玉北地區(qū)下奧陶統(tǒng)白云巖巖石學(xué)、地球化學(xué)特征及成因

黃擎宇，張哨楠，葉 寧，李映濤

(1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都，610059;2.西南石油大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，四川成都，610050)

下奧陶統(tǒng)白云巖作為塔里木盆地油氣勘探的重要接替領(lǐng)域，近年來不斷受到重視，前人對該層位進(jìn)行了大量研究，但主要集中在塔北［1－3］、塔中［4－7］和巴楚［8］地區(qū)，對于盆地西南部麥蓋提斜坡的研究則鮮有涉及。自2010年在麥蓋提斜坡東部玉北地區(qū)獲得油氣突破以來，隨后的多口鉆井顯示下奧陶統(tǒng)地層中發(fā)育有大量優(yōu)質(zhì)白云巖儲層，如已獲工業(yè)油氣流的YB1－2井、YB1－4井鷹山組和具有良好油氣顯示的YB5井、YB7井蓬萊壩組等，預(yù)示下奧陶統(tǒng)白云巖在該區(qū)域同樣潛力巨大。由于白云石化作用對于理解白云巖儲層成因具有重要意義，因此本文以玉北地區(qū)下奧陶統(tǒng)各類白云巖為研究對象，通過巖心、薄片、掃描電鏡、陰極發(fā)光觀察、微量元素、同位素和包裹體測溫分析等手段，系統(tǒng)總結(jié)該區(qū)白云巖巖石學(xué)和地球化學(xué)特征，探討各類白云巖形成及演化過程，為該區(qū)白云巖儲層的深入研究提供依據(jù)。

圖1 玉北地區(qū)井位圖及地層剖面(據(jù)文獻(xiàn)［11］和［14］修編)Fig.1 Schematic map of well locations and stratigraphic cross sections in Yubei area(modified after references［11］and［14］)

1 地質(zhì)背景

玉北地區(qū)位于塔里木盆地麥蓋提斜坡東段，北臨瑪扎塔格斷裂帶，南接葉城－和田凹陷，東臨塘古孜巴斯凹陷［9－10］。該區(qū)自西向東發(fā)育近東西向的瑪南構(gòu)造帶、北東向YB1井西構(gòu)造帶、YB1井構(gòu)造帶和YB1井東構(gòu)造帶(圖1)，這些構(gòu)造帶多由蓋層滑脫型逆沖斷裂及伴生褶皺構(gòu)成，主要形成時(shí)期為加里東中、晚期和海西晚期［11－12］，斷褶頂部下奧陶統(tǒng)直接被石炭系覆蓋，缺失中－上奧陶統(tǒng)、志留系－泥盆系;斷褶之間的洼陷區(qū)發(fā)育有上奧陶統(tǒng)。玉北地區(qū)早奧陶世時(shí)為開闊臺地相和局限臺地相沉積［13］，主要巖石類型有泥晶灰?guī)r、亮晶顆?；?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)云巖和晶粒白云巖等［14］。

2 白云巖巖石學(xué)特征

下奧陶統(tǒng)白云巖主要以各種結(jié)晶白云巖為主，極少發(fā)育泥微晶白云巖和顆粒白云巖。根據(jù)產(chǎn)狀將研究區(qū)白云巖分為基質(zhì)白云巖和縫洞充填白云石兩大類，其中基質(zhì)白云巖可根據(jù)晶粒大小和晶體結(jié)構(gòu)特征再分為細(xì)晶、自形－半自形白云巖和細(xì)－粗晶、它形白云巖，縫洞充填白云石以中－粗晶鞍形白云石為主。

2.1 細(xì)晶、自形－半自形白云巖

該類在巖心上呈灰白色、淺灰色或深灰色，多中－厚層狀產(chǎn)出，局部裂縫發(fā)育。顯微鏡下，組成這類白云巖的白云石以細(xì)晶(0.05～0.25 mm)為主，局部可見中晶(0.25～0.5 mm)，晶體多為平面－自形或半自形晶，晶體之間點(diǎn)或線狀接觸，部分晶體中可見圍繞核心或自形白云石的細(xì)環(huán)帶(圖2a);掃描電鏡中可見這類白云石多具有平直的晶面結(jié)構(gòu)特征，部分白云石呈典型的菱面體狀生長，但由于晶體之間接觸緊密，晶間孔發(fā)育程度低(圖2b);陰極發(fā)光下，該類白云巖整體發(fā)中等亮度紅色光或暗紅色光，部分白云石具有明暗相間的發(fā)光環(huán)帶(圖2c)，預(yù)示其生長過程的多期性。該類白云巖含量較少，占所有白云巖的20% ～30%。

2.2 細(xì)－粗晶、它形白云巖

細(xì)－粗晶、它形白云巖在研究區(qū)下奧陶統(tǒng)發(fā)育廣泛，從鷹山組頂部不整合面附近到下部蓬萊壩組均有出現(xiàn)，但蓬萊壩組中的含量明顯高于鷹山組。該類白云巖的主要特點(diǎn)是晶體自形程度差，多由曲面－它形晶組成，但晶粒大小分布范圍較廣，從細(xì)晶、中晶到粗晶(0.05～2 mm)均有出現(xiàn)(圖2d—f)。這類白云巖中裂縫及溶蝕孔洞發(fā)育程度高，白云石常沿裂縫或溶縫交代已固結(jié)的灰?guī)r(圖2e);許多樣品中還可見中－粗晶白云石包圍或包裹細(xì)晶白云石的現(xiàn)象(圖2f);此外，環(huán)帶結(jié)構(gòu)也較常見，環(huán)帶厚度明顯增大且形狀不規(guī)則，多圍繞早期自形/半自形白云石生長，導(dǎo)致晶體加粗、晶形變差、并堵塞孔隙空間(圖2g)。少量樣品中還可以見低幅度縫合線發(fā)育，預(yù)示部分中－粗晶白云巖形成于縫合線之前或是與縫合線形成時(shí)間相近(圖2g)。正交偏光下這類白云巖具明顯的波狀消光特征，特別是晶粒較粗的樣品(圖2e，f)。掃描電鏡下觀察，白云石晶體形狀極不規(guī)則，多具彎曲的或階梯狀的晶面特征，晶體之間呈鑲嵌狀或是縫合線狀接觸，晶間孔不發(fā)育;部分晶體邊緣還可見多層生長環(huán)帶(圖2h)。陰極發(fā)光下顯兩種發(fā)光特征，一種是均勻的暗紅色光，僅晶體邊緣處可見一條極窄的、中等亮度的紅色亮邊;另一種則具有斑狀發(fā)光特征，即整體發(fā)暗紅色光，局部可見較亮的斑點(diǎn)分布其中，且裂縫或晶體邊緣處的發(fā)光性更強(qiáng)(圖2i)，可能與該類白云巖經(jīng)歷了重結(jié)晶或后期改造有關(guān)［15］。該類白云巖構(gòu)成研究區(qū)下奧陶統(tǒng)白云巖的主體，占所有白云巖的70% ～80%。

2.3 鞍形白云石充填物

鞍形白云石充填物多為淺灰白色或乳白色，主要沿裂縫或溶蝕孔洞內(nèi)壁生長，灰?guī)r和基質(zhì)白云巖中均有發(fā)育，可與嵌晶方解石或是皮殼狀自生石英共生(圖3a);部分鞍形白云石充填物與基質(zhì)白云巖的界線并不十分明顯，通常是在孔洞較發(fā)育部位或自由空間生長時(shí)才顯示出鞍形晶的特征(圖3b)，由于這部分鞍形白云石多發(fā)育于細(xì)－粗晶、它形白云巖中，因此其成因上可能具有很強(qiáng)的繼承性。顯微鏡下觀察，鞍形白云石晶體粗大(0.5 mm以上)，多具明顯的波狀消光(圖3c)，晶體表面較臟，富含包裹體，面向孔隙中心方向可見明亮環(huán)帶，部分鞍形白云石邊緣被溶蝕成港灣狀(圖3c)。掃描電鏡下可見鞍形白云石的晶面呈鐮刀狀或是階梯狀生長，斷面還可見微細(xì)的生長紋層(圖3d)。這類白云石的陰極發(fā)光性較弱，多為暗紅色光。

圖2 玉北地區(qū)下奧陶統(tǒng)各類基質(zhì)白云巖特征Fig.2 Characteristics of matrix dolomites in the Lower Ordovician of Yubei area

3 地球化學(xué)特征

3.1 微量元素

白云巖中的微量元素特征反映了巖石在沉積時(shí)期或者經(jīng)歷后生改造過程中流體的性質(zhì)，因此微量元素的分布特征，尤其是一些能夠反映成巖環(huán)境的微量元素的富集規(guī)律對于確定其成因具有重要作用。

3.1.1 Sr和Ba元素

研究區(qū)基質(zhì)白云巖(平均154.47×10－6)和鞍形白云石充填物(平均189.03×10－6)的Sr含量明顯低于灰?guī)r中的Sr含量(平均338.76×10－6)(表1)，造成這種現(xiàn)象的原因主要與Sr元素的離子半徑明顯大于Mg離子而接近Ca離子，導(dǎo)致Sr元素在白云石中的分配系數(shù)低于其在方解石中的分配系數(shù)有關(guān)［16］，因此白云石交代方解石的過程是一個(gè)Sr消耗的過程［17］，造成白云巖中的Sr含量低于灰?guī)r。

基質(zhì)白云巖中，細(xì)晶、自形－半自形白云巖的Sr含量(平均184.83 ×10－6，125.26～249.81 ×10－6)略高于細(xì)－粗晶、它形白云巖的Sr含量(平均146.87×10－6，80.62 ～281.46 ×10－6)，可能與前者形成時(shí)間較早(多交代文石、高鎂方解石等富Sr的不穩(wěn)定碳酸鹽礦物［18］)而后者形成時(shí)間相對較晚(多交代已經(jīng)穩(wěn)定化的、貧Sr的低鎂方解石)有關(guān)。另外，埋藏重結(jié)晶作用也可導(dǎo)致Sr含量的降低［18－19］。鞍形白云石充填物的Sr含量與基質(zhì)白云巖具有相似性，但鞍形白云石的Ba含量明顯高于基質(zhì)白云巖，可能與鞍形白云石形成溫度較高、更有利于Ba離子進(jìn)入白云石晶格有關(guān)［1，20］。

圖3 玉北地區(qū)下奧陶統(tǒng)鞍形白云石充填物特征Fig.3 Characteristics of saddle dolomite filling in the Lower Ordovician of Yubei area

3.1.2 Fe和Mn元素

碳酸鹽巖的成巖過程總體上具有Sr和Na減少以及Fe和Mn增加的趨勢［18］。這主要是海水中Fe和Mn元素含量大大低于地層水以及這兩種元素在白云石中的分配系數(shù)較大所致，加之還原環(huán)境有利于Fe和Mn作為類質(zhì)同象離子置換白云石晶格中的Ca和Mg離子，因此埋藏階段形成的白云巖往往具有較高的Fe和Mn含量。

研究區(qū)細(xì)晶、自形－半自形白云巖的Fe和Mn含量與灰?guī)r差別不大(圖4)，說明其形成時(shí)間較早，成巖環(huán)境的還原性較弱，而細(xì)－粗晶、它形白云巖的Fe和Mn含量(特別是Fe含量)有所升高，預(yù)示其形成環(huán)境的還原性增強(qiáng)。鞍形白云石充填物具有和細(xì)－粗晶、它形白云巖相似的Fe和Mn含量，僅有一個(gè)樣品的Fe含量較高(1 262.31×10－6)，說明大部分鞍形白云石與細(xì)－粗晶、它形白云巖的形成環(huán)境差別不明顯。

3.2 包裹體

本次研究對賦存于細(xì)－粗晶、它形白云巖、鞍形白云石充填物和嵌晶方解石充填物中的氣液兩相包裹體進(jìn)行了均一溫度(76個(gè))和冰點(diǎn)溫度(12個(gè))測試(圖5)，并根據(jù)Bodnar［21］提供的NaC1等效溶液鹽度換算公式對成巖流體的鹽度進(jìn)行估算。需要說明的是細(xì)－粗晶、它形白云巖中的包裹體主要賦存在粗晶白云石中，且多分布在晶體邊緣部位，因此這些數(shù)據(jù)僅代表一部分基質(zhì)白云石形成時(shí)的溫度和鹽度，也就是說許多細(xì)－粗晶、它形白云巖的形成溫度可能會略低于該溫度。

由包裹體均一溫度分布直方圖(圖5a)可知，大部分粗晶、它形白云巖的均一溫度(主要區(qū)間103.1～119.1℃)與鞍形白云石充填物的均一溫度(主要區(qū)間121.4～147.5℃)具有明顯的重疊，部分鞍形白云石的均一溫度較粗晶、它形白云巖略高10～20℃;另外，鞍形白云石中還存在少量更高溫度的樣品。

流體鹽度方面，粗晶－它形白云巖和鞍形白云石充填物云化流體的鹽度(NaCl平衡濃度分別為14.36% ～17.26%和12.85% ～23.61%)明顯高于正常海水值，具有蒸發(fā)巖層間鹵水的性質(zhì)［22］。根據(jù)均一溫度和鹽度交匯圖(圖5b)可知，至少有2期成巖流體參與到了白云石化過程中:一期是均一溫度在110～120℃、鹽度為14% ～19%的流體，形成粗晶、它形白云巖和一部分鞍形白云石充填物，另一期為溫度在130～140℃、鹽度在21% ～24%的流體，溫度和鹽度均較前一種流體高，主要形成鞍形白云石，并有部分方解石充填物伴生?？傮w上，形成粗晶、它形白云巖與鞍形白云石充填物的云化流體具有明顯的相似性和較強(qiáng)的繼承性。

3.3 C和O同位素特征

本次研究中測試了36個(gè)灰?guī)r和白云巖樣品的碳、氧同位素值(表1;圖6)。下奧陶統(tǒng)各類白云巖的δ13C(PDB)值變化不明顯，基本與早奧陶世海相方解石的碳同位素組成(－1.5‰～0.5‰)一致［23］，一方面說明白云巖多為交代成因，大部分碳均繼承自原始灰?guī)r［24］，另一方面則說明白云巖形成過程中有機(jī)碳的參與不明顯，即白云巖在油氣大量充注之前就已經(jīng)形成［25－26］。

圖4 玉北地區(qū)下奧陶統(tǒng)各類白云巖鐵、錳含量交匯圖Fig.4 Cross plot of Fe and Mn contents in Lower Ordovician dolomites of Yubei area

圖5 玉北地區(qū)基質(zhì)白云巖、鞍形白云石充填物和方解石充填物包裹體均一溫度直方圖a)和均一溫度與鹽度交匯圖b)Fig.5 (a)Histogram of fluid inclusion homogenization temperatures of matrix dolomites，saddle dolomite fillings and calcite fillings and(b)cross plot of homogenization temperature and salinity in Yubei area

圖6 玉北地區(qū)各類碳酸鹽巖碳、氧同位素交匯圖Fig.6 Cross plot of O and C isotope values for carbonates in Yubei area

氧同位素方面，研究區(qū)灰?guī)r的 δ18O(PDB)值與Veizer等［23］所確定的早奧陶世海相方解石的O同位素組成(－9.5‰～－7.5‰)類似，因此可以認(rèn)為從當(dāng)時(shí)海水中直接沉淀的方解石的δ18O(PDB)分布范圍為－9.5‰～ －7.5‰。Major等［27］研究發(fā)現(xiàn)從相同流體中形成的方解石和白云石的氧同位素之間存在1.5‰～3.5‰(PDB)的分餾，取其平均值 2.5‰(PDB)，可得出從早奧陶世海水中形成的白云石的δ18O(PDB)范圍為－7.0‰～－5.0‰，這也與研究區(qū)細(xì)晶、自形－半自形白云巖的δ18O(PDB)組成(－6.8‰～－4.9‰，平均為－6.1‰)相似(圖6)，說明形成這類白云巖的流體與海水關(guān)系密切。

細(xì)－粗晶、它形白云巖的δ18O(PDB)值(－10.2‰～－5.9‰，平均為－8.6‰)較分散，但總體具有負(fù)向漂移的趨勢。較輕的氧同位素特征與較高的成巖溫度或貧18O(PDB)成巖流體(如大氣淡水)的混入有關(guān)。通常，由大氣淡水和海水混合而形成的白云巖多具較低的δ13C(PDB)值，同時(shí)其O和C同位素具明顯的協(xié)變性［28－29］，但這種現(xiàn)象在研究區(qū)細(xì) －粗晶、它形白云巖中并未出現(xiàn);另外，該類白云巖流體包裹體中較高的均一溫度也表明氧同位素偏輕的原因主要與高溫有關(guān)。

該區(qū)鞍形白云石充填物的氧同位素組成與細(xì)－粗晶、它形白云巖類似，僅一個(gè)樣品較輕，亦說明兩者的成巖流體具有親緣性或繼承性，這也與微量元素和包裹體數(shù)據(jù)所揭示的現(xiàn)象一致。

4 討論

4.1 白云巖/石形成環(huán)境

研究區(qū)各類白云巖的Sr含量明顯低于全新世蒸發(fā)環(huán)境中同生期白云巖的Sr含量((500～700)×10－6)［30］，但高于晚期埋藏白云巖的 Sr 含量(50 ×10－6左右)［31］，說明這些白云巖既非同生期蒸發(fā)海水的產(chǎn)物，也不是晚成巖期的產(chǎn)物，更可能形成于早－中成巖階段。另外，相比其他地區(qū)埋藏白云巖的Fe和Mn含量(通常 Fe＞1 000 ×10－6，Mn ＞100 ×10－6)［32－33］，玉北地區(qū)下奧陶統(tǒng)各類白云巖Fe和Mn含量的絕對值并不高(Fe平均為 515.99×10－6，Mn平均為 55.47×10－6)，而且Fe和Mn之間的相關(guān)性也不明顯(圖4)，亦說明下奧陶統(tǒng)白云巖并非深埋藏環(huán)境、強(qiáng)還原條件下的產(chǎn)物，更可能形成于還原性不是很強(qiáng)的淺到中埋藏階段［34］，這也與其中等強(qiáng)度紅色到暗紅色陰極發(fā)光的現(xiàn)象相符。具體地，由于細(xì)晶、自形－半自形白云巖的Sr含量較細(xì)－粗晶、它形白云巖高，而Fe和Mn含量低，因此前者多形成于弱氧化弱還原的淺埋藏早期，后者則形成于還原性逐漸增強(qiáng)的淺埋藏晚期到中埋藏階段。

4.2 白云石化流體特征

細(xì)晶、自形－半自形白云巖的氧同位素表明其白云石化流體具有同時(shí)期海水特征(圖6)，但現(xiàn)代正常海水在沒有微生物參與的情況下很難直接沉淀出白云石，因此這些具備白云石化能力的海水很可能經(jīng)歷了一些變化，例如蒸發(fā)濃縮或是稍微升高的溫度，從而打破白云石生成的動(dòng)力學(xué)障礙。由于研究區(qū)下奧陶統(tǒng)缺乏大規(guī)模蒸發(fā)巖沉積，而且細(xì)晶、自形－半自形白云巖的氧同位素并未明顯偏重，說明與高鹽度海水有關(guān)的云化作用可能性不大，因此沉積物中保留的海源流體在淺埋藏階段稍微增加的溫度是導(dǎo)致其具備白云石化能力的主要原因。另外，淺埋藏階段顆?；?guī)r中粒間膠結(jié)物大量生成(如細(xì)小的等軸粒狀方解石)，這些方解石的形成勢必要消耗孔隙水中的Ca離子，可以在一定程度上導(dǎo)致孔隙水的Mg/Ca比升高，從而有利于云化作用的進(jìn)行。

圖7 玉北地區(qū)白云巖/石氧同位素－流體氧同位素和溫度關(guān)系Fig.7 Cross plot showing the relationship betweenδ18OPDB values of dolomite andδ18OSMOW values of dolomitizing fluids with temperature respectively in Yubei area

由于白云巖中的氧同位素組成受白云石化流體性質(zhì)及溫度共同控制，因而可以建立白云巖的氧同位素、流體的氧同位素值和溫度之間的關(guān)系(圖7)。將配對白云巖樣品的氧同位素值和包裹體均一溫度值投點(diǎn)在圖7上可知:形成細(xì)－粗晶、它形白云巖和鞍形白云石的成巖流體的 δ18O(SMOW)值分別為0～4.0‰和3.5‰ ～5.5‰，明顯高于當(dāng)時(shí)海水的 δ18O(SMOW)值(－6.5‰ ～－8.5‰，假設(shè)當(dāng)時(shí)海水溫度20℃，按公式1 000 lnα(方解石－水)=2.78 ×106T－2－2.89計(jì)算)，等于或略高于現(xiàn)今塔中地區(qū)下奧陶統(tǒng)地層水的δ18O(SMOW)值(－1.5‰ ～0.8‰)［35］，低于巖漿水的δ18O(SMOW)值(6.0‰ ～10.0‰)［36］。因此，細(xì) － 粗晶、它形白云巖和鞍形白云石充填物的形成與高溫、高鹽度的地層鹵水關(guān)系密切，可能有少量巖漿水的混入。

另外，各類基質(zhì)白云巖和鞍形白云石充填物的微量元素并未出現(xiàn)數(shù)量級的變化，也說明成巖過程中外部流體的混入有限，大部分白云石化流體均與海源流體有關(guān)，如沉積期的海水或是地層中封存的海源鹵水，整體上具有很強(qiáng)的親緣性和繼承性特征。

4.3 晶體結(jié)構(gòu)與成因的關(guān)系

Gregg 和 Sibley、Sibley 和 Gregg［37－38］認(rèn)為白云石的晶體結(jié)構(gòu)與其形成溫度有關(guān):較高溫度條件下形成的白云石多為非平直晶面的曲面－它形晶，而較低溫度條件下形成的白云石則具有平直的晶面結(jié)構(gòu)(平面－自形、半自形晶)，兩者之間的臨界溫度(晶體曲面化的臨界溫度)大致為50～60℃。

研究區(qū)細(xì)晶、自形－半自形白云巖以具有平直晶面的白云石為主，因此其形成溫度應(yīng)該在50℃之下，這也與根據(jù)該類白云巖的δ18O(PDB)范圍和早奧陶世海水δ18O(SMOW)范圍所計(jì)算出的形成溫度(25～47℃)相一致(圖7);而細(xì)－粗晶、它形白云巖則主要由非平直晶面(曲面－它形晶)的白云石組成，因此其形成溫度至少在60℃之上，雖然高度過飽和白云石化流體以及白云石為爭奪生長空間而產(chǎn)生的競爭性生長也會導(dǎo)致曲面－它形晶的出現(xiàn)［39－40］，但明顯的波狀消光、較輕的氧同位素組成和較高的均一溫度均說明高溫的影響更顯著［41］。

另外，它形白云巖無論晶粒大小如何，其微量元素和碳－氧同位素并未有明顯差別，也就是說該區(qū)下奧陶統(tǒng)白云巖的晶粒大小并不反映其成因，反而是晶體結(jié)構(gòu)特征(曲面－它形晶和平面－自形、半自形晶)與成因之間的關(guān)系更為密切。

4.4 白云石化機(jī)理

綜合上述巖石學(xué)、地球化學(xué)分析認(rèn)為:

1)細(xì)晶、自形－半自形白云巖具有形成時(shí)間早、成巖溫度低、成巖環(huán)境還原性不強(qiáng)、云化流體以海源流體為主的特征，總體上屬于淺埋藏早期與海水有關(guān)的低溫白云石化作用的產(chǎn)物。根據(jù)這類白云巖的形成溫度(25～47℃)以及該區(qū)的埋藏史和熱史(假設(shè)地表溫度20℃，地溫梯度35℃/km)［42］)，可得其形成時(shí)的深度大致為143～771 m，即在中奧陶世時(shí)已經(jīng)大量形成。

2)細(xì)－粗晶、它形白云巖則具有形成時(shí)間相對較晚，成巖溫度高、成巖環(huán)境還原性增強(qiáng)的特點(diǎn)，云化流體仍以海源流體為主，但溫度和鹽度明顯升高，因此其成因與淺埋藏晚期到中埋藏階段的高溫白云石化作用有關(guān)。

這種高溫流體的存在一方面與持續(xù)增加的埋深有關(guān)，另一方面還可能與熱液流體的侵入有關(guān)。如果由埋藏增溫所致，那么根據(jù)細(xì)－粗晶、它形白云巖流體包裹體的均一溫度(Th主要區(qū)間93.1～123.6℃)計(jì)算，對應(yīng)的埋深為2 089～2 957 m，即二疊紀(jì)(圖8)，屬中埋藏成巖環(huán)境。由于該均一溫度范圍很可能是這類白云巖形成的最高溫度，因此還應(yīng)該有相當(dāng)一部分細(xì)－粗晶、它形白云巖在該溫度之前就已形成;部分白云巖中發(fā)育的低幅度縫合線(圖2g)以及并未大幅增加的Fe和Mn含量也表明其在進(jìn)入中－深埋藏環(huán)境前已就位，因此細(xì)－粗晶、它形白云巖很可能在淺埋藏晚期、達(dá)到晶體曲面化臨界溫度(50～60℃左右)之后就開始形成，并持續(xù)到二疊紀(jì)的中埋藏成巖階段(圖8)，薄片及掃描電鏡下觀察到的環(huán)帶結(jié)構(gòu)(圖2g，h)亦表明這種云化過程的持續(xù)性。由于這類白云巖的形成溫度與圍巖相差不大，因此屬于正常的埋藏白云石化作用范疇。

值得注意的是，玉北1井構(gòu)造帶鷹山組不整合面(C/O1－2ys)附近的細(xì)－粗晶、它形白云巖可能與熱液有關(guān)。由于這些白云巖經(jīng)歷了明顯的巖溶改造，因此其形成時(shí)間應(yīng)與風(fēng)化殼同時(shí)或是早于風(fēng)化殼，最晚在石炭紀(jì)之前已經(jīng)形成。根據(jù)該區(qū)埋藏史圖可知(圖8)，石炭紀(jì)之前下奧陶統(tǒng)頂面地層的埋深最大不超過1 000 m、地層溫度不超過52℃，而YB1－2井和YB1－4井不整合面附近粗晶、它形白云巖中流體包裹體均一溫度的范圍高達(dá)99.7～119.1℃，存在明顯的地?zé)岙惓?，因而這部分白云巖的成因應(yīng)該與熱液活動(dòng)關(guān)系密切。加里東中晚期及海西早期發(fā)育的斷裂系統(tǒng)可能為深部熱流體的上涌提供通道。由于該時(shí)期斷層多為中寒武統(tǒng)蓋層滑脫型逆沖斷裂(圖1)，因此所帶入的熱液流體很可能是蒸發(fā)巖中的層間熱鹵水，即“地層熱液”［22］，而非幔源或殼源流體，亦未有大量地球深部物質(zhì)參與到水巖反應(yīng)中，白云巖的微量元素變化并不明顯，僅僅是流體的鹽度、溫度較高。雖然許多熱液白云巖的形成被認(rèn)為與張扭性斷裂有關(guān)，但也有不少研究實(shí)例證實(shí)擠壓背景下的斷裂系統(tǒng)同樣可以導(dǎo)致熱液白云石化的發(fā)生［43－46］。綜上，細(xì) －粗晶、它形白云巖以埋藏白云石化為主，局部存在熱液改造。

3)鞍形白云石充填物的地化屬性與基質(zhì)白云巖既有很強(qiáng)的相似性又有一定的差異性，因此推測其形成過程有兩期(圖8):一期與熱液成因的細(xì)－粗晶、它形白云巖形成時(shí)期相近(石炭紀(jì)之前)，云化流體的溫度和鹽度與細(xì)－粗晶、它形白云巖相似或略有升高(也屬于“地層熱液”)，該流體在導(dǎo)致基質(zhì)白云巖形成之后，繼而在孔洞中沉淀出鞍形白云石，由于生長空間充足，鞍形晶發(fā)育程度高(圖3b)。另一期則可能與二疊紀(jì)的巖漿期后熱液有關(guān)，導(dǎo)致少量鞍形白云石的云化流體具有接近巖漿水的氧同位素組成(圖7)。由于這兩期鞍形白云石充填物形成時(shí)的溫度均高于當(dāng)時(shí)的地層溫度，因此屬于熱液白云石化作用范疇。

圖8 玉北地區(qū)下奧陶統(tǒng)埋藏史及各類白云巖成因示意圖(埋藏史圖據(jù)文獻(xiàn)［47］修編)Fig.8 Sketch map of burial history and origins of the Lower Ordovician dolomites in Yubei area(modified after reference［47］)

5 結(jié)論

1)玉北地區(qū)下奧陶統(tǒng)白云巖主要由細(xì)晶、自形－半自形白云巖、細(xì)－粗晶、它形白云巖和鞍形白云石充填物組成，泥微晶白云巖和顆粒白云巖不發(fā)育。

2)細(xì)晶、自形－半自形白云巖屬淺埋藏早期、與海水有關(guān)的低溫白云石化作用的產(chǎn)物;細(xì)－粗晶、它形白云巖則以淺埋藏晚期到中埋藏階段的埋藏白云石化為主，云化流體多為地層中封存的海源流體，鷹山組頂部白云巖存在熱液改造。白云巖的晶粒大小并不反映其成因，反而是晶體結(jié)構(gòu)特征(曲面－它形晶和平面－自形、半自形晶)與成因之間的關(guān)系更為密切。

3)鞍形白云石充填物有兩期，一期與熱液成因的細(xì)－粗晶、它形白云巖形成時(shí)期相近，具有和基質(zhì)白云巖相似的地化組成;另一期則與二疊紀(jì)的巖漿期后熱液有關(guān)。

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