塔里木盆地北部上震旦统葡萄状白云岩的发现及成因探讨*
钱一雄1, 何治亮2, 李慧莉2, 陈跃1, 金婷3, 沙旭光4, 李洪全4
1 中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所,江苏无锡 214126。
2 中国石化石油勘探开发研究院,北京 100083。
3 中国石化江苏油田分公司采油二厂,江苏金湖 211600。
4 中国石化西北油田分公司石油勘探开发研究院,新疆乌鲁木齐 830011
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第一作者简介 钱一雄,男, 1962年生,博士,教授级高级工程师,现在中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所工作,研究方向为碳酸盐岩沉积与储集层研究。通讯地址: 江苏省无锡市滨湖区蠡湖大道 2060号;邮政编码: 214126 E-mail: qyx9167@vip.sina.com

摘要

“皮壳—葡萄状”白云岩是一种非常特殊结构的白云岩。文中报道了塔里木盆地西北缘东二沟及塔北星火 101井上震旦统奇格布拉克组中皮壳—葡萄状白云岩特征,并对其成因进行了探讨。皮壳状—葡萄状白云石中发育明、暗纤状白云石或纹层条带的含少量细晶的纤状—细粒状白云石以及肾状和葡萄状粉细晶白云石;由球形、杆形、孢子形等蓝细菌构成泡沫状结构;明暗、环带状橙红色光或中等橙红色光、核部发光较暗或不发光;与基质白云石相比,葡萄—皮壳状白云石δ13CPDB相似;但δ18OPDB正偏, 87Sr/86Sr 相对高( 0.70887~0.70939)、但与震旦纪海水( 0.7087~0.7094)相似,从皮壳边缘、暗色(蓝细菌)至核部,微区δ18OPDBδ13CPDB显示了环带内变化较小、环带外的强烈负漂移;云化程度的增加,δ18OPDBδ13CPDB负偏明显, 87Sr/86Sr 增加。皮壳—葡萄状白云岩中 Al2O3 Fe2O3 MnO LREE/HREE值均低于基质泥粉晶云岩对应值、稀土总量介于基质与粉细晶云岩之间,而 Na2O+K2O P2O5 Sr Hg Cu Sr/Ba Sr/Mn、δ Ce值均高于基质泥粉晶云岩对应值;且随着云化程度的提高,总体呈现出 Mn含量增加, Al2O3 Fe2O3 Na2O+K2O P2O5 Sr/Ba Fe/Mn等值递减的趋势;由此判断皮壳状—葡萄状白云石可能是弱还原、保存较好的海水中形成,或在成岩早期或浅埋藏孔隙海水为主的流体中形成、部分经历了较强的大气水作用改造。

关键词: 皮壳—葡萄状白云岩; 微区碳氧同位素; 奇格布拉克组; 震旦系; 塔里木盆地
文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2017)02-0197-14
Discovery and discussion on origin of botryoidal dolostone in the Upper Sinian in North Tarim Basin
Qian Yixiong1, He Zhiliang2, Li Huili2, Chen Yue1, Jin Ting3, Sha Xuguang4, Li Hongquan4
1 Wuxi Institute of Petroleum Geology,Petroleum Exploration & Production Research Institute,SINOPEC,Wuxi 214126,Jiangsu
2 Petroleum Exploration & Production Research Institute,SINOPEC,Beijing 100083
3 No.2 Oil Production Factory,Jiangsu Oilfield Company,SINOPEC,Jinhu 211000,Jiangsu
4 Petroleum Exploration & Production, Research Institute,Northwest Company,SINOPEC,Urümqi 830011,Xinjiang

About the first author Qian Yixiong,born in 1962,Ph.D.,a senoir researcher at Wuxi Institute of Petroleum Exploration & Production Research Institute,SINOPEC. He is mainly engaged in carbonate rocks and reservoirs. Address: No.2060, Lihu Avenue,Binhu district,Wuxi,Jiangsu Province,214126. E-mail: qyx9167@vip.sina.com.

Abstract

The botryoidal dolostone of a unusual textures features in Qigebulake Formation,in the Upper Sinian developed at Dong'ergou section and Well XH 101 of northern Tarim Basin,has been firstly reported. Constraining its origin based on lithology and geochemical data,the shell-comb or botryoidal dolostone,which consists of shrub fibrous cement,bladed radial as well as granular dolomite crystal with alternately dark and luminescent and zonation,the average of botryoidal dolostone ofδ13CPDB is 2.50‰(1.80‰~3.16‰),δ18OPDB is-3.30‰(-6.40‰~0.86‰),87Sr/86Sr is 0.7091(0.7089~0.7096),compared with the values of matrix dolostone. The botryoidal dolostone have rather high positive ofδ18OPDB and87Sr/86Sr(within the change values of coeval normal sea-water: 0.7087~0.7094)with a similarδ13CPDB. The δ13C and δ18O of zonation varies from the dark rimming to the luminescent centre varies slightly decreasing or increasing,while the strong negative deplete of δ13C and δ18O in outer of zonation,shows the tendency of negative deplete of δ13C and δ18O and increasing of87Sr/86Sr and Mn,decresing of the contents of Al2O3 、Fe2O3、Na2O+K2O、P2O5、Sr/Ba、Fe/Mn. Coupled with a higher dolomitization. The contents of Al2O3、Fe2O3 、MnO are relatively lower,and Na2O+K2O,P2O5,Sr,Hg,Cu,and the ratios of Sr/Ba,Sr/Mn are higher in comparison with the values of matrix dolostone. The contents of REE(10.21×10-6~15.75×10-6)with the “Left-leaning”distribution pattern of rare earth elements with LREE depletion,heavy REE enrichment,strong negative CE anomaly,indicated that the botryoidal dolostone was formed either in a well-preserved,weak reduction and oversaturated sea water environment with an increasing of pH value and free oxygen contents in sea waters. Or in a residual sea water of pore fluids in the early stage of diagenesis or shallow buried environment,later partly superimposed by a cyclic subaerial-exposed fresh water.

Key words: botryoidal dolostone; δ 13C and δ;18O of microdrill-samples; Qigebulake Formation; Sinian; Tarim Basin

皮壳、栉壳状或葡萄状白云岩, 是由直径大者8~10, cm和小者不到1, mm的玛瑙纹带或条带状构造、波状富含有机质的暗色层和纤柱状— 粒状亮晶白云石浅色层交替组成, 往往沿层面、裂隙或孔洞中呈“ 钙华” 状分布。前人对四川盆地及扬子地区的上震旦统灯影组的“ 皮壳— 栉壳状、雪花状或葡萄状白云岩的成因进行了详细的研究。主要认识有: (1)非叠层石生态系的兰细菌构成(张荫本, 1980; 方少仙等, 2003; 郝毅等, 2015; 牟传龙等, 2015), (2)大气水潜流带成因(刘怀仁等, 1991; 向芳等, 1998; 陈明等, 2002; 施泽进等, 2011), (3)多种成岩下产物(方少仙等, 2003; 张杰等, 2014)。虽对柯坪地区的下寒武统— 上震旦统发育的藻白云岩或微生物岩已有研究报道(王小林等, 2010; 宋金民等, 2012; 罗平等, 2013), 至今未曾见有关葡萄状白云岩的报道。本文报道了在阿克苏市西南约30, km的东二沟以及塔北星火101井的上震旦统奇格布拉克组中发现的葡萄状— 皮壳白云岩、少量含云质灰岩基本特征, 它可在早期海水中形成, 或在早期成岩或浅埋藏过程中孔隙内的残余海源流体中形成, 部分经历了较强的大气水作用改造。

1 地质特征

上震旦统奇格布拉克组(Z2s)是张太荣(张师本等, 2003)所厘定的, 包括原苏盖特布拉克组上部和肖尔布拉克组下部。高振家等(1985)重新厘定了涵义, 仅包括了肖尔布拉克组下部的白云岩, 厚度141~195, m, 为一套滨海— 浅海相的沉积。东二沟剖面位于阿克苏西南约30, km, 地理坐标为北纬40° 59.29'19″; 东经80° 00'2.22″; 而星火101井位于新和县西南约35, km沙西凸起上(图 1), 肖尔布拉克剖面上的奇格布拉克组中上段均有叠层石发育, 以纹层状组构为主、凝块状组构和隐微生物岩次之。主要为侧向断续的水平、波状、半椭球和半球形的由蓝细菌组成的微生物席, 呈丘状、杂乱状、角砾状, 指示潮下带低水动力— 能量相对高的潮间至潮上带的浅水环境(钱一雄等, 2014)。

图1 塔里木盆地北部上震旦统东二沟剖面图与星火101井采样位置及柱状图Fig.1 Location of geological Dong'ergou section and Well XH101, sampling and lithological column of botryoidal dolostone in the Upper Sinian of northern Tarim Basin

东二沟奇格布拉克组的顶部中厚层藻纹层云岩及叠层石中, 不规则形的皮壳状、葡萄状白云石中, 发育了大小为1.5~2.5, cm不规则缝洞, 充填了不同期次的白云石及粗巨晶方解石, 有以下2类组合: (1)边缘为栉壳状— 皮壳状白云石, 由2~3层的明、暗互层的纤状白云石, 中心为粒状中粗晶方解石; (2)呈纹层条带的灰白— 白色细晶— 中粗晶白云石(图 2-a, 2-b)。而星火101井中奇格布拉克组中上部发育了呈皮壳状、肾状和葡萄状粉细晶白云石集合体, 直径为0.5~1.0, mm(图2-c)。

图2 塔里木盆地北部东二沟剖面及星火101井中上震旦统奇格布拉克组(Z2q)皮壳状、葡萄状白云岩及缝洞充填物特征Fig.2 Textural components of shell-comb or botryoidal dolostone and sampling location in Qigebulake Formation at Dong'ergou section and Well XH 101, northern Tarim Basin

2 分析方法

本次室内研究包括以下的主要采样及分析测试项目及批次: (1)阿克苏东二沟12件、星火101井14件, 共计薄片和铸体26件; (2)阴极发光共6件; (3)选送白云岩及缝洞白云石有序度6件; (4)全岩及缝洞充填物的碳氧同位素共41件(包括微区件), 其中, 阿克苏东二沟29件、星火101井22件; (5)锶同位素21件, 其中, 东二沟11件、星火101井10件; (6)常量、微量及稀土元素地球化学分析共10件, 其中, 阿克苏东二沟8件、星火101井2件。白云石有序度分析由成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室完成, 使用仪器为D/max-2500型X射线衍射仪。阴极发光鉴定是在中国石化石油勘探开发研究院构造与沉积储集层实验室完成、所用仪器为BLM-3RX型阴极发光仪。

碳氧稳定同位素是由国家地质实验测试中心矿床所完成, 采用McCrea(1950)100%正磷酸法和Finngan-MAT252气体质谱仪, 分析精度± 0.2‰ 。 首先将样品置温箱中烘干, 然后在真空中与 100%的正磷酸反应, 平衡温度50, ℃, 平衡时间24 h。CO2气体的碳、 氧同位素测定由质谱计MAT251EM; 国际标准V-SMOW, 分析精度为± 0.2‰ ; 根据δ PDB=0.97δ V-SMOW-30.0换算, 分析精度优于± 0.10%。微区碳氧同位素分析采用牙钻钻头直径为1, mm, 并标定为对应(原位)阴极发光图像、将钻取的样品再研磨至小于200目, 方法同上, 由中国科学院地质与地球物理研究所完成。锶同位素是由核工业地质研究院测试中心完成。采用仪器为ISOPROBET热电离质谱仪, 测量精度优于3× 10-6

岩石化学是由中国地质科学研究院地球物理地球化学研究完成。样品在研磨成粉末前用去离子水清洗; 清洗后, 研磨至200目以下。常量元素中的Ca采用X射线荧光光谱法(XRF)(本次分析中未测SiO2); Hg和As为原子荧光光谱法(CV-AFS); 其他常量、微量元素和稀土元素用等离子体质谱法(ICP-MS)和等离子体光谱法(ICP-OES)测定。 采用标样为GSD-5、GSD-6、GSD-13, 常量元素分析误差小于0.1%; 微量元素的分析误差(包括稀土)在± 1× 10-6

3 测试结果
3.1 岩石学

镜下及阴极发光观察发现: 沿壁发育了成层性或放射状的暗色纹层、纤维状泥粉晶白云石、环沟壁对称向心生长, 中心或中部为粉细晶亮晶白云石(图 3-a, 3-b, 3-c)。泥粉细晶基岩(matrix)白云石中发育了球形、似球形、杆形、蘑菇形、孢子形或瘤状等蓝细菌; 可单列向上生长的串珠状、螺旋状, 或树杈状或棒状群体或由孢子构成的镶嵌状(图 3-d)。可能反映了沉积或早成岩期的蓝细菌的生态; 受成岩作用影响, 仅在近中心部位残留了不发光的富含有机质的蓝细菌外形, 构成微观上的“ 葡萄石” (图 3-a, 3-e); 而在颗粒之间或包绕白云岩碎屑颗粒向四周发育了数量较多的球形、水滴形、杆形、孢子形等, 由于亮晶胶结物淀速度慢, 颗粒外的兰细菌薄膜较厚, 包绕碎屑颗粒生长形成团块状的“ 葡萄状” 白云石组构、总体呈泡沫状结构(foam texture)、而“ 雾心亮边” 中大部分颗粒核部不发光、菱柱形或不规则形白云石(原为蓝细菌)、边部发亮橙黄色; 同时还存在呈不发光的斑点或斑块, 类似于较为生物膜或、不规则聚集体的原地钙化斑状物(凝块)或生物层孔状构造遗迹, 推测为球状蓝细菌微生物占优势的微生物群落所形成(Flü gel, 2004; Gerdes, 2007, 2010)。沿纹层环沟壁对称向中心生长的亮晶白云石可能是表生大气水作用下的产物(图 3-a, 3-d)。

图3 塔里木盆地北部东二沟剖面及星火101井中上震旦统奇格布拉克组(Z2q)皮壳状、葡萄状白云岩光性及CL图像Fig.3 Textural components of dolomite phases for shell-comb or botryoidal dolostone in Qigebulake Formation at Dong'ergou section and Well XH101, northern Tarim Basin

阴极发光有以下4类情形: 基质的泥粉晶云岩, 发暗色橙红色光; 层纹— 条带状的“ 纤状与树枝状” 粉细晶白云石, 具明显的明暗发光及环带状亮橙红色; 刃状(BCD-bladed cement)— 细晶(粒)白云石, 发中等橙红色光; 核部为中粗晶方解石(RCD: Rhomb cement dolomite)或中细晶白云石, 发光较暗或不发光(图 3-c, 3-f)。

对基质、葡萄状以及缝洞中不同充填物不同结构类型白云石可划分为: 泥粉晶(D00)或葡萄状泥粉晶白云石及含云质灰岩(D01); 可细分纹层与栉壳带边缘的纤状— 刃状白云石(D010)、外壳或环带中粉细晶白云石(D011); 粉细晶白云岩(D2)、中细晶白云岩(D3)、中粗晶云岩(D40)或孔洞中的中细晶白云石(D41)、巨粗晶白云石(D50)、孔洞中的中粗晶白云石及含云的方解石(D51)、裂缝的中粗晶— 巨晶白云石(D6)和缝洞中的中粗晶— 巨晶方解石(C7)。白云岩有序度分析表明: 基质中的粉细晶白云岩D1的δ 值为0.63~0.78, 平均为0.72(n=5); 而葡萄石状白云岩D01中的δ 值为0.79, 比前者稍高。

图4 塔里木盆地北部东二沟及星火101井奇格布拉克组(Z2q)基质、皮壳状、葡萄状白云岩及缝洞充填物的碳、氧同位素(左)和锶同位素值(右)Fig.4 Date of δ13CPDB and δ18OPDB(left), 87Sr/86Sr(right) for matrix, shell-comb or botryoidal dolostone and different-type dolomites and various minerals filled in pores or vugs and fractures in Qigebulake Formation at Dong'ergou section and Well XH101, northern Tarim Basin

3.2 碳氧及锶同位素

按上述2个剖面中的不同白云岩(化)及缝洞充填物的不同成岩矿物同位素对比( 表 1)不难看出: (1)东二沟中基岩中 比星火1井对应值负偏明显、 也存在负偏, 反映了前者大气水作用影响较强; (2)与基质白云石相比, 葡萄— 皮壳状白云石及含云质灰岩中 相似, 少量呈稍低或稍高; 但 正偏较为明显, 87Sr/86Sr 相对较高; (3)葡萄— 皮壳状白云石及含云质灰岩中平均的 87Sr/86Sr=0.7091(70887~0.70939)、与震旦纪海水(0.7087~0.7094, Halverson et al., 2007)相似; (4)随着白云石结晶程度或缝洞充填物的晶体大小增加, 与基岩相比, 其 负偏明显, 87Sr/86Sr 值逐渐增加; 反映了大气水、壳源或其他成岩流体介入水— 岩反应过程。通过对比葡萄— 皮壳状白云石及含云质灰岩与基岩相比的 正偏为主的特征, 可推测其早期生长环带主要在海水是形成, 后期有大气淡水作用。

表1 塔里木盆地北部东二沟及星火101井奇格布拉克组(Z2q)基质、皮壳状、葡萄状白云岩及缝洞中不同充填物碳氧及锶同位素分析 Table1 Data of δ13CPDB, δ18OPDB and 87Sr/86Sr formatrix, shell-comb or botryoidal dolostone and various minerals filled in pores or vugs and fractures in Qigebulake Formation at Dong'ergou section and Well XH101, northern Tarim Basin

若按白云石成岩序列的碳氧同位素值为(表 2): (1)D00(泥粉晶)及D1-D2(粉细晶): δ13CPDB平均为3.04‰ (n=9, 2.50~4.25)、 δ18OPDB平均为-2.29‰ (n=9, -5.40‰ ~0.20%)、 87Sr/86Sr 平均为0.70808(n=6, 0.70293~0.70930); (2)D01(皮壳状、葡萄状粉晶云岩及少量含云质灰岩: δ13CPDB平均为2.50‰ (n=5, 1.80~3.16)、 δ18OPDB平均为-3.30‰ (n=5, -6.40~0.86)、 87Sr/86Sr 平均为0.7091(n=4, 0.7089~0.7096); (3)D2(细晶): δ13CPDB平均为1.83‰ (n=4, 0.23~3.95)、 δ18OPDB平均为-6.51‰ (n=4, -9.02~-2.01)、 87Sr/86Sr 为0.7092; (4)D41-D51(孔洞中中细晶与中粗晶云岩及少量云灰岩):

δ13CPDB‰ 平均为0.070‰ (n=6, -0.9~1.20)、 δ18OPDB平均为-8.83‰ (n=6, -10.80~-7.20)、 87Sr/86Sr 平均为0.7095(n=5, 0.7089~0.7100); (5)D6(裂隙中的中粗晶): δ13CPDB为-0.80‰ 、 δ18OPDB为-13.80‰ 、 87Sr/86Sr 平均为0.7184(n=2, 0.7191~0.7178); (6)C7: δ13CPDB平均为-2.38‰ (n=4, -5.5~0.47)、 δ18OPDB均为-12.54‰ (n=4, -11.80~-9.91)、 87Sr/86Sr 平均为0.7098(n=2, 0.7096~0.7099)(详见表1)。所有分析样品 δ13CPDBδ18OPDB关系图上(图 4), 基本呈线性相关, 反映总体经历了大气水改造作用的结果。

图5 塔里木盆地北部东二沟及星火101井中的奇格布拉克组中的葡萄状白云石及缝洞充填物的微区 δ13CPDBδ18OPDB变化(a— XH101-11-1; b— XH101-12-1; c— XH101-12-2; d— DEG-Z2q-1; e— DEG-Z2q-3; f— DEG-Z2q-4)Fig.5 Data of δ13CPDB, δ18OPDB of micro-drill samplings of shell-comb or grape-like dolostone and minerals filled in pores or vugs and fractures and variation for botryoidal dolostone in Qigebulake Formation at Dong'ergou section and Well XH101, northern Tarim Basin

从东二沟及星火101井奇格布拉克组葡萄状白云岩及云质灰岩中的微区碳氧同位素变化(图 5)可见:

1)从皮壳状边缘或暗色不发光的核部(蓝细菌)至边缘, 两者的氧同位素均显示出强烈负漂移, 但基线值不同, 东二沟中 δ18OPDB< -2.0‰ ; 而星火101井 δ18OPDB> 1.0‰ , 前者受大气水改造更普遍;

2)星火101井葡萄状白云岩的 δ13CPDBδ18OPDB协同负漂移, 但东二沟葡萄状白云岩及云质灰岩中的 δ13CPDB呈平缓起伏或变化较小; 且两者 δ13CPDB“ 基线” 不一样, 前者在 δ13CPDB为3‰ , 接近背景值; 而后者为2‰ 左右, 反映出后者经历了更强大气水改造作用;

3)葡萄状、皮壳状的水平纹层、明暗条带的粉晶云岩中的 δ13CPDB波动一般均小于0.1‰ 、 δ18OPDB波动一般小于0.2‰ ; 一般地, 若沉积时温差10, ℃(年均)所产生的大气水 δ 18O 可达到-4‰ ~-5‰ (Anderson and Arthur, 2009), 由此推断, 形成葡萄状或皮壳状结构的白云石及云质灰岩流体温度变化较小(< 0.5, ℃)。

表2 塔里木盆地北部东二沟及星火101井奇格布拉克组(Z2q)不同成岩矿物的有序度及碳、氧、锶同位素值或变化范围 Table2 Data of sequentiality, δ13CPDB, δ18OPDB and 87Sr/86Sr for dolomites or calcites developed in different diagenetic stages in Qigebulake Formation at Dong'ergou section and Well XH101, northern Tarim Basin
3.3 元素地球化学

一般认为, 海相碳酸盐岩中的Fe, Mn含量相对较低、而Sr、Sr/Ba、Na+K相对较高; Sr/Ba(> 1.0), 仅有深海与滞留浅海环境或非海相碳酸盐岩Sr/Ba< l; 同样, 海水成岩的方解石Sr以及Sr/Ba含量更接近于海水平均值; 而埋藏成岩的方解石或白云石中的Fe、Mn、Sr/Ba相对较高; 而在热水成因碳酸盐岩矿物则具有更高的Si, Sr、F, B、亲铜和亲铁元素等; 而较低的MgO、Fe2O3、Sr、Ba、Na+K等主要反映了碳酸盐岩的淡水淋滤作用(Nicholls, 1967; Cicero and Lohmann, 2001; 钱一雄等, 2009)。

对东二沟及星火101井奇格布拉克组葡萄状白云石及缝洞充填物常量元素分析(表 3); 泥粉晶云岩D00、皮壳状、葡萄状云岩及云质灰岩D01、粉细晶云岩D1及孔洞中的中粗晶白云石或含方解石或孔洞中的粗巨晶方解石的常量元素组成对比发现, 有以下现象:(1)Al2O3含量按D01< D00< D1、Fe2O3按D01< D00< D1、MnO按D01< D1< D00、Na2O+K2O之和D00< D01< D1、P2O5含量按D00< D1< D01依次增加; (2)无论是孔洞中的中粗晶白云石或含方解石或孔洞中的粗巨晶方解石中, 除MnO稍高于上述包括泥粉晶云岩、皮壳状、葡萄状云岩等基岩的对应值外, 其他常量元素含量均大大低于基岩。 因此, 皮壳状、葡萄状白云岩中陆屑或残余孔隙流体中的不混溶组分Al2O3以及沉积环境的Fe2O3、MnO含量均低于基质泥粉晶云岩、但反映盐度Na2O+K2O、有机体的P2O5均高于基质泥粉晶云岩的对应值, 与细晶云岩以及孔洞中的中粗晶白云石等有显著的差别, 反映了它主要受海水沉积或早期海水成岩作用控制(表3和图6)。

图6 塔里木盆地北部东二沟及星火101井奇格布拉克组白云岩及缝洞充填物常量(a)微量元素(b)组成对比Fig.6 Various concentration of the major and trace element for different-type dolomites and minerals filled in pores or vugs and fractures in Qigebulake Formation at Dong'ergou section and Well XH101, northern Tarim Basin

表3 塔里木盆地北部东二沟及星火101井奇格布拉克组(Z2q)基质、皮壳状、葡萄状白云岩及缝洞中不同充填物元素含量与比值 Table3 Geochemcal data and ratios of matrix, shell-comb or botryoidal dolostone and various minerals filled

类似地, 主要的微量元素或元素比值对比发现, 有以下现象:(1)V含量按D00< D01< D1、Ba按D00< D01< D1、Sr按D00< D1< D01、Sr/Ba 按D1< D00< D01、Sr/Mn按D00< D1< D01、Fe/Mn按D00< D01< D1依次增加; (2)无论是孔洞中的中粗晶白云石或含方解石或孔洞中的粗巨晶方解石中的V含量均低于基岩对应值, 而Ba含量均高于基岩对应值, 溶洞中的方解石的Sr、Sr/Mn高于基岩对应值或比值; 但Sr/Ba、Fe/Mn值相对较低或最低; 而溶洞中的白云石的Sr、Sr/Mn、 Fe/Mn、均低于基岩对应值或比值。

因此, 皮壳状、葡萄状白云岩中Sr、Sr/Ba、Sr/Mn以及低温时活跃的Hg、Cu金属的含量或比值较高, 反映了它受海源流体的影响较为明显, 而随着白云石(结构)化程度的提高, 总体呈现出Sr/Ba、Fe/Mn等减小, Cu略有增加、Hg急剧下降(表3和图6)。

稀土元素分析及分配模式(表 3, 图7)研究表明: (1)泥粉晶云岩D00: 稀土总量为20.94, μ g/g, LREE/HREE 为1.92, δ Eu为0.71(0.75~1.06), δ Ce为0.30; 总体为轻重稀土分异不明显、负铈异常明显; (2)粉晶云岩D1(星火1井): 稀土总量为1.96~2.70, μ g/g, LREE/HREE=1.32~1.54、δ Eu=0.72~0.86、δ Ce=0.71~0.84, 为总量最低、与澳大利亚太古代后页岩(PAAS)(Mcl ennan, 1989)“ 帽型” 配分模式相似; 细晶云岩D2(东二沟)稀土总量25.52, μ g/g, LREE/HREE为0.82, δ Eu为0.76, δ Ce为0.44, 为重稀土富集、负铈异常; (3)皮壳状、葡萄状白云岩及云质灰岩中的D01: 稀土平均总量为12.98, μ g/g, 分布范围10.21~15.75, μ g/g、LREE/HREE平均为0.61(0.53~0.69), δ Eu平均为0.73(0.71~0.74); δ Ce平均为0.44(0.12~0.76); 为重稀土富集、分别呈高(灰云质)和中等的负铈异常(云质); 强烈负铈异常指示了相对还原环境; (4)孔洞中中粗晶白云石及一个含云的方解石D51: 平均稀土总量为26.43, μ g/g, 分布范围13.26~35.39, μ g/g, LREE/HREE平均为0.85(0.70~0.94), δ Eu平均为0.85(0.75~0.91); δ Ce平均为0.35(0.24~0.43), 与D2相类似, 推断是D2经历了重结晶作用形成; (5)孔洞中的粗巨晶方解石C7: 稀土总量为29.50, μ g/g, LREE/HREE为0.43, δ Eu平均为0.92; δ Ce为0.43。

图7 塔里木盆地北部东二沟及星火101井中奇格布拉克组不同类型白云岩及缝洞充填物稀土配分模式Fig.7 The distribution pattern of rare earth elements of different-type dolomites and minerals filled in pores or vugs and fractures in Qigebulake Formation at Dong'ergou section and Well XH101, northern Tarim Basin

综上所述, 皮壳状、葡萄状白云岩及云质灰岩中的稀土总量介于基质与粉细晶云岩之间, 其LREE/HREE相对较低, δ Eu与基岩相似, δ Ce相对较低, 比泥粉晶白云岩对应值高, 但与粉细晶值相似; 总体呈现出海源流体的特征。

4 讨论与结论

1)在上震旦统的奇格布拉克组顶部白云岩中, 皮壳状、葡萄状白云石有以下3种不同矿物序列: (1)栉壳状— 皮壳状、马牙状的2~3层的明、暗的纤状粉细晶白云石; (2)呈纹层条带的灰白— 白色纤状— 放射状及粒状粉细晶白云石; (3)皮壳状、肾状和葡萄状粉细晶白云石; 其中, 纤状或放射状矿物形态指示了原可能为文石;

2)藻云岩基质与皮壳状、葡萄石状白云石残留了数量较多的球形、杆形、孢子形等蓝细菌, 包绕颗粒生长呈团块状的“ 葡萄状” 或泡沫状结构; 阴极发光有3种: (1)泥粉晶云岩, 发暗色橙红色光; (2)层纹— 条带状的纤状、皮壳状、葡萄石白云石发明暗或环带状橙红色光; (3)细晶白云石, 发中等橙红色光; 中细晶白云石或中粗晶方解石, 较暗或不发光;

3)皮壳状、葡萄石状白云石的暗色(蓝细菌)边缘至核部或中心微区碳氧同位素变化表明, 环带内 δ18OPDBδ13CPDB变化较小、环带外强烈负漂移; 东二沟与星火101井的变化的 δ18OPDBδ13CPDB“ 基线” 不一样, 前者 δ13CPDB=2‰ 、 δ18OPDB< -2.0‰ ; 后者中 δ13CPDB=3‰ (接近背景值)、 δ18OPDB> 1.0‰ , 前者的晶体颗粒相对较粗, 其 δ18OPDBδ13CPDB比后者的负偏明显, 反映了其经历的大气水影响作用较强;

4)与基质白云石相比, 葡萄状、皮壳状白云石 δ13CPDB变化相似; 但 δ18OPDB正偏明显, 87Sr/86Sr 比基岩平均值稍高(70887~0.70939)、但与震旦纪海水(0.7087~0.7094)相似, 反映了海水特征; 但随着云化程度的增加, δ18OPDBδ13CPDB负偏明显, 87Sr/86Sr 值逐渐增加; 反映了后期大气水、壳源或其他成岩流体介入于水— 岩反应过程;

5)皮壳状、葡萄石状白云石的韵律纹层或条带内的 δ13CPDB波动一般小于0.1‰ 、 δ18OPDB波动小于0.2‰ ; 由此推断, 形成葡萄状或皮壳状结构的白云石的流体温度变化较小(< 0.5, ℃)、其主生长期在应为稳定的“ 沉积或成岩” 环境, 成岩后期有大气淡水参与, 导致过渡带或边缘 δ13CPDBδ18OPDB稍负偏现象, 这从明暗条带状或暗色至不发光的阴极特征也可得到佐证;

6)皮壳状、葡萄状白云岩Al2O3 、Fe2O3 、MnO含量均低于基质泥粉晶云岩对应值、但反映盐度Na2O+K2O、有机体的P2O5或指示海相或海水深度的Sr、Sr/Ba、Sr/Mn值以及低温时活跃的Hg、Cu金属的含量或比值均高于基质泥粉晶云岩的对应值; 反映了受海水影响较为明显; 且随着白云石(结构)化程度的提高, 总体呈现出MnO含量增加; Al2O3 、Fe2O3、Na2O+K2O、P2O5、Sr/Ba、Fe/Mn等值递减;

7)皮壳状、葡萄状白云岩或云质灰岩中的稀土总量介于基质泥粉晶云岩与粉细晶云岩之间, LREE/HREE相对较低, 强烈负铈异常、δ Ce相对较低; 重稀土富集及Y/HO; δ Eu与基岩相似, 上述的轻稀土亏损常指示未经充分分异、保存的海水(Garrison et al., 2013)δ Ce相对较低, 比泥粉晶白云岩对应值高, 但与粉细晶值相似; 而δ Ce相对较低, 比泥粉晶白云岩对应值高, 一般指示了弱还原的沉积环境, 但负铈异常有多种原因, 如硅质陆屑、铁氧化物、含磷等影响(Garrison et al., 2013; Susanne et al., 2013)δ Eu弱负异常, 未指示热液流体的影响(亏损的LREE、正δ Eu及Y异常), 反映出主要形成于弱还原下保存较好的海水条件中(Maree Corkeron et al., 2012)。

综上所述, 皮壳状、葡萄状白云石形成于稳定的温度条件、弱还原条件海水中、或在成岩早期或浅埋藏残余孔隙(海水)中, 推断在间冰期, 大量营养物注入海洋, 促进了光合作用以及大气的氧化过程(Hardie, 2003; Hood et al., 2011; Grant, 2013)。但东二沟皮壳状、葡萄状白云石还经历了与构造抬升有关的大气水作用的强烈的叠加改造。

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.

参考文献
1 陈明, 许效松, 万方, 尹福光. 2002. 上扬子台地晚震旦世灯影组中葡萄状雪花状白云岩的成因意义. 矿物岩石, 22(4): 33-37.
[Chen M, Xu X S, Wan F, Yin F G. 2002. Gensis and significance of grape and show flake-shaped dolomite from Dengying Formation of Upper Sinian in Upper Yangtze platform region. Journal of Mineral Petrology, 22(4): 33-37] [文内引用:1]
2 方少仙, 侯方浩, 董兆雄. 2003. 上震旦统灯影组中非叠层石生态系兰细菌白云岩. 沉积学报, 21(1): 96-105.
[Fang S X, Hou F H, Dong Z X. 2003. Non-stromatoltite ecologic system cyanobacteria dolostone in Dengying Formation of Upper Sinian. Acta Sedimentologica Sinica, 21(1): 96-105] [文内引用:2]
3 高振家, 王务严, 李永安, 彭昌文, 肖兵. 1985. 新疆阿克苏乌什震旦系·地质矿产部中国晚前寒武纪研成果之七. 乌鲁木齐: 新疆人民出版社.
[Gao Z J, Wang W Y, Li Y A, Peng C W, Xiao B. 1985. The Sinian System of Aksu-Wushi Region, Xinjiang, China. Urümqi: Xinjiang People's Publishing House] [文内引用:1]
4 郝毅, 周进高, 陈旭, 潘立银, 胡圆圆, 胡安平. 2015. 四川盆地灯影组“葡萄花边”状白云岩成因及地质意义. 海相油气地质, 20(4): 57-64
. [Hao Y, Zhou J G, Chen X, Pan L Y, Hu Y Y, Hu A P. 2015. Genesis and geological significance of Upper Sinian Dengying dolostone with grape-lace shaped cement, Sichuan Basin. Marine Origin Petroleum Geology, 20(4): 57-64] [文内引用:1]
5 刘怀仁, 刘明星, 胡登新, 付强. 1991. 川西南上震旦统灯影组沉积期的暴露标志及其意义. 沉积与特提斯地质, 11(5): 1-10.
[Liu H R, Liu M X, Hu D X, Fu Q. 1991. The exposure indicators formed during the deposition of the Upper Sinian Dengying Formation in southwestern Sichuan and their significance. Sedimentary Geology and Tethyan Geology, 11(5): 1-10] [文内引用:1]
6 罗平, 王石, 李朋威, 宋金民, 金廷福, 王果谦, 杨式升. 2013. 微生物碳酸盐岩油气储集层研究现状与展望. 沉积学报, 31(5): 807-823.
[Luo P, Wang S, Li P W, Song J M, Jin T F, Wang G Q, Yang S S. 2013. Review and prospectives of microbial carbonate reservoirs. Acta Sedimentologica Sinica, 31(5): 807-823] [文内引用:1]
7 牟传龙, 王秀平, 梁薇, 王远翀, 门欣. 2015. 上扬子区灯影组白云岩葡萄体特征及成因初探: 以南江杨坝地区灯影组一段为例. 沉积学报, 33(6): 1097-1110.
[Mou C L, Wang X P, Liang W, Wang Y C, Men X. 2015. Characteristics and genesis of grape-like stone of dolomite in Sinian Dengying Formation in Yangtze region: A case from the first section Dengying formation in Yangba, Nanjiang, Sichuan Province. Acta Sedimentologica Sinica, 33(6): 1097-1110] [文内引用:1]
8 钱一雄, 陈强路, 陈跃, 罗月明. 2009. 碳酸盐岩中缝洞方解石成岩环境的矿物地球化学判识: 以塔河油田的沙79井和沙85井为例. 沉积学报, 27(6): 1027-1032.
[Qian Y X, Chen Q L, Chen Y, Luo Y M. 2009. Mineralogical and geochemical identification for diagenetic settings of paleo-caves and fractures-filling & vugs calcites in carbonate: Taking wells S79 and S85 for example. Acta Sedimentologica Sinica, 27(6): 1027-1032] [文内引用:1]
9 钱一雄, 杜永明, 陈代钊, 尤东华, 张军涛, 陈跃, 刘忠宝. 2014. 塔里木盆地肖尔布拉克上震旦统奇格布拉克组剖面层序界面与沉积相分析. 石油实验地质, 36(1): 1-8.
[Qian Y X, Du Y M, Chen D Z, You D H, Zhang J T, Chen Y, Liu Z B. 2014. The stratigraphic sequences and sedimentation analysis of Qigebulak Fm of the upper Sinian at Xianerbulak of Aksu in Tarim Basin. Petroleum Geology & Experiment, 36(1): 1-8] [文内引用:1]
10 施泽进, 梁平, 王勇, 胡修权, 田亚铭, 王长城. 2011. 川东南地区灯影组葡萄石地球化学特征及成因分析. 岩石学报, 27(8): 2263-2271.
[Shi Z J, Liang P, Wang Y, Hu X Q, Tian Y M, Wang C C. 2011. Geochemical characteristics and genesis of grapestone in Sinian Dengying Formation in south-eastern Sichuan basin. Acta Petrologica Sinica, 27(8): 2263-2271] [文内引用:1]
11 宋金民, 罗平, 杨式升, 翟秀芬, 周刚, 陆朋朋. 2012. 塔里木盆地苏盖特布拉克地区下寒武统肖尔布拉克组碳酸盐岩微生物建造特征. 古地理学报, 14(3): 404-437.
[Song J M, Luo P, Yang S S, Zhai X F, Zhou G, Lu P P. 2012. Carbonate rock microbial construction of the Lower Cambrian Xiaoerblak Formation in Sugaitblak are, Tarim Basin. Journal of Palaeogeography(Chinese Edition), 14(3): 404-437] [文内引用:1]
12 王小林, 胡文瑄, 陈琪, 李庆, 朱井泉, 张军涛. 2010. 塔里木盆地柯坪地区上震旦统藻白云岩特征及其成因机理. 地质学报, 84(10): 1479-1494.
[Wang X L, Hu W X, Chen Q, Li Q, Zhu J Q, Zhang J T. 2010. Characteristics and formation mechanism of Upper Sinian Algal Dolomite at the Kalpin Area, Tarim Basin, NW China. Acta Geologica Sinica, 84(10): 1479-1494] [文内引用:1]
13 向芳, 陈洪德, 张锦泉. 1998. 资阳地区震旦系充填白云石与古岩溶. 成都理工学院学报, 25(3): 436-441.
[Xiang F, Chen H D, Zhang J Q. 1998. Filling dolomites and paleokarst of Sinian in Ziyang area. Journal of Chengdu Universtiy of Technology, 25(3): 436-441] [文内引用:1]
14 张杰, Brian Jones, 潘立银, 周进高, 秦玉娟, 郝毅, 武明德. 2014. 四川盆地震旦系灯影组葡萄状白云岩成因. 古地理学报, 16(5): 715-725.
[Zhang J, Brian J, Pan L Y, Zhou J G, Qin Y J, Hao Y, Wu M D. 2014. Origin of botryoidal dolostone of the Sinian Dengying Formation in Sichuan Basin. Journal of Palaeogeography(Chinese Edition), 16(5): 715-725] [文内引用:1]
15 张师本, 倪寓南, 龚福华, 卢辉楠, 黄智斌, 林焕令. 2003. 塔里木盆地周缘地层考察指南. 北京: 石油工业出版社, 1-280.
[Zhang S B, Ni Y N, Gong F H, Lu H N, Huang Z B, Lin H L. 2003. A Guide to the Stratigraphic Investigation on the Periphery of the Tarim Basin. Beijing: Petroleum Industry Press, 1-280] [文内引用:1]
16 张荫本. 1980. 震旦纪白云岩中的葡萄状构造成因初探. 石油实验地质, (4): 40-43.
[Zhang Y B. 1980. Preliminary study on the botryoidal structures in the Sinian dolostones. Petroleum Geology & Experiment, (4): 40-43] [文内引用:1]
17 Anderson T F, Arthur M A. 2009. Stable isotopes of oxygen and carbon and their application to sedimentologic and paleoenvironmental problems. In Stable Isotopes in sedimentary Geology(Columbia, SC: SEPM Short Course), 10: 1-151. [文内引用:1]
18 Cicero A D, Lohmann K C. 2001. Sr/Mg variation during rock-water interaction: Implications for secular changes in the elemental chemistry of ancient seawater. Geochimica et Cosmochimica Acta, 65(5): 741-761. [文内引用:1]
19 Flügel E. 2004. Microfacies of Carbonate Rocks: Analysis, Interpretation and Application. Berlin: Springer-Verlag: 369-396. [文内引用:1]
20 Garrison R L, Lee R, Kump, Michael A Arthur. 2013. Shallow water redox conditions from the Permian-Triassic boundary microbialite: The rare earth element and iodine geochemistry of carbonates from Turkey and South China. Chemical Geology, 351: 195-208. [文内引用:2]
21 Gerdes G. 2007. Structures left by modern microbial mats in their host sediments. In: Schieber J, Bose P K, Eriksson P G, et al. (eds). Atlas of Microbial Mat Features Preserved within the Siliciclastic rock record. Amsterdam: Elsevier, 5-38. [文内引用:1]
22 Gerdes G. 2010. What are microbial mats? In: Seckbach J, Oren A(eds). Microbial Mats: Modern and Ancient Microorganisms in Stratified Systems Cellular Origin, Life in Extreme Habitats and Astrobiology, 14. Berlin: Springer-Verlag, 5-25. [文内引用:1]
23 Grant M Young. 2013. Precambrian supercontinents, glaciations, atmospheric oxygenation, metazoan evolution and an impact that may have changed the second half of Earth history. Geoscience Frontiers, 4(3): 247-261. [文内引用:1]
24 Halverson G P, Dud S F, Maloof A C, Bowring S A. 2007. Evolution of the 87Sr/86Sr composition of Neoproterozoic seawater. Palaeongeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 256(3-4): 103-129. [文内引用:1]
25 Hardie L A. 2003. Secular variations in Precambrian seawater chemistry and the timing of Precambrian aragonite seas and calcite seas. Geology, 31: 785-788. [文内引用:1]
26 Hood A S, Wallace M W, Drysdale R N. 2011. Neoproterozoic aragonite-dolomite seas?Widespread marine dolomite precipitation in Cryogenian reef complexes. Geology, 39(9): 871-874. [文内引用:1]
27 Maree Corkeron, Gregory E Webb, Joshua Moulds, Kathleen Gre. 2012. Discriminating stromatolite formation modes using rare earth element geochemistry: Trapping and binding versus in situ precipitation of stromatolites from the Neoproterozoic Bitter Springs Formation, Northern Territory, Australia. Precambrian Research, 212-213: 194-206. [文内引用:1]
28 McCrea J M. 1950. On the isotopic chemistry of carbonates and a paleotemperature scale. The Journal of Chemical Physics, 18. 6(1950): 849-857. [文内引用:1]
29 Nicholls. 1967. Trace elements in sediments: An assessment of their possible Utility as depth indicators. Marine Geology, 5: 439-555. [文内引用:1]
30 Susanne Göb, Anselm Loges, Nils Nolde, Michael Bau, Dorrit E. Jacob, Gregor Markl. 2013. Major and trace element compositions(including REE)of mineral, thermal, mine and surface waters in SW Germany and implications for water-rock interaction. Applied Geochemistry, 33: 127-152. [文内引用:1]