湖相原生白云石的微生物成因机理探讨*

近年来,随着对微生物白云石模式研究的不断深入,为解释“白云石问题”提供了新思路。前人对微生物白云石成因研究侧重于微生物对未固结沉积物的改造,即有机准同生白云石化作用,这与实验室中以微生物为媒介形成的“有机原生白云石”在成因机理上存在差异。笔者将微生物白云石机理引入湖相原生白云石成因解释中,认为在湖水—沉积物交界处也会发生微生物成因的原生白云石沉淀,即有机原生白云石。湖水与沉积物交界处的微环境存在明显区别,总体可分为有氧和缺氧2种亚环境,不同亚环境中生活有不同的微生物群落。根据湖泊亚环境特性和微生物种类及其在白云石形成过程中所发挥的作用,可以区分出细菌有氧氧化模式、硫酸盐还原模式和产甲烷模式3种微生物白云石模式。不同模式对应于不同的湖泊环境: 细菌有氧氧化模式主要发生于有氧、高Mg/Ca值的咸水/盐湖环境;硫酸盐还原模式主要发生于缺氧、高Mg/Ca值的咸水/盐湖环境;产甲烷模式主要发生于缺氧、低Mg/Ca值的淡水/咸水湖环境。另外,还探讨了pH值变化、SO42-的存在和硫化物对镁水合物脱水的影响以及微生物白云石沉淀的环境因子。对微生物成因的原生白云石模式的深入认识,将为湖相白云石成因研究提供新的理论基础和研究思路。     

微生物成因白云石研究进展

"白云岩问题"一直是沉积地质学研究的热点和难点之一,白云岩在我国和世界范围内都是重要的油气储层。因此,深入认识白云岩成因对于碳酸岩油气勘探具有重要参考意义。白云岩成因有多种解释模式,如萨布哈蒸发模式、渗透回流模式、埋藏调节模式、混合水模式、潮汐泵模式等。近几十年来,随着低温白云石研究的不断深入,微生物白云石模式作为一种新的成因模式被提出并不断被完善。本文回顾了微生物成因白云石的研究进展,总结了低温白云石形成的3个动力学障碍(镁离子的高水合能、硫酸根的存在、碳酸根离子的低浓度和低活度),简要介绍了微生物成因白云石模式的建立、微生物成因白云石的生长过程及发育特征,系统分析了微生物在白云石形成过程中的调节作用,指出微生物(如硫酸盐还原菌、古甲烷菌)的存在可以改变溶液中的离子平衡,进而有利地克服白云石形成过程中的动力学障碍,并列举了低温微生物成因白云石的氧同位素指标在古温度恢复和过去气候变化研究中的应用,最后对微生物成因白云石相关研究方向(如多学科交叉、新技术应用等)加以展望。对微生物成因白云石模式的深入认识,将为正确解释"白云岩问题"提供新的途径,也将为石油学家关心的白云岩储层问题提供新的理论基础和研究思路。     

铁白云石矿物学特征及原生次生成因机制

长期以来,铁白云石的命名划分标准混乱,一直被当成高温及次生的产物.综述了国内外铁白云石的研究进展,详细探讨了铁白云石的矿物学特征,特别在其成因中加入了微生物因素,运用地质微生物学探讨原生铁白云石的成因机制.研究认为:（1）铁白云石命名划分依据应遵照国际矿物学会的原则,以铁是否替代白云石晶格中半数镁的位置为标准,分为白云石和铁白云石;（2）详述铁白云石矿物学及其晶体特征;（3）铁白云石成因分为原生沉淀及次生两种,微生物介导形成原生白云石的过程中,有助于铁进入到白云石晶格中,增加晶格中铁的含量.      

新疆乌鲁木齐二叠系湖相微生物白云岩成因

新疆乌鲁木齐地区养牛场剖面中二叠统芦草沟组以发育浅湖至半深湖背景下的中层深灰色、灰色碳酸盐岩、粉砂岩、细砂岩与中、厚层灰黑色泥岩、油页岩的互层沉积为特点.湖相碳酸盐岩以微晶白云岩为主体,其次为微晶灰岩.微晶白云岩主要由白云石、铁白云石及少量方解石等组成,常混有泥质组分且富含有机质.镜下观察白云石主要为微晶(＜4μm)及微亮晶(4-10 μm),极少数为亮晶(＞10μm).扫描电镜分析发现微晶白云岩中存在微球状(直径约9μm)、微棒状(长度约0.3～1.2μm)及微米级它形(＜ 5μm)等3种微形貌的白云石,其中微米级它形白云石在白云岩中占绝大多数.在微晶灰岩中还发现了直径约70-150nm,形态与球菌相似的纳米微粒,具有微生物矿化的特征.研究区白云岩Sr丰度及Sr/Ca比总体持平或略高于微晶灰岩,Mn丰度远高于微晶灰岩,C、O同位素均高于微晶灰岩,暗示了白云岩可能形成于比微晶灰岩更深及盐度更大的水下还原环境,二者之间缺乏明显的交代关系.芦草沟组白云岩的δ13CPDB介于9.2 ‰～15.6‰,强烈正偏的δ13CPDB可能是产甲烷古菌的代谢活动引起有机质碳同位素分馏的结果.以上特征表明,研究区芦草沟组白云石的沉淀可能与产烷带厌氧微生物的代谢活动引起的甲烷生成作用有关.     

原生白云石与交代白云石晶体的微结构对比研究

应用高分辨的透射电镜（ＴＥＭ）对原生白云石与交代白云石晶体微结构进行了对比研究。原生白云石晶体中微结构以位错、调制结构为主，调制结构规则，调制波长稳定，属生长调制；交代白云石晶体中的调制结构很不规则，波长变化大，有方解石残留。能谱分析显示两种白云石晶体中调制区与非调制区Ｃａ、Ｍｇ相对含量相差很大。两者微结构差异反映了成因上的不同     

新疆乌鲁木齐地区中二叠统芦草沟组湖相微生物成因白云石特征*

新疆乌鲁木齐地区红雁池南剖面中二叠统芦草沟组主要发育浅湖至半深湖背景下的中、薄层深灰色白云岩、灰岩、粉砂岩与中、厚层灰黑色页岩、泥岩互层。白云岩主要由泥晶白云石、铁白云石及少量方解石、高镁方解石组成,富含有机质。白云石粒径约3～10 μm,阴极发光呈现均匀昏暗的砖红色。白云石主要有微球状（直径约5～8 μm）、微簇状（长度约2 μm）及他形（1～10 μm）等3种微形貌。微球状白云石具有显微纹层结构,似为生长纹层,放大至6万倍发现显微纹层是由无数纳米级颗粒构成。他形白云石放大至4万倍发现主要由大量直径约0.25 μm的球状微粒聚集粘结而成,具有微生物矿化的特征。将研究区白云石与现代典型微生物成因白云石相比,其显微形态特征非常相似。研究区白云岩δ¹³C_PDB为1.8‰～13.8‰,δ¹⁸O_PDB为-12.1‰～-4.1‰,偏高的δ¹³C可能是产甲烷菌活动引起有机质碳同位素分馏的结果。以上特征表明,芦草沟组具有特殊形貌白云石的沉淀很可能与厌氧微生物密切相关。     

山东蓝宝石原生矿床成因探讨

山东昌乐地区广泛分布晚第三纪碱性玄武岩。该时代的玄武岩浆喷出活动在构造上受到大陆裂谷型沂沐断裂带的控制。玄武岩浆活动是喷溢型而不是喷发型。富含蓝宝石的寄主玄武岩比不含蓝宝石的玄武岩含Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３和ＴｉＯ２高,而含ＳｉＯ２低,其成分投影点落入（Ｋ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ）－ＳｉＯ２图中的碱性玄武岩区。含蓝宝石的玄武岩中含有大量的二辉橄榄岩,该种岩石是上地幔部分熔融出玄武岩熔体后的上地幔残留物。二辉橄榄岩中的矿物都处于平衡状态。用地质温度和压力计估算的二辉橄榄岩中的矿物平衡温度和压力分别为１１００℃和１．５ＧＰａ。蓝宝石是碱性玄武岩浆早期结晶的产物,而且与单斜辉石、长石、石榴石和锆石巨晶共生。     

微生物白云石模式评述

Vasconcelos等在实验室模拟巴西Lagoa Vermelha潟湖条件,成功地沉淀出白云石,由此提出了微生物白云石模式。该模式在南澳大利亚、阿拉伯海湾、西印度外陆棚边缘以及意大利南部等地区得到了不同研究者的肯定,我国鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟组五段白云岩也可以解释为微生物成因。此模式对白云石形成机理的研究具有突破性的意义。当硫酸盐还原细菌利用SO42-时,也吸收了Mg2+,因为Mg2+与SO42-形成了很强的离子对。微生物由于其新陈代谢作用利用SO42-而克服了动力障碍,同时从离子对中释放出Mg2+。在白云石形成的化学反应中,微生物因素把硫酸根离子从反应的抑制剂变成了催化剂。白云石一旦成核,就会在埋藏过程中长大。尽管不是所有的白云石都可以用微生物白云石模式来解释,但野外研究和模拟实验都证明这一模式是有说服力和生命力的。     

白云石成因模式的研究进展及其适用性探讨

在分析大量国内外文献资料的基础上,将现有的20余种白云石的成因划分为原生白云石和次生白云石化两类模式,根据镁钙比等指标又将次生白云石化模式进一步细分为高镁钙比、低镁钙比、正常镁钙比白云石化及其它白云石化4种模式类型,并对其中几种经典的白云石化模式的真实性和适用性进行了探讨。认为蒸发泵白云石化模式和回流渗透白云石化模式受到了普遍认可;混合水白云石化模式遭受到持续挑战;海水白云石化模式和埋藏白云石化模式得到了广泛关注;热液白云石化模式和微生物白云石化模式逐渐成为新的主流模式。     

微生物(有机)白云石成因模式研究进展与思考

白云石的成因机制一直是地球科学领域备受争论的议题.传统研究多认为白云石为次生成因.新近提出的"微生物(有机)白云石模式"认为该矿物在微生物或有机物作用下可以从溶液中直接沉淀,从而为白云石的成因研究提供了新思路.总结了该模式近20年来取得的重要进展,并指出尚待弥补的环节.微生物的催化机理主要表现为其代谢作用可提高胞外微环境中白云石的饱和度,同时其携带负电荷的细胞外壁可作为白云石晶体的成核位点.微生物成因白云石呈球状、哑铃状和花椰菜形等外貌.高盐度有利于微生物介导低温白云石沉淀,而硫酸根扮演的角色则仍需进一步验证.最新的研究表明微生物胞外聚合物有助于Mg~(2+)摆脱水合作用的束缚,是微生物催化白云石形成的关键.非微生物源的羧基化合物也可通过与胞外聚合物类似的途径在白云石饱和溶液中促进低温白云石形成.微生物(有机)成因白云石为原白云石,而非有序白云石.目前对微生物(有机)成因白云石在成岩改造中的演化过程仍然缺乏认识,是"微生物(有机)白云石模式"的缺失环节,亟待完善.     

青海小柴旦盐湖湖滩岩中首次发现菌藻成因原生白云石

我们在研究青海小柴旦盐湖的全新世湖滩岩型的硼质细砂岩中,发现了由菌藻作用形成的原生白云石。经薄片、染色、微化、红外光谱分析、粉晶分析和电子探针等多种方法研究后,确定该矿物为原白云石(Ca57.5 Mg42.5),白云石产出状态有二:一是呈砂粒的泥晶包壳存在,包壳厚一般为0.01～0.1毫米;其次呈藻屑和藻团块出现。在扫描电镜下,泥晶包壳中白云石呈莓球状,莓球直径一般为2—3微米,由大小为0.2—0.4微米的,形状为圆球形、卵球形白云石组成。白云石颗粒如此细小,且为球形体,尤其是集合体呈特殊的莓球状,无疑是保留了细菌群体外形的有机生成物。藻屑和藻团块也由类似的白云石超微颗粒组成,单偏光下藻丝体清晰可见,属菌藻生成物,经氯仿浸泡,荧光照射,化学分析均证实在泥晶色壳,藻屑和藻团块中富含有机质。     

白云石成因研究新方法--白云石晶体结构分析

传统的白云石研究方法对于白云石成因分析具有多解性,对于已有白云石成因模式的套用或重新建立新的白云石成因模式将白云石的形成机理过于简单化、模式化。白云石的晶体结构保存了晶体的形成环境、结晶速度、晶体生长与变化特征、流体特征的证据,白云石晶体结构分析是进行白云石成因分析的有效手段,之前很少有研究者从晶体结构角度进行白云石成因分析。在岩石学和地球化学研究的基础上,本文对四川盆地灯影组-寒武系鞍状白云石、纤状白云石、残余颗粒细晶白云石、孔洞充填粗晶白云石和泥晶白云石五种白云石进行了微组构取样,并利用X衍射仪、透射电镜等晶体结构研究手段,从晶体结构角度对五种白云石组构的有序度、晶胞参数、晶格条纹、晶面间距、晶格缺陷等晶体结构参数进行了差异性研究,分析了它们不同的形成环境和成岩演化特征,初步建立了不同类型白云石晶体结构判识标志。     

平行连晶状白云石的发现及其成因探讨

四川盆地下三叠统嘉陵江组第四段地层中,广泛发育着一种呈单向延伸的复品白云石,作者在扫描电镜下首次发现这是一种尚未有人报道过的白云石平行连晶体,其连生方向与每个白云石单晶的三次对称轴L~3相垂直。文中详细地研究了这种白云石的矿物学特征、赋存岩相和生成时间,认为它的发育环境为与盐化泻湖毗邻的碳酸盐浅滩,共成因与泻湖底郎Mg/Ca及CO_3/Ca比值高的卤水经由浅滩向海回流,从而引起白云石晶体周期性快速生长有关。     

柴达木盆地西部SG-1钻孔中白云石成因探讨

由于无机环境下不能沉淀白云石,该矿物的成因一直是学术争论的焦点。柴达木盆地西部钻孔SG-1（长938 m）中出现了大量白云石和铁白云石,白云石主要分布在钻孔下部500 m,而铁白云石主要分布在下部418 m。结合湖泊从淡水湖、咸水湖、盐湖至干盐湖的演化过程,文章分析了白云石和铁白云石的成因。白云石是盐类矿物的一种、且无机环境下不能沉淀,蒸发作用和微生物介导是白云石矿物形成的两个重要影响因素。蒸发作用为白云石的形成提供了足够浓度的Mg2+,微生物的介导作用帮助Mg2+克服动力学障碍进入碳酸钙晶格形成白云石。白云石是湖泊演化早期析出的一种碳酸盐类矿物,主要在咸水湖环境中沉淀,盐湖环境中主要沉淀硫酸盐类和氯化物矿物,在盐湖这种高盐度环境下能够生存的微生物非常少,白云石含量明显降低。铁白云石是白云石矿物的一种,是Fe2+替代白云石中的Mg2+形成的次生矿物。Fe2+有两种来源：粘土矿物转换过程中的释放和深部热液来源。Fe2+进入白云石的过程主要是在无机、高温环境下完成的,但不排除微生物的介导作用。     

内蒙古白云鄂博白云石碳酸岩的地质特征及其成因探讨

内蒙古白云鄂博铁矿及其围岩——白云岩以富含稀土和铌而著称于世。许多学者认为该白云岩是沉积岩,并将孕育其中的稀土、铌,铁等矿产,归因于“高温热液”或“沉积变质-热液交代”作用所致。虽曾有人对白云岩提出“岩浆碳酸岩”的异议,因无专文论述,尚未引起重视。作者结合前人资料对本区白云岩的成因进行了研究,查明本区白云岩实属岩浆     

内蒙古硫酸盐型盐湖中好氧微生物介导的白云石沉淀过程及其机理

<正>白云石[CaMg(CO3)2]作为一种有序结构的碳酸钙镁矿物,无论在理论研究还是经济领域中都有重要的价值。地质历史时期白云石广泛分布于碳酸盐岩台地中。与此迥异的是,尽管现代海水中Ca Mg(CO3)2处于过饱和状态,但海洋沉积物中却罕见白云石沉淀。该现象对"将今论古"原理是一个极大的挑战[1]。正因如此,解开白云石的成因之谜(也称为"白云石问题")一直是沉积学乃至地质学领域中的研究热点之     

塔里木盆地和田1井中寒武统膏岩层段发现原生白云石

岩石学与地球化学研究表明,塔里木盆地和田1井中寒武统膏岩层中白云石为原生白云石。岩石学特征上,白云石晶体微小,属隐晶—微晶(5μm),呈他形—次圆形,并且不含灰质前驱物。白云石与自生石膏有密切联系,根据其与石膏的关系及岩石学特征,可以将其分为两类:A类原生白云石,包裹在石膏内,晶体较大,一般大于3μm;B类原生白云石,石膏分散在其中,具有极好的长柱状晶形,白云石晶体较小,一般小于3μm。地球化学特征上,两类白云石差别也较明显。A类白云石具有高的n(Mg)/n(Ca)比,平均为0.96,接近化学计量白云石。Na_2O,Sr O,Fe O,Mn O平均含量分别为160μg/g,270μg/g,2250μg/g,120μg/g。δ~(13)C(PDB)与δ~(18)O(SMOW)平均值分别为0.3‰,24.6‰;与A类原生白云石相比,B类原生白云石n(Mg)/n(Ca)比较低,平均值为0.90。具有较高的Na_2O,Fe O,Mn O含量与稍低的Sr O含量,平均值分别为290μg/g,2540μg/g,200μg/g,200μg/g。δ~(13)C(PDB)与δ~(18)O(SMOW)变化不大,δ~(13)C稍低,平均值为-0.3‰,δ~(18)O值较高,平均值为25.2‰。研究表明,文中白云石为原生沉淀,而非交代前驱物灰岩形成,Mg的来源为强烈蒸发形成的高盐度咸水。微生物可能参与了白云石沉淀过程。     

湖相碳酸盐岩白云石化流体来源、作用机制及物质过程

湖相白云岩具有重要的油气地质意义,广泛发育于我国东部新生代地层中。本文通过大量资料统计和分析前人对国内湖相白云岩的研究成果,系统阐述了国内主要湖盆的湖相白云岩的成因、形成流体来源及相关物质的响应。根据白云石化流体的碳氧同位素、锶钡比、有序度、pH值、Eu异常、Ce异常等各类指标,将白云石化流体分为原始湖泊、外来淡水、热水热液和海源流体等类型。不同类型流体来源改造下生成白云岩所伴生的矿物组合不同;不同白云石化流体通过微生物作用、准同生作用、热液作用和埋藏作用等方式对原始碳酸盐岩进行白云石化作用,不同白云石化作用机制直接制约了其物质响应过程。提出了未来利用定量分析技术深入开展白云石化流体来源分析、准确判断成岩流体类型或成岩作用机制是进一步研究的方向。     

湖相白云岩成因模式及其储集性

湖相白云岩的成岩作用是非常规油气储层中非常活跃的话题,其成因模式以及储集性的研究对以碳酸盐岩为储层的油气勘探具有重要意义。通过综述前人关于湖相碳酸盐岩领域的研究成果,总结出以下几点:湖相白云岩成因模式主要有原生生物成因、准同生成因以及热液成因;湖相白云岩的储集空间类型包括以生物体腔孔为代表的原生孔、酸性流体作用下形成的溶蚀孔洞、白云石化作用或重结晶作用形成的晶间孔以及构造应力作用下形成的裂缝等4大类;其物性和孔隙结构分别受控于沉积环境及生物种类、酸性流体的溶蚀能力、白云岩化模式以及构造活动强度和岩石脆性等。以上研究成果可为湖相碳酸盐岩,乃至其他成因的碳酸盐岩物性影响因素以及油气地质意义研究提供借鉴参考。     

青西凹陷下白垩统湖相喷流岩成因探讨及其意义

青西凹陷下白垩统泥云岩 (泥质白云岩、白云质泥岩、白云岩,统称“泥云岩”)以其富含泥级钠长石、石英、铁白云石和重晶石等特殊矿物成分为特点。从构造、沉积、岩石学等方面对青西凹陷下白垩统泥云岩进行了地质分析,指出泥云岩的成因与湖底热水喷流有关。