白云岩及白云石化作用.ppt
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1、2023/2/21,1,白云岩及白云石化作用,2023/2/21,2,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,讲 稿 提 纲,2023/2/21,3,白云石化作用模式,1毛细管浓缩作用(Capillary concentration)(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M
2、g/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。,2023/2/21,4,2.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)。,白云石化作用模式,2023/2/21,5,图1 潮上萨布哈蒸发泵白云石化机理(许靖华等,1969),20
3、23/2/21,6,3.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)。,白云石化作用模式,2023/2/21,7,图2 白云石化作用的渗透回流机理(据德菲斯,1965),2023/2/21,8,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)
4、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)。,2023/2/21,9,图4 美国威斯康星中奥陶统米夫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。,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(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
5、了,但对方解石则布饱和;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,即白石作用。海水为平均海水。地下水为墨西哥尤卡坦的地下水。,2023/2/21,10,白云石化作用模式,5调整白云石化作用(Adjustment dololitization)古德尔和加曼(Goodelll and Garman,1969)提出。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。,2023/2/21,11
6、,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。,2023/2/21,12,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
7、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。,2023/2/21,13,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0.2510cm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
8、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。,2023/2/21,14,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0.10.3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15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
9、云石化。(潮汐泵汲作用过程参见图5),白云石化作用模式,2023/2/21,15,图5说明:A)上升的大潮的初始阶段。地下水面(破折线)反映渗透的Miami鲕粒灰岩的地形,但是比含水层等势面(钻井水平面)低。主要是由于低渗透的全新世沉积物的限制。B)当潮汐继续上升时,含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)当地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。沉积物内的水平面是与岩床地形反向的。,2023/2/21,16,白云石化作用模式,处于海底的碳酸钙沉积物,当周围海水与沉积物内部发生温度或盐度差异时,将形成泵汲作用,冷的海水进
10、入沉积物内,在海水下一定深度,即相当于碳酸钙的补偿深度,约1000m,此时海水对方解石是不饱和的,但对白云石却是过饱和的,因此这样的海水足以使碳酸盐沉积物发生白云石化(图6)。,8海水白云石化模式(Seawater dolomitization),图6 Enewetak Atoll地区始新统灰岩的冷海水白云 岩化模 式(Saller,1984),2023/2/21,17,图6 Enewetak Atoll地区始新统灰岩的冷海水白云 岩化模式(Saller,1984),白云石化作用模式,8海水白云石化模式(Seawater dolomitization),白云石的13C:2.22.4;18O:2
11、.12.7,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12501400m的始新世珊瑚藻有孔虫颗粒岩白云岩化时,其17S/16S比值为0.708650.70901,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1020,较该区太平洋表层水温28低得多。,2023/2/21,18,白云石化作用模式,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
12、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。,8海水白云石化模式(Seawater dolomitization),2023/2/21,19,黔桂地区白云岩成因模式,图7 黔桂地区白云岩成因模式(a)潮汐泵汲;(b)正常海水;(c)近地表混合水:(c1)海
13、平面较高,(c2)海平面较低;(d)埋藏成岩环境:(d1)压实排挤流,(d2)热(盐)水为主的混合(水);(e)构造热液,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),2023/2/21,20,白云石化白云岩的交代标志,以黔桂地区泥盆系、石炭系层状白云岩为例作如下介绍。通过大量野外观察及宏观和微观岩
14、石学特征研究,泥盆系和石炭系呈层状分布的白云岩共有5种主要类型,即微晶白云岩、粉晶白云岩、细粗晶白云岩、(含)颗粒白云岩、粒序层白云岩。除少数角砾屑成因外,其余类型的白云岩都是同生或由成岩交代作用形成,其交代的标志如下。,2023/2/21,21,白云石化白云岩的交代标志,1.野外岩石学标志 野外产状及宏观岩石学特征表明,层状白云岩与上下石灰岩地层呈渐变或突变接触,有时向顶部则过渡为斑块状白云岩。在大多数白云岩层中,均不同程度地保留有未被交代尽的原石灰岩的团块及透镜状或不规则层状残余体。这些特征进一步说明白云岩是交代成因的。,2023/2/21,22,白云石化白云岩的交代标志,1生物证据 在研
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