白云石的特征及形成机制

白云石的特征及其形成机制

摘要：白云石是一种沉积岩中常见的富镁碳酸盐矿物，其化学成分为CaMg(CO3)2。通过对白云石的成分、矿物学特征及其成因研究发现，白云石其Mg/Ca比值相似，具有由Ca和Mg组成的交替互层（由CO3分隔开的）的晶格，其晶体属于三方晶系的碳酸盐矿物。其形成环境主要为海水、湖泊、大陆水区域、高盐度水区域等；微生物的代谢活动对于促进白云石低温沉淀起了关键作用。从晶格与粒子方面简要分析了白云石的形成机制。 关键词： 白云石 Mg/Ca比值 形成环境 晶体粒子

白云石CaMg(CO3)2作为碳酸盐矿物的一种，在前寒武纪的地层中广泛存在，而在现代的自然环境下少量分布。前人对白云石的研究相对较少，除了其基本特征外，白云石的形成机制很难给出一个明确的解释，为此大量的沉积学和岩石学家门进行了孜孜不倦的探究。所以本文在国内外学者所研究结果与资料的基础上进行了简要总结，分析其形成背景与成因机制。

1 成分及矿物学特征

1.1 成分特征

白云石作为一种常见的碳酸盐矿物，其化学成分为CaMg(CO3)2。成分中的Mg2+可被Fe2+ Mn2+ Co2+ Zn2+替代，其中CaMg(CO3)2和CaFe(CO3)2可成类质同像系列。白云石是沉积岩中常见的富镁碳酸盐矿物，它广泛分布于前寒武纪地层中，却在中生代以来的地层中逐渐减少。在现代自然环境仅少量存在于盐湖、澙湖、微咸水湖、深海沉积物、洞穴堆积物、地下水及钟乳石中（李红等，2013）。白云石为包括一组的矿物质具有相似但不相同的Mg / Ca比值的，并且具有不同的化学成分和晶格的组合物。理想的白云石具有由Ca和Mg组成的交替互层（由CO3分隔开的）的晶格，其中钙和镁的存在比例大致相等，当铁或锰原子数超过镁时，称为铁白云石或锰白云石，还可以形成铅白云石、锌白云石、钴白云石等变种。在变质作用较高阶段，白云石可被分解为方镁石和水镁石。白云石是组成白云岩、白云质灰岩的主要矿物。 1.2 矿物学特征

白云石晶体属三方晶系中的碳酸盐矿物。化学成分为CaMg(CO3)2，常有铁、锰等类质同像。三方晶系，可见三组完全解理，晶体呈菱面体，晶面常弯曲成马

鞍状，聚片双晶常见。集合体通常呈粒状。纯者为白色颜色多为白色、灰色、肉色、无色、绿色、棕色、黑色、暗粉红色等，透明到半透明，含铁时呈灰色，风化后呈褐色，玻璃光泽。相对密度2.5，随成分中Fe、Mn、Pb、Zn含量的增多而增大。硬度低，是组成白云岩的主要矿物。遇冷盐酸不剧烈起泡，加热后方剧烈起泡。海相沉积成因的白云岩常与菱铁矿层、石灰岩层成互层产出。在湖相沉积物中，白云石与石膏、硬石膏、石盐、钾石盐等共生。白云石可用作耐火材料及高炉炼铁生产中的溶剂，部分白云石可做提取镁的原料，白云石大理岩加工后可作较好的建筑石材。

2 白云石的形成

2.1 形成背景

白云石可以在湖泊、浅海底下、盐水的回流区或者早期到晚期的埋藏环境中生成。它可以形成于海水，大陆性水域，盆地盐水的混合，高盐度的盐水与海水混合、海水与大气水的混合或通过盆地盐水的冷却。白云石在古代的碳酸盐建造中常见，但在全新世沉积物中是罕见的。如果没有细菌等微生物的调节作用，在地表温度的实验室中沉淀成白云石是几乎不可能的。近30年来，微生物白云石模式推动―白云石问题‖前进了一大步，大量的实验和实例证明微生物（硫酸盐还原菌、产甲烷古菌、中度嗜盐有氧细菌等）的代谢活动对于促进白云石低温沉淀起了关键作用。微生物白云石特殊的结构、微型貌和稳定同位素特征是其主要识别标志。一些人认为，大多数的白云石的形成主要和高盐度的盐水有关，或者它可以形成于盐质分开的水域，形成大量的白云石需要一定的时间，所以这个过程必须要在地底下完成或者通过海水与地台沉积物长期循环形成。 2.2形成机制

白云石是一种碳酸盐矿物，当能满足其所需的渗透率、有利于流体流动的机构和镁的充足供应时，它可以形成作为主要形式的沉淀、成岩替换或者作为水热/变质的阶段。白云石是一种亚稳定的矿物，早期形成的晶体可以在多次重复的埋藏与变质的过程中被后期更加稳定的相来替换。每一个新的相位由较早白云石的部分或完全溶解而成。在地球表面从不稳定的矿物相转换成稳定的矿物相需要一个或多个中间相。这个过程是由各个晶体的表面能所驱动的，并且通常描述了一种再结晶过程，从而大的晶体生长以牺牲较小的晶体生长为代价的。在饱和溶

液中进行结晶，微晶粒子不断形成，其大小达到一个临界半径，大于临界半径的粒子继续增长成为重要的核，而小于临界半径的粒子溶解回到溶液中。随着过饱和程度的下降和结晶核的增多，小于临界半径而溶解的溶质将会析出到比临界半径大的粒子的表面上，直到形成白云石晶体。白云石晶体早期相通过―逐步‖或互动的成岩作用方式被更难溶的相广泛地替换，在孔隙流体平衡的纯化学计量白云石矿物的中间相比最终状态更无序。白云石化作用是一个反复溶解—再沉淀的过程，只要沉积的白云石保留一定程度的渗透性，且有镁离子的供给，新白云石化就有可能发生。

3结论

根据所搜集的资料以及对白云石特征与成因的总结，得出以下结论： （1）白云石是一种沉积岩中的富镁碳酸盐矿物，其Mg/Ca比值相似，具有由Ca和Mg组成的交替互层（由CO3分隔开的）的晶格，其晶体属于三方晶系的碳酸盐矿物。

（2）其形成环境主要为海水、湖泊、大陆水区域、盐水回流区等，大多数的白云石的形成主要和高盐度的盐水有关，白云石须要在地底下完成或者通过海水与地台沉积物长期循环形成；微生物的代谢活动对于促进白云石低温沉淀起了关键作用。

（3）白云石是一个亚稳定矿物，早期形成的相在多次重复的埋藏与变质的过程中通过自身的部分或完全溶解被后期更加稳定的相来替换。

（4）白云石晶体在生长过程中，饱和溶液中的晶体粒子将会达到一个临界半径，超过临界半径的晶体粒子将作为核继续增长，未达到临界半径的将会溶解回到溶液中再析出到核部表面，直到形成白云石晶体。

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