),受产甲烷菌的代谢活动和深层有机质热催化共同影响,其δ18O_PDB值较低(平均为-19.4‰),计算形成温度约119 ℃,推测为成岩晚期埋藏成因白云石,Mg2+离子可能与粘土矿物水解及深部流体上涌有关.