白云石成因研究新方法——白云石晶體結(jié)構(gòu)分析①②

張 杰 壽建峰 張?zhí)旄?潘立銀 周進高

(1.中國石油杭州地質(zhì)研究院 杭州 310023;2.中國石油天然氣集團公司碳酸鹽巖儲層重點實驗室 杭州 310023)

0 引言

作為構(gòu)成碳酸鹽巖大油氣田的第三類儲集層［1］，白云巖儲層及白云石成因的研究一直以來是研究熱點。從1791年白云石第一次被法國博物學(xué)家Deodat de Dolomieu進行描述［2］，到現(xiàn)在為止，地質(zhì)學(xué)家提出了很多白云石的成因模式［3～10］。這些模式都是基于巖芯和薄片觀察、露頭研究，通過對樣品進行碳氧同位素、微量元素、X射線衍射、電子探針、陰極發(fā)光、掃描電鏡、包裹體、稀土元素等各種地球化學(xué)測試，對數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)合近現(xiàn)代沉積環(huán)境的研究，從而分析白云石的形成環(huán)境，套用已有白云石成因模式或根據(jù)實際地質(zhì)情況建立新的白云石成因模式［9］。

然而地球化學(xué)分析結(jié)果具有多解性，這表現(xiàn)在如下幾方面:在不同環(huán)境中形成的白云石可能具有相同/相似的地球化學(xué)特征;分析儀器的系統(tǒng)誤差;對于相同的地球化學(xué)分析結(jié)果，不同的研究者也可能給出不同的解釋。

基于此，有研究者提出了通過計算機模擬的手段來分析白云石的成因［11］，但在實際白云石成因研究中仍然處于探索階段。

白云石這種礦物包括了Mg/Ca為理想配比的白云石，也包括一系列非理想 Mg/Ca配比的白云石［12］，后一種為自然界沉積記錄中實際存在的礦物，其中的Ca含量摩爾百分比從48%～62%不等［13］。通過對去白云石化作用的研究發(fā)現(xiàn)，白云石與去白云石化現(xiàn)象的存在環(huán)境十分廣泛，白云石可以存在于陸相、海相地層，甚至表生礦床、巖漿熱液環(huán)境［14］。

作為一種晶體、礦物，白云石在形成過程中和形成后的成巖作用中具有諸如交代、重結(jié)晶、去白云石化、白云石化、雜質(zhì)離子進出等諸多變化，僅僅用一種單一的模式來進行解釋似乎過于簡單化，地球化學(xué)分析所測得的數(shù)據(jù)也多是經(jīng)歷多期成巖作用后的綜合表現(xiàn)，而不能反映單期白云石形成的特征。白云石在其形成與生長過程中，在晶體結(jié)構(gòu)中保存了其形成環(huán)境、結(jié)晶速度、晶體生長特征、流體特征的證據(jù)，白云石晶體結(jié)構(gòu)分析是直接的識別白云石形成環(huán)境、形成機理的有效手段。

通過大量的文獻調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)前人對于白云石晶體學(xué)特征曾進行過詳細(xì)的研究［15，16］，但多偏向于純的晶體學(xué)研究，很少將不同類型白云石的晶體學(xué)特征與其成因聯(lián)系起來。John Warren(2000)曾對白云石的形成、演化及其經(jīng)濟上的重要性進行了詳細(xì)而深入的研究，討論了白云石中Ca含量對于白云巖儲層的影響［12］，但并未探討白云石晶體結(jié)構(gòu)在其成因研究中的意義。

因此，我們提出了白云石成因研究新方法——白云石晶體結(jié)構(gòu)分析。

1 白云石晶體結(jié)構(gòu)研究內(nèi)涵及其與白云石成因關(guān)系分析

晶體結(jié)構(gòu)的研究包含許多內(nèi)容，不同的晶體有獨特的研究角度。作為一種無機礦物，白云石的有序度、晶胞參數(shù)、晶面間距、晶格缺陷、晶面條紋、微量元素分布等晶體結(jié)構(gòu)特征是與其成因有重要關(guān)系的參數(shù)。

有序度:有序度是白云石晶體結(jié)構(gòu)研究中重要參數(shù)之一，一直被廣大研究者用來進行白云石形成環(huán)境、流體來源、成因、成巖演化以及石油地質(zhì)研究［17］。白云石的有序度反映了白云石晶體中元素排列的有序情況，以往很多研究者進行有序度分析基本進行混樣的全巖分析。由于碳酸鹽巖巖石組構(gòu)的復(fù)雜性，一塊全巖白云巖樣品中的白云石并不一定很純，可能具有多種有序度不同的白云石類型，這樣測出來的有序度其實是不準(zhǔn)確的，并不能反映各種形成期次白云石本身的有序度，用這樣的有序度去進行分析，得出的結(jié)論也是值得商榷的。曾理等(2004)就曾提出區(qū)分不同組構(gòu)進行有序度分析［17］。為了驗證這一點，筆者對四川盆地震旦系燈影組葡萄花邊狀白云巖進行了全巖有序度分析(樣品照片見圖1d)，得出有序度為0.946，我們將巖石的葡萄花邊、圍巖泥晶白云石分別進行了單組構(gòu)有序度分析，測出葡萄花邊的有序度為1(事實是＞1)，圍巖泥晶白云石有序度為0.832。可知原來所測得的有序度相當(dāng)于兩種白云石不同有序度的平均值，而不能反映每種白云石的有序度(具體數(shù)據(jù)見表1中20125681、20125683-84數(shù)據(jù))。

晶胞參數(shù):作為晶體中最小的單元，晶胞參數(shù)是晶體特征最直接的反映，作為三方晶系，六方晶胞的白云石，理想白云石的晶胞參數(shù)a=b=4.806 9(?)，c=16.003 4(?)［18］，軸角 α=β=90°，γ=120°。由于形成環(huán)境的不同，F(xiàn)e、Sr等大的離子半徑的微量元素的混入，會導(dǎo)致晶胞參數(shù)c值發(fā)生明顯變化。因此，根據(jù)c值的大小可以判斷白云石形成環(huán)境。雷懷彥等(1992)首次從晶胞參數(shù)和結(jié)晶有序度判斷四川盆地震旦系白云巖的原生和次生成因，通過晶胞參數(shù)a和c的值來判斷形成環(huán)境［19］，但其研究對象為未區(qū)分組構(gòu)的巖石，因此測試結(jié)果未能精確地對每一種類型組構(gòu)的白云石進行形成環(huán)境分析。錢一雄等(2004)對塔河油田奧陶系縫洞方解石進行了晶胞參數(shù)分析，認(rèn)為不同的成巖環(huán)境會導(dǎo)致方解石c值發(fā)生變化［20］，這對于白云石晶胞參數(shù)對于環(huán)境指示方面的研究是可以借鑒的。John Warren(2000)曾將Coorong地區(qū)全新世的湖泊白云石分為富鎂白云石和富鈣白云石，并對這兩種白云石的屬性(包括晶胞參數(shù)、碳同位素、與鹵水—大氣淡水的關(guān)系、微結(jié)構(gòu)、形成環(huán)境)進行了小結(jié)，闡述了這兩種不同類型白云石在晶胞參數(shù)、晶體微結(jié)構(gòu)等晶體結(jié)構(gòu)方面的差異［12］。

晶面間距:白云石晶面間距d104隨其中CaCO3含量不同有明顯的變化［18，21］。不同形成機理的白云石，其中的CaCO3含量及其在白云石晶體不同部位的分布會有很大的不同。因此，通過測量白云石的晶面間距可以幫助判斷白云石的形成環(huán)境和成因。

晶格缺陷:任何晶體都有缺陷，晶體的缺陷可以分為點缺陷，線缺陷，面缺陷和體缺陷。陳豐等(2012)對礦物晶體的缺陷進行了系統(tǒng)的綜述，分析了各種晶體缺陷的特征，簡要分析了其成因［22］，這對于我們進行白云石晶體缺陷的研究具有指導(dǎo)性意義。包裹體作為體缺陷的一種，成為人們進行均一溫度、成分等測定，從而判斷流體特征的重要手段，然而大多數(shù)研究者卻并未關(guān)注到包括包裹體在內(nèi)的各種晶格缺陷在晶體中的分布及其對于礦物成因的意義。劉國彬(1979)深入分析了氣液包裹體的形成機理與晶體缺陷的形成機理，指出了包括包裹體在內(nèi)的晶格缺陷形成機理與晶體生長之間的關(guān)系［23］。劉祥文等(2002)通過研究發(fā)現(xiàn)［24］，普通白云石的平均位錯密度為3.3×108個/cm2。然而不同形成環(huán)境和不同成因的白云石晶體缺陷是不同的。礦物的晶格缺陷是晶體形成環(huán)境，形成與生長過程的反映。因此，我們可以通過分析白云石晶體的缺陷，從而探討白云石的形成機理。

晶面條紋:從晶面條紋分析的角度進行晶體成因分析是鮮有人關(guān)注的。Takéshi Miyata等(1982)曾指出，晶面條紋與形成流體的溫度、飽和度之間具有直接的關(guān)系［25］。因此，分析白云石晶體晶面條紋的排列可以反映晶體形成環(huán)境及流體特征。

理想的白云石晶體結(jié)構(gòu)中，Ca離子和Mg離子層被碳酸根離子層分隔開，但自然界中不存在理想配比的白云石。形成于不同環(huán)境的各種非理想配比的白云石晶體結(jié)構(gòu)與白云石成因之間存在著密切的關(guān)系，這表現(xiàn)在不同成因和形成環(huán)境的白云石有序度不同、晶胞參數(shù)不同、晶格條紋不同、晶格缺陷不同、晶面間距不同、雜質(zhì)離子及其分布不同，反映了白云石的結(jié)晶溫度、形成環(huán)境、晶體生長特征和流體特征的不同，這些導(dǎo)致了白云石的不同成因，正因為如此，我們才通過白云石晶體結(jié)構(gòu)的研究來探討白云石的形成機理。

圖1 五種白云石晶體樣品的顯微鏡下或樣品宏觀照片(紅色所示為進行晶體結(jié)構(gòu)分析的取樣部位)a.鞍狀白云石。燈影組，貴州長巖剖面，薄片照片，正交偏光;b.纖狀白云石。燈影組第二段，四川盆地峨邊先鋒剖面，薄片照片，單偏光;c.殘余細(xì)晶白云石。燈影組，高科1井，樣品照片;d.孔洞充填的粗晶白云石。燈影組，四川盆地峨邊先鋒剖面，樣品照片;e.泥晶白云石。燈影組，高石1井，薄片照片，單偏光。Fig.1 The microscopic or macroscopic photos of 5 kinds of dolomite crystals

表1 五種不同產(chǎn)狀白云石成分、有序度、晶胞參數(shù)分析結(jié)果表Table 1 The analytical result of the compositions，ordering degrees and crystal cell parameters of 5 different kinds of dolomites

2 研究方法

首先進行樣品制備，挑選純的白云巖，通過樣品的宏觀和微觀特征區(qū)分不同類型白云石組構(gòu)，根據(jù)不同樣品特征，用針、牙鉆、微鉆將各個組構(gòu)分別摳下來(圖1，紅色圓點所示部位)，一部分研磨到＞200目的粉末進行X衍射成分、有序度、晶胞參數(shù)分析，另一部分制片并進行離子拋光到100 nm后，用Ar離子以一定角度打穿樣品后在打孔邊緣較薄處進行透射電鏡和電子衍射觀察。

圖2 不同類型白云石晶體晶胞參數(shù)圖版(單位:?，10-10m)Fig.2 The crystal cell parameter chart of different kinds of dolomite crystals

樣品分析在浙江工業(yè)大學(xué)分析測試中心完成，進行晶格條紋、晶格缺陷、電子衍射觀察、晶面間距計算所使用的儀器為荷蘭的300 kV透射電鏡(型號Tecnai G2 F30 S-Twin)，進行成分、有序度、晶胞參數(shù)測定所使用的儀器為荷蘭的X衍射儀(型號PANalytical X'Pert PRO)，結(jié)合巖石學(xué)研究和地球化學(xué)分析來探討白云石的成因。

我們選取了四川盆地五種不同類型的典型的純的白云石(樣品具體信息見表1)，從有序度、晶胞參數(shù)、晶格條紋、晶格缺陷、晶面間距五個方面進行了晶體結(jié)構(gòu)的研究，并分析了其形成環(huán)境和成因(圖2)。這五種白云石類型分別為:鞍狀白云石(燈影組、洗象池組)、纖狀白云石(燈影組)、殘余顆粒的細(xì)晶交代白云石(燈影組)、孔洞粗晶白云石(燈影組)和泥晶白云石(燈影組)。

3 結(jié)果分析

3.1 粗晶鞍狀白云石——熱液快速結(jié)晶

燈影組和洗象池組兩塊粗晶鞍狀白云石樣品(表1樣品號12543330，20125686)為孔洞充填物，晶體具有彎曲的晶面(圖1a、圖3a)，彎月尖刀的晶形和波狀消光的特征(圖1a)，其晶格條紋彎曲(圖3b白框所示)，晶胞參數(shù)c值偏高，且在晶胞參數(shù)圖上的異常表現(xiàn)，往右上角偏(圖2)，反映了外在因素影響使得白云石晶形畸變，其有序度極低(0.42～0.68)，樹枝狀、帶狀晶格缺陷顯著(圖3b，c)，晶體中存在許多小的斑點，其成分為高含Ca的白云石;電子衍射測得晶面間距偏小(晶面間距:0.347 7 nm，0.375 9 nm，0.383 1 nm，圖3d)，反映了白云石晶體來不及調(diào)整到有序狀態(tài)而直接快速結(jié)晶的特征。

在巖芯和薄片上，存在典型的方鉛礦、閃鋅礦、黃鐵礦、石英等伴生的熱液礦物順裂縫充填的現(xiàn)象。通過對鞍狀白云石進行包裹體測溫，發(fā)現(xiàn)其均一溫度達195度以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了圍巖的包裹體均一溫度。鞍狀白云石氧同位素值嚴(yán)重偏負(fù)(δ18O=-10.12‰～-12.62‰)，微量元素(Sr含量高，204～329 ppm，富Fe、Mn)和稀土元素(δCe=1.06、δEu=0.90，正 Ce 異常、負(fù)Eu異常，具還原條件下的成巖特征)的分析也證實了其在埋藏環(huán)境下富Sr的熱液流體作用下快速結(jié)晶的特征。

圖3 鞍狀白云石晶體結(jié)構(gòu)圖a.鞍狀白云石掃描電鏡照片，彎曲的晶面明顯可見，晶體快速生長導(dǎo)致產(chǎn)生很多晶格缺陷(箭頭所示)。燈影組，貴州長巖剖面;b.鞍狀白云石晶面條紋粗大，且具明顯彎曲(白框所示)。燈影組，貴州長巖剖面;c.鞍狀白云石1014方向帶狀、樹枝狀晶格缺陷眾多而顯著，據(jù)Barber et al.，(1985)［16］;d.鞍狀白云石1014方向電子衍射圖，點陣排列稀疏。燈影組，貴州長巖剖面。Fig.3 The crystal structure plate of saddle dolomite

由于熱液的特殊性質(zhì)，導(dǎo)致鞍狀白云石具有如下晶體結(jié)構(gòu)特征:有序度極低;晶胞參數(shù)特征不規(guī)則;晶格條紋彎曲;樹枝狀、帶狀晶格缺陷眾多而顯著;晶面間距偏小。以上的晶體特征和巖石學(xué)特征反映了這種粗晶的鞍狀白云石為熱液流體快速結(jié)晶的產(chǎn)物。

3.2 纖狀白云石——海水快速結(jié)晶，調(diào)整有序

纖維狀的白云石(表1樣品號20125684)為葡萄花邊狀白云巖的第一期膠結(jié)物，其纖維狀晶形與海水環(huán)境結(jié)晶的第一期纖狀方解石膠結(jié)物極為相似，晶胞參數(shù)(4.806 9，16.01，圖2)位于理想白云石范圍(理想白云石晶胞參數(shù)4.806 9，16.003 4)，晶面間距窄(0.166 5 nm，0.218 9 nm，0.112 5 nm，圖 4b)，晶格條紋細(xì)密緊致(圖4c，d)反映了海水中沿著垂直于基巖方向快速結(jié)晶的特征。完全有序的結(jié)構(gòu)(有序度=1，圖4a)以及晶格缺陷少(圖4c，d)，反映了后來長期調(diào)整有序的事實。

由于葡萄花邊狀白云巖發(fā)育于燈影組二、四段，多與燈影組微生物成因的疊層石、泥晶藻云巖等生物成因巖類伴生出現(xiàn)［26］，曾有不少研究者將纖狀白云石與微生物的作用聯(lián)系起來，但燈影組葡萄花邊狀白云巖的分布不僅有成層分布，還存在斜切穿層等分布，筆者對纖狀白云石進行了詳細(xì)的掃描電鏡觀察，僅發(fā)現(xiàn)葡萄花邊狀白云巖的環(huán)帶狀生長受到了裂縫、孔洞邊緣結(jié)構(gòu)及周期性流體特征的影響而導(dǎo)致明暗相間分布，并未發(fā)現(xiàn)微生物活動的證據(jù)。經(jīng)過許多研究者的深入研究發(fā)現(xiàn)，葡萄花邊狀白云巖多與大氣淡水巖溶作用有關(guān)［27］，纖狀白云石為沿著孔洞邊緣生長的孔洞充填物。據(jù)以上分析可以推斷，沒有證據(jù)可以表明纖狀白云石為微生物成因。

圖4 纖狀白云石晶體結(jié)構(gòu)特征圖a.纖狀白云石X衍射圖譜，其有序度=1。燈影組第二段，四川盆地峨邊先鋒剖面;b.纖狀白云石電子衍射圖，點陣排列稀疏。燈影組第二段，四川盆地峨邊先鋒剖面;c.纖狀白云石晶格條紋，細(xì)密緊致排列。燈影組第二段，四川盆地峨邊先鋒剖面;d.纖狀白云石晶格條紋，細(xì)密緊致排列(圖c局部放大)。燈影組第二段，四川盆地峨邊先鋒剖面。Fig.4 The crystal structure plate of fibrous dolomite

許多研究者將纖狀白云石視作交代的產(chǎn)物，Sibley(1991)提出了擬晶白云石化的概念，認(rèn)為發(fā)生于礦物共生序列早期階段的擬晶白云石化，可以保留原生礦物即文石或方解石的晶形，因此，原生灰?guī)r的組構(gòu)細(xì)節(jié)可以完美無缺地保存下來［28］。梅冥相(2012)借用擬晶白云石化來解釋前寒武系精美白云巖結(jié)構(gòu)的保存［29］(纖狀白云石交代海水結(jié)晶的方解石或文石)，但樣品中難以找到交代作用的證據(jù)，且經(jīng)過交代作用后仍能保持如此好的晶形實屬罕見，因此擬晶白云石化目前還僅限于推測，有待實際的證據(jù)證實。前寒武系如此廣泛的巨厚白云石沉淀不應(yīng)全是交代作用所能解釋的，Hood et al.(2012)深入研究了南澳大利亞前寒武系白云石的成因，認(rèn)為大量白云石的形成與當(dāng)時缺氧富鎂的海水有關(guān)，“白云石?！睏l件下海水白云石的沉淀或許可以解釋前寒武系沉積記錄中大量白云石的存在［30］。

通過微量元素分析發(fā)現(xiàn)，纖狀白云石中K、Na元素含量偏高(180～695 ppm)，Sr含量低，僅為44～74 ppm，碳氧同位素值(δ13C=2.29‰～2.85‰，δ18O=-2.63‰～-3.43‰)，未有明顯偏負(fù)，Sr同位素值(0.708 9～0.709 0)與當(dāng)時海水 Sr同位素值范圍(0.708 7～0.709 4)［31］相符，符合為海水中結(jié)晶產(chǎn)物的特征。

纖狀白云石晶體結(jié)構(gòu)特征為:完全有序;晶胞參數(shù)位于理想白云石范圍;晶格條紋細(xì)密緊致;少見晶格缺陷;晶面間距窄。因此，葡萄花邊狀白云巖的纖狀白云石組構(gòu)應(yīng)為海水環(huán)境中快速結(jié)晶的產(chǎn)物，后來長期調(diào)整有序。

3.3 殘余顆粒細(xì)晶白云石——埋藏交代成因

殘余顆粒結(jié)構(gòu)的細(xì)晶白云石(表1樣品號12543323，12543325)保留了原巖的顆粒結(jié)構(gòu)(圖1c)，為交代成因，有序度高(0.96～0.97，圖 5a)，晶面間距接近理想值(晶面間距:0.326 6 nm，0.503 4 nm，0.370 3 nm，圖5b)，晶胞參數(shù)c值顯著高(16.076 3)，晶格條紋整齊規(guī)則(圖5c)，為長期埋藏作用過程中大的金屬離子進入導(dǎo)致的。由于受到成巖改造，其晶格缺陷少且分布不均(圖5d)。

該類白云石Sr同位素值0.710 541，明顯高于同期海水(0.705 0～0.707 6)［31］，為受到長期埋藏作用導(dǎo)致的，對于原巖結(jié)構(gòu)的保存、殘余顆粒白云巖在陰極怪光下發(fā)橙色光，微量元素 Mn值相對高(330 ppm)，也反映了還原條件下埋藏交代的成因。

圖5 殘余顆粒細(xì)晶白云石晶體結(jié)構(gòu)特征圖a.殘余顆粒細(xì)晶白云石X衍射圖譜，其有序度高達0.98。燈影組第二段，高科1井;b.殘余顆粒細(xì)晶白云石電子衍射圖，點陣排列稀疏。燈影組第二段，高科1井;c.殘余顆粒細(xì)晶白云石晶格條紋，細(xì)密緊致排列。燈影組第二段，高科1井;d.殘余顆粒細(xì)晶白云石晶體缺陷，少而分布不均。燈影組第二段，高科1井。Fig.5 The crystal structure plate of fine crystal dolomite with ghost grain structure

殘余顆粒細(xì)晶白云石的晶體結(jié)構(gòu)特征為:有序度高;晶胞參數(shù)a值接近理想白云石，c值變化范圍＜0.5%;晶格條紋整齊規(guī)則;晶格缺陷少，分布不均;晶面間距接近理想值。因此，殘余顆粒細(xì)晶白云石為埋藏交代原始顆?；?guī)r的產(chǎn)物。

3.4 粗晶白云石——埋藏環(huán)境，長期穩(wěn)定結(jié)晶

形成于孔洞中，結(jié)晶粗大明亮的白云石(表1樣品號20125685)有序度較高(0.905～0.97，圖 6a)，由于形成環(huán)境的不同，晶胞參數(shù)c值表現(xiàn)出近地表較低(15.927 1，表1樣品號12543329)，埋藏環(huán)境c值較高(最高可達16.062 3，表1)的差異，晶格條紋細(xì)密平直(圖6c)，晶面缺陷少見，晶面間距接近理想值(晶面間距:0.356 nm，0.374 6 nm，0.385 6 nm)，反映了在自由空間中長期穩(wěn)定結(jié)晶的結(jié)果。

巖石學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，孔洞中的粗晶白云石形成于有空間自由緩慢生長的環(huán)境，結(jié)晶自形粗大，深埋的孔洞粗晶白云石氧同位素值偏負(fù)(δ18O=-9‰～-11.41‰)反映了埋藏成因，微量元素Fe含量較高(最高可達7 567 ppm)(圖6b呈淺色條帶)，白云石中的包裹體測溫結(jié)果發(fā)現(xiàn)其均一溫度與圍巖埋深一致，反映了其埋藏環(huán)境長期穩(wěn)定結(jié)晶的成因解釋。

孔洞粗晶自形白云石的晶體結(jié)構(gòu)特征為:有序度較高;晶胞參數(shù)C值隨白云石形成時埋藏深度增大而增大;晶格條紋細(xì)密平直;晶格缺陷少見;晶面間距接近理想值。因此，孔洞中的粗晶自形白云石為埋藏環(huán)境下長期穩(wěn)定結(jié)晶的產(chǎn)物。

3.5 泥晶白云石——近地表原生結(jié)晶

泥晶白云石(表1樣品號20125683，圖7a，b)為葡萄花邊狀白云巖的圍巖，其晶胞參數(shù)c值略小(表1，圖2)，反映了形成于近地表環(huán)境，有序度(0.64～0.832)低于結(jié)晶白云石，可以看到晶格條紋中典型的菱形形態(tài)(圖7c)，晶格條紋致密鑲嵌(圖7d)，晶面間距較窄，為0.170 1 nm，0.385 6 nm，0.161 7 nm，反映了形成時具有多個晶核，為直接原生結(jié)晶的產(chǎn)物。

圖6 孔洞中的自形粗晶白云石晶體結(jié)構(gòu)圖版a.孔洞中自形粗晶白云石X衍射圖譜，峨邊金口河剖面，燈影組第二段;b.孔洞中自形粗晶白云石背散射圖像，晶體中元素的分布不均表現(xiàn)為明暗相間的條帶，峨邊金口河剖面，燈影組第二段;c.孔洞中自形粗晶白云石晶格條紋，峨邊金口河剖面，燈影組第二段;d.孔洞中自形粗晶白云石電子衍射圖像，峨邊金口河剖面，燈影組第二段。Fig.6 The crystal structure plate of rhombic coarse crystal dolomite in cavity

巖石學(xué)和地球化學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，本區(qū)燈影組泥晶白云石，Sr同位素值(0.708 0～0.709 0)比震旦系海水Sr同位素值范圍(0.708 7～0.709 4)［31］略低，這可能是由于本區(qū)海水Sr同位素值比歐美地區(qū)略低，也反映了泥晶白云石沉積時受到陸源87Sr影響較小或未受陸源Sr影響，微量元素Na、K含量高，碳氧同位素值偏正(δ13C=1.59‰ ～ 4.52‰，δ18O=-2.82‰ ～-4.82‰)等地球化學(xué)分析也反映了近地表原生結(jié)晶的特征［27］。

泥晶白云石的晶體結(jié)構(gòu)特征為:有序度低;晶胞參數(shù)c值略小;晶格條紋致密鑲嵌;晶格缺陷均勻分布;晶面間距較窄且形成時具多個晶核。綜上所述，泥晶白云石為近地表原生結(jié)晶的產(chǎn)物。

圖7 泥晶白云石的晶體結(jié)構(gòu)圖版a.泥晶白云石X衍射圖譜，先鋒剖面，燈影組第二段;b.泥晶白云石薄片照片，單偏光，先鋒剖面，燈影組第二段;c.泥晶白云石晶格條紋，可以很明顯地看到其形態(tài)與菱形的白云石晶形相似，反映了原生結(jié)晶過程中具有多個晶核的特點，先鋒剖面，燈影組第二段;d.泥晶白云石晶格條紋，晶格條紋致密鑲嵌，先鋒剖面，燈影組第二段。Fig.7 The crystal structure plate of micritic dolomite

4 討論

(1)白云石晶體結(jié)構(gòu)研究的意義:不同成因的白云石在有序度圖和晶胞參數(shù)識別圖上(圖2)有不同的反映，可以反映其形成環(huán)境和形成時間，結(jié)合白云石的晶格條紋、晶格缺陷、晶面間距等晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以綜合判識不同類型白云石的形成環(huán)境和生長特征。白云石晶體結(jié)構(gòu)研究方法對于解釋白云石成因具有真實可靠，直接有效，成因指向性單一的優(yōu)點，可以成為白云石成因研究重要的研究方法，而白云石的巖石學(xué)、地球化學(xué)特征仍然是從晶體結(jié)構(gòu)角度進行白云石成因分析的基礎(chǔ)。

(2)白云石晶形與白云石成因的關(guān)系:不同晶形的方解石形成于不同的成巖環(huán)境，這已經(jīng)為廣大研究者所認(rèn)同［32］，但關(guān)于白云石晶形與其成因關(guān)系的研究，皆由于白云石成因的復(fù)雜性而很少被進行深入的研究。不同環(huán)境下形成的白云石晶體，由于形成環(huán)境和生長速度、流體特征的不同，其晶形和晶體格架是不同的，因此，通過對其晶形和晶體格架的研究可以幫助分析其形成環(huán)境和成因。在今后的工作中，我們將進行這方面的探索。

(3)成巖作用和微生物對白云石成因的影響:由于成巖改造作用對于白云石晶體的形成和后期生長，以及地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)會有很大影響，在以后的工作中，選取一些年代比較新，受到成巖改造比較弱的白云石晶體樣品進行“將今論古”的研究，對于充分認(rèn)識白云石形成機理而排除后期成巖作用的干擾具有重要意義。近年來，微生物成因白云巖成為自然條件下白云石直接沉淀的有力證據(jù)(Wright et al.，2004)［33］，其在晶體結(jié)構(gòu)上應(yīng)與其他類型白云石不同。近現(xiàn)代的遠(yuǎn)離陸源的海島白云石和微生物成因白云石晶體結(jié)構(gòu)分析將被納入下一步白云石晶體結(jié)構(gòu)研究計劃中。

此外，我們還將對更多的各種類型白云巖樣品進行晶體結(jié)構(gòu)分析，不斷補充完善白云石晶體結(jié)構(gòu)識別標(biāo)志，并探索除了有序度、晶胞參數(shù)、晶格條紋、晶面間距、晶格缺陷這些晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)外，其他的可以反映白云石成因的晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)。

致謝 感謝浙江工業(yè)大學(xué)分析測試中心鄭遺凡研究員、黃宛真副研究員提供的分析測試支持。感謝中國地質(zhì)大學(xué)(北京)科學(xué)研究院單晶X射線衍射實驗室李同武教授對于晶胞參數(shù)研究方面的指導(dǎo)。

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