准噶尔盆地吉木萨尔凹陷中二叠统芦草沟组云质岩沉积环境及白云石成因探讨<sup>*</sup>

张帅, 柳益群, 焦鑫, 周鼎武, 张旭, 陆申童, 周宁超. (2018)准噶尔盆地吉木萨尔凹陷中二叠统芦草沟组云质岩沉积环境及白云石成因探讨^* [J]. 古地理学报, 20(1): 33-48
Zhang Shuai, Liu Yi-Qun, Jiao Xin, Zhou Ding-Wu, Zhang Xu, Lu Shen-Tong, Zhou Ning-Chao. (2018)Sedimentary environment and formation mechanisim of dolomitic rocks in the Middle Permian Lucaogou Formation,Jimusar Depression, Junggar Basin[J]. Journal Of Palaeogeography, 20(1): 33-48. 复制到剪切板

Doi: 10.7605/gdlxb.2018.01.003
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准噶尔盆地吉木萨尔凹陷中二叠统芦草沟组云质岩沉积环境及白云石成因探讨^*

张帅¹, 柳益群¹, 焦鑫¹, 周鼎武², 张旭¹, 陆申童¹, 周宁超³

1 西北大学大陆动力学国家重点实验室,西北大学地质学系,陕西西安 710069

2 山东科技大学地质科学与地质工程学院,山东青岛 266510

3 中国地质调查局西安地质调查中心,陕西西安 710069

通讯作者简介柳益群,女,1951年生,教授,博士生导师,主要从事沉积学、含油气盆地地质学、地幔热液喷流沉积的研究工作。E-mail: liu-yiqun@263.com。

第一作者简介张帅,男,1993年生,硕士研究生,主要从事沉积学研究工作。E-mail: geologyzs0409@gmail.com。

收稿日期:2017-10-16

基金资助:*国家自然科学基金面上项目(编号:41572086,41272116)资助

摘要

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷中二叠统芦草沟组发育一套陆内裂谷背景下,由粉砂级—泥级陆源碎屑、凝灰碎屑、碳酸盐及热液矿物组成的湖相细粒云质岩。本研究以云质岩为研究对象,通过岩石学、矿物学及地球化学研究探讨其形成环境和白云石形成机理。云质岩岩矿特征和主、微量元素特征表明,在中二叠世为处于干旱气候的浅水咸化湖盆,区域火山活动强烈,湖盆内幔源热液活动发育。云质岩中的白云石主要呈自形—半自形的微粉晶颗粒,形成细纹层或与其他组分混合,局部可见自形—半自形的细晶白云石,微粉晶白云石为低有序度白云石( 0.46),成分均匀,被纹层包绕,细晶白云石交代残留结构发育,为成岩交代的产物;两类白云石均富锶贫镁,细晶白云石较微粉晶白云石更富铁和锰。微粉晶白云石具有较低的δ18OPDB(平均为 -4.72‰),基于白云石的形成流体由湖水和幔源热液混合的假设,所计算得到的形成温度介于 54.61~186.46 ℃之间;δ13CPDB偏高(平均为 8.79‰),推测其与芦草沟组高的有机质埋藏量及产甲烷古菌的代谢活动有关。微粉晶白云石为同生期—准同生期沉淀或交代的原白云石,其 Mg²⁺来自于咸化湖水、凝灰碎屑和幔源热液,热液带来的高温和产甲烷古菌的代谢活动打破了白云石形成的动力学屏障。

关键词: 白云石; 成因; 幔源热液; 芦草沟组; 吉木萨尔凹陷; 准噶尔盆地

中图分类号:P512.2;P571 文献标志码:A 文章编号:1671-1505(2018)01-0033-16

Sedimentary environment and formation mechanisim of dolomitic rocks in the Middle Permian Lucaogou Formation,Jimusar Depression, Junggar Basin

Zhang Shuai¹, Liu Yi-Qun¹, Jiao Xin¹, Zhou Ding-Wu², Zhang Xu¹, Lu Shen-Tong¹, Zhou Ning-Chao³

1 State Key Laboratory of Continental Dynamics, Department of Geology, Northwest University,Xi'an 710069,Shaanxi;

2 College of Earth Science & Engineering,Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266510,Shandong;

3 Xi'an Centre of Geological Survey,China Geological Survey,Xi'an 710069,Shaanxi;

About the corresponding author Liu Yi-Qun,born in 1951,is a professor and supervisor of Ph.D. candidate. Now She is mainly engaged in researches of sedimentology,petroliferous basin geology and exhalative rock sediments. E-mail: liu-yiqun@263.com.

About the first author Zhang Shuai,born in 1993,master degree candidate. He is engaged in sedimentology. E-mail: geologyzs0409@gmail.com.

Fund:Financially supported by General Program of the National Natural Science Foundation of China(Nos. 41572086, 41272116)

Abstract

The Middle Permian Lucaogou Formation of Jimusar Depression,Junggar Basin is characterized by lacustrine fine￣grained dolomitic sediments,which are composed of silt-sized to mud-sized terrigenous clasts,tuff clasts,carbonate and hydrothermal minerals. This paper is aimed to understand the sedimentary environment and formation mechanism of dolomitic rocks by studying their petrological,mineralogical and geochemical features. Petrological-mineralogical and major and trace element characteristics of the dolomitic rocks suggest the study area was a shallow salty lake formed under an arid climate during the Middle Permian,and was characterized by intense regional volcanism and active mantle-derived hydrothermal in the basin. The dolomites in the dolomitic rocks mainly present as euhedral-subhedral micritic crystals,forming fine lamination or mixing with other compositions,while fine-crystalline dolomites can only be found occasionally. The micritic dolomites,with low order degrees(0.46)and homogeneous compositions,are usually surrounded by laminations. The fine-crystalline dolomites are featured by well-developed metasomatic relict texture and thereby should be the product of diagenesis. Both two kinds of dolomites have high strontium and low magnesium contents,while fine-crystalline dolomites have higher contents of iron and manganese than that of micritic dolomites. The micritic dolomites have a lowδ18OPDB(av.-4.72‰). The forming temperature,54.61℃ to 186.46℃,is calculated from theδ18OPDB by assuming that the fluid was the mixture of lake water and mantle-derived hydrothermal fluid. The highδ13CPDB(av. 8.79‰)of micritic dolomites might be resulted from the gigantic buried organic matter of Lucaogou Formation and metabolic activities of methanogens. In conclusion,the micritic dolomites are contemporaneous-penecontemporaneous protodolomite. Magnesium ion was supplied by the salty lake water,tuff materials as well as mantle-dervied hydrothermal fluid. The dynamic barrier of dolomite formation was broken by the high temperature brought from hydrothermal fluid and the metabolic activities of methanogens.

Key words: dolomite; origin; mantle-derived hydrothermal fluid; Lucaogou Formation; Jimusar Depression; Junggar Basin

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二叠纪是准噶尔盆地由海相环境向陆相环境转变的关键时期, 在此阶段沉积的地层可能为全球最厚的烃源岩(Lawrence 1990; Carroll et al., 1992), 其中, 中二叠统芦草沟组以发育细粒云质岩为特征, 是中国最典型的湖相云质岩(贾承造等, 2012)。目前对于该套云质岩成因的研究主要集中于盆地西北缘(冯有良等, 2011; 王俊怀等, 2014; 朱世发等, 2014), 匡立春等(2012)对整个盆地云质岩形成条件作了简要分析, 认为白云石形成于残留海封闭后的咸化湖盆环境, 其成因类型主要为同生、准同生期交代形成的泥晶白云石。而对于盆地东南缘的吉木萨尔凹陷云质岩的成因研究较少。近年来, 作者在北疆地区的三塘湖盆地和准噶尔盆地中二叠统中发现了大量热液喷流作用的岩矿记录, 方解石、白云石、方沸石、黄铁矿和硅钡钛石等热液矿物以不同的共生组合存在于正常湖相沉积物中(Liu et al., 2012; 柳益群等, 2013; 李红等, 2017)。笔者拟以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷中二叠统芦草沟组云质岩为研究对象, 进行岩石学、矿物学及地球化学特征研究, 探讨热液活动与咸化水体混合作用下云质岩的形成环境和白云石的形成条件及成因, 为湖相白云石的成因研究提供实例。

1 地质背景

吉木萨尔凹陷位于准噶尔盆地东部, 其北、西、南三侧分别以吉木萨尔断裂、西地断裂和三台断裂、后堡子断裂为界, 东部逐渐过渡为相邻的古西凸起(图 1-a)。

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	图 1 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷地质概况图(据匡立春等, 2013; 蒋宜勤等, 2015; 有修改) a— 吉木萨尔凹陷地质简图; b— 石炭纪— 三叠纪地层简表; c— 综合柱状图Fig.1 Geological outline of Jimusar Depression, Junggar Basin(modified from Kuang et al., 2013; Jiang et al., 2015)

准噶尔盆地及其邻区经历了前晚石炭世的板块构造阶段, 于晚石炭世完成洋盆闭合(李锦轶, 1995), 于早— 中二叠世进入板内伸展阶段(周鼎武等, 2006; 李玮等, 2012), 准噶尔盆地进入断陷— 裂谷盆地演化阶段, 并形成分割性断裂控制下的隆坳相间格局(方世虎等, 2006)。

吉木萨尔凹陷内缺失上石炭统, 自下而上发育下石炭统巴塔玛依内山组、中二叠统将军庙组、中二叠统芦草沟组和上二叠统梧桐沟组。巴塔玛依内山组发育灰色凝灰质砂砾岩、黑色泥岩、火山碎屑岩及玄武岩, 为一套火山— 沉积地层系统。中二叠统将军庙组为一套厚度巨大的棕褐色、褐灰色泥岩、砂质砾岩夹浅灰色中细砂岩。中二叠统芦草沟组整体呈现南西厚、北东薄的特征, 为一套浅湖— 深湖相沉积(彭雪峰等, 2011; 王成云等, 2014)。由下至上分为芦草沟组一段和二段, 一段和二段又可各自分为2个层组。其中, 一段2层组(P₂ $\begin{matrix} l_{1}^{2} \end{matrix}$ )上部和二段2层组(P₂ $\begin{matrix} l_{2}^{2} \end{matrix}$ )上部为主要的致密油层, 分别形成下“ 甜点” 和上“ 甜点” (图 1-c)(匡立春等, 2012, 2013)。芦草沟组是一套受机械沉积作用、化学沉积作用、火山作用(邵雨等, 2015; 葸克来等, 2015; 宋永等, 2017)及热液沉积作用(柳益群等, 2013; 蒋宜勤等, 2015; 李红等, 2017)综合影响下的细粒沉积岩系。组成芦草沟组沉积岩的组分主要包括陆源碎屑岩类(以粉砂岩与泥岩为主)、碳酸盐岩类(以白云岩类为主)、火山碎屑岩类(以沉凝灰岩为主)及热液沉积岩类4个端元组分, 上“ 甜点” 段白云石含量高, 以云质岩为主; 下“ 甜点” 段长英质矿物含量高, 以沉凝灰岩为主(图 1-c)。云质岩纵向上集中分布于“ 甜点” 段, 横向上具有中部厚, 边缘薄的特点。

2 样品与实验方法

本次研究的样品均采自研究区中二叠统芦草沟组钻井岩心, 在手标本结构构造观察基础上, 选择58件样品磨制成0.03, mm厚度的普通薄片并送X衍射分析, 在偏光显微镜下观察, 结合X衍射分析结果, 挑选8件电子探针分析样品、2件扫描电镜分析样品、2件白云石有序度分析样品、5件主微量元素分析样品和7件碳、氧同位素分析样品。为了保证样品纯度和数据可靠性, 所有样品均取新鲜部分, 用于白云石有序度分析的样品白云石含量大于40%、且不含黏土矿物, 用于碳、氧同位素测试的样品白云石含量大于35%、且不含其他碳酸盐矿物。

为了排除成岩作用对样品地球化学特征的影响, 选用Mn/Sr值作为评估样品受成岩蚀变程度的指标。碳酸盐矿物遭受成岩蚀变的过程中, 逐渐丢失Sr, 获得Mn(黄思静, 2010)。Kaufman 等(1992)以Mn/Sr值小于2~3为标准评价新元古代碳酸盐岩对海水信息的保存; Korte 等(2005)以Mn/Sr值小于0.63为标准评估了二叠纪— 三叠纪海相碳酸盐岩的成岩蚀变性。虽然前人多将 Mn/Sr 值作为海相碳酸盐岩的成岩蚀变性指标, 但成岩作用对湖相碳酸盐矿物中的Mn、Sr值的改变具有同样的规律。同时, 研究区在中二叠世为受海水影响强烈的咸化湖盆(Shao et al., 1999; 朱如凯等, 2007), 沉积期形成的湖相碳酸盐与海相碳酸盐类似, 同样具有富Sr贫Mn的特征(表 1)。因此Mn/Sr 值也可用于评估研究区湖相碳酸盐的成岩蚀变性。由于河水和湖水相对海水富Mn贫Sr(黄思静, 2010), 湖相碳酸盐岩相对海相碳酸盐岩具有更高的原始Mn/Sr值, 用于评估湖相碳酸盐岩的成岩蚀变性的标准值也应更高, 同时考虑到二叠系样品较年轻, 本研究选取Mn/Sr值小于2的样品作为高保存度样品。

表 1 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷中二叠统芦草沟组碳酸盐矿物电子探针成分(mass%) Table1 Electron microprobe analysis of carbonate minerals(mass%) in the Middle Permian Lucaogou Formation in Jimusar Depression, Junggar Basin

X衍射分析、电子探针分析和白云石有序度分析在西安地质研究所实验测试中心完成, X衍射分析和白云石有序度分析的仪器型号为D/max-2500 X射线衍射仪; 电子探针分析仪器型号为JXA-8100电子探针仪。扫描电镜分析和主微量元素分析在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成, 扫描电子显微镜型号为FEI Quanta 400 FEG; 全岩主量元素分析仪器型号为RIX-2100型X荧光光谱仪; 全岩微量元素分析仪器型号为820-MS等离子体质谱仪。碳、氧同位素分析在中国科学院地球环境研究所完成, 仪器为型号MAT252的气体稳定同位素质谱仪。

3 岩石学和矿物学特征

据新疆油田公司资料和本研究的共159块样品的全岩X衍射分析结果, 组成岩石的矿物成分复杂, 其中, 主要组成矿物有石英(平均含量21.7%)、斜长石(平均含量22.4%)、白云石和铁白云石(平均含量21.7%)、蒙脱石(平均含量14%)、方解石(平均含量13.3%)、钾长石(平均含量8.4%)。白云石包括正常白云石和铁白云石两类, 二者含量之和主要分布于10%~50%之间(图 2), 作者将白云石和铁白云石含量之和在该范围的岩石统称为云质岩。

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	图 2 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷中二叠统芦草沟岩石中白云石与铁白云石含量频率分布Fig.2 Frequency map of dolomite and ankerite content of rocks of the Middle Permian Lucaogou Formation in Jimusar Depression, Junggar Basin

3.1 岩石学特征

研究区云质岩以成分复杂、粒度细、细纹层发育、黏土矿物含量低为特征, 主要由凝灰碎屑、粉砂级— 泥级陆源碎屑、碳酸盐及热液矿物组成。不同组分互为纹层状产出或混合堆积。纹层形态变化大, 兼具水平纹层和变形纹层, 表明在总体安静的水体中存在局部扰动(图 3-A, 3-B)。岩石中含有大量以方解石为主的热液矿物(李红等, 2017)。含有热液方解石的岩石一般发育同沉积变形构造(图 3-C, 3-D), 方解石单颗粒和集合体均被纹层包绕, 表明其形成于沉积期, 纹层的变形可能为方解石颗粒沉积时的重力作用导致, 也可能是方解石颗粒与纹层一同经历压实作用而成。

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图 3 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷中二叠统芦草沟组云质岩岩石学特征
A— 纹层状云质岩, 主要发育水平层理和波状层理, 局部发育块状构造, 岩心盒长度为1, m, J174井, 3142.5~3146.5, m; B— 云质泥岩, 白色颗粒为斑状方解石, 方解石呈层状集中分布, J32井, 3733.3, m; C— 云质泥岩, 发育水平层理, 方解石脉侵入纹层中, 侵入时纹层未固结成岩, 受到向上的应力而向上拱起, 同时可见顺层稳定展布的方解石层, J35井, 4081.9, m; D— 图B方框部分放大, 方解石呈半自形— 他形颗粒, 纹层包绕方解石变形, 形成同沉积变形构造, 表明方解石沉积时纹层未固结, 单偏光Fig.3 Petrological characteristics of dolomitic rocks of the Middle Permiar Lucaogou Formation in Jimusar Depression, Junggar Basin

3.2 矿物学特征

3.2.1 微粉晶白云石

该类白云石是研究区芦草沟组中最常见的白云石。在显微镜下无法观察到晶形, 背散射图像和扫描电镜下可观察到白云石具平直晶面, 呈自形— 半自形, 粒度为5~30, μ m(图 4)。白云石除了集中分布形成白云石纹层(图 4-B, 4-C), 也大量分布于凝灰质纹层、粉砂岩和泥岩纹层中, 与凝灰碎屑、粉砂级— 泥级陆源碎屑混合堆积(图 4-D)。白云石被纹层包绕(图 4-F), 表明白云石形成于沉积物未固结的同生期— 准同生期, 早期形成的白云石与沉积物纹层共同经历压实作用而造成纹层包绕白云石。微粉晶白云石的有序度为0.46, 为低有序度白云石, 表明该类白云石结晶迅速。

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图 4 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷中二叠统芦草沟组微粉晶白云石矿物学特征
A— 灰色云质沉凝灰岩, B层遇酸起泡较强, D部分遇酸起泡较弱, J35井, 4033.1, m; B— 图A中的白云岩层, 白云石呈自形— 半自形微晶, 显微镜下无法观察到晶形, 单偏光; C— 云质沉凝灰岩, 亮色的凝灰质层与暗色的白云岩层互层分布, J35井, 4040.3, m; D— 图A中的方框部分, 白云石与凝灰碎屑混合, 单偏光; E— 图B方框的部分, 白云石呈自形— 半自形颗粒紧密堆积, 白云石粒间为蒙脱石, 背散射图像; F— 云质泥岩, 白云石与泥级石英、长石颗粒混合, 纹层包绕白云石微晶, 表明白云石形成于早期, 与纹层共同经历了压实作用, 背散射图像, J35井, 4086.2, m; G— 图D的方框部分, 凝灰碎屑主要由石英、钠长石及钾长石组成, 基质部分主要为蒙脱石, 背散射图像; H— 局部可见少量泥晶级白云石, 呈自形— 半自形, 背散射图像, J174井, 3200, m; I, J— 白云石微晶核部与边部含铁量不同, 由内向外含铁量增加, 背散射图像, J174井, 3200, m; K, L— 微粉晶白云石的扫描电镜图像, J174井, 3200, m。红点和数字为电子探针分析点; Dol: 白云石; Ab: 钠长石; Q: 石英; Dbs: 岩屑)Fig.4 Mineralogical characteristics of micritic dolomites of the Middle Permian Lucaogou Formation in Jimusar Depression, Junggar Basin

该类白云石晶体细小, 表面干净均匀, 未见交代残留结构。推测其可能在同生— 准同生期快速结晶形成。

3.2.2 细晶白云石

细晶白云石分布极其局限。白云石具平直晶面, 呈自形— 半自形, 粒度为50~200, μ m, 以单颗粒或团块产出(图 5)。白云石自形晶边部可见不规则的生长边(图 5-C), 白云石集合体中白云石之间以生长边连接(图 5-D), 为重结晶的产物; 白云石核部可见方解石(图 5-E)和菱锶矿(图 5-D, 5-F), 为典型的交代残余结构。推测该类白云石可能通过成岩期交代方解石和菱锶矿形成。

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图 5 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷中二叠统芦草沟组细晶白云石矿物学特征
A— 云质沉凝灰岩, 局部发育细晶白云石, 呈自形晶, 边部为重结晶的生长边, 单偏光, J35井, 4087.2, m; B— 富有机质云质泥岩, 局部发育细晶白云石, 基质部分为泥级石英、钠长石、钾长石和少量蒙脱石, 单偏光, J174井, 3260, m; C— 图A的方框部分, 由于铁离子分布不均匀而呈现环带结构, 从内向外铁离子含量降低, 背散射图像; D— 细晶白云石集合体, 白云石之间以重结晶的生长边彼此连接, 局部发育菱锶矿, 背散射图像, J35井, 4087.2, m; E— 图B的方框部分, 核部为方解石, 呈现典型的交代残留结构, 白云石环带结构发育, 由内向外含铁量降低, 背散射图像; F— 细晶白云石, 核部为菱锶矿, 背散射图像, J174井, 3260, m。红点和数字为电子探针分析点; Dol: 白云石; Cal: 方解石; Str: 菱锶矿Fig.5 Mineralogical characteristics of fine-crystalline dolomites of the Middle Permian Lucaogou Formation in Jimusar Depression, Junggar Basin

4 地球化学特征

4.1 矿物元素特征

电子探针分析结果见表 1。结果显示, 研究区微粉晶白云石和细晶白云石均具有富Ca、Sr、Fe、Mn, 贫Mg、Al、Si、Na的特征。

与理想白云石(CaO含量为30.41%, MgO含量为21.86%)相比, 研究区两类白云石MgO含量均较低(微粉晶白云石和细晶白云石的MgO含量分别为19.152%和16.599%)。微粉晶白云石的CaO含量(30.569%)稍高, 而细晶白云石的CaO(29.247%)偏低, 这是由于含量较高的Fe和Mn替代了白云石晶体中的Ca, 两类白云石中的(CaO+FeO+MnO)含量均显著高于理想白云石的CaO含量, 因此研究区两类白云石均显示“ 高钙低镁” 的特征。但二者显示该特征的原因不同, 由于细晶白云石多见交代残余结构, 其“ 高钙低镁” 的特征可能由于交代不彻底造成; 而微粉晶白云石成分均匀, 推测其可能通过快速成核结晶形成, Mg²⁺和Ca²⁺没有充足的时间组建理想的白云石晶体结构(王兵杰等, 2014)。

细晶白云石的FeO和MnO含量显著高于微粉晶白云石, 这可能是成岩蚀变的结果; 另外, 成岩期交代形成的白云石处于还原环境, 往往富集Fe²⁺(黄思静, 2010)。两类白云石均富Sr, 表明其形成于富锶的流体的作用下。

4.2 主微量元素特征

湖泊沉积物的地球化学组成可用于恢复沉积环境(Tribovillard et al., 2006)。本研究选取5个样品进行主微量元素分析, 同时以Mn/Sr值小于2为标准, 从前期获取的主微量数据中筛选出18个样品的主微量元素数据并引用, 以分析沉积期湖泊的古环境(表 2)。本研究的5个样品的Mn/Sr值均小于2, 表明其保留了沉积期原始的主微量元素特征。

表 2 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷中二叠统芦草沟组沉积岩主微量元素特征 Table2 Characteristics of major-trace element of sedimentary rocks in the Middle Permian Lucaogou Formation in Jimusar Depression, Junggar Basin

样品号		Jm2-1		Jm5-1		Jm5-3	Jm4-1		Jm5-2		T-Jm1-1		T-Jm1-2		T-Jm3-1	T-Jm3-2
岩性		泥岩		泥岩		泥岩	云质泥岩		泥质白云岩		凝灰岩		云质沉凝灰岩		云质沉凝灰岩	云质沉凝灰岩
方解石含量/%		7.90		10.10		3.10	0.00		0.60		8.20		0.60		0.00	0.40
白云石含量/%		0.00		0.00		2.10	35.20		57.20		0.00		0.00		34.90	0.00
铁白云石含量/%		0.00		2.50		0.00	0.00		0.00		0.00		45.00		0.00	34.10
SiO₂/wt%		54.75		52.03		59.66	42.51		35.42		59.20		36.33		42.49	40.97
Al₂O₃/wt%		12.49		9.20		13.86	7.11		7.20		11.85		4.85		7.67	5.70
TFe₂O₃/wt%		4.71		3.01		2.52	2.93		2.59		3.02		2.42		3.11	2.69
Na₂O/wt%		1.63		1.86		5.46	2.59		3.57		3.36		1.24		3.36	2.31
K₂O/wt%		2.96		2.47		2.54	1.80		1.00		1.79		0.90		1.64	1.27
MnO/wt%		0.05		0.03		0.02	0.10		0.09		0.03		0.14		0.11	0.09
Sr/μ g· g^-1		702.84		332.79		180.47	799.21		794.71		407.11		752.75		897.00	903.81
Ba/μ g· g^-1		399.22		259.01		327.02	293.64		353.10		359.44		259.10		433.13	387.82
V/μ g· g^-1		80.03		90.23		76.98	54.26		81.72		68.58		42.93		89.76	115.89
Ni/μ g· g^-1		24.34		44.06		51.43	18.67		17.83		20.19		9.14		35.16	29.69
Mn/Sr		0.71		0.90		1.11	1.25		1.13		0.74		1.86		1.23	1.00
Fe/Mn		94.20		100.33		126.00	29.30		28.78		100.67		17.29		28.27	29.89
Sr/Ba		1.76		1.28		0.55	2.72		2.25		1.13		2.91		2.07	2.33
V/(V+Ni)		0.77		0.67		0.60	0.74		0.82		0.77		0.82		0.72	0.80
样品号	T-Jm6-1		T-Jm6-2		T-Jm6-3			T-Jm6-4		X-Jm3-3		X-Jm3-4		X-Jm4-2	X-Jm4-3	X-Jm4-4
岩性	泥质沉凝灰岩		云质沉凝灰岩		泥质白云岩			云质泥岩		泥岩		泥岩		泥岩	泥岩	泥岩
方解石含量/%	0.00		0.00		0.00			0.00		3.90		1.40		3.20	1.10	0.00
白云石含量/%	0.00		43.00		52.00			40.80		0.00		0.00		0.00	0.00	0.00
铁白云石含量/%	11.70		0.00		0.00			0.00		8.70		9.70		11.40	2.30	0.00
SiO₂/wt%	52.25		41.52		29.62			45.25		50.55		56.21		56.65	58.36	64.23
Al₂O₃/wt%	11.29		7.65		6.61			6.27		11.11		10.61		11.75	12.63	14.65
TFe₂O₃/wt%	2.52		2.99		2.66			3.20		4.36		3.56		2.69	3.01	4.88
Na₂O/wt%	1.66		3.19		2.31			2.84		4.07		3.61		4.00	3.68	1.41
K₂O/wt%	2.44		0.96		1.46			0.85		3.05		3.38		3.19	2.69	3.88
MnO/wt%	0.06		0.11		0.13			0.16		0.12		0.06		0.05	0.02	0.02
Sr/μ g· g^-1	434.19		938.36		1030.76			833.35		638.26		447.69		348.91	227.93	119.48
Ba/μ g· g^-1	563.62		306.53		229.21			279.95		600.85		452.92		422.50	347.78	499.02
V/μ g· g^-1	99.29		72.54		97.69			61.67		83.89		82.53		74.51	143.60	83.83
Ni/μ g· g^-1	37.20		13.65		26.65			15.84		19.40		18.16		21.08	54.70	72.75
Mn/Sr	1.38		1.17		1.26			1.92		1.88		1.34		1.43	0.88	1.67
Fe/Mn	42.00		27.18		20.46			20.00		36.33		59.33		53.80	150.50	244.00
Sr/Ba	0.77		3.06		4.50			2.98		1.06		0.99		0.83	0.66	0.24
V/(V+Ni)	0.73		0.84		0.79			0.80		0.81		0.82		0.78	0.72	0.54

注: 样品号为T的数据引自陆申童(2017); 样品号为X的数据引自张旭(2017)。

古气候控制着物理和化学风化作用的强度, 进而控制细粒沉积物的成熟度, Suttner和 Dutta(1986)利用SiO₂含量与(K₂O+Na₂O+Al₂O₃)含量的交汇图衡量陆源碎屑沉积物的成熟度, 并定性判断古气候。研究区广泛分布有凝灰物质, 而凝灰物质的主量元素特征难以反映风化作用强度, 因此仅利用8个泥岩的主量数据投图(图6)。从图 6可以看出, 所有样品均落入“ 干旱” 区, 指示芦草沟沉积期湖盆处于干旱环境, 化学风化较弱。

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	图 6 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷中二叠统芦草沟组泥岩SiO₂-(K₂O+Na₂O+Al₂O₃)交汇图Fig.6 Relationship between SiO₂ and(K₂O+Na₂O+Al₂O₃)of mud rocks in the Middle Permian Lucaogou Formation in Jimusar Depression, Junggar Basin

Fe与O的结合力比Mn与O的结合力更强, 在水体迁移过程中Fe先于Mn沉淀下来, 从湖岸向湖盆中心, 随着水深加大, Mn含量增加而Fe含量减少, 因此Fe/Mn值可用于判断水体深度(谭红兵和于升松, 1999)。18个样品的Fe/Mn值均远大于1, 平均为67.13, 表明沉积时水体较浅。

在盐度低、硫酸根离子含量低的淡水环境中, Sr和Ba离子均以重碳酸盐的形式存在, 当水体盐度和硫酸根含量增加时, Ba率先以硫酸钡的形式沉淀, 而Sr仍然以离子形式在水体中迁移, 并运移到湖盆中央或远洋通过生物作用沉淀下来(彭立才等, 1999)。因此可以用Sr/Ba值定性判断沉积水体的古盐度, Sr/Ba值大于1指示咸水环境, Sr/Ba小于1指示淡水环境。研究区18个样品的Sr/Ba值平均值为1.78, 指示整体为咸水环境, 其中6个样品的Sr/Ba值小于1。图 7显示Sr/Ba值与样品的碳酸盐矿物含量(以白云石和铁白云石为主)具正相关关系, 6个样品的碳酸盐矿物含量均小于15%。Sr主要赋存于碳酸盐矿物中, 因此用Sr/Ba值评价古盐度时同时需要考虑碳酸盐矿物分布的不均匀性。

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	图 7 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷中二叠统芦草沟组沉积岩碳酸盐矿物含量与Sr/Ba值关系Fig.7 Relationship between carbonate content and Sr/Ba of rocks in the Middle Permian Lucaogou Formation in Jimusar Depression, Junggar Basin

V/(V+Ni)值对沉积水体的氧化还原程度敏感, 在氧化环境中, V较富集, 在还原环境中, Ni更富集; V/(V+Ni)值大于0.84时, 表明水体为分层较强且出现H₂S的厌氧环境, V/(V+Ni)值介于0.60~0.84之间时, 水体为分层不强的厌氧环境, V/(V+Ni)值介于0.46~0.60之间时, 水体为分层弱的贫氧环境(Hatch and Leventhal, 1992)。18个样品的V/(V+Ni)值介于0.60~0.84之间, 平均值为0.75, 表明沉积期湖水为分层不强的厌氧环境。

4.3 碳、氧同位素特征

由于研究区细晶白云石分布很局限, 且显微特征表明其已受成岩蚀变影响, 因此碳、氧同位素分析只针对微粉晶白云石进行。

碳、氧同位素分析结果见表 3。7个样品的 Mn/Sr 值均小于2, 表明其未受成岩蚀变的影响。沉积碳酸盐岩的 δ ¹⁸O 对成岩蚀变作用敏感。一般情况下, 未受成岩蚀变的碳酸盐岩的 δ ¹⁸O 大于-11‰ (Kaufman et al., 1993), 研究区白云石的 δ ¹⁸O 均大于-11‰ (表 3), 也表明其保留了原始δ ¹³C和 δ ¹⁸O。研究区样品 $\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ 值介于7.38‰ ~9.68‰ 之间, 平均值为8.79‰ ; $\begin{matrix} δ^{18} O_{PDB} \end{matrix}$ 介于-7.55‰ ~-3.16‰ 之间, 平均值为-4.72‰ 。

表 3 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷中二叠统芦草沟组白云石的碳、氧同位素 Table3 Characteristics of carbon and oxygen isotopes of dolomites in the Middle Permian Lucaogou Formation in Jimusar Depression, Junggar Basin

样品编号	$\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ /‰	$\begin{matrix} δ^{18} O_{PDB} \end{matrix}$ /‰	白云石含量/%	Mn/Sr值	白云石形成温度/ ℃
					$\begin{matrix} δ^{18} O_{流体, SMOW} \end{matrix}$ =0	$\begin{matrix} δ^{18} O_{流体, SMOW} \end{matrix}$ =6.0‰	$\begin{matrix} δ^{18} O_{流体, SMOW} \end{matrix}$ =10.0‰
Jm7-1	8.48	-6.31	64.30	1.24	73.95	122.28	168.29
Jm7-2	9.54	-3.36	40.60	1.56	55.75	95.97	132.55
Jm7-3	8.98	-3.48	42.20	0.40	56.43	96.94	133.84
Jm7-4	7.38	-7.55	54.70	0.93	82.57	135.18	186.46
Jm7-5	8.06	-5.61	38.90	1.05	69.35	115.52	158.95
Jm7-6	9.39	-3.16	59.40	0.50	54.61	94.38	130.43
Jm7-7	9.68	-3.56	66.50	0.48	56.89	97.59	134.70

碳酸盐矿物从流体中沉淀出来时, 会与流体发生氧同位素交换, 在该交换反应中, 矿物的氧同位素组成同时是温度和流体氧同位素组成的函数(Land, 1983; 黄思静, 2010)。Land(1983)建立了白云石的氧同位素组成与流体同位素组成和温度的函数关系:

$\begin{matrix} 1000 lnα = 3.14 \times 10^{6} T^{- 2} - 2.0 \end{matrix}$

其中 $\begin{matrix} α = \frac{(1 + δ^{18} O_{白云石} / 1000)}{(1 + δ^{18} O_{流体} / 1000)} (T 为热力学温度) \end{matrix}$

通过上述的函数关系, 可以得到白云石沉淀温度的求取公式:

$\begin{matrix} T = \sqrt{\frac{3.14 \times 10^{6}}{1000 lnα + 2.0}} \end{matrix}$

在该式中, 流体的氧同位素值和温度为未知变量。前述研究表明, 研究区的微粉晶白云石具有同生期— 准同生期形成的特点, 因此形成白云石的流体为湖水。前人研究表明, 研究区在早二叠世逐渐退出海洋环境, 到中二叠世芦草沟组沉积时期, 为以残留海水为主的咸化湖泊环境, 且受海水影响明显(朱如凯等, 2007; Bian et al., 2010; 匡立春等, 2012)。因此此处以同期海水氧同位素值作为湖水氧同位素值的近似值。前人通过模型研究表明, 历史时期的海水具有自我缓冲的机制, 调节水体 δ ¹⁸O_SMOW 维持在0左右(Muehlenbachs and Clayton, 1976; Gregory, 1991; Muehlenbachs, 1998)。同时, 由于湖盆热液活动剧烈, 热液的输入可能会改造沉积水体的氧同位素组成。蒋宜勤等(2015)测得研究区芦草沟组白云岩的 ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 平均值为0.705455, 表明白云石可能形成于幔源热液与湖水的混合流体中。地幔流体的 $\begin{matrix} δ^{18} O_{SMOW} \end{matrix}$ 为6.0‰ ~10.0‰ (Valley et al., 1986), 因此地幔流体与湖水的混合流体的 $\begin{matrix} δ^{18} O_{SMOW} \end{matrix}$ 介于0‰ ~10.0‰ 之间。分别将0、6.0‰ 和10.0‰ 作为 $\begin{matrix} δ^{18} O_{流体} \end{matrix}$ 代入公式。同时, 利用公式: δ ¹⁸O_SMOW=1.03086δ ¹⁸O_PDB+30.86(黄思静, 2010), 将样品的δ ¹⁸O_PDB换算为δ ¹⁸O_SMOW, 代入上式中, 求取温度(表 3)。研究区样品的白云石形成温度介于54.61~186.46, ℃之间, 且幔源组分参与越多, 白云石形成温度越高。

自然界的碳主要赋存于无机碳库(以海相碳酸盐为主, $\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ 约为0)和有机碳库( $\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ 介于-6‰ ~-34‰ 之间)中, 无机碳库和有机碳库之间以大气CO₂( $\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ 介于-5‰ ~-10‰ 之间)为媒介, 形成碳循环(黄思静, 2010)。碳酸盐岩 $\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ 的变化趋势和有机碳的埋藏与氧化有关, 生物繁盛期有机碳埋藏量增加, 更多的¹²C赋存于地层中, 造成同期碳酸盐岩中富集了¹³C, $\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ 增加; 生物灭绝期时则反之(黄思静, 2010)。准噶尔盆地二叠系被认为可能是全球最厚的富有机质泥岩(Lawrence 1990; Carroll et al., 1992), 研究区芦草沟组沉积期埋藏了大量的有机碳, 造成同期湖水缺乏¹²C, 使得以湖水为沉淀流体的微粉晶白云石具有较高的 $\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ 。

研究区白云石的 $\begin{matrix} δ^{18} O_{PDB} \end{matrix}$ 和 $\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ 具有一定的正相关性, 推测其与热液的参与程度有关。热液参与越多时, 白云石形成温度越高, 造成白云石越低的 $\begin{matrix} δ^{18} O_{PDB} \end{matrix}$ ; 同时深源热液具有低 $\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ (Zheng and Hoefs, 1993), 越多的热液也会导致白云石具有越低的 $\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ 。

5 讨论

5.1 沉积环境

研究区样品Sr/Ba平均值(1.78)大于1, Fe/Mn平均值(67.13)远大于1, 显示芦草沟期研究区为浅水咸湖。二叠纪是研究区由海相沉积转为陆相沉积的重要过渡时期(Carroll et al., 1990, 1995; Bian et al., 2010)。海水于早二叠世晚期从准噶尔盆地退出, 仅在盆地东南部局部残留海水环境(Shao et al., 1999)。Bian 等(2010)结合前人研究和露头观察, 恢复了中— 晚二叠世准噶尔盆地岩相分布, 表明中二叠世研究区为浅水盐湖; 朱如凯等(2007)认为准噶尔盆地东部在中二叠世受海水影响强烈, 为近海湖泊。

研究区泥岩主量元素特征表明化学风化作用较弱, 湖盆处于干旱气候。中— 晚二叠世时塔里木板块南缘位处古北纬30° (图 8), 存在干冷空气的沉降, 阻隔了南部古特提斯洋向北的水汽运移, 同时, 盆地南部的天山和西部的西准噶尔山分别在盆地的北部和东部形成雨影, 从而造成研究区较为干旱的气候(Carroll et al., 2010)。

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	图 8 中— 晚二叠世准噶尔盆地古地理复原图(据Carroll 等, 2010; 有修改)Fig.8 Palinspastically restored position of Junggar Basin during Middle-Late Permian(modified from Carroll et al., 2010)

研究区在芦草沟期时湖盆中热液活动剧烈(蒋宜勤等, 2015; 李红等, 2017)。研究区于早— 中二叠世进入造山期后陆内伸展阶段(陈发景等, 2005; 周鼎武等, 2006; 李玮等, 2012), 构造环境动荡, 断裂发育(周路等, 2009), 为热液活动提供了良好的通道。

综合上述特征, 推测研究区在芦草沟沉积期为干旱气候的浅水盐湖, 具有多元的沉积物源供给: 周边河流输送陆源碎屑; 湖盆周边火山作用强烈, 给湖盆中带来大量凝灰碎屑; 湖底幔源热液作用频发, 为湖盆带来深源热液物质, 并使湖盆具有较高的热流背景值。

5.2 白云石形成条件及成因探讨

云质岩中的微粉晶白云石的特征表明, 其为同生期— 准同生期的产物, 理由如下: (1)白云石粒度细小, 背散射图像显示其化学成分均匀, 而成岩期交代成因白云石往往晶体粒度较大, 并常见交代残留结构; (2)白云石被纹层包绕, 表明其形成于压实作用发生之前; (3)白云石有序度低, 反映其快速结晶的特点, 而成岩期形成的白云石一般有充足的结晶时间, 可以形成有序度较高的晶体。

白云石的形成需要苛刻的物理化学条件, 包括高盐度、高温、高C $\begin{matrix} O_{3}^{2 -} \end{matrix}$ /Ca²⁺和高Mg²⁺/Ca²⁺(Machel, 2004)。

5.2.1 盐度和温度

研究区芦草沟期干旱气候下的咸化湖水为白云石的形成提供了有利条件。李红等(2017)研究表明, 吉木萨尔凹陷芦草沟组“ 斑状” 方解石的36组流体包裹体均一温度介于134.7~400, ℃之间, 平均为180.68, ℃, 表明芦草沟期湖底强烈的热液活动使湖盆具有高热流背景值。通过研究区白云岩样品氧同位素值计算得到的白云石形成温度介于54.61~186.46, ℃之间, 显著高于湖底正常温度。表明热液活动带来的高温很可能是白云石形成的关键因素, 高温打破了动力学屏障。

5.2.2 C $\begin{matrix} O_{3}^{2 -} \end{matrix}$ 来源

研究区样品的 $\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ 最小值为7.38‰ , 高于二叠纪海相碳酸盐岩 $\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ 的峰值6‰ (Korte et al., 2005), 笔者认为有机碳埋藏量的增加可能并非研究区白云石高 $\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ 的唯一原因。近30年来, 学者们在实验条件和自然条件下证实微生物(硫酸盐还原菌、产甲烷古菌和中度嗜盐有氧细菌)可以通过代谢活动升高流体pH值和碳酸根离子浓度, 降低硫酸根离子浓度, 在常温下促进白云石沉淀(Slaughter and Hill, 1991; Vasconelos and Mckenzie, 1997; Wright, 1997; Warthmann et al., 2000; Kenward et al., 2009)。在各种菌种中, 目前发现只有产甲烷古菌可造成白云石偏高的 $\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ (Mazzullo, 2000; Kenward et al., 2009)。产甲烷古菌通过以下反应还原CO₂形成CH₄:CO₂+4H₂→ CH₄+2H₂O(Thauer, 1998)。

由于分馏作用, 流体中的¹²C优先通过该反应生成CH₄, 造成流体中剩余的CO₂富集¹³C。实验条件下, 与产甲烷古菌相关的白云石的 $\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ 最高可达9.11‰ (Kenward et al., 2009)。产甲烷古菌是一种严格厌氧的古细菌, 广泛存在于盐湖底、海底中(朱晨光等, 2009)。研究区在芦草沟组沉积时期为厌氧的盐湖, 可为产甲烷古菌提供理想的生存环境。笔者认为研究区白云石的高 $\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ 可能也与产甲烷古菌的代谢活动有关。芦草沟期湖底表层沉积物中广泛分布的产甲烷古菌, 通过代谢活动调节环境促进白云石的沉淀, 同时使沉积物粒间水中的¹²C以CH₄的形式释放, 使C $\begin{matrix} O_{3}^{2 -} \end{matrix}$ 和HC $\begin{matrix} O_{3}^{-} \end{matrix}$ 中富集¹³C, 更多的¹³C进入白云石晶格中, 造成白云石的 $\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ 明显正偏, 最高可达9.68‰ (表 3)。

5.2.3 Mg²⁺来源

研究区芦草沟期的咸化湖水可为白云石的形成提供大量的C $\begin{matrix} O_{3}^{2 -} \end{matrix}$ 、Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺。同时, 凝灰岩和沉凝灰岩构成了芦草沟组的主体岩类。这与研究区在二叠纪动荡的构造环境有关, 火山活动频发, 凝灰碎屑为湖盆带来了大量Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺, 为白云石的形成提供了物质来源。除了咸化水体和凝灰碎屑的贡献, 笔者认为湖底同期的热液喷流活动也可提供大量的Mg²⁺、Fe²⁺。Ilich(1974)研究表明, 热液中的HC $\begin{matrix} O_{3}^{-} \end{matrix}$ 具有很强的活性, 在热液通过岩石过程中, 可萃取岩石中的阳离子并带入湖盆。研究区上石炭统巴塔玛依内山组主体发育玄武岩、安山岩及流纹岩等中基性火山岩(谭佳奕等, 2009), 热液在流经下伏岩石过程中可从火山岩中萃取大量的Mg²⁺和Fe²⁺, 喷出湖底后为微粉晶白云石的形成提供离子。

5.2.4 成因探讨

综合上述讨论, 笔者认为研究区芦草沟组中的微粉晶白云石为同生期— 准同生期形成的原白云石。芦草沟期研究区湖盆的凝灰物质、咸化湖水及同期热液为白云石的形成提供了足量的Mg²⁺, 热液活动带来的高温和产甲烷古菌的代谢活动可能为打破白云石沉淀的动力学屏障起到关键作用。在近热液喷口的高温区, 温度对白云石的形成具有主导作用, 白云石可能直接沉淀形成; 在低温区, 湖底沉积物中广布的产甲烷古菌通过代谢活动调节粒间水的化学条件, 促进白云石交代文石或高镁方解石质点, 为白云石的结晶提供晶核基础。细晶白云石分布局限, 为成岩期交代作用的产物, Mg²⁺可能主要来自于凝灰物质和黏土矿物的蚀变。

6 结论

1)准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组云质岩成分复杂, 主要由粉砂级— 泥级陆源碎屑、凝灰碎屑、碳酸盐及热液矿物组成。云质岩中的白云石主要呈自形— 半自形的微粉晶, 集中形成白云石纹层或与其他组分混合堆积, 局部可见自形— 半自形的细晶白云石。白云石矿物学特征及矿物地球化学特征表明微粉晶白云石为同生期— 准同生期快速结晶形成的原白云石, 细晶白云石为成岩交代的产物。

2)微粉晶白云石具有高 $\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ (平均为8.79‰ )和低 $\begin{matrix} δ^{18} O_{PDB} \end{matrix}$ (平均为-4.72‰ )。白云岩Sr同位素特征表明白云石可能形成于幔源热液与湖水的混合流体中, 基于该假设, 利用 $\begin{matrix} δ^{18} O_{PDB} \end{matrix}$ 所计算得到白云石形成温度介于54.61~186.46, ℃之间; 高 $\begin{matrix} δ^{13} C_{PDB} \end{matrix}$ 主要由芦草沟组高有机质埋藏量和产甲烷古菌的代谢活动造成。

3)吉木萨尔凹陷芦草沟组沉积岩岩矿特征及主、微量元素特征表明, 吉木萨尔凹陷在中二叠世为处于干旱气候的浅水咸化湖盆, 水体为分层较弱的厌氧环境, 湖盆周边火山活动强烈, 湖底发育幔源热液活动, 使得湖盆具有较高的热流背景值。

4)凝灰碎屑和热液与咸化湖水的混合作用使得湖盆水体富集Mg²⁺、Fe²⁺, 为微粉晶白云石的形成提供物质基础; 热液活动带来的高温打破了白云石结晶的动力学障碍; 产甲烷古菌的代谢活动是低温区促成白云石形成的主导因素。细晶白云石为成岩期埋藏成因, Mg²⁺可能主要来自于凝灰物质和黏土矿物的蚀变。

致谢衷心感谢审稿专家对文章的精心审阅与提出的宝贵意见和建议;感谢中国科学院地球环境研究所的曹蕴宁工程师和何亚怀工程师,西北大学大陆动力学国家重点实验室的庞云龙工程师在样品测试过程中提供的帮助;感谢岳祯奇师妹和杨奕曜师弟在论文修改过程中及时的协助!

作者声明没有竞争性利益冲突.

参考文献

文献选项

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2005

0.0

陈发景, 汪新文, 汪新伟. 2005. 准噶尔盆地的原型和构造演化. 地学前缘, 12(3): 77-89.

[Chen F

, Wang X

. 2005. Prototype and tectonic evolution of the Junggar basin, northwestern China. Earth Science Frontiers, 12(3): 77-89]

文中讨论了以下三个问题:(1)洋-陆转换时限和中、晚石炭世盆地原型.根据准噶尔盆地及其邻区的构造演化及岩浆活动研究,洋-陆转换时限应为早石炭世末,中、晚石炭世裂陷槽是由于造山期后伸展塌陷作用产生的;(2)二叠纪-早更新世陆内盆地的原型.根据陆内盆地的鉴别标志,提出了二叠纪盆地为陆内裂谷-裂谷期后弱伸展坳陷-弱缩短挠曲坳陷,三叠纪、侏罗纪、白垩纪和第三纪为弱伸展或稳定大陆内坳陷和陆内前陆坳陷或弱缩短挠曲坳陷交替的叠合盆地;(3)准噶尔盆地原型和构造演化对油气分布的控制作用.

... 中二叠世进入造山期后陆内伸展阶段(陈发景等,2005 ...

2006

0.0

方世虎, 贾承造, 郭召杰, 宋岩, 徐怀民, 刘楼军. 2006. 准噶尔盆地二叠纪盆地属性的再认识及其构造意义. 地学前缘, 13(3): 108-121.

[Fang S

, Jia C

, Guo Z

, Song

, Xu H

, Liu L

. 2006. New view on the Permian evolution of the Junggar basin and its implications for tectonic evolution. Earth Science Frontiers, 13(3): 108-121]

准噶尔盆地及其邻区野外剖面、钻井剖面的系统对比和地震剖面的精细解释表明,二叠系沉积演化、断裂控制沉积、箕状断-超反射特征及大地构造背景均显示,二叠纪准噶尔盆地是形成于张性背景下的断陷-裂陷盆地.准噶尔盆地及邻区火山岩地化特征、年代学数据及区域构造研究成果也证明,二叠纪是张性的大地构造背景.早二叠世-中二叠世早期以发育冲积扇沉积为特征,各构造部位的沉积环境差异较大,强烈断陷并逐渐形成坳隆相间的沉积格局,为断陷盆地的裂陷期;中二叠统中晚期由早二叠世隆坳分割的局面逐渐转化为统一的大型内陆湖盆,吐哈盆地与准噶尔盆地水体相通,形成统一的沉积体系,为断陷盆地扩张期;晚二叠世时期以出现冲积-河流相红色粗碎屑沉积为特征,准噶尔盆地和吐哈盆地分割自成沉积体系,是断陷盆地的萎缩期.因此,中生代盆地演化是建立在二叠纪张性背景的基础之上,二叠纪断陷-裂陷盆地的提出对重新认识中生代盆地演化历程将具有重要启示意义,也将对今后的油气勘探具有重要指导意义,值得进一步研究.

... 裂谷盆地演化阶段,并形成分割性断裂控制下的隆坳相间格局(方世虎等,2006) ...

2011

0.0

冯有良, 张义杰, 王瑞菊, 张光亚, 吴卫安. 2011. 准噶尔盆地西北缘风城组白云岩成因及油气富集因素. 石油勘探与开发, 38(6): 685-692.

[Feng Y

, Zhang Y

, Wang R

, Zhang G

, Wu W

. 2011. Dolomites genesis and hydrocarbon enrichment of the Fengcheng Formation in the northwestern margin of Junggar Basin. Petroleum Exploration & Development, 38(6): 685-692]

Using the data of cores, well logging interpretations, seismic sections and experimental geochemistry, this paper analyzes the sedimentary environment, genesis, and distribution of dolomites, as well as the hydrocarbon enrichment factors of dolomite reservoirs in the Permian Fengcheng Formation. According to attitude and structure, the dolomites of the Fengcheng Formation are divided into lamina dolomites, thin-bed dolomites, and spotted dolomites and they are mainly the penecontemporaneous and epigenetic dolomites. The former is deposited in a saline semi-deep lake, while the latter results from the dolomitization of lime mud that was deposited in a saline semi-deep lake during the diagenetic stage. The dolomites are distributed at the palaeoslopes formed by volcano eruption and movement of thrust faults and the main dolomite reservoir spaces are dissolved pores and fractures. The factors controlling hydrocarbon enrichment are fractures and structural background.

利用钻井、岩心、地震、测井及地球化学资料，分析准噶尔盆地西北缘二叠系风城组白云岩沉积环境、成因、分布规律及白云岩储集层油气富集高产因素。风城组白云岩按产状和沉积构造可分为纹层状泥质白云岩、薄层状白云岩和斑状白云岩，主要为准同生白云岩和后生白云石化白云岩。准同生白云岩形成于半深湖咸水环境；后生白云石化白云岩是发育在半深湖咸水环境下的碳酸盐岩灰泥在成岩期经后生白云石化作用形成。白云岩主要分布在火山喷发或逆冲断裂活动形成的古地貌斜坡上。白云岩储集层的储集空间主要为溶蚀孔隙和裂隙。白云岩储集层富集高产的控制因素是裂缝及构造背景。图8表3参20

... 目前对于该套云质岩成因的研究主要集中于盆地西北缘(冯有良等,2011 ...

2010

0.0

... 碳酸盐矿物遭受成岩蚀变的过程中,逐渐丢失Sr,获得Mn(黄思静,2010) ...

... 由于河水和湖水相对海水富Mn贫Sr(黄思静,2010),湖相碳酸盐岩相对海相碳酸盐岩具有更高的原始Mn/Sr值,用于评估湖相碳酸盐岩的成岩蚀变性的标准值也应更高,同时考虑到二叠系样品较年轻,本研究选取Mn/Sr值小于2的样品作为高保存度样品 ...

... 另外,成岩期交代形成的白云石处于还原环境,往往富集Fe²⁺(黄思静,2010) ...

... 黄思静,2010) ...

... 86(黄思静,2010),将样品的#cod#x003b4 ...

... 之间)为媒介,形成碳循环(黄思静,2010) ...

... 生物灭绝期时则反之(黄思静,2010) ...

2012

0.0

贾承造, 邹才能, 李建忠, 李登华, 郑民. 2012. 中国致密油评价标准、主要类型、基本特征及资源前景. 石油学报, 33(3): 343-350.

[Jia C

, Zou C

, Li J

, Li D

, Zheng

. 2012. Assessment criteria, main types, basic features and resource prospects of the tight oil in China. Acta Petrolei Sinica, 33(3): 343-350]

致密油是指以吸附或游离状态赋存于生油岩中,或与生油岩互层、紧邻的致密砂岩、致密碳酸盐岩等储集岩中,未经过大规模长距离运移的石油聚集。在明确了致密油的概念和内涵基础上,提出了10项评价致密油的关键指标。据孔隙度与渗透率划分出3类致密油储层。根据致密油层与生油岩层紧密接触的成因关系,确定了3种致密油类型:①湖相碳酸盐岩致密油;②深湖水下三角洲砂岩致密油;③深湖重力流砂岩致密油。中国致密油分布广泛,目前在鄂尔多斯盆地三叠系延长组长6—长7段、准噶尔盆地二叠系芦草沟组、四川盆地中-下侏罗统、松辽盆地白垩系青山口组—泉头组等获得了一些重要的勘探发现。分析未来致密油发展前景,运用资源丰度类比法初步预测中国致密油地质资源总量(106.7～111.5)×108t,是中国未来较为现实的石油接替资源。

... , 1992),其中,中二叠统芦草沟组以发育细粒云质岩为特征,是中国最典型的湖相云质岩(贾承造等,2012) ...

2015

0.0

蒋宜勤, 柳益群, 杨召, 南云, 王睿, 周鹏, 杨焱钧, 寇均益, 周宁超. 2015. 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷凝灰岩型致密油特征与成因. 石油勘探与开发, 42(6): 741-749.

[Jiang Y

, Liu Y

, Yang

, Nan

, Wang

, Zhou

, Yang Y

, Kou J

, Zhou N

. 2015. Characteristics and origin of tuff-type tight oil in Jimusar Depression, Junggar Basin, NW China. Petroleum Exploration & Experiment, 42(6): 741-749]

... 蒋宜勤等,2015 ...

... 研究区在芦草沟期时湖盆中热液活动剧烈(蒋宜勤等,2015 ...

2012

0.0

匡立春, 唐勇, 雷德文, 常秋生, 欧阳敏, 侯连华, 刘得光. 2012. 准噶尔盆地二叠系咸化湖相云质岩致密油形成条件与勘探潜力. 石油勘探与开发, 39(6): 657-667.

[Kang L

, Tang

, Lei D

, Chang Q

, Ouyang

, Hou L

, Liu D

. 2012. Formation conditions and exploration potential of tight oil in the Permian saline lacustrine dolomitic rocks, Junggar Basin, NW China. Petroleum Exploration & Experiment, 39(6): 657-667]

The features and exploration potential of the Permian tight oil in the Junggar Basin were analyzed and evaluated using outcrop, core and geochemical data etc. The Junggar Basin in the Early-Mid Permian is a saline lacustrine basin after the residual sea is closed, a set of hybrid sedimentation of deep-lake dark mudstone and dolomitic rock is developed, and the high-quality mudstone source rocks and the dolomite mudstone are alternated. High quality source rocks in mature stage are next to tight dolomitic rock reservoirs closely and provide good conditions for tight oil accumulation of proximal source type. Tight oil reservoirs are mainly distributed in the centre and slope region of the lake basin, and two types sweetspots of “dissolved pore” and “fracture-pore” exist locally. The enrichment of tight oil is controlled by the distribution of effective source rocks and dolomitic rocks, and the tight oil occurs in the entire strata vertically and spreads across large continuous areas horizontally. The Junggar Basin has four Permian tight oil distribution areas, Fencheng Formation in the Mahu sag, Lucaogou Formation in the Jimusaer sag, Pidiquan Formation in the Shazhang-Shishugou sag, and Lucaogou Formation in the Bogeda piedmont. A number of wells obtained oil flow in these areas, suggesting great resource potential and favorable targets for future exploration.

综合露头、岩心、地球化学分析等资料，分析准噶尔盆地二叠系致密油特征，评价其勘探潜力。准噶尔盆地早中二叠世处于残留海封闭后的咸化湖盆沉积环境，发育一套深湖相暗色泥岩与云质岩混杂沉积，且泥质优质烃源岩与云质岩互层发育，烃源岩处于成熟阶段，云质岩储集层致密，具有源储紧邻、近源成藏特征，具备形成致密油的良好条件。湖盆中心区与斜坡带是云质岩致密油藏主要分布区，局部发育溶蚀孔发育型与裂缝-孔隙型两类“甜点”，致密油富集受有效烃源岩与云质岩分布控制，具有纵向上整体含油、平面上大面积连续分布特征。准噶尔盆地二叠系存在玛湖凹陷二叠系风城组、吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组、沙帐―石树沟凹陷二叠系平地泉组及博格达山前芦草沟组4个云质岩致密油规模分布区，目前多口井已钻获工业油气流，资源潜力大，为下步有利勘探区。图9表1参25

... (图 1-c)(匡立春等,2012,2013) ...

... 匡立春等,2012) ...

2013

0.0

匡立春, 胡文瑄, 王绪龙, 吴海光, 王小林. 2013. 吉木萨尔凹陷芦草沟组致密油储集层初步研究: 岩性与孔隙特征分析. 高校地质学报, 19(3): 529-535.

[Kuang L

, Hu W

, Wang X

, Wu H

, Wang X

. 2013. Research of the tight oil reservoir in the Lucaogou Formation in Jimusar Sag: Analysis of lithology and porosity characteristics. Geological Journal of China Universities, 19(3): 529-535]

通过岩心观察、薄片鉴定、电子探针观测，结合野外剖面及测井和地震等资料，分析吉木萨尔凹陷芦草沟组致密油储层岩性与孔隙特征。结果表明致密储层段由呈韵律互层产出的白云岩类/粉砂岩类与泥岩类构成，一般由3~5个韵律组成，具有一定的非均质性。储层岩石类型主要为白云质粉砂岩/粉砂质白云岩、砂屑白云岩以及泥晶白云岩。其中白云质粉砂岩/粉砂质白云岩分布最广，为芦草沟组上、下储层段（“甜点”）最主要储集岩，砂屑白云岩只分布于上储层段，泥晶白云岩以薄的夹层形式分布于上、下储层段。电子探针微区观测表明，储集空间以溶蚀型孔隙为主，孔径大小从几μm到30μm，可分为粒间/晶间溶孔、粒内溶孔以及部分裂缝型孔隙，发生溶蚀作用的矿物以钠长石为主，白云石次之。定量分析表明，白云质粉砂岩/粉砂质白云岩主要由钠长石、白云石以及少量钾长石等矿物组成，砂屑白云岩主要由微晶白云石和少量钠长石等矿物组成，泥晶白云岩主要由微晶白云石和少量石英、钠长石等矿物组成。

... (图 1-c)(匡立春等,2012,2013) ...

2017

0.0

... 李红等,2017) ...

... 李红等,2017)综合影响下的细粒沉积岩系 ...

... 岩石中含有大量以方解石为主的热液矿物(李红等,2017) ...

... 李红等,2017) ...

1995

0.0

李锦轶. 1995. 新疆东准噶尔蛇绿岩的基本特征和侵位历史. 岩石学报, (S1): 73-84.

[Li J

. 1995. Main characteristics and emplacement processes of the east Junggar ophiolites, Xinjiang, China. Acta Petrologica Sinica, (S1): 73-84]

... 准噶尔盆地及其邻区经历了前晚石炭世的板块构造阶段,于晚石炭世完成洋盆闭合(李锦轶,1995),于早#cod#x02014 ...

2012

0.0

李玮, 柳益群, 董云鹏, 周小虎, 柳小明, 李红, 樊婷婷, 周鼎武, 徐学义, 陈隽璐. 2012. 新疆三塘湖地区石炭纪火山岩年代学、地球化学及其大地构造意义. 中国科学: 地球科学, 11(42): 1716-1731.

[Li

, Liu Y

, Dong Y

, Zhou X

, Liu X

, Li

, Fan T

, Zhou D

, Xu X

, Chen J

. 2012. The geochemical characteristics, geochronology and tectonic significance of the Carboniferous volcanic rocks of the Santanghu area in northeastern Xinjiang, China. Science China: Earth Sciences, 11(42): 1716-1731]

三塘湖地区石炭纪火山岩出露于新疆准噶尔盆地东北缘考克赛尔盖山、三塘湖乡、大黑山及淖毛湖一带,位于克拉美丽断裂带北侧.主要岩石组合为基性、中酸性熔岩及火山碎屑岩.岩石地球化学研究显示基性-中酸性火山岩为同源岩浆产物,其中的玄武岩样品富集大离子亲石元素(LILE),相对亏损高场强元素(HFSE),具有明显的Nb-Ta-Ti负异常.石炭系火山岩源于亏损地幔,岩浆在上升过程中未曾受到地壳物质的混染,并经历了岩浆结晶分异作用过程.综合地层岩石组合、岩石地球化学研究,认为三塘湖石炭系火山岩应形成于与俯冲作用有关的构造环境.利用锆石U-PbLA-ICPMS获得安山岩的锆石U-Pb同位素年龄(328.9±1.9)～(331.3±2.3)Ma,该年龄代表了安山岩的成岩年龄.结合区域内的地质记录、同位素年代学资料的综合分析研究,表明准噶尔洋北缘的俯冲消减作用在早石炭世已经存在,三塘湖火山岩形成于准噶尔洋早石炭世俯冲作用诱发的岛弧岩浆作用.

... 李玮等,2012),准噶尔盆地进入断陷#cod#x02014 ...

... 李玮等,2012),构造环境动荡,断裂发育(周路等,2009),为热液活动提供了良好的通道 ...

2013

0.0

柳益群, 周鼎武, 焦鑫, 南云, 杨晚, 李红, 周小虎. 2013. 一类新型沉积岩: 地幔热液喷积岩: 以中国新疆三塘湖地区为例. 沉积学报, 31(5): 773-781.

[Liu Y

, Zhou D

, Jiao

, Nan

, Yang

, Li

, Zhou X

. 2013. A new type of sedimentary rocks: Mantle-originated hydroclastites and hydrothermal exhalites, Santanghu area, Xinjiang, NW China. Acta Sedimentologica Sinica, 31(5): 773-781]

中国西部新疆三塘湖地区的二叠系芦草沟组是一套以内源碎屑为特征的新型沉积组合-地幔热液喷流沉积岩(简称喷积岩)。该套岩石呈毫米级纹层状，沉积厚度大，岩石类型多样，是地球深部岩浆-热液流体脉动式喷流沉积的累积物，表现出富含幔源热液矿物和岩浆微屑的特点。按物质来源、形成方式和结构构造可划分为：以岩浆喷发爆破的岩浆碎屑为特征的喷爆岩；以岩浆溢流显示岩浆矿物及结构构造为特征的喷溢岩；以热液喷流显示"黑、白烟囱"型矿物组合为特征的喷流岩；以岩浆矿物碎屑、热液喷流物质和湖水均匀混合沉积为特征的喷混岩以及与热液活动相关的嗜热嗜毒生物岩。该套岩石组合形成于陆内裂谷欠补偿深水湖盆中。

... 柳益群等,2013 ...

... 宋永等,2017)及热液沉积作用(柳益群等,2013 ...

2017

0.0

1999

0.0

彭立才, 韩德馨, 濮人龙, 高嵩. 1999. 陆相咸化湖泊沉积中锶/钡比值及其地质意义. 中国矿业大学学报, 28(1): 57-59.

[Peng L

, Han D

, Pu R

, Gao

. 1999. w(Sr)/w(Ba)value of continental brackish lake deposit and its geological significance. Journal of China University of Mining & Technology, 28(1): 57-59]

陆相咸化湖泊水体与同矿化度的海水相比,大部分具有较高的ρ(SO42-).陆相咸化湖泊沉积物同海洋沉积物中的w(Sr)/w(Ba)比值相似.w(Sr)/w(Ba)比值在沉积物中没有碳酸岩盐存在时,可以作为古盐度标志,但作为海陆相沉积区分标志是不全面的,它不能区分海洋和陆相咸化湖泊沉积物.

... 在盐度低、硫酸根离子含量低的淡水环境中,Sr和Ba离子均以重碳酸盐的形式存在,当水体盐度和硫酸根含量增加时,Ba率先以硫酸钡的形式沉淀,而Sr仍然以离子形式在水体中迁移,并运移到湖盆中央或远洋通过生物作用沉淀下来(彭立才等,1999) ...

2011

0.0

彭雪峰, 汪立今, 姜丽萍. 2011. 准噶尔盆地东南缘二叠系芦草沟组沉积环境分析. 新疆大学学报(自然科学版), 28(4): 395-400.

[Peng X

, Wang L

, Jiang L

. 2011. Analysis of sedimentary environment of Permian Lucaogou Formation in Southeastern Margin of the Junggar Basin. Journal of Xinjiang University(Natural Science Edition), 28(4): 395-400]

摘　要：根据经典层序地层学和现代沉积学的基本原理,在综合研究钻井、测井、露头、岩芯等资料的基础上,分析了准噶尔盆地东南缘二叠系芦草沟组沉积环境特征与演化,对芦草沟组进行了层序地层分析,在单井研究的基础上进行了层序划分方案,芦草沟组几乎为一个完整的三级层序,由低位体系域、水进体系域、高位体系域和水退体系域组成,分别对应地层的四个岩性段;根据连井剖面,建立了芦草沟组层序地层格架,结合盆地地质条件,进行了各体系域沉积平面相分析.该区油页岩体系域类型主要为湖相沉积,湖相分为滨湖、浅湖和半深湖-深湖三种亚相,再细分为砂质滩坝、泥质滩坝、碳酸盐滩坝、生物礁四种微相.

... 深湖相沉积(彭雪峰等,2011 ...

2015

0.0

邵雨, 杨勇强, 万敏, 邱隆伟, 操应长, 杨生超. 2015. 吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组沉积特征及沉积相演化. 新疆石油地质, 36(6): 635-641.

[Shao

, Yang Y

, Wan

, Qiu L

, Cao Y

, Yang S

. 2015. Sedimentary characteristic and facies evolution of Permian Lucaogou Formation in Jimusar Sag, Junggar Basin. Xinjiang Petroleum Geology, 36(6): 635-641]

... 芦草沟组是一套受机械沉积作用、化学沉积作用、火山作用(邵雨等,2015 ...

2017

0.0

宋永, 周路, 郭旭光, 常秋生, 王霞田. 2017. 准噶尔盆地吉木萨尔凹陷芦草沟组湖相云质致密油储集层特征与分布规律. 岩石学报, 33(4): 1159-1170.

[Song

, Zhou

, Guo X

, Chang Q

, Wang X

. 2017. Characteristics and occurrence of lacustrine dolomitic tight-oil reservoir in the Middle Permian Lucaogou Formation, Jimusar Sag, southeastern Junggar Basin. Acta Petrologica Sinica, 33(4): 1159-1170]

... 宋永等,2017)及热液沉积作用(柳益群等,2013 ...

1999

0.0

谭红兵, 于升松. 1999. 中国湖泊沉积环境演变研究中元素地球化学的应用现状及发展方向. 盐湖研究, 7(3): 58-65.

[Tan H

, Yu S

. 1999. Present situation and future development of elemental geochemistry in the study of lake sediments' evolution. Journal of Salt Lake Research, 7(3): 58-65]

摘　要：全球气候恶化，洪涝，风沙，干旱等自然灾害频繁，科学研究预测区域乃至全球环境演变趋势，并采取有效措施，加以防治，成为目前全人类面临的一大课题。要科学的掌握环境变化的规律，就必须研究过去的环境变迁，沉积物无疑是最好的研究对象。

... Fe与O的结合力比Mn与O的结合力更强,在水体迁移过程中Fe先于Mn沉淀下来,从湖岸向湖盆中心,随着水深加大,Mn含量增加而Fe含量减少,因此Fe/Mn值可用于判断水体深度(谭红兵和于升松,1999) ...

2009

0.0

谭佳奕, 吴润江, 张元元, 王淑芳, 郭召杰. 2009. 东准噶尔卡拉麦里地区巴塔玛依内山组火山岩特征和年代确定. 岩石学报, 25(3): 539-546.

[Tan J

, Wu R

, Zhang Y

, Wang S

, Guo Z

. 2009. Characteristics and geochronology of volcanic rocks of Batamayineshan Formation in Kalamaily, Eastern Junggar, Xinjiang. Acta Petrologica Sinica, 25(3): 539-546]

The volcanic rocks of the Batamayineishan Formation are widely distributed in eastern Junggar Basin and its neighboring margins. It is the main reservoir of giant gas field in Ludong, Wucaiwan area. Comparing two measured sections and a well lithologic section, the continental volcanic rocks of Batamayineishan Formation are obviously multiple stages and intermittent volcanic activities interrupted by the sedimentary interbeds which are the main indicators of discontinuous interfaces. The thickness of the volcanic rocks vary greatly in different places, changing dramatically not only in lithology but also in lithofacies. Petrochemical analysis suggests the rock types are mainly basic-intermediate which belongs to subalkaline-alkaline and K rich series. This paper report a 350.0±6.3Ma age of volcanic rock by the SHRIMP zircon U-Pb geochronology. Combined with the fossil evidences from the overlying strata, it can be concluded that the Batamayineishan Formation is the Lower Carboniferous.

巴塔玛依内山组火山岩在新疆准噶尔盆地东部及其周缘山区广泛分布，是陆东、五彩湾等地区卡拉麦里大气田的主要储层。根据两个实测剖面和一口钻井岩性剖面的对比，巴塔玛依内山组陆相喷发火山岩具有多期次，间歇性喷发的特征，沉积岩夹层是主要的喷发间断面标志。火山岩地层厚度变化快，岩相岩性变化大。岩石化学分析表明巴塔玛依内山组火山岩主要是亚碱性-碱性、高钾的中基性岩。巴塔玛依内山组火山岩锆石SHRIMP U-Pb定年结果为350.0±6.3Ma，结合其上覆地层的生物化石证据，认为巴塔玛依内山组属于下石炭统。

... 研究区上石炭统巴塔玛依内山组主体发育玄武岩、安山岩及流纹岩等中基性火山岩(谭佳奕等,2009),热液在流经下伏岩石过程中可从火山岩中萃取大量的Mg²⁺和Fe²⁺,喷出湖底后为微粉晶白云石的形成提供离子 ...

2014

0.0

王兵杰, 蔡明俊, 林春明, 张霞, 程远忠, 曲长伟, 张妮. 2014. 渤海湾盆地塘沽地区古近系沙河街组湖相白云岩特征及成因. 古地理学报, 16(1): 65-76.

[Wang B

, Cai M

, Lin C

, Zhang

, Cheng Y

, Qu C

, Zhang

. 2014. Characteristics and origin of lacustrine dolostone of the Paleogene Shahejie Formation in Tanggu area, Bohai Bay Basin. Journal of Palaeogeography(Chinese Edition), 16(1): 65-76]

... 而微粉晶白云石成分均匀,推测其可能通过快速成核结晶形成,Mg²⁺和Ca²⁺没有充足的时间组建理想的白云石晶体结构(王兵杰等,2014) ...

2014

0.0

王成云, 匡立春, 高岗, 崔玮, 孔玉华, 向宝力, 柳广弟. 2014. 吉木萨尔凹陷芦草沟组泥质岩类生烃潜力差异性分析. 沉积学报, 32(2): 385-390.

[Wang C

, Kuang L

, Gao

, Cui

, Kong Y

, Xiang B

, Liu G

. 2014. Difference in hydrocarbon generation potential of the shaly source rocks in Jimusar Sag, Permian Lucaogou Formation. Acta Sedimentologica Sinica, 32(2): 385-390]

The Lucaogou Formation, the main hydrocarbon source rocks in Jimus sag, is characterized by various lithology, which are mainly transitional types. Aiming at obtainning the difference in hydrocarbon generation potential characteristics of various sorts of mudstone, shale in this formation is divided into four types based on the logging lithology, which are pure shale, sandy mudstone, lime mudstone and dolomitic mudstone. And an evaluation about hydrocarbon generation potential characteristics of the four types of mudstone is made respectively from the organic geochemistry perspective. The results show that the abundance of organic material of pure shale is higher than other three types of mudstones, like lime mudstone, dolomitic mudstone, and sandy mudstone. Considering the type of organic matter in shale, pure mudstone is the best of them, followed by lime mudstone and dolomitic mudstone, and sandy mudstone is the worst, and combining what has been discussed above and the analysis of HI, it is concluded that pure mudstone shows the greatest hydrocarbon generation potential, followed by lime mudstone and dolomitic mudstone and sandy mudstone.

吉木萨尔凹陷芦草沟组为吉木萨尔凹陷最主要的烃源岩，该套烃源岩岩性多样，多为过渡性岩类，为了研究不同泥质岩类生烃潜力特征的差异性，以录井岩芯为基础，将泥质岩类划分为纯泥岩、砂质泥岩、灰质泥岩和云质泥岩四类，并主要从有机地球化学的角度对四类岩性泥岩的生烃潜力特征做出评价。结果表明，纯泥岩有机质丰度较云质泥岩、灰质泥岩、砂质泥岩略高；纯泥岩有机质类型最好，其次是灰质泥岩和云质泥岩，砂质泥岩干酪根类型最差。在此基础上，结合 HI 分析，认为纯泥岩生烃潜力最高，其次是云质泥岩、砂质泥岩，灰质泥岩生烃潜力最差。

... 王成云等,2014) ...

2014

0.0

王俊怀, 刘英辉, 万策, 朱筱敏, 王小军, 葛家旺, 张昕. 2014. 准噶尔盆地乌—夏地区二叠系风城组云质岩特征及成因. 古地理学报, 16(2): 157-168.

[Wang J

, Liu Y

, Wan

, Zhu X

, Wang X

, Ge J

, Zhang

. 2014. Characteristics and origin of dolomitic tuff in the Permian Fengcheng Formation in Wu-Xia area of Junggar Basin. Journal of Palaeogeography(Chinese Edition), 16(2): 157-168]

The dolomitic tuff of Fengcheng Formation in Wu-Xia area of Junggar Basin is considered to be a set of hydrocarbon-abundant carbonate reservoir with special geologic origins. Based on the geological background study including tectonic,sedimentation and volcanic activities in the Permian Fengcheng Formation,and combined with the macroscopic occurrence of the dolomitic tuff cores,the dolomitic rocks could be divided into four types:Rippled,massive,flocculent and diffuse dolomitic tuff. The characteristcs of the four types with the dolomitic tuff examined under microscope are:The ripple one has fine-grained and poor crystal shape,but the other three ones have silt-grained and fine-grained,and there is fogged center and clear margin structure and residual annulus alternation structure widely formed. The geochemical analyses of C-O isotopes and trace elements suggest that the fluid which promotes dolomitization may probably come from the sedimentary formation water in Fengcheng Formation, which is from semi-closed shore-shallow lakes and Mg-rich marine seawater upwelling from the Permian Jiamuhe Formation and Carboniferous. The inclusion homogenization temperature indicates that the uniform temperature for calciteis among 60～70℃ while 85～105℃ for the dolomite. The rippled dolomitic rocks are penecontemporaneous,but the massive,flocculent and diffuse dolomitic rocks are metasomatized lately and the original rocks of the metasomatism are volcanic material(tuff). Volcanic glass in the volcanic tuff material is easily to take hydrolysis alteration,the products of which are montmorillonite,feldspar and quartz. Both of the alteration of montmorillonite to illite and feldspar hydrolysis can separate out plenty of Ca 2+ . Then,the combination of Ca 2+ and CO 2 or CO 3 2- form the alteration products calcite,taking a strong dolomization reaction under the metasomatism of rich magnesium fluid environment later.

1 Research Institute of Petroleum Exploration and Development,Xinjiang Oilfield Company,PetroChina,Karamay 834000,Xinjiang; 2 College of Geosciences,China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249; 3 State Key Laboratory of Petroleum Resource and Prospecting, China University of Petroleum(Beijing),Beijing 102249

云质岩储集层是准噶尔盆地乌—夏地区一套成因特殊的、富含油气的碳酸盐岩储集层。在分析乌—夏地区二叠系构造、沉积及火山活动等地质背景的基础上,根据风城组云质岩岩心宏观产状,将云质岩分为4种类型:波纹层状云质岩、团块状云质岩、丝絮状云质岩和星散状云质岩。镜下波纹层状云质岩晶粒细小,晶形差;团块状云质岩、丝絮状云质岩、星散状云质岩中白云石晶体以粉—细晶为主,普遍发育雾心亮边、环带交代残余结构。C、O同位素及微量元素等地化分析表明:白云岩化的成岩流体来自二叠系风城组半封闭湖湾的咸化沉积地层水以及下伏二叠系佳木河组、石炭系上涌的海相卤水。包裹体测温表明,蚀变方解石的形成温度为60～70℃,白云石的形成温度为85～105℃,白云石形成晚于蚀变方解石。波纹层状云质岩是准同生成因;团块状云质岩、丝絮状云质岩、星散状云质岩是后期成岩交代成因,交代的原岩是火山物质(凝灰岩)。成岩交代云质岩的成因机理是:火山凝灰物质中的火山玻璃容易发生水解蚀变,产物为蒙脱石、长石和石英;蒙脱石转化为伊利石、长石水解蚀变均可析出大量的Ca 2+ ,结合CO 2 或CO 3 2- 形成蚀变产物方解石;方解石在富Mg 2+ 流体交代下发生强烈白云岩化作用。

... 王俊怀等,2014 ...

2015

0.0

葸克来, 操应长, 朱如凯, 邵雨, 薛秀杰, 王小军, 高阳, 张景. 2015. 吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组致密油储集层岩石类型及特征. 石油学报, 36(12): 1495-1507.

[Xi K

, Cao Y

, Zhu R

, Shao

, Xue X

, Wang X

, Gao

, Zhang

. 2015. Rock types and characteristics of tight oil reservoir in Permian Lucaogou Formation, Jimsar Sag. Acta Petrolei Sinica, 36(12): 1495-1507]

综合运用岩心观察、薄片鉴定、物性测试、高压压汞及有机碳含量分析等手段,以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷吉174井二叠系芦草沟组致密油储层为研究对象,开展了岩石类型及特征的精细研究.结果表明,致密油储层岩石矿物成分复杂、岩石组分多样,为一种过渡型的混合沉积岩类.在岩石组分类型及特征研究的基础上,以有机质组分、陆源碎屑组分、碳酸盐组分及火山碎屑组分作为"四组分",陆源碎屑含量、碳酸盐含量及火山碎屑含量作为"三端元",形成了复杂混合沉积岩石"四组分三端元"划分命名方案,将研究区岩石划分为陆源碎屑岩类、碳酸盐岩类、火山碎屑岩类及正混积岩类4大类型,进一步划分为18小类.不同岩石类型储集空间均以次生孔隙为主,但各类岩石孔喉结构特征存在差异.研究区致密油储层岩石类型以碳酸盐岩类与陆源碎屑岩类为主,部分层段含有少量的火山碎屑岩类与正混积岩类,各类岩石的组构特征、储集性能及含油性存在明显差异,纵向分布具有一定的规律,并且岩石类型与有机碳含量、储层物性及含油性等存在较好的对应关系.

... 葸克来等,2015 ...

1995

0.0

肖云. 1995. 察尔汗湖表层卤水及沉积物中各类水体的氢氧同位素研究. 厦门大学学报(自然科学版), 34(2): 249-255.

[Xiao

. 1995. Oxygen and hydrogen isotope research of different waters in Qarhan Salt Lake and lake sediments. Journal of Xiamen University(Natural Science), 34(2): 249-255]

2006

0.0

... 中二叠世进入板内伸展阶段(周鼎武等,2006 ...

... 周鼎武等,2006 ...

2009

0.0

周路, 汪长明, 雷德文, 张伯新, 杨飞. 2009. 准噶尔盆地不同期次石炭系断裂特征及分布. 西南石油大学学报(自然科学版), 31(4): 1-7.

[Zhou

, Wang C

, Lei D

, Zhang B

, Yang

. 2009. Feature and distribution of Carboniferous surface fault in different tectonic movements in Junggar Basin. Journal of Southwest Petroleum University(Science & Technology Edition), 31(4): 1-7]

摘　要：石炭系断裂十分发育，断裂样式有逆冲、背冲、对冲断裂类型，断裂平面分布具有明显的分区定向性，断裂主要沿NE—SW向、NWW-NEE向、NEE—SWW向、NW～SE向、近EW向5个方向展布。断裂发育时期特征明显，各期构造运动对石炭系断裂发育及分布的影响程度有较大差别。现今石炭系断裂应是多期构造运动叠加的产物，在地震剖面上通过分析断裂及其相邻地层所具有的反射特征的差别，根据断裂上下地层的变形特征、厚度变化和断裂切割地层年代的差异来判别断裂发育的时期和持续的时段，将石炭系断裂按发育时期进行分离，再现各个主要构造运动期石炭系断裂的平面分布特征。盆地石炭系断裂按主要发育时期可分为海西期断裂、印支期断裂和燕山期-喜马拉雅期断裂。海西期断裂是石炭系发育的主要断裂，海西期发育的断裂多数在后期又继续活动，仅在海西期发育而后期不再活动的石炭系断裂主要分布在盆地腹部地区；印支期发育而后期不再活动的石炭系断裂主要分布在盆地东北缘地区；仅在燕山期-喜马拉雅期发育的石炭系断裂主要分布在盆地东部地区。

... 李玮等,2012),构造环境动荡,断裂发育(周路等,2009),为热液活动提供了良好的通道 ...

2017

0.0

张旭. 2017. 吉木萨尔凹陷二叠系芦草沟组凝灰岩类特征及其与油气的关系. 西北大学硕士学位论文: 31-36.

[Zhang

. 2017. Characteristics of stuff and its relationship with oil and gas in the Permian Lucaogou Formation in Jimusar sag, Junggar Basin. Master's Dissertaion of Northwest University: 31-36]

吉木萨尔凹陷位于新疆准噶尔盆地东部,盆地内部的中二叠统芦草沟组分布广泛、厚度巨大,是致密油勘探和开发的有利层位。芦草沟组形成于陆内裂谷背景下还原-弱氧化的咸化湖泊环境,沉积时期受火山活动和碱性岩浆-热液活动的影响,形成了一套与火山喷发和热液活动密切相关的特殊岩类和矿物组合。综合考虑研究区区域构造背景和沉积环境,在大量岩心及薄片观察的基础上,认为芦草沟组含油层段主要发育凝灰岩、沉凝灰岩、(含)凝灰质泥晶白云岩等受岩浆-热液活动影响的岩石,将其统称为凝灰岩类。根据火山碎屑的不同,又可将凝灰岩分为碳酸质凝灰岩与安山质凝灰岩。研究区凝灰岩类主要由石英、长石、方解石、白云石等矿物组成,少见岩屑组分。其中电子探针数据中长石的里特曼指数均大于3.3,甚至大于9,为碱性长石,表明火山碎屑来源为碱性-过碱性岩浆,霓石的发现佐证了这一点。碳酸质凝灰岩中成层发育星散状的方解石,被纹层包绕,方解石周围的有机质成熟度较其它部位更高,内部的流体包裹体呈环带状分布。结合荧光及阴极发光特征,判断方解石为碳酸质岩浆碎屑,带来的热量加速了周围有机质的成熟,并在之后热液活动的影响下发生加大作用,在此过程中捕获了烃类包裹体。地球化学特征显示,芦草沟组安山质凝灰岩的物源主要为中酸性火山岩,与博格达南缘二叠系火山岩具有类似的稀土元素配分模式,表明二者具有亲缘性。进一步的扫描电镜和核磁共振测试发现,凝灰岩类中原生孔隙和次生孔隙均很发育,其中又以溶孔和剩余粒间孔最为常见,并且凝灰物质的含量与自由流体饱和度存在正相关的关系。综合以上特征,认为凝灰岩类既是一种优质的烃源岩,又具备良好的储集性能,对研究区有机质的富集和保存起到了至关重要的作用,凝灰物质的不均匀分布是导致研究区致密油呈非均质性分布的重要原因。

2009

0.0

... 产甲烷古菌是一种严格厌氧的古细菌,广泛存在于盐湖底、海底中(朱晨光等,2009) ...

2007

0.0

朱如凯, 许怀先, 邓胜徽, 郭宏莉. 2007. 中国北方地区二叠纪岩相古地理. 古地理学报, 9(2): 133-142.

[Zhu R

, Xu H

, Deng S

, Guo H

. 2007. Lithofacies palaeogeography of the Permian in northern China. Journal of Palaeogeography(Chinese Edition), 9(2): 133-142]

Based on the 87 standard sections and 529 supplementary sections，and the analyses of the Permian distribution pattern, the petrologic characters, the characters of sedimentary structures, the palaeoclimate, palaeoecology and palaeoenvironment data, the palaeogeographical features of the Permian in northern China are reconstructed. In the Early Permian, mainly the Jiamusi，the Aierguna，and the TarimDunhuangQilianInner Mongolia oldlands were developed; marine sediments were distributed in the Songliao marine facies area, the North China relic estuarine area，the western Qaidam relic estuarine facies area and the southern JunggarTurpanHamiBeishan relic marine facies area, and also the western Tarim carbonate platform facies and the central Junggar fluviallacustrine facies were developed. In the Middle Permian, the oldlands of the Early Permian still existed and the northern North China oldland was obviously reduced in size. The southern margin of the Junggar BasinTurpanHami area was uplifted to become land. The marine facies was only developed in northeastern China and southern Qilian areas. The fluviallacustrine facies was widely developed in the North Chinanorthern Qilian area. The Tarim Basin was dominated by continental clastic rocks, the Junggar Basin by fluviallacustrine deposition, and the Beishan relic sea basin by deposition of volcanic clastic rocks. In the Late Permian, marine facies only occurred in southern Qilian area and the other areas were all characterized by continental deposition. The northeastern area was dominated by the continental and lacustrine facies. The North Chinanorthern Qilian area was mainly covered by fluviallacustrine sediments. The whole Tarim Basin was a fluviallacustrine deposition and the JuggarTurpanHami basins were dominated by fluviallacustrine deposition.

Research Institute of Petroleum Exploration and Development PetroChina，Beijing100083

主要以实地踏勘和测量建立的87个标准剖面及529个辅助剖面为基础，通过对二叠系分布格局、岩石学特征、沉积构造特征、古气候、古生态、古环境等分析，来恢复中国北方地区二叠纪的古地理面貌。早二叠世：主要存在额尔古纳和佳木斯古陆，塔里木—敦煌—祁连—内蒙古古陆；海域主要分布在松辽海相区，华北残留海湾相区，柴西残留海湾相区和南准噶尔—吐哈—北山残留海湾相区；此外还有塔里木西部碳酸盐台地相区和准噶尔腹部河湖相区。中二叠世：早二叠世的古陆依然存在，但华北北部古陆范围明显缩小，而准噶尔南缘—吐哈地区已上升成为陆地；海域只局限在东北和南祁连地区，华北地区—北祁连地区大面积为河湖相发育区；塔里木盆地主要为陆相碎屑岩沉积；准噶尔地区发育河湖相沉积，北山残留海盆火山碎屑岩发育。晚二叠世：仅在南祁连地区有海相沉积，其他地区均为陆相沉积，东北地区陆相和湖泊相沉积占主导地位；华北地区—北祁连地区主体为河湖相沉积；塔里木盆地整体为河湖相沉积；准噶尔—吐哈盆地主体为河湖相沉积。

... 朱如凯等,2007),沉积期形成的湖相碳酸盐与海相碳酸盐类似,同样具有富Sr贫Mn的特征(表 1) ...

... 前人研究表明,研究区在早二叠世逐渐退出海洋环境,到中二叠世芦草沟组沉积时期,为以残留海水为主的咸化湖泊环境,且受海水影响明显(朱如凯等,2007 ...

2014

0.0

朱世发, 朱筱敏, 刘英辉, 陈相亦, 王俊怀, 王小军, 马爱钰. 2014. 准噶尔盆地西北缘北东段下二叠统风城组白云质岩岩石学和岩石地球化学特征. 地质论评, 60(5): 1113-1122.

[Zhu S

, Zhu X

, Liu Y

, Chen X

, Wang J

, Wang X

, Ma A

. 2014. Petrological and geochemical features of dolomitic rocks in the lower Permian Fengcheng Formation in Wuerhe-Xiazijie area, Junggar Basin. Geological Review, 60(5): 1113-1122]

... 朱世发等,2014),匡立春等(2012)对整个盆地云质岩形成条件作了简要分析,认为白云石形成于残留海封闭后的咸化湖盆环境,其成因类型主要为同生、准同生期交代形成的泥晶白云石 ...

2010

0.0

... Bian et al ...

1995

0.0

... , 1990,1995 ...

1990

0.0

... 二叠纪是研究区由海相沉积转为陆相沉积的重要过渡时期(Carroll et al ...

1992

0.0

... Carroll et al ...

2010

0.0

... (图 8),存在干冷空气的沉降,阻隔了南部古特提斯洋向北的水汽运移,同时,盆地南部的天山和西部的西准噶尔山分别在盆地的北部和东部形成雨影,从而造成研究区较为干旱的气候(Carroll et al ...

1991

0.0

... Gregory,1991 ...

1992

0.0

... 60之间时,水体为分层弱的贫氧环境(Hatch and Leventhal,1992) ...

1974

0.0

1993

0.0

... (Kaufman et al ...

1992

0.0

2009

0.0

... Kenward et al ...

... (Kenward et al ...

2005

0.0

... (Korte et al ...

2006

0.0

1983

0.0

... 碳酸盐矿物从流体中沉淀出来时,会与流体发生氧同位素交换,在该交换反应中,矿物的氧同位素组成同时是温度和流体氧同位素组成的函数(Land,1983 ...

1990

0.0

... 二叠纪是准噶尔盆地由海相环境向陆相环境转变的关键时期,在此阶段沉积的地层可能为全球最厚的烃源岩(Lawrence 1990 ...

... 准噶尔盆地二叠系被认为可能是全球最厚的富有机质泥岩(Lawrence 1990 ...

2012

0.0

... 近年来,作者在北疆地区的三塘湖盆地和准噶尔盆地中二叠统中发现了大量热液喷流作用的岩矿记录,方解石、白云石、方沸石、黄铁矿和硅钡钛石等热液矿物以不同的共生组合存在于正常湖相沉积物中(Liu et al ...

2004

0.0

... 白云石的形成需要苛刻的物理化学条件,包括高盐度、高温、高C O32-/Ca²⁺和高Mg²⁺/Ca²⁺(Machel,2004) ...

2000

0.0

... 在各种菌种中,目前发现只有产甲烷古菌可造成白云石偏高的 δ13CPDB(Mazzullo,2000 ...

1976

0.0

... ¹⁸O_SMOW 维持在0左右(Muehlenbachs and Clayton,1976 ...

1998

0.0

... Muehlenbachs,1998) ...

1999

0.0

... 同时,研究区在中二叠世为受海水影响强烈的咸化湖盆(Shao et al ...

... 海水于早二叠世晚期从准噶尔盆地退出,仅在盆地东南部局部残留海水环境(Shao et al ...

1991

0.0

... 近30年来,学者们在实验条件和自然条件下证实微生物(硫酸盐还原菌、产甲烷古菌和中度嗜盐有氧细菌)可以通过代谢活动升高流体pH值和碳酸根离子浓度,降低硫酸根离子浓度,在常温下促进白云石沉淀(Slaughter and Hill,1991 ...

1986

0.0

... 古气候控制着物理和化学风化作用的强度,进而控制细粒沉积物的成熟度,Suttner和 Dutta(1986)利用SiO₂含量与(K₂O+Na₂O+Al₂O₃)含量的交汇图衡量陆源碎屑沉积物的成熟度,并定性判断古气候 ...

1998

0.0

... CH₄+2H₂O(Thauer,1998) ...

2006

0.0

... 2 主微量元素特征湖泊沉积物的地球化学组成可用于恢复沉积环境(Tribovillard et al ...

1986

0.0

... (Valley et al ...

1997

0.0

... Vasconelos and Mckenzie, 1997 ...

2000

0.0

... Warthmann et al ...

1997

0.0

... Wright,1997 ...

1993

0.0

... 同时深源热液具有低 δ13CPDB(Zheng and Hoefs,1993),越多的热液也会导致白云石具有越低的 δ13CPDB ...