《沉积地球化学应用》讲座(四)

白云石这种特殊矿物不论其矿物性质还是经济价值早已引人瞩目。白云岩是重要的油气储集层以及许多Pb—Zn等金属的容矿岩石。然而关于白云石的成团,一直是地质学界长期争论的问题。     

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。     

塔里木盆地下奥陶统白云岩类型及其成因*

下奥陶统白云岩是塔里木盆地最现实的重点勘探领域。文中在分析塔里木盆地早奥陶世构造、沉积及古气候等地质背景的基础上,以前人对白云岩的结构分类为基础,从白云岩发育产状出发,将塔里木盆地下奥陶统白云岩划分为灰岩中零散白云石、灰岩中斑状白云石、层状白云岩和沿断裂分布白云岩4类,白云石含量层位上自下而上具有总体减少的趋势。各类白云岩在岩石学特征和发育分布上具有较为明显的差异,局部可重叠出现。灰岩中零散白云石和斑状白云石的岩石学和地球化学及发育分布特征均反映其主要由浅埋藏白云石化作用形成;层状白云岩和沿断裂分布白云岩形成于中深埋藏白云石化作用;各类白云岩的产状特征差异受控于沉积期海平面变化、海水性质及埋藏条件等因素。沿断裂分布白云岩的形成和分布与断裂密切相关,是重要的储集岩石类型。白云岩储集层的形成主要是后期改造的结果,埋藏白云石化作用并未对大规模白云岩储集层的形成起到建设性作用,伴生或后期流体再运移导致的溶蚀作用为其主要成因。     

近地表温压条件下白云岩溶解过程的实验研究

与溶解作用有关的次生孔隙是碳酸盐岩最主要的油气储集空间,从实验模拟角度研究碳酸盐溶解机制具有重要的理论与应用价值。本文在近地表的温度和压力条件下,进行了具相同成分和结构的白云岩在CO2和乙酸介质中的对照溶解实验,两种类型的具相同成分和不同结构的白云岩在CO2介质中添加和不添加硬石膏的对照溶解实验,以及方解石含量50%的岩石在CO2介质中添加和不添加硬石膏的对照溶解实验。实验结果表明:(1)近地表温压条件的酸性环境中,乙酸对碳酸盐矿物的溶解能力显著大于CO2流体,乙酸对白云石的溶解是接近化学计量的,而CO2流体则是非化学计量的,白云石中Ca优先溶出而Mg滞留;(2)溶解CaSO4的加入会显著改善近地表温压条件下CO2流体对白云石的溶解效果,使得白云石溶解接近化学计量组成,该过程是通过抑制Ca的溶出和加速Mg的溶出来实现的;(3)对于白云石含量大于90%的较纯的白云岩来说,溶解CaSO4的加入会使得白云岩溶出离子的Ca、Mg合量增加,因而总体上有利于白云岩溶解,与之相反,溶液中CaSO4的沉淀可能导致白云石的沉淀。实验结果可以帮助我们更深刻理解近地表环境白云岩的溶解过程,尤其是与膏盐伴生的白云岩的溶解及相应岩溶过程和次生孔隙的形成机制。      

“白云岩问题”与“前寒武纪之谜”研究进展

白云岩的成因是沉积学界倍受关注的研究主题;众多的白云岩化模式可以用来解释各种成岩白云岩的成因;然而原生白云岩的成因一直是困扰沉积学界的难题,被称为“白云岩问题”。究其原因主要在于：在近地表环境的常温、常压实验条件下不能生成完美有序的白云石矿物。近年来,野外观测和实验模拟研究发现某些微生物的生命活动可导致白云石于地表常温、常压条件下发生沉淀。如硫酸盐还原细菌和产烷菌的调节作用可以克服白云石晶核形成的动力学障碍,在这些厌氧菌的参与下,白云石晶核形成和沉淀并不需要高镁离子和过饱和状态的溶液环境。这种微生物学和沉积学的结合代表了一个新的研究方向,同时也为解决“白云岩问题”带来了新希望。泥晶白云岩化作用（mimetic dolomization）可以保留原矿物（文石或方解石）的晶形、原岩的微细组构,对解释地史时期保存原生构造的白云岩具重要的启示。“前寒武纪之谜”是指前寒武纪叠层石中缺乏钙化蓝细菌化石的现象。参与碳酸盐岩叠层石建造的微生物群组成可能随着地质历史的演化发生变化,蓝细菌在显生宙的叠层石建造过程中起主导作用,细胞体积更小的真细菌很可能是参与前寒武纪叠层石建造的主要微生物。     

中二叠统茅口组白云岩发育机理:以川中-川东地区为例

白云岩储层是茅口组一种重要的储层类型,其成因是研究重点。为此,以川中-川东地区茅口组白云岩为例,通过露头观测、岩心观察、岩石薄片鉴定及岩石地球化学分析的方法,分析了茅口组白云岩(石)的成因。结果表明:茅口组白云岩(石)可划分为层状粉晶白云岩、层状细-中晶白云岩、灰岩中零散分布的白云石、透镜状中-粗晶白云岩和鞍形白云石胶结物5种类型。其中,层状粉晶白云岩原始结构保存较好,地球化学特征与原始灰岩相似,是早期埋藏环境下形成的产物;层状细-中晶白云岩与层状粉晶白云岩相伴生,δ¹⁸O值较灰岩偏负,包裹体均一温度大于正常地层埋藏温度,部分样品可见Eu正异常,是由层状粉晶白云岩在热液作用下重结晶形成;灰岩中零散分布的白云石则与矿物的稳定化有关;透镜状中-粗晶白云岩和鞍形白云石胶结物镜下可见白云石晶面弯曲和波状消光,其δ¹⁸O值可达-10‰,包裹体均一温度高于正常地层埋藏温度,Eu正异常明显,是典型的热液白云岩(石)。     

西沙群岛西琛1井碳酸盐岩白云石化特征及成因机制

西沙群岛西琛1井碳酸盐岩地层可分为3个白云岩层和4个石灰岩层。白云岩层白云石矿物体积分数为91.1%~100%,其他矿物小于8.9%,以泥晶为主,分布在岩石的骨架颗粒和孔隙充填物等各种结构组分中。白云岩δ13C为0.80‰~3.16‰,平均为2.24‰;1δ8O为0.56‰~5.23‰,平均为2.56‰。这些特征反映了白云石化作用发生在准同生超浓缩卤水条件下,古盐度为36.88%,古温度为1.07℃。石灰岩层白云石矿物体积分数多在25%以下,以亮晶为主,在孔隙或裂缝发育部位富集,而坚硬的骨架部位几乎没有白云石。白云石流体包体的均一温度为102.5~296℃,平均为156.3℃;盐度为0.55%~6.25%,平均为3.75%;密度为0.95~0.99 g/cm3,平均为0.97 g/cm3;压力为20.65~42.65 MPa,平均为33.65 MPa。这些特征反映了白云石化作用可能与成岩期后热水作用相关。     

鄂尔多斯盆地下古生界马家沟组白云岩储层水—岩反应特征分析

在岩溶型储层中,深埋白云岩储层储集空间的形成与水-岩反应密切相关,分析水-岩反应机理是揭示白云岩储集空间形成条件的基础。以鄂尔多斯盆地下古生界马家沟组白云岩储层的多口钻井岩芯为研究对象,综合利用扫描电镜、电子探针等手段,研究矿物、岩石的物质成分和结构,观察溶蚀孔隙和充填的次生矿物。再根据流体包裹体测温确定水-岩反应的温度。研究认为:鄂尔多斯盆地下古生界马家沟组白云岩储层水—岩反应相关的主要成岩作用有准同生白云石化作用、溶蚀作用、矿物充填作用和压实-压溶作用。     

吉木萨尔凹陷芦草沟组致密油储层初步研究：岩性与孔隙特征分析

通过岩心观察、薄片鉴定、电子探针观测,结合野外剖面及测井和地震等资料,分析吉木萨尔凹陷芦草沟组致密油 储层岩性与孔隙特征。结果表明致密储层段由呈韵律互层产出的白云岩类/粉砂岩类与泥岩类构成,一般由3~5 个韵律组成, 具有一定的非均质性。储层岩石类型主要为白云质粉砂岩/粉砂质白云岩、砂屑白云岩以及泥晶白云岩。其中白云质粉砂岩 / 粉砂质白云岩分布最广,为芦草沟组上、下储层段（“甜点”）最主要储集岩,砂屑白云岩只分布于上储层段,泥晶白云岩 以薄的夹层形式分布于上、下储层段。电子探针微区观测表明,储集空间以溶蚀型孔隙为主,孔径大小从几μm 到30 μm, 可分为粒间/ 晶间溶孔、粒内溶孔以及部分裂缝型孔隙,发生溶蚀作用的矿物以钠长石为主,白云石次之。定量分析表明, 白云质粉砂岩/ 粉砂质白云岩主要由钠长石、白云石以及少量钾长石等矿物组成,砂屑白云岩主要由微晶白云石和少量钠长 石等矿物组成,泥晶白云岩主要由微晶白云石和少量石英、钠长石等矿物组成。     

会泽铅锌矿床“HTD”白云岩厘定

<正>白云岩按成因模式可以分为原生白云岩模式、次生白云岩模式(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)及其他模式(韩林,2006)。HTD是指受断裂构造控制的热液白云石化作用,是富镁热液在温度和压力升高的埋藏条件下沿着拉张断层、转换断层或断裂系统上升,碰到渗透性差的隔挡层后侧向侵入到渗透性好的围岩中形成白云石作用(李     

利用小半径粉晶相机测定钙镁碳酸盐矿物的含镁量

白云石和方解石是分布很普遍的造岩矿物,尤其在沉积地层中更属常见。镁方解石是现代碳酸盐沉积物和某些海洋生物介壳的一种常见矿物。一般说来,区分白云石与方解石是比较容易做到的。但是,要确切地回答一块白云岩样品是由典型的白云石(Ca/Mg克分子比值接近于1)还是由富钙白云石矿物(Ca/Mg克分子比值大于1)构成的,则比较困难。     

白云石与富硅流体的水—岩反应实验及其储层地质意义

含硅热液是影响深层白云岩储层的一种重要的流体类型,其如何与白云岩相互作用以及能否促使深层有效白云岩储层发育,是当前流体地质学与碳酸盐储层地质学研究需要进一步揭示的科学问题。本文以CaMg(CO_3)_2—SiO_2—H_2O体系为例,应用熔融毛细硅管合成包裹体技术和原位激光拉曼光谱分析技术,结合淬火微区X衍射、扫描电镜观察及能谱分析等手段,研究了富硅流体与白云石的水岩反应机理。结果表明,白云石与富硅流体在100℃以上即可发生脱碳反应产生CO_2,200℃时的反应机理为:3CaMg(CO_3)_2(白云石)+4SiO_2+H_2O=Mg_3(Si_4O_(10))(OH)_2(滑石)+3CaCO_3+3CO_2。据此,认为滑石这类富镁硅酸盐矿物可以作为白云岩储层含硅热流体作用的证据。深部富硅热液沿断裂向上运移,与白云岩反应后沉淀滑石等富镁硅酸盐矿物,继而导致储集空间的减少,但是气相产物CO_2是重要的酸性气体,可以在合适的地质条件下溶蚀碳酸盐矿物,有利于深埋条件下储集空间的形成与保存。     

豫西南淅川震旦系灯影组白云岩特征及成因分析

晚前寒武纪扬子克拉通及其周缘保存了一套比较完整的白云岩地层（灯影组）。扬子北缘（南秦岭） 地区的灯影组白 云岩与典型灯影组白云岩在成岩组合和沉积序列有较大差别,有待进一步研究。该研究在野外剖面实测、镜下鉴定基础 上,运用阴极发光和X射线衍射有序度分析对扬子北缘（南秦岭） 淅川地区灯影组白云岩进行了岩石学分类及成因机制研 究。研究区灯影组白云岩类型主要为泥—粉晶他形白云岩、细晶自形—半自形白云岩、以中—粗晶白云石为主的细—粗晶 半自形—他形白云岩、鞍形白云岩和岩溶角砾白云岩。其中泥—粉晶他形白云石为准同生阶段蒸发海水白云石化作用产 物;细晶自形—半自形白云石形成于早成岩浅埋藏阶段,成岩过程与蒸发海水回流渗透白云石化作用有关;细—粗晶半自 形—他形白云石和鞍形白云石属晚成岩期中—深埋藏环境下由碳酸盐岩矿物经过热液白云石化或重结晶作用所形成;岩溶 角砾白云岩是通过白云岩层的溶蚀—垮塌和砾间胶结作用形成。因此,由于相对海平面升降、上覆地层沉积厚度增加引起 的成岩环境变化以及后期流体的改造作用促使了研究区不同类型白云岩的发育。     

从岩石结构和地化特征看巴楚隆起上寒武统白云岩的成因及演化

塔里木盆地巴楚隆起上寒武统发育一套极具勘探价值的厚层白云岩。基于该白云岩的钻井取心与薄片鉴定,将其分类为结晶白云岩、泥微晶白云岩、具残余(颗粒)结构白云岩及过渡型白云岩。运用多种地化分析和测试手段,认为上寒武统白云岩主要经历了(准)同生(蒸发泵、渗透回流)白云石化—埋藏白云石化—后期局部热液改造三个阶段,导致研究区白云石化的流体主要为高盐度卤水、埋藏残余海水以及深部热液流体,整个白云石化过程中岩石结构也发生相应演化。泥微晶白云岩主要形成于(准)同生期萨布哈环境,过渡型白云岩及残余结构白云岩由白云石化不彻底或选择性白云石化作用形成,结晶白云岩由埋藏白云石化作用形成。存在自生矿物、高Ba/Sr值、稀土Eu富集以及包裹体测温均显示深部热液对白云岩具有局部改造作用,该类白云石通常具有波状消光的特征。经过热液溶蚀改造的白云岩储集空间变好,这对白云岩储层的勘探具有指示意义。     

川东北飞仙关组白云岩岩石结构演化

根据矿物结晶学理论,白云石可按照晶体大小和晶边形貌划分为不同的结构,其结构的演化主要受原岩化学组成、岩石结构和白云岩化流体的影响。白云岩原岩可分为不同化学组分的泥灰岩和含颗粒泥灰岩,泥灰岩可细分为成分均匀的和含溶孔、胶结物的泥灰岩;含颗粒泥灰岩可细分为未接受任何改造的、发生溶蚀胶结作用的和发生泥晶化等作用的含颗粒泥灰岩。以川东北飞仙关组白云岩为例,在不同浓度的白云岩化流体条件中,讨论不同结构白云岩岩石的演化。结果表明：泥晶化及溶蚀作用是白云石岩石结构演化和形成的基础;大多数鲕粒白云岩在低浓度白云岩化溶液中形成;糖粒状白云岩为外来高浓度的白云岩化流体改造形成。     

湖相碳酸盐岩白云石化流体来源、作用机制及物质过程

湖相白云岩具有重要的油气地质意义,广泛发育于我国东部新生代地层中。本文通过大量资料统计和分析前人对国内湖相白云岩的研究成果,系统阐述了国内主要湖盆的湖相白云岩的成因、形成流体来源及相关物质的响应。根据白云石化流体的碳氧同位素、锶钡比、有序度、pH值、Eu异常、Ce异常等各类指标,将白云石化流体分为原始湖泊、外来淡水、热水热液和海源流体等类型。不同类型流体来源改造下生成白云岩所伴生的矿物组合不同;不同白云石化流体通过微生物作用、准同生作用、热液作用和埋藏作用等方式对原始碳酸盐岩进行白云石化作用,不同白云石化作用机制直接制约了其物质响应过程。提出了未来利用定量分析技术深入开展白云石化流体来源分析、准确判断成岩流体类型或成岩作用机制是进一步研究的方向。     

滇东北矿集区茂租铅锌矿床地球化学特征

茂租铅锌矿床位于扬子地台西南缘,是滇东北矿集区内的一个大型矿床,矿体主要呈似层状产于震旦系灯影组白云岩中;矿石矿物以闪锌矿为主,次为方铅矿;脉石矿物主要为白云石、方解石和萤石。本文对该矿床中与铅锌矿密切共生的团块状白云石、方解石和萤石以及围岩灯影组白云岩的REE地球化学特征和C、O、Sr同位素进行了对比研究。结果表明:团块状白云石和方解石的稀土配分模式、C同位素和Sr同位素比值与围岩灯影组白云岩比较接近,表明形成团块状白云石和方解石的成矿流体主要来源于围岩灯影组白云岩的溶解;但这两种矿物的稀土总量ΣREE高于灯影组白云岩,说明成矿流体除了主要由围岩提供REE外,还有部分其他富含REE流体的加入。萤石则具有LREE亏损和分配曲线相对平缓的稀土配分模式特征,表明萤石形成于成矿的晚阶段,有更多的外部流体的加入。团块状白云石、方解石和萤石表现出明显的Eu正异常,且团块状白云石和方解石的O同位素低于灯影组白云岩,反映了存在较高温度的流体活动,这3种脉石矿物是由高温热液流体形成的。灯影组白云岩和3种脉石矿物都具有明显的Ce负异常,说明成矿流体可能主要来源于地层循环水,继承了围岩的Ce负异常特征。方解石和萤石的Sr同位素比值高于围岩震旦系灯影组白云岩和峨眉山玄武岩,但小于基底岩石昆阳群和会理群,说明成矿流体主要由赋矿围岩等沉积地层中的循环流体与流经了基底岩石的深部流体混合形成。     

北京西山及邻区下古生界白云石化与层序地层

近十年来 ,笔者在对北京西山及邻区下古生界进行层序地层学研究的过程中 ,对白云石化及其与沉积环境的关系和层序地层意义进行了探讨 ,获得了如下新认识 :①根据泥质条带灰岩、泥晶灰岩和颗粒灰岩中白云石化发生的规律 ,证实粘土矿物 (泥质混入物 )的存在对白云石化有重要的催化作用 ;②北京西山下寒武统昌平组下部“疙瘩状”灰岩的形成与白云石化有关 ;③寒武纪和奥陶纪广泛发育的“生物扰动灰岩”已受到强烈的白云石化改造 ;④中寒武统徐庄组和张夏组中“砾屑状”鱼而粒灰岩的砾状构造和断续条带状构造并非原生沉积构造 ,有些“砾屑”是准同生白云石化的结果。根据白云石的形成条件 ,笔者认为 :①在奥陶系马家沟组的厚层藻纹层灰岩 -生物扰动灰岩 -白云质灰岩 -白云岩旋回中 ,白云岩是这类副层序的顶面 ;②三山子白云岩 (上部 )是寒武纪末期高水位体系域晚期的产物 ,而人们将其与三山子白云岩对比置于北京 -涞源 -浑源一带的微晶丘为低水位体系域的沉积 ,即寒武纪末期的海水仅退出了三山子白云岩分布区 ,而没有退出微晶丘分布区。     

滇东北矿集区茂租铅锌矿床热液白云石稀土元素特征

茂租铅锌矿床位于扬子地台西南缘,是滇东北矿集区内的一个大型矿床,矿体呈似层状产于震旦系灯影组白云岩中。矿石矿物以闪锌矿为主,次为方铅矿。脉石矿物主要为白云石、萤石和方解石。矿床的矿化蚀变分带明显,从围岩到矿体,矿化蚀变分带分别为:斑点状白云石化带、脉状白云石化带、星点状矿化带、细脉浸染状矿化带和矿体。白云石是该矿床的重要脉石矿物,除了震旦系灯影组的微晶-细晶白云石外,与成矿热液活动有关的白云石主要有斑点状白云石、脉状白云石和团块状白云石。文章对茂租铅锌矿床3种热液白云石及围岩灯影组白云岩的稀土元素地球化学特征进行了对比研究。结果表明:3种热液白云石与灯影组白云岩的稀土元素配分模式比较接近,总体上具有稀土元素总量低、轻稀土元素富集和Ce元素负异常的特征,这些相似的稀土元素特征表明3种蚀变白云石与围岩之间存在着成因联系。灯影组白云岩ΣREE含量较低,具有Eu元素负异常,而脉状和团块状热液白云石具有明显的Eu元素正异常,反映了存在较高温度的流体活动,热液蚀变白云岩是由高温热液流体形成。斑点状热液白云石Eu元素异常不太明显,可能是由于蚀变强度较弱,继承了原岩Eu元素负异常的特征。团块状白云石ΣREE和w(Y)、w(Sm)较高,表明有其他REE富集流体的加入。3种热液白云石是由高温流体形成,流体主要来源于地层,并有其他富含REE流体加入。     

四川盆地震旦系白云岩成因研究

自然界有无原生沉淀白云岩成为白云石成因研究中长期争论的话题.迄今为止,在世界范围内对白云石成因机制尚没有完善的科学答案.有趣的是前寒武纪全球广泛发育白云岩,而寒武纪以来形成的白云石很少.目前很少有文章涉及这未解之谜.本文选择了四川盆地震旦系藻白云岩和非藻白云岩,将宏观全球构造、板块运动观点与微观先进分析方法相结合,对白云石形成的地质构造背景、水介质条件、成因机制进行了深入讨论,提出藻白云岩,微、泥晶白云岩为原生(或准同生)形成,纯细晶白云岩为早期成岩白云石化作用形成,含硅细晶白云岩为埋藏环境白云石化作用形成的认识,并首次应用晶胞参数和结晶有序度判别原生和次生白云石.