所谓白云石化，就是由镁方解石或者原生白云石转变为白云石的形成过程，也是碳酸盐化的一种。有关的围岩主要是各种碳酸盐类岩石，
共生矿物除白云石外，还有方解石、铁白云石及重晶石等，有关的矿产有铅、锌、锑、汞和重晶石等。
生物体不能分泌
白云石，也很少有生物骨骼是由白云石建造的。绝大多数生物骨骼是由方解石(或文石)、蛋白石所建造。作为碳酸盐沉积岩，也有可能是白云石从含盐量很高水中作为沉淀物而出现，但大多数看来是通过置换原生方解石而形成的。当发现方解石和白云石同时存在于同一岩石中时，相对于方解石而言，白云石通常是自形晶的。白云石交代方解石是成岩过程中的主要方式。白云石化作用可以出现在早期成岩阶段(于沉积物中)，也可以在晚期成岩阶段，但所有白云质岩石的形成必定是由含镁地下水(或软泥水)与石灰岩(或灰质软泥)作用的结果。在早期成岩的白云石化作用中，沉积物中的有机质通过
硫酸盐还原细菌的作用提供了CO32-降低了Ca/Mg值，进而促进了沉积物成岩过程中的白云石化，降低了地下水中的Mg浓度。
后期成岩的白云岩化作用，在低温条件下，晶体中离子的扩散作用是非常慢的，白云石化作用不是固溶状态下的反应，而可能是穿过岩石的水溶液所引起的方解石溶解作用和白云石的沉淀作用。一般地说，白云石化作用必备两个条件：(1)引起反应的水溶液的Ca/Mg有适当的比率；(2)有促使足够体积的白云化的流体穿过岩石。
以上讨论的是低温冷液白云石化作用(或
交代作用)问题。但是在19世纪70年代以后，国际矿床地质学家认为铅锌矿与含矿性有关的石灰岩的热液交代白云石化的广泛发育成为共识。热液交代白云石化在层状白云岩于
碳酸盐岩系中有宽广的和成为区域性的分布，建造成雄厚的岩系，并有铅锌矿产出。对于低温热液白云石化石灰岩层中，也广布有铅锌矿床，如南哈萨克斯坦(卡拉套山脉)中有着具有低温型铅锌矿体的巨大区域，矿床生于上泥盆纪及下石炭纪碳酸盐岩的厚岩系中，厚度50～100m，面积1000km范围，而且稳定性很强，同样，碳酸盐岩还发生中温热液白云石化作用，并产生多金属矿床，如中哈萨克斯坦、美国华盛顿州等金属矿床。这些热液交代白云石化作用，与
碳酸盐岩的断裂构造密切相关，更取决于
热液镁离子的稳定供给。
白云石化的主要作用对象是文石、方解石等贫镁或无镁的CaCO3矿物，因此交代时必须要有充足Mg2+的供应（同时排除部分Ca2+），已经提出的白云石化机理和模式都可看成足这个基本要求所作的理论解释。下面介绍两种主要的机理模式。
在高温条件下受高盐，高镁钙比（Mg/Ca）和高pH 值的浓缩海水作用所实现的白云石化，其中最重要的模式是毛细管浓缩模式，或称蒸发泵吸模式（图16-3）。其白云石化机理过程是，在高温气候背景中，潮上带表层CaCO3沉积物，因急剧蒸发而脱水，紧邻的海水通过松散沉积物的毛细作用不断向这里运移补充并在这里被浓缩，文石和石膏先后晶出，Ca2+被大量消耗，剩余
孔隙水的Mg/Ca比随之增高，结果就使表层沉积物被白云石化。由于这时的作用还是沉积物与海水的作用，只是该海水是稍稍离开了环境的海水，故被称为准同生（Pene-contemporaneous）作用，所形成的白云岩也称为准同生白云岩。这种白云岩在现在波斯湾西海岸的潮上带被最后确立，那里是一片荒芜的盐坪地区，其
孔隙水的平均温度达30°以上，
盐度是正常海水的5-8 倍，Mg/Ca 常大于10，pH 值则在9 以上，当地阿拉伯人称之为萨勃哈（Shbkha）。现在萨勃哈已成为潮上盐坪的代名词被广泛使用。这种白云石化模式也被称为萨勃哈模式。在古代，典型萨勃哈白云岩的鉴别标志是具浅红或浅黄等氧化色，薄层状，有时有干裂，均匀的泥晶或极细晶结构，含石膏或其假晶，无化石（图16-4）。另外，由于反应进行太快，所形成的白云石有序度不高，主要是富钙白云石。
所形成的
白云岩称混合水白云岩（Dorag dolostone）。最早由Badiozamani（1973）在研究美国威斯康星州中奥陶统白云岩时提出。他首先用实验方法证明，含5-30%左右海水的海淡混合水对白云石极度过饱和而对方解石不饱和，所以，当这种混合水作用于方解石时就会引起白云石化。他用海洋中隆升岛的形式示意性地表示了这种白云岩的形成模式（图16-5）。
实际上，海水和淡水混合还可以有许多种模式，单就混合水作用时原沉积物所处成岩阶段而言就有同生混合（如泻湖海水与大气降水或高水头地下淡水混合）、准同生混合（如潮间或潮上带孔隙海水与大气降水混合）和成岩混合（如在被埋藏但尚未完全固结、沉积物内由潜流地下淡水与潜流海水混合）等，图16-5 所示的混合只是成岩混合中的一种可能。正是由于混合水出现的广泛性使得用混合水机理解释古代
白云岩也很广泛。在混合水中形成的白云岩具有以下特征：岩石一般不具氧化色（可呈灰白、灰、深灰等色），层厚不定（薄层到块状层），白云石化强度向着相邻石灰岩减弱；强交代常形成细—极细晶结构，相对较弱的交代可保留一些原石灰岩的残余；有时交代不均匀，强交代部位可受原石灰岩沉积结构或
原生沉积构造的控制（大多泥晶基质交代更强，有时自生颗粒交代更强）；白云石晶体常有由杂质显示的雾心或环带，这可看成是混合水盐度高低变化的反映（图16-6）。
晶体有序度较高。这里要提一下Folk and Land（1975）提出的淡水白云石，即在很低
盐度的淡水中形成的白云石。他们认为交代水溶液盐度愈低，Mg/Ca 愈接近1（但要大于1），所形成的白云石愈干净透明，有序度也愈高。但一般淡水Mg/Ca 都小于1，因而形成淡水白云石还要有另外的Mg 源。虽然Mg 源并不是单一的，但最重要的Mg 源还是海水（有海水混到了淡水中）。所以，淡水白云石与混合水白云通常可看成是同一种类型的白云石。
海水的
蒸发作用已经达到石膏(CaSO4·2H2O)的沉淀点时，这时的浓度已略超过正常海水的三倍，从而把海水的Mg/Ca活动比率提高到8.4。同时蒸发作用导致海水变重，使这一重水向下渗入到早期沉淀的沉积物或岩石中，在岩石孔隙中回流，引起白云石化作周。
地质化学反应是丰富多彩的，有白云石化作用，也必有去白云石化作用(dedolomitization)，也就是说方解石化作用(Calcitization)。即方解石交代白云石。其反应式为：
在某些碳酸盐岩层和
方解石胶结的砂岩层中，能见到是由较粗大的方解石
菱面体组成。这种菱面体状似白云石，但组成是方解石，证明发生去白云石化反应，被方解石交代白云石而成。它通常与石膏或氧化的黄铁矿共生。形成次生石灰岩。去白云石化反应，往往是在近地表条件下发生的，当流经白云质碳酸盐岩层的水具有高Ca/Mg比率时，就按上式发生方解石化交代作用。