吳雙林　石開波　劉紅光　劉建強　王玉璽　劉波1.北京大學地球與空間科學學院北京 100871；2.北京大學石油與天然氣研究中心北京 100871；?通信作者E-mail：boliu@pku.edu.cn

?

塔里木盆地東北緣烏里格孜塔格中-下奧陶統(tǒng)巨斑狀白云巖特征及成因研究

吳雙林1，2石開波1，2劉紅光1，2劉建強1，2王玉璽1，2劉波2，?
1.北京大學地球與空間科學學院北京 100871；2.北京大學石油與天然氣研究中心北京 100871；?通信作者E-mail：boliu@pku.edu.cn

通過詳細的野外觀測結(jié)合巖石學和地球化學等方法對塔里木盆地東北緣烏里格孜塔格中-下奧陶統(tǒng)巨斑狀白云巖特征及成因進行研究。野外觀測表明黃灰色粉-細晶白云巖呈巨斑狀（巨斑直徑可超過10 m）發(fā)育于灰黑色薄層泥晶灰?guī)r中界面形態(tài)不規(guī)則且不受沉積控制。顯微鏡下觀察白云石粒徑多在100 μm 左右直面為主半自形-自形。巨斑狀白云巖具有獨特的地球化學特征：碳同位素（δ13CPDB：-1.34‰～-0.62‰）位于早奧陶世海水值范圍內(nèi)氧同位素（δ18OPDB：-8.01‰～-4.79‰）比同期海水值高；87Sr/86Sr比值（0.711000～0.711535AVG=0.710863）遠大于泥晶灰?guī)r與同期海水比值；Fe（2001.32μg/g）和Mn（601.73μg/g）含量高于泥晶灰?guī)rSr（33.14 μg/g）和Ba（8.27μg/g）含量相對較低；稀土元素組成及配分特征與泥晶灰?guī)r相似，弱的Eu負異常；有序度（AVG=0.6）較低。綜合研究認為白云巖化發(fā)生于早-中奧陶世淺埋藏、較低溫環(huán)境，屬于構(gòu)造-斷裂相關(guān)的局部白云巖化。白云巖化流體主要來源于巷古勒塔格組中下段及突爾沙克塔格群封存的地層流體準穩(wěn)定碳酸鹽礦物穩(wěn)定化提供主要的 Mg2+灰?guī)r地層中泥質(zhì)沉積中的黏土礦物轉(zhuǎn)化不僅提供少量 Mg2+更提供放射性87Sr。興地同沉積斷裂相關(guān)的伴生斷裂富集自源白云巖化流體充當其運移通道，使斷裂系統(tǒng)附近灰?guī)r優(yōu)先白云巖化形成巨斑狀構(gòu)造。

烏里格孜塔格；巷古勒塔格組；巨斑狀白云巖；地球化學特征；白云巖成因

北京大學學報（自然科學版） 第52卷 第3期 2016年5月

Acta Scientiarum Naturalium Universitatis PekinensisVol. 52No.3（May 2016）doi：10.13209/j.0479-8023.2015.118

塔里木盆地東北緣烏里格孜塔格山區(qū)地處偏遠研究程度不高。錢一雄等［1-2］曾研究過該區(qū)中-上寒武統(tǒng)白云巖認為大致經(jīng)歷了三期白云巖化過程并把粉-細晶白云巖成因歸為成巖早期-淺埋藏白云巖化把沿裂隙或溶洞形成的粗-巨晶或鞍形白云石成因歸為熱液白云石化。粉-細晶白云巖成因解釋的關(guān)鍵是白云巖化流體來源對此尚未見詳細研究。

在中-下奧陶統(tǒng)巷古勒塔格組見黃灰色粉-細晶白云巖呈巨斑狀產(chǎn)出于灰黑色薄層泥晶灰?guī)r中野外十分醒目。與巨斑狀白云巖現(xiàn)象類似的是外觀獨特的豹斑灰?guī)r（云斑灰?guī)r或斑狀灰?guī)r）和豹斑白云巖（灰斑云巖或斑狀白云巖）?；?guī)r中發(fā)育的白云石斑塊多被認為是生物化石附近、沉積層面或石化的生物潛穴附近選擇性白云巖化（selective dolomitization）造成的［3-5］規(guī)模較小的斑塊也可能是灰?guī)r壓溶條件下局部白云石化的結(jié)果［6］。Gingras等［7］研究了生物潛穴相關(guān)的白云巖提出厭氧菌參與的潛穴選擇性白云巖化模式并從物理、化學兩方面論證了生物潛穴有利于 Mg2+富集。豹斑白云巖化模式也存在多種認識：1）混合水白云化［8-9］；2）滲透回流白云化［10］；3） 埋藏白云化［11-13］包括埋藏較高溫度下的玄武巖淋濾白云化［14］；4） 不徹底的熱液白云化作用疊加倒退溶解和去白云化作用［15-16］；5） 多種白云化作用疊加［17］。

本文研究的巨斑狀白云巖外觀獨特形態(tài)特征上明顯區(qū)別于厘米或分米級別的豹斑灰?guī)r（白云巖），更由于發(fā)育于深水陸棚沉積之中直接采用已有的白云巖化模式難以合理解釋其成因。本文擬通過野外觀測結(jié)合巖石學、地球化學研究闡明該套巨斑狀白云巖巖石學及地球化學特征為其成因解釋提供新視角。

1　地質(zhì)概況

1.1 研究區(qū)位置

本研究區(qū)位于塔里木盆地東北緣烏里格孜塔格地區(qū)行政區(qū)劃上屬于巴音郭楞蒙古自治州尉犁縣和和碩縣構(gòu)造分區(qū)上位于庫魯克塔格斷隆。庫魯克塔格斷隆為塔里木盆地北緣基底逆沖推覆隆升帶［18］西北鄰接南天山造山帶東鄰中天山地塊及北山構(gòu)造帶其南北分別以孔雀河斷裂及辛格爾斷裂為界。根據(jù)構(gòu)造-沉積演化的巨大差異一般以興地斷裂為界分為南北兩區(qū)。研究剖面位于北區(qū)烏里格孜塔格山區(qū)寒武-奧陶系碳酸鹽巖地層連續(xù)發(fā)育出露良好。本次研究的巨斑狀白云巖發(fā)育于烏里格孜塔格剖面（WP剖面）（圖1）。

1.2 地層與沉積特征

按照庫魯克塔格北區(qū)寒武-奧陶系地層劃分方案［20-21］①黃智斌王振華楊芝林等. 庫魯克塔格地區(qū)石油地質(zhì)綜合研究及庫車地區(qū)野外地質(zhì)考察基地建設（內(nèi)部報告）2009：122-134WP剖面自下而上出露上寒武統(tǒng)-下奧陶統(tǒng)突尓沙克塔格群（（∈3-O1）t）、中-下奧陶統(tǒng)巷古勒塔格組（O1-2h）及上奧陶統(tǒng)賽克力達坂組（O3s）（圖2）。（∈3-O1）t可劃分為三段整體上為臺緣斜坡環(huán)境下沉積的礫屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r及鈣質(zhì)泥巖。O1-2h也可以劃分為三段：下段（O1-2h1）主要為灰黑色薄層瘤狀灰?guī)r、泥晶灰?guī)r與泥質(zhì)灰?guī)r夾有鈣質(zhì)泥巖及砂屑灰?guī)r縱向上泥晶灰?guī)r出現(xiàn)增加；中段（O1-2h2）主要為灰黑色薄層泥晶灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r與泥質(zhì)灰?guī)r其上部含硅質(zhì)結(jié)核；上段（O1-2h3）為深灰（灰黑）色薄-中層瘤狀灰?guī)r與泥晶灰?guī)r互層夾少量砂屑灰?guī)r及硅質(zhì)結(jié)核。巷古勒塔格組內(nèi)水平層理、小型波狀層理、生物鉆孔發(fā)育含豐富的三葉蟲、腕足、腹足、角石等化石，也常見海綿骨針、鈣球等生物碎屑整體上為一套深水陸棚相沉積。上覆O3s為臺地邊緣下的亮晶砂屑灰?guī)r、亮晶生屑灰?guī)r及亮晶棘屑灰?guī)r沉積WP剖面附近也發(fā)現(xiàn)有凝灰質(zhì)泥巖。整個WP剖面自下而上沉積環(huán)境由臺緣斜坡→陸棚→臺地邊緣轉(zhuǎn)變，反映水體逐漸變淺的過程（圖2）。

2　地質(zhì)特征及巖石學特征

2.1 地質(zhì)特征

對研究剖面的野外觀測表明巨斑狀白云巖主要發(fā)育于巷古勒塔格組中段（O1-2h2）下部（圖2）發(fā)育層段厚約60 m。白云巖橫向上分布較局限順層不可追索；縱向上集中分布于第 2～7層其上下未出現(xiàn)類似現(xiàn)象。剖面上巨斑狀白云巖呈黃灰色與灰黑色圍巖形成明顯對比宏觀特征如圖3所示：黃灰色粉-細晶白云巖呈斑塊狀、云朵狀產(chǎn)于灰黑色薄層泥晶灰?guī)r中兩者界限形態(tài)多為不規(guī)則線狀，不受沉積控制局部界限甚至可垂直于層理面（圖3（a）和（b））。白云巖斑塊較大直徑幾米至數(shù)十米，面積可達數(shù)十平方米與薄片和手標本尺度（厘米或分米級）的“豹斑”或“斑狀”明顯不同故謂之巨斑狀白云巖。白云巖化程度較高部位灰?guī)r斑塊占少數(shù)（圖3（c））。

針對WP剖面O1-2h2下部巨斑狀白云巖發(fā)育層段分別選取白云巖斑塊及同一層內(nèi)距離分界處較遠的灰?guī)r（盡量排除白云巖化對灰?guī)r的影響）進行取樣并在相鄰的上下層段采集WP-1WP-13泥晶灰?guī)r樣品（圖2）。系統(tǒng)采集新鮮巖樣13件其中白云巖樣品8件灰?guī)r樣品5件。所有樣品均磨制普通巖石薄片（茜素紅1/3染色）及電子探針片以便進行顯微鑒定及陰極發(fā)光分析。

2.2 巖石學特征

巖石學研究（圖4）表明圍巖及上下地層巖性為泥晶灰?guī)r晶粒粒徑小于 10 μm巖性致密可見介殼、棘屑等也見極少量漂浮狀粉晶白云石聚集成小斑塊（圖3（a）～（c））。巨斑狀白云巖為晶粒結(jié)構(gòu)，粉-細晶晶粒粒徑大小多在100 μm左右。白云石晶體直面（也有少量曲面）半自形-自形為主霧心亮邊現(xiàn)象明顯巖性致密（圖3（d）和（e））。巨斑狀白云巖中可見少量裂縫充填中-粗晶白云石被縫合線切割（圖3（f））。

3 地球化學特征

3.1 分析方法

將13件樣品去掉表皮進行超聲波清洗利用牙鉆取樣（避開裂縫、脈體、晶洞等）并在瑪瑙研缽內(nèi)粉碎至 200目以下。分別進行碳氧同位素分析、X射線粉末衍射、微量元素（包括稀土元素）及鍶同位素分析。

碳氧同位素分析在中國地質(zhì)大學地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室用MULTIFLOW-ISOPRIME型氣體穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀完成依據(jù)SY/T5238—2008有機物和碳酸鹽碳氧同位素分析方法（磷酸法）測定。所得碳氧同位素值的千分差以PDB標準計算分析精度優(yōu)于±0.10‰。鍶同位素前處理在北京大學造山帶與地殼演化教育部重點實驗室超凈分離實驗室完成將制備的粉末樣品用1 mol/L HCl 溶解離心處理后取上層清液經(jīng)離子交換樹脂純化。在天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所 Triton T1型熱電離質(zhì)譜儀（TIMS）上完成87Sr/86Sr比值測定標樣為美國國家標準局的 NBS-987 Sr標準溶液誤差以2σ（±）表示。微元素量（含稀土元素）分析和X射線衍射分析均在北京大學造山帶與地殼演化教育部重點實驗完成。微量元素測試采用酸溶法（具體測試方法參考DZ/T0223—2001及文獻［22］）在高精度電感耦合等離子體質(zhì)譜儀Agilent ICP-MS 7500ce上完成分析精度優(yōu)于 5%。X 射線衍射分析采用 XPERTPROMPD 分析儀陽極為 Cu靶工作電壓為 40 kV工作電流為 40 mA2θ 角度掃描范圍選取為5°～65°步長為0.017°連續(xù)掃描。根據(jù)實驗得到的圖譜進行白云石有序度等分析。

3.2 碳氧同位素

研究目的層段灰?guī)rMn/Sr均值為0.06 （遠小于2）表明泥晶灰?guī)r成巖蝕變較弱可以很好地反映原始海水信息［23-24］。研究層段的碳氧同位素測試結(jié)果見表1和圖5（a）。碳氧同位素組成分布不具有線性關(guān)系（圖5（a））可以說明碳酸鹽巖樣品成巖蝕變較弱［28］。泥晶灰?guī)rδ13CPDB分布范圍為-1.68‰～-1.26‰均值為-1.532‰；δ18OPDB為-9‰～-8.22‰，均值為-8.45‰。白云巖δ13CPDB為-1.34‰～-0.62‰，均值為-0.987‰；δ18OPDB為-8.01‰～-4.79‰均值為-6.09‰。除WP-1外泥晶灰?guī)r的碳氧同位素值均位于早奧陶世海水及海相方解石值范圍內(nèi)（早奧陶世海水δ13CPDB為-2.5‰～0δ18OPDB為-11.1‰～-8.2‰［27，29］；成巖蝕變極其微弱的早奧陶世海相方解石 δ13CPDB為 -2.5‰～-0.7‰δ18OPDB為-8.9‰～-8.4‰［28］）進一步指示灰?guī)r遭受成巖蝕變微弱可以代表海水的碳氧同位素信息。白云巖碳同位素值均位于早奧陶世海水及海相方解石值范圍內(nèi)但其氧同位素值相對偏高（圖 5（a））均值相對于泥晶灰?guī)r高出2.36‰。

根據(jù)Keith等［25］提出的成巖流體鹽度指數(shù)計算公式及流體溫度計算公式得出白云巖化流體鹽度指數(shù) Z值為 121.5～123.2平均為 122.2；白云巖化溫度為40～58oC均值在47.8oC附近。

3.3 Sr同位素

研究層段泥晶灰?guī)r的Sr含量均值為1031.10 μg/g87Sr/86Sr比值為 0.708998～0.709253（AVG= 0.709094）除 WP-6略微高出其余均位于早奧陶世海水分布范圍（0.7087～0.7092）［27，29］顯示同期全球海水的87Sr/86Sr比值具有良好的可對比性也指示對同期海水具有良好的繼承性。白云巖 Sr 含量平均33.14 μg/g87Sr/86Sr比值為0.711000～0.711535 （AVG=0.710863）遠遠大于泥晶灰?guī)r與早奧陶世海水值（圖5（b））。

3.4 微量元素

目的層段灰?guī)rSr含量均值為1031.10 μg/g （大于1000 μg/g）Mn/Sr均值為0.06 （遠小于2）表明泥晶灰?guī)r成巖蝕變微弱［23-24］。白云巖 Fe和 Mn含量分別為1435.54～2785.80 μg/g （平均2001.32 μg/g）和971.87～277.39μg/g （平均601.73μg/g）明顯高于泥晶灰?guī)r的FeMn含量。白云巖Sr和Ba含量分別為26.79～39.16 μg/g （平均33.14 μg/g）和5.87～13.16 μg/g （平均 8.27 μg/g）明顯低于泥晶灰?guī)r的SrBa含量?；?guī)r與白云巖Th含量沒有明顯差別，白云巖 U含量稍低（0.27 μg/g）。Mn/Sr比值由灰?guī)r的0.06上升為白云巖的17.68 （表1）。

表1　烏里格孜塔格巷古勒塔格組巨斑狀白云巖與泥晶灰?guī)r地球化學特征Table1 Carbon and oxygen isotopestrace and rare earth elements data of limestone and dolomite from the Hangguletag Formation in Wuligezitag Section

續(xù)表

3.5 稀土元素

從表1可以看出白云巖與灰?guī)rΣREE接近（白云巖為 15.06 μg/g灰?guī)r為 12.67 μg/g）且均低于20 μg/g （WP-10除外）說明樣品未受黏土礦物等雜質(zhì)影響測試數(shù)據(jù)比較可靠［30］。兩者均呈現(xiàn)輕稀土相對富集、重稀土相對虧損的特征（灰?guī)r∑LREE/ ∑HREE比值為9.8白云巖為9.5）。白云巖δEu均值為0.88顯示負異常δCe均值為0.94Ce負異常不明顯（表1）。白云巖與灰?guī)r的REE配分形態(tài)一致，均表現(xiàn)為弱Eu負異常、Ce幾乎無異常的略右傾型分布（圖6）。

4　白云巖化成因探討

4.1 白云巖化溫度

白云巖化溫度位于47.8oC附近反映白云巖化發(fā)生于較低溫、淺埋藏環(huán)境。白云石它形生長的臨界溫度（critical roughening temperature即平直晶面自形晶白云石向曲面接觸的它形晶白云石轉(zhuǎn)換溫度）在 50～60oC范圍內(nèi)［31］。顯微鏡下觀察到基質(zhì)白云石以直面、自形-半自形為主其形態(tài)特征大致說明基質(zhì)白云石形成的主峰溫度不會超過50～60oC。WP-11見到縫合線切割基質(zhì)白云巖（圖4（f））顯示基質(zhì)白云巖化不會超過大量縫合線發(fā)育的800～1000 m深度范圍［32］。Eu負異常也指示較低溫度的堿性環(huán)境［33］。

奧陶紀表層海水溫度為 22～33oC［34］塔東北孔雀河斜坡奧陶紀的地溫梯度為 35oC/km［35］。利用以下公式：（白云巖化溫度 - 奧陶紀表層海水溫度）/研究區(qū)古地溫計算得到白云巖化發(fā)生時地層埋深大致為 423～730 m。O1-2h底部至白云巖化層段厚度約為 370 m可大致推出巨斑狀白云巖化發(fā)生時O1-2h厚度為800～1100 m即為O1-2h2-O1-2h3同沉積的淺埋藏階段。

4.2 白云巖化流體特征

白云巖與泥晶灰?guī)r在特征微量元素含量上體現(xiàn)出截然的分異（表1）滿足一般成巖作用中碳酸鹽巖元素遷移的總趨勢［36］：白云巖流失Sr和Ba富集Fe和Mn。87Sr/86Sr比值不僅高于灰?guī)r中的地層流體和同期海水也與 Mn/Sr比值及 Fe含量呈現(xiàn)出良好的正相關(guān)性（圖5（c）和（d））一方面表明白云巖化有富87Sr的流體加入另一方面也反映富87Sr流體與成巖作用密切相關(guān)（對應更高的 Mn/Sr）。雖然影響碳酸鹽巖中元素遷移的因素很多但考慮到研究層段成巖作用序列簡單因此更可能是強烈的白云巖化或大氣淡水的作用導致以上特征的出現(xiàn)［37］。

1）無大氣淡水加入。研究區(qū)寒武紀至奧陶紀為持續(xù)沉積時期［1］沒有抬升暴露。陸源碳的加入一般使碳同位素值降低［38］但巨斑狀白云巖與灰?guī)r相比碳同位素值升高。白云巖與灰?guī)r稀土元素特征基本上相似白云巖HREE并未表現(xiàn)出相對于灰?guī)r的明顯虧損這與大氣淡水作用使重稀土元素更易流失的觀點相悖［33］。白云巖鹽度指數(shù)可用來指示流體古鹽度小于120可能有淡水的影響［25］。巨斑狀白云巖的 Z 值平均為 122.2說明白云巖化流體具有咸化或濃縮海水特征未受大氣淡水影響。巖石薄片致密未見示底構(gòu)造、滲流黏土或粉砂、褐鐵礦化、溶蝕孔洞等典型大氣淡水作用的證據(jù)。因此白云巖化沒有大氣淡水的加入后期也沒有大氣淡水對白云巖進行改造。

2）非熱液成因。一般Ba2+只有在偏熱液或高溫的條件下才更容易進入白云巖晶格顯示正異常［39］。在ThK含量正常的情況下熱液白云巖會顯示明顯的U正異常［40］。碳氧同位素偏負及Eu正異常更是熱液白云巖的典型標志［22］。然而測試結(jié)果表明與灰?guī)r相比巨斑狀白云巖顯示U和Ba負異常碳氧同位素值比灰?guī)r高具有Eu負異常（圖6），白云巖化溫度在 47.8oC附近有序度值較低（0.6），這些均說明白云巖非熱液成因。

3）白云巖化流體的繼承性。不同來源的流體具有不同的碳同位素。泥晶灰?guī)r成巖蝕變微弱間接證明交互產(chǎn)出的巨斑狀白云巖形成之后遭受的成巖蝕變也較弱。前面已排除大氣淡水、熱液等流體的加入故白云巖碳同位素值比灰?guī)r略微偏高兩者均落在同期海水值范圍內(nèi)說明白云巖化流體與灰?guī)r中封存的海水相關(guān)。由于白云石、方解石的晶體差異與同成因的方解石相比白云石的δ18O值往往高出3‰～4‰［41］Qing等［28］測得的下奧陶統(tǒng)白云石相對于方解石也具有較高的氧同位素。巨斑狀白云巖的氧同位素比灰?guī)r高出0.99‰～3.43‰（均值高出2.36‰）（圖5（a））也說明兩者流體來源的相關(guān)性。白云巖與灰?guī)r的REE配分形態(tài)一致（圖6）兩者的∑REE∑LREE∑HREE∑LREE/∑HREE等參數(shù)值非常接近也說明白云巖化并未明顯改變稀土元素組成白云巖化流體與灰?guī)r中的地層流體具有同源性或繼承性。白云巖的 Z 值大于120進一步表明白云巖化流體也具有咸化或濃縮海水特征。

4.3 白云巖化流體來源及通道

1）Mg2+及富87Sr流體來源。已沉積灰?guī)r地層中封存的海水或濃縮海水在壓實壓溶過程中排出大量孔隙水準穩(wěn)定碳酸鹽礦物穩(wěn)定化過程中釋放出的Mg2+加入其中可以演變?yōu)榘自茙r化流體［42］。巷古勒塔格組下段及突爾沙克塔格群（鈣質(zhì)）泥巖發(fā)育（圖2）。在成巖壓實過程中泥質(zhì)沉積中富含的鋁硅酸鹽黏土礦物的轉(zhuǎn)化可產(chǎn)生大量Mg2+形成壓實排擠白云巖化流體［42-43］。例如蒙皂石在持續(xù)埋藏壓實過程中隨著溫壓升高不僅大量脫水更向蒙皂石-伊利石混層轉(zhuǎn)化排出 Mg2+其轉(zhuǎn)化深度在1200～3500 m。

無論是埋藏過程中鋁硅酸鹽礦物的溶解還是表生成巖過程中的大氣淡水作用均有可能造成碳酸鹽巖87Sr/86Sr比值升高［44］。研究區(qū)寒武至奧陶紀為持續(xù)沉積時期［1］沒有抬升暴露前面的論述中也排除了大氣淡水的參與因此埋藏過程中鋁硅酸鹽礦物溶解提供的放射性成因Sr引起白云巖的87Sr/86Sr 比值升高。伊利石的風化以及蒙皂石向伊利石的轉(zhuǎn)化等可以導致孔隙流體中87Sr/86Sr 比值升高［45］。前面已經(jīng)得出白云巖化發(fā)生時白云巖層段埋深為423～730 mO1-2h厚度為800～1100 m，即O1-2h1最大埋深為800～1100 m；（∈3-O1）t中下段最大埋深為1310～1640 m已位于黏土礦物大量轉(zhuǎn)化的深度范圍（1200～3500 m）。所以白云巖下部地層黏土礦物轉(zhuǎn)化可排出Mg2+并引起孔隙流體中87Sr/86Sr比值升高。

2）白云巖化流體通道。巷古勒塔格組沉積環(huán)境為穩(wěn)定的深水陸棚巖性以致密的泥晶灰?guī)r為主。發(fā)生白云巖化時沉積物表層的海水難以滲透數(shù)百米致密層到達目的層段來自巨斑狀白云巖下部（巷古勒塔格組中-下段和突爾沙克塔格群）的白云巖化流體亦不可能通過泥晶灰?guī)r向上遠距離疏導至目的層段。因此白云巖化流體向上運移的最可能通道為斷裂。最直接的斷裂證據(jù)是其特殊的野外特征：巨斑狀產(chǎn)出灰?guī)r/白云巖界限形態(tài)不規(guī)則、可垂直層理面指示為灰?guī)r沉積之后的交代白云巖化白云巖化及白云巖分布受控于斷裂通道。興地斷裂是穿越庫魯克塔格地區(qū)的深大斷裂在早寒武世至中奧陶世興地斷裂發(fā)生強烈拉張［46］庫魯克塔格處于裂陷盆地發(fā)展階段。因此早-中奧陶世與興地斷裂相伴生的正斷裂相當發(fā)育白云巖化流體通道最有可能為快速沉降所產(chǎn)生的伴生正斷裂系統(tǒng)。特殊的巨斑狀構(gòu)造及局限的分布都直接說明是構(gòu)造-斷裂相關(guān)的白云巖化。

5　白云巖化模式討論與結(jié)論

巷古勒塔格組沉積環(huán)境為穩(wěn)定的深水陸棚下伏寒武系以及上覆上奧陶統(tǒng)均缺乏蒸發(fā)巖故可排除準同生、混合水及滲透回流白云巖化模式。以上分析表明巨斑狀白云巖化發(fā)生于較低溫度、淺埋藏環(huán)境白云巖化流體來源于宿主灰?guī)r并有其中泥質(zhì)沉積物轉(zhuǎn)化流體的加入和影響。

早-中奧陶世研究區(qū)處于裂陷盆地發(fā)展階段，興地同沉積斷裂相伴生的斷裂發(fā)育主要沉積泥晶灰?guī)r、瘤狀灰?guī)r等。在O1-2h和（∈3-O1）t持續(xù)埋深、壓實壓溶作用下由于準穩(wěn)定碳酸鹽礦物穩(wěn)定化過程中釋放出Mg2+灰?guī)r中的地層流體富集Mg2+?；?guī)r中的鋁硅酸鹽黏土礦物轉(zhuǎn)化不僅提供 Mg2+，更提供了放射性的87Sr。興地同沉積斷裂相伴生的斷裂不僅富集自源的白云巖化流體更充當其運移的通道。白云巖化流體沿著斷裂及裂縫向上運移，使斷裂系統(tǒng)附近灰?guī)r優(yōu)先發(fā)生局部白云巖化形成特征的巨斑狀構(gòu)造。自源的 Mg2+含量有限隨著白云巖化的不斷進行白云巖化流體中Mg/Ca比值不斷下降使白云巖化僅局限于通道附近不能發(fā)生區(qū)域性白云巖化。剖面中未見順層產(chǎn)出的白云巖是個很好的例證。

巴哈馬臺地新生界白云巖［47］及加拿大阿爾伯塔泥盆系白云巖［48-49］等就是這種發(fā)生于淺-中埋藏及相應溫度條件成分輕微改變的海水或水-巖反應富集的地層水充當白云巖化流體并引起白云巖化作用造成的。Qing 等［50］的研究表明西地中海下侏羅統(tǒng) Gibraltar 白云巖也是在無蒸發(fā)巖的情況下由半咸化的海水在約 500 m 埋深導致的白云巖化并進一步指出只要存在流體驅(qū)動機制海水或濃縮海水便可導致交代白云巖化。

通過對巨斑狀白云巖沉積學和巖石學、地球化學等特征的研究和討論得出以下結(jié)論。

1）烏里格孜塔格中-下奧陶統(tǒng)巷古勒塔格組粉-細晶白云巖呈巨斑狀產(chǎn)出于深水陸棚泥晶灰?guī)r之中界面形態(tài)不規(guī)則（可垂直層理面）不受沉積控制。巨斑直徑可超過10 m與厘米（分米）級別的豹斑白云巖明顯不同。白云石粒徑多在 100 μm左右直面為主（也有曲面）半自形-自形原始巖性致密。

2）

泥晶灰?guī)r成巖蝕變微弱可代表早奧陶世海水信息。巨斑狀粉-細晶白云巖具有特殊的地球化學特征：碳同位素（δ13CPDB：-1.34‰～-0.62‰）位于早奧陶世海水值范圍內(nèi)但比灰?guī)r稍高氧同位素（δ18OPDB：-8.01‰～-4.79‰）比同期海水和灰?guī)r高；87Sr/86Sr比值（0.711000～0.711535平均 0.710863）遠大于同期海水比值；Fe （2001.32 μg/g）和Mn （601.73μg/g）含量高于泥晶灰?guī)rSr （33.14μg/g）和Ba （8.27 μg/g）含量相對較低；稀土元素組成及配分特征與泥晶灰?guī)r相似顯示弱的 Eu負異常略右傾型分布；有序度偏低（均值0.6）。

3）

烏里格孜塔格特殊的巨斑狀白云巖化并不是準同生、混合水、滲透回流或熱液白云巖化的產(chǎn)物也沒有受到大氣淡水的影響。經(jīng)綜合分析我們認為白云巖化發(fā)生于早-中奧陶世淺埋藏（420～ 730 m）、較低溫環(huán)境（47.8oC 左右）屬于構(gòu)造-斷裂相關(guān)的局部白云巖化。在壓實壓溶作用下，白云巖化流體主要來源于巷古勒塔格組中下段及突爾沙克塔格群封存的地層流體準穩(wěn)定碳酸鹽礦物穩(wěn)定化提供了主要的 Mg2+灰?guī)r地層中泥質(zhì)沉積里的黏土礦物轉(zhuǎn)化流體不僅提供少量 Mg2+更提供放射性的87Sr。興地同沉積斷裂相關(guān)的伴生斷裂富集自源的白云巖化流體充當其運移的通道使斷裂系統(tǒng)附近灰?guī)r優(yōu)先發(fā)生局部白云巖化形成獨特的巨斑狀構(gòu)造。

致謝 本文寫作過程中與錢一雄、陳代釗、楊曉萍等老師進行了有益的討論在此表示感謝。

［1］ 錢一雄尤東華陳代釗等. 塔東北庫魯克塔格中上寒武統(tǒng)白云巖巖石學、地球化學特征與成因探討：與加拿大西部盆地惠而浦（Whirlpool point）剖面對比. 巖石學報201228（8）：2525-2541

［2］ 錢一雄陳代釗尤東華等. 塔東北庫魯克塔格地區(qū)中上寒武統(tǒng)白云巖類型與孔隙演化. 古地理學報201214（4）：461-476

［3］ Morrow D W. Dolomitization of Lower Paleozoic burrow-fillings. Journal of Sedimentary Petrology，197848：295-306

［4］ Zenger D H. Dolomitization patterns in widespread“Bighorn Facies” （Upper Ordovician）Western CratonUSA. Carbonates and Evaporites199611：219-225

［5］ GingrasM. KMacMillan BBalcom B Jet al. Visualizing the internal physical characteristics of carbonate sediments with magnetic resonance imaging and petrography. Canadian Society of Petroleum Geologists Bulletin200250：363-369

［6］ Wanless H R. Limestone response to stress：solution and dolomitization. Journal of Sedimentary Research，197949（2）：437-462

［7］ Gingras M KPemberton S GMuehlenbachs Ket al. Conceptual models for burrow-relatedselective dolomitization with textural and isotopic evidence from the Tyndall StoneCanada. Geobiology20042：21-30

［8］ 蔣志斌王興志曾德銘等. 川西北下二疊統(tǒng)棲霞組有利成巖作用與孔隙演化. 中國地質(zhì)2009，36（1）：101-109

［9］ 魏國齊楊威朱永剛等. 川西地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組沉積體系. 石油與天然氣地質(zhì)201031（4）：442-448

［10］ 邵龍義何宏彭蘇萍等. 塔里木盆地巴楚隆起寒武系及奧陶系白云巖類型及形成機理. 古地理學報20024（2）：19-30

［11］ 何幼斌馮增昭. 四川盆地及其周緣下二疊統(tǒng)細-粗晶自云巖成因探討. 江漢石油學院學報1996，18（4）：15-20

［12］ 吳仕強朱井泉王國學等. 塔里木盆地寒武-奧陶系白云巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造類型及其形成機理. 巖石學報，200824（6）：1390-1400

［13］ 王丹袁苗段文浩等. 川西北中二疊統(tǒng)棲霞組白云巖成因探討. 石油天然氣學報201127（6）：46-49

［14］ 金振奎馮增昭. 滇東-川西下二疊統(tǒng)白云巖的形成機理-玄武巖淋濾白云化. 沉積學報199917（3）：383-389

［15］ 黃思靜呂杰蘭葉芳等. 四川盆地西部中二疊統(tǒng)白云巖/石的主要結(jié)構(gòu)類型：兼論其與川東北上二疊統(tǒng)-三疊系白云巖/石的差異. 巖石學報2011，27（8）：2253-2262

［16］ 黃思靜潘小強呂杰等. 川西棲霞組的熱液白云化作用及其后的倒退溶解：不徹底的回頭白云化作用. 成都理工大學學報：自然科學版2013，40（3）：288-300

［17］ 李波顏佳新薛武強等. 四川廣元地區(qū)中二疊世斑狀白云巖成因及地質(zhì)意義. 地球科學：中國地質(zhì)大學學報201237（增刊2）：136-146

［18］ 馮本智周裕文遲仕福等. 新疆庫魯克塔格地區(qū)前震旦紀地質(zhì)與貴重、有色金屬礦床. 北京：地質(zhì)出版社1995：1-3

［19］ Long X PYuan CSun Met al. Archean crustal evolution of the northern Tarim CratonNW China：zircon U-Pb and Hf isotopic constraints. Precambrian Research2010180：272-284

［20］ 鐘端郝永祥. 塔里木盆地震旦紀至二疊紀地層古生物（Ⅰ）：庫魯克塔格地區(qū)分冊. 南京：南京大學出版社1990：41-104

［21］ 杜品德鐘端黃智斌等. 塔里木烏里格孜塔格奧陶系及其與臺地相區(qū)的對比 // 中國古生物學會第十一次全國會員代表大會暨第 27屆學術(shù)年會論文摘要集. 東陽2013：39

［22］ 張學豐胡文瑄張軍濤等. 塔里木盆地下奧陶統(tǒng)白云巖化流體來源的地球化學分析. 地學前緣，200815（2）：80-89

［23］ Derry L AKeto L SJacobsen S Bet a1. Sr isotope variations in Upper Proterozoic carbonates from Svalbard and East Greenland. Geochim Cosmochim Acta198953：2331-2339

［24］ Kaufman A JKnoll A HAwramik S M. Biostratigraphic and chemostratigraphic correlation of Neoproterozoic sedimentary successions：Upper Tindir GroupNorthwestern Canadaas a test case. Geology199220（2）：181-185

［25］ Keith M LWeber J N. Carbon and oxygen isotopic composition of selected limestone and fossils. Geochim Cosmochim Acta196428：1787-1876

［26］ McLennan S M. Rare earth elements in sedimentary rocks：influence of provenance and sedimentary processes. Reviews in Mineralogy and Geochemistry，198921（1）：169-200

［27］ Shields G ACarden G A FVeizer Jet al. SrCand O isotope geochemistry of Ordovician brachiopods：a major isotopic event around the Middle-Late Ordovician transition. Geochimica et Cosmochimica Acta200367（11）：2005-2025

［28］ Qing HVeizer J. Oxygen and carbon isotopes of the Ordovician articulate brachiopods：implication for the isotopic composition of Ordovician seawater. Geochimica et Cosmochimica Acta199458：4429-4442

［29］ Veizer JAla DAzmy Ket al.87Sr/86Srδ13C and δ18O evolution of Phanerozoic seawater. Chemical Geology1999161（1）：59-88

［30］ 王小林金之鈞胡文瑄等. 塔里木盆地下古生界白云石微區(qū) REE配分特征及其成因研究. 中國科學：地球科學200939（6）：721-733

［31］ Gregg J MSibley D F. Epigenetic dolomitization and the origin of xenotopic dolomite texture. Journal of Sedimentary Petrology198454：908-931

［32］ Lonnee JMachel H G. Pervasive dolomitization with subsequent hydrothermal alteration in the Clarke Lake gas fieldMiddle Devonian Slave Point Formation，British ColumbiaCanada. AAPG Bulletin2006，90（11）：1739-1761

［33］ 亨德森. 稀土元素地球化學. 北京：地質(zhì)出版社，1989：195-213

［34］ Tobin K JBergstrom S M. Implications of Ordovician （≈460 Myr） marine cement for constraining seawater temperature and atmospheric pCO2. PalaeogeographyPalaeoclimatologyPalaeoecology，2002181（4）：399-417

［35］ 邱楠生汪集暘梅慶華等. （U-Th）/He年齡約束下的塔里木盆地早古生代構(gòu)造-熱演化. 中國科學：地球科學201040（12）：1669-1683

［36］ 黃思靜. 碳酸鹽巖的成巖作用. 北京：地質(zhì)出版社，2010：40-44

［37］ 賀訓云壽建峰沈安江等. 白云巖地球化學特征及成因：以鄂爾多斯盆地靖西馬五段中組合為例.石油勘探與開發(fā)201441（3）：375-384

［38］ Nelson C SSmithA M. Stable oxygen and carbon isotope compositional fields for skeletal and diagenetic components in New Zealand Cenozoic nontropical carbonate sediments and limestones：a synthesis and review. New Zealand Journal of Geology and Geophysics199639：93-107

［39］ 王旭沈建偉陳代釗等. 塔里木盆地柯坪-巴楚地區(qū)早古生代白云巖類型及微量元素地球化學特征. 礦物巖石201132（2）：23-32

［40］ 鄭劍鋒沈安江潘文慶等. 塔里木盆地下古生界熱液白云巖儲層的主控因素及識別特征. 海相油氣地質(zhì)201119（4）：47-56

［41］ Land L S. The isotopic and trace element geochemistry of dolomite：the state of the art. Concepts and Models of Dolomitization. TulsaOK：SEPM Special Publication198028：87-110

［42］ Warren J. Dolomite：occurrenceevolution and economically important associations. Earth Science Reviews200052：1-81

［43］ Middleton KConiglio MSherlock R et al. Dolomitization of Middle Ordovician carbonate reservoirssouthwestern Ontario. Bulletin of Canadian Petroleum Geology199341：150-163

［44］ 黃思靜劉樹根李國蓉等. 奧陶系海相碳酸鹽鍶同位素組成及受成巖流體的影響. 成都理工大學學報：自然科學版200431（1）：1-7

［45］ Allan J RWiggins W D. Dolomite reservoirs：Geochemical techniques for evaluating origin and distribution. AAPG Bulletin199680：36-129

［46］ 孫曉猛王璞珺劉鵬舉等. 興地斷裂構(gòu)造特征及其演化歷史. 新疆地質(zhì)200624（4）：348-352

［47］ Vahrenkamp V CSwart P K. Late Cenozoic dolomites of the Bahamas：metastable analogues for the genesis of ancient platform dolomites // Dolomites：a volume in honor of dolomieu. International Associatio of SedimentologistsSpecial Publications，199421：133-153

［48］ Mountjoy E WAmthor J E. Has burial dolomitization come of age？ Some answers from the Western Canada sedimentary basin // Dolomites：a volume in honour of dolomieu. International Association of SedimentologistsSpecial Publications199421：203-230

［49］ Mountjoy E WMachel H GGreen Det al. Devonian matrix dolomites and deep burial carbonate cements：a comparison between the Rimbey-Meadowbrook reef trend and the deep basin of west-central Alberta. Bulletin of Canadian Petroleum Geology199947（4）：487-509

［50］ Qing HBosence D W JRose E P F. Dolomitization by penesaline sea water in Early Jurassic peritidal platform carbonatesGibraltarwestern Mediterranean. Sedimentology200148（1）：153-163

The Characteristics and Implication of Origin of the Giant Patch Dolomite of the Lower-Middle Ordovician in Wuligezitag Area NE Tarim BasinChina

WU Shuanglin1，2SHI Kaibo1，2LIU Hongguang1，2LIU Jianqiang1，2WANG Yuxi1，2LIU Bo2，?
1. School of Earth and Space SciencesPeking UniversityBeijing 100871；2. Institute of Oil and GasPeking University，Beijing 100871；? Corresponding authorE-mail：boliu@pku.edu.cn

Based on comprehensive analysis of field workpetrological and geochemical characteristicsthis paper studies the characteristics and origin of giant patch dolomite of the Lower-Middle Ordovician HangGuletag Formation in Wuligezitag areaNE Tarim BasinChina. It can be seen in the field that the grayish yellow giant patch dolomite partially develops in the black thin-bedded micritic limestonewith an irregular boundary not controlled by sedimentation. The giant patches are several meters in size （the largest ＞10 m） which is larger than and quite different from the several-centimeter （decimeter） burrow-related dolomite or leopard fur dolomite. Microscopicallyit consists of micro-finely and planare（s） dolomite crystals with a size near 100 μm. Besidesit is also characterized by its unique geochemical features：1）δ13CPDB（-1.34‰--0.62‰） accords with the range of Early Ordovician seawater while δ18OPDB（-8.01‰ --4.79‰） is higher；2）87Sr/86Sr （0.711000-0.711535AVG=0.710863）is much higher than that of limestone and contemporaneous seawater；3） average high Fe and Mn content （2001.32 and 601.73μg/grespectively） and low Sr and Ba （33.14 and 8.27 μg/grespectively） content versus that of limestone；4） dolomite has slightly negative Eu anomaly and similar REE composition and distribution patterns compared with limestone；5） low order degree value （AVG=0.6）. This study reveals that the dolomitization was related to fault and occurred in low-temperature and shallow-burial environment in Early-Middle Ordovician. Dolomitizing fluid was generated from the concentrated formation fluid in lower-middle member of HangGuletag Formation and underlying Tursaktag Group. Most Mg2+came from the stabilization of quasi-stable carbonate mineralsand the transformation of clay minerals of （calcareous） mud in the limestone strata not only provided a little Mg2+but caused the rise of87Sr/86Sr. Dolomitizing fluid was likely to be richened in Xingdi-related normal fault and fractures which also acted as the main fluid pathwaysand it finally caused the partial dolomitization of nearby limestone strata.

Wuligezitag；HangGuletag Formation；giant patch dolomite；geochemical characteristics；origin of dolomite

P581

中國地質(zhì)調(diào)查局項目（1212011220760）和國家自然科學基金（41272137）資助2015-02-09；

2015-04-30；網(wǎng)絡出版日期：2016-01-26