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开 本: 128开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787030514646
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高等院校地质学、资源勘查、油气田开发相关专业研究生，从事油气地质勘探与开发技术人员
内容简介
《湖相白云岩与致密白云岩储层》以渤海湾盆地塘沽地区沙河街组下部湖相沉积白云岩地层为研究对象，采用综合技术与方法深入分析其沉积环境、形成机制、成岩模式、方沸石和白云岩成因模式，针对白云岩储层致密、裂缝发育、异常压力、油藏非均质特征，应用地质分析、测井解释、样品实验、数学模拟等方法表征致密白云岩储层，对白云岩储层质量和油气有利带进行评价预测。内容包括白云岩岩石学、地球化学、成岩作用、裂缝表征、储层物性、储层建模等地质学基础理论与实践问题。
目 录
目录
前言 i
第1章 绪论 1
1.1 湖相白云岩成因研究现状 1
1.1.1 白云岩研究回顾 1
1.1.2 湖相原生沉淀模式 2
1.1.3 湖相海侵（+火山喷发）白云石化模式 5
1.1.4 湖盆热水沉积模式 9
1.1.5 微生物模式 11
1.1.6 蒸发泵白云石化模式 12
1.2 湖相白云岩储层研究现状 15
1.2.1 白云岩储层特征及综合表征技术 15
1.2.2 储集空间类型及特征 16
1.2.3 储层物性及主控因素 20
1.2.4 塘沽地区致密白云岩储层概述 22
第2章 塘沽地区白云岩形成的地质背景 24
2.1 构造特征及构造演化 24
2.1.1 主要断裂特征 24
2.1.2 构造演化特点 27
2.2 地层发育特征 29
2.2.1 地层剖面 29
2.2.2 沙三5亚段地层细分对比 32
2.3 火山作用与火山岩 36
2.4 白云岩油藏概况 37
第3章 湖相白云岩岩石矿物学特征 39
3.1 岩石相特征 39
3.1.1 岩性类型 39
3.1.2 岩石相类型及其组合 41
3.2 矿物学特征 46
3.2.1 白云石 46
3.2.2 方沸石 49
3.2.3 石英及长石 51
3.2.4 黏土矿物 52
3.2.5 黄铁矿 52
第4章 湖相白云岩沉积地球化学及微体古生物特征 54
4.1 岩石地球化学特征 54
4.1.1 元素地球化学特征 54
4.1.2 同位素地球化学特征 66
4.2 微体古生物特征 69
4.2.1 孢粉特征 70
4.2.2 藻类特征 72
第5章 测井岩性识别 74
5.1 测井曲线标准化 74
5.1.1 电阻率曲线标准化 74
5.1.2 三孔隙度曲线标准化 75
5.2 岩性识别 76
5.2.1 岩性识别步骤 76
5.2.2 常规岩性识别 77
5.2.3 人工神经网络岩性识别 79
5.3 测井相特征 83
5.3.1 半深湖亚相测井相 83
5.3.2 深湖亚相测井相 85
第6章 湖相白云岩沉积环境及沉积相特征 86
6.1 古物源及古沅积环境恢复 86
6.1.1 古物源 86
6.1.2 古沉积环境 92
6.2 沉积相类型及空间展布特征 98
6.2.1 沉积相类型划分 98
6.2.2 沉积相空间展布特征 99
6.3 白云岩层系沉积模式 109
第7章 湖相白云岩成岩作用 111
7.1 主要成岩作用类型 111
7.1.1 白云石化及白云石成因 111
7.1.2 方沸石化及方沸石成因 115
7.1.3 充填型方沸石成因 118
7.1.4 溶蚀作用 119
7.1.5 重结晶作用 119
7.2 成岩演化序列及阶段 120
7.3 白云岩复合成因模式 122
第8章 白云岩储层裂缝表征及模拟预测 124
8.1 岩心裂缝特征 124
8.1.1 岩心裂缝类型 124
8.1.2 岩心裂缝发育程度——裂缝线密度 125
8.1.3 微观裂缝特征 125
8.1.4 裂缝发育控制因素 128
8.2 裂缝测井识别及评价 130
8.2.1 裂缝敏感曲线筛选 131
8.2.2 裂缝测井相图版 133
8.2.3 成像测井裂缝识别 136
8.2.4 剖面/平面裂缝发育程度评价 137
8.3 裂缝数学模拟与空间分布预测 139
8.3.1 裂缝数学模拟 140
8.3.2 构造裂缝空间分布预测 155
第9章 异常地层压力特征 160
9.1 异常地层压力空间变化 160
9.1.1 单井地层压力识别与计算 160
9.1.2 异常高压体空间分布 165
9.2 地层异常压力与油气 172
9.2.1 异常高压与岩石破裂关系 172
9.2.2 异常高压与油气 177
9.3 异常高压成因及断层封闭性探讨 178
9.3.1 断层垂向封闭性 178
9.3.2 异常高压成因探讨 180
第10章 白云岩储层物性与流动单元 182
10.1 基本物性特征 182
10.2 储集空间类型及孔喉结构特征 186
10.2.1 主要储集空间类型 186
10.2.2 孔喉结构特征 187
10.2.3 孔喉结构模型 189
10.3 流动单元划分及识别 194
10.3.1 岩心流动单元类型 194
10.3.2 流动单元测井识别 202
10.3.3 流动单元展布特征 208
第11章 裂缝-孔隙性白云岩储层地质建模与综合评价 211
11.1 储层地质建模 211
11.1.1 物性参数模型 211
11.1.2 三维地质模型 229
11.2 油藏综合评价 238
11.2.1 孔缝带评价及分布特征 238
11.2.2 储层分级及有利区块评价 240
参考文献 246
附录 261
彩图
前言 i
第1章 绪论 1
1.1 湖相白云岩成因研究现状 1
1.1.1 白云岩研究回顾 1
1.1.2 湖相原生沉淀模式 2
1.1.3 湖相海侵（+火山喷发）白云石化模式 5
1.1.4 湖盆热水沉积模式 9
1.1.5 微生物模式 11
1.1.6 蒸发泵白云石化模式 12
1.2 湖相白云岩储层研究现状 15
1.2.1 白云岩储层特征及综合表征技术 15
1.2.2 储集空间类型及特征 16
1.2.3 储层物性及主控因素 20
1.2.4 塘沽地区致密白云岩储层概述 22
第2章 塘沽地区白云岩形成的地质背景 24
2.1 构造特征及构造演化 24
2.1.1 主要断裂特征 24
2.1.2 构造演化特点 27
2.2 地层发育特征 29
2.2.1 地层剖面 29
2.2.2 沙三5亚段地层细分对比 32
2.3 火山作用与火山岩 36
2.4 白云岩油藏概况 37
第3章 湖相白云岩岩石矿物学特征 39
3.1 岩石相特征 39
3.1.1 岩性类型 39
3.1.2 岩石相类型及其组合 41
3.2 矿物学特征 46
3.2.1 白云石 46
3.2.2 方沸石 49
3.2.3 石英及长石 51
3.2.4 黏土矿物 52
3.2.5 黄铁矿 52
第4章 湖相白云岩沉积地球化学及微体古生物特征 54
4.1 岩石地球化学特征 54
4.1.1 元素地球化学特征 54
4.1.2 同位素地球化学特征 66
4.2 微体古生物特征 69
4.2.1 孢粉特征 70
4.2.2 藻类特征 72
第5章 测井岩性识别 74
5.1 测井曲线标准化 74
5.1.1 电阻率曲线标准化 74
5.1.2 三孔隙度曲线标准化 75
5.2 岩性识别 76
5.2.1 岩性识别步骤 76
5.2.2 常规岩性识别 77
5.2.3 人工神经网络岩性识别 79
5.3 测井相特征 83
5.3.1 半深湖亚相测井相 83
5.3.2 深湖亚相测井相 85
第6章 湖相白云岩沉积环境及沉积相特征 86
6.1 古物源及古沅积环境恢复 86
6.1.1 古物源 86
6.1.2 古沉积环境 92
6.2 沉积相类型及空间展布特征 98
6.2.1 沉积相类型划分 98
6.2.2 沉积相空间展布特征 99
6.3 白云岩层系沉积模式 109
第7章 湖相白云岩成岩作用 111
7.1 主要成岩作用类型 111
7.1.1 白云石化及白云石成因 111
7.1.2 方沸石化及方沸石成因 115
7.1.3 充填型方沸石成因 118
7.1.4 溶蚀作用 119
7.1.5 重结晶作用 119
7.2 成岩演化序列及阶段 120
7.3 白云岩复合成因模式 122
第8章 白云岩储层裂缝表征及模拟预测 124
8.1 岩心裂缝特征 124
8.1.1 岩心裂缝类型 124
8.1.2 岩心裂缝发育程度——裂缝线密度 125
8.1.3 微观裂缝特征 125
8.1.4 裂缝发育控制因素 128
8.2 裂缝测井识别及评价 130
8.2.1 裂缝敏感曲线筛选 131
8.2.2 裂缝测井相图版 133
8.2.3 成像测井裂缝识别 136
8.2.4 剖面/平面裂缝发育程度评价 137
8.3 裂缝数学模拟与空间分布预测 139
8.3.1 裂缝数学模拟 140
8.3.2 构造裂缝空间分布预测 155
第9章 异常地层压力特征 160
9.1 异常地层压力空间变化 160
9.1.1 单井地层压力识别与计算 160
9.1.2 异常高压体空间分布 165
9.2 地层异常压力与油气 172
9.2.1 异常高压与岩石破裂关系 172
9.2.2 异常高压与油气 177
9.3 异常高压成因及断层封闭性探讨 178
9.3.1 断层垂向封闭性 178
9.3.2 异常高压成因探讨 180
第10章 白云岩储层物性与流动单元 182
10.1 基本物性特征 182
10.2 储集空间类型及孔喉结构特征 186
10.2.1 主要储集空间类型 186
10.2.2 孔喉结构特征 187
10.2.3 孔喉结构模型 189
10.3 流动单元划分及识别 194
10.3.1 岩心流动单元类型 194
10.3.2 流动单元测井识别 202
10.3.3 流动单元展布特征 208
第11章 裂缝-孔隙性白云岩储层地质建模与综合评价 211
11.1 储层地质建模 211
11.1.1 物性参数模型 211
11.1.2 三维地质模型 229
11.2 油藏综合评价 238
11.2.1 孔缝带评价及分布特征 238
11.2.2 储层分级及有利区块评价 240
参考文献 246
附录 261
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第1章 绪论
湖相白云岩泛指形成于湖泊沉积环境中，白云石含量大于50%或白云石含量*多的碳酸盐岩。湖相白云岩储层指经过沉积、成岩、构造作用之后形成具有油气储集能力的湖相白云岩地层单元。与海相白云岩相比，湖相白云岩研究程度整体相对较低，可能的制约因素包括其全球分布局限、矿物组成复杂、储层致密、油气储量相对较小且油气田开发难度较大等。由于湖相白云岩是白云岩原生成因理论的发源地；同时湖相白云岩可作为储层赋存油气，也可与蒸发盐类矿物共存，能够同时提供这两种资源的开发及利用，其在解释白云岩形成机理及提供矿产资源方面均起着不可替代的作用。对于湖相白云岩所具有的特性和成因机制，目前已有的认识还较为匮乏，有些方面属于空白，典型研究案例也不多，制约了有效寻找、开发及利用这类岩石中赋存或伴生的资源。因此，湖相白云岩的研究具有重要的理论及实际意义。
1.1 湖相白云岩成因研究现状
1.1.1 白云岩研究回顾
据Zenger等(1994)转述，首次对白云岩的综合性描述记载于Deodat de Dolomieu1791年在法国期刊Journal de Physique中的报道。自此之后，白云岩（石）及其带来的“白云岩（石）问题(the dolomite problem)“便成了众多沉积学家共同关注的热点科学问题之一。白云岩（石）问题主要包括两方面的难点(Land，1992；Arvidson and Mackenzie，1999; Meister et a1．，2011)：①古代沉积物中白云岩的产出十分普遍，但在现代及全新世沉积物中白云岩（石）则显得十分稀少，这导致在解释古代白云岩（石）形成机理过程中缺乏一把现代实例的关键钥匙；②在实验室条件下（25℃左右及latm0左右）尚未合成出有序度高及化学计量的白云石。
全球学者经过两百多年的研究，围绕白云岩问题，先后提出了10余种白云岩化及白云岩成因的模式。随着时间推移，一些经典成因模式的适用性不断被证明；同时，不同学者之间的争议从来没有停止过，质疑带来的创新不断涌现。近20年是白云岩问题研究的高潮期，研究实例不断增多、研究手段不断更新、新的认识不断涌现，代表性成果有：Braithwaite等(2004)出版的The Geometry and Petrogenesis of Dolomite Hydrocarbon Reservoirs；Warren (2000)在Earth-Science Reviews上发表的综述性文章“Dolomite: Occurrence， evolution and economically important associations”;Purser等(1994)出版的专著Dolomites：A Volume in Honour of Dolomieu；Allan和Wiggins(1993)出版的专著Dolomite Reservoirs：Geochemical Techniques for Evaluating Origin and Distribution①。Allen等(1993)及Purser等(1994)根据前人研究成果分别系统地总结了白云岩化流行的五种模式，即萨布哈模式、回流渗透模式、海水淡水混合模式、海水模式和埋藏模式。2000年，Warren进一步更全面及系统地归纳了主流的白云岩（石）化模式，包括萨布哈型白云岩（石）（蒸发泵型）、库龙型(Coorong-style)白云岩（石）、卤水回流渗透型白云岩（石）、大气淡水混合型白云岩（石）、有机成因/甲烷化(methanogenic)型白云岩（石）、微生物型白云岩（石）、埋藏型白云岩（石）和热液型白云岩（石）（图1-1）。Vasconcelos等(1995)采用了巴西里约热内卢Lagoa Vermelha渴湖富硫酸盐还原菌的黑色污泥(black sludge)作为反应母质，首次在常温下通过实验沉淀出白云岩，并提出厌氧细菌的介入能够促使白云石在形成过程中突破动力学壁垒而成功成核，为人们进一步开展与微生物作用有关的白云岩成因研究打开了希望之门。郑荣才等(2003)率先提出了热水（液）沉积模式，在国内引起了热水白云岩研究热潮。
目前，研究者们怀着极大热情不断验证、质疑已有的各种白云石沉淀及白云岩化模式，在先进的测试分析技术和模拟技术的推动下，使新的模式也不断涌现。主流观点认为，湖相白云岩（石）成因与原生沉淀成因及准同生白云岩（石）化（蒸发泵模式）密切相关。Last (1990)提供了一份包括北美、澳州、欧州、亚州及非州更新世一近代湖相白云岩研究的综述性报道，其中48个实例（7个未提供解释）中半数（20个）被解释为原生沉淀成因，余下的则直接或间接地以次生准同生白云岩（石）化成因进行解释。此外，若仅按“由溶液中成核析出且并未出现明显的交代现象”来区分白云石的原生成因和次生成因，则本书归纳的近年来为国际研究热点的微生物白云岩（石），以及国内学者在酉部盆地的研究中提出的创新性“热水沉积”白云岩同样可划入原生成因范畴，海侵（+火山喷发）及蒸发泵作用下形成的白云石则可归入次生准同生成因范畴。
1.1.2 湖相原生沉淀模式
近40年来，库龙型白云岩（石）模式曾被视为*“过硬”的原生白云石模式而被广泛记载于各类教材及专著中（Chilingar et al．，1967；Bathurst，1972；朱筱敏，2008）。在新近研究报道中，认为库龙型白云石更可能是微生物参与形成的，并非由湖水中直接沉淀析出(Wright，1999; Wright and Wacey， 2005;Wacey et al．，2007)。这一新认识是Wright网队结合实验室合成、岩样电镜观察及同位素分析得出的，他们对1999～2007年间库龙*湖中的硫酸盐还原菌在克服白云石形成的动力学障碍中重要的作用进行了充分研究。因此，本书不再将原来库龙型作为典型原生白云岩模式加以讨论。
与库龙型白云岩（石）对应的另一重要原生白云岩（石）实例为美国加利福尼亚深泉湖(Deep Spring Lake)白云石Clayton和Jones(1968)在其同位素组成的分析报道中认为湖泊沉积物中的白云石是直接由水体溶液中结晶析出的。Meister等(2011)则提供了一份更全面的报道，该报道包含对该地湖底沉积物矿物组成、孔隙水和湖水化学组成及孔隙水和主体沉积物(bulk sediment)中碳氧同位素组成所进行的综合分析，通过对白云石沉淀的时间及深度、热力学控制及动力学控制三个方面的探讨，其坚持认为沉积物中的白云石是在湖水中沉淀析出的。
图1-1 主要的白云岩（石）化模式图（引自Warren，2000，有修改）
100’sm表示数百米
1. 美国加利福尼亚深泉湖现代沉积物
深泉湖是一个位于海拔1500m以上的小型间歇性咸水湖(intermittent saline lake)，现代湖泊面积仅为4km2，约有1km2全年被水体淹没。湖泊中部水深变化较大，在雨季可达30cm，在旱季则可降至仅几厘米，现今湖水的供给主要源自环绕湖泊的泉水，原有的河流供给源因人工蓄水措施的完全消耗而不再有效(Jones，1965；Meister et a1．，2011)。
湖泊底部沉积物中包含着大量的白云石，其含量可达50%以上，其他共生矿物包括方解石、文石、石英、长石、无水芒硝、石盐、黏土矿物等。白云石具有良好的菱面体晶型，大小为20nm～20Um。总有机碳含量为0.5%～1.5%，并且显示出从湖泊边缘到中心渐低的趋势。有机质中C/N（原子比）为10～25。湖水中主要包括Na+(4500mMC’)、心(300mM)、CI- (2000mM)、SO。2(400mM)及总无机碳(DIC) (300mM)，在表层(5cm)沉积物的孔隙水中，这些组分的浓度明显提升，再向下，Na+、心及Cl-浓度在30cm沉积物深度范围内显示出持续降低的趋势。从湖水到孔隙范围，文石、方解石及有序或无序白云石中的饱和度指数(SI)均出现明显降低。孔隙水中的8’3C为-2‰～-1‰（VPDB标准，下同）。沉积物中碳酸盐约为3‰，考虑18.5℃时(2007年3月水体表面温度)白云石与二氧化碳之间及碳酸根离子与二氧化碳之间的分馏因素，该值与碳酸盐岩与周围孔隙水达平衡后的应得数值较匹配，a’80为0～4‰。根据白云石晶粒细小、呈现出极好的自形晶及并未以胶结物形式出现的结构证据，Meister等(2011)认为白云石是在溶液中沉淀而得。白云石饱和度指数反映出的Mg2+及Ca2+浓度在湖水中过饱和而在孔隙水中的欠饱和的现象，暗示这些离子的扩散被非渗透层有效阻隔。因此，向下流动的Mg2+及Ca2+的量因过少难以促使白云石形成。除此之外，深泉湖周边被前寒武纪的岩石所环绕，会带入一些非自生碎屑白云石组分。但与自生白云石相比，这些碎屑组分的*会负偏8‰，则会负偏1%。这在一定程度上表明白云石是原生沉淀的，并非由交代或其他前体白云石(precursor dolomite)发生老化所得。深泉湖中高碳酸盐碱度(carbonate alkalinity)很适宜沉淀碳酸盐矿物，水体中总无机碳浓度为500～600mM，这已与pH=9.3时大气C02分压条件下水体中该参数平衡浓度相当，在此条件下，水体中因碳酸盐碱度（特别是由微生物作用诱发的）变化再诱发碳酸盐的过饱和是相对不敏感的(insensitive)；另外，由厌氧的硫酸盐还原菌引发的硫酸盐还原过程可能反而会降低水体的pH，喜氧的甲烷菌氧化作用同样难以驱使水体pH超过8。其他环境中参与碳酸盐形成的光合作用在深泉湖中同样不具有重要作用，因沉积物表面并未出现层状的光合作用微生物席。据此，Meister等(2001)提出的微生物白云石模式中微生物可能并非是起热力学诱导作用(thermodynamic induction)，而是起克服白云石沉淀动力学障碍的作用，并认为白云石沉淀动力学问题应从确定潜在抑制物(potential inhibitor)出发。阻碍白云石沉淀的观点已受到实验合成的质疑（Sanchez-Roman et al．，2009），深泉湖中白云石可以形成于含量高于500mM的环境中，浓度也并未明显受硫酸盐菌还原作用的影响。在碳酸盐沉淀过程中Mg抑制物则可被广泛观察到，这会导致球形、扭转或哑铃形晶体的产生，这种变形是晶形形成过程中各向异性抑制(anisotropic inhibition)的一种表现。深泉湖中白云石具有极好菱面晶可能说明其在生长过程中并未经受主要的动力学抑制，作为相应的解释，Meister等(2001)提出水溶液中有效低离子浓度限制了白云石的生长速率，这种速率远低于其他热力学略不稳定的相成核速率。
2. 江汉盆地潜江凹陷古近系潜江组白云岩
张永生等(2006)在对江汉盆地潜江凹陷潜江组白云岩形成机理的研究中也采用了原生沉淀的观点。
江汉盆地是一个典型的陆相含油的盐湖盆地，潜江凹陷位于江汉盆地中部，是其中的七个凹陷之一。潜江组中白云岩主要与含盐岩系配套产出，纵向上可形成“石盐岩-（含云泥）钙芒硝岩-含白云石泥岩（含泥白云岩）-泥岩-白云岩-钙芒硝岩-石盐岩”这类反映水体由咸-淡-咸变化的旋回性沉积序列。潜江组上覆地层为荆河镇组所覆盖，下伏地层为发育棕色、紫红色泥岩、含膏泥岩夹粉砂岩的荆沙组（张永生等，2005）。
潜江组中白云岩按成分-结构分类法可划出品粒白云岩、颗粒白云岩、含颗粒泥晶白云岩及泥晶白云岩四类。泥晶白云岩多呈灰色深灰色，可呈薄纹层或层状、条带状或块状产出。岩石中80%的矿物为白云石，其他伴生矿物有陆源粉砂、泥质(5%～10%)、黄铁矿(0.5%～4%)、钙芒硝(1%～5%)、石膏及硬石膏。此外，岩石剖面中主要见含钙芒硝含泥泥晶白云岩及含泥（泥质）泥晶白云岩的复成分泥晶白云岩，这类白云岩中白云石含量略低，
湖相白云岩泛指形成于湖泊沉积环境中，白云石含量大于50%或白云石含量*多的碳酸盐岩。湖相白云岩储层指经过沉积、成岩、构造作用之后形成具有油气储集能力的湖相白云岩地层单元。与海相白云岩相比，湖相白云岩研究程度整体相对较低，可能的制约因素包括其全球分布局限、矿物组成复杂、储层致密、油气储量相对较小且油气田开发难度较大等。由于湖相白云岩是白云岩原生成因理论的发源地；同时湖相白云岩可作为储层赋存油气，也可与蒸发盐类矿物共存，能够同时提供这两种资源的开发及利用，其在解释白云岩形成机理及提供矿产资源方面均起着不可替代的作用。对于湖相白云岩所具有的特性和成因机制，目前已有的认识还较为匮乏，有些方面属于空白，典型研究案例也不多，制约了有效寻找、开发及利用这类岩石中赋存或伴生的资源。因此，湖相白云岩的研究具有重要的理论及实际意义。
1.1 湖相白云岩成因研究现状
1.1.1 白云岩研究回顾
据Zenger等(1994)转述，首次对白云岩的综合性描述记载于Deodat de Dolomieu1791年在法国期刊Journal de Physique中的报道。自此之后，白云岩（石）及其带来的“白云岩（石）问题(the dolomite problem)“便成了众多沉积学家共同关注的热点科学问题之一。白云岩（石）问题主要包括两方面的难点(Land，1992；Arvidson and Mackenzie，1999; Meister et a1．，2011)：①古代沉积物中白云岩的产出十分普遍，但在现代及全新世沉积物中白云岩（石）则显得十分稀少，这导致在解释古代白云岩（石）形成机理过程中缺乏一把现代实例的关键钥匙；②在实验室条件下（25℃左右及latm0左右）尚未合成出有序度高及化学计量的白云石。
全球学者经过两百多年的研究，围绕白云岩问题，先后提出了10余种白云岩化及白云岩成因的模式。随着时间推移，一些经典成因模式的适用性不断被证明；同时，不同学者之间的争议从来没有停止过，质疑带来的创新不断涌现。近20年是白云岩问题研究的高潮期，研究实例不断增多、研究手段不断更新、新的认识不断涌现，代表性成果有：Braithwaite等(2004)出版的The Geometry and Petrogenesis of Dolomite Hydrocarbon Reservoirs；Warren (2000)在Earth-Science Reviews上发表的综述性文章“Dolomite: Occurrence， evolution and economically important associations”;Purser等(1994)出版的专著Dolomites：A Volume in Honour of Dolomieu；Allan和Wiggins(1993)出版的专著Dolomite Reservoirs：Geochemical Techniques for Evaluating Origin and Distribution①。Allen等(1993)及Purser等(1994)根据前人研究成果分别系统地总结了白云岩化流行的五种模式，即萨布哈模式、回流渗透模式、海水淡水混合模式、海水模式和埋藏模式。2000年，Warren进一步更全面及系统地归纳了主流的白云岩（石）化模式，包括萨布哈型白云岩（石）（蒸发泵型）、库龙型(Coorong-style)白云岩（石）、卤水回流渗透型白云岩（石）、大气淡水混合型白云岩（石）、有机成因/甲烷化(methanogenic)型白云岩（石）、微生物型白云岩（石）、埋藏型白云岩（石）和热液型白云岩（石）（图1-1）。Vasconcelos等(1995)采用了巴西里约热内卢Lagoa Vermelha渴湖富硫酸盐还原菌的黑色污泥(black sludge)作为反应母质，首次在常温下通过实验沉淀出白云岩，并提出厌氧细菌的介入能够促使白云石在形成过程中突破动力学壁垒而成功成核，为人们进一步开展与微生物作用有关的白云岩成因研究打开了希望之门。郑荣才等(2003)率先提出了热水（液）沉积模式，在国内引起了热水白云岩研究热潮。
目前，研究者们怀着极大热情不断验证、质疑已有的各种白云石沉淀及白云岩化模式，在先进的测试分析技术和模拟技术的推动下，使新的模式也不断涌现。主流观点认为，湖相白云岩（石）成因与原生沉淀成因及准同生白云岩（石）化（蒸发泵模式）密切相关。Last (1990)提供了一份包括北美、澳州、欧州、亚州及非州更新世一近代湖相白云岩研究的综述性报道，其中48个实例（7个未提供解释）中半数（20个）被解释为原生沉淀成因，余下的则直接或间接地以次生准同生白云岩（石）化成因进行解释。此外，若仅按“由溶液中成核析出且并未出现明显的交代现象”来区分白云石的原生成因和次生成因，则本书归纳的近年来为国际研究热点的微生物白云岩（石），以及国内学者在酉部盆地的研究中提出的创新性“热水沉积”白云岩同样可划入原生成因范畴，海侵（+火山喷发）及蒸发泵作用下形成的白云石则可归入次生准同生成因范畴。
1.1.2 湖相原生沉淀模式
近40年来，库龙型白云岩（石）模式曾被视为*“过硬”的原生白云石模式而被广泛记载于各类教材及专著中（Chilingar et al．，1967；Bathurst，1972；朱筱敏，2008）。在新近研究报道中，认为库龙型白云石更可能是微生物参与形成的，并非由湖水中直接沉淀析出(Wright，1999; Wright and Wacey， 2005;Wacey et al．，2007)。这一新认识是Wright网队结合实验室合成、岩样电镜观察及同位素分析得出的，他们对1999～2007年间库龙*湖中的硫酸盐还原菌在克服白云石形成的动力学障碍中重要的作用进行了充分研究。因此，本书不再将原来库龙型作为典型原生白云岩模式加以讨论。
与库龙型白云岩（石）对应的另一重要原生白云岩（石）实例为美国加利福尼亚深泉湖(Deep Spring Lake)白云石Clayton和Jones(1968)在其同位素组成的分析报道中认为湖泊沉积物中的白云石是直接由水体溶液中结晶析出的。Meister等(2011)则提供了一份更全面的报道，该报道包含对该地湖底沉积物矿物组成、孔隙水和湖水化学组成及孔隙水和主体沉积物(bulk sediment)中碳氧同位素组成所进行的综合分析，通过对白云石沉淀的时间及深度、热力学控制及动力学控制三个方面的探讨，其坚持认为沉积物中的白云石是在湖水中沉淀析出的。
图1-1 主要的白云岩（石）化模式图（引自Warren，2000，有修改）
100’sm表示数百米
1. 美国加利福尼亚深泉湖现代沉积物
深泉湖是一个位于海拔1500m以上的小型间歇性咸水湖(intermittent saline lake)，现代湖泊面积仅为4km2，约有1km2全年被水体淹没。湖泊中部水深变化较大，在雨季可达30cm，在旱季则可降至仅几厘米，现今湖水的供给主要源自环绕湖泊的泉水，原有的河流供给源因人工蓄水措施的完全消耗而不再有效(Jones，1965；Meister et a1．，2011)。
湖泊底部沉积物中包含着大量的白云石，其含量可达50%以上，其他共生矿物包括方解石、文石、石英、长石、无水芒硝、石盐、黏土矿物等。白云石具有良好的菱面体晶型，大小为20nm～20Um。总有机碳含量为0.5%～1.5%，并且显示出从湖泊边缘到中心渐低的趋势。有机质中C/N（原子比）为10～25。湖水中主要包括Na+(4500mMC’)、心(300mM)、CI- (2000mM)、SO。2(400mM)及总无机碳(DIC) (300mM)，在表层(5cm)沉积物的孔隙水中，这些组分的浓度明显提升，再向下，Na+、心及Cl-浓度在30cm沉积物深度范围内显示出持续降低的趋势。从湖水到孔隙范围，文石、方解石及有序或无序白云石中的饱和度指数(SI)均出现明显降低。孔隙水中的8’3C为-2‰～-1‰（VPDB标准，下同）。沉积物中碳酸盐约为3‰，考虑18.5℃时(2007年3月水体表面温度)白云石与二氧化碳之间及碳酸根离子与二氧化碳之间的分馏因素，该值与碳酸盐岩与周围孔隙水达平衡后的应得数值较匹配，a’80为0～4‰。根据白云石晶粒细小、呈现出极好的自形晶及并未以胶结物形式出现的结构证据，Meister等(2011)认为白云石是在溶液中沉淀而得。白云石饱和度指数反映出的Mg2+及Ca2+浓度在湖水中过饱和而在孔隙水中的欠饱和的现象，暗示这些离子的扩散被非渗透层有效阻隔。因此，向下流动的Mg2+及Ca2+的量因过少难以促使白云石形成。除此之外，深泉湖周边被前寒武纪的岩石所环绕，会带入一些非自生碎屑白云石组分。但与自生白云石相比，这些碎屑组分的*会负偏8‰，则会负偏1%。这在一定程度上表明白云石是原生沉淀的，并非由交代或其他前体白云石(precursor dolomite)发生老化所得。深泉湖中高碳酸盐碱度(carbonate alkalinity)很适宜沉淀碳酸盐矿物，水体中总无机碳浓度为500～600mM，这已与pH=9.3时大气C02分压条件下水体中该参数平衡浓度相当，在此条件下，水体中因碳酸盐碱度（特别是由微生物作用诱发的）变化再诱发碳酸盐的过饱和是相对不敏感的(insensitive)；另外，由厌氧的硫酸盐还原菌引发的硫酸盐还原过程可能反而会降低水体的pH，喜氧的甲烷菌氧化作用同样难以驱使水体pH超过8。其他环境中参与碳酸盐形成的光合作用在深泉湖中同样不具有重要作用，因沉积物表面并未出现层状的光合作用微生物席。据此，Meister等(2001)提出的微生物白云石模式中微生物可能并非是起热力学诱导作用(thermodynamic induction)，而是起克服白云石沉淀动力学障碍的作用，并认为白云石沉淀动力学问题应从确定潜在抑制物(potential inhibitor)出发。阻碍白云石沉淀的观点已受到实验合成的质疑（Sanchez-Roman et al．，2009），深泉湖中白云石可以形成于含量高于500mM的环境中，浓度也并未明显受硫酸盐菌还原作用的影响。在碳酸盐沉淀过程中Mg抑制物则可被广泛观察到，这会导致球形、扭转或哑铃形晶体的产生，这种变形是晶形形成过程中各向异性抑制(anisotropic inhibition)的一种表现。深泉湖中白云石具有极好菱面晶可能说明其在生长过程中并未经受主要的动力学抑制，作为相应的解释，Meister等(2001)提出水溶液中有效低离子浓度限制了白云石的生长速率，这种速率远低于其他热力学略不稳定的相成核速率。
2. 江汉盆地潜江凹陷古近系潜江组白云岩
张永生等(2006)在对江汉盆地潜江凹陷潜江组白云岩形成机理的研究中也采用了原生沉淀的观点。
江汉盆地是一个典型的陆相含油的盐湖盆地，潜江凹陷位于江汉盆地中部，是其中的七个凹陷之一。潜江组中白云岩主要与含盐岩系配套产出，纵向上可形成“石盐岩-（含云泥）钙芒硝岩-含白云石泥岩（含泥白云岩）-泥岩-白云岩-钙芒硝岩-石盐岩”这类反映水体由咸-淡-咸变化的旋回性沉积序列。潜江组上覆地层为荆河镇组所覆盖，下伏地层为发育棕色、紫红色泥岩、含膏泥岩夹粉砂岩的荆沙组（张永生等，2005）。
潜江组中白云岩按成分-结构分类法可划出品粒白云岩、颗粒白云岩、含颗粒泥晶白云岩及泥晶白云岩四类。泥晶白云岩多呈灰色深灰色，可呈薄纹层或层状、条带状或块状产出。岩石中80%的矿物为白云石，其他伴生矿物有陆源粉砂、泥质(5%～10%)、黄铁矿(0.5%～4%)、钙芒硝(1%～5%)、石膏及硬石膏。此外，岩石剖面中主要见含钙芒硝含泥泥晶白云岩及含泥（泥质）泥晶白云岩的复成分泥晶白云岩，这类白云岩中白云石含量略低，
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