第一作者简介 黄擎宇,男,1984年生,中国石油勘探开发研究院博士后,主要从事碳酸盐岩储集层地质学方面的研究。E-mail: qingyuh08@163.com。
以详细的岩石学研究为基础,综合利用碳、氧、锶同位素等地球化学资料,深入分析了塔里木盆地中央隆起区上寒武统—下奥陶统白云石化流体演化规律以及白云岩成因机制。结果表明,上寒武统白云岩主要由泥晶—粉晶白云岩、微生物白云岩和(残余)颗粒白云岩等原始结构保留较好的白云岩构成,其 C、 Sr同位素与同期海水相近, O同位素值偏正,属于同生 /准同生期与轻微蒸发海水有关的白云石化的产物;下奥陶统白云岩以细晶自形—半自形白云石为主,原始结构保留差,其 C、 Sr同位素与同期海水近似,但 O同位素值略微偏负,主要为浅埋藏期白云石化的产物。部分早期白云岩在中—深埋藏过程中受埋藏重结晶和构造—热液白云石化的影响,形成细晶—粗晶他形白云岩和缝洞鞍形白云石充填物,该阶段白云石化流体主要来自于地层内封存的海源流体、深部热液以及蒸发岩层间热卤水,多期多源流体的共同作用导致该类白云岩具有较宽的 Sr同位素组成和明显负偏的 O同位素值。总体上,研究区白云岩具有早期形成(近地表到浅埋藏期大规模交代)、中期加强(中—深埋藏期部分重结晶)、晚期改造(热液局部调整)的整体演化趋势。
About the first author Huang Qingyu,born in 1984,is a postdoctoral fellow in Research Institution of Petroleum Exploration & Development,PetroChina. He is mainly engaged in reservoir geology of carbonate rocks. E-mail: qingyuh08@163.com.
Based on the detailed petrology study as well as isotope data ( δ13C, δ18O and87Sr/86Sr),the evolution of dolomitizing fluids and genetic mechanism of the Upper Cambrian-Lower Ordovician dolostones are investigated in the Central Uplift,Tarim Basin.The results indicate that:The Upper Cambrian dolostones are composed of micritic dolostones,microbial dolostones and(relict)grainy dolostones with well-preserved precursor lithologic fabric. These dolostones have similar δ13C values and87Sr/86Sr ratios to the coeval seawater and slightly higher δ18O values,suggesting that the dolomitization occurred during the penecontemporaneous period and the dolomitizing fluid was associated with the slightly evaporitic seawater. The Lower Ordovician dolostones are mainly comprised of fine-crystalline,planar-euhedral to subhedral dolomites. Poor-preserved precursor texture,similar δ13C values and87Sr/86Sr ratios to the coeval seawater as well as slightly depleted δ18O values of the dolostone indicated the dolomitization occurred during shallow burial. Some of the dolostones formed in early stage could be altered to fine-coarse crystalline,nonplanar-anhedral dolostones and rift-cavity-filling saddle dolostone cements through recrystallization and tectonically controlled hydrothermal dolomitization during medium to deep burial. The dolomitizing fluids of the burial dolomitization were derived from remnant seawater preserved in the formations,deep mantle hydrothermal fluids and hot brine water in the underlying Middle Cambrian evaporate rocks. These dolostones formed during burial have wide range of87Sr/86Sr ratios and obviously more negative δ18O values due to the combined impact of multi-stage and multi-source diagenetic fluids. Generally,these dolostones in the study area formed in multiple stages of dolomitization with the tendency of forming in early period(large scale replacement during near-surface and shallow burial),being mature in middle diagenetic stage (partly recrystallization during medium-deep burial)and modified in late diagenetic stage(partial adjustment of hydrothermal fluid).
质量平衡计算表明, 大范围的白云石化作用以及块状白云岩的形成均需要较高的水岩比率(Machel, 2004), 因此反演白云石化流体特征是解决白云岩成因的关键之一。通常, 白云石化流体可以是正常海水(Saller, 1984; Hood et al., 2011)、经过蒸发浓缩或改造的海水(Adams and Rhodes, 1960; Jones et al., 2002; Sena et al., 2014)、大气淡水与海水形成的混合水(Humphrey, 1988; Li et al., 2013)、地层水以及来自深部的热液(Qing and Mountjoy, 1994; Davies and Jr. Smith, 2006; Diehl et al., 2010; Haeri-Ardakani et al., 2013)等。不同来源或不同运移方式的白云石化流体不仅代表了白云石化模式的差异, 同时也对白云岩储集层质量具有重要影响, 加强对白云石化流体性质及其演化规律的详细研究, 对于解决白云岩成因以及预测有利储集层十分必要。
塔里木盆地上寒武统— 下奥陶统发育一套厚达千米的白云岩层系, 是油气勘探的重要接替领域。前人对该套白云岩的成因进行了大量研究, 普遍认为其成因与埋藏白云石化有关(钱一雄和尤东华, 2006; 吴仕强等, 2008; 胡明毅等, 2011; 赵文智等, 2012), 流体主要来自于蒸发海水、海水与大气水的混合水、地层封存海水、岩浆热液等(张学丰等, 2008; 陈永权等, 2010; 张静和罗平, 2010; 邢凤存等, 2011; 乔占峰等, 2012; Dong et al., 2013; 张德民等, 2013)。但由于上寒武统— 下奥陶统中缺乏蒸发岩层系, 很难用传统的超咸海水回流模式来解释; 同时对野外露头剖面的详细解剖发现, 这些白云岩很可能在早— 中成岩期已经形成(郑剑锋等, 2013), 而且埋藏环境相对封闭的成岩系统与白云石化作用需要大量流体通过的事实之间的矛盾(Warren, 2000; Ehrenberg et al., 2012), 也促使研究者不得不重新审视该套巨厚白云岩体的成因机制。另外, 塔里木盆地属于典型的叠合盆地, 受多期次构造活动驱动的不同性质、不同来源的成岩流体, 势必会对早期形成的白云岩进行调整和改造, 因此其成因很难用单一模式来解释, 更可能是多种白云石化流体叠加改造、共同作用的结果。鉴于此, 作者综合利用岩心、薄片、阴极发光以及碳、氧、锶同位素数据等多种资料, 在详细的岩相学研究基础上, 对塔里木盆地中央隆起区上寒武统— 下奥陶统不同类型白云岩的地球化学特征进行系统分析, 反演白云石化流体性质及特征, 同时结合研究区的沉积、构造演化背景对白云石化流体的演化规律进行了梳理, 从而为白云岩的成因解释以及白云岩储集层研究提供更多依据。
塔里木盆地位于中国西北部, 是一个由造山带环绕的大型陆内叠合盆地, 面积达56× 104, km2, 其北缘和西缘为天山造山带, 南边为西昆仑造山带, 东南缘为阿尔金造山带(任建业等, 2011)。根据盆地构造属性以及基底起伏特征, 可将塔里木盆地分为塔北隆起、中央隆起、东南隆起、库车坳陷、北部坳陷、塔西南坳陷、东南坳陷等“ 三隆四坳” 的构造格局。本文研究的区域主要分布在中央隆起区, 钻井及地震资料显示:晚寒武世到早奥陶世早期, 该区沉积环境较为稳定, 总体上具有“ 西台东盆” 的古地理格局( 图 1), 其中塔西台地相区呈现出宽缓的“ 陆表海” 特征, 发育了大套浅水碳酸盐沉积物。白云岩主要发育在该套厚层碳酸盐岩的中部和下部, 层位上包括寒武系丘里塔格组(∈ 3q)、下奥陶统蓬莱坝组(O1p)和鹰山组(O1-2y)( 图 2)。
选取研究区钻遇上寒武统— 下奥陶统白云岩的方1、和4、康2、巴探5、中15、中19、中4和城探1等20余口钻井岩心进行详细观察并取样, 将所采集样品制备岩石薄片并保留配对副样。利用显微镜和阴极发光对薄片样品进行微观观察, 识别出不同产状、不同结构类型的白云岩和白云石充填物, 在薄片上对需要分析的样品位置进行圈定, 然后利用微钻对副样上的相同位置实施微区取样, 分别进行碳— 氧同位素、锶同位素分析。其中, 阴极发光在中国石油勘探开发研究院实验中心完成, 所用仪器为英国CITL公司生产的CL8200 MK5阴极发光仪, 工作环境为束电压15, kV; 束电流320, μ A。碳— 氧同位素分析在核工业北京地质研究院分析中心完成, 测试仪器为MAT-253质谱仪, 测试方法为常规的磷酸法, 分析误差± 0.005%。锶同位素在成都理工大学同位素实验室完成, 测试仪器为MAT-261质谱仪, 检测依据为美国国家标准局标样NBS987, 分析误差为0.002%。
塔里木盆地上寒武统— 下奥陶统白云岩类型多样, 本次研究中根据产状的差异将其划分为基质白云岩和缝洞充填白云石两大类( 表 1), 其中基质白云岩主要包括泥晶— 粉晶白云岩、微生物白云岩、(残余)颗粒白云岩、细晶自形/半自形白云岩和细晶— 粗晶他形白云岩; 缝洞充填白云石以中晶— 粗晶鞍形白云石为主。
a— 浅灰白色细晶自形— 半自形白云岩, 具“ 砂糖状” 结构, 可见生物扰动痕迹(箭头), Z19井, 鹰山组, 5526.0, m; b— 细晶自形— 半自形白云岩镜下特征, 平面— 自形晶为主, 晶体边缘环带发育, H4井, 蓬莱坝组, 4478.9, m; c— 细晶自形— 半自形白云岩, 晶间孔发育, 可见残余颗粒结构(箭头), Z19井, 鹰山组, 5526.0, m; d— 细晶自形白云岩阴极发光特征, Z19井, 鹰山组, 5527.7, m; e— 灰质细— 中晶他形白云岩, 白云石沿缝合线发育, Z19井, 鹰山组, 5616.5, m; f— 细晶— 中晶他形白云岩, 晶体自形程度差, 多为曲面— 他形晶, 晶间孔匮乏, GC8井, 丘里塔格组, 6734.15, m; g— 细晶— 中晶他形白云岩, 残留部分鲕粒结构(箭头), 说明晚期白云石化作用对早期白云岩强烈改造, CT1井, 丘里塔格组, 6879.32, m; h— 细晶— 粗晶他形白云岩具明显波状消光特征, 正交偏光, GC8井, 丘里塔格组, 6737.3, m; i— 细晶— 粗晶他形白云岩阴极发光特征, GC8井, 丘里塔格组, 6734.7, m
1)泥晶— 粉晶白云岩 深灰— 灰褐色, 薄层— 中层状产出, 晶体细小( 图 3-a), 半自形— 他形晶为主, 局部可见似鸟眼构造及藻纹层结构。主要分布在水体能量较低的潟湖或滩间海中, 总体含量较少, 占研究区所有白云岩的5%~10%。
2)微生物白云岩 岩心上可见微生物结构, 包括凝块石、叠层石、枝状石、核形石等(罗平等, 2013; 宋金民等, 2014), 其中凝块结构最为常见( > 图 3-b), 并伴生窗格状构造。镜下观察, 凝块呈不规则斑状特征, 内部为泥晶结构, 凝块间为亮晶白云石胶结物( 图 3-c), 发育残余格架孔或溶蚀孔。部分凝块重结晶明显, 破坏原岩结构( 图 3-d)。沉积环境为潮下浅水带, 盆地西北缘露头区可见微生物礁。层位上主要见于丘里塔格组中, 占所有白云岩的15%~25%。
3)(残余)颗粒白云岩 岩心上通常为灰色、浅灰色或灰白色, 粒屑结构特征明显( 图 3-e), 颗粒主要由砂屑、藻砂屑、鲕粒、团块和少量生屑构成, 颗粒间为微晶基质或亮晶胶结物半充填、全充填。阴极发光测试显示, 该类白云岩整体以发暗红色光为主, 其中颗粒部分的发光性较粒间胶结物弱一些, 但总体差别不大( 图 3-f)。该类白云岩主要分布在水体能力较高的台内滩或台缘丘滩体中, 纵向上多出现在向上变浅序列的中上部。在丘里塔格组和蓬莱坝组中常见, 占所有白云岩的20%~30%。
4)细晶自形— 半自形白云岩 岩心上通常为浅灰色或灰白色、呈中层状或透镜状产出, 具有砂糖状特征( 图 4-a)。镜下观察, 平均晶粒大小为0.05~0.25, mm, 自形— 半自形为主, 具平直的晶面特征, 雾心亮边常见( 图 4-b), 晶粒之间相互支撑呈网络状, 保留大量晶间孔。部分样品中还可见残余的砂屑幻影( 图 4-c), 推测其前驱沉积物为能量相对较高的浅滩相沉积物(如亮晶砂屑灰岩)。阴极发光下显均匀的中等亮度红色光到暗红色光( 图 4-d)。该类白云岩主要分布在下奥陶统, 如塔中地区鹰山组中下部以及巴楚隆起蓬莱坝组, 寒武系中出现频率相对较少, 占所有白云岩的10%~15%。
5)细晶— 粗晶他形白云岩 该类白云岩通常有2种产出方式: 一种与低幅度压溶缝合线相伴生( 图 4-e), 呈斑状或不规则条带状产出; 另一种则为块状或厚层状纯白云岩。镜下观察, 这类白云岩以中晶到粗晶(0.25~2.0, mm)为主, 细晶次之。白云石自形程度差, 多曲面— 他形晶, 晶粒之间呈凹凸甚至缝合线状接触( 图 4-f), 原始结构破坏明显, 仅个别样品可见未被完全改造的颗粒或残余颗粒幻影( 图 4-g)。部分样品发育不规则环带, 晶间孔发育程度低, 正交偏光下显波状消光特征( 图 4-h); 该类白云岩整体显极暗红色光或基本不发光特征, 局部可见暗红色斑块, 可能受重结晶影响( 图 4-i)。细晶— 粗晶他形白云岩分布较广, 占所有白云岩的30%~40%。
6)缝洞鞍形白云石充填物 岩心上观察, 缝洞中充填的鞍形白云石多为乳白色或浅灰白色( 图 5-a); 镜下观察, 该类白云石具有明ra显弯曲的、阶梯状的晶面边界特征, 正交偏光下多具波状消光特征( 图 5-b, 5-c); 通常与萤石、重晶石、自生石英、硬石膏以及巨晶方解石等矿物相伴生。阴极发光下, 鞍形白云石充填物发光性较弱, 整体以暗红色为主, 与细晶— 粗晶他形基质白云岩发光性类似, 部分样品边缘见明暗相间的环带( 图 5-d), 可能预示其形成过程中流体性质多变或是多期热液活动作用的结果。
3.2.1 碳— 氧同位素特征 塔里木盆地上寒武统— 下奥陶统各类白云岩以及缝洞充填白云石的C、O同位素组成见 表2和图6。
总体上, 研究区大部分基质白云岩的δ 13C值变化不明显, 均分布于同时期海相方解石的碳同位素(-2.0‰ ~0‰ PDB)范围内(Veizer et al., 1999); 也与本次研究中所测试的泥晶灰岩的碳同位素值一致。说明这些基质白云岩多为交代成因, 大部分碳均继承自原始灰岩(Land, 1985), 外部有机碳参与不明显。
氧同位素方面, 研究区灰岩 δ 18O 值(-8.8‰ ~-7.4‰ )与Veizer等(1999)(Veizer et al., 1999)所确定的晚寒武世— 早奥陶世海相方解石的氧同位素组成(-9.5‰ ~-7.5‰ )类似, 因此可以认为从当时海水中直接沉淀的方解石的 δ 18O 分布范围为-9.5‰ ~-7.5‰ 。由于从相同流体中形成的方解石和白云石的氧同位素之间存在1.5‰ ~3.5‰ 的分馏(Major et al., 1992), 取其平均值2.5‰ , 可得出从晚寒武世— 早奥陶世海水中形成的白云石的氧同位素范围为-7.0‰ ~-5.0‰ 。研究区泥晶— 粉晶白云岩、微生物白云岩、颗粒白云岩和细晶自形— 半自形白云岩的 δ 18O 值大多分布在晚寒武世— 早奥陶世海相白云石的 δ 18O 值范围内( 图 6), 说明形成这些白云岩的流体与同期海水有关。特别地, 部分样品具有略高于同时期海相白云石的 δ 18O 值, 预示着这些海水可能经历了轻微的蒸发作用。
细晶— 粗晶他形白云岩的O同位素分布范围较宽, 但总体上具有负向漂移的趋势。较高的形成温度或贫18O成岩流体(如大气淡水)的混入都可能造成氧同位素值降低。一般由大气淡水和海水混合而形成的白云岩多具较低的δ 13C值, 且其O-C同位素具明显的协变性(Meyers et al., 1997; Li et al., 2013), 但这种现象在研究区并未出现; 另外, 结合对该类白云岩中包裹体均一温度的测试发现(胡明毅等, 2011; 黄擎宇等, 2014), 形成该类白云岩的流体通常都具有高温、高盐度的特征; 因此, 导致细晶— 粗晶他形白云岩氧同位素值负向漂移的原因主要与高温有关, 例如持续增加的埋深或是热液的参与。
大部分鞍形白云石充填物的O同位素组成与细晶— 粗晶他形白云岩明显重叠, 说明两者的成岩流体相似或是具有很强的继承性; 少量具有极低 δ 18O 值的样品可能与其具有更高的形成温度或是云化流体性质的差异有关。
3.2.2 锶同位素特征 由于锶同位素在地质历史时期的海水中具有长期独特的变化规律, 加之它不像氧、碳同位素那样因温度、压力和微生物作用而分馏, 因而成为近年来研究碳酸盐沉积和成岩作用最常用的手段之一(Palmer and Edmond, 1989; Jiang et al., 2001; 黄思静等, 2009)。
研究区内, 大部分保留原始结构的白云岩(泥晶— 粉晶白云岩、微生物白云岩、颗粒白云岩)和晶粒白云岩中的细晶自形— 半自形白云岩的锶同位素组成, 与同时期海水 87Sr/86Sr 值(0.7080~0.7092)相当(Denison et al., 1998; Veizer et al., 1999)( 图 7), 同样说明形成这几类白云岩的成岩流体与海水密切相关, 其他流体参与不明显。
细晶— 粗晶他形白云岩和鞍形白云石充填物的锶同位素值范围较宽( 图 6), 既有与同时期海水值接近的样品, 也有大量高 87Sr/86Sr 值的样品(> 0.7092)和少量低值样品(< 0.7080)。较宽的锶同位素值范围预示其云化流体的复杂性和多源性:
1)与同时期海水Sr同位素值相近样品的成因应该与地层中封存的海源流体有关, 即在埋藏过程中还未有大量其他流体混入的阶段已形成; 亦可能是重结晶作用的结果, 即细晶— 粗晶他形白云岩中的锶同位素组成主要继承自早期形成的白云岩。
2)少量 87Sr/86Sr 值明显低于当时海水值样品的存在, 指示了贫 87Sr 幔源锶的混入(成岩蚀变和采样过程中的污染将导致 87Sr/86Sr 值升高)(Banner, 1995; Machel, 2000; 刘存革等, 2008; Dong et al., 2013), 说明深部幔源热液体参与到了白云石化过程中, 特别是当这种幔源贫 87Sr 热流体沿基底断裂快速上涌、且未在前寒武系或下寒武统碎屑岩中长距离运移时, 所形成的白云岩就具有较低的 87Sr/86Sr 值。
3)大部分具有较高 87Sr/86Sr 值的样品可能与盆地深部来源的、幔源贫 87Sr 热流体流经前寒武系或下寒武统碎屑岩输导层后吸附了大量放射性成因 87Sr 而导致其 87Sr/86Sr 值变高有关。国内外已有不少这类白云岩的实例, 特别是受构造控制的热液白云岩中, 许多具有高Sr同位素值的鞍形白云石均被认为是深部热流体流经了古老的碎屑岩地层或结晶基底后而富集 87Sr 的结果(Qing and Mountjoy, 1992; Cai et al., 2001; Green and Mountjoy, 2005; Katz et al., 2006)。另外, 中下寒武统蒸发岩中的地层热卤水也可提供过量的 87Sr。由于中下寒武统沉积时海平面极低, 膏盐岩及泥岩大量发育, 吸附大量放射性成因锶, 导致地层水中的 87Sr/86Sr 值普遍增高。如果这种具有高锶同位素值的蒸发岩层间热卤水, 在地热对流或构造挤压的驱动下向上运移, 也会造成上寒武统— 下奥陶统白云岩的 87Sr/86Sr 值升高。
总体上, 细晶— 粗晶他形白云岩和鞍形白云石充填物较宽的Sr同位素组成是多种成岩流体共同作用的结果, 包括孔隙中封存的海源流体、深部热液以及蒸发岩层间热卤水等。
3.3.1 上寒武统白云岩 对于上寒武统白云岩而言, 其岩石类型主要为泥晶— 粉晶白云岩、微生物白云岩和(残余)颗粒白云岩等。这些白云岩往往具有成层性, 且晶粒细小、原岩结构保留较好, 推测其形成时为近地表低温成岩环境, 同时白云石化流体供应充足, 白云石成核点多, 部分具微生物结构的白云岩很可能是微生物调制作用的结果(胡文瑄等, 2014)。与同期海水值相近的 87Sr/86Sr 组成和略微偏正的 δ 18O 值, 说明白云石化流体与轻微蒸发海水有关( 图 8)。由于晚寒武世研究区为一宽缓的陆表海台地, 海平面长期处于较低位置, 受东部台缘带阻隔以及盆地当时位于赤道附近(Huang et al., 2000)、气候炎热的影响, 台内海水盐度升高、密度增大, 有利于形成轻微蒸发或中等盐度的海水。虽然这类海水并未达到膏岩沉淀的盐度, 但近年来不少研究认为, 这种经历了轻微蒸发作用的海水同样具备大规模白云石化的能力(Whitaker and Smart, 1990; Sun, 1994; Qing et al., 2001; 潘立银等, 2012), 而且早期开放成岩环境中云化流体供给充足, 有助于形成大面积层状展布的白云岩体, 因此上寒武统白云岩主要是同生/准同生期与轻微蒸发海水有关的白云石化的产物。
3.3.2 下奥陶统白云岩 对于下奥陶统白云岩而言, 其岩石学特征与上寒武统有一定差别, 主要的白云岩类型为细晶自形— 半自形白云岩, 晶粒相对较大, 原岩结构保存差, 交代作用明显, 部分样品可见残余颗粒幻影( 图 4-c), 说明其形成时灰质沉积物普遍经历了早成岩作用, 因此白云石化时间要晚于上寒武统白云岩。该类白云岩的Sr同位素组成与同期海水接近, O同位素值相比上寒武统原始结构保留的白云岩具有负向漂移的趋势( 图 8), 可能是埋藏增温所致。由于早奥陶世研究区沉积环境由半局限台地向开阔台地转变(乔占峰等, 2012), 海水受限程度降低, 盐度趋于正常, 因此沉积期海水的白云石化能力降低, 白云石成核点减少, 但随着埋深相对增加, 逐步升高的地层温度有助于克服白云石形成的动力学障碍(Machel, 2004), 进而形成大量晶粒相对较粗的、具明显交代特征的白云岩, 因此下奥陶统白云岩主要与浅埋藏期白云石化作用有关。
3.3.3 埋藏阶段的调整改造 上寒武统— 下奥陶统早期形成的白云岩, 在漫长的埋藏过程中经历了不同程度的调整改造, 主要体现在如下2个方面。
一是埋藏条件下较高的成岩温度, 可导致白云石过度生长以及晶体曲面化(Sibley and Gregg, 1987), 从而形成大量细晶— 粗晶他形白云岩。由于中— 深埋藏阶段镁离子供给相对有限, 因此很难大规模交代灰岩, 但根据该类白云岩在薄片中呈双峰态分布的粒度特征( 图 4-f)、残余颗粒结构( 图 4-g)以及斑状的阴极发光( 图 4-i)认为, 细晶— 粗晶他形白云岩很可能是早期白云岩在埋藏阶段重结晶作用的结果(Wendte et al., 1998; Fu et al., 2006)。另外, 该阶段外部流体混入有限, 因此所形成白云岩的 87Sr/86Sr 值基本保留沉积期海水特征, 而 δ 18O 值则受温度升高的影响逐步降低, 总体呈现出O同位素变轻而Sr同位素基本不变的地球化学特征( 图 8)。
另一方面, 受多期构造活动与岩浆热事件影响, 该套白云岩地层内发育大量与构造— 热液作用有关的缝洞鞍形白云石充填物, 同时围岩也不同程度地受到改造。由于热流体性质及运移机制的不同, 所形成的热液白云岩/石在地化组成方面也有明显差异:例如当深部幔源贫 87Sr 热流体沿断裂系统快速上涌时可形成 87Sr/86Sr 值和 δ 18O 值均较低的缝洞白云石; 而当这种幔源热液流体与前寒武系碎屑岩交换充分时或是与其他富 87Sr 流体(如蒸发岩层间热卤水)混合时, 形成的缝洞白云石就具有较高的 87Sr/86Sr 值和较低的 δ 18O 值( 图 8)。因此受热液改造的白云岩/石, 往往具有明显负偏的O同位素值和较宽的Sr同位素组成。
根据塔里木盆地中央隆起区上寒武统— 下奥陶统白云岩岩石学、地球化学特征以及沉积、构造演化背景, 建立了相应的白云石化模式( 图 9)。
晚寒武世研究区为半局限台地相, 海平面长期处于较低位置, 台地内海水循环受限, 大量中等盐度的海水在密度差以及海平面变化的驱动下发生回流(Qing et al., 2001; 袁鑫鹏和刘建波, 2012), 沉积物在同生/准同生期已经白云石化, 并能够较好地保留原始结构; 早奥陶世, 研究区沉积环境由半局限台地向开阔台地转化, 海水盐度逐步趋于正常, 同生/准同生期白云石化减少, 大部分白云岩形成于浅埋藏阶段, 残余地层中的海水构成云化流体的主要来源。
中— 深埋藏阶段:该阶段的白云石化模式通常有“ 埋藏压实及页岩失水模式” (Machel and Anderson, 1989)、“ 构造挤压水流模式(Qing and Mountjoy, 1994; Gasparrini et al., 2006)、“ 地形驱动水流模式” (Garven and Freeze, 1984; Yao and Demicco, 1997)以及“ 热对流模式” (Evans and Nunn, 1989; Morrow, 1998)等。由于研究区上寒武统— 下奥陶统缺乏大量泥岩, 因此埋藏压实模式并不适用; 构造挤压和地形驱动水流的流动速率缓慢且活动时间较短(Buschkuehle and Machel, 2002; Machel and Buschkuehle, 2008), 影响范围有限。对于研究区白云岩而言, 其形成机制更可能与热对流有关( 图 9), 特别是该套地层缺乏有效隔水夹层(如泥岩或蒸发岩)的先天条件, 可使盆地内封存的海源地层水发生热对流或深循环(Bjø rlykke et al., 1988; 黄思静等, 2006), 从而使白云石化作用持续进行。
构造— 热液活动阶段:该阶段的白云石化受构造活动的差异而具有不同的作用机制, 例如巴— 麦地区多发育盖层滑脱型逆冲断裂, 部分断层沿中寒武统膏盐层滑脱(任建业等, 2011; 邬光辉等, 2012), 热流体可能主要来自于蒸发岩层间热卤水; 而塔中地区由于基底走滑断裂以及海西晚期岩浆活动的影响(Dong et al., 2013; 杨圣彬等, 2013), 热流体则主要来源于深部, 而且这种热流体向上运移的过程中极易与其他地层流体(如残余地层水、蒸发岩层间热卤水)相混合, 从而导致该期白云岩/石多变的地球化学特征。
1)上寒武统白云岩主要由泥晶— 粉晶白云岩、微生物白云岩和(残余)颗粒白云岩等原始结构保留较好的白云岩构成, 其C、Sr同位素与同期海水相近, O同位素值偏正, 属于同生/准同生期与轻微蒸发海水有关的白云石化的产物; 下奥陶统白云岩以细晶自形— 半自形白云岩为主, 原始结构保留差, 其C、Sr同位素与同期海水近似, O同位素值略微偏负, 主要为浅埋藏期白云石化的产物。
2)部分早期白云岩在中— 深埋藏过程中受埋藏重结晶和构造— 热液白云石化的影响, 形成细— 粗晶他形白云岩和缝洞鞍形白云石充填物, 其Sr同位素值受多期多源流体的共同影响而具有较宽的分布范围, O同位素值则由于高温影响而明显负偏。
3)研究区上寒武统— 下奥陶统白云岩具有早期形成(近地表到浅埋藏期大规模交代)、中期加强(中埋藏期部分重结晶)、晚期改造(构造— 热液作用期进一步调整改造)的总体变化趋势。其中早期白云石化流体以轻微蒸发的海水为主, 埋藏阶段白云石化的流体主要为地层中封存的海源流体, 而构造— 热液白云石化流体则主要来自于深部热液、蒸发岩层间热卤水以及其混合。
(责任编辑 郑秀娟)
作者声明没有竞争性利益冲突.
作者声明没有竞争性利益冲突.
1 |
|
2 |
|
3 |
|
4 |
|
5 |
|
6 |
|
7 |
|
8 |
|
9 |
|
10 |
|
11 |
|
12 |
|
13 |
|
14 |
|
15 |
|
16 |
|
17 |
|
18 |
|
19 |
|
20 |
|
21 |
|
22 |
|
23 |
|
24 |
|
25 |
|
26 |
|
27 |
|
28 |
|
29 |
|
30 |
|
31 |
|
32 |
|
33 |
|
34 |
|
35 |
|
36 |
|
37 |
|
38 |
|
39 |
|
40 |
|
41 |
|
42 |
|
43 |
|
44 |
|
45 |
|
46 |
|
47 |
|
48 |
|
49 |
|
50 |
|
51 |
|
52 |
|
53 |
|
54 |
|
55 |
|
56 |
|
57 |
|
58 |
|
59 |
|
60 |
|
61 |
|
62 |
|
63 |
|
64 |
|
65 |
|
66 |
|
67 |
|