羌塘盆地角木茶卡地区展金组白云岩岩石学及地球化学特征

胡俊杰，李琦，汪双清，沈斌，陈若瑜，葛东升

羌塘盆地角木茶卡地区展金组白云岩岩石学及地球化学特征

胡俊杰1，李琦1，汪双清2，沈斌2，陈若瑜1，葛东升1

（1.中国地质大学（北京）海洋学院，北京100083；2.国家地质实验测试中心，北京100037）

目前学术界对于羌塘盆地的油气研究大多集中于侏罗系，针对古生界的相关研究较少。利用薄片分析、X射线衍射、阴极发光、元素地球化学和碳、氧同位素等资料，综合研究了羌塘盆地角木茶卡地区羌资5井二叠系展金组白云岩的岩石学和地球化学特征，并探讨了其成因机制。结果表明：细晶和粉晶白云岩主要发育在局限碳酸盐台地中的潮坪相带，以雾心亮边结构、生长环带结构和残余颗粒结构为典型组构特征，交代现象明显；δ13C为低—中正值（2.7‰～4.4‰），δ18O为低—高负值（-8.4‰～-2.8‰）；成岩温度大部分低于44℃，属于低温白云岩;盐度为20.98‰～30.16‰，低于海水盐度；白云石有序度整体为中值，Mg/Ca值（0.44～0.47）及Fe，Mn和Sr含量相对较低，稀土元素配分模式显示具有埋藏白云石化特征。综合分析认为，羌塘盆地展金组白云岩主要形成于早期浅埋藏阶段，其白云岩形成温度较低，在成岩过程中可能受到大气降水的影响。

白云岩；岩石学特征；地球化学特征；展金组；羌塘盆地

0 引言

羌塘盆地是我国最具勘探前景的大型含油气盆地，在古生界—中生界地层中广泛发育有白云岩，构成了盆地内最具勘探潜力的含油气储层。前人利用X射线衍射，主、微量元素分析，同位素分析和阴极发光等测试技术，对该盆地侏罗系白云岩的岩石学特征和地球化学特征进行了系统研究。朱井泉等［1］通过对岩石学和白云石有序度的研究，将羌北侏罗系白云岩归为毛细管浓缩作用和混合水成因2种类型；刘建清等［2］通过对该盆地隆鄂尼古油藏白云石地球化学特征的研究，认为侏罗系布曲组白云岩属混合水交代成因；伊海生等［3］针对双湖地区古油藏白云岩的研究，认为流体交代灰岩的白云石化过程极大地改善了储层性能。

前人对羌塘盆地白云岩的成因研究，多集中在混合水成因模式上［1-5］。近年来，伴随着地球化学测试序列的改进和研究的深入，混合水白云石化模式受到学术界的质疑［6］，在此背景下，结合岩石学和地球化学重新研究盆地内白云岩特征及成因机制。目前，该盆地白云岩储层研究主要集中在中生界，而对古生界白云岩的岩石学特征、成岩作用和成因机制等各项研究则较为欠缺。宋春彦等［7］在羌塘盆地角木茶卡地区的研究中发现了二叠系古油藏，证实了区内古生界含油白云岩具有良好的生油和储油潜力。因此，加强对盆地古生界白云岩的各项研究显得尤为重要。笔者以取自角木茶卡地区羌资5井二叠系白云岩岩心为研究对象，在岩石学研究的基础上，结合主、微量元素地球化学特征和碳、氧同位素分析，系统总结下二叠统展金组白云岩特征，探讨其成因机制，为盆地古生界白云岩的认识和上古生界油气资源研究提供依据。

1 区域地质背景

图1 羌塘盆地构造简图及角木茶卡地区羌资5井地理位置（据文献［8］修改）Fig.1Simplified tectonic map of Qiangtang Basin and location of Qiangzi 5 well

羌塘盆地位于青藏高原中北部，属于特提斯构造域中段，盆地南北分别以班公湖—怒江缝合带和拉竹龙—金沙江缝合带为界（图1），为在冈瓦纳大陆与欧亚大陆组合而成的地块上形成的古生代—中生代海相沉积复合盆地。角木茶卡地区位于盆地中央隆起带的北部（图1），出露的地层以二叠系为主，包括下二叠统展金组和中二叠统龙格组，两者呈整合接触。展金组岩性以泥岩和砂岩为主，含少量火山碎屑岩、硅质岩和白云岩［7］。研究样品取自角木茶卡地区羌资5井展金组底部的白云岩段岩心。展金组自上而下主要发育细碎屑岩、火山角砾岩和白云岩地层组合，其中白云岩段以细晶白云岩和粉晶白云岩为主，夹少量薄层状微晶灰岩、白云质灰岩、灰质白云岩以及黏土质泥岩（图2）。结合钻井岩心的岩石学特征和沉积构造标志分析，认为展金组白云岩为局限碳酸盐台地环境，并可进一步划分为以发育泥晶灰岩为主的潟湖环境和以发育稳定延伸的白云岩及纹层灰岩为主的潮坪环境。

图2 羌塘盆地角木茶卡地区羌资5井展金组地层沉积相分析Fig.2Sedimentary facies analysis of Zhanjin Formation in Qiangzi 5 well in Jiaomuchaka area,Qiangtang Basin

2 岩石学特征

2.1 矿物成分特征

羌塘盆地展金组白云岩的主要矿物成分为白云石和方解石，含少量黄铁矿和自生石英，部分样品中局部见硅质充填裂缝。白云石体积分数为75%～90%，细晶—中晶颗粒呈自形—半自形，微晶则以它形为主。晶粒直径变化范围较大，微晶与中晶相间分布，多呈嵌晶状，晶棱较为平直，常具雾心亮边结构及环带构造。阴极发光显微镜下，白云石一般呈棕褐—橘红色；雾心亮边白云石呈不均匀的橘红色；粒屑边缘泥晶白云石及重结晶白云石呈暗红色；具有环带状白云石的内生长环带呈橘红色，外生长环带呈橘黄色（图版Ⅰ-1）。方解石体积分数为10%～25%，其在白云岩中呈不等粒变晶结构，以交代残余方解石、泥晶方解石和后期方解石脉的形式不均匀分布。阴极发光显微镜下，残余方解石呈暗橘红色，点状分布；后期方解石脉颗粒较粗，表面干净，多为后期富Ca碳酸盐水溶液沿构造孔缝重结晶而成，表现出明显的多期次性充填。一期充填方解石呈棕褐色，二期充填方解石呈橘黄色，表明该区存在多期构造运动产生的裂缝，且被多期次方解石充填（图版Ⅰ-2～Ⅰ-3）。

2.2 岩石组构特征

根据岩心观察和室内镜下薄片鉴定资料，在展金组白云岩中主要识别出雾心亮边结构、不等粒结构及残余粒屑结构（图版Ⅰ）。

（1）雾心亮边结构。研究区大部分白云岩具有雾心亮边结构（图版Ⅰ-4），镜下表现出自形—半自形，白云石晶粒中心呈多边形或浑圆形阴影，四周边缘清洁明亮，但核心和环边光性一致。在白云石晶体中出现的雾心和亮边现象，通常被认为是成岩孔隙流体与淡水作用的结果［3］。白云石核心阴影是孔隙流体中的Mg/Ca值较高且快速结晶的结果，随着淡水的稀释，盐度和Mg/Ca值下降，从而生成干净、明亮和无包体的淡水白云石环边。

（2）不等粒结构。展金组样品多为不等粒白云岩，其中以微—细粒白云石为主，少量为中—粗粒白云石。微—细粒白云石表面灰泥较多，镜下呈雾状，以半自形—它形为主，呈嵌晶状，部分白云石呈残余粒屑影；粗粒白云石表面干净，晶棱平直，多呈规则的自形晶。

（3）残余粒屑结构。为研究区主要的原生组构特征，粒屑以棘屑、藻屑、苔藓虫、双壳等生屑及内碎屑颗粒为主，并且富含有机质，镜下多呈暗色，大部分颗粒被彻底交代，均由泥晶白云石充填，颗粒边界模糊（图版Ⅰ-5～Ⅰ-6）。

2.3 白云石晶体有序度特征

大多数白云石晶体的有序度为0～1。根据X射线衍射分析结果（表1），展金组白云石有序度变化较大，为0.45～0.86（平均为0.64），整体为中值，反映了快速结晶的沉积环境；CaCO3摩尔分数整体接近50%（平均为50.88%），表明研究区可能处于低盐度的水介质环境［9］。前人研究表明，白云石的有序度及CaCO3摩尔分数可以反映出白云石形成时的环境，从而为白云石化模式提供证据［9-10］。渗流—回流白云石化模式和蒸发泵白云石化机制均要求具有高盐度水体，并且Mg2+/Ca2+值为10～30［10］，与研究区CaCO3摩尔分数显示出的流体Mg2+/Ca2+值近似为1的情况不一致，且钻井揭示地层中并未发育蒸发环境下伴生的膏盐。展金组白云石有序度特征与以上2种白云石化模式呈现出明显不同。

表1 羌塘盆地角木茶卡地区展金组白云岩样品X射线衍射数据Table 1X-ray diffraction date of dolomite samples of Zhanjin Formation in Jiaomuchaka area,Qiangtang Basin

3 地球化学特征

3.1 主、微量元素地球化学特征

展金组白云岩主、微量及稀土元素分析结果如表2所列。

表2 羌塘盆地角木茶卡地区展金组白云岩主、微量和稀土元素质量分数及相关比值Table 2Content of major,trace and rare earth elements and related ratios of dolomites of Zhanjin Formation in Jiaomuchaka area,Qiangtang Basin

白云岩中Ca的富集程度可以由沉积溶液中的Mg/Ca值反映出来（与蒸发盐相伴生的高盐度环境中的Mg/Ca值偏高，一般情况下为5～10），在正常海水中，Mg/Ca值约为1。展金组白云岩Mg/Ca值偏低（为0.44～0.47），反映出研究区浓缩海水白云石化形成的可能性不大，推测沉积环境为潮湿无蒸发作用的变盐度环境或埋藏环境，并且有相当部分的淡水参与了白云石化过程［11］；MgO-CaO呈线性负相关性（R为-0.14），反映白云石为交代或重结晶成因［12］，符合埋藏白云石化特征。

Fe和Mn较难以低价进入矿物晶格中，只有在深埋藏成岩（向高Fe和Mn，低Sr转化）的还原环境中才能作为类质同象离子置换白云石晶格中的Ca和Mg［13］。因此，相对于晚埋藏期，近地表或早埋藏期形成的白云石其Fe和Mn含量偏低［14］。研究区Fe和Mn的质量分数分别为700～3 500 μg/g和200～400 μg/g，与深埋藏白云岩相差一个数量级［15］。例如Azmy等报道的巴西Sao Francisco盆地前寒武纪晚埋藏白云岩Fe和Mn的质量分数分别为22009 μg/g和2 094 μg/g［11］，与塔里木塔中地区奥陶系鹰山组浅埋藏白云岩相比，研究区Mn含量较高，推测可能与大气淡水提供的Mn来源致使Mn含量增加有关，这与岩石组分和Mg/Ca值显示出的有淡水参与白云石化过程的特征相吻合。

Sr的含量可以反映海相沉积物的介质特征，现代海水Sr的质量分数为95.2～266.0 μg/g［16］。展金组白云岩Sr的质量分数为0.095～0.266 mg/g（平均值为136.4 μg/g），表现出Sr大量流失的特征，推测与白云岩埋藏成岩作用过程有关。

3.2 稀土元素地球化学特征

展金组白云岩稀土元素总量（∑REE）为9.73～90.43 μg/g，平均为41.98 μg/g，总体处于正常海相碳酸盐岩∑REE的变化范围内（海相碳酸盐岩∑REE一般低于100 μg/g）［17］。Eu异常和Ce异常能够反映白云岩成因环境，展金组白云岩бEu和бCe平均值分别为0.66和0.19，表现出明显的Eu负异常和强烈的Ce负异常，说明白云石化过程发生在氧化环境。LREE（轻稀土元素）/HREE（重稀土元素）值平均为7，样品基本表现为轻稀土元素富集、具有白云岩埋藏成因的特征［11］。

3.3 碳、氧同位素特征

白云岩的碳、氧同位素组成与引起白云石化的流体介质有关，受介质盐度和温度的影响，其组成可以用来定量地恢复沉积环境的古盐度和古水温［18-19］，确定成岩环境［20-21］，而大气淡水参与成岩作用的强度又为白云岩的形成机理提供了依据［22-24］。一般认为当δ18O小于-11‰时，测试数据受成岩过程中温度和孔隙流体的影响较大［21］。展金组样品中仅有一个（δ18O值）数据为-11‰，其余样品的原始同位素保存较好，对沉积环境的研究具有指相意义。由测试数据可知（表3）：展金组白云岩中的δ13C属于低—中正值，为2.7‰～4.4‰（平均为3.36‰）；δ18O相对属于负值，为-8.4‰～-2.8‰（平均为-4.91‰）。在Hird［20］的碳、氧同位素比值白云岩成因判别图（图3）上，角木茶卡地区展金组白云岩投点主要集中在埋藏成因（M1和G2）区域内，反映了展金组白云岩的埋藏成因。

表3 羌塘盆地角木茶卡地区展金组白云岩碳、氧同位素及Z值、盐度、温度值Table 3Values of δ13C,δ18O,Z,salinity and temperature of dolomite of Zhanjin Formation in Jiaomuchaka area,Qiangtang Basin

图3 羌塘盆地角木茶卡地区展金组白云岩δ13C-δ18O成因判别［20］Fig.3Genesis discrimination of δ13C-δ18O of dolomite of Zhanjin Formation in Jiaomuchaka area,Qiangtang Basin

考虑到盐度及温度对白云岩δ18O值的影响，前人曾提出了多种计算公式［21］。笔者选取以下公式进行计算：盐度=δ18OPDB+21.2/0.61；温度=13.85-4.45δ18OPDB+0.04（δ18OPDB）2。

计算结果（参见表3）表明：展金组白云岩盐度为20.98‰～30.16‰（平均为26.7‰），变化范围较小，成岩流体盐度低于正常海水盐度（正常海水盐度为35‰）；大部分白云岩形成的温度为44℃以下（海水温度为35℃），属于低温白云岩。假设白云岩形成时表面温度为25℃，地温梯度为2.5℃/100 m［16］，可推算出研究区白云岩形成时的平均深度为700 m，为浅埋藏环境。

4 结论

（1）羌塘盆地角木茶卡地区展金组白云岩以细晶和粉晶为主，可识别出不等粒、雾心亮边及残余粒屑等结构类型。白云岩样品中MgO-CaO呈线性负相关性，显示出白云岩的交代或重结晶成因，而非沉积成因。

（2）白云石有序度呈中值，岩心未见伴生膏盐沉积，CaCO3摩尔分数整体接近50%，Mg/Ca值小于1，反映出研究区浓缩海水白云石化形成的可能性不大，推测沉积环境为潮湿无蒸发作用的变盐度或埋藏环境；白云岩的Fe，Mn和Sr含量相对较低，稀土元素总量小于0.1 mg/g，轻稀土元素富集等地球化学特征均显示出埋藏白云石化的特征。

（3）羌塘盆地角木茶卡地区展金组白云岩样品集中分布在埋藏成因区域。成岩期具有较低的盐度和成岩温度，Eu和Ce表现出明显的负异常，指示白云岩处于氧化环境。

（4）羌塘盆地角木茶卡地区展金组白云岩主要为早期浅埋藏白云岩，并且可能受到淡水作用的影响。由于盆地古生界勘探程度相对较低，以上认识还需要进一步加以验证。

致谢：本文岩心样品及相关地层资料由中国地质调查局成都地质调查中心提供。在项目开展及野外地质踏勘等工作中得到了成都地调中心和成都理工大学等单位的大力支持和帮助，在此一并致谢。

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Petrological and geochemical characteristics of dolomite of Zhanjin Formation in Jiaomuchaka area,Qiangtang Basin

HU Junjie1，LI Qi1，WANG Shuangqing2，SHEN Bin2，CHEN Ruoyu1，GE Dongsheng1
（1.School of Ocean Sciences，China University of Geosciences，Beijing 100083，China；2.National Research Center for Geoanlysis，Beijing 100037，China）

Current studies on oil-gas geology in Qiangtang Basin mostly focused on Jurassic strata,and only a few researches about the Paleozoic.Based on the data of thin section analysis,x-ray diffraction,cathodeluminescence, element geochemistry and C-O isotope,this paper studied the petrological and geochemical characteristics of dolomite of Zhanjin Formation in Qiangzi 5 well in Jiaomuchaka area,and discussed its genesis.The result shows that fine crystalline dolomite and crystal powder dolomite mainly developed in tidal flats of limited carbonate platform.They are characterized by cloudy centers and clear rims,clitellum and residual-grain,and the metasomatism is obvious.They are characterized by low-middle δ13C positive value（2.7‰～4.4‰）,low-high δ18O negative value（-8.4‰～-2.8‰）. Most diagenetic temperature are below 44℃,which indicates that the temperature degree of dolomitization is low. Salinity ranges from 20.98‰to 30.16‰,below the salinity of sea.The middle value of the order degree of dolomite, together with the low content of Mg/Ca,Fe,Mn,Sr,and REE distribution pattern reveal a characteristic of burialdolomitization.All evidences indicate that the dolomite of Zhanjin Formation mainly formed in an early shallow burial environment with low temperature,and there may be a fresh water injection during the diagenetic process.

dolomite；petrological features；geochemical characteristics；Zhanjin Formation；QiangtangBasin

P588.24+5

：A

2014-04-28；

2014-06-20

中国地质调查局科技项目“羌塘盆地油气地球化学实验技术及应用研究”（编号：1212011221112）资助

胡俊杰（1987-），男，中国地质大学（北京）在读博士研究生，研究方向为海洋地质学和储层沉积学。地址：（100083）北京市海淀区学院路29号中国地质大学海洋学院620室。E-mail：howimet@foxmail.com

李琦（1969-），男，博士，副教授，主要从事沉积学方面的教学与研究工作。E-mail：liqi@cugb.edu.cn。

3

1673-8926（2014）05-0080-06