白云石有序度與流變特征的研究進展

鄭 重，王 勤

內生金屬礦床成礦機制研究國家重點實驗室，南京大學地球科學與工程學院，南京210023

1 引言

碳酸鹽巖是重要的石油和天然氣儲層，而白云巖在碳酸鹽巖儲集層中占50%，是油氣勘探的重要目標（王建坡等，2008）。白云石CaMg(CO3)2是常見的碳酸鹽礦物，其成分中常含有Fe和Mn，偶爾含有Pb、Zn、Ni和Co。當鐵的摩爾含量大于Mg的摩爾含量時，稱為鐵白云石[Ca(Mg,Fe)(CO3)2]。前人對白云巖儲層成因和白云石化機制進行了大量研究。白云石可以通過沉積作用、成巖交代作用、熱液及變質反應等方式形成，廣泛存在于古老的碳酸鹽臺地中，但在全新世以來的沉積物中卻很少見（Warren,2000）。在方解石Ca離子被Mg離子置換而生成白云石的反應中，無序白云石會優先形成，并隨白云石化過程進行逐漸轉變為有序白云石（Kaczmarek and Sibley,2011）。實驗結果表明，在近地表條件下，通過微生物參與（Vasconcelos et al.,1995）、多糖催化（Zhang et al.,2012）或硫化物催化（Zhang et al.,2013）可以形成白云石。但是，Gregg等 （2015）認為“微生物成因的白云石”只是完全無序，但具有接近理想白云石化學組成的固溶體——極富鎂方解石。

白云石也是研究全球碳循環的關鍵礦物。Burton等（2013）估計現今每年約有5億噸的CO2隨板塊俯沖被帶至地球深部。受共生元素的含量以及溫度、壓力、流體、氧逸度等要素的控制，碳有多種賦存形態。例如，在俯沖帶的含碳相有方解石、白云石、鐵白云石、文石、菱鎂礦、菱鐵礦、石墨、金剛石、C-O-H-N流體、CH4、可燃冰、碳氫化合物、有機質和碳酸鹽熔體等（張立飛等,2017）。隨深度增加，含碳相的演化具有從流體或熔體→方解石或白云石→菱鐵礦/菱鎂礦→金剛石或富鐵合金或鐵的碳化物的趨勢（Dasgupta and Hirschmann,2010）。……