沉積條件下白云石與伴生方解石碳氧同位素組成的差別及影響因素

李小寧，黃思靜，黃可可，鐘怡江，胡作維

(成都理工大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都 610059)

沉積條件下白云石與伴生方解石碳氧同位素組成的差別及影響因素

李小寧，黃思靜，黃可可，鐘怡江，胡作維

(成都理工大學油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室，成都 610059)

以巖石學為基礎(chǔ)，運用元素、X射線衍射和碳氧同位素分析等方法，在手標本中觀尺度上探討同一樣品中白云石與伴生方解石的碳氧同位素組成及影響因素。研究表明，白云石比伴生方解石具有更高的δ13C和δ18O值。白云石的δ18O值高于伴生方解石可能與如下2種因素有關(guān):(1)在白云石—水和方解石—水系統(tǒng)中，前者的氧同位素分餾系數(shù)大于后者，因此在白云石—方解石系統(tǒng)中，氧同位素分餾系數(shù)大于1;(2)白云石沉淀于比方解石鹽度更高、更富18O的水體中。白云石的δ13C值高于伴生方解石可能與如下因素有關(guān):在白云石—CO2和方解石—CO2系統(tǒng)中，前者的碳同位素分餾系數(shù)大于后者，因而對交代過程的白云石—方解石系統(tǒng)而言，碳同位素分餾系數(shù)大于1。準同生白云石與伴生方解石的氧同位素組成差值較大，而熱液/深埋藏白云石與伴生方解石的氧同位素組成差值較小。

分餾系數(shù);碳氧同位素;伴生方解石;白云石

白云石自從1791年命名以來，由于近地表常溫常壓條件下實驗室合成白云石的困難性和沉積巖溫壓環(huán)境中白云石的廣泛分布，使得白云石形成機制的研究一直是碳酸鹽沉積學中最困難也是最有魅力的領(lǐng)域之一。這也使得一些和白云石有關(guān)的相應(yīng)研究陷入困境，如白云石—水—CO2(或白云石/方解石)系統(tǒng)碳氧同位素分餾系數(shù)難以通過實驗獲取，造成了人們難以解釋同一流體中形成(沉淀或交代方式)的白云石和伴生方解石之間碳氧同位素的差別。前人利用磷酸與方解石/白云石反應(yīng)速率差異、X射線衍射等方法研究表明，古代白云石與伴生方解石之間存在碳氧同位素差異［1－4］，但誰對古海水碳氧同位素組成更具有代表性仍然是亟待解決的問題。如Horacek等［5］在研究南阿爾卑斯下三疊統(tǒng)和二疊系/三疊系界線的碳同位素記錄時認為，白云巖的碳同位素沒有偏離海水，只有氧同位素偏離了海水，顯示白云石和伴生方解石碳氧同位素組成的差別。即使在同一地層中，白云石也比相鄰的方解石具有較正的δ13C和δ18O值，尤其是氧同位素更為明顯。美國猶他州瓦薩奇高原西部邊緣暴露的古新統(tǒng)Flagstaff組下部的白云石比伴生方解石的氧同位素值偏正約7‰［4］，從高溫實驗獲得的同位素數(shù)據(jù)外推到25℃時白云石和方解石在平衡狀態(tài)下白云石比方解石富集18O約4‰～7‰［6－8］，變質(zhì)巖組合中白云石和方解石在平衡狀態(tài)下白云石與方解石的Δ18O(即白云石與方解石的δ18O值之差)值約為5‰～9‰［2，9－10］，白云石與方解石的Δ18O值約為3.2‰［11］。新近的白云石—水—CO2系統(tǒng)與方解石—水—CO2系統(tǒng)碳氧同位素分餾實驗表明，兩者存在碳氧同位素分餾系數(shù)的差別［12－16］，說明白云石的氧同位素組成與方解石的差別是分餾系數(shù)的差別所致，它們所代表的仍然是同一流體或類似流體。

近期我們研究了四川盆地合川鹽井溪下三疊統(tǒng)嘉陵江組的白云巖和石灰?guī)r的碳氧同位素組成，結(jié)果表明白云巖/不完全白云巖化地層比相鄰的灰?guī)r地層具較高的δ13C和δ18O值［17］。但是白云石和方解石分布于不同的地層間隔，無法排除年代效應(yīng)對這2種礦物碳氧同位素差別的影響。基于這種考慮，我們嘗試性地選擇了3件同時存在白云石和方解石的樣品，在手標本中觀尺度上進行方解石和白云石碳氧同位素組成差別的研究，以進一步理解白云石與伴生方解石在碳氧同位素組成上的差別及可能的影響因素。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于四川盆地東北部宣漢縣渡口鎮(zhèn)(圖1)，構(gòu)造上隸屬于大巴山弧形斷褶帶與川東弧形褶皺帶的交會部位［18］。該地區(qū)在下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組沉積時期是典型的盆地—臺地沉積體系［19］，開江—梁平海槽東北側(cè)是孤立的碳酸鹽臺地，開江—梁平海槽西南側(cè)是與大陸毗鄰的碳酸鹽臺地，該海槽在飛仙關(guān)組沉積末期完全關(guān)閉。研究區(qū)位于開江—梁平海槽東北側(cè)的孤立碳酸鹽臺地內(nèi)部，臺地周邊為邊緣淺灘環(huán)境，臺地內(nèi)部主要為受限制的潟湖—潮坪環(huán)境。飛仙關(guān)組主要以碳酸鹽巖沉積為主，少量的紫紅色鈣質(zhì)泥巖，飛仙關(guān)組第一段和第四段因局限環(huán)境發(fā)育白云巖或云質(zhì)灰?guī)r等過渡巖石類型。在嘉陵江組沉積時期，研究區(qū)是開闊臺地—局限臺地沉積體系，嘉一、嘉三段以開闊臺地相為主，發(fā)育泥微晶灰?guī)r，嘉二段和嘉四段以局限臺地相為主，發(fā)育白云巖和鹽溶角礫巖，各段之間的巖性地層界線容易識別。樣品采自川東北宣漢渡口剖面下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組第四段(簡稱飛四段)和嘉陵江組第二段(簡稱嘉二段)地層(圖1)。

圖1 川東北下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組沉積期古地理圖及采樣位置Fig.1 Paleogeographic map of northeastern Sichuan Basin during the deposition of Feixianguan Formation(Early Triassic)，also showing sampling locations

2 巖石學特征

選取的3組樣品具有不同的巖石學組構(gòu)特征及代表意義。樣品BL30采自飛四段，具泥微晶結(jié)構(gòu)(圖2a)，缺乏生物化石和交代結(jié)構(gòu)。研究區(qū)飛四段同時存在代表蒸發(fā)環(huán)境的石膏沉積，表明這些白云石可能是準同生期高鹽度水交代先驅(qū)CaCO3礦物形成的［20］。

樣品BL103采自嘉二段，具泥微晶藻粒結(jié)構(gòu)(圖2b)，顯微鏡下幾乎看不到泥微晶白云石的晶體形態(tài)，部分藻粒因富含有機質(zhì)而呈黑色，有機質(zhì)往往富集在白云石分布的區(qū)域，顯示白云石形成機制與藻粒之間的有機聯(lián)系。另一個重要特征是白云石僅僅分布在藻粒中，呈不均勻斑塊狀分布，明顯不同于第一類白云石，此類白云石與Hips等［21］報道的具有微生物結(jié)構(gòu)的原白云石類似;巖石中存在少量孔隙分布在藻粒的內(nèi)部，其形成機制可能與藻尸體腐爛有關(guān)，提示巖石經(jīng)歷了大氣水成巖作用。方解石主要分布于藻粒之間，具微亮晶結(jié)構(gòu)，薄片下難以判斷其形成的成巖環(huán)境。依據(jù)白云石僅分布在藻粒中而粒間膠結(jié)物沒有白云巖化這一事實，推測膠結(jié)物的初始礦物是具有更好熱力學穩(wěn)定性的低鎂方解石，同時其沉淀作用也可能是在近地表的低Mg/Ca比值的大氣水環(huán)境中發(fā)生的。

圖2 四川盆地宣漢渡口剖面實驗樣品的顯微照片F(xiàn)ig.2 Microphotographs of experiment samples from Dukou section in Xuanhan county，Sichuan Basin

樣品BL98A采自嘉二段，具殘余鮞粒結(jié)構(gòu)(圖2c)，大小約200～250 μm的鮞粒是主要的粒屑類型。膠結(jié)物以亮晶方解石為主，白云巖化局限在鮞粒的內(nèi)部(圖2d)，白云石呈平直晶面自形晶，粒徑分布在50～70 μm。由于地質(zhì)歷史中的大多數(shù)鮞粒都是典型的文石質(zhì)非生物顆粒，顯示白云巖化作用是選擇文石質(zhì)的鮞粒進行的，同時基于鮞粒在巖石中呈漂浮狀這一特征，可以認為膠結(jié)作用發(fā)生的時間很早。結(jié)合樣品非常低的錳(＜10×10－6)、鐵(＜500×10－6)含量(表1)，說明巖石的膠結(jié)作用主要是在準同生期海水潛流環(huán)境中發(fā)生的。

3 地球化學特征

3.1 X射線衍射及元素分析

對3組樣品任意7個區(qū)域進行了X射線衍射分析，結(jié)果表明巖石基本上由白云石和方解石2種礦物組成，21個樣品(3組樣品任意7個區(qū)域)白云石和方解石含量之和變化在96.84%～100%之間，平均值為98.53%，其他礦物主要為少量的石英。基于X射線衍射的分析結(jié)果，我們可以通過CaO、MgO含量來較好地定量計算巖石中方解石和白云石的相對含量，而可以不采用可靠性較差的、僅有半定量意義的X射線衍射分析結(jié)果。同時，為了與化學分析計算獲得的白云石和方解石相對含量對應(yīng)，表1中我們也采用由Füchtbauer和Goldschmidt［22］提供的方法計算了白云石和方解石的相對含量，21個樣品的X射線衍射結(jié)果中白云石的104面網(wǎng)間距值(d104)變化在2.877 3～2.891 8之間，顯示這些白云石接近理想組成。因而通過化學分析CaO、MgO含量計算巖石中白云石和方解石的相對含量時，假定白云石具有理想組成(即白云石中CaCO3和MgCO3的摩爾分數(shù)都為50%)，不會對計算結(jié)果造成實質(zhì)性影響。

總體上來講，全部樣品的MgO含量和X射線衍射分析獲得的白云石含量呈正相關(guān)關(guān)系，兩者之間的相關(guān)系數(shù)高達0.96(圖3a)。在3個樣品中，BL103的MgO含量和白云石含量也具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達到0.93(圖3b);其余2個樣品相關(guān)性較差，尤其是BL98A樣品，這與樣品中白云石含量較低，X射線衍射半定量分析的誤差相對較大有關(guān)?；瘜W分析中CaO和MgO含量分析的檢測限為0.1%，相對誤差達到了2%，而由X射線衍射分析獲得的礦物含量通常是一種誤差較大的半定量分析?；诖?，后面有關(guān)樣品中白云石和方解石相對含量的討論中，我們采用了由化學分析結(jié)果換算的白云石和方解石相對含量(表1)。

表1 四川盆地宣漢渡口剖面不同樣品的元素分析、碳氧同位素和X射線衍射分析結(jié)果Table 1 Element，carbon and oxygen isotope values and XRD data of samples from Dukou section in Xuanhan county，Sichuan Basin

圖3 四川盆地宣漢渡口剖面樣品X射線衍射白云石含量與MgO含量交會圖Fig.3 Cross-plots of dolomite content from XRD and MgO content of samples from Dukou section in Xuanhan county，Sichuan Basin

3.2 碳氧同位素

3組樣品的碳氧同位素分析結(jié)果(均為PDB標準，全文相同)見表1，樣品BL30的δ13C值變化在0.82‰～2.26‰，平均值為1.49‰，δ18O值變化在－6.16‰～－4.91‰，平均值為－5.46‰。樣品BL103的δ13C值變化在0.58‰～1.32‰，平均值為0.96‰，δ18O值變化在－9.80‰～－6.58‰，平均值為－7.93‰。樣品BL98A的δ13C值變化在5.19‰～5.47‰，平均值為5.32‰，δ18O值變化在－5.60‰～－5.36‰，平均值為－5.52‰。除了從樣品BL98A獲得的7個數(shù)據(jù)外，其余2個樣品各自7個數(shù)據(jù)的δ13C和δ18O值都有較大的變化范圍，并與元素含量和相應(yīng)的白云石、方解石含量變化具有較好的對應(yīng)變化關(guān)系。

4 討論

4.1 白云石含量和碳氧同位素組成的關(guān)系

樣品BL30和BL103的碳氧同位素組成和白云石含量(或相應(yīng)MgO含量)之間都顯示出良好的線性關(guān)系(圖4)，表現(xiàn)為樣品的碳氧同位素組成隨白云石含量變化而變化的特征。按線性函數(shù)關(guān)系，二者之間的相關(guān)系數(shù)在0.7～0.86之間，顯示在手標本中觀尺度上，白云石與伴生方解石具有不同的碳氧同位素組成這一基本事實是存在的，表現(xiàn)為隨著樣品中白云石含量的增加，δ13C和δ18O值增加，白云石比伴生方解石具有更高的δ13C和δ18O值。樣品BL98A的碳氧同位素組成未顯示出隨樣品中白云石含量變化而變化的特征(圖4)，我們推測與如下因素有關(guān):

圖4 四川盆地宣漢渡口剖面不同樣品白云石含量和δ13C、δ18O值的對應(yīng)關(guān)系Fig.4 Correlation of dolomite content and corresponding δ13C，δ18O values of samples from Dukou section in Xuanhan county，Sichuan Basin

(1)白云石含量較低且具有較小的變化范圍。由MgO換算的白云石含量變化在0.87%～11.96%之間，較小的白云石含量變化導致較小的δ13C和δ18O值變化。分析結(jié)果顯示，樣品MgO含量變化在0.19%～2.60%之間，δ13C值變化在5.19‰～5.47‰之間，δ18O值變化在－5.60‰～－5.36‰之間，碳氧同位素這種較小的變化范圍可能被分析誤差疊加或掩蓋，尤其是該樣品的氧同位素組成，7個分析數(shù)據(jù)的標準偏差為0.081，已接近儀器0.08標準偏差。因而巖石中較低的白云石含量和較小的碳氧同位素變化范圍是這7個樣品白云石含量和同位素組成之間缺乏系統(tǒng)相關(guān)關(guān)系的主要原因。

(2)白云石形成機制。上述巖石學研究表明，樣品BL98A的白云石具有和BL30、BL103不同的形成機制，后2個樣品中的白云石都是泥微晶結(jié)構(gòu)，具有準同生環(huán)境交代白云石或原白云石的特征。BL30樣品的白云巖化流體是高鹽度的海水，BL103樣品與藻類活動有關(guān)的白云石，藻類新陳代謝活動產(chǎn)生的胞外聚合物對白云石的沉淀有著不可忽視的作用。這兩類白云石都是在近地表常溫常壓環(huán)境下形成的，Sun等［24］從磷酸鹽氧同位素反演的南盤江盆地早三疊世古海水的溫度變化在30～40℃，表明當時的古海水溫度較高。而BL98A中的白云石顯然是成巖過程中交代鮞粒形成的，晶體相對較大，溫度可能略高于前兩類白云石形成的溫度，白云巖化作用的流體在時間上和空間上都相對遠離先驅(qū)方解石或文石的沉淀流體，因而白云石含量和碳氧同位素變化之間缺乏協(xié)同變化關(guān)系。不過，在分析誤差和白云石成因2個因素中，分析誤差是主要的，成巖交代白云石和先驅(qū)方解石或文石碳氧同位素之間的關(guān)系仍然需要進一步研究。

4.2 碳同位素組成和白云石含量的關(guān)系

對樣品BL30而言，當白云石含量從61.87%變化到77.19%(MgO從13.45%變化到16.78%)時，其δ13C值從0.82‰增加至2.26‰，增加幅度超過1.4‰(圖4a)。如果按圖4a中白云石含量和相應(yīng)δ13C值的函數(shù)關(guān)系，外延到方解石和白云石的端元礦物，則方解石和白云石的δ13C值分別為－3.2‰和3.3‰，白云石和方解石之間碳同位素的差值超過6‰。對樣品 BL103而言，當白云石含量從56.30%變化到89.56%(MgO從12.24%變化到19.47%)時，其δ13C值從0.58‰增加至1.32‰，增加幅度超過0.7‰(圖4a)。如果按圖4a中白云石含量和相應(yīng)δ13C值的函數(shù)關(guān)系，外延到方解石和白云石的端元礦物，則方解石和白云石的δ13C值分別為－0.5‰和1.5‰，白云石和方解石之間碳同位素的差值為2‰。2個樣品不同白云石含量和相應(yīng)δ13C值的變化關(guān)系說明如下問題:

(1)對于手標本中觀尺度而言，白云石和伴生方解石具有不同的碳同位素組成，白云石的δ13C值高于伴生方解石是可以肯定的事實;

(2)上述巖石學研究表明2個樣品都不具有交代組構(gòu)，可以推測白云石和方解石可能都是從其母流體中沉淀的。假定是從同一母流體中沉淀的，則白云石—CO2的碳同位素分餾系數(shù)應(yīng)大于方解石—CO2系統(tǒng)，但二者都是從同一母流體中沉淀的這一假定可能并不成立，因為白云石沉淀時，海水已演化到鹽度更高、Mg/Ca比值更高的階段，無論是按傳統(tǒng)的滲透回流模式還是蒸發(fā)泵模式，二者沉淀時間都存在時間差，由于白云石形成需要較長時間［25］，這種時間差已足以造成海水碳同位素組成的差別(后邊將進一步討論這一問題);

(3)雖然上述巖石學研究表明2個樣品都不具有交代結(jié)構(gòu)，但這并不能完全說明這些白云石不是交代成因。傳統(tǒng)的滲透回流模式和蒸發(fā)泵模式中的白云石都是準同生階段交代先驅(qū)方解石或文石形成的，如果是這樣，則說明白云巖化過程中存在碳同位素的分餾，并不是簡單的鎂和鈣之間的置換，可能是一個溶解—沉淀過程，因而也與白云石—CO2和方解石—CO2的碳同位素分餾系數(shù)的差別有關(guān);

(4)2個樣品的δ13C值和白云石含量(或相應(yīng)MgO含量)的直線函數(shù)具有不同的斜率，分別為0.065和0.02(圖4a)，因而樣品BL30中的方解石和白云石具有比BL103中的方解石和白云石更大的δ13C差值，前者為6.5‰，后者為2‰(表2)。我們認為這里疊加了年代效應(yīng)，在圖5所示的宣漢渡口剖面下三疊統(tǒng)碳同位素演化曲線中，樣品BL30正處于δ13C快速上升的起點，就海水演化而言，白云石是形成于(沉淀或交代)伴生方解石或文石之后，海水此時具有更高的鹽度和Mg/Ca比值，白云石形成時的海水顯然已具有更高的δ13C值。由于早三疊世Induan期(可大致與上揚子地區(qū)的飛仙關(guān)組、大冶組或夜郎組對應(yīng)［26］)持續(xù)時間只有約1 Ma時間段［27］，因而BL30樣品所在的Induan期末期的海水δ13C值快速上升持續(xù)的時間可能達到萬年的尺度范圍。

表2 四川盆地宣漢渡口剖面樣品的白云石含量與碳氧同位素之間的函數(shù)關(guān)系和相應(yīng)的同位素值Table 2 Function expression of dolomite content and carbon and oxygen isotopes and corresponding isotope values of BL30 and BL103 samples from Dukou section in Xuanhan county，Sichuan Basin

圖5 四川盆地宣漢渡口剖面下三疊統(tǒng)碳同位素演化曲線Fig.5 Carbon isotope evolution curves for Early Triassic，Dukou section in Xuanhan county，Sichuan Basin

4.3 氧同位素組成和白云石含量的關(guān)系及與碳同位素的對比

對樣品BL30而言，白云石含量從61.87%變化到77.19%(MgO從13.45%變化到16.78%)時，其δ18O值從－6.16‰增加至－4.91‰，增加幅度超過1.2‰(圖4b)。如果按圖4b中白云石含量和相應(yīng)δ18O值的函數(shù)關(guān)系，外延到方解石和白云石的端元礦物，則其方解石和白云石的δ18O值分別為－10.54‰和－3.54‰，白云石和方解石之間氧同位素的差值為7‰。對樣品BL103而言，白云石含量從56.30%變化到89.56%(MgO從12.24%變化到19.47%)時，其δ18O值從－9.80‰增加至－6.58‰，增加幅度超過3‰(圖4b)。如果按圖4b中白云石含量和相應(yīng)δ18O值的函數(shù)關(guān)系，外延到方解石和白云石的端元礦物，則其方解石和白云石的δ18O值分別為－15.39‰和－5.39‰，白云石和方解石之間氧同位素的差值為 10‰。按照實驗得出的 BL30和BL103樣品端元方解石的氧同位素值，根據(jù)已有的白云石—方解石系統(tǒng)中氧同位素分餾方程［12］，假設(shè)白云石的形成溫度是30℃，計算獲得的白云石的氧同位素分別為－7‰和－11.87‰，與兩者各自的方解石氧同位素差值分別為3.54‰和3.52‰，可見白云石—方解石氧同位素分餾方程計算的白云石與方解石氧同位素之間的差值要小于我們實驗方法獲得的。這與計算過程中參數(shù)選取的合理性、白云石—方解石氧同位素分餾方程的由來以及地質(zhì)事實中白云石形成的復雜性相關(guān)(如與白云石伴生的方解石可能在一定程度上受到大氣水的影響而其δ18O值更低)。

從另一方面也說明，我們需要加強地質(zhì)事實中白云石—方解石—水系統(tǒng)的氧同位素分餾方程的研究。2個樣品不同白云石含量和相應(yīng)δ18O值的變化關(guān)系說明如下問題:

(1)對于手標本中觀尺度而言，白云石和伴生方解石具有不同的氧同位素組成，白云石的δ18O值高于伴生方解石是可以肯定的事實;

(2)如果白云石和方解石可能都是從同一母流體中沉淀的，則說明白云石—水系統(tǒng)的氧同位素分餾系數(shù)大于方解石—水系統(tǒng)，如果白云石和方解石不是從同一母流體中沉淀的，除了說明白云石—水系統(tǒng)的氧同位素分餾系數(shù)大于方解石—水系統(tǒng)以外，還可能說明白云石形成(沉淀或交代先驅(qū)文石或方解石)的流體的鹽度高于伴生方解石的沉淀流體，當然相應(yīng)的Mg/Ca比值也會更高。

(3)2個樣品的δ18O值和白云石含量(或MgO相應(yīng)含量)的直線函數(shù)具有不同的斜率，分別為0.07和0.1，因而樣品BL103中的方解石和白云石具有比BL30中的方解石和白云石更大的δ18O差值，前者為10‰，后者為7‰，同時BL103外延至方解石后，δ18O值低至－15.39‰(表2)。結(jié)合巖石學研究說明該樣品藻粒之間的方解石可能是大氣水成因，白云石和方解石分別沉淀于具不同鹽度的水體中是造成這種現(xiàn)象的主要原因。

(4)對比氧同位素和碳同位素組成與白云石含量之間的變化關(guān)系，可以看出，白云石與伴生方解石氧同位素組成的差值都大于碳同位素組成，尤其是樣品BL103，白云石和方解石δ13C和δ18O的差值分別為2‰和10‰，這主要與白云石或方解石—水的氧同位素分餾系數(shù)大于白云石或方解石—CO2的碳同位素分餾系數(shù)有關(guān)。

4.4 溫度對氧同位素組成差別的影響

雖然我們研究的樣品中白云石和伴生方解石都形成于沉積溫度條件下，但我們可以利用前人實驗與理論研究成果，來進行溫度對白云巖化過程中方解石和白云石氧同位素組成差別影響的討論。較新的研究成果是由Horita完成的［12］，在綜合方解石—水［28－29］和白云石—水氧同位素分餾方程的基礎(chǔ)上，(原)白云石—方解石的18O/16O分餾系數(shù)可以用如下方程表達:

式中:α為分餾系數(shù)，T為開氏溫度。

雖然該氧同位素分餾方程是在80～350℃溫度范圍下獲得的，但氧同位素分餾系數(shù)與溫度1/T2呈線性關(guān)系，可以外延至其他溫度范圍。顯然該研究有助于我們理解白云巖化過程中方解石和白云石氧同位素組成的差別，以及溫度對這種差別的影響。我們?nèi)?個溫度點來討論這種差別，分別是30，80，150，350℃，假定先驅(qū)方解石的δ18O值為0‰，則在這4種溫度條件下形成的白云石的δ18O值分別為3.6‰，2.6‰，1.7‰，0.7‰，這4個數(shù)值顯然也就是在這4種溫度條件下白云石和先驅(qū)方解石的δ18O的差值，顯示溫度越高，白云巖化過程中方解石和白云石δ18O值的差別越小。因此，準同生白云石與伴生方解石的氧同位素組成差值較大，而熱液/深埋藏白云石與伴生方解石的氧同位素組成差值較小。

5 結(jié)論

(1)在手標本中觀尺度上，同一樣品中白云石與伴生方解石具有不同的碳氧同位素組成，因而隨著樣品中白云石含量的增加，δ13C和δ18O值增加，顯示白云石比伴生方解石具有更高的δ13C和δ18O值。

(2)白云石的δ18O值高于伴生方解石可能與如下2種因素有關(guān):①白云石—水系統(tǒng)中和方解石—水系統(tǒng)中，前者的氧同位素分餾系數(shù)應(yīng)大于后者，對交代過程而言，白云石—方解石系統(tǒng)中，氧同位素分餾系數(shù)大于1;②白云石沉淀于比方解石鹽度更高、更富18O的水體中，因而白云石也更富18O。

(3)白云石的δ13C值高于伴生方解石可能與如下因素有關(guān):白云石—CO2系統(tǒng)中和方解石—CO2系統(tǒng)中，前者的碳同位素分餾系數(shù)大于后者，對交代過程而言，白云石—方解石系統(tǒng)中，碳同位素分餾系數(shù)大于1?；诖?，我們不能簡單地用白云石或方解石的碳同位素去代替古海水，因而需要進一步加強沉積溫壓條件下白云石—方解石—CO2系統(tǒng)碳同位素分餾系數(shù)的定量研究。

(4)由于白云巖化作用需要時間，即使是萬年尺度的年齡變化，對于海水碳同位素組成大幅度、高頻率變化的時間間隔來說，已足以造成手標本中觀尺度白云石和伴生方解石碳同位素組成的差別，這在早三疊世時間間隔顯得尤其明顯，因此，手標本中觀尺度白云石和方解石碳同位素組成的差別也可能是時間造成的。

(5)相對低溫條件的白云巖化過程中，白云石與先驅(qū)方解石氧同位素的差值較大，隨著白云巖化過程溫度的升高，白云石與先驅(qū)方解石之間氧同位素組成的差值減小，因而準同生白云石與伴生方解石的氧同位素組成差值較大，而熱液/深埋藏白云石與伴生方解石的氧同位素組成差值較小。

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(編輯 徐文明)

Differences and controls of carbon and oxygen isotope composition in dolomite and coexisting calcite under deposition conditions

Li Xiaoning，Huang Sijing，Huang Keke，Zhong Yijiang，Hu Zuowei
(State Key Laboratory of Oil/Gas Reservoir Geology and Exploitation，Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan 610059，China)

We discussed the composition and factors influencing carbon and oxygen isotopes in dolomites and coexisting calcites in hand specimen mesoscale based on petrography and combined with elemental，X-ray diffraction and carbon and oxygen isotope analyses.Results indicated that dolomites have higher δ13C and δ18O values than coexisting calcites.Two factors may account for the higher δ18O values of dolomites.(1)The oxygen isotope fractionation factors of a dolomite－water system are higher than those of a calcite－water system.Therefore，oxygen isotope fractionation factors are greater than 1 in a dolomite－calcite system.(2)The fluids of dolomite precipitation have higher salinity and higher18O abundance compared to coexisting calcite.In addition，the δ13C values of dolomites show the same trends with δ18O values.That is to say，the carbon isotope fractionation factors in a dolomite－CO2system are higher than those in a calcite－CO2system.Therefore，carbon isotope fractionation factors are greater than 1 in a dolomitecalcite system during replacement process.Oxygen isotope values varied obviously between syndepositional dolomites and coexisting calcites，while they were similar between hydrothermal/deeply burial dolomites and coexisting calcites.

fractionation factors;carbon and oxygen isotope;coexisting calcite;dolomite

TE12<2.2 class="emphasis_bold">2.2 文獻標識碼:A2.2

A

1001－6112(2016)06－0828－08

10.11781/sysydz201606828

2016－02－06;

2016－09－28。

李小寧(1986—)，女，博士生，從事沉積地球化學研究。E-mail:l-x-n@139.com。

黃思靜(1949—)，男，教授，博士生導師，從事沉積學的教學與科研工作。E-mail:hsj@cdut.edu.cn。

國家自然科學基金項目(41272130)“川渝地區(qū)早三疊世海相碳酸鹽巖的碳同位素研究”資助。