辽东地区奥陶系白云岩成因分析

■　朱兴葛　刘笛笛　李芃

辽东地区奥陶系白云岩成因分析

■朱兴葛刘笛笛李芃

（中国建筑材料工业地质勘查中心辽宁总队辽宁沈阳110004）

分析探讨了目前较为成熟的6种白云石化模式：蒸发模式（萨布哈模式）、渗透回流模式、混合水模式、海水模式、埋藏模式以及热液成因模式。综合分析白云岩的物理化学特征，讨论了辽东地区奥陶系白云岩的成因，并通过与这6种白云石化模式对比分析，认为其成因模式应属混合水模式。

辽东地区奥陶系白云岩白云石化成因模式

1　前言

白云石广泛分布于地壳当中，按照成因阶段和机理可分为原生白云石、同生白云石、成岩白云石和后生白云石4类，其中原生白云石多被用于解释缺乏次生交代证据的白云石（如前寒武白云岩）或孔隙内壁胶结白云石的成因。而对于辽东地区奥陶系白云岩化作用的研究尚属空白，本文主要通过对该地区白云岩的物性特征及碳氧同位素特征的研究，分析讨论了辽东地区奥陶系白云岩的成因机理，通过对与6种广泛认同的白云岩成因模式的分析和对比，综合确定该地区白云岩的成因模式属混合水白云岩化模式。

2　白云岩成因模式的探讨

目前较成熟的白云石化模式主要有以下6种（：蒸发模式（萨布哈模式）、渗透回流模式、混合水模式、海水模式、埋藏模式以及热液成因模式。这些模式建立在不同的物理化学条件基础之上，埋藏深度、形成温度、Mg2+浓度以及最终形成白云岩的物理性质也不尽相同，根据不同模式的埋藏条件，将白云石划分为3类，即浅层白云石化（＜1000m）、中深层白云石化（1000～2000m）和深层白云石化（＞2000m）上述6种白云石化模式分属这3类，即A、B、C1、D1属于浅层白云石化，中深层白云石化包括C2、D2，E和F为深层白云石化。

3　辽东地区奥陶系白云岩成因分析

3.1辽东地区寒武-奥陶系地层特征

寒武系下统（∈1）（碱厂组、馒头组、毛庄组）：紫红色、黄绿色含云母页岩，夹薄层灰岩、云质灰岩及泥灰岩透镜体。厚度300m。

寒武系中统徐庄组（∈2x）：红褐色薄层-极薄层钙质、泥质粉砂岩，粉砂质页岩。厚度150m。

寒武系中统张夏组（∈2z）：灰色中厚-厚层鲕状灰岩、花纹状泥晶灰岩，薄层粉晶灰岩、条带状泥粉晶灰岩。厚度90m。

寒武系上统（∈3）（崮山组、长山组、凤山组）：灰色薄层竹叶状灰岩、泥质灰岩、泥灰岩，夹黄绿色、紫红色页岩。厚度300m。

奥陶系下统（O1）（冶里组、亮甲山组）：灰色、浅灰色中厚层夹薄层白云质灰岩、燧石结核灰岩、花纹状灰岩。厚度420m。

下马家沟组（O2x）：灰色、深灰色厚层-中厚层灰岩、白云质灰岩、夹薄层云质花纹灰岩，厚335m。

上马家沟组（O2s）：白色、灰白色中厚层白云岩，夹薄层云质灰岩，燧石结核灰岩。厚度800m。

石炭系中统本溪组（C2b）：黄褐色页岩,石英砂岩夹灰岩，底部产G层铝土矿，厚度165 m。与下伏地层呈不整合接触。

3.2混合水白云石化模式

Badiozamani提出了混合水白云石化机理。5%～45%的海水与淡水形成的混合溶液中，白云石和方解石的饱和度发生了改变，从而克服了化学动力障碍，使得白云石可以交代方解石。在这种模式中，对于Mg2+/Ca2+比值要求不高，约为1.24～3.64。该模式可分为两种情况，C1为浅层混合水白云石化，形成深度一般小于500m，Mg2+/Ca2+比值在1.24～3.64之间，用这一白云石化机理解释美国威斯康星中奥陶统白云岩的成因，得到了满意的效果。

3.3划分依据

3.3.1物理依据

辽东地区奥陶系上马家沟组白云岩，为细-中粒变晶结构、花纹状（斑状）结构，这与混合水模式下的白云石成因正好吻合。而且，在奥陶系上马家沟组地层沉积前，地层沉积连续，地层间为整合接触。而其后，却与石炭系本溪组地层呈不整合接触，说明，奥陶世晚期，出现了较长时间的沉积间断，反映了此时的沉积环境为海水逐渐退却，大气淡水及地下淡水补偿充足，那么致使早前在海水条件下沉积的灰岩开始处与海水与地下淡水的混合带中，在近地表环境的海水与淡水的混合带中，混合水虽然对方解石来说是未饱和的，但对白云石已饱和，从而导致白云石交代原有的碳酸钙沉积物以及作为胶结物沉淀在孔隙内，形成了混合水模式下的白云岩。

3.3.2化学依据

（1）它们明显富集较轻的碳同位素，并表现出负向偏移特征，6块样品的δ13C值变化于-2.69～-1.92‰之间，平均为-2.25‰，比早奥陶世海水胶结物的δ13C平均值低1.25‰，明显地反映出大气淡水影响的特征，虽然造成白云岩碳同位素负向偏移的因素很多，但是，在近地表环境中，与其认为是某些未知的不确定因素造成的，不如用δ13C值很低的大气淡水（δ13C=-10‰）来解释更便捷、更合理些。

（2）它们的δ18O值变化范围是-6.39～-4.21‰之间，平均为-5.45‰，与近地表蒸发海水成因白云岩接近。根据氧同位素值计算得出的白云岩形成温度为25.8-37.7℃不等，平均为32.1℃，属于低温白云石范畴，表明它们同样是在地表的常温条件下形成的。

（3）根据白云岩的δ13C和δ18O值计算得出的古盐度指数均在120左右，平均为119.98，表明它们既非纯海水成因，也非纯淡水成因，恰好反映了混合水成因的特点。

4　结语

白云岩成因是碳酸盐岩研究中的一个难题，科学家们一直没有停止对其成因的研究和探讨，根据目前的研究进展可以得出较为成熟的白云石化模式主要有以下6种：蒸发模式（萨布哈模式）、渗透回流模式、混合水模式、海水模式、埋藏模式以及热液成因模式。这些模式建立在不同的物理化学条件基础之上，埋藏深度、形成温度、Mg2+浓度以及最终形成白云岩的物理性质也不尽相同。相较我国其他地区的白云岩，可以通过与这6种模式下形成的白云岩物理化学特征进行分析对比，以更好的确定其成因模式。但目前就埋藏模式及热液成因模式尚存在较多争议，其流体动力学机制仍需作进一步讨论。

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[2]赵澄林，朱筱敏.2001.沉积岩石学.3版.北京：石油工业出版社

[3]吴仕强，朱井泉，王国学，等.2008.塔里木盆地寒武-奥陶系白云岩结构构造类型及其形成机理.岩石学报，24(6):1390-1400

F407.1[文献码]B

1000-405X（2016）-3-113-1