山东科技大学白云石成因机理研究取得重要突破

近日，山东科技大学地科学院教授韩作振团队在常温无机条件下白云石原生沉淀机理研究取得重要进展，相关成果发表于地球科学领域国际顶级Nature Index期刊《地球和行星科学快报》。

白云石成因机理研究  山东科技大学供图

白云岩是重要矿石和油气储层，同时白云岩的形成也是全球碳循环过程中重要的“碳储存”途径。白云石是白云岩的主要矿物组分。研究表明白云石广泛分布于全新世以前的地层，然而全新世以来地层中的白云石丰度显著降低。地质历史时期白云石主要在地表常温条件下形成，但在现代开放海洋中，白云石的沉淀非常罕见。另一方面，至今实验室内仍未在常温条件下合成出结构有序的白云石。地层中大规模白云石沉积与白云石常温常压下难以合成这一矛盾被称为“白云石之谜”，已困扰地质学界两百多年。因此白云石的成因机理一直是地质学领域研究的热点和难点。

近年来，野外地质调查和室内实验结果表明微生物能够克服动力学障碍促进白云石沉淀，由此地质学家提出了“微生物白云石”模式。然而微生物白云石为结构无序的原白云石且微生物白云石成岩规模可能受到一定限制。自然水体中除微生物诱导外，白云石也可能通过化学沉淀的方式直接形成，然而关于白云石在无机条件下通过化学沉淀方式直接成功形成的报道较少。

该研究模拟自然水体环境，选取广泛存在于现代和地质历史时期自然环境中的二氧化碳和氨气提供碳酸根离子和碱性环境，于常温条件下，在含有不同镁/钙比的纯化学无机溶液中，成功沉淀出具有一定有序结构的白云石。

研究结果显示，氨气能够克服动力学障碍，加快白云石的成核及生长。同时，该研究对实验合成的白云石和新元古代灯影组的白云石进行了对比分析，并结合海洋氮循环深入探讨了地质历史时期氨气在白云石形成过程中的作用。该研究提出了常温无机环境中具有一定有序结构白云石原生沉淀的新成因机制，丰富了白云石的成因机理，为地质历史时期和自然水体环境中白云石形成机制的研究提供了重要的参考。

韩作振为论文通讯作者，山东科技大学博士孟瑞瑞为第一作者，山东科技大学为第一署名单位。该项研究成果得到国家自然科学基金的资助。

原文连接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.119012.