从晶体成核-生长热动力学剖析白云岩成因问题的新进展

摘要

“白云岩问题”已持续困扰了地质学家200余年，无疑是地质学上争议最长久的难题之一。为推进白云岩成因问题的研究，本文借助晶体结构分析对白云岩晶体结构特征进行差异性研究，明确其形成环境及演化特征，进而为揭示其成因机制提供依据。由于晶体结构和成核-生长动力学之间存在相互影响和制约的关系，本文将晶体结构研究与成核-生长热动力学理论相结合，深入剖析白云岩的形成机制和条件。晶体结构分析表明，晶体结构控制了白云石的晶体类型、成核-生长速率、生长方向和其晶体最终形态，并决定了其热力学和动力学性质。热力学研究表明，现代海水具有析出白云石的热力学倾向，白云化反应可以在标准状态下进行，然而现代海水白云石的沉积量非常有限，建立新的热力学模型解释白云岩成因问题仍需结合实际加以验证可行性。动力学研究表明，海水中低温无机白云石形成困难的动力学因素包括Mg²⁺的水合作用、硫酸盐、阳离子有序化过程、CO₃^2-的活性、溶液过饱和度和成核位点的有无等。但对于这些因素研究的认识仍然存在分歧，并没有解决低温无机白云石形成的关键问题。白云岩的形成和有序化是在地质时期内溶解-重结晶的结果，白云岩早期阶段可能受成核动力学控制，产物以亚稳定中间相为主，而后主要是受生长动力学控制。高新技术的发展与应用，使矿物学研究向分子、原子尺度深入，为白云石形成机制的研究提供方向。因此，合理利用高新技术，结合晶体结构分析和晶体成核-生长热动力学理论，从原子尺度探索白云石晶体生长机制，以期为研究白云岩成因提供新视角，进而为解开白云岩成因之谜提供重要的理论和实验基础。

关键词

白云岩成因 / 晶体结构 / 晶体成核-生长 / 热力学 / 动力学

基金资助

国家自然科学基金项目(42230812)