鄂爾多斯盆地延長組長7油層組碳酸質噴積巖初探

鄭慶華，劉行軍，柳益群，周鼎武，楊開艷，王貴文，張洋洋，陳朕，劉亮

1.榆林學院化學與化工學院，陜西榆林 719000

2.中國石油測井有限公司長慶事業部，西安 710201

3.西北大學地質學系，西安 710069

4.山東科技大學地球科學與工程學院，山東青島 266590

5.中國石油新疆油田分公司風城油田作業區，新疆克拉瑪依 834000

0 引言

黑色巖系的概念于1973年首次被提出[1]，專指廣泛分布于我國南方下寒武統牛蹄塘組的海相黑色頁巖、黑色硅質巖等。目前，關于黑色巖系的定義尚不統一，主要指“以黑色泥巖、頁巖等細粒沉積巖為主的一套巖性組合”[2]，常為烴源巖。1996年，熊壽生等[3]就已提出我國各裂谷盆地黑色巖系中均發育玄武質熔巖及其凝灰碎屑巖和膏鹽巖夾層的認識。現有研究表明，黑色巖系中發育的“黑色頁巖、油頁巖、碳硅泥巖”等巖性與深大斷裂、深源巖漿有關的海/湖相熱水沉積巖密切相關，常形成熱液型鈾礦床[4]。可見，黑色巖系發育過程中常伴有深源巖漿—熱液活動。2013年，柳益群等[5]通過野外露頭和鉆井取心觀察，薄片鑒定、電子探針、全巖元素分析等分析測試方法，首次在新疆三塘湖盆地二疊系蘆草溝組黑色巖系中提出了噴積巖的新認識，噴積巖即深源巖漿—熱液物質流體以噴爆、噴溢、噴流方式參與海/湖相沉積作用過程形成的新類型沉積巖，其在巖石、礦物和地球化學上具有巖漿—熱液沉積特征，按物質來源、形成方式和結構構造可劃分為噴爆巖、噴溢巖、噴流巖等成因巖石組合系列。

鄂爾多斯盆地延長組烴源巖主要位于長7油層組[6]，該油層組油頁巖等黑色巖系巖性最為發育[7]，具有良好的噴積巖發育條件，如其沉積期鄂爾多斯盆地內部存在基底深大斷裂活化[8]和殼—幔巖漿活動[9]，盆地周緣火山活動強烈[10]，同時其黑色巖系中也發現了熱水沉積巖（噴流巖）[11-12]和熱液鈾礦[13]。以鄂爾多斯盆地延長組長7油層組長73小層黑色巖系發育的淌泥河剖面和霸王莊剖面為例，其地質上位于該盆地多組北西走向與北東走向基底深大斷裂的交匯處[10]，附近走滑斷層、正斷層發育[14]，可見鄰近香1井中的霞石正長斑巖和粗面巖共生于長73小層油頁巖內[15]，同時長73小層凝灰巖也較為發育，可能為盆地南部的火山噴發沉積[10]，為本次研究的重點。2017年，董杰等[14]在霸王莊剖面長73小層油頁巖中發現了灰巖、白云巖等碳酸質結核，并對其巖石學、礦物學、碳氧同位素特征進行了初步研究，認為結核的形成與產烷帶微生物代謝活動有關，其中富含的方解石和白云石圓球粒可能是藍細菌細胞方解石化或白云石化的結果，即該碳酸質結核為“生物作用和成巖作用形成的次生碳酸鹽巖結核”。然而，本文發現上述碳酸質結核可能屬于碳酸質噴積巖，其在巖石、礦物和地球化學上具有巖漿—熱液沉積特征，可按物質來源、形成方式和結構構造劃分為碳酸質噴爆巖、碳酸質噴溢巖、碳酸質噴流巖等成因巖石組合系列[15]。

為此，本次研究以延長組長7油層組野外露頭剖面為主（淌泥河剖面和霸王莊剖面）、取心井為輔（H269井、Y56井、G135井、C96井、ZH22井、Z62井、香1井），取樣19塊，磨制電子探針薄片21個、普通薄片10個，掃描電鏡制樣10個，通過巖石薄片鑒定（31個），掃描電鏡分析（10個），電子探針分析（8個）以及全巖主量元素、微量元素、稀土元素分析（8件）等分析測試方法對碳酸質結核等巖性的巖石學、礦物學及地球化學特征進行初步分析，并嘗試以2013年柳益群等[5]提出的噴積巖概念體系為指導，探索性地建立起碳酸質噴積巖巖石組合系列，以期為鄂爾多斯盆地延長組長7油層組黑色巖系生烴研究提供理論參考。

1 地質概況

鄂爾多斯盆地橫跨陜西、甘肅、寧夏、內蒙古、山西五省，是在華北克拉通地塊基礎上發育起來的中新生界含油氣沉積盆地，其上三疊統延長組沉積記錄了鄂爾多斯大型內陸湖盆從發生、發展到消亡的完整演化歷史,自上而下劃分為長1～長10十個油層組，其中長7油層組（自上而下又可劃分為長71、長72和長73三個小層）發育于該湖盆的鼎盛時期，半深湖—深湖區面積最大，油頁巖等黑色巖系巖性最發育[6-7]，特別是長73小層。該盆地石油主要分布于北起鹽池、南至銅川、西抵崇信、東達安塞范圍的延長組和延安組（本次研究區）（圖1a），受長7油層組黑色巖系中油頁巖等烴源巖發育區的控制（圖1b）。可根據基底性質、現今構造形態及特征將鄂爾多斯盆地劃分為六個一級構造單元，即伊盟隆起、西緣逆沖帶、渭北隆起、晉西撓褶帶、天環坳陷和伊陜斜坡[6]，其中本次研究的H269井、Y56井、G135井、C96井、ZH22井、Z62井、香1井和淌泥河剖面、霸王莊剖面橫跨天環坳陷、伊陜斜坡和渭北隆起三個一級構造單元（圖1a）。

圖1 鄂爾多斯盆地地質簡圖（a）鄂爾多斯盆地構造單元及研究區位置圖（據文獻[6]修改）；（b）研究區內長7油層組油頁巖厚度分布圖（據文獻[7]修改）Fig.1 Simplified geological map of the Ordos Basin

2 碳酸質噴積巖的巖礦特征

噴積巖是地球深部巖漿—熱液流體脈動式噴流沉積的累積物，富含幔源熱液礦物和巖漿微屑，發育微角礫、碎裂結構和同沉積變形構造等[5]。按物質來源、形成方式和結構構造特征，可將鄂爾多斯盆地長7油層組碳酸質噴積巖劃分為三大類型：碳酸質噴爆巖，以巖漿噴發爆破形成的巖漿碎屑為特征；碳酸質噴溢巖，以發育巖漿溢流特征的礦物及結構構造為特征；碳酸質噴流巖，以“白煙囪型”礦物組合為特征[15]。

2.1 碳酸質噴爆巖

噴爆巖指深源巖漿、熱液物質流上涌進入湖（洋）底噴流通道，巖漿礦物爆炸和破碎形成的微粒晶質礦物碎屑被含熱液流體的湖水（海水）所膠結而形成的紋層狀微角礫沉積巖，常與噴溢巖或熱水沉積巖伴生，具有正粒序，成分相對單一，碎屑常呈棱角狀、爆裂狀[5]。

鄂爾多斯盆地長73小層碳酸質噴爆巖主要呈紋層狀順層分布于油頁巖或凝灰巖中，具有疊錐狀隱晶質結構和半自形粒狀結構特征，前者可能為一種特殊的碳酸質噴爆巖[15]。

在薄片上（樣品JB4A），疊錐狀隱晶質碳酸質噴爆巖與碳酸質噴溢巖共生，呈紋層狀順層分布，大量瀝青質等有機質發育其間（圖2a～g）。下部疊錐狀隱晶質碳酸質噴爆巖呈正粒序，碳酸質碎屑呈棱角狀、爆裂狀（圖2a～c）；中部噴溢為主的疊錐狀隱晶質碳酸巖正粒序不明顯，具有熔巖流動特征（圖2a，d，e）；上部疊錐狀隱晶質碳酸質噴爆巖呈正粒序，碳酸質碎屑呈撕裂狀、爆裂狀（圖2a，f，g）[15]。

半自形粒狀結構碳酸質噴爆巖常與黑色瀝青質等有機質共生，可見由方解石礦物組成的碳酸質噴爆巖呈紋層狀順層分布，方解石顆粒發育半自形—自形結構，呈棱角狀、爆裂狀（圖2h～j），與新疆三塘湖盆地二疊系蘆草溝組黑色巖系中發育的碳酸質噴爆巖一致[5]。

圖2 陜西省銅川市金鎖關鎮延長組長73小層碳酸質噴爆巖（a）霸王莊黑色油頁巖中碳酸質噴溢巖和噴爆巖，JB4A；（b）為（a）的下部紅框內的單偏光特征，可見碳酸質碎屑呈棱角狀、破裂狀（-）；（c）為（b）的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏試板）；（d）為（a）的中部紅框內的噴溢碳酸巖的單偏光特征（-）；（e）為（d）的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏試板）；（f）為（a）的上部紅框內的單偏光特征，可見碳酸質碎屑呈撕裂狀、破裂狀（-）；（g）為（f）的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏試板）；（h）單偏光下，淌泥河塵凝灰巖中由方解石組成的碳酸質噴爆巖紋層特征（-）；（i）為（h）的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏試板）；（j）為（h）中放大的方解石顆粒呈棱角狀、破裂狀（-）Fig.2 Carbonatite explosive rock in Chang 73 submember of Yanchang Formation in Jinsuoguan town,Tongchuan city,Shaanxi province

2.2 碳酸質噴溢巖

噴溢巖是指巖漿在低壓下沿噴流通道寧靜式溢流進入湖（洋）底冷凝、結晶或氣化后形成粉塵狀顆粒（多具同沉積軟變形構造）并與湖水混合沉積而成的巖石[5]。

鄂爾多斯盆地延長組長73小層野外露頭剖面見順層狀分布于油頁巖或凝灰巖中的橢球狀碳酸巖透鏡體（圖3a，b），可能為同沉積期形成。碳酸巖透鏡體呈灰褐色、褐灰色或褐黑色，為富含瀝青質等有機質所致，底部為層狀構造，向上變為塊狀構造（圖3c）。薄片上，從底到上反映了碳酸巖熔巖的噴溢、結晶過程（圖3d）：底部發育的灰褐色紋層狀、流動狀的隱晶質噴溢碳酸巖（圖3d，e）與瀝青質等有機質相間共生，向上噴溢碳酸巖厚度增加，流動特征越發不明顯，結晶程度變高，瀝青質等有機質減少（圖3d，f）；中下部發育的淺灰褐色噴溢碳酸巖可見類似于“海相玄武巖熔巖流形成的枕狀構造”，含較少瀝青質等有機質（圖3d，g，h）；上部灰褐色碳酸巖為它形鑲嵌狀結構，含少量瀝青質等有機質（圖3d，i，j）[15]。圖3d中的下、中、上紅框內巖性分別對應樣品JB-7-1、JB-7-2和JB-7-3（含JB-7-3-1、JB-7-3-2）。

上述碳酸巖CaO和SiO2的質量分數分別為94.01%、3.89%，方解石體積百分含量大于90%，粒徑主要介于100～400μm，為典型的中粒相鈣質碳酸巖[16]。

圖3c中的上部紅框與圖3d中的上部紅框內的巖性相似，為灰褐色噴溢碳酸巖（樣品BK-1），但熱水蝕變特征明顯，總體反映碳酸巖溢流出湖底后與熱水沉積伴生。樣品BK-1為他形鑲嵌結構的方解石碳酸巖（圖4a～c），其內由巖漿淬火迅速冷卻而結晶、順解理破裂的方解石發育，方解石周圍呈放射狀（圖4d～f），可能為熱水蝕變所致。熱水蝕變強烈時，方解石總體可具有球狀特征（圖4g～i）。方解石及其周圍呈放射狀部分的電子探針分析表明，礦物主要為方解石，其次為堿性長石（鉀長石）、含鎂方解石、磷灰石等碳酸巖中常見的礦物組合，可見重晶石、石英、伊利石等熱水沉積礦物組合（圖4j～l）[15]。重晶石直徑介于幾個微米到幾十個微米，多呈不規則狀，常呈單體或集合體狀分布于方解石間、含鎂方解石微碎屑內的溶孔間，或包繞含鎂方解石微碎屑形成環邊（圖4k，l）。同時，碳酸巖中可見一定量的石英（圖4k），而石英一般不與正常沉積的碳酸鹽礦物共生[17]，在熱水沉積中發育[18]。

圖3 陜西省銅川市金鎖關鎮霸王莊延長組長73小層碳酸質噴溢巖（a）碳酸巖透鏡體順層分布于細砂級晶屑凝灰巖中；（b）碳酸巖透鏡體呈橢球狀；（c）碳酸巖透鏡體底部的層狀構造；（d）為（c）下部紅框內的普通薄片特征；（e）為（d）下部紅框內底部的單偏光特征（-）；（f）為（d）下部紅框內頂部的單偏光特征（-）；（g）為（d）中部紅框內的單偏光特征（-）；（h）為（g）的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏試板）；（i）為（d）上部紅框內的單偏光特征（-）；（j）為（i）的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏試板）Fig.3 Carbonatite effusive rock in Chang 73 submember of Yanchang Formation in Bawangzhuang village,Jinsuoguan town,Tongchuan city,Shaanxi province

圖4 陜西省銅川市金鎖關鎮霸王莊延長組長73小層碳酸質噴溢巖（a）圖3c中上部紅框內的他形鑲嵌結構碳酸巖的單偏光特征，BK-1（-）；（b）為（a）的正交偏光下特征（+）；（c）為（a）的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏試板）；（d）為（a）中方解石顆粒周緣被蝕變為放射狀的單偏光特征（-）；（e）為（d）的正交偏光下特征（+）；（f）為（d）的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏試板）；（g）為（a）中方解石顆粒周緣被蝕變為球形的單偏光特征（-）；（h）為（g）的正交偏光下特征（+）；（i）為（g）的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏試板）；（j）為（a）的電子探針背散射下方解石呈球形放射狀；（k）為（a）的電子探針背散射下方解石周圍呈放射狀，其間發育重晶石、磷灰石、含鎂方解石、鉀長石和伊利石等；（l）為（a）的電子探針背散射下大量方解石周圍呈放射狀，顆粒間發育重晶石、含鎂方解石Fig.4 Carbonatite effusive rock between Chang 73 submember of Yanchang Formation in Bawangzhuang village,Jinsuoguan town,Tongchuan city,Shaanxi province

2.3 “白煙囪型”噴流巖

噴流巖是指以熱液噴流為特征的“白煙囪型”和“黑煙囪型”熱水沉積巖[5]，其中“白煙囪型”噴流巖主要表現為鐵白云巖紋層、鐵白云巖脈兩種類型[15]，主要呈順層狀分布，常見其早成巖A期及之前的充填、交代產物，反映沉積物尚未完全固結的同沉積特征[19]。

2.3.1 鐵白云巖紋層

“白煙囪型”鐵白云巖紋層為同沉積期產物，主要在油頁巖中呈水平狀或低角度斜層狀順層分布（圖5a～c），大量發育可形成“鐵白云巖脈”（圖5d，對應樣品ZH22-1624）。鐵白云巖紋層為鐵白云石微晶集合體構成，具有脈動性紋層結構（圖5c,e，f）。

圖5 鄂爾多斯盆地延長組長73小層“白煙囪型”微晶鐵白云巖紋層（碳酸質噴流巖）（a）B36井，2 002.15 m，近水平狀順層分布的鐵白云巖紋層；（b）B522井，1 943.44 m，近水平狀和斜層狀分布的鐵白云巖紋層；（c）陜西省銅川市金鎖關鎮霸王莊近水平狀鐵白云巖紋層；（d）ZH22井，1 624.65 m，大量鐵白云巖紋層形成似水平狀鐵白云巖脈，Z22-1624；（e）為（c）中鐵白云巖紋層發育反映同沉積特征的構造（+、石膏）；（f）為（c）中鐵白云巖微晶組成的脈動性紋層結構（+、石膏）Fig.5 Laminated“white smoke type”microcrystalline iron dolomite in carbonatite exhalative hydrothermal rock in Chang 73 submember of the Yanchang Formation,Ordos Basin

2.3.2 鐵白云巖脈

鐵白云巖脈一般呈近水平狀順層分布，為同沉積期產物（對應樣品H269-2533）（圖6a）。在熱水噴口附近，鐵白云巖脈底部常與高角度鐵白云巖細脈相連（圖6b，c），具有共生關系。鐵白云巖脈中部常發育疊椎狀結構（圖6a，d，e），而邊部常發育近垂直的板條狀結構（圖6a，d，f），可能為熱液快速冷凝成因。疊椎狀結構的鐵白云巖脈（圖6a，d，e）富含Sb、Mn等元素（圖6g，h），反映熱水沉積特征。與鐵白云巖脈底部相連的高角度鐵白云巖細脈常與黃鐵礦細脈共生（圖6c，i），后者發育于前者內（圖6i～k），表明二者均為同沉積期產物，但黃鐵礦脈形成稍晚于鐵白云巖脈。同時，鐵白云巖脈，特別是發生同沉積變形而破碎的鐵白云巖脈內發育黃鐵礦且交代鐵白云石（圖6c，i，l～r）。

圖6 鄂爾多斯盆地延長組長73小層“白煙囪型”鐵白云巖脈（碳酸質噴流巖）（a）H269井，2 533.10 m，水平狀分布的鐵白云巖脈；（b）Y56井，3 065.00 m，鐵白云巖脈及其底部的鐵白云巖細脈；（c）ZH22井，1 624.40 m，鐵白云巖脈及其底部的鐵白云巖和黃鐵礦細脈；（d）為（a）中紅框中的鐵白云巖脈薄片；（e）為（d）中上部紅框中水平狀分布且具疊椎狀結構的鐵白云巖的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏）；（f）為（d）中下部紅框中鐵白云巖脈的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏）；（g）為（e）中疊椎狀結構的鐵白云巖脈的掃描電鏡特征；（h）為（g）中具疊椎狀結構的白云巖的掃描電鏡能譜分析特征；（i）G135井，1 837.40 m，鐵白云巖脈形成水平狀分布、疊椎狀結構的鐵白云巖脈，內發育熱液黃鐵礦脈，兩者為共生關系（右側為頂）；（j）為（i）中左側紅框中正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏）；（k）為（j）的單偏光下反射光特征，反映隱晶質熱液鐵白云巖脈內部發育熱液黃鐵礦脈，后者形成稍晚于前者，兩者為共生關系（-、反）；（l）為（i）中右側紅框中正交偏光下插入石膏試板特征，見水平狀、疊椎狀結構的鐵白云巖脈及其脈附近熱液白云巖交代圍巖碎屑顆粒，其內發育熱液黃鐵礦沉積（+、石膏）；（m）為（l）的單偏光下反射光特征（-、反）；（n）G135井，1 824.65 m，原水平狀、疊椎狀結構的鐵白云巖脈發生強烈的同沉積變形構造而破碎，并被黃鐵礦充填并交代（右側為頂）；（o）為（n）中紅框內正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏）；（p）為（o）的單偏光下反射光特征，反映（n）中原水平狀、疊椎狀結構的鐵白云巖脈破碎，其間充填黃鐵礦（-、反）；（q）為（o）中紅框內正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏）；（r）為（q）的單偏光下反射光特征，反映破碎的鐵白云巖脈，被黃鐵礦所包繞并交代（-、反）Fig.6 Veined“white smoke type”iron dolomite in carbonatite exhalative hydrothermal rock,Chang 73 submember,Yanchang Formation,Ordos Basin

3 碳酸質噴積巖的地球化學特征

噴積巖的巖漿—熱液活動萃取了海/湖相沉積物中的化學元素，導致其具有較復雜的地球化學特征[5]。

3.1 微量元素地球化學特征

鄂爾多斯盆地延長組長73小層碳酸質噴爆巖（JB4A）、噴溢巖（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1）在微量元素特征上與世界鐵質、鎂質、鈣質碳酸巖相似，具有較高的不相容元素（Sr、Ba、Rb、U、Th、Nb、Sc、Ta、La、Ce等）和LREE元素、低的HREE元素和高LREE／HREE值的特征（表1，2、圖7，8）[15]，而正常沉積的碳酸鹽巖多不具備上述地球化學特征[23]。同時，碳酸質噴溢巖透鏡體樣品從底至頂（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1）熱液改造作用增強，表現為不相容元素（除Sr）呈現明顯的降低趨勢（表1，2、圖7，8），特別是頂部樣品BK-1更加富集熱水沉積中常見的Sr、Ba元素。

在微量元素沉積石灰巖標準化配分圖上，“白煙囪型”噴流巖鐵白云巖紋層樣品ZH22-1624與碳酸質噴溢巖樣品JB-7-1、JB-7-2相似，而鐵白云巖脈樣品H269-2533與碳酸質噴爆巖（JB4A）、噴溢巖（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1）樣品相似，特別是樣品BK-1（表1、圖7）。因此，此類“白煙囪型”噴流巖與碳酸巖及其相關的熱水沉積具有相關性。

表1 鄂爾多斯盆地延長組長73小層碳酸質噴積巖及其他相關碳酸巖、碳酸鹽巖微量元素含量（×10-6）Table 1 Trace elements in carbonatite ESR, Chang 73 submember of Yanchang Formation, Ordos Basin, and related carbonatite and carbonate rocks (×10-6)

3.2 稀土元素地球化學特征

從碳酸質噴爆巖（JB4A）到碳酸質噴溢巖（從底到頂，如JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1），特別是碳酸質噴溢巖從底到頂受熱水改造作用越發明顯，表現為ΣREE、HREE、Eu負異常程度降低（表2、圖8），如碳酸質噴溢巖頂部（樣品BK-1）具有典型的熱水沉積地球化學特征，表現為輕/重稀土元素分異、Eu正異常。

在稀土元素球粒隕石標準化配分圖上，“白煙囪型”噴流巖樣品ZH22-1624與碳酸質噴溢巖樣品JB-7-3-1、JB-7-3-2相似，而樣品H269-2533與碳酸質噴爆巖（JB4A）、噴溢巖（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2）相似（圖8），這也反映此類“白煙囪型”噴流巖與碳酸巖及其相關的熱水沉積具有相關性。

同時，在稀土元素球粒隕石標準化配分圖上，世界鐵質、鎂質碳酸巖與研究區碳酸質噴爆巖（JB4A）、噴溢巖（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1）相似，反映幔源巖漿成因特征（圖8）。最近，有研究者發現位于鄂爾多斯盆地內部銅川市金鎖關鎮霸王莊西部的慶深1井薊縣系白云巖中發育的鎂質碳酸巖巖脈鋯石年齡為240 Ma[21]，與長73小層底部凝灰巖形成年齡相當[24]。慶深1井薊縣系白云巖中的鎂質碳酸巖侵入巖脈（樣品QS1、QS2）與世界鈣質碳酸巖較為相似，而緊臨侵入鎂質碳酸巖脈的白云巖圍巖（樣品QS3、QS4）可能受到熱水作用的改造，與碳酸質噴爆巖（JB4A）、噴溢巖（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2）相似（表2、圖8），表明碳酸質噴爆巖（JB4A）、噴溢巖（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2）的成因可能與薊縣系約240 Ma發育的鎂質碳酸巖及其白云巖圍巖有相關性[15]。

圖8 鄂爾多斯盆地延長組長73小層碳酸質噴積巖稀土元素球粒隕石標準化配分及其對比（球粒隕石數據據文獻[22]）Fig.8 Carbonatite ESR REE pattern compared to sedimentary limestone in Chang 73 submember of Yanchang Formation,Ordos Basin(chondrite data from reference[22])

表2 鄂爾多斯盆地延長組長73小層碳酸質噴積巖及其他相關碳酸巖、碳酸鹽巖稀土元素含量（×10–6）Table 2 Rare earth elements (REE) in carbonatite ESR in Chang 73 submember of Yanchang Formation,Ordos Basin, and related carbonatite and carbonate rocks (×10–6)

3.3 特征元素成因判識

LgU-LgTh關系圖解中（圖9），靠近東太平洋中脊熱水沉積范圍樣品為JB4A、JB-7-1，位于東太平洋中脊熱水沉積范圍內樣品為JB-7-2，石化的熱水沉積范圍內樣品為JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1；不同沉積物Zr-Cr關系圖解中（圖10），樣品JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1、ZH22-1624整體呈現出向熱液含金屬沉積物趨勢線集中的趨勢；不同沉積物Zn-Ni-Co關系圖解中（圖11），“白煙囪型”噴流巖樣品H269-2533與JB-7-1、JB-7-2靠近或位于海底熱水沉積范圍內[15]。上述特征，總體顯示出從碳酸質噴爆巖（JB4A）到碳酸質噴溢巖（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2）受熱液改造作用增強的特征。

圖9 鄂爾多斯盆地延長組長73小層碳酸質噴積巖LgU?LgTh關系圖解（底圖據文獻[25]）Fig.9 Relationship diagram of carbonatite ESR for LgU and LgTh in Chang 73 submember of Yanchang Formation,Ordos Basin(base map from reference[25])

圖10 鄂爾多斯盆地延長組長73小層碳酸質噴積巖Zr?Cr關系圖解（底圖據文獻[26]）Fig.10 Relationship diagram of carbonatite ESR for Zr and Cr in Chang 73 submember of Yanchang Formation,Ordos Basin(base map from reference[26])

圖11 鄂爾多斯盆地延長組長73小層碳酸質噴積巖Zn?Ni?Co關系圖解（底圖據文獻[27]）Fig.11 Relationships of carbonatite ESR for Zn,Ni and Co in Chang 73 submember of Yanchang Formation,Ordos Basin(base map from reference[27])

3.4 同位素地球化學特征

前人研究表明，鄂爾多斯盆地延長組長73小層“白煙囪型”噴流巖樣品（微晶鐵白云巖紋層）全巖微量元素富集Mn（1 338μg/g）、Cu（366μg/g）等元素，且Sr、U、V、Mo等元素正異常，顯示熱水沉積特征[12]。同時，上述微晶鐵白云巖紋層內的單礦物原位δ13CV-PDB值、δ18OV-PDB值 分 別 為3.03‰、-16.41‰，2.88‰、-16.70‰[12]，根據δ18OV-SMOW=1.030 91δ18OV-PDB+30.01[28]，δ18OV-SMOW值分別為13.10‰、12.79‰，位于南非火成巖碳酸巖范圍內，顯示火成碳酸巖特征（圖12）；或臨近碳酸巖分布區，位于2.0 Ga石灰石范圍內，顯示石灰石和碳酸巖過渡特征（圖13）。

圖12 鄂爾多斯盆地延長組長73小層微晶鐵白云巖紋層δ13CV?PDB?δ18OV?SMOW關系圖（底圖中，原生碳酸巖數據據文獻[29]，南非火成碳酸巖數據據文獻[30]，淡水碳酸鹽和海相碳酸鹽數據據文獻[31]）Fig.12 Relationships betweenδ18CV?PDB andδ18OV?SMOW in laminated microcrystalline iron dolomite,Chang 73 submember of Yanchang Formation,Ordos Basin(in base map,carbonatite data from reference[29];southern African carbonatite data from reference[30];freshwater and marine carbonate data from reference[31])

圖13 鄂爾多斯盆地延長組長73小層微晶鐵白云巖紋層δ13CV?PDB?δ18OV?SMOW關系圖（底圖據文獻[32]）Fig.13 Relationships betweenδ18CV?PDB andδ18OV?SMOW in laminated microcrystalline iron dolomite,Chang 73 submember of Yanchang Formation,Ordos Basin(base map from reference[32])

4 碳酸質噴積巖與生烴的關系

巖石學、礦物學及地球化學特征研究表明，鄂爾多斯盆地延長組長7油層組黑色巖系沉積期可能發育一套深源碳酸質噴積巖（即碳酸質巖漿—熱液噴流型沉積巖），對其油頁巖等烴源巖生烴研究具有重要的理論和實際意義。

熱液活動可以提高沉積物中有機物質的含量[33]，利于烴源巖的發育。鄂爾多斯盆地三疊系延長組長73小層黑色巖系也具有該特征，其油頁巖等烴源巖Al/（Al+Fe+Mn）比值與總有機碳（TOC）含量具有良好的正相關性，表明烴源巖形成期熱液活動強度越大，有機質豐度越高[11]。鄭慶華[15]通過大量的巖石薄片觀察也發現長73小層黑色巖系烴源巖主要生烴母質（似膠磷礦質藻、似碳酸質球形藻等）豐度、總有機碳（TOC）含量與碳酸質的噴爆巖、噴流巖等噴積巖的發育程度最具正相關性，主要表現為以下特征：總有機碳（TOC）含量相對較高的油頁巖中常發育大量似膠磷礦質藻，其間發育呈棱角狀，破裂狀的碳酸質噴爆巖碎屑（圖14a，b）；水平狀分布的鐵白云巖脈（噴流巖）（圖6a）內發育大量似膠磷礦質藻（圖14c～e）；呈順層狀分布于油頁巖中的橢球狀碳酸巖透鏡體（圖3c）之下，見同沉積褶皺的玻屑晶屑凝灰巖層軸部（圖14f）或呈順層水平狀分布的玻屑晶屑凝灰巖層中部均發育眾多熱水噴口（圖14g），噴口處可能發育大量熱水成因的白云石和水銨長石[34]（圖14h～k），且與熱水噴口相連處發育大量似球形碳酸質藻（圖14h，i,l，m），反映熱水噴口形成于同沉積期，可能早于凝灰巖層發生同沉積變形構造的時間。同時，碳酸質的噴爆巖、噴溢巖、噴流巖等噴積巖大量發育的霸王莊延長組長73小層黑色巖系中，可見較多順層分布的脈狀瀝青（圖15a，b）或紋層狀瀝青（圖15c），可能為碳酸質噴積巖所攜帶的大量熱量導致，具有同沉積期生烴特征。

圖14 鄂爾多斯盆地延長組長73小層碳酸質噴積巖與生烴母質的關系（a）淌泥河油頁巖中大量似膠磷礦質藻間發育碳酸質噴爆巖；（b）為（a）中紅框內的正交偏光下插入石膏試板特征，可見碳酸質噴爆巖碎屑呈棱角狀、破裂狀（+、石膏）；（c）H269井，2 533.10 m，鐵白云巖脈薄片；（d）為（c）中紅框內的單偏光特征，大部分生烴母質被黑色石油覆蓋（-）；（e）為（d）的單偏光下反射光特征，可見大量似膠磷礦質藻（-、反）；（f）霸王莊油頁巖中發育同沉積褶皺的玻屑晶屑凝灰巖層軸部發育眾多熱水噴口構造；（g）霸王莊延長組長73小層油頁巖中順層水平狀分布的玻屑晶屑凝灰巖層（緊鄰圖3c碳酸質結核之下）中部發育眾多熱水噴口構造；（h）為（g）中紅框內的樣品切割面特征；（i）為（h）中紅框內的薄片；（j）為（i）中左側紅框內的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏）；（k）為（j）中紅框內的電子探針背散射特征，熱水噴口附近可見大量白云石、水銨長石沉積，為典型的熱水沉積（+、石膏）；（l）為（i）中右側紅框內的正交偏光下插入石膏試板特征，與（i）中熱水噴口相連處發育大量似球形碳酸質藻（+、石膏）；（m）為（l）中紅框內的紅框內的正交偏光下插入石膏試板特征，大量似球形碳酸質藻（+、石膏）Fig.14 Relationship between carbonatite ESR and hydrocarbon?generating materials,Chang 73 submember of Yanchang Formation,Ordos Basin

圖15 陜西省銅川市金鎖關鎮霸王莊延長組長73小層順層分布的脈狀或紋層狀瀝青（a）油頁巖中順層分布脈狀瀝青（粉紅色框內）；（b）為（a）中紅框內放大的順層分布脈狀瀝青（粉紅色框內）；（c）油頁巖中順層分布紋層狀瀝青（粉紅色框內）Fig.15 Veined and laminated bituminous material,mainly growing along the layer,in Chang 73 submember of Yanchang Formation,Bawangzhuang village,Jinsuoguan town,Tongchuan city,Shaanxi province

總之，鄂爾多斯盆地延長組長7油層組黑色巖系中碳酸質噴積巖的發現，可能將使其烴源巖的形成因素不再局限于半深湖—深湖的沉積環境以及火山噴發活動的影響等認識，成藏因素也不再局限于正藏埋藏成藏認識，將會涉及鄂爾多斯盆地構造屬性、噴積巖的發育特征及其與烴源巖生烴關系的探討，這對延長組長7油層組黑色巖系烴源巖生烴研究具有重要的理論和實際意義。

5 結論

（1）鄂爾多斯盆地延長組長73小層黑色巖系中發育以深源碎屑和熱液流體為物質組成的碳酸質噴積巖，可系統地劃分為碳酸質噴爆巖、碳酸質噴溢巖以及“白煙囪型”礦物組合為特征的碳酸質噴流巖，它們主要呈紋層狀或脈狀等順層分布于油頁巖或凝灰巖中。

（2）碳酸質噴爆巖主要為方解石等碳酸質巖漿礦物爆炸和破碎形成，發育疊錐狀隱晶質結構和半自形粒狀結構，碎屑顆粒多呈大小不一、形態各異的棱角狀、撕裂狀、破裂狀，其間普遍發育瀝青質，具有明顯的正粒序。碳酸質噴溢巖主要為碳酸質巖漿溢流形成，具有巖漿流動特征，由底到頂由層狀、塊狀變化，反映了碳酸巖噴溢、結晶的過程。碳酸質噴流巖以鐵白云石等“白煙囪型”礦物組合為特征，主要發育鐵白云巖紋層、鐵白云巖脈兩種類型。從碳酸質噴爆巖、碳酸質噴溢巖到碳酸質噴流巖，其微量元素、稀土元素等地球化學特征不但具有碳酸巖和熱水沉積巖的雙重性，而且具有由碳酸巖向熱水沉積巖的過渡性。

（3）碳酸質噴積巖的提出對鄂爾多斯盆地晚三疊世延長組長7油層組黑色巖系的生烴研究具有重要的理論和實際意義，然而有關其巖石學、礦物學、地球化學特征以及與生烴母質關系的研究仍較為薄弱，有待于后期進一步深入。