塔里木盆地西北緣震旦系微生物白云巖地球化學(xué)、年代學(xué)特征及其地質(zhì)意義*

鄭劍鋒 沈安江 楊翰軒 朱永進(jìn) 梁峰

1.中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023 2.中國(guó)石油集團(tuán)碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310023 3.中國(guó)石油西南油氣田蜀南氣礦，瀘州 646000

微生物碳酸鹽巖中蘊(yùn)藏著巨大的油氣資源，是當(dāng)前全球油氣勘探的新領(lǐng)域、新熱點(diǎn)之一。俄羅斯東西伯利亞前寒武系(呂修祥等，2009；杜金虎等，2013)、哈薩克斯坦石炭系(Kenteretal.，2005)、阿曼前寒武系-寒武系(Schr?deretal.，2005)及美國(guó)墨西哥灣侏羅系(Mancinietal.，2004)的微生物碳酸鹽巖中都找到了油氣田。在我國(guó)，微生物碳酸鹽巖主要廣泛分布于四川盆地、渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地和塔里木盆地，是我國(guó)古老海相碳酸鹽巖地層中的主要巖石類(lèi)型(羅平等，2013)。當(dāng)前，已在華北地區(qū)中-新元古界(費(fèi)寶生和汪建紅，2005)和四川盆地上震旦統(tǒng)燈影組(鄒才能等，2014)的微生物白云巖中分別發(fā)現(xiàn)了任丘油田和安岳氣田。塔里木盆地寒武系鹽下超深層(>6500m)發(fā)育上震旦統(tǒng)奇格布拉克組和中-下寒武統(tǒng)兩套厚層微生物白云巖儲(chǔ)層，其與寒武系-前寒武系優(yōu)質(zhì)烴源巖和寒武系膏鹽巖蓋層構(gòu)成良好的生儲(chǔ)蓋組合，油氣資源量預(yù)計(jì)達(dá)到90億t，顯示出該領(lǐng)域廣闊的勘探潛力(朱光有等，2012；王招明等，2014；Zhuetal.，2018，2019，2020a，)。隨著2012年中深1井和2019年輪探1井勘探獲得工業(yè)油氣流，實(shí)現(xiàn)了中-下寒武統(tǒng)領(lǐng)域的突破，然而震旦系領(lǐng)域卻一直未有規(guī)模發(fā)現(xiàn)，仍處于勘探的探索階段。

對(duì)于塔里木盆地上震旦統(tǒng)奇格布拉克組，前人在層序地層(王宇等，2010；錢(qián)一雄等，2014)、構(gòu)造巖相古地理(周肖貝等，2012；楊云坤等，2014；石開(kāi)波等，2016)、巖石類(lèi)型與特征(王小林，2010；錢(qián)一雄等，2017)、儲(chǔ)層成因(何金友的，2010；李朋威等，2015；石書(shū)緣等，2017；嚴(yán)威等，2019)等方面研究都取得了一定的認(rèn)識(shí)，但是對(duì)古沉積環(huán)境及孔隙形成的成巖環(huán)境認(rèn)識(shí)不深。因此，在前人研究的基礎(chǔ)上，本文以阿克蘇地區(qū)西溝剖面為主要研究對(duì)象，精細(xì)描述了上震旦統(tǒng)奇格布拉克組，采集樣品175塊，系統(tǒng)地進(jìn)行了巖石薄片分析，并優(yōu)選樣品開(kāi)展了激光原位U-Pb同位素年齡、碳氧鍶同位素、微量稀土元素等地球化學(xué)測(cè)試分析，此外考察了該地區(qū)的什艾日克和昆蓋闊坦剖面，通過(guò)以上巖石地球化學(xué)和年代學(xué)分析，恢復(fù)了該地區(qū)晚震旦世古環(huán)境概況，同時(shí)揭示了微生物巖孔隙形成的主要成巖環(huán)境，為該領(lǐng)域巖相古地理研究和儲(chǔ)層分析提供了依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

塔里木盆地位于塔里木板塊中部穩(wěn)定區(qū)，是一個(gè)由古生界克拉通盆地和中、新生界前陸盆地組成的多旋回疊合含油氣盆地，面積達(dá)56×104km2，整體呈菱形(賈承造，1999)。其前寒武紀(jì)的演化與哥倫比亞超大陸、羅迪尼亞超大陸的聚合-裂解旋回密切相關(guān)(何登發(fā)等，2005；翟明國(guó)，2013)。南華紀(jì)-早震旦世以大陸拉張作用為主，塔里木板塊的邊緣和內(nèi)部發(fā)育大陸裂谷盆地，沉積了一套上千米厚的碎屑巖夾基性火成巖巖系；晚震旦世裂谷持續(xù)擴(kuò)張導(dǎo)致洋盆周緣沉降而出現(xiàn)坳陷，形成以碳酸鹽巖臺(tái)地為主的坳陷盆地(楊云坤等，2014；吳林等，2017；Zhuetal.，2020b)，中央古隆起沿巴楚-塔中-塔東南一線分布，以北廣大地區(qū)為緩坡型碳酸鹽臺(tái)地沉積體系，奇格布拉克組厚層白云巖就是該時(shí)期的沉積產(chǎn)物(圖1)，沉積分異受控于前期古地貌及斷裂差異沉降。震旦紀(jì)末，受“柯坪運(yùn)動(dòng)”影響，塔里木陸塊整體抬升，南華系-震旦系沉積遭受不同程度的剝蝕，并造成區(qū)域不整合。

震旦系白云巖并非全盆地分布，目前塔里木盆地內(nèi)僅有塔東1、星火1、旗探1井和輪探1井等9口井鉆遇震旦系白云巖。在盆地西部，震旦系因剝蝕作用而整體缺失；在盆地東部則變?yōu)榘自瀑|(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r或碎屑巖(嚴(yán)威等，2019)；而在盆地西北緣的柯坪-塔北隆起地區(qū)，鉆井及露頭證實(shí)奇格布拉克組發(fā)育厚層白云巖。研究區(qū)位于阿克蘇-烏什一帶(圖1、圖2a)，為戈壁、山區(qū)地形(圖2b)，西溝剖面和什艾日克剖面分別位于阿克蘇市西南約45km和30km處，昆蓋闊坦剖面位于烏什縣南偏東45km處，構(gòu)造分區(qū)屬于塔北隆起柯坪斷隆東段，地層區(qū)劃亦屬柯坪地層分區(qū)(吳根耀等，2013)。

圖1 塔里木盆地晚震旦世奇格布拉克期巖相古地理圖

圖2 研究區(qū)地質(zhì)概況

2 巖石特征

研究區(qū)西溝剖面上震旦統(tǒng)奇格布拉克組(Z2q)厚度為173.5m，底部與下震旦統(tǒng)蘇蓋特布拉克組(Z1s)泥巖呈整合接觸(圖3a)，頂部與下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組(1y)砂巖、硅質(zhì)巖呈平行不整合接觸(圖3b)。巖性整體以微生物白云巖為主，占比95%以上，可識(shí)別出疊層石、凝塊石、泡沫綿層石三種微生物巖(Riding，2000；李鵬威等，2015)和鮞粒、粘結(jié)顆粒兩種與微生物作用相關(guān)的顆粒巖(Brehmetal.，2006；梅冥相，2012)，根據(jù)其相互間的組合關(guān)系、構(gòu)造特征及與其它泥巖、砂巖等巖性的組合，可以將其劃分為4個(gè)巖相組合段(圖2c)。奇1段42.55m，以灰色、淺灰色中薄層狀具有柱狀、丘狀及波狀結(jié)構(gòu)的疊層石白云巖(圖3c)、鮞粒白云巖、粘結(jié)顆粒白云巖與黃灰色、灰紫色泥質(zhì)云巖、石英砂巖、泥巖互層為主，具有潮間帶上部-潮上帶沉積環(huán)境特征；奇2段27.35m，以灰色中薄層狀具有水平、波狀結(jié)構(gòu)的疊層石白云巖與鮞粒、粘結(jié)顆粒和凝塊石白云巖互層為主，能量相對(duì)較高，具有潮間帶沉積環(huán)境特征；奇3段93.1m，以中-厚層狀具有水平層理的凝塊石(圖3d)和泡沫綿層石(圖3e)互層為主要特征，頂部見(jiàn)粘結(jié)顆粒白云巖，具有潮下帶高能環(huán)境特征；奇4段10.5m，受強(qiáng)風(fēng)化殼巖溶作用改造，主要發(fā)育溶塌角礫白云巖(圖3f)，其原巖與奇3段相似，以凝塊石和泡沫綿層石白云巖為主。

圖3 塔里木盆地西溝剖面奇格布拉克組巖石特征

在顯微鏡下，疊層石具有兩種微觀形態(tài)，一種具有不均勻明暗紋層結(jié)構(gòu)(圖4a)；另一種是暗色紋層與藍(lán)細(xì)菌捕獲了較多微生物碎屑的紋層相互疊置，疊層之間的孔隙相對(duì)較發(fā)育(圖4b)。凝塊石可分為連續(xù)狀和分散狀兩種微觀形態(tài)，前者暗色凝塊呈不規(guī)則形態(tài)相互粘結(jié)，凝塊間格架多數(shù)被細(xì)粒亮晶白云石膠結(jié)，局部殘留少量孔隙(圖4c)；后者暗色凝塊邊界相對(duì)清晰，相互間粘結(jié)作用較弱，同樣局部凝塊格架間殘留少量孔隙(圖4d)。泡沫綿層石最典型的特征是具有泥晶套的不規(guī)則橢球環(huán)緊密堆積(鄭劍鋒等，2020a)，環(huán)內(nèi)空間和環(huán)間格架孔多被細(xì)粒白云石膠結(jié)，局部殘留少量孔隙(圖4e)。奇3段中上部的凝塊石和泡沫綿層石白云巖中常見(jiàn)扁平狀不規(guī)則溶蝕孔洞，具有花邊狀構(gòu)造，由圍巖(MD)邊緣向孔洞中心依次膠結(jié)層紋狀白云石(LD)、纖狀白云石(FD)和細(xì)粒亮晶白云石(GD)等多期膠結(jié)物(圖4f)；奇4段溶塌角礫白云巖的孔洞中除了纖狀白云石(FD)，刀刃狀白云石(BD)等膠結(jié)物外，還充填鞍狀白云石(SD)、隱晶質(zhì)玉髓(Si)等熱液成因礦物(圖4g)。與微生物作用相關(guān)又呈顆粒結(jié)構(gòu)的主要為粘結(jié)顆粒(圖4h)和鮞粒(圖4i)，前者是凝塊石、泡沫綿層石等碎屑顆粒被藍(lán)細(xì)菌粘結(jié)在一起而形成的復(fù)合顆粒，指示相對(duì)低能的沉積環(huán)境；后者顆粒大小相對(duì)均勻，磨圓也較好，指示高能沉積環(huán)境；局部?jī)煞N顆粒都發(fā)育粒間、粒內(nèi)溶孔。

圖4 西溝剖面奇格布拉克組微生物白云巖顯微特征

3 樣品與方法

3.1 樣品采集

研究所需新鮮樣品均采自塔里木盆地阿克蘇地區(qū)西溝剖面，所有樣品都有一套對(duì)應(yīng)的巖石鑄體薄片?；诤?、微觀特征，確定了它們的巖性及結(jié)構(gòu)組分，優(yōu)選16件微生物巖樣品、6件縫洞中白云石膠結(jié)物樣品開(kāi)展地球化學(xué)分析測(cè)試，其中奇1段6件樣品，包含了凝塊石、疊層石、粘結(jié)顆粒和鮞粒白云巖四種主要巖類(lèi)；奇2段3件樣品，包含了凝塊石和疊層石白云巖兩種主要巖類(lèi)；奇3段5件樣品，包含了凝塊石和泡沫綿層石白云巖兩種主要巖類(lèi)；奇4段2件樣品，為巖溶角礫狀凝塊石和粘結(jié)顆粒白云巖；為了明確微生物碳酸鹽巖儲(chǔ)層孔隙的演化史及成因，優(yōu)選6件樣品開(kāi)展碳酸鹽巖年代學(xué)分析測(cè)試，其中2件樣品不發(fā)育孔洞，4件樣品發(fā)育溶蝕孔洞，且被多期碳酸鹽巖膠結(jié)物充填。

3.2 分析方法

為了盡量避免雜質(zhì)礦物的影響，利用小型微取樣鉆機(jī)，鉆取16件樣品的圍巖部分，并利用瑪瑙研缽分別將樣品研磨至200目，每件樣品分成4份，然后用透明繪圖紙包，分別開(kāi)展白云石有序度、稀土和微量元素、碳氧穩(wěn)定同位素和鍶同位素測(cè)試；6件縫洞中碳酸鹽膠結(jié)物同樣用瑪瑙研缽分別將樣品研磨至200目后，開(kāi)展碳氧同位素測(cè)試；6件用于U-Pb同位素年齡測(cè)試的樣品先進(jìn)行靶制備，制靶方式與SHRIMP鋯石靶的制備相似，然后在超凈室對(duì)待測(cè)樣靶做進(jìn)一步超凈處理。

稀土和微量元素測(cè)試分析在貴州同微測(cè)試科技有限公司完成，使用電感耦合等離子質(zhì)譜(ICP-MS)，測(cè)試過(guò)程使用W-2a及BHVO-2兩個(gè)國(guó)際標(biāo)樣，分析精度和準(zhǔn)確度均優(yōu)于5%。白云石有序度、碳氧穩(wěn)定同位素和鍶同位素測(cè)試分析均在中國(guó)石油集團(tuán)碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(杭州)完成。白云石有序度分析采用X′ pert Pro型X射線衍射儀，分析相對(duì)誤差小于10%；碳氧穩(wěn)定同位素測(cè)試分析采用Delta V Advantage型同位素比質(zhì)譜儀，測(cè)試過(guò)程使用GBW4405和GBW4406兩個(gè)標(biāo)樣，δ13C測(cè)試精度±0.06‰，δ18O測(cè)試精度±0.08‰；鍶同位素測(cè)試分析采用Triton Plus型熱電離同位素比質(zhì)譜儀，測(cè)試過(guò)程使用GBW04411標(biāo)樣，測(cè)試精度優(yōu)于0.01%。碳酸鹽巖激光U-Pb年齡測(cè)試分析在澳大利亞昆士蘭大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院放射性同位素實(shí)驗(yàn)室完成，激光剝蝕系統(tǒng)為ASI RESolution SE，剝蝕直徑為100μm的圓形束斑，頻率為10Hz，能量為3J/cm2，檢測(cè)儀器為Nu Plasma II型多接收電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(MC-ICP-MS)，測(cè)試過(guò)程使用NIST614和WC-1兩個(gè)國(guó)際標(biāo)樣，數(shù)據(jù)經(jīng)Iolite 3.6處理后，利用Isoplot 3.0計(jì)算年齡并繪制Tera-wasserburg協(xié)和圖。

4 測(cè)試結(jié)果

4.1 巖石地球化學(xué)

4.1.1 白云石有序度

白云石有序度是衡量白云巖結(jié)晶速度、結(jié)晶溫度與演化程度的一個(gè)重要指標(biāo)。根據(jù)測(cè)試結(jié)果(表1)，研究區(qū)奇格布拉克組微生物白云巖的白云石有序度分布在0.60～0.77之間，平均值為0.67，屬于較低有序度分布范圍，整體具有上部地層高于下部地層的特征，但微生物巖的類(lèi)型與有序度沒(méi)有相關(guān)性。

表1 奇格布拉克組微生物白云巖有序度及δ13C、δ18O、87Sr/86Sr分析結(jié)果

4.1.2 微量元素

碳酸鹽巖的元素地球化學(xué)可以較好地揭示巖石的沉積、成巖背景，例如古氣候、氧化-還原環(huán)境、水體深度、成巖環(huán)境等(Jones and Manning，1994；熊小輝和肖加飛，2011；林良彪等，2017)。根據(jù)測(cè)試結(jié)果(表2)，奇格布拉克組微生物白云巖的微量元素總體含量都比較低，相對(duì)來(lái)說(shuō)Sr和Ba含量略高，其分布范圍分別為37.52×10-6～92.75×10-6和8.7×10-6～62.15×10-6，平均值分別為61.81×10-6和5.52×10-6；奇1段的Rb、Sr、Ba、U、V和Pb等元素高于奇2段、奇3段、奇4段。

4.1.3 稀土元素

碳酸鹽巖礦物中稀土元素相對(duì)豐度主要取決于流體中稀土元素的含量和地球化學(xué)性質(zhì)(Lottermoser，1992)，受成巖作用的影響是非常弱的(強(qiáng)子同，1998)，故利用稀土元素分析可以判斷白云石化流體的來(lái)源。根據(jù)稀土元素測(cè)試結(jié)果(表2)可以看出，其總稀土含量(ΣREE)范圍為1.50×10-6～19.87×10-6，平均值為8.49×10-6，總體奇1段、奇4段高于奇2段、奇3段；LREE/HREE范圍為4.50～9.35，平均值為7.49，表現(xiàn)出輕稀土較重稀土富集的特征，Y/Ho范圍為32.67～58.05，平均值為41.51，自下而上整體表現(xiàn)為逐漸增大的趨勢(shì)。δCe范圍為0.68～1.22，平均值為0.93，δEu范圍為0.91～1.23，平均值為1.07；δCe自下而上整體表現(xiàn)為逐漸減小的趨勢(shì)，δEu整體無(wú)異常，這從太古宙澳大利亞頁(yè)巖(PAAS)標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分圖(圖5a)上也可以看出這一特征。

表2 奇格布拉克組微生物白云巖稀土和微量(×10-6)元素組成

4.1.4 碳氧穩(wěn)定同位素

碳氧穩(wěn)定同位素組成與引起白云石化的流體介質(zhì)有關(guān)，主要受介質(zhì)鹽度和溫度的影響，因此可用于判斷白云石化流體性質(zhì)和成巖環(huán)境。根據(jù)測(cè)試結(jié)果得到的碳氧同位素交會(huì)圖(表1、圖5b)可以看出，奇格布拉克組微生物白云巖圍巖的δ13C、δ18O無(wú)正相關(guān)特征，說(shuō)明樣品整體受成巖改造作用弱，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可靠，其范圍分別為1.68‰～6.65‰和-4.40‰～-1.23‰之間，平均值分別為3.53‰和-2.77‰，與晚元古代海相碳酸鹽巖的δ13C、δ18O值(Zempolichetal.，1988)接近，且奇1段δ13C值和奇2段-奇4段具有明顯的差異；對(duì)于孔洞中的碳酸鹽膠結(jié)物，δ13C、δ18O值范圍較大，δ13C在-0.03‰～2.53‰之間，δ18O在10.39‰～-4.80‰之間。不同產(chǎn)狀的膠結(jié)物具有較明顯的差異，奇4段花邊構(gòu)造中層狀白云石膠結(jié)物的δ13C、δ18O平均值分別為2.47‰和-4.81‰，近似于該段圍巖；奇1段粒狀白云石和奇3段粒狀白云石的δ13C、δ18O值接近；奇4段頂部鞍狀白云石則δ18O值相對(duì)偏負(fù)，為-10.39‰。

圖5 奇格布拉克組微生物白云巖地球化學(xué)特征

碳氧同位素隨流體介質(zhì)鹽度升高而升高，其中碳同位素與古鹽度關(guān)系最為密，并且受溫度影響較小。利用碳氧同位素可以計(jì)算海水古鹽度參數(shù)(Z)公式：Z=2.048×(δ13C+50)+0.498×(δ18O+50)，其中δ13C和δ18O都為PDB標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)Z<120為淡水環(huán)境，當(dāng)Z>120為海水環(huán)境(Keith and Weber，1964)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，奇格布拉克組白云巖的Z值范圍為128.6～138.9(表1)，平均值為133.1，自下而上整體具有逐漸變小的趨勢(shì)。

水體溫度是控制碳酸鹽穩(wěn)定氧同位素的重要因素，Urey(1948)首先提出用δ18O測(cè)定古大洋水溫度的方法，經(jīng)Epstein(1953)加以具體化，并由Craig(1965)稍加修改形成最終的溫度計(jì)算公式(張秀蓮，1985)：T(℃)=15.976-4.2×δ18O+0.13×(δ18O+0.22)2。該公式對(duì)中新生代樣品具有很好的效果，但對(duì)更古老的樣品則具有一定偏差，這是由于年代越老，受成巖作用越強(qiáng)烈，δ18O偏離也越大，即δ18O的“年代效應(yīng)”。為了克服“年代效應(yīng)”偏差，應(yīng)用Keith and Weber(1964)提出的校正方法進(jìn)行校正：δ18O=δ18O測(cè)-△δ18O，其中△δ18O為所測(cè)地層δ18O平均值與第四紀(jì)海相碳酸鹽巖δ18O平均值(-1.2‰)之差，即將晚震旦世巖石δ18O值校正成相當(dāng)于第四紀(jì)巖石的δ18O值，該方法在湘中石炭系和塔里木盆地寒武系取得較好應(yīng)用效果(邵龍義等，1996；鄭劍鋒等，2020b)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，T值范圍為14.58～28.97℃(表1)，平均值為21.37℃，與晚震旦世塔里木陸塊處于北緯30°附近具有匹配性，其中奇3段頂部-奇4段樣品T值較奇1段-奇3段中下部高；此外，古海水溫度高并不一定古鹽度就高(圖5c)。

4.1.5 鍶同位素

碳酸鹽巖中的鍶同位素同樣受到環(huán)境及流體的影響，因此其也是指示古氣候及成巖流體性質(zhì)的重要參數(shù)。根據(jù)測(cè)試結(jié)果(表1、圖5d)，奇格布拉克組微生物白云巖的87Sr/86Sr值范圍為0.708745～0.710885，平均值為0.709419，整體略高于震旦紀(jì)海水范圍0.7087～0.7094(Halversonetal.，2007)；奇1段87Sr/86Sr值變化范圍大，整體較奇2段-奇4段要明顯高，前者平均值0.709967明顯高于震旦紀(jì)海水，后者平均值0.709090近似震旦紀(jì)海水；同樣，微生物巖類(lèi)型與鍶同位素值沒(méi)有相關(guān)性。

4.2 碳酸鹽巖激光U-Pb同位素年齡

激光原位U-Pb 同位素年齡測(cè)試技術(shù)可以測(cè)量碳酸鹽圍巖及縫洞中不同期次膠結(jié)物的年齡，為古老海相碳酸鹽巖成巖-孔隙演化研究提供了新的、可靠的方法(沈安江等，2019)。根據(jù)測(cè)試結(jié)果(表3、圖6)，6個(gè)微生物巖圍巖樣品的年齡范圍在531±29Ma～619±38Ma之間，與國(guó)際地層委員會(huì)(ICS)網(wǎng)站主頁(yè)公開(kāi)的2020/03版國(guó)際地層表中的中新元古界Ediacaran階年齡范圍(541～635Ma)相當(dāng)；孔洞中不同產(chǎn)狀的膠結(jié)物年齡主要集中在516±20Ma～572±25Ma之間，都小于對(duì)應(yīng)樣品圍巖的年齡，說(shuō)明測(cè)試數(shù)據(jù)在誤差范圍內(nèi)是可靠的；奇格布拉克組頂部風(fēng)化殼白云巖中溶洞內(nèi)充填的鞍狀白云石的年齡為174±38Ma，較其他白云石膠結(jié)物年齡明顯小，對(duì)應(yīng)中-下侏羅統(tǒng)的年齡。

圖6 奇格布拉克組碳酸鹽巖激光原位U-Pb諧和圖

表3 奇格布拉克組碳酸鹽巖激光原位U-Pb同位素年齡分析結(jié)果

5 討論

5.1 古沉積環(huán)境

利用地球化學(xué)特征分析古沉積環(huán)境是沉積學(xué)研究的重要手段之一，古沉積環(huán)境要素包括古鹽度、古水溫、古氣候、古水深和古氧化還原狀態(tài)等。

奇格布拉克組微生物白云巖Z值整體較高，指示古海水具有較高的鹽度，這與微生物主要發(fā)育于高鹽度海水的認(rèn)識(shí)相吻合；自下而上Z值逐漸減少的特征指示了水體逐漸變深的過(guò)程，奇1段沉積期為潮坪環(huán)境，水體最淺，蒸發(fā)最強(qiáng)烈，導(dǎo)致了鹽度最高。根據(jù)古水溫計(jì)算結(jié)果，21.37℃的平均古水溫反映了當(dāng)時(shí)較溫暖的古海水環(huán)境，這是微生物的繁盛的有利溫度。奇1段-奇3段中下部整體水溫逐漸變小，指示海水逐漸加深的特征，但奇3段頂部-奇4段古水溫增高，這可能由于晚期地層經(jīng)歷構(gòu)造抬升而受到大氣淡水作用導(dǎo)致δ18O值偏負(fù)，從而影響T值計(jì)算結(jié)果。

在潮濕氣候條件下V、Ni、Ba、Co等元素含量較高，而干旱氣候條件下Sr等元素含量較高(熊小輝和肖加飛，2011)，奇格布拉克組微生物白云巖低V、Ni、Co含量(<5×10-6)及較高的Sr/Ba比值(平均值3.42)指示了當(dāng)時(shí)為相對(duì)溫干的氣候。

元素的聚散與水深度(離岸距離)具有相關(guān)性，REE、Mo、Cu、Co、Ba、Pb等對(duì)古水深具有很好的指示意義(熊小輝和肖加飛，2011)，奇格布拉克組微生物白云巖的輕稀土元素與重稀土元素相對(duì)平衡的配分模式、低ΣREE(胡文瑄等，2010)和Mo、Cu、Co、Ba含量遠(yuǎn)小于深海值(Mo>5×10-6、Cu>90×10-6、Co>40×10-6、Ba>1000×10-6)說(shuō)明研究區(qū)晚震旦世古水深整體很淺；自下而上Pb含量逐漸變小，反映了水體緩慢變深的過(guò)程，這與巖石特征序列一致。奇1段沉積期離岸最近，受陸源物質(zhì)的影響導(dǎo)致Pb含量增高，同時(shí)也導(dǎo)致了87Sr/86Sr值整體明顯高于同期海水值。

V/(V+Ni)值和δCe可以較好地反映氧化還原的程度，通常V/(V+Ni)值小于0.45、δCe大于1指示富氧環(huán)境，V/(V+Ni)值大于0.6、δCe小于0.6指示缺氧環(huán)境。奇格布拉克組微生物白云巖的V/(V+Ni)平均值為0.51、δCe平均值為0.93指示沉積期為弱氧化環(huán)境；此外主要富集在還原環(huán)境中的Cu、Zn含量不高(平均值分別1.18、7.86)也說(shuō)明了其沉積期水體不深，為非還原環(huán)境。

綜上所述，地球化學(xué)特征揭示研究區(qū)晚寒武世奇格布拉克組沉積期整體處于溫干氣候背景，為鹽度較高、水溫偏暖的弱氧化環(huán)境，海平面先逐漸上升后快速下降(圖7)。根據(jù)巖石學(xué)特征分段，奇1段-奇2段以中-薄層狀微生物白云巖和泥巖、砂巖互層為主，微生物巖厚度薄，孔隙發(fā)育相對(duì)少；奇3段-奇4段以厚層狀微生物白云巖為主，微生物格架孔相對(duì)發(fā)育。巖石學(xué)和地球化學(xué)特征綜合揭示奇1段-奇2段為潮間-潮上帶沉積，發(fā)育潮上帶泥云坪、潮間帶上部低能疊層石坪、潮間帶中-高能微生物丘灘和低能微生物層；奇3段-奇4段主要潮下中-高能帶沉積，主要發(fā)育微生物丘，但奇4段受風(fēng)化殼巖溶作用形成巖溶作用帶。自下而上整體構(gòu)成一個(gè)水體逐漸加深、晚期快速變淺的沉積序列(圖8)。

圖7 奇格布拉克組微生物白云巖地球化學(xué)參數(shù)變化趨勢(shì)圖

圖8 奇格布拉克組沉積期沉積模式圖

5.2 孔隙形成環(huán)境

碳酸鹽巖中孔隙按成因主要可分為沉積期原生孔、表生期次生溶孔、埋藏期次生溶孔三類(lèi)，孔隙成因的判識(shí)對(duì)認(rèn)識(shí)儲(chǔ)層主控因素與分布規(guī)律意義重大，尤其是原生孔和準(zhǔn)同生期早表生溶孔的識(shí)別直接決定著相控型儲(chǔ)層的預(yù)測(cè)。對(duì)于研究區(qū)奇格布拉克組微生物白云巖，從巖石學(xué)特征看，容易識(shí)別鮞粒和粘結(jié)顆粒白云巖中的粒間孔為原生孔隙，但其它類(lèi)型孔隙的成因則很難判斷。通過(guò)對(duì)比圍巖和孔洞中碳酸鹽膠結(jié)物的地球化學(xué)特征可以較好識(shí)別孔隙成因。

奇格布拉克組中下段微生物白云巖孔洞中兩個(gè)紋層狀白云石膠結(jié)物的δ13C值(平均值2.47‰)與圍巖一致、δ18O值(平均值-4.81‰)略偏負(fù)的特征指示其形成于準(zhǔn)同生期；3個(gè)粒狀亮晶白云石膠結(jié)物δ13C值(平均值0.77‰)小于圍巖、δ18O值(平均值-8.04‰)明顯偏負(fù)的特征，指示其為準(zhǔn)同生期大氣水作用的產(chǎn)物。奇格布拉克組白云巖的Y/Ho值整體介于淡水(25～28)和海水值(>45)之間的特征，也反映了其在沉積期受到間歇性大氣水的影響。此外，低白云石有序度反映白云石化作用發(fā)生在準(zhǔn)同生期-淺埋藏期，說(shuō)明孔隙形成于白云石化作用前，原巖早期白云石化使先存孔隙得以大量保持(鄭劍鋒等，2013；趙文智等，2014)。因此，奇格布拉克組中下段儲(chǔ)層孔隙主要為原生孔或準(zhǔn)同生期形成的大氣水溶蝕孔洞。奇4段為巖溶角礫白云巖，巖溶縫洞發(fā)育，為典型的風(fēng)化殼巖溶儲(chǔ)層?？锥茨z結(jié)物以粗晶方解石和鞍狀白云石為主，其中鞍狀白云石膠結(jié)物的δ13C(平均值2.01‰)、δ18O(平均值-10.39‰)特征反映了其可能受到深部熱液作用的改造(邢鳳存等，2011)。

微生物白云巖及其孔洞膠結(jié)物的U-Pb同位素年齡序列，同樣指示奇格布拉克組微生物巖儲(chǔ)層孔隙主要形成于沉積期或準(zhǔn)同期，并受到震旦紀(jì)末表生期大氣水溶蝕作用的改造。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，微生物巖中孔洞從邊緣向中心依次發(fā)育紋層狀、纖狀、刀刃狀、粒狀亮晶、鞍狀白云石和粗晶方解石6種產(chǎn)狀碳酸鹽巖膠結(jié)物的一種或多種。奇3段-奇4段4個(gè)樣品(Q3-D3、Q3-D4、Q3-D5、Q4-D6)溶孔中紋層狀、纖狀、刀刃狀和粒狀白云石膠結(jié)物的U-Pb同位素年齡在誤差范圍內(nèi)(516±20Ma～572±25Ma)都屬于震旦系年齡范圍內(nèi)，且都小于對(duì)應(yīng)樣品微生物圍巖的U-Pb同位素年齡(531±29Ma～619±38Ma)，因此可以判斷溶孔形成的時(shí)間應(yīng)和圍巖年齡相當(dāng)或略小，為沉積期或準(zhǔn)同生期的產(chǎn)物。奇4段樣品(Q4-D6)溶洞中心膠結(jié)的鞍狀白云石U-Pb同位素年齡(174.3±4.7Ma)，指示其可能與燕山期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)有關(guān)，熱液沿?cái)嗔严蛏线\(yùn)移，在不整合面附近的孔洞帶匯聚，形成膠結(jié)物。

綜合巖石學(xué)和地球化學(xué)特征，奇格布拉克組微生物白云巖在準(zhǔn)同生期受到大氣水的溶蝕作用，發(fā)育原生粒間、粒內(nèi)溶孔、微生物格架溶孔；末期，地層因“柯坪運(yùn)動(dòng)”抬升暴露，并受到較長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化巖溶作用，巖溶作用范圍約20m，發(fā)育溶蝕孔洞、溶縫和溶塌角礫礫間孔洞。此外，晚埋藏期儲(chǔ)層受到熱液作用改造，但多為破壞性的膠結(jié)、充填作用。

6 結(jié)論

(1)研究區(qū)上震旦統(tǒng)奇格布拉克組主要發(fā)育疊層石、凝塊石、泡沫綿層石三種微生物巖和鮞粒、粘結(jié)顆粒兩種與微生物作用相關(guān)的顆粒巖，同時(shí)還發(fā)育少量泥巖、砂巖、泥質(zhì)白云巖，自下而上的相序組合特征可將其分為四個(gè)巖相組合段，為碳酸鹽巖緩坡背景下的內(nèi)緩坡潮坪-微生物丘灘沉積，整體構(gòu)成一個(gè)水體逐漸加深、晚期快速變淺的三級(jí)層序。

(2)根據(jù)碳氧同位素計(jì)算的Z值和T值分別指示古海水具有較高的鹽度和相對(duì)溫暖的溫度，較高的Sr含量和低V、Ni、Ba、Co含量指示相對(duì)干旱的氣候背景，低REE、Mo、Cu、Co、Ba含量及相對(duì)高的Pb含量及87Sr/86Sr值指示晚震旦世古水深整體淺、離岸近，相對(duì)低的V/(V+Ni)值、Ce弱負(fù)異常和低Cu、Zn含量則指示了弱氧化海水的特征。

(3)5個(gè)微生物白云巖的U-Pb同位素年齡(531±29Ma～619±38Ma)和與之對(duì)應(yīng)的不同產(chǎn)狀碳酸鹽膠結(jié)物的年齡(516±20Ma～572±25Ma和174.3±4.7Ma)以及δ13C、δ18O等地化特征綜合指示微生物巖儲(chǔ)層的孔隙主要為原生孔和準(zhǔn)同生期大氣水溶蝕孔，經(jīng)歷震旦紀(jì)末表生巖溶作用的改造及燕山期埋藏?zé)嵋耗z結(jié)作用的破壞。