Введение

Осадочная карбонатная порода, содержащая высокий процент минерала доломита. Доломит (также известный как доломитовая порода, долостон или доломитический известняк) – это осадочная карбонатная порода, содержащая высокий процент минерала доломита CaMg(CO3)2. Он широко распространен, часто встречается в ассоциации с известняком и эвапоритами, хотя встречается реже, чем известняк, и редко в кенозойских отложениях (отложениях возрастом менее 66 миллионов лет). Первым геологом, выделившим доломит как отдельную породу от известняка, был Деодат Грате де Доломиё; французский минералог и геолог, именем которого он и назван. Он распознал и описал характерные особенности доломита в конце XVIII века, отличив его от известняка. Большинство доломитов образовалось в результате замещения магнием известняка или известнякового ила до литификации. Геологический процесс превращения кальцита в доломит известен как доломитизация, а любой промежуточный продукт – как доломитовый известняк. "Проблема доломита" относится к обширным мировым отложениям доломита в геологической летописи прошлого, в отличие от ограниченного количества доломита, образующегося в настоящее время. Недавние исследования показали, что сульфатредуцирующие бактерии, обитающие в аноксических условиях, осаждают доломит, что указывает на то, что некоторые древние отложения доломита могли быть сформированы в результате микробной активности. Доломит устойчив к эрозии и может быть представлен слоистыми или бесслоистыми образованиями. Он менее растворим, чем известняк, в слабокислых грунтовых водах, но со временем может развивать карстовые явления. Доломитовые породы могут служить резервуарами нефти и природного газа.

Имя

Доломит получил своё название в честь французского минералога XVIII века Деодата Грате де Доломие (1750–1801), одного из первых описавших этот минерал. Термин «доломит» относится как к минералу – карбонату кальция-магния, так и к осадочной породе, состоящей преимущественно из этого минерала. В 1948 году был предложен термин «долостон», чтобы избежать путаницы между минералом и породой. Однако использование термина «долостон» остаётся спорным, поскольку название «доломит» впервые было применено к породе в конце XVIII века и, следовательно, имеет приоритет с технической точки зрения. Использование термина «долостон» не рекомендовалось в Глоссарии геологических терминов, опубликованном Американским геологическим институтом. В старых публикациях Геологической службы США (USGS) доломит называли магниевым известняком, термин, который в настоящее время используется для доломитов с низким содержанием магния или известняков, богатых магнием.

Описание

Доломитовые породы определяются как осадочные карбонатные породы, состоящие более чем на 50% из минерального доломита. Доломит характеризуется почти идеальным стехиометрическим соотношением магния к кальцию 1:1. Он отличается от известняка с высоким содержанием магния тем, что магний и кальций образуют упорядоченные слои внутри отдельных зерен доломита, в отличие от хаотичного расположения в зернах высокомагниевого кальцита. В природном доломите содержание магния обычно составляет от 44 до 50% от общего количества магния и кальция, что указывает на частичную замену кальция в магниевых слоях. Небольшое количество железа обычно замещает магний, особенно в более древних доломитах. Карбонатные породы, как правило, состоят либо почти полностью из кальцита, либо почти полностью из доломита, промежуточные составы встречаются редко. Доломитовые обнажения в полевых условиях распознаются по их мягкости (минерал доломит имеет твердость по Моосу 4 или ниже, значительно меньше, чем у распространенных силикатных минералов) и слабой реакции с капелькой разбавленной соляной кислоты. Это отличает доломит от известняка, который также мягок, но бурно реагирует с разбавленной соляной кислотой. Доломит обычно выветривается до характерного тускло-желто-коричневого цвета из-за присутствия железа, которое высвобождается и окисляется в процессе выветривания. Обычно доломит имеет зернистый вид с текстурой, напоминающей сахарный песок. Под микроскопом тонкие шлифы доломита обычно показывают отдельные, хорошо сформированные зерна в виде ромбов с заметным пористом пространством. В результате, доломит в подповерхностных слоях, как правило, более пористый, чем известняк, и составляет 80% карбонатных нефтяных коллекторов. Эта текстура контрастирует с известняком, который обычно представляет собой смесь зерен, микрота (очень мелкозернистого карбонатного ила) и зернистого цемента. Оптические свойства кальцита и минерального доломита трудно различить, но кальцит почти никогда не кристаллизуется в виде правильных ромбов, а окрашивается Ализариновым красным S, в то время как зерна доломита – нет. Доломитовые породы, состоящие из хорошо сформированных зерен с плоскими гранями, описываются как плоскостные или идиотопические доломиты, а доломиты, состоящие из плохо сформированных зерен с неровными гранями, – как неплоскостные или ксенотопические доломиты. Последние, вероятно, образуются в результате рекристаллизации существующего доломита при повышенных температурах (выше ). Текстура доломита часто указывает на его вторичное происхождение, образованное замещением кальция магнием в известняке. Сохранение исходной текстуры известняка может варьироваться от почти идеального до полного разрушения. Под микроскопом иногда можно увидеть, как ромбы доломита замещают оолиты или скелетные частицы исходного известняка. Иногда происходит избирательное замещение окаменелостей, при этом окаменелость остается преимущественно кальцитом, а окружающая матрица состоит из зерен доломита. Иногда ромбы доломита пересекают контур окаменелости. Однако некоторые доломиты не содержат текстурных признаков, указывающих на их образование в результате замещения известняка.

Проблема доломита и первичный доломит

Доломит перенасыщен в обычной морской воде более чем в десять раз, однако в океанах не наблюдается его осаждения. Аналогично, геологам не удавалось осадить доломит из морской воды при нормальных температурах и давлениях в лабораторных экспериментах. Вероятно, это связано с очень высокой энергией активации для зародышеобразования кристаллов доломита. Ион магния относительно мал и при растворении в воде образует плотно связанную гидратную оболочку. Иными словами, ион магния окружен скоплением молекул воды, сильно притягивающихся к его положительному заряду. Ион кальция больше, что ослабляет связь в его гидратной оболочке, поэтому иону кальция легче, чем иону магния, избавиться от гидратной оболочки и присоединиться к растущему кристаллу. Также сложнее создать зародышевый кристалл упорядоченного доломита, чем неупорядоченного высокомагниевого кальцита. В результате попытки осаждения доломита из морской воды приводят к осаждению высокомагниевого кальцита. Это вещество, содержащее избыток кальция по отношению к магнию и лишенное упорядоченности кальция и магния, иногда называют протодоломитом. Повышение температуры облегчает снятие гидратной оболочки с магния, и доломит может быть осажден из морской воды при температурах выше температуры образования протодоломита. Протодоломит также быстро превращается в доломит при температурах 0°C и выше. Высокие температуры, необходимые для образования доломита, помогают объяснить редкость кенозойских доломитов, поскольку температура морской воды в кенозое редко превышала 40 °C. Возможно, микроорганизмы способны осаждать первичный доломит. Со временем к дискуссии о роли микроорганизмов в модуляции и генерации полисахаридов, марганца и цинка в поровой воде были добавлены и другие пути их взаимодействия с образованием доломита. В то же время, другая точка зрения, придерживаемая некоторыми исследователями, заключается в том, что микроорганизмы осаждают только высокомагниевый кальцит, но остается открытым вопрос о том, может ли это привести к осаждению доломита.

Дедоламитация

Доломитизация иногда может быть обращена, и доломитовое тело может быть преобразовано обратно в известняк. Об этом свидетельствует текстура псевдоморфоз по доломиту, которые были замещены кальцитом. Дедоломитизированный известняк обычно встречается в ассоциации с гипсом или окисленным пиритом, и предполагается, что дедоломитизация происходит на очень небольших глубинах в результате инфильтрации поверхностных вод с очень высоким отношением кальция к магнию.

Применение

Доломит используется для многих тех же целей, что и известняк, включая использование в качестве строительного заполнителя; в сельском хозяйстве для нейтрализации кислотности почвы и обеспечения кальцием и магнием; как источник углекислого газа; в качестве облицовочного камня; как наполнитель в удобрениях и других продуктах; как флюс в металлургии; и в производстве стекла. Он не может заменить известняк в химических процессах, требующих известняка с высоким содержанием кальция, например, при производстве карбоната натрия. Доломит используется для производства магниевых химикатов, таких как английская соль (сульфат магния), и в качестве добавки магния. Он также применяется в производстве огнеупорных материалов.

Пещеры в доломитовой породе

Как и в известняковых пещерах, естественные пещеры и растворные полости обычно формируются в доломитовых породах в результате растворения слабой угольной кислотой. Пещеры также могут, реже, образовываться в результате растворения пород серной кислотой. В пещерах, образованных в доломитовых породах, могут также формироваться вторичные отложения – спелеотемы карбоната кальция, такие как сталактиты, сталагмиты, натечные образования и другие. Доломит – распространенный тип породы, но относительно редкий минерал в составе спелеотем.

Доломитовые пещерные породы

Как кальций, так и магний переходят в раствор при растворении доломита. Последовательность осаждения спелеотем следующая: кальцит, Mg-кальцит, арагонит, хантит и гидромагнезит. Таким образом, наиболее распространенным спелеотемом (вторичным отложением) в пещерах, расположенных в доломитовом карсте, является карбонат кальция в наиболее стабильной полиморфной форме – кальците. К типам спелеотемов, содержащих доломит, относятся: покрытия, корки, лунное молоко, сталактитовые натеки, кораллоиды, порошок, друзы и скопления. Хотя существуют сообщения о доломитовых спелеотемах, обнаруженных в ряде пещер по всему миру, они обычно встречаются в относительно небольших количествах и формируются в виде очень мелкозернистых отложений.