教学课件：第十三章白云岩概述.ppt

主要由白云石（含量50）组成的碳酸盐岩，称为白云岩。与石灰岩不同，白云岩不仅有沉积成因的，更多的是次生交代成因的，因此，白云岩的分类命名与石灰岩有同也有异。,第十三章 白云岩,第一节 白云岩岩类学,一、白云岩的(结构组分)分类1、沉积成因的白云岩-（具粒屑结构或骨架结构的白云岩）其结构分类系统和命名原则与石灰岩的基本相同，只要把石灰岩结构分类表中的“石灰岩”改为“白云岩”、“灰泥”改作“云泥”即可。(同样适用三级分类命名原则),一、白云岩的(结构组分)分类,石油行业标准SY/5368.5-1995分类方案,石油行业标准SY/5368.5-1995分类方案,砂屑白云岩，砂屑为泥晶白云石，亮晶方解石胶结，江苏，奥陶系马家沟组，单偏光34,1、沉积成因的白云岩,砂屑白云岩，亮晶胶结，四川石柱，上寒武统，()40,1、沉积成因的白云岩,鲕粒白云岩，鲕粒由细粉晶白云石组成，鲕间为粗粉晶白云石及溶蚀充填物，江苏徐州，奥陶系马家沟组，（）34,1、沉积成因的白云岩,鲕粒白云岩，鲕内鲕间孔隙发育，四川石柱，中寒武统，（）70,1、沉积成因的白云岩,亮晶鲕粒云岩，粒内溶孔及溶扩残余粒间孔。柯深1井，6336.3m,1、沉积成因的白云岩,亮晶鲕粒云岩,溶扩残余粒间孔和粒间溶孔。柯深103井，6361.5m。,1、沉积成因的白云岩,2、交代作用十分彻底的次生交代(成因的)白云岩，及重结晶白云岩（具晶粒结构的白云岩）按照晶粒大小进行分类命名，如泥晶白云岩、粉晶白云岩、细晶白云岩、中晶白云岩、粗晶白云岩等，其划分标准在不同的分类系统中有常有一定的差异。其中细晶白云岩、中晶白云岩、粗晶白云岩等表面常是砂糖状，故又称为砂糖状白云岩。按照晶粒大小分类是纯描述性的，不仅适用于次生白云岩，也适用于沉积成因及重结晶的白云岩。,教材（赵澄林等）的方案,2、交代作用十分彻底的次生交代(成因的)白云岩，及重结晶白云岩（具晶粒结构的白云岩）,粗中晶白云岩，安徽准南，上寒武统下奥陶统，,2、交代作用十分彻底的次生交代(成因的)白云岩，及重结晶白云岩（具晶粒结构的白云岩）,细晶白云岩，白云石晶形很好，安徽准安，土坝组，（）34,2、交代作用十分彻底的次生交代(成因的)白云岩，及重结晶白云岩（具晶粒结构的白云岩）,粗粉晶白云岩，山东汶南，奥陶系，（）34,2、交代作用十分彻底的次生交代(成因的)白云岩，及重结晶白云岩（具晶粒结构的白云岩）,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，（）106.3。,2、交代作用十分彻底的次生交代(成因的)白云岩，及重结晶白云岩（具晶粒结构的白云岩）,细粉晶白云岩，江苏徐州，马家沟组，（）34,2、交代作用十分彻底的次生交代(成因的)白云岩，及重结晶白云岩（具晶粒结构的白云岩）,含生屑泥粉晶白云岩，生屑铸模孔和白云石晶间孔。塔中4井，C，生屑灰岩段，3542.7m，（）102.5。,2、交代作用十分彻底的次生交代(成因的)白云岩，及重结晶白云岩（具晶粒结构的白云岩）,所谓白云化交代结构，即指后来的白云石晶体交代原先的各种结构组分，如交代内碎屑、鲕粒、生物组分等所形成的结构。交代作用的的镜下标志主要有：矿物假象，即被交代矿物的原始成分虽已被交代，但其晶体外形仍较好保存的现象(同于变质岩中的交代假像结构)；幻影构造，即矿物受到强烈的交代作用，原矿物颗粒的成分和内部结构甚至其边缘均已消失，但其内部的包裹体或其他难被交代的组分尚残存而显示原矿物的模糊轮廓，则称“幻影”，如硅化鲕粒、强白云化岩石中的生物骨壳等；,3、具有交代结构或白云化结构的白云岩：,交叉切割现象即矿物或颗粒被自形晶体或镶嵌结构的晶体切割或溶（侵）蚀(类似于交代网格结构)；残留的被交代矿物的包体即零星分布在新生成的交代矿物之中的被交代矿物的细小残余，残留矿物包体表示外面矿物是交代矿物，被包裹的矿物是被交代矿物(同于变质岩中的交代残余结构)。交代结构的白云石常呈晶形较好的、具环带或污浊核心的菱形晶体（称亮边雾心结构），部分白云石相对集中形成“云斑”，白云石中的常有方解石（石灰岩）的残余体。与交代结构相伴生的，还常有一些交代构造现象，如在部分白云化的石灰岩中，白云石菱形体常沿缝合线或裂隙发育；沿岩层走向，常见白云岩与石灰岩的界限突然变化，有时这一界限还常切穿层理等。,3、具有交代结构或白云化结构的白云岩：,分类命名方法：交代结构不发育，交代成因白云石数量少(50%),则按石灰岩的名称主名，前加“白云化”为修饰；白云化强烈，白云石数量大于50%，但原灰岩结构残余明显可辩认者，称残余“结构”灰质白云岩；如有些白云岩是由颗粒石灰岩白云化形成的，但颗粒（鲕粒、内碎屑等）轮廓仍清晰可见。应按照晶粒大小命名，或者加上“残余”修饰语，如残余颗粒石灰岩、残余碎屑云岩等。交代作用十分强烈，无残余结构者，按晶粒白云岩命名。,3、具有交代结构或白云化结构的白云岩：,3、具有交代结构或白云化结构的白云岩：,白云石交代砾屑和砂屑，徐州，上寒武统，（）34,3、具有交代结构或白云化结构的白云岩：,白云石交代棘皮动物屑，徐州，上寒武统，（）34,3、具有交代结构或白云化结构的白云岩：,白云石交代鲕粒，鲕粒全部被白云石取代，粒间未白云石化，徐州，上寒武统，（）34,3、具有交代结构或白云化结构的白云岩：,云斑，白云石交代泥晶灰岩，白云石呈斑块状富集，即所谓的“豹皮状”，徐州，上寒武统，直拍，12,3、具有交代结构或白云化结构的白云岩：,第二节白云岩的生成机理,白云岩成因问题，主要是白云岩生成机理问题。碳酸盐岩石学中最复杂、争论时间最久、最难解决的问题之一。近二、三十年来，由于X射线衍射等新技术的应用，在现代碳酸盐沉积物中发现了大量的白云石。通过这些正在形成的白云石的大量的实际观察和研究，相继出现了一些崭新的白云化学说，这就为解决白云岩的成因问题提供了前提。下面是一些主要的学说或机理简述如下：,一、原生沉淀作用,二、毛细管浓缩作用或蒸发泵作用 准同生白云化作用,三、渗透回流白云石化作用,四、混合水白云石化作用,五、调整白云石化作用,六、控制白云石结晶的因素 淡水白云石（化）,七、埋藏白云化作用,白云岩的生成机理假说,一、原生沉淀作用,人们最关心的是在近代碳酸盐沉积物中，是否有真正的原生白云石，即是否真正有以化学沉淀的方式从水体中直接沉淀出来的白云石。现在，常温常压的条件下，在实验室中尚未合成出真正的化学计量白云石。澳大利亚南部考龙泻湖中和美国加利福尼亚深泉盐湖中的白云石可能是已发现的近代白云石的实例中最“过硬”的原生白云岩的实例，但仍有许多疑问。,澳大利亚南部考龙泻湖中的白云石是在水很咸、PH值很高、植物很茂盛的地方形成的。奥尔德曼和斯金纳（Alderman and Skinner，1957）曾注意到，孤立的湖水由于慢慢下沉的细而白的沉淀物的影响，有时竟然变白了。这种很细的白色悬浮物已被确定是高镁方解石和富钙白云石的混合物。这些方解石和白云石大都不是化学计量成分的。方解石的成分范围为Ca77Mg23到Ca93Mg2，白云石的成分范围为Ca50Mg50（化学计量的白云石）到Ca56Mg44（原白云石）。,一、原生沉淀作用,在美国加利福尼亚州，有一个深泉湖，面积约 13km2。常年的浓盐水约占湖面积的三分之二。在此湖的底部沉积物中，广泛地分布着白云石。此白云石晶体大都小于lm。与其共生的矿物有方解石、文石、无水芒硝、石盐等，这些矿物大都呈环带从湖边缘到中心分布。白云石的14C年龄表明，较粗的年龄较大。这些白云石的生长速度为0.05009m千年。这一速度与其他大多数的盐类矿物的生长速度相比，显然是太慢了。内部是化学计量的白云石，其外部则是富钙的。这些资料都表明，是在沉积物一水界面处，通过交代作用生成的。这一交代作用所需要的时间为几十年或几百年。这一交代作用可称为同生交代作用或同生白云化作用。,一、原生沉淀作用,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。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沉淀，使孔隙水Mg/Ca比值提高而引起白云石化。阿拉伯语“萨巴哈”就是指的这种潮上的盐沼地。,二、毛细管浓缩作用或蒸发泵作用 准同生白云化作用,石膏的沉积使粒间水或表层积水的 MgCa比率大大提高。正常海水的 MaCa比率约为 3：1，而干热地区潮上地带表层沉积物的粒间水或表层积水，其MgCg比率可达20：1，甚至更高。这种高镁的粒间盐水或表层水经常与文石颗粒相接触，将不可避免地使文石被交代，被白云化，即使文石转变为白云石。现代潮上地带的白云石壳就是这样生成的。,二、毛细管浓缩作用或蒸发泵作用 准同生白云化作用,二、毛细管浓缩作用或蒸发泵作用 准同生白云化作用,图16-10潮上萨布哈蒸发泵白云石化机理,毛细管浓缩作用或蒸发泵作用基本特色：形成条件：潮间及潮上带(近海的暴露的地表)；气候干燥、蒸发量大；镁质来源：经毛细管作用由海水供应 交代特色：高盐度、高镁钙比的孔隙溶液就地交代先期沉积物；交代产物白云石晶体细小(隐、微晶)；不破坏原有结构与构造；常有石膏等蒸发矿物共生,二、毛细管浓缩作用或蒸发泵作用 准同生白云化作用,图16-11 白云石化作用的渗透回流机理（据德菲斯，1965）,三、渗透回流白云石化作用,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,渗透回流白云化作用的基本特征：形成条件：气候干燥、蒸发量大；高盐高镁钙比溶液形成于潮间及潮上带(暴露地表)；交代作用发生于潮下带镁质来源：经毛细管作用由海水供应交代特色：高盐度、高镁钙比的孔隙溶液在重力作用下回流异地交代先期沉积物；交代产物白云石晶体较细小(微晶、粉晶、粗粉晶、)（较蒸发泵作用的白云石略粗）；基本不破坏原有结构与构造。,四、混合水白云石化作用,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16-12）15%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）。,图16-12 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）请注意:5%的海水与95%的地下水的混合液，对白云石已饱和了，但对方解石则不饱和；30%的海水与70%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。因此，在海水为530%的混合液中，将发生方解石被白云石交代，即白云石作用。海水为平均海水。地下水为墨西哥尤卡坦的地下水。,图4 美国威斯康星中奥陶统米林段的白云化作用示意图（据巴迪奥札曼尼，1973）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。,混合水白云化作用的基本特色：形成条件：潮湿多雨；地表及近地表(有雨水补充)；交代作用发生于淡水与海水的混合带(潮下带)镁质来源：混合海水供应交代特色：低盐度、低镁钙比的混合水孔隙溶液就地交代先期沉积物；交代产物白云石晶体较粗大(粗粉晶、细晶)；可破坏原有结构与构造(受混合带控制)。,五、调整白云石化作用,古德尔和加曼（Goodelll and Garman,1969）研究巴哈马滩安德罗斯岛苏必利尔井的资料后提出的。在大气水影响下，原来的碳酸盐沉积物的成分（文石、高镁方解石），经过溶蚀作用和交代作用，在化学成分或矿物成分上进行重新组合或调整，使原来的碳酸盐沉积物发生白云石化。,调整白云化作用的基本特色：形成条件：潮湿多雨；地表及近地表(有雨水补充，周期性抬升更有利)；交代作用发生于淡水下渗过程中(潮下带)镁质来源：先期沉积物中的镁质交代特色：低盐度、低镁钙比的孔隙溶液下渗交代先期沉积物；交代产物白云石晶体较粗大(粗粉晶、细晶)；可破坏原有结构与构造(受混合带控制);常周期性交互产出。,控制白云石结晶的因素：福克和兰德（Folk and Land，1975）在对各种环境中的白云石结晶作用进行研究之后，提出控制白云石结晶作用的主要因素为溶液的MgCa比率、盐度和结晶速度。1、白云石是一种高度有序而很难形成的矿物，因此结晶速度快、盐度较高和MgCa 比较大不利于白云石形成。,六、控制白云石结晶的因素 淡水白云石（化）,例如，在蒸发条件下，虽然有高浓度的Ca2+,Mg2+,CO32一离子，即难以结晶成对晶格构造要求严格的白云石，而形成晶格构造较简单的文石。只有在盐度很高的溶液中，Mg，Ca比率也很高，才有可能形成不大有序的富钙的原白云石。,2、低盐度、低结晶速率有利于白云石的形成，即使Mg/Ca比很低，也可形成化学计量的高度有序的白云石。（淡水白云石的形成条件）福克和兰德指出，在变盐度的环境中，在淡水和海水的混合带中，以及在其他淡化或淡水作用的环境中（如大气水作用下的碳酸盐岩的孔隙、洞穴或裂缝中等），都可以形成白云石，溶液的 MgCa比率只要近于1：1即可。这样形成的白云石称为“淡水白云石”。即是说在多种盐度和较大的Mg/Ca比值范围内，当结晶速率很低时均可形成有序的化学计量的白云石。,淡水白云石特征：成分较纯，几乎不含杂质；因此，（显微镜下）清洁、透明、晶形良好、晶面平整而光滑；抗酸蚀能力强。这些特征都与其结晶速度慢、干扰杂质少、组成离子排列高度有序、晶格发育良好和稳定有关。从已经掌握到的一些实际资料看，这种淡水白云石是广泛存在的。这是真正的原生白云石，但是这种原生白云石却不具地层学意义，即它们不能形成一定的沉积岩层或地层单位。其实，淡水白云石的生成机理和混合白云化作用的机理在实质上是一致的。这一机理的出现，使白云石或白云岩生成机理的理论又向前推进了一大步。从盐水白云石到淡水白云石这一发展过程，是现代碳酸盐岩岩石学中关于白云化作用学说的又一重大进展。这并不是后者否定前者的进展，而是后者补充和发展了前者，从而使白云化学说的理论更加全面和完善了。,1、实验和观察表明，在埋藏和较高温度条件下，即在沉积后作用阶段可以形成白云石，这种白云石的形成作用即埋藏白云化作用。2、形成条件及特色：埋藏在地下较深处，温度较高(100左右及以上)；以自生矿物及胶结物形式产出，晶形较好；白云石常富含Fe，甚至可以是铁白云石；镁离子来自邻近的页岩及地层内部富矿物。用这种机理可以解释一些既无浓缩海水标志也无混合水标志的白云岩。,七、埋藏白云化作用,1、玄武岩淋滤白云化作用：是金振奎、冯增昭（1999）在研究滇东下二叠统中的白云岩时提出来的。在这个地区的下二叠统中，白云岩的分布受巨厚的上二叠统峨眉山玄武岩分布的控制，而且白云石中富含铁。因此认为是富含铁镁的玄武岩遭受淡水淋滤后释放出大量镁离子从而使下伏的石灰岩白云化。形成条件及特征：灰岩与玄武岩间互或相邻；有暴露或淡水补给条件；镁离子来自玄武岩层；白云石富铁。,八、其他白云化机理,2、正常海水白云化：根据现代深海沉积物中发现了一些白云石。显然这种白云石既不可能是蒸发浓缩海水白云化的产物，也不会是混合水或深埋藏白云化形成的，由此认为是正常海水白云化所致。然而，由于大量处于正常海环境的碳酸盐沉积物没有白云化，这种机理的可行性值得怀疑。至于深海中发现的白云石有可能是风搬运而来的。,3、热液白云化作用：在岩浆期后溶液或深成地下水的热水溶液中，以及在变质作用中，也都可以形成白云石，这种与地下热液及变质作用有关的白云石的形成即热液白云化作用。形成条件及特征：与地下深部的热活动有关；白云石（化）的分布明显受断裂或受侵入岩体的控制（位于其附近）；常与多种金属矿物共生或有多种矿物的交代蚀变作用；晶体形完好或出现畸形白云石。显然这种白云石化已不完全属沉积白云石的范畴了。,第三节白云岩的成因类型,根据白云岩的生成机理，从成因上首先可把白云岩划分为原生白云岩和次生白云岩两大类。,是指以化学沉淀的方式从水体中直接沉淀而成的白云岩。从理论上讲，这种白云岩或白云石沉积物是应当存在的；但是，到目前为止，还没有找到一个过硬的无争论的现代沉积的实例，来证明这种白云岩或白云石成因类型的确实存在；澳大利亚南部考龙泻湖及美国加利福尼亚深泉盐湖的白云石，可能属此成因类型，但也更可能属同生白云岩类型。在地质历史时期（震旦纪寒武纪）有大量白云岩分布，可能有较多原生白云岩分布。,（一）原生白云岩,指一切非原生沉淀作用生成的白云岩，即指一切由交代作用或白云化作用生成的白云岩。再分为同生白云岩、准同生白云岩、成岩白云岩、后生白云岩等成因类型。,（二）次生白云岩,是指刚沉积的碳酸钙沉积物，在沉积环境中，而且还仍然在其沉积水体的影响下，在沉积物一水界面处，通过交代作用或白云化作用所生成的白云岩。,1、同生白云岩,是指沉积不久的碳酸钙沉积物，虽然其沉积环境的条件并未变化，但它已基本上脱离了其沉积的水体，已基本上不再受其沉积水体的影响，通过交代作用或白云化作用而生成的白云岩潮上带毛细管浓缩作用或蒸发泵作用所形成的白云岩，就是典型的准同生白云岩。准同生白云岩的特征是：晶粒微小，常为泥粉晶；常含粘土等陆源物质而呈土黄或浅黄色；多薄层状或页状层，层理甚至纹理发育；常含层状或波状叠层石，有时也有短往状叠层石，常具鸟眼构造，常含石膏或与石膏互层等。,2、准同生白云岩,是指碳酸钙沉积物在其成岩作用过程中由交代作用或白云化作用所生成的白云岩。回流渗透白云化作用、混合水白云化作用、埋藏白云化作用以及调整白云化作用所形成的白云岩，大都属此类型。,3、成岩白云岩,是指在石灰岩形成以后，由交代作用或白云化作用生成的白云岩。回流渗透白云化作用、混合白云化作用、调整白云化作用也可形成后生白云岩；而热液作用和变质作用生成的白云岩，更是后生白云岩5、其它类型和术语 碎屑白云岩、生物白云岩、化学白云岩、风化作用白云岩、地层白云岩、构造白云岩,4后生白云岩,本章小结,1、白云岩的分类与命名与其结构特征的不同而有较大差异：具粒屑结构和生物骨架结构者，按石灰岩的分类命名原则分类命名；具晶粒结构者按晶粒大小、形状、均一性分类命名；具交代结构者，当交代作用较弱时称白云化岩，当作用强烈时称残余白云岩。,2、白云岩(石)的成因机理相当复杂，有原生沉积成因；毛细管浓缩作用(准同生白云化作用)；回流渗透白云化作用；混合水白云化作用；调整白云化作用；淡水白云石(化作用)；埋藏白云化作用等多种类型。注意其形成条件与特征。,本章小结,