图 1 塔里木盆地西北缘通古孜布隆剖面地理位置(据文献[4]修改)
Fig. 1 Location of Tonguzibulong Outcrop in the North-western Margin of Tarim Basin (after Ref. [4])
何勇 1,2 刘波 2,† 刘红光 1,2 石开波 1,2 王远翀 1,2 姜伟民 1,2
1.北京大学地球与空间科学学院, 北京 100871; 2.北京大学石油与天然气研究中心, 北京 100871
摘要 通过剖面观测、岩石学特征对比和地球化学分析, 对塔里木盆地西北缘通古孜布隆剖面蓬莱坝组白云岩的白云石化流体来源和白云岩成因进行探讨。观测结果表明: 白云岩的主要类型有粉晶自形‒半自形白云岩、细晶自形‒半自形白云岩、中晶半自形‒它形白云岩和粗晶半自形‒它形白云岩; 粉‒细晶白云岩主要分布于蓬莱坝组下段, 粉晶白云岩质地均一, 细晶白云岩普遍发育雾心亮边; 中‒粗晶白云岩主要分布于蓬莱坝组上段, 并与砂屑灰岩高频次互层, 发育残余颗粒结构和少量晶间孔、残余粒间孔。地球化学分析结果表明: 各类白云岩稀土元素配分模式与同期灰岩相似, 具有LREE富集、HREE亏损、Ce异常不明显、Eu负异常的特征, 碳、氧同位素值位于同期海相白云石范围内, 指示白云石化流体为同期正常或偏咸海水; 粉‒细晶白云岩具有低Fe, Mn和高Sr, Ba的特征, 为近地表中等盐度海水渗透回流作用的产物, 多期次流体作用使细晶白云岩发生过度白云石化, 形成雾心亮边或环带; 中‒粗晶白云岩在近地表浅埋藏阶段就被半局限台地环境下蒸发作用产生的偏咸海水交代, 高频海平面变化导致周期性的白云石化作用, 从而导致砂屑灰岩与残余颗粒白云岩周期性叠置, 阴极发光显微镜下可见次生加大边, 与粉‒细晶白云岩相比, 具有Fe, Mn含量增高而Sr, Ba含量降低的特征, 表明在后期受埋藏作用的影响发生重结晶, 具有早期渗透回流形成、中期埋藏重结晶加强的成因特征。
关键词 塔里木盆地; 通古孜布隆剖面; 蓬莱坝组; 白云石化流体; 白云岩成因
全球约 60%的油气资源赋存于碳酸盐岩中, 其中, 古生界海相碳酸盐岩油气田占碳酸盐岩油气总储量的 20.9% [1] 。塔里木盆地下古生界寒武‒奥陶系白云岩层厚达2000余米 [2] , 前人在岩石学、沉积学和储层特征等方面进行广泛的研究, 取得较大的进展 [3 - 11] 。鹰山组和其上层位已发现油气, 并呈现巨大的勘探潜力, 但蓬莱坝组尚无明显突破 [3] , 对白云岩类型的划分和成因分析存在争议。
前人对蓬莱坝组白云岩类型的划分方案主要有两种: 1)划分为泥‒粉晶白云岩、细晶白云岩、中‒粗晶白云岩、砂屑幻影白云岩和鞍形白云石 [4 - 7] , 此分类方案较详细地反映了白云石特征, 但划分依据既有晶体大小, 又有结构构造, 存在重复或包含现象; 2)划分为灰岩中零散白云石、斑状白云岩、层状白云岩和沿断裂分布白云岩 [8 - 9] , 此分类方案主要依据白云岩产状和储层发育特征, 但与岩石成因的联系比较欠缺。
关于塔里木盆地奥陶系蓬莱坝组白云岩的成因, 目前存在争议。
一种观点认为, 蓬莱坝白云岩都为埋藏成因。郑剑锋等 [4] 对柯坪‒巴楚露头的研究表明, 蓬莱坝组白云岩形成于早‒中埋藏期与海源流体有关的白云石化作用, 局部受到热液改造。黄擎宇等 [5] 通过研究玉北地区的岩芯, 认为白云岩具有早期近地表浅埋藏期大规模交代形成、中期埋藏期部分重结晶和晚期局部受热液调整的演化趋势。
另一种观点认为, 蓬莱坝组白云岩具有准同生和埋藏多成因类型。贺勇等 [6] 认为粉‒细晶白云岩是准同生白云石化作用产物, 而中‒粗晶白云岩是埋藏白云石化产物。杜洋等 [10] 的研究表明, 泥‒粉晶白云岩为同生成岩阶段潮上成岩环境交代灰泥而成, 细晶白云石形成于近地表浅埋藏成岩环境, 而中‒粗晶白云岩形成于埋藏阶段。刘伟等 [11] 认为大多数白云岩在浅埋藏阶段以前就开始形成, 进入深埋藏阶段后, 局部受残余蒸发卤水和热液的影响, 发生白云岩化或重结晶。
以上两种观点都认为蓬莱坝组白云岩形成较早, 并受后期埋藏作用的影响。但是, 研究区是否存在准同生成因白云岩, 具埋藏成因的白云岩是埋藏阶段交代灰岩而成, 还是早期白云石在埋藏阶段被改造后显示出埋藏成因特征, 都有待进一步论证。针对蓬莱坝组白云石晶体从下往上逐渐增大、上段发育高频次的中‒薄层砂屑灰岩与残余颗粒白云岩互层现象, 似乎难以从埋藏白云石化得到合理的解释。
本文以通古孜布隆剖面为例, 通过露头和薄片观察, 结合地球化学特征, 确定白云石化流体来源和白云岩成因, 并对上述问题进行探讨, 以期为后续研究提供依据。
塔里木盆地被天山、喀喇昆仑山和阿尔金山所限, 面积约为 56×10 4 km 2 , 是由古生界克拉通和中新生界前陆盆地组成的大型复合盆地 [12] 。早‒中奥陶世, 该区域总体上继承寒武纪的沉积格局, 为大型半浅水的陆表海型台地; 中‒晚奥陶世, 海平面上升, 从半局限台地演变为开阔台地 [13] 。
通古孜布隆剖面地处塔里木盆地西北缘柯坪冲断推覆隆起带, 位于柯坪县北北东方向约 25km(图1)。该剖面奥陶系地层发育完整, 主要出露地层为上寒武统下丘里塔格组(Є 3 x)、下奥陶统蓬莱坝组(O 1 p, 314.95m)和中上奥陶统鹰山组(O 1-2 y, 132.49m), 蓬莱坝组与下伏下丘里塔格组灰色中厚层细‒中晶白云岩、藻白云岩以及上覆鹰山组灰色薄层泥晶灰岩、粉屑泥晶灰岩皆为整合接触。蓬莱坝组底部发育一套深灰色粉晶白云岩, 向上为灰色细晶白云岩夹少量中晶白云岩, 可见残余颗粒和藻纹层结构, 中部发育一套粉晶白云岩夹少量细‒中晶白云岩、藻纹层结构白云岩, 整体上属于半局限台地下潟湖夹台内浅滩沉积环境。上部发育灰色亮晶砂屑灰岩、泥晶灰岩, 并与浅灰色中‒粗晶白云岩互层, 属于开阔台地下台内滩沉积环境。该层位碳酸盐岩发育的规律性较强, 白云石晶体自下而上逐渐增大, 灰岩逐渐增多(图2)。
图 1 塔里木盆地西北缘通古孜布隆剖面地理位置(据文献[4]修改)
Fig. 1 Location of Tonguzibulong Outcrop in the North-western Margin of Tarim Basin (after Ref. [4])
本文参考 Sibley 等 [14] 1987 年的分类方案, 并结合野外及薄片观察, 将研究区白云岩分为粉晶自形‒半自形白云岩、细晶自形‒半自形白云岩、中晶半自形‒它形白云岩和粗晶半自形‒它形白云岩。
1)粉晶自形‒半自形白云岩。该类白云岩仅以薄层状少量地发育于蓬莱坝组的底部和中部, 以0.05~0.1mm的半自形粗粉晶为主(图3(a))。晶体致密均匀, 局部可见纹层状构造, 阴极发光显微镜下多数发暗红光, 少数不发光, 表明成岩深度较浅, 结晶速度相对较快, 具有近地表成因特征。
2)细晶自形‒半自形白云岩。该类白云岩主要发育于蓬莱坝组的中下段, 以0.1~0.2mm自形晶为主。雾心亮边结构较为发育(图3(b)), 局部发育生长环带, 阴极发光显微镜下发光较暗, 但雾心比亮边明亮(图3(c)), 表明受多期流体的影响。发育缝合线构造, 由于缝合线是埋藏环境中压溶作用的产物, 形成于白云石化作用之后, 说明白云石化作用发生较早。
图2 通古孜布隆剖面下奥陶统蓬莱坝组地层综合柱状图
Fig. 2 Comprehensive coloumn of Lower Ordovician Penglaiba Formation at Tongguzibulong Outcrop
3)中晶半自形‒它形白云岩。该类白云岩主要发育于蓬莱坝组上段, 与砂屑灰岩互层, 以0.25~ 0.5mm半自形晶为主。普遍发育残余颗粒结构, 颗粒类型有鲕粒、砂屑和砾屑等(图3(d)和(e)), 指示其原岩为高能滩沉积相带的颗粒灰岩。阴极发光显微镜下颗粒发亮红光, 而颗粒间发暗红光(图3(f))。局部发育晶间孔或残余粒间孔, 很可能是颗粒灰岩原始孔隙的继承产物(图3(g))。
(a)T2, 粉晶自形 - 半自形白云岩, 质地均一; (b)T8, 细晶自形白云岩, 雾心亮边结构十分发育, 雾心和亮边的界限截然; (c)视域同(b), 阴极发光显微镜照片(曝光时间 6s), 雾心发红光, 亮边发暗红光, 晶体周缘可见亮红光镶边, 具有显著的圈层; (d)T26, 中晶半自形白云岩, 发育残余砂屑、砾屑结构; (e)T17, 中晶半自形 - 它形白云岩, 发育残余砂屑结构, 残余砂屑较污浊(黄色箭头), 胶结物较洁净(蓝色箭头); (f)视域同(e), 阴极发光显微镜照片(曝光时间 6s),残余砂屑发亮红光(黄色箭头), 胶结物发暗红光(蓝色箭头); (g)T31, 中晶半自形白云岩, 发育晶间孔、残余粒间孔; (h)T24, 粗晶它形白云岩, 晶体间镶嵌状接触, 发育晶间孔(黄色箭头); (i)视域同(h), 阴极发光显微镜照片(曝光时间 6 s), 粗晶白云石发育次生加大边, 内部发红光, 边缘发暗红光
图3 通古孜布隆剖面蓬莱坝组白云岩岩石学特征
Fig. 3 Characteristics of dolomites in Penglaiba Formation at Tongguzibulong Outcrop
4)粗晶半自形‒它形白云岩。该类白云岩仅少量发育于蓬莱坝组上段, 与中晶白云岩相伴生。白云石自形程度差, 晶体间呈曲面或微波状接触, 晶间孔和晶间溶孔较发育(图3(h))。在显微镜下看似均一的白云石在阴极发光显微镜下可见明显的次生加大边(图3(i)), 表明该类白云岩在后期埋藏过程中受重结晶作用影响显著。
本文35个样品采自研究区蓬莱坝组(图2), 主要岩性为白云岩和灰岩, 无明显裂缝及脉体。将样品去表皮, 用超声波清洗后, 在玛瑙研钵中粉碎至200目以下, 分别对全岩样进行主量、微量和稀土元素分析, 并进行碳、氧同位素和X射线衍射分析。
主、微量元素和X射线衍射分析均在北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室完成。主量元素测试采用X射线荧光光谱法(XRF), 所用仪器为Thermo ARL ADVANT’XP+顺序式Ｘ射线荧光光谱仪。微量元素(含稀土元素)测试采用酸溶法, 利用高分辨率等离子质谱仪VG Axiom完成。用X射线衍射方法测定白云石的有序度和CaCO 3 的百分含量, 仪器型号为X'Pert Pro MPD, 测量条件: 阳极材料为Cu, 扫描范围为10º~70º, 步长为0.017º, 管流电压为40kV,电流为40mA。碳、氧同位素测试在北京大学考古文博学院碳、氧同位素实验室完成, 所用仪器为Isoprime 100稳定同位素比质谱仪, 配合Multiflow碳酸盐自动进样单元。
表1 通古孜布隆剖面中‒下奥陶统碳酸盐岩地球化学数据
Table1 Geochemistry data of Upper-Middle Ordovician carbonate rocks at Tonguzibulong Outcrop
表1列出研究区蓬莱坝组35个样品的地球化学分析数据。
4.1.1 Ga和Mg
研究表明, 主量元素特征可能对白云石的结晶方式予以指示 [15] 。直接从水溶液中沉淀的原生白 云石, Ca 2+ 与Mg 2+ 以1:1的比例进入沉积物, CaO和MgO含量随岩石中白云石的增加而增加, 因此沉积成因的白云岩中CaO和MgO含量具有正相关特征。例如, 塔里木盆地中寒武统大量发育的泥晶白云岩位于CaO-MgO散点图上的沉积线附近, 且CaO与MgO含量正相关, 指示原生沉积成因 [16] 。对于交代成因的白云岩, 由于是Mg 2+ 替代Ca 2+ 在晶格中的位置, 故随着交代程度的增加, MgO含量升高而CaO含量降低。因此, MgO与CaO含量正相关反映白云岩快速结晶环境下的沉积成因, 负相关则反映白云岩的交代或重结晶成因 [17] 。研究区白云岩样品的MgO-CaO交会点集中分布在交代线两侧, 且整体上具有线性负相关特征(图4)。
4.1.2 Fe和Mn
Fe和Mn在地层水中高度富集, 在海水中低富集 [18] , 且还原环境有利于低价态的Fe 2+ 和Mn 2+ 占据Ca 2+ 和Mg 2+ 的位置而富集在碳酸盐矿物中, 因此埋藏越深, Fe和Mn含量越高 [19] 。从表1和图5可以看出, 塔里木盆地奥陶系蓬莱坝组白云岩Fe和Mn含量普遍较低, 且粉‒细晶白云岩整体低于中‒粗晶白云岩。
图4 通古孜布隆剖面蓬莱坝组白云岩CaO-MgO散点图
Fig. 4 CaO-MgO scatter diagram of Penglaiba Formation dolomite at Tongguzibulong Outcrop
图5 通古孜布隆剖面蓬莱坝组白云岩Fe-Mn散点图
Fig. 5 Fe-Mn scatter diagram of Penglaiba Formation dolomite at Tongguzibulong Outcrop
4.1.3 Sr
Sr最初多赋存于高镁方解石或文石中 [20] , 且Sr 2+ 的半径显著大于Mg 2+ 而接近Ca 2+ , 导致Sr 2+ 在白云石化过程中逐渐被调整排出。从表1可以看出, 粉晶白云岩Sr含量的平均值为206.72μg/g, 细晶白云岩为192.63μg/g, 中晶白云岩为122.33μg/g, 粗晶白云岩为78.75μg/g。Sr含量随晶体增大呈下降趋势, 可能是由后期成岩过程中重结晶作用导致Sr流失造成的。
白云岩稀土元素含量受前驱物和白云石化流体等因素的制约 [21] 。将研究区同期泥晶灰岩和白云岩样品稀土元素数据用北美页岩NASC数据进行标准化后投图(图6), 可以看出, 曲线整体上平缓而轻微右倾, 显示LREE富集、HREE亏损的特征, Ce异常不明显, Eu轻微负异常, 与灰岩相比, 白云岩具有HREE亏损的现象, 反映近地表浅埋藏成因特征 [10] 。泥晶灰岩和白云岩具有相似的稀土元素配分模式, 但白云岩稀土元素总量(ΣREE)平均值为4.141μg/g, 与灰岩(平均值为5.674μg/g)相比显著下降。
不同类型白云岩的氧、碳同位素组成主要取决于白云石化流体, 并受介质盐度和温度的影响 [19,22] 。研究区泥晶灰岩样品 δ 18 O为−9.51‰~−7.84‰, 平均−8.94‰(高于−10‰), 且Mn/Sr均值为0.25 (远小于2), 表明成岩蚀变微弱 [23 - 24] , 可作为研究古海水成分的可靠对象。泥晶灰岩的 δ 13 C为−2.04‰~−1.01‰, 平均−1.62‰。白云岩的 δ 13 C为−2.46‰~−0.96‰, 平均−1.59‰; δ 18 O为−7.15‰~−4.01‰, 平均−5.97‰ (表1, 图7)。由此可见, 研究区泥晶灰岩的 δ 13 C与白云岩相当, δ 18 O则显著偏负。
图6 通古孜布隆剖面中‒下奥陶统碳酸盐岩样品稀土元素NASC标准化配分模式
Fig. 6 REE (NASC standardized) patterns of lower-middle Ordovician carbonate rocks at Tonguzibulong Outcrop
质量平衡计算表明, 较高的水岩比是发育大规模白云岩的必要条件 [25] 。白云石化流体的来源通常有正常海水、蒸发浓缩的海水、大气淡水与海水的混合水、地层水和深部热液等, 确定白云石化流体的来源及特征是解决白云岩成因的关键。研究区未见示顶底构造、渗流粉砂等大气淡水作用的证据, 也没有出现白云岩碳同位素值因陆源碳的加入而降低的现象, 表明白云石化流体无大气淡水的参与 [26] 。蓬莱坝组白云岩Sr和Ba含量整体上偏低, 且Eu负异常, 均不符合热液成因白云石特征 [27] 。
研究区泥晶灰岩的碳、氧同位素组成(图7)与全球早奥陶世海水的 δ 13 C (−2‰~0)和 δ 18 O (−9.5‰~ −7.5‰) [28] 相符合, 可以代表塔里木盆地早奥陶世海水的碳、氧同位素信息。白云岩的 δ 13 C与 δ 18 O不具线性关系,表明成岩蚀变作用较弱; δ 13 C (−2.46‰~ −0.96‰)与同期泥晶灰岩(−2.04‰~−1.01‰)基本上一致, 说明研究区大部分白云岩继承了原始灰岩的碳同位素特征, 外部有机碳参与不明显 [29] 。研究表明, 从相同流体中形成的白云岩 δ 18 O比灰岩高 [30 - 32 ] , Land [30] 和Mckenzie [31] 认为高出2‰~3‰, Major等 [32] 认为高出1.5‰~3.5‰。本文取平均值2.5‰, 并以研究区同期泥晶灰岩的 δ 18 O(−9.51‰~−7.84‰)为依据, 推算出同期海相白云石 δ 18 O范围为−7.01‰~−5.34‰ (图7)。从图7可见, 除个别样品外, 绝大多数样品都位于该范围内, 说明研究区白云石化流体与同期海水有关。各类白云岩的Fe和Mn含量低, 具有海源流体特征, 并与泥晶灰岩具有相似的稀土元素配分模式(图6), 显示Ce异常不明显、Eu负异常的特征, 指示白云石化流体为弱氧化低温流体。上述特征表明, 研究区白云石化流体为同期正常或偏咸的海水。
图 7 通古孜布隆剖面中‒下奥陶统碳酸盐岩样品碳、氧同位素散点图
Fig. 7 δ 13 C and δ 18 O scatter diagram of Lower-Middle Ordo- vician carbonate rocks at Tonguzibulong Outcrop
塔里木盆地中‒下奥陶统基本上继承晚寒武世的古地理格局, 沉积环境从局限台地向开阔台地转化, 虽不具备强烈干旱条件下形成同生白云石的条件, 但半局限台地内可形成中等盐度卤水 [33] 。实验模拟和实例研究表明, 中等盐度或轻微蒸发海水的回流具备大规模白云石化的潜力 [34 - 36] , 中低纬度半局限环境下不与蒸发岩相伴生的白云岩很可能是中等盐度海水或轻微蒸发海水回流所致 [37 - 38] 。研究区白云岩分布的规律性较强, 这一特征与白云石化流体的演化规律和白云石化模式有显著的关系。
粉‒细晶白云岩主要分布于蓬莱坝组下段, 以细晶白云岩为主。粉晶白云岩紧密排列, 质地均一, 细晶白云岩自形程度较好, 普遍发育雾心亮边结构和少量环带状结构。样品在MgO-CaO散点图上分布于交代线两侧且呈线性负相关(图4), Fe, Mn含量低而Sr, Ba含量高, 指示粉‒细晶白云岩为近地表渗透回流作用的产物。由于环境相对局限, 轻微浓缩海水供给充足, 使得白云石化作用能够充分地进行。
通过薄片观察发现, 细晶白云岩具有3种典型的形态特征(图8)。第一种发育零散分布的漂浮状菱形晶(图8(a)), 是在初期富镁流体不太充足时, 灰泥基质中白云岩化作用选择性发生的结果 [39] 。第二种为雾心亮边结构十分发育的细晶白云岩, 雾心呈菱形, 并与亮边界限截然(图3(b)和图8(b)), 阴极发光显微镜下也可见发光程度不同的圈层, 表明成分略有差异, 形成于不同期次。“雾心是由于含较多气液包裹体和亚稳定态物质” [40] 的观点难以较好地解释该现象, 本文认为该类白云岩是受第二期次卤水的作用, 新生白云石围绕早期自形白云石继续生长而成。如果白云石化流体持续供给, 则发生过度白云石化 [41] , 并形成具有环带结构的第三种细晶 白云岩(图8(c))。从空间分布看, 漂浮状细晶白云岩多位于最下部, 向上依次发育雾心亮边细晶白云岩和环带结构细晶白云岩, 可构成一个向上变浅的准层序, 持续的海源白云石化流体供给使得白云石化作用不断加强(图8)。
(a)为最初交代泥晶灰岩形成漂浮状细晶白云岩, (b)和(c)分别为后期相对饱和的卤水流经先前区域, 绕早期白云石晶体生长形成雾心亮边细晶白云岩和环带结构细晶白云岩
图8 蓬莱坝组下部细晶白云岩雾心亮边结构和环带结构成因演化模式图(据文献[39]修改)
Fig. 8 Schematic model of multiphase reflux dolomitization in the lower part of Penglaiba Formation (after Ref. [39])
通常认为, 中‒粗晶白云石是中深埋藏阶段缓慢结晶的产物, 温度升高有利于克服分子动力学障碍, 促使白云石化作用发生 [42] 。但是, 研究区中‒粗晶白云岩集中分布于蓬莱坝组上段, 中晶白云岩普遍发育残余颗粒结构, 粗晶白云岩往往与中晶白云岩相伴生, 局部隐约可见颗粒幻影, 发育晶间孔和残余粒间孔, 表明中‒粗晶白云岩是交代颗粒灰岩的产物, 且白云石化作用发生较早。中‒粗晶白云岩与砂屑灰岩呈高频次中薄层状互层, 地球化学特征显示白云石化流体为低温海水, 不具有典型的中‒深埋藏成因特征。结合野外观察、岩石学和地球化学特征,我们认为, 研究区中‒粗晶白云岩为半局限台地环境下蒸发作用产生的中等盐度流体在准同生或早成岩期发生回流, 交代颗粒灰岩而成; 高频海平面变化导致海水性质发生周期性的改变, 并引起白云石化作用周期性地发生。海平面较高时, 正常盐度海水中沉积砂屑灰岩(图9(a)); 海平面较低时, 蒸发作用形成偏咸海水并回流渗透, 使灰岩发生白云石化(图9(b))。海平面变化驱动回流作用的发生, 导致灰岩与白云岩的周期性叠置(图9(c))。与粉‒细晶白云岩相比, 中‒粗晶白云岩具有高有序度、高Fe, Mn和低Sr的特征(表1) , 且在阴极发光显微镜下可见次生加大边(图3(i)), 表明中‒粗晶白云岩在埋藏过程中发生重结晶作用, 使得部分残余颗粒结构消失, 具有早期形成、后期加强的成因特征。晶体大小不仅受控于原岩结构构造(交代砂屑灰岩而成的白云岩晶体相对粗大, 交代灰泥基质成因的白云岩晶体相对细小), 而且受控于埋藏过程中的重结晶作用。
图9 蓬莱坝组上部灰岩‒白云岩高频沉积旋回演化模式(据文献[36]修改)
Fig. 9 Schematic model of highly frequent limestone-dolomite sedimentary cycles in the upper part of Penglaiba For-mation (after Ref. [36])
通过对塔里木盆地西北缘通古孜布隆剖面蓬莱坝组白云岩的岩石学、地球化学和沉积学特征研究, 结合前人研究成果和区内地质资料, 得出以下结论。
1)通古孜布隆剖面蓬莱坝组白云岩类型主要有粉晶自形‒半自形白云岩、细晶自形‒半自形白云岩、中晶半自形‒它形白云岩和粗晶半自形‒它形白云岩。粉‒细晶白云岩主要分布于蓬莱坝组下段, 中‒粗晶白云岩分布于蓬莱坝组上段, 并且与砂屑灰岩互层, 表明晶体大小不仅受控于白云石结晶速度, 也与原岩结构和后期埋藏过程中发生的重结晶作用有关。
2)通古孜布隆剖面蓬莱坝组上部发育的泥晶灰岩可以代表研究区海水的地球化学信息, 是研究早‒中奥陶世海水的可靠对象。蓬莱坝组白云岩与灰岩具有相似的稀土元素配分模式, 微量元素和碳、氧同位素特征, 则表明白云石化流体为同期轻微浓缩的海水。
3)通古孜布隆剖面蓬莱坝组粉‒细晶白云岩为近地表准同生环境中轻微浓缩的海水回流交代而成, 白云石化流体的多期次持续供给使得细晶白云岩发生过度白云石化作用, 形成雾心亮边和生长环带结构。中‒粗晶白云岩为中等盐度流体在早成岩期回流交代颗粒灰岩而成, 海平面的高频变化使得白云石化作用周期性地发生, 导致灰岩与白云岩的周期性叠置。后期埋藏过程中的重结晶作用使得晶体变大, 具有早期渗透回流交代形成、后期埋藏重结晶加强的成因特征。
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Origin of Mg-Rich-Fluids and Dolomitization of Lower Ordovician Penglaiba Formation at Tongguzibulong Outcrop in the Northwestern Margin of Tarim Basin
HE Yong 1,2 , LIU Bo 2,† , LIU Hongguang 1,2 , SHI Kaibo 1,2 , WANG Yuanchong 1,2 , JIANG Weimin 1,2
1. School of Earth and Space Sciences, Peking University, Beijing 100871; 2. Institute of Oil and Gas, Peking University, Beijing 100871
Abstract Based on comprehensive analysis of field work, petrological and geochemical characteristics, theauthors study the sources of dolomitizing fluids and the models of dolomitization of the Lower Ordovician Penglaiba Formation in Tongguzibulong Outcrop, the northwestern margin of Tarim Basin, China. Four types of dolomite are recognized: euhedral-subhedral powder crystallized dolomite, euhedral-subhedral fine crystallized dolomite, subhedral-xenotopic medium crystallized dolomite and subhedral-xenotopic coarse crystallized dolomite. Powder-fine crystallized dolomite is distributed in the lower part of PenglaibaFormation, and has cloudy center surrounded by clear rim. With residual sand texture, inter-crystal pores and inter-partical pores, medium-coarse crystallized dolomite is distributed in the upper part of Penglaiba Formation. The REE patterns of dolomite and contemporaneous limestone rich in LREE and deplete in HREE, present a trait of unobvious Ce anomaly and Eu negative anomaly, the values of C-O isotope locate in the scope of contemporaneous marine dolomite, and Eu negative anomaly. All these denote that the dolomitizing fluid is normal or slightly concentrated seawater. Besides, Powder-fine crystallized dolomite present a low value of Fe, Mn and a high value of Sr, Ba, formed by reflux seepage dolomitization in penesaline seawater. Cloudy center surrounded by clear rim texture and multi-rimmed texture are the results of over-dolomitization. Medium-coarse crystallized dolomite with residual grain texture, interbedded with sand limestone, are controlled by high frequency sea levelchange. With a higher value of Fe, Mn and a lower value of Sr, Ba when compared with powder-fine crystallized dolomite, medium-coarse dolomite formed by the early reflux seepage dolomitization and intensified by the subsequent burial recrystallization.
Key words Tarim Basin; Tongguzibulong Outcrop; Penglaiba Formation; Mg-rich-fluids; dolomitization
doi: 10.13209/j.0479-8023.2018.006
中图分类号 P581
收稿日期: 2017-04-09;
修回日期: 2018-01-11;
网络出版日期: 2018-01-15
†通信作者 , E-mail:bobliu@pku.edu.cn
† Corresponding author , E-mail: bobliu@pku.edu.cn
中国石油化工股份有限公司技术开发项目(P16112)和国家自然科学基金(41572117)资助