塔東地區(qū)寒武系白云巖地球化學(xué)特征與成因模式

符　浩， 李國(guó)蓉， 陳蘭樸， 趙　勇， 雷和金， 彭　博，黃加力，

周吉羚1， 朱永源4， 高魚(yú)偉1， 吳章志1， 胡　靜1， 何　塞1

( 1. 成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都　610059；　2. 中國(guó)石油華北油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北 任丘　062552；　3. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所，北京　100081；　4. 威遠(yuǎn)縣地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，四川 威遠(yuǎn)　642450 )

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塔東地區(qū)寒武系白云巖地球化學(xué)特征與成因模式

符浩1， 李國(guó)蓉1， 陳蘭樸1， 趙勇2， 雷和金1， 彭博3，黃加力1，

周吉羚1， 朱永源4， 高魚(yú)偉1， 吳章志1， 胡靜1， 何塞1

( 1. 成都理工大學(xué) 油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都610059；2. 中國(guó)石油華北油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，河北 任丘062552；3. 中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所，北京100081；4. 威遠(yuǎn)縣地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，四川 威遠(yuǎn)642450 )

寒武系白云巖是塔東地區(qū)下古生界碳酸鹽巖儲(chǔ)層的重要巖石類型之一。為認(rèn)識(shí)塔東地區(qū)寒武系白云巖的地球化學(xué)特征和成因機(jī)理，通過(guò)巖心及薄片觀察，將研究區(qū)寒武系白云巖劃分為微—細(xì)晶它形白云石、細(xì)—中晶自形白云石、中—粗晶白云石和鞍形白云石4種類型；結(jié)合陰極發(fā)光分析、微量元素測(cè)試、稀土元素分析、碳氧穩(wěn)定同位素分析、流體包裹體測(cè)溫和X線衍射有序度分析等，探討研究區(qū)寒武系白云巖成因和白云化作用模式。結(jié)果表明：微—細(xì)晶它形白云石成因機(jī)制為準(zhǔn)同生期高鹽度白云化作用；細(xì)—中晶自形白云石成因機(jī)制為埋藏白云化作用；中—粗晶白云石成因機(jī)制可分為2種類型，即Ⅰ型為基性巖漿熱液流體重結(jié)晶白云化作用，Ⅱ型為中酸性巖漿熱液流體重結(jié)晶白云化作用；鞍形白云石成因機(jī)制也可分為2種類型，即Ⅰ型為基性巖漿熱液白云化作用，Ⅱ型為中酸性巖漿熱液白云化作用。該結(jié)果為研究區(qū)寒武系白云巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和油氣勘探部署提供依據(jù)。

白云巖； 地球化學(xué)特征； 成因機(jī)制； 塔東地區(qū)； 寒武系； 巖漿熱液

0　引言

碳酸鹽巖儲(chǔ)層的油氣儲(chǔ)量約占世界油氣總儲(chǔ)量的52%[1-3]。寒武系白云巖是塔東地區(qū)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的重要巖石類型之一，勘探潛力巨大。人們對(duì)其成因進(jìn)行探討，劉永福等認(rèn)為主要存在滲透回流、深埋藏和高溫?zé)嵋撼梢蝾愋偷陌自茙r[4]；馬鋒等認(rèn)為主要存在滲透回流白云化、埋藏白云化和高溫?zé)嵋喊自苹瘸梢蚰Ｊ絒5]；金振奎等認(rèn)為主要存在深水回流準(zhǔn)同生、潮坪蒸發(fā)泵準(zhǔn)同生、滲透回流及深埋藏成因類型的白云巖[6]。研究結(jié)論不盡相同，特別是對(duì)構(gòu)成研究區(qū)寒武系儲(chǔ)層的主要巖石類型——中—粗晶白云巖的成因爭(zhēng)議較大；對(duì)形成研究區(qū)優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層尤為重要的熱液作用[7]認(rèn)識(shí)不夠深入，對(duì)是否存在熱液白云化作用、熱液流體的來(lái)源和期次、早期白云巖的改造作用等問(wèn)題存在疑問(wèn)，缺乏統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。

筆者采用作為熱液作用重要識(shí)別標(biāo)志的稀土元素地球化學(xué)方法，結(jié)合巖心和薄片觀察、陰極發(fā)光、微量元素、碳氧穩(wěn)定同位素、流體包裹體測(cè)溫和X線衍射有序度等測(cè)試技術(shù)，研究寒武系白云巖成因機(jī)制，為塔東地區(qū)寒武系白云巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和勘探部署提供依據(jù)。

1　地質(zhì)背景

塔里木盆地是我國(guó)重要的含油氣盆地，具有復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史，盆地下切至深部地殼的斷裂普遍發(fā)育，斷裂深度可達(dá) 50～60 km[8]。塔里木地臺(tái)形成于元古宙揚(yáng)子(晉寧)運(yùn)動(dòng)，之后經(jīng)歷加里東、海西、印支、燕山和喜山運(yùn)動(dòng)，火成巖廣泛發(fā)育，主要經(jīng)歷4期火山活動(dòng)，分別為震旦—寒武紀(jì)、晚奧陶世—志留紀(jì)、二疊紀(jì)和白堊紀(jì)，其中以二疊紀(jì)火山活動(dòng)最為強(qiáng)烈、規(guī)模最大，基性火成巖和中酸性火成巖發(fā)育[9-10]。塔東地區(qū)位于塔里木盆地東部的塔東低突起構(gòu)造帶(見(jiàn)圖1(a))，寒武系發(fā)育中間深水盆地沉積相區(qū)、東部和西部臺(tái)地相區(qū)及過(guò)渡相帶[11-12](見(jiàn)圖1(b-c))，研究區(qū)發(fā)育多個(gè)下切至基底的斷裂系統(tǒng)[13]。在巖性分布上，下寒武統(tǒng)主要發(fā)育大套泥巖，少見(jiàn)碳酸鹽巖；中寒武統(tǒng)時(shí)碳酸鹽巖開(kāi)始增多，但以灰?guī)r為主，白云巖層的發(fā)育在局部初具規(guī)模；上寒武統(tǒng)幾乎不發(fā)育泥巖，在整個(gè)研究區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖大量發(fā)育，且白云石化程度很高，白云巖是主要的巖石類型(見(jiàn)圖1(d))。

圖1　塔東地區(qū)位置、寒武紀(jì)沉積相平面及地層綜合柱狀圖Fig.1 The location plan and the floor plan of Cambrian sedimentary facies of east Tarim basin and strata integrated histogram

2　樣品與實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)樣品采集于研究區(qū)羅西1、古城2、古城4、米蘭1、古城6、英東1、古城7、古城8和英東2等探井(見(jiàn)圖1(b-c))的鉆井巖心，進(jìn)行樣品巖心觀察，磨制普通薄片和包裹體薄片，并進(jìn)行偏光顯微鏡下鑒定、陰極發(fā)光分析及均一溫度測(cè)定；挑選典型樣品進(jìn)行其他地球化學(xué)測(cè)試，用微鉆取樣，精心分揀、挑純，在瑪瑙研缽中研磨后過(guò)200目篩，儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

陰極發(fā)光分析、流體包裹體均一溫度測(cè)定、微量和稀土元素測(cè)試由成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，其中陰極發(fā)光分析是將樣品抽真空后在額定電壓11.2 kV、曝光時(shí)間5.1 s條件下進(jìn)行圖像采集；流體包裹體均一溫度測(cè)定實(shí)驗(yàn)儀器為英國(guó)Linkam科儀公司的THMSG600冷熱臺(tái)；微量和稀土元素測(cè)試實(shí)驗(yàn)利用PE公司的Elan DRC-e儀器，在溫度為20 ℃、相對(duì)濕度為30%的條件下，根據(jù)DZ/T0223-2001(電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS))方法進(jìn)行測(cè)定。碳氧穩(wěn)定同位素分析由成都理工大學(xué)地球化學(xué)測(cè)試中心完成，實(shí)驗(yàn)儀器為MAT-253型質(zhì)譜儀，實(shí)驗(yàn)溫度為25 ℃，濕度為50%。X線衍射有序度分析由成都理工大學(xué)X線粉晶衍射實(shí)驗(yàn)室測(cè)定，實(shí)驗(yàn)儀器為DMAX-3C衍射儀(Cu靶，Kα射線，Ni濾光)。

3　巖石學(xué)特征

塔東地區(qū)寒武系白云巖厚度較大，鉆井顯示儲(chǔ)層厚度為75～403 m，主要集中發(fā)育于上寒武統(tǒng)，且白云石化程度很高。寒武系白云巖主要為晶粒結(jié)構(gòu)，按晶粒大小、晶形、晶體表面特征等，將白云石分為微—細(xì)晶它形白云石、細(xì)—中晶自形白云石、中—粗晶白云石和鞍形白云石4種類型。

3.1微—細(xì)晶它形白云石

此類白云石廣泛發(fā)育于研究區(qū)寒武系，晶體形狀小，一般小于0.25 mm；晶體表面臟，自形程度差，多呈半自形—它形；晶間多被瀝青或泥質(zhì)充填，構(gòu)成微—粉晶白云巖、粉—細(xì)晶白云巖，巖性致密(見(jiàn)圖2(a))。

3.2細(xì)—中晶自形白云石

此類白云石在研究區(qū)寒武系分布不廣，最主要的特征是晶體形態(tài)較好，晶面平直，多呈半自形—自形，顯示其成礦速度緩慢；晶體表面有的較臟，有的較干凈；晶間孔隙較為發(fā)育，多被瀝青或泥質(zhì)充填(見(jiàn)圖2(b))。

3.3中—粗晶白云石

此類白云石晶粒粗大，介于0.5～1.0 mm，個(gè)別超過(guò)1.0 mm，晶體之間呈鑲嵌接觸，重結(jié)晶作用明顯；晶體表面一般較臟，有的表面較干凈；主要構(gòu)成中—粗晶白云巖，晶間孔、晶間溶孔和溶蝕孔洞較為發(fā)育，是研究區(qū)寒武系儲(chǔ)層的主要巖石類型(見(jiàn)圖2(c-d))。

圖2　塔東地區(qū)寒武系不同類型白云石鏡下特征Fig.2 Microscopical characteristic of different types of Cambrian dolomites in east Tarim basin

3.4鞍形白云石

此類白云石主要分布在溶蝕孔洞和裂縫中，晶粒粗大，可達(dá)中—粗晶級(jí)別；晶體表面較干凈，晶面彎曲，呈彎鐮刀狀；解理發(fā)育，正交偏光下具有典型的波狀消光(見(jiàn)圖2(e-f))。

4　地球化學(xué)特征

4.1X線衍射有序度

圖3　塔東地區(qū)寒武系不同類型白云石X線衍射有序度分布特征Fig.3 The order degree of X diffraction distribution characteristics of different types of Cambrian dolomites in east Tarim basin

X線衍射有序度分析結(jié)果(見(jiàn)圖3)表明：微—細(xì)晶它形白云石有序度低，主要在0.37～0.68之間，平均為0.47；細(xì)—中晶自形白云石有序度較高，主要在0.63～0.73之間，平均為0.67；中—粗晶白云石有序度高，主要在0.56～1.00之間，平均為0.82；鞍形白云石有序度最高，主要在0.73～1.00之間，平均為0.89。由圖3可以看出：(1)白云石樣品有序度數(shù)據(jù)具有一定的離散性，總體上，白云石晶體直徑越大有序度越高；(2)細(xì)—中晶自形白云石有序度明顯高于微—細(xì)晶它形白云石的，反映白云石自形程度越好有序度越高；(3)鞍形白云石有序度最高，說(shuō)明結(jié)晶溫度較高的白云石比結(jié)晶溫度低的白云石有序度更高。

4.2陰極發(fā)光

微—細(xì)晶它形白云石在陰極射線下發(fā)光暗或近于不發(fā)光(見(jiàn)圖4(a))，表明它們形成時(shí)間較早，處于近地表氧化環(huán)境，Mn、Fe質(zhì)量分?jǐn)?shù)低。

細(xì)—中晶自形白云石在陰極射線下發(fā)光較強(qiáng)，呈玫瑰紅色，也有部分樣品在陰極射線下具有環(huán)帶狀的亮玫瑰紅色發(fā)光特征；表明它們?cè)诼癫爻蓭r環(huán)境中獲取大量Mn2+，并且經(jīng)歷埋藏白云化流體的改造作用，在陰極射線下發(fā)光性較強(qiáng)，常呈環(huán)帶結(jié)構(gòu)，而未云化的灰泥基質(zhì)具很弱的陰極發(fā)光(見(jiàn)圖4(b))。

圖4　塔東地區(qū)寒武系不同類型白云石陰極發(fā)光特征Fig.4 Cathodoluminescence characteristics of different types of Cambrian dolomites in east Tarim basin

中—粗晶白云石的發(fā)光特征具有2種類型，Ⅰ型在陰極射線下呈暗玫瑰紅色光(見(jiàn)圖4(c))，Ⅱ型在陰極射線下呈亮橘紅色光(見(jiàn)圖4(d))。

鞍形白云石的發(fā)光特征也具有2種類型，Ⅰ型在陰極射線下呈暗玫瑰紅色光(見(jiàn)圖4(e))，Ⅱ型在陰極射線下呈亮橘紅色發(fā)光(見(jiàn)圖4(f))。鞍形白云石是熱液白云石組合的關(guān)鍵指示器[14]，表明可能存在兩期熱液流體(Ⅰ期貧乏Mn2+、Ⅱ期富含Mn2+)，形成2種不同類型的鞍形白云石；兩期熱液活動(dòng)也可能與2種不同類型的中—粗晶白云石成因密切相關(guān)。

4.3微量元素

白云巖的微量元素特征反映巖石在沉積時(shí)期或成巖作用改造過(guò)程中流體的性質(zhì)，對(duì)通過(guò)成巖環(huán)境的微量元素富集規(guī)律確定其成因具有重要作用[15]。研究區(qū)不同類型白云石樣品的微量元素組成具有明顯不同的特征。

微—細(xì)晶它形白云石的Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，總體在(59.20～183.43)×10-6之間，平均為123.57×10-6；Sr質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，總體在(283.42～654.16)×10-6之間，平均為468.79×10-6。碳酸鹽巖的成巖過(guò)程總體上具有Sr、Na減少，F(xiàn)e、Mn增加的趨勢(shì)[16]，低Mn、高Sr質(zhì)量分?jǐn)?shù)的特征反映其形成于成巖早期近地表?xiàng)l件下的氧化環(huán)境，發(fā)生白云化作用時(shí)，Mn處于高價(jià)狀態(tài)，不易進(jìn)入白云石晶格。

細(xì)—中晶自形白云石的Mn和Sr質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別平均為322.78×10-6和485.75×10-6，高M(jìn)n質(zhì)量分?jǐn)?shù)表明它形成于相對(duì)封閉、還原環(huán)境的埋藏條件。由于孔隙流體比沉積流體(海水)具有更高的Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)[17-18]，此類白云石可以獲取更多Mn；隨著埋深和地溫的增加其還原性增強(qiáng)，Mn2+更易于保存[19]。

Ⅰ型中—粗晶白云石的Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體在(40.60～253.14)×10-6之間，平均為111.85×10-6；Sr質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體在(50.06～109.01)×10-6之間，平均為79.59×10-6。Ⅰ型鞍形白云石的Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體在(46.57～175.28)×10-6之間，平均為104.07×10-6；Sr質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體在(73.64～105.95)×10-6之間，平均為90.79×10-6。它們具有低Mn和低Sr質(zhì)量分?jǐn)?shù)的特征(見(jiàn)圖5)。Ⅰ型中—粗晶白云石并沒(méi)有表現(xiàn)為埋藏白云化具有的高M(jìn)n質(zhì)量分?jǐn)?shù)的特征，表明它并非形成于埋藏白云化作用，而其成因與形成Ⅰ型鞍形白云石具有低Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)的熱液流體密切相關(guān)。

圖5　塔東地區(qū)寒武系不同類型中—粗晶白云石、鞍形白云石Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)和Mn/Sr交匯圖(橫坐標(biāo)為對(duì)數(shù)坐標(biāo))Fig.5 The Mn content and Mn/Sr intersection graph of different types of Cambrian medium-coarse crystalline dolomite and saddle dolomites in east Tarim basin

Ⅱ型中—粗晶白云石的Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體在(730.72～1 351.61)×10-6之間，平均為1 057.62×10-6；Sr質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體在(36.65～87.52)×10-6之間，平均為64.82×10-6。Ⅱ型鞍形白云石的Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體在(775.82～2 339.70)×10-6之間，平均為1 574.33×10-6；Sr質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體在(43.02～126.28)×10-6之間，平均為87.67×10-6。它們具有極高M(jìn)n和低Sr質(zhì)量分?jǐn)?shù)的特征(見(jiàn)圖5)，表明Ⅱ型中—粗晶白云石的成因與Ⅱ型鞍形白云石的形成具有極高M(jìn)n質(zhì)量分?jǐn)?shù)的熱液流體密切相關(guān)。Sr質(zhì)量分?jǐn)?shù)低的原因：一是埋深增大，成巖演化程度較高，導(dǎo)致Sr大量損失；二是熱液作用可以使Sr溶解，致使巖石中Sr質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降[19]。

4.4稀土元素

稀土元素配分特征是區(qū)分成巖流體屬于熱液、淡水或海水來(lái)源的重要標(biāo)志，在自然流體中沉積或成巖形成的巖石往往保留部分該流體的組分，與流體具有相似的稀土元素地球化學(xué)特征[20]。

微—細(xì)晶它形白云石稀土元素配分模式見(jiàn)圖6(a)，其δCe、δEu、ΣREE(稀土元素總量)和ΣLREE/ΣHREE(輕稀土元素與重稀土元素總量比值)平均值分別為0.90、0.90、31.81和9.47，具有輕稀土元素富集、重稀土元素虧損、Ce和Eu異常不顯著等特征，與同時(shí)期臺(tái)地相亮晶砂屑灰?guī)r的稀土元素配分模式十分接近，表明它具有良好的繼承性，未受外來(lái)流體的干擾；相對(duì)較高的ΣREE值表明其白云化流體是濃縮的高鹽度海水。

圖6　塔東地區(qū)寒武系不同類型白云石稀土元素配分模式(數(shù)據(jù)采用球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化處理)

細(xì)—中晶自形白云石稀土元素配分模式見(jiàn)圖6(b)，其δCe、δEu、ΣREE和ΣLREE/ΣHREE平均值分別為0.98、0.89、81.17和9.04，與鄭劍鋒[21]提出的塔里木盆地寒武—奧陶系埋藏白云巖Ce異常不明顯、Eu負(fù)異常的特征吻合。

Ⅰ型中—粗晶白云石(δCe值為0.81，δEu值為2.04)和Ⅰ型鞍形白云石(δCe值為0.93，δEu值為1.64)具有相似的稀土元素配分模式和稀土元素地球化學(xué)參數(shù)(見(jiàn)圖6(c))，表明它們?cè)诔梢蛏嫌袃?nèi)在聯(lián)系。Eu正異常表明受到熱液流體影響，導(dǎo)致巖石中重稀土元素向流體中遷移，且Eu2+取代白云石中的Ca2+，使白云石顯示Eu正異常。與大西洋中脊26.08° N的TAG熱液區(qū)[22]、印度洋中脊熱液[23]區(qū),以及塔河地區(qū)奧陶系[24]表現(xiàn)為Eu正異常、輕稀土元素相對(duì)富集、稀土元素主要來(lái)自下伏的玄武巖基底的熱液成因礦物，具有相似的稀土元素地球化學(xué)特征，表明其成巖流體與基性火成巖活動(dòng)相關(guān)的基性巖漿熱液流體有一定關(guān)系。

Ⅱ型中—粗晶白云石(δCe值為0.93，δEu值為0.63)和Ⅱ型鞍形白云石(δCe值為0.92，δEu值為0.70)也具有相似的稀土元素配分模式和稀土元素地球化學(xué)參數(shù)(見(jiàn)圖6(d))，表明它們?cè)诔梢蛏嫌袃?nèi)在聯(lián)系。與塔北地區(qū)下奧陶統(tǒng)及二疊紀(jì)中酸性巖漿熱液重結(jié)晶中—粗晶白云巖(δCe值為0.92，δEu值為0.53)，以及塔里木盆地二疊紀(jì)中酸性火成巖(δCe值為0.94，δEu值為0.54)[25]具有相似的稀土元素地球化學(xué)特征，表明其成巖流體類型與二疊系中酸性火成巖活動(dòng)相關(guān)的中酸性巖漿熱液有一定關(guān)系，繼承二疊系中酸性火成巖的稀土元素特征。

4.5碳氧穩(wěn)定同位素

Veizer J等研究寒武紀(jì)低鎂方解石生物殼的δ13CPDB值變化范圍為-2.00‰～0.26‰、δ18OPDB值變化范圍為-9.44‰～-7.03‰[26]；Keith M L等研究寒武系海相灰?guī)r的δ13CPDB值變化范圍為-1.85‰～1.03‰、δ18OPDB值變化范圍為-12.16‰～-7.62‰[27]。

圖7　塔東地區(qū)寒武系不同類型白云石碳氧穩(wěn)定同位素交匯圖Fig.7 The carbon and oxygen stable isotopic intersection graph of different types of Cambrian dolomites in east Tarim basin

微—細(xì)晶它形白云石δ13CPDB和δ18OPDB值變化范圍分別為0.98‰～2.63‰和-8.06‰～-6.09‰，平均值分別為1.46‰和-7.46‰(見(jiàn)圖7)，大于寒武紀(jì)低鎂方解石生物殼和海相灰?guī)r的δ13CPDB和δ18OPDB值。此類白云石中重碳、氧同位素更富集，表明參與白云化過(guò)程的流體為經(jīng)過(guò)蒸發(fā)作用而殘留的高礦化度濃縮海水，由于蒸發(fā)過(guò)程中存在同位素動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，使得殘留相濃縮海水相對(duì)富集重氧。結(jié)合此類白云石晶粒細(xì)小、表面較臟、多為非平直晶面它形晶，且白云化作用趨于原始結(jié)構(gòu)的保存及陰極發(fā)光、微量元素、稀土元素地球化學(xué)分析結(jié)果等特征，表明其成因機(jī)理為同生期高鹽度白云化作用。相較于鄭劍鋒提出的塔里木盆地寒武—奧陶系準(zhǔn)同生期高鹽度白云巖δ18OPDB值大于-6‰的標(biāo)準(zhǔn)[21]，微—細(xì)晶白云石具有更為偏負(fù)的δ18OPDB值，原因是準(zhǔn)同生期高鹽度白云化作用后經(jīng)歷復(fù)雜的成巖作用。

細(xì)—中晶自形白云石δ13CPDB和δ18OPDB值分別為1.87‰和-9.21‰(見(jiàn)圖7)。相較于微—細(xì)晶它形白云石，δ13CPDB值更高，δ18OPDB值更偏負(fù)。在埋藏環(huán)境下，由于受地溫梯度的影響，造成氧同位素的熱力學(xué)分餾[28-29]，使得δ18OPDB值更偏負(fù)，表明此類白云石的成因機(jī)理為埋藏白云化模式，與陰極發(fā)光、微量元素和稀土元素地球化學(xué)分析結(jié)果吻合。

Ⅰ型中—粗晶白云石的δ13CPDB值總體在-1.54‰～-0.12‰之間，平均為-0.68‰；δ18OPDB值總體在-11.59‰～-8.59‰之間，平均為-9.80‰。Ⅰ型鞍形白云石的δ13CPDB值總體在-1.29‰～-0.36‰之間，平均為-0.77‰；δ18OPDB值總體在-11.71‰～-8.43‰之間，平均為-9.92‰。它們具有相似的碳氧穩(wěn)定同位素值(見(jiàn)圖7)，即δ13CPDB低值、δ18OPDB高值；與 Luczaj J A等[30]測(cè)試的熱液白云石，以及Davies G R等[14]對(duì)全球熱液鞍形白云石碳氧穩(wěn)定同位素?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果較為一致，表明它們形成于高溫環(huán)境，且在成因上聯(lián)系，成巖流體具有一定的相似性。

Ⅱ型中—粗晶白云石的δ13CPDB值總體在0.87‰～1.68‰之間，平均為1.37‰；δ18OPDB值總體在-12.69‰～-12.14‰之間，平均為-12.37‰。Ⅱ型鞍形白云石的δ13CPDB值總體在0.53‰～1.79‰之間，平均為1.23‰；δ18OPDB值總體在-13.88‰～-10.88‰，平均為-12.59‰。它們具有相似的碳氧穩(wěn)定同位素值(見(jiàn)圖7)，即δ13CPDB低值偏正、δ18OPDB高值偏負(fù)；表明它們形成于高溫環(huán)境，在成因上聯(lián)系，成巖流體具有一定的相似性，且與Ⅰ型中—粗晶白云石、Ⅰ型鞍形白云石明顯區(qū)分。

4.6流體包裹體

對(duì)研究區(qū)中—粗晶白云石進(jìn)行包裹體均一溫度測(cè)定，中—粗晶白云石中流體包裹體均一溫度分布區(qū)間為150.10～211.80 ℃，平均為176.97 ℃，高于塔東地區(qū)寒武系在中生代之前埋藏形成的最高地層溫度(120 ℃)，說(shuō)明中—粗晶白云石為高溫?zé)嵋撼梢颉５V物的氧同位素組成也是流體性質(zhì)和溫度的函數(shù)[31]，根據(jù)中—粗晶白云石的δ18OPDB和包裹體均一溫度變化范圍對(duì)形成它們的流體性質(zhì)進(jìn)行恢復(fù)[32]，得到成巖流體δ18OSMOW值在2.0‰～10.0‰之間(見(jiàn)圖8)。在埋藏或深埋藏環(huán)境下，孔隙水δ18OSMOW值逐漸增加，但不超過(guò)(3.0±1.0)‰[33]；高溫下大部分與巖漿平衡的巖漿熱液δ18OSMOW值在6.0‰～8.0‰之間[34]；與花崗巖平衡的巖漿熱液δ18OSMOW值在5.5‰～12.0‰之間[34]。因此，根據(jù)流體δ18OSMOW值，形成研究區(qū)中—粗晶白云石的流體具備巖漿熱液的特征，為巖漿熱液和地層鹵水的混合，與Spencer R J[35]研究的流體氧同位素中δ18O組分偏多的原因和深部來(lái)源熱液流體混入密切相關(guān)的結(jié)論一致。

圖8　塔東地區(qū)寒武系中—粗晶白云石氧同位素(δ18OPDB)組成、流體包裹體均一溫度和流體氧同位素關(guān)系Fig.8 Cross plot showing the relationship between δ18OPDB values of medium-coarse crystalline dolomite and fluid inclusion homogenization temperature and δ18OSMOW values of dolomitizing fluids respectively in east Tarim basin

5　白云巖成因模式

5.1準(zhǔn)同生期高鹽度白云化作用

微—細(xì)晶白云巖趨于巖石原始結(jié)構(gòu)的保存，微—細(xì)晶它形白云石晶體細(xì)小，表面臟，自形程度差。地球化學(xué)特征表現(xiàn)為：在陰極射線下不發(fā)光或發(fā)光很暗；有序度低；具有低Mn和高Sr質(zhì)量分?jǐn)?shù)的特征；δ13CPDB和δ18OPDB值變化范圍分別為0.98‰～2.63‰和-8.06‰～-6.09‰；稀土元素方面表現(xiàn)為Ce和Eu異常不顯著，與同時(shí)期臺(tái)地相的亮晶砂屑灰?guī)r的稀土元素配分模式十分接近。表明微—細(xì)晶它形白云石形成時(shí)間早，為近地表氧化環(huán)境下準(zhǔn)同生期快速結(jié)晶的產(chǎn)物，其白云化流體為高鹽度濃縮海水(見(jiàn)圖9)。

5.2埋藏白云化作用

細(xì)—中晶自形白云石晶面平直，晶體形態(tài)好，自形程度高。地球化學(xué)特征表現(xiàn)為：在陰極射線下呈玫瑰紅色光，常具亮玫瑰紅色環(huán)帶；有序度較高；具有高M(jìn)n質(zhì)量分?jǐn)?shù)的特征；δ13CPDB和δ18OPDB平均值分別為1.87‰和-9.21‰；稀土元素方面表現(xiàn)為Ce異常不明顯，Eu負(fù)異常。表明細(xì)—中晶自形白云石為埋深較大、成礦溫度較高[36]、還原性較強(qiáng)等埋藏環(huán)境下緩慢結(jié)晶的產(chǎn)物(見(jiàn)圖9)。

5.3熱液白云化作用

鞍形白云石主要分布在溶蝕孔洞和裂縫中，晶粒粗大，晶體表面干凈，晶面彎曲，呈彎鐮刀狀，解理發(fā)育，正交偏光下呈典型波狀消光。地球化學(xué)特征表現(xiàn)為2種類型：Ⅰ型鞍形白云石在陰極射線下呈暗玫瑰紅色光，有序度高，具有低Mn和Sr質(zhì)量分?jǐn)?shù)的特征，δ13CPDB和δ18OPDB值變化范圍分別為-1.29‰～-0.36‰和-11.71‰～-8.43‰，稀土元素方面表現(xiàn)為Eu正異常；Ⅱ型鞍形白云石在陰極射線下呈亮橘紅色光，有序度高，具有極高M(jìn)n和低Sr質(zhì)量分?jǐn)?shù)的特征，δ13CPDB和δ18OPDB值變化范圍分別為0.53‰～1.79‰和-10.88‰～-13.88‰，稀土元素方面表現(xiàn)為Eu負(fù)異常。表明研究區(qū)存在Ⅰ、Ⅱ兩期熱液活動(dòng)，Ⅰ期為基性巖漿熱液，Ⅱ期為中酸性巖漿熱液。在基性火成巖和中酸性火成巖活動(dòng)時(shí)期，與之相關(guān)的基性巖漿熱液流體和中酸性巖漿熱液流體沿下切至基底的斷裂系統(tǒng)向上運(yùn)移，在裂縫和溶蝕孔洞中沉淀，分別形成Ⅰ型鞍形白云石和Ⅱ型鞍形白云石(見(jiàn)圖9)。這與研究區(qū)基底組成復(fù)雜，既有基性麻粒巖、玄武巖基底，又有中酸性花崗巖基底的特征相吻合。

5.4熱液重結(jié)晶白云化作用

中—粗晶白云石晶粒粗大，晶體之間呈鑲嵌狀接觸，重結(jié)晶作用明顯。地球化學(xué)特征表現(xiàn)為2種類型：Ⅰ型中—粗晶白云石與Ⅰ型鞍形白云石特征相似，在陰極射線下呈暗玫瑰紅色光，有序度高，具有低Mn和低Sr質(zhì)量分?jǐn)?shù)的特征，δ13CPDB和δ18OPDB值變化范圍分別為-1.54‰～-0.12‰和-11.59‰～-8.59‰，稀土元素方面表現(xiàn)為Eu正異常；Ⅱ型中—粗晶白云石與Ⅱ型鞍形白云石特征相似，在陰極射線下呈亮橘紅色光，有序度高，具有極高M(jìn)n和低Sr質(zhì)量分?jǐn)?shù)的特征，δ13CPDB和δ18OPDB值變化范圍分別為0.87‰～1.68‰和-12.69‰～-12.14‰，稀土元素方面表現(xiàn)為Eu負(fù)異常。表明Ⅰ、Ⅱ型中—粗晶白云石的形成與Ⅰ、Ⅱ期巖漿熱液流體對(duì)原來(lái)已經(jīng)存在的晶粒細(xì)小白云石的重結(jié)晶改造作用有關(guān)。早期白云化作用過(guò)程能使晶粒細(xì)小的白云巖產(chǎn)生均勻分布的晶間空隙，白云巖比灰?guī)r性質(zhì)更脆，在上覆巖層的壓實(shí)作用下可以產(chǎn)生較多微裂縫；這些微裂縫能溝通已有孔隙，使沿深大斷裂系統(tǒng)向上運(yùn)移的高溫巖漿熱液彌散在整個(gè)巖層中，在巖層整體的重結(jié)晶作用下形成研究區(qū)分布較為廣泛的中—粗晶白云巖(見(jiàn)圖9)。

圖9　塔東地區(qū)寒武系白云巖成因機(jī)制模式Fig.9 The mode of formation mechanism of Cambrian dolomite in east Tarim basin

6　結(jié)論

(1)塔東地區(qū)寒武系白云巖主要為晶粒結(jié)構(gòu)，按晶粒大小、晶形、晶體表面特征等將白云石分為微—細(xì)晶它形白云石、細(xì)—中晶自形白云石、中—粗晶白云石和鞍形白云石4種類型。

(2)不同類型白云石地球化學(xué)特征差異明顯，按微—細(xì)晶它形白云石→細(xì)—中晶自形白云石→Ⅰ型中—粗晶白云石、Ⅰ型鞍形白云石→Ⅱ型中—粗晶白云石、Ⅱ型鞍形白云石的順序，陰極發(fā)光特征分別為：不發(fā)光→發(fā)玫瑰紅色光→發(fā)暗玫瑰紅色光→發(fā)亮橘紅色光；稀土元素特征分別為：Ce和Eu異常均不顯著→Ce異常不明顯、Eu負(fù)異常→Ce異常不明顯、Eu正異常→Ce異常不明顯、Eu負(fù)異常。碳氧穩(wěn)定同位素方面表現(xiàn)為：δ13CPDB值較為相似，Ⅰ型中—粗晶白云石和鞍形白云石δ13CPDB值為負(fù)值，Ⅱ型中—粗晶白云石和鞍形白云石δ13CPDB值為正值；δ18OPDB值差異較大，按微—細(xì)晶它形白云石→細(xì)—中晶自形白云石→中—粗晶白云石→鞍形白云石的順序，總體上δ18OPDB值向負(fù)方向偏移。

(3)微—細(xì)晶它形白云石和細(xì)—中晶自形白云石成因機(jī)制分別為準(zhǔn)同生期高鹽度白云化作用和埋藏白云化作用；鞍形白云石成因機(jī)制為熱液白云化作用，可分為2種類型，Ⅰ型鞍形白云石的形成與Ⅰ期基性巖漿熱液相關(guān)，Ⅱ型鞍形白云石的形成與Ⅱ期中酸性巖漿熱液有關(guān)；中—粗晶白云石的成因機(jī)制為熱液重結(jié)晶白云化作用，也可分為2種類型，Ⅰ型中—粗晶白云石的重結(jié)晶流體為Ⅰ期基性巖漿熱液，Ⅱ型中—粗晶白云石的重結(jié)晶流體為Ⅱ期中酸性巖漿熱液。

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2015-09-11；編輯：朱秀杰

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41272150)

符浩(1991-)，男，碩士研究生，主要從事儲(chǔ)層地質(zhì)學(xué)與儲(chǔ)層地球化學(xué)方面的研究。

李國(guó)蓉，E-mail: liguorong@cdut.cn

10.3969/j.issn.2095-4107.2016.02.006

P588.3；TE122.2

A

2095-4107(2016)02-0047-11