羌塘盆地南坳陷中侏羅統(tǒng)布曲組白云巖儲層成因流體 同位素地球化學(xué)示蹤

萬友利，王 劍，付修根，王 東

(1.自然資源部 沉積盆地與油氣資源重點實驗室，四川 成都 610081； 2.中國地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心 沉積地質(zhì)研究室，四川 成都 610081； 3.西南石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610500)

“白云石(巖)問題”一直是沉積學(xué)最具爭議的焦點問題之一。近年來，有人在實驗室條件下合成了無序白云石[1]，以及對“生物白云巖”的深入研究，提出微生物能夠克服動力學(xué)障礙，促進白云石沉淀[2]，但對古代地層中的大套白云巖而言，沉積學(xué)家和石油勘探家仍認為是白云石化作用的產(chǎn)物[3-4]。白云石化作用研究的核心內(nèi)容是白云石化流體及水-巖作用過程，并據(jù)此建立相應(yīng)的白云石化模式：準同生作用[5]、埋藏作用[6]、盆地深層熱鹵水[7]、以及巖漿熱液[8]或地幔熱流體作用等，形成多種觀點并存的局面。同時，碳酸鹽巖在埋藏過程中的成巖環(huán)境及流體性質(zhì)，直接影響碳酸鹽巖儲層中礦物的溶蝕和沉淀過程，進而控制著儲層的孔、洞形成和保存程度，是制約白云巖儲層質(zhì)量的關(guān)鍵因素[4，9-10]。

羌塘盆地位處青藏高原腹地，是中國勘探程度最低的中生代海相沉積盆地。經(jīng)過近20余年的勘探表明，布曲組白云巖儲層是羌塘盆地中生代沉積構(gòu)造層整體致密背景下的優(yōu)質(zhì)儲層[11-12]。前人對這套儲層分別從沉積環(huán)境[13-14]、白云巖成因[15-23]和儲層特征[15-16，24]等方面進行了大量研究研究，他們關(guān)于這套白云巖儲層的成因的認識不僅存在爭議，而且難以確保獲取的研究區(qū)白云巖地球化學(xué)信息的準確和全面。如前期的研究均采用全巖樣品進行，所獲取的白云巖地球化學(xué)信息無法準確反映其白云石化流體性質(zhì)，同時他們也僅是簡單套用混合水白云石化模式，并未結(jié)合羌塘盆地實際[15-21]，或者研究僅限于晶粒白云巖，未能全面涵蓋所有白云巖類型[22]，即使新近提出的、可能更符合實際的觀點“布曲組白云巖是多期次白云石化疊加的結(jié)果”[23，25-26]，也需要更多的研究資料證實。鑒于此，本次研究在前期詳細巖石學(xué)分類基礎(chǔ)上，通過獲取不同類型和不同世代碳酸鹽礦物的C,O和Sr同位素，結(jié)合流體包裹體測溫資料，恢復(fù)南羌塘坳陷布曲組成巖環(huán)境、反演白云巖成因流體性質(zhì)及演化過程，以期為羌塘盆地碳酸鹽巖儲層勘探提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

羌塘盆地位于特提斯域東段，是在前奧陶系結(jié)晶基底上發(fā)育的中生代海相沉積盆地[13，27-28]，夾持于北側(cè)可可西里-金沙江縫合帶和南側(cè)班公湖-怒江縫合帶之間，自北向南分為羌塘北緣褶皺沖斷帶、北坳陷、中央隆起帶和南坳陷4個一級構(gòu)造單元，盆地主體呈“兩坳夾一隆”的構(gòu)造格局(圖1)。南坳陷的構(gòu)造演化與其南側(cè)的中特提斯洋的演化息息相關(guān)。在晚三疊世末期，盆地南側(cè)的拉薩地塊向北擠壓之后，地球動力學(xué)翻轉(zhuǎn)，造成班公湖-怒江洋盆(中特提斯洋)的又一次擴張，標志著羌塘中生代海相沉積盆地的開啟[13]，經(jīng)歷早侏羅世曲色組的裂陷期，到中侏羅世色哇組和布曲組沉積期，盆地進入持續(xù)穩(wěn)定的沉降階段——拗陷期[28]。受盆地南側(cè)班公湖-怒江洋盆(中特提斯洋)進一步擴展影響，在盆地拗陷期，發(fā)育了布曲組巨厚層碳酸鹽巖。南坳陷布曲組白云巖在剖面上具有南北分帶、東西分塊的特征，即在南坳陷自西向東分為隆鄂尼區(qū)塊、昂達而錯區(qū)塊和達卓馬-鄂斯瑪區(qū)塊[24]。

2 巖石學(xué)特征

前人依據(jù)地質(zhì)剖面資料，認為研究區(qū)白云巖儲層在垂向上呈大套白云巖出露，但剖面風(fēng)化嚴重，掩蓋很多可靠的地質(zhì)信息。依據(jù)2014年QZ12井的巖心資料：該井鉆遇布曲組地層傾角較大(可達60°)，將在剖面上風(fēng)化嚴重的巖層厚度放大后，井深213.56 m至地表發(fā)育白云巖儲層，此白云巖段不是大套白云巖，而是表現(xiàn)出多個受高頻相對海平面變化的巖性旋回疊置(圖2)。共識別出81個灰?guī)r-白云巖(厘)米級旋回，每個旋回底部發(fā)育薄層狀泥晶灰?guī)r(圖2a)、泥晶砂屑灰?guī)r或亮晶砂屑灰?guī)r，向上變?yōu)榛屹|(zhì)云巖-白云巖，在巖心上，白云巖層段可分為紋層狀白云巖、細晶白云巖、中晶白云巖及白云巖角礫，并且白云巖段普遍含油。QZ11井底部576.30～587.30 m井段發(fā)育灰黑色針孔狀中晶白云巖，裂隙發(fā)育，充填白色鞍形白云石脈或白色方解石脈，587.30～592.25 m井段發(fā)育灰黑色含藻白云巖，局部重結(jié)晶作用強烈，592.25～600.00 m井段發(fā)育灰黑色針孔狀中晶白云巖，裂隙發(fā)育，充填鞍形白云石脈。

圖1 羌塘盆地構(gòu)造單元劃分與研究區(qū)位置Fig.1 Division of tectonic units in the Qiangtang Basin and the location of the study area

在前期研究工作中[23-26]，依據(jù)研究區(qū)白云巖對先驅(qū)灰?guī)r原始組構(gòu)的保留程度，分為保留先驅(qū)灰?guī)r原始組構(gòu)的白云巖和晶粒白云巖，保留先驅(qū)灰?guī)r原始組構(gòu)的白云巖包括紋層狀白云巖(圖2b)、微-粉晶白云巖和(殘余)顆粒白云巖(圖2f)，微粉晶白云巖主要由微晶-粉晶級白云石組成，晶體細小、自形程度差，多為半自形-它形晶體，在巖心上多呈紋層狀產(chǎn)出，局部可見似鳥眼構(gòu)造。(殘余)顆粒白云巖的最大特點是保留或具殘余先驅(qū)灰?guī)r的原始組構(gòu)，在巖心上，這類白云巖的顆粒以藻砂屑為主，偶見殘余藻砂屑結(jié)構(gòu)。晶粒白云巖依據(jù)晶體邊界將其分為自形晶、半自形晶和它形晶[29-30]；按照晶體大小分為細晶和中-粗晶，結(jié)合研究區(qū)實際情況，將晶粒白云巖分為細晶、自形白云巖，細晶、半自形白云巖和中-粗晶、它形白云巖。同時，由于白云石可以以充填物的形式發(fā)育在裂縫或孔洞中，對白云巖儲層成因具有重要指示意義，如鞍形白云石往往被認為與熱液有關(guān)[8]，因此將這類白云石單獨分為白云石充填物。

細晶、自形白云巖在研究區(qū)分布廣泛，剖面上見到的“砂糖狀含油白云巖”多以該類白云巖為主(圖2c)，在巖心上以淺灰黃色-淺灰色為主，呈中厚層狀產(chǎn)出，顯微鏡下以細晶(0.05～0.25 mm)為主，少量粉晶，晶間孔隙發(fā)育，局部被亮晶方解石充填(圖2g)。細晶、半自形白云巖在研究區(qū)發(fā)育程度僅次于細晶、自形白云巖的規(guī)模，剖面上見到的“砂糖狀含油白云巖”包括部分該類白云巖，巖心上以深灰色為主，多與細晶、自形白云巖呈互層狀產(chǎn)出。鏡下以細晶為主，晶體自形程度比細晶、自形白云巖有所降低，以半自形為主，少量半自形—它形，晶體間以線接觸為主，局部可見鑲嵌狀接觸，晶間孔隙較細晶、自形白云巖大幅度降低，部分孔隙被方解石充填。研究區(qū)中-粗晶、它形白云巖包括兩種：一種在巖心上呈斑點狀產(chǎn)出，鏡下為含灰質(zhì)白云巖或者灰質(zhì)白云巖，屬于過渡性巖類(圖2i)，發(fā)現(xiàn)白云石部位多為異化顆粒間的灰泥或膠結(jié)物，少量為生物骨骼；另一種以灰色-深灰色、塊狀或中厚層狀產(chǎn)出的純白云石，鏡下以中-粗晶為主(0.25～2 mm)，局部可見細晶或泥-粉晶重結(jié)晶形態(tài)，晶間孔隙匱乏，正交偏光下見波狀消光(圖2h)。

白云石膠結(jié)物包括和鞍形白云石充填，細-中晶、自形白云石充填物發(fā)育在白云巖晶間孔隙內(nèi)壁上，以細晶為主，少量粉晶或中晶，向孔方向晶體自形程度變好，具有平直的晶面邊界(圖2j)；鞍形白云石充填物在QZ11井587.30～600.00 m井段最為發(fā)育，該井段白云巖巖心為灰黃色針孔狀白云巖(圖2d)，鏡下見白云石充填物晶粒粗大，單偏光下晶面污濁，正交偏光下具明顯的波狀消光特征，晶體邊界彎曲呈似鐮刀狀(圖2k)。

圖2 羌塘盆地南坳陷QZ12井布曲組白云巖儲層縱向上巖性結(jié)構(gòu)及照片特征Fig.2 The characteristics of the vertical lithologic structure of the Buqu Formation in Well QZ12 in southern depression of Qiangtang Basin

3 測試方法與測試結(jié)果

本次研究是在前期詳細巖石學(xué)分類基礎(chǔ)上完成，在進行巖石學(xué)分類研究時，用牙鉆對不同類型白云石樣品進行取樣(精度0.05～0.1 mm)，保留副樣。選擇白云石類型單一、受成巖后生作用影響小、純度高的白云巖及縫、洞內(nèi)充填的白云石和方解石等礦物，剔除白云石化后被其他礦物充填或溶蝕蝕變的樣品。樣品經(jīng)粉碎處理后，用瑪瑙碾缽磨細至200目備用。

對QZ11井和QZ12井不同類型白云巖及充填物進行系統(tǒng)樣，共采集樣品35件，其中微粉晶白云巖樣品3件，細晶、自形白云巖樣品5件，細晶、半自形白云巖樣品5件，中-粗晶、它形白云巖樣品6件，細-中晶、自形白云石充填物1件，鞍形白云石充填物4件，裂縫內(nèi)充填方解石脈7件，分離出白云巖晶間孔內(nèi)充填的方解石1件，為方便對比分析，采集未受明顯成巖蝕變的泥晶灰?guī)r樣品2件、亮晶砂屑灰?guī)r1件。

灰?guī)r及各類白云石樣品(共27件)的碳氧同位素測試，在成都理工大學(xué)“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室”完成，儀器為MAT253同位素質(zhì)譜分析儀；方解石充填物樣品(共8件)的碳氧同位素分析，在西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院實驗測試中心完成，儀器為MAT252同位素質(zhì)譜分析儀。碳氧同位素測試時，均采用純磷酸法制備CO2，即對已磨細至200目的樣品用無水正磷酸溶解，在25 ℃真空條件下反應(yīng)24 h，以消除可能存在的方解石影響，隨后收集純化的CO2氣體，用于質(zhì)譜儀分析，結(jié)果采用PDB標準，以δ值表示，檢測依據(jù)DZ/T0184.17—1997，分析誤差±0.0005%。

Sr同位素分析在成都理工大學(xué)“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室”完成，儀器為熱電離固體同位素質(zhì)譜(TIMS)，化學(xué)流程按國際通用規(guī)范，溶樣后經(jīng)陽離子交換柱分離純化，實驗條件為溫度22 ℃，濕度50%，檢測依據(jù)采用美國國家標準局標準樣品NBS987，87Sr/86Sr比值的分析誤差±0.002%。

羌塘盆地南坳陷布曲組灰?guī)r、白云巖及各類縫、洞充填物的C,O和Sr同位素測試結(jié)果見表1。

表1 羌塘盆地南坳陷QZ12井布曲組白云巖及充填物C，O和Sr同位素值Table 1 The C，O and Sr isotopic values of each type of the Buqu dolomites from Well QZ12 in southern depression of Qiangtang Basin

4 同位素地球化學(xué)特征

自寒武系以來，沉積巖中C、O和Sr同位素隨地質(zhì)年代呈明顯變化[31]。其中，C、O同位素是進行古海洋環(huán)境[32-33]、古海平面變化[34]以及物源分析[35]等研究工作的常用手段，也可用來研究成巖強度[36]，以及進行成巖流體示蹤[37-38]。由于Sr在海水中殘留時間遠長于海水的混合時間，因而任意時代全球范圍內(nèi)的海相Sr在同位素組成上是均一的[39]，并且Sr同位素在地質(zhì)歷史時期中不像C和O同位素那樣易因生物、鹽度、溫度和壓力的變化而分餾或同位素交換，可作為碳酸鹽巖成巖流體示蹤有效手段[40]。羌塘盆地布曲組沉積期，隨著盆地南側(cè)的班公湖-怒江洋盆進一步擴張，盆地內(nèi)部發(fā)生大規(guī)模海侵，風(fēng)化作用減弱，陸殼鋁硅質(zhì)碎屑輸入降低，同時受班公湖-怒江洋盆中幔源物質(zhì)影響，造成87Sr/86Sr值下降(表1)，并可與全球?qū)Ρ萚31]。

4.1 碳、氧同位素

4.1.1 準同生階段同位素特征

研究區(qū)布曲組白云巖段中伴生的灰?guī)r樣品(表1)，泥晶灰?guī)r的δ13C(PDB)值變化范圍為1.19‰～1.96‰，平均值為1.58‰，亮晶砂屑灰?guī)rδ13C(PDB)值為2.57‰，泥晶灰?guī)rδ13C(PDB)值與同期海相方解石(0～2‰)相當(dāng)[31]，而亮晶砂屑灰?guī)rδ13C(PDB)值高于同期海相方解石。按通常理解，生物活動影響的碳酸鹽巖δ13CPDB值往往具有負偏特征，如大洋缺氧事件(T-AOE)碳同位素曲線“CIE”[41-42]。對研究區(qū)而言，亮晶砂屑灰?guī)r的δ13C(PDB)值高于同期海相方解石，分析原因可能在于：亮晶砂屑灰?guī)r的砂屑為藻屑，藻類在繁育時以消耗水體中12C為主，使得水體中13C相對富集，進而造成在此環(huán)境中沉積的無機碳酸鹽礦物13C正偏；也可能代表亮晶砂屑灰?guī)r形成于具局限環(huán)境的蒸發(fā)條件[43]?；?guī)r樣品的δ18O(PDB)值變化范圍為-8.62‰～-7.47‰，平均值為-8.11‰，雖然低于中侏羅統(tǒng)巴通階海相方解石的氧同位素組成[31]，但與前人報道的羌塘盆地中生代布曲組泥晶灰?guī)r值相當(dāng)，可能代表著羌塘盆地O同位素演化的特征[43-44]。假設(shè)中侏羅統(tǒng)巴通階海水中直接沉淀的方解石δ18O(PDB)值分布范圍為-8.6‰～-7.47‰，由于從相同流體中形成的方解石和白云石的O同位素之間存在著1.5‰～3.5‰的分餾[45]，取其平均值2.5‰，得出同期正常海水中形成的白云石O同位素范圍為-6.12‰～-4.97‰，以此為參考，可進行研究區(qū)不同類型白云巖的成因流體性質(zhì)的探討。

準同生階段發(fā)育的微-粉晶白云巖(表1)，其δ18O(PDB)值變化范圍為-4.22‰～-3.37‰，平均值為-3.81‰；δ13C(PDB)值變化范圍3.42‰～ 4.23‰，平均值3.80‰。一般認為蒸發(fā)條件下，隨著水體鹽度的升高，其沉積的碳酸鹽巖C和O同位素值往往出現(xiàn)正偏[43]。對比研究區(qū)同期灰?guī)r，準同生階段白云巖的C-O同位素均呈明顯正偏特征，但又未在巖心上見到伴生的蒸發(fā)鹽類，說明該類白云巖可能繼承了碳酸鹽泥的C同位素組成，同時受到蒸發(fā)海水的改造。結(jié)合區(qū)域沉積背景，布曲組下伏地層莎巧木組沿鄂雅錯北東、畢洛錯東、昂達爾錯和其香錯西一線展布，大致平行于肖茶卡-畢洛錯裂陷槽[28]，為淺海-陸棚環(huán)境發(fā)育的灘壩砂體，形成水下障壁，布曲組沉積時繼承了這一古地貌特征，發(fā)育了臺緣礁灘環(huán)境碳酸鹽巖沉積[23]，布曲組白云巖段往往發(fā)育在高頻相對海平面下降過程，隨著海平面下降，強烈的蒸發(fā)作用使得海水咸化，表層的海水在濃度差或鹽度差的驅(qū)動下形成對流，擴散到碳酸鹽泥中，交代形成微-粉晶白云巖。

4.1.2 淺埋藏階段同位素特征

研究區(qū)淺埋藏階段形成的白云巖包括細晶、自形白云石和細晶、半自形白云石(表1)，細晶、自形白云巖樣品的δ18O(PDB)值變化范圍為-4.56‰～-4.23‰，平均值為-4.34‰，δ13C(PDB)值變化范圍為3.18‰～4.11‰，平均值為3.62‰；細晶、半自形白云巖樣品的δ18O(PDB)值變化范圍為-6.57‰～-5.56‰，平均值為-6.10‰，δ13C(PDB)值變化范圍為2.72‰～4.42‰，平均值為3.71‰。這兩類白云巖的C同位素組成與準同生階段微粉晶白云巖相當(dāng)(圖3)，但要高于同期灰?guī)rδ13C(PDB)值，說明該階段發(fā)育的白云巖碳同位素組成可能繼承了先驅(qū)灰?guī)r的C同位素值，同時受到蒸發(fā)海水的影響，也有可能為高頻相對海平面下降階段，由于臺緣灘向陸一側(cè)的海水受到障壁阻礙，與廣海溝通受限，同時海洋生物(如藻類)大量發(fā)育，使得12C大量向有機碳庫遷移，進而造成該時期沉積的碳酸鹽中13C富集，在經(jīng)歷淺埋藏階段白云石作用時，繼承了先驅(qū)灰?guī)r的C同位素組成。O同位素方面，雖然這兩類白云巖的δ18O(PDB)‰值均高于同期灰?guī)r，結(jié)合C同位素組成，可以指示白云石化流體為同期蒸發(fā)海水，但相較于微粉晶白云巖，這兩類白云巖的δ18O(PDB)值呈明顯負偏，且細晶、半自形白云巖的δ18O(PDB)值也負偏于細晶、自形白云巖(圖3)，說明隨著埋藏深度的增加，地層溫度逐漸升高，造成O同位素分餾，使得淺埋藏階段白云巖δ18O(PDB)值低于準同生階段。細晶、半自形白云巖δ18O(PDB)值低于細晶、自形白云巖，說明細晶、半自形白云巖發(fā)育時間要晚于細晶、自形白云巖，可能發(fā)育在淺埋藏階段末期。

圖3 羌塘盆地南坳陷布曲組不同類型白云巖C-O 同位素交匯圖Fig.3 The cross-plot of O and C isotope values for each type of the Buqu dolomites in southern depression of Qiangtang Basin

4.1.3 中-深埋藏階段同位素特征

中-深埋藏階段的中-粗晶、它形白云巖(表1)，其δ18O(PDB)值變化范圍為-8.22‰～-6.37‰，平均值為-7.36‰；δ13C(PDB)值變化范圍3.24‰～4.14‰，平均值為3.81‰。布曲組沉積物在進入中深埋藏階段，縫合線開始出現(xiàn)，其深度一般在600 m以下，該階段形成的白云巖以中-粗晶、它形白云石為主，并且形成的溫度與圍巖溫度相當(dāng)，沒有明顯的熱異常。在巖心上，該階段發(fā)育的白云巖有兩種產(chǎn)出方式：一種是不徹底的或者是選擇性的白云石化產(chǎn)物，屬于灰?guī)r和白云巖之間的過度類型；另一種則是以灰色或深灰色、中厚層狀(塊狀)產(chǎn)出的純白云巖，巖心上裂縫及溶蝕孔洞發(fā)育程度高，并伴隨有鞍形白云石的充填，說明該類白云巖可能在埋藏過程中受到熱液流體的改造。

中-粗晶、它形白云巖主要由非平面-曲面、它形白云石組成，與前面的晶粒白云巖在結(jié)構(gòu)上差別明顯，前人研究認為較高的形成溫度[29-30]、高度過飽和的白云石化流體[29]、以及晶體為爭奪生長空間而產(chǎn)生的競爭性生長[46]是晶面彎曲的因素，對于羌塘盆地南坳陷布曲組中-粗晶、它形白云巖而言，相對較粗的晶粒、波狀消光以及伴生有壓溶縫合線的現(xiàn)象，說明其形成于溫度不斷升高的中-深埋藏階段[47]。該類白云巖的O同位素明顯負偏，比細晶白云巖降低2‰，而C同位素變化不明顯，說明白云石化流體仍為殘存的同期海水，也說明其成因與高溫有關(guān)。

中-深埋藏條件下地層溫度增高，抑制白云石形成的動力學(xué)因素大大減弱，有利于白云石的形成，但深埋藏條件下Mg2+的供應(yīng)有限，所以不能形成大量的白云石，可能選擇性交代的方式形成不徹底白云石化作用的產(chǎn)物——過渡性巖類；也可能將先期形成的白云石經(jīng)重結(jié)晶作用，形成中厚層狀(塊狀)產(chǎn)出的純白云巖。對純的中-粗晶、它形白云巖來說，經(jīng)歷埋藏階段多期次白云石化流體的改造作用，常形成環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)，成巖晚期的強還原條件以及大的白云石晶粒、曲面化的晶體邊界，都指示研究區(qū)晶粒白云巖經(jīng)歷了封閉還原的中-深埋藏環(huán)境。

4.1.4 構(gòu)造熱事件熱液改造階段同位素特征

本次研究共分析了4件樣品(表1)，其δ18O(PDB)值變化范圍為-10.41‰～-8.56‰，平均值為-9.45‰；δ13C(PDB)值變化范圍為-0.09‰～3.38‰，平均值為1.61‰。其δ13C(PDB)值組成與同期灰?guī)r、微粉晶白云巖相當(dāng)或略低，δ18O(PDB)值均低于同期灰?guī)r、晶粒白云巖，說明鞍形白云石的成巖流體可能有外源流體的參與，大部分樣品具有更低的δ18O(PDB)值，可能與更高的形成溫度有關(guān)，結(jié)合巖石學(xué)特征及區(qū)域構(gòu)造背景，鞍形白云石的成因流體及成因機制與青藏高原隆升過程中構(gòu)造熱事件提供的熱源有關(guān)[23]。

熱液流體活動在布曲組不僅留下熱液礦物痕跡，在其與布曲組碳酸鹽巖相互作用過程中也會使碳酸鹽巖礦物成分發(fā)生變化，熱液白云石化成因的白云石晶體見潔凈明亮帶與污濁帶間互的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，明亮帶與污濁帶之間的接觸界線為規(guī)則的直線型，表明二者形成時未受溶蝕作用影響，二者之間無間斷，為連續(xù)形成[48]。在顯微鏡下：鞍形白云石具波狀消光特征，局部可見鐮刀狀消光，這一特征屬于高溫狀態(tài)下的白云石，由于自身重力產(chǎn)生塑性流變變形所致；在與圍巖關(guān)系上，鞍形白云石可與圍巖呈突變接觸，鞍形白云石沿切割基質(zhì)白云巖的裂縫分布，兩者之間界限明顯，說明這類充填物形成于基質(zhì)白云石之后，顯示出非常強烈的后期改造特征，這在研究區(qū)最為常見；鞍形白云石也可與圍巖呈漸變關(guān)系，即鞍形白云石充與圍巖間的界限并不明顯，通常在孔洞發(fā)育部位或在自由生長是才顯示出鞍形白云石的特征，由于這部分鞍形白云石多發(fā)育在中-粗晶、它形白云巖中，因此兩者在成因上可能具有相似性和繼承性。

4.1.5 縫、洞充填物同位素特征

細-中晶、自形白云石充填物，可能形成于淺埋藏末期或中-深埋藏階段，主要為先期形成的白云石的經(jīng)歷重結(jié)晶作用形成，因為樣品較少，難以說明問題。裂縫中充填方解石脈，其C和O同位素組成變化均較大，δ18O(PDB)值甚至低于鞍形白云石，若形成于封閉的埋藏階段，其沉淀時間越晚，形成溫度越高，則δ18O(PDB)‰負偏程度越高，相應(yīng)的，經(jīng)歷高溫改造的白云巖O同位素組成也發(fā)生相應(yīng)變化，這與研究觀察到的現(xiàn)象明顯不符，說明裂縫中充填方解石脈的成因流體與外來流體有關(guān)。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造演化背景，在高原隆升過程中，發(fā)育的斷裂系統(tǒng)溝通了大氣淡水，由于大氣淡水的參與，形成的裂縫中充填方解石脈C和O同位素組成明顯負偏。

4.2 鍶同位素

研究區(qū)布曲組灰?guī)r、大部分白云巖及白云石填隙物的鍶同位素組成與同期海水87Sr/86Sr值(0.707 10-0.707 96)相當(dāng)[31]，說明形成這些白云巖的成因流體為同期蒸發(fā)海水，16D-14樣品的87Sr/86Sr值略高于同期海水，可能與高頻相對海平面下降末期有地表徑流進入有關(guān)。中-粗晶、它形白云石樣品的87Sr/86Sr值介于0.707 234～0.707 865，其δ13C(PDB)值雖與準同生階段、淺埋藏階段形成的晶粒白云巖值相當(dāng)，但在Sr-C同位素交匯圖上(圖4)，明顯分為兩個區(qū)域，即16D-01和16D-12樣品的87Sr/86Sr值明顯低于其他白云巖樣品，同時，Sr-O同位素組成不具有協(xié)變性(表1)，說明中-粗晶、它形白云巖的成因機制可能包括交代作用和重結(jié)晶作用2種：中-深埋藏階段地層流體交代先驅(qū)灰?guī)r，形成中-粗晶、它形白云石；先期形成的白云巖在中-深埋藏階段經(jīng)過重結(jié)晶形成中-粗晶、它形白云石，并且可能以重結(jié)晶作用為主，交代作用為輔。

細-中晶、自形白云石充填物及白云巖晶間孔充填的方解石，其87Sr/86Sr值高于同期海水值，結(jié)合薄片鑒定結(jié)果，細-中晶、自形白云石充填物只發(fā)育在微粉晶白云巖和細晶白云巖的晶間孔內(nèi)壁，說明白云石充填可能與高87Sr/86Sr值先期白云巖重結(jié)晶有關(guān)；白云巖晶間孔充填的方解石的形成，可能與淺埋藏階段具有高87Sr/86Sr值背景的白云石化作用過程相伴，繼承了高87Sr/86Sr值特征。

圖4 羌塘盆地南坳陷布曲組不同類型白云巖Sr-C 同位素交匯圖Fig.4 The cross-plot of Sr and C isotope values for each type of the Buqu dolomites in southern depression of Qiangtang Basin

鞍形白云石充填物的87Sr/86Sr值(0.708 18～0.708 876)，普遍高于布曲組灰?guī)r、白云巖、及白云石充填物，說明鞍形白云石的成因流體有外來流體的參與，外來流體流經(jīng)布曲組上覆、下伏的碎屑巖地層，吸附大量放射性成因的87Sr，導(dǎo)致成因流體中87Sr/86Sr值的升高。外來流體若僅為深部地層流體——高鹽度的鹵水，結(jié)合氣液兩相鹽水包裹體測溫數(shù)據(jù)：晶粒白云巖中包裹體的均一溫度介于65.5～139.7 ℃、冰點溫度介于-13.0～20.3 ℃(平均-17.8 ℃)，鞍形白云石中包裹體均一溫度介于156.0～226.9 ℃、冰點溫度為-10.0～0.9 ℃(平均為-4.4 ℃)，表明鞍形白云石的成因流體中有大氣淡水的參與。結(jié)合青藏高原隆升過程，布曲組沉積以后，快速進入埋藏階段，至早白堊世晚期，由于拉薩地塊與羌塘地塊的碰撞，在北羌塘坳陷以表現(xiàn)為擠壓背景，但在南羌塘坳陷以近東西向剪切應(yīng)力為主，形成深大斷裂，大氣淡水下滲至深部地層，再經(jīng)過下伏地層進入布曲組白云巖，對地層流體進行稀釋，同時俘獲下伏雀莫錯組碎屑巖地層中高87Sr/86Sr值的流體，進而形成具87Sr/86Sr值的鞍形白云石沉淀。另外，研究區(qū)北部的賽幫集-那小祁優(yōu)薩農(nóng)根布曲組剖面中，可見安山玢巖侵入體，其侵入時間為78～64 Ma[23]，可能為鞍形白云石成因流體的熱源，鞍形白云石稀土元素δEu異常的成因分析也證實構(gòu)造熱事件提供了熱源[25]。布曲組中發(fā)育的鞍形白云石充填物表明，研究區(qū)中侏羅統(tǒng)布曲組碳酸鹽巖經(jīng)歷了大氣淡水淋濾和熱液改造，這對深埋藏條件下的碳酸鹽巖儲層中孔隙的形成、充填及保存具有重要意義，可能成為布曲組白碳酸鹽巖儲層評價提供新的方向。

5 結(jié)論

1)羌塘盆地中侏羅統(tǒng)布曲組基質(zhì)白云巖經(jīng)歷了準同生階段—淺埋藏階段—中-深埋藏階段的疊加，白云石O同位素隨著埋藏深度的增加而負偏，Sr同位素與同期海水相當(dāng)，說明這一演化過程的白云石化流體為同期蒸發(fā)海水。在疊加構(gòu)造熱液改造之后，鞍形白云石充填物氧同位素進一步負偏，Sr同位素則重偏，說明此過程白云巖成因流體性質(zhì)發(fā)生明顯變化，有外來流體的加入。

2)研究區(qū)準同生階段白云石同位素特征反映了準同生期微粉晶白云石成因流體為同期高頻相對海平面下降末期蒸發(fā)背景下咸化的高鹽度海水。

3)淺埋藏階段形成的細晶白云巖、白云石及方解石充填物，以及中-深埋藏階段的中-粗晶、它形白云巖，其成巖流體均為埋藏的同期蒸發(fā)海水。這種海水可以是正常鹽度，也可以是中等鹽度，在埋藏過程中因水-巖相互作用提高鹽度，并隨地層溫度升高，能夠突破白云石成核熱力學(xué)屏障，對先驅(qū)灰?guī)r進行交代，淺埋藏階段形成的白云石充填物可能是先期白云巖經(jīng)重結(jié)晶而來。白云石晶粒由自形向半自形的變化，是過度白云石化作用對空間競爭的結(jié)果，而晶體的非平面-曲面化是由溫度升高引起，并且隨著深度的增加，由于同位素分餾作用，δ18O(PDB)值明顯下降，但δ13C(PDB)值變化不大。

4)鞍形白云石的C,O和Sr同位素組成與準同生階段、埋藏階段白云巖的相應(yīng)組成相差甚大，特別是O同位素明顯較中-粗晶、它形白云巖負偏，Sr同位素組成也高于全球中侏羅統(tǒng)布曲組沉積期海水組成，說明形成鞍形白云石的成因流體有外來流體的參與，推測可能為大氣淡水下滲至深部地層，再經(jīng)下伏雀莫錯組碎屑巖地層進入到布曲組中。

5)裂縫內(nèi)充填的亮晶方解石脈的C和O同位素組成，與白云石晶間孔中充填方解石、鞍形白云石的C氧同位素組成相比，差異較大，且δ18O(PDB)值明顯負偏，說明有大氣淡水參與，隨著青藏高原快速隆升，斷裂再一次溝通大氣淡水，下滲的大氣淡水在裂縫低勢區(qū)形成的亮晶方解石沉淀。