所謂白雲石化，就是由鎂方解石或者原生白雲石轉變為白雲石的形成過程，也是碳酸鹽化的一種。有關的圍岩主要是各種碳酸鹽類岩石，共生礦物除白雲石外，還有方解石、鐵白雲石及重晶石等，有關的礦產有鉛、鋅、銻、汞和重晶石等。
基本介紹
- 中文名：白雲石化
- 外文名：Dolomitization
- 學科：地質學
- 相關礦產：鉛、鋅、銻、汞、重晶石等
- 相關圍岩：碳酸鹽類岩石
- 所產岩石：白雲岩
作用,形成模式,1、 毛細管濃縮或蒸發泵模式,2、混合水模式,3、蒸發回流模式,去白雲石化作用,
作用
生物體不能分泌白雲石，也很少有生物骨骼是由白雲石建造的。絕大多數生物骨骼是由方解石(或文石)、蛋白石所建造。作為碳酸鹽沉積岩，也有可能是白雲石從含鹽量很高水中作為沉澱物而出現，但大多數看來是通過置換原生方解石而形成的。當發現方解石和白雲石同時存在於同一岩石中時，相對於方解石而言，白雲石通常是自形晶的。白雲石交代方解石是成岩過程中的主要方式。白雲石化作用可以出現在早期成岩階段(於沉積物中)，也可以在晚期成岩階段，但所有白雲質岩石的形成必定是由含鎂地下水(或軟泥水)與石灰岩(或灰質軟泥)作用的結果。在早期成岩的白雲石化作用中，沉積物中的有機質通過硫酸鹽還原細菌的作用提供了CO32-降低了Ca/Mg值，進而促進了沉積物成岩過程中的白雲石化，降低了地下水中的Mg濃度。
後期成岩的白雲岩化作用，在低溫條件下，晶體中離子的擴散作用是非常慢的，白雲石化作用不是固溶狀態下的反應，而可能是穿過岩石的水溶液所引起的方解石溶解作用和白雲石的沉澱作用。一般地說，白雲石化作用必備兩個條件：(1)引起反應的水溶液的Ca/Mg有適當的比率；(2)有促使足夠體積的白雲化的流體穿過岩石。
以上討論的是低溫冷液白雲石化作用(或交代作用)問題。但是在19世紀70年代以後，國際礦床地質學家認為鉛鋅礦與含礦性有關的石灰岩的熱液交代白雲石化的廣泛發育成為共識。熱液交代白雲石化在層狀白雲岩於碳酸鹽岩系中有寬廣的和成為區域性的分布，建造成雄厚的岩系，並有鉛鋅礦產出。對於低溫熱液白雲石化石灰岩層中，也廣布有鉛鋅礦床，如南哈薩克斯坦(卡拉套山脈)中有著具有低溫型鉛鋅礦體的巨大區域，礦床生於上泥盆紀及下石炭紀碳酸鹽岩的厚岩系中，厚度50～100m，面積1000km範圍，而且穩定性很強，同樣，碳酸鹽岩還發生中溫熱液白雲石化作用，並產生多金屬礦床，如中哈薩克斯坦、美國華盛頓州等金屬礦床。這些熱液交代白雲石化作用，與碳酸鹽岩的斷裂構造密切相關，更取決於熱液鎂離子的穩定供給。
形成模式
白雲石化的主要作用對象是文石、方解石等貧鎂或無鎂的CaCO3礦物，因此交代時必須要有充足Mg2+的供應（同時排除部分Ca2+），已經提出的白雲石化機理和模式都可看成足這個基本要求所作的理論解釋。下面介紹兩種主要的機理模式。
1、 毛細管濃縮或蒸發泵模式
在高溫條件下受高鹽，高鎂鈣比（Mg/Ca）和高pH 值的濃縮海水作用所實現的白雲石化，其中最重要的模式是毛細管濃縮模式，或稱蒸發泵吸模式（圖16-3）。其白雲石化機理過程是，在高溫氣候背景中，潮上帶表層CaCO3沉積物，因急劇蒸發而脫水，緊鄰的海水通過鬆散沉積物的毛細作用不斷向這裡運移補充並在這裡被濃縮，文石和石膏先後晶出，Ca2+被大量消耗，剩餘孔隙水的Mg/Ca比隨之增高，結果就使表層沉積物被白雲石化。由於這時的作用還是沉積物與海水的作用，只是該海水是稍稍離開了環境的海水，故被稱為準同生（Pene-contemporaneous）作用，所形成的白雲岩也稱為準同生白雲岩。這種白雲岩在現在波斯灣西海岸的潮上帶被最後確立，那裡是一片荒蕪的鹽坪地區，其孔隙水的平均溫度達30°以上，鹽度是正常海水的5-8 倍，Mg/Ca 常大於10，pH 值則在9 以上，當地阿拉伯人稱之為薩勃哈（Shbkha）。現在薩勃哈已成為潮上鹽坪的代名詞被廣泛使用。這種白雲石化模式也被稱為薩勃哈模式。在古代，典型薩勃哈白雲岩的鑑別標誌是具淺紅或淺黃等氧化色，薄層狀，有時有乾裂，均勻的泥晶或極細晶結構，含石膏或其假晶，無化石（圖16-4）。另外，由於反應進行太快，所形成的白雲石有序度不高，主要是富鈣白雲石。
2、混合水模式
所形成的白雲岩稱混合水白雲岩（Dorag dolostone）。最早由Badiozamani（1973）在研究美國威斯康星州中奧陶統白雲岩時提出。他首先用實驗方法證明，含5-30%左右海水的海淡混合水對白雲石極度過飽和而對方解石不飽和，所以，當這種混合水作用於方解石時就會引起白雲石化。他用海洋中隆升島的形式示意性地表示了這種白雲岩的形成模式（圖16-5）。
實際上，海水和淡水混合還可以有許多種模式，單就混合水作用時原沉積物所處成岩階段而言就有同生混合（如瀉湖海水與大氣降水或高水頭地下淡水混合）、準同生混合（如潮間或潮上帶孔隙海水與大氣降水混合）和成岩混合（如在被埋藏但尚未完全固結、沉積物內由潛流地下淡水與潛流海水混合）等，圖16-5 所示的混合只是成岩混合中的一種可能。正是由於混合水出現的廣泛性使得用混合水機理解釋古代白雲岩也很廣泛。在混合水中形成的白雲岩具有以下特徵：岩石一般不具氧化色（可呈灰白、灰、深灰等色），層厚不定（薄層到塊狀層），白雲石化強度向著相鄰石灰岩減弱；強交代常形成細—極細晶結構，相對較弱的交代可保留一些原石灰岩的殘餘；有時交代不均勻，強交代部位可受原石灰岩沉積結構或原生沉積構造的控制（大多泥晶基質交代更強，有時自生顆粒交代更強）；白雲石晶體常有由雜質顯示的霧心或環帶，這可看成是混合水鹽度高低變化的反映（圖16-6）。晶體有序度較高。這裡要提一下Folk and Land（1975）提出的淡水白雲石，即在很低鹽度的淡水中形成的白雲石。他們認為交代水溶液鹽度愈低，Mg/Ca 愈接近1（但要大於1），所形成的白雲石愈乾淨透明，有序度也愈高。但一般淡水Mg/Ca 都小於1，因而形成淡水白雲石還要有另外的Mg 源。雖然Mg 源並不是單一的，但最重要的Mg 源還是海水（有海水混到了淡水中）。所以，淡水白雲石與混合水白雲通常可看成是同一種類型的白雲石。
3、蒸發回流模式
海水的蒸發作用已經達到石膏(CaSO4·2H2O)的沉澱點時，這時的濃度已略超過正常海水的三倍，從而把海水的Mg/Ca活動比率提高到8.4。同時蒸發作用導致海水變重，使這一重水向下滲入到早期沉澱的沉積物或岩石中，在岩石孔隙中回流，引起白雲石化作周。
這種“滲透回流作用”在現代的中美洲大、小安的列斯群島中常有出現，滷水的Mg/Ca的離子比率提高到20以上，有利於碳酸鹽岩的白雲石化作用。
去白雲石化作用
地質化學反應是豐富多彩的，有白雲石化作用，也必有去白雲石化作(dedolomitization)，也就是說方解石化作用(Calcitization)。即方解石交代白雲石。其反應式為：
