塔东地区寒武系白云岩地球化学特征与成因模式

符　浩， 李国蓉， 陈兰朴， 赵　勇， 雷和金， 彭　博，黄加力，

周吉羚1， 朱永源4， 高鱼伟1， 吴章志1， 胡　静1， 何　塞1

( 1. 成都理工大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都　610059；　2. 中国石油华北油田分公司 勘探开发研究院，河北 任丘　062552；　3. 中国地质科学院 地质力学研究所，北京　100081；　4. 威远县地质环境监测站，四川 威远　642450 )



塔东地区寒武系白云岩地球化学特征与成因模式

符浩1， 李国蓉1， 陈兰朴1， 赵勇2， 雷和金1， 彭博3，黄加力1，

周吉羚1， 朱永源4， 高鱼伟1， 吴章志1， 胡静1， 何塞1

( 1. 成都理工大学 油气藏地质及开发工程国家重点实验室，四川 成都610059；2. 中国石油华北油田分公司 勘探开发研究院，河北 任丘062552；3. 中国地质科学院 地质力学研究所，北京100081；4. 威远县地质环境监测站，四川 威远642450 )

寒武系白云岩是塔东地区下古生界碳酸盐岩储层的重要岩石类型之一。为认识塔东地区寒武系白云岩的地球化学特征和成因机理，通过岩心及薄片观察，将研究区寒武系白云岩划分为微—细晶它形白云石、细—中晶自形白云石、中—粗晶白云石和鞍形白云石4种类型；结合阴极发光分析、微量元素测试、稀土元素分析、碳氧稳定同位素分析、流体包裹体测温和X线衍射有序度分析等，探讨研究区寒武系白云岩成因和白云化作用模式。结果表明：微—细晶它形白云石成因机制为准同生期高盐度白云化作用；细—中晶自形白云石成因机制为埋藏白云化作用；中—粗晶白云石成因机制可分为2种类型，即Ⅰ型为基性岩浆热液流体重结晶白云化作用，Ⅱ型为中酸性岩浆热液流体重结晶白云化作用；鞍形白云石成因机制也可分为2种类型，即Ⅰ型为基性岩浆热液白云化作用，Ⅱ型为中酸性岩浆热液白云化作用。该结果为研究区寒武系白云岩储层预测和油气勘探部署提供依据。

白云岩； 地球化学特征； 成因机制； 塔东地区； 寒武系； 岩浆热液

0　引言

碳酸盐岩储层的油气储量约占世界油气总储量的52%[1-3]。寒武系白云岩是塔东地区碳酸盐岩储层的重要岩石类型之一，勘探潜力巨大。人们对其成因进行探讨，刘永福等认为主要存在渗透回流、深埋藏和高温热液成因类型的白云岩[4]；马锋等认为主要存在渗透回流白云化、埋藏白云化和高温热液白云化等成因模式[5]；金振奎等认为主要存在深水回流准同生、潮坪蒸发泵准同生、渗透回流及深埋藏成因类型的白云岩[6]。研究结论不尽相同，特别是对构成研究区寒武系储层的主要岩石类型——中—粗晶白云岩的成因争议较大；对形成研究区优质储层尤为重要的热液作用[7]认识不够深入，对是否存在热液白云化作用、热液流体的来源和期次、早期白云岩的改造作用等问题存在疑问，缺乏统一认识。

笔者采用作为热液作用重要识别标志的稀土元素地球化学方法，结合岩心和薄片观察、阴极发光、微量元素、碳氧稳定同位素、流体包裹体测温和X线衍射有序度等测试技术，研究寒武系白云岩成因机制，为塔东地区寒武系白云岩储层预测和勘探部署提供依据。

1　地质背景

塔里木盆地是我国重要的含油气盆地，具有复杂的构造演化历史，盆地下切至深部地壳的断裂普遍发育，断裂深度可达 50～60 km[8]。塔里木地台形成于元古宙扬子(晋宁)运动，之后经历加里东、海西、印支、燕山和喜山运动，火成岩广泛发育，主要经历4期火山活动，分别为震旦—寒武纪、晚奥陶世—志留纪、二叠纪和白垩纪，其中以二叠纪火山活动最为强烈、规模最大，基性火成岩和中酸性火成岩发育[9-10]。塔东地区位于塔里木盆地东部的塔东低突起构造带(见图1(a))，寒武系发育中间深水盆地沉积相区、东部和西部台地相区及过渡相带[11-12](见图1(b-c))，研究区发育多个下切至基底的断裂系统[13]。在岩性分布上，下寒武统主要发育大套泥岩，少见碳酸盐岩；中寒武统时碳酸盐岩开始增多，但以灰岩为主，白云岩层的发育在局部初具规模；上寒武统几乎不发育泥岩，在整个研究区内碳酸盐岩大量发育，且白云石化程度很高，白云岩是主要的岩石类型(见图1(d))。

图1　塔东地区位置、寒武纪沉积相平面及地层综合柱状图Fig.1 The location plan and the floor plan of Cambrian sedimentary facies of east Tarim basin and strata integrated histogram

2　样品与实验

实验样品采集于研究区罗西1、古城2、古城4、米兰1、古城6、英东1、古城7、古城8和英东2等探井(见图1(b-c))的钻井岩心，进行样品岩心观察，磨制普通薄片和包裹体薄片，并进行偏光显微镜下鉴定、阴极发光分析及均一温度测定；挑选典型样品进行其他地球化学测试，用微钻取样，精心分拣、挑纯，在玛瑙研钵中研磨后过200目筛，储存备用。

阴极发光分析、流体包裹体均一温度测定、微量和稀土元素测试由成都理工大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室完成，其中阴极发光分析是将样品抽真空后在额定电压11.2 kV、曝光时间5.1 s条件下进行图像采集；流体包裹体均一温度测定实验仪器为英国Linkam科仪公司的THMSG600冷热台；微量和稀土元素测试实验利用PE公司的Elan DRC-e仪器，在温度为20 ℃、相对湿度为30%的条件下，根据DZ/T0223-2001(电感耦合等离子体质谱(ICP-MS))方法进行测定。碳氧稳定同位素分析由成都理工大学地球化学测试中心完成，实验仪器为MAT-253型质谱仪，实验温度为25 ℃，湿度为50%。X线衍射有序度分析由成都理工大学X线粉晶衍射实验室测定，实验仪器为DMAX-3C衍射仪(Cu靶，Kα射线，Ni滤光)。

3　岩石学特征

塔东地区寒武系白云岩厚度较大，钻井显示储层厚度为75～403 m，主要集中发育于上寒武统，且白云石化程度很高。寒武系白云岩主要为晶粒结构，按晶粒大小、晶形、晶体表面特征等，将白云石分为微—细晶它形白云石、细—中晶自形白云石、中—粗晶白云石和鞍形白云石4种类型。

3.1微—细晶它形白云石

此类白云石广泛发育于研究区寒武系，晶体形状小，一般小于0.25 mm；晶体表面脏，自形程度差，多呈半自形—它形；晶间多被沥青或泥质充填，构成微—粉晶白云岩、粉—细晶白云岩，岩性致密(见图2(a))。

3.2细—中晶自形白云石

此类白云石在研究区寒武系分布不广，最主要的特征是晶体形态较好，晶面平直，多呈半自形—自形，显示其成矿速度缓慢；晶体表面有的较脏，有的较干净；晶间孔隙较为发育，多被沥青或泥质充填(见图2(b))。

3.3中—粗晶白云石

此类白云石晶粒粗大，介于0.5～1.0 mm，个别超过1.0 mm，晶体之间呈镶嵌接触，重结晶作用明显；晶体表面一般较脏，有的表面较干净；主要构成中—粗晶白云岩，晶间孔、晶间溶孔和溶蚀孔洞较为发育，是研究区寒武系储层的主要岩石类型(见图2(c-d))。

图2　塔东地区寒武系不同类型白云石镜下特征Fig.2 Microscopical characteristic of different types of Cambrian dolomites in east Tarim basin

3.4鞍形白云石

此类白云石主要分布在溶蚀孔洞和裂缝中，晶粒粗大，可达中—粗晶级别；晶体表面较干净，晶面弯曲，呈弯镰刀状；解理发育，正交偏光下具有典型的波状消光(见图2(e-f))。

4　地球化学特征

4.1X线衍射有序度

图3　塔东地区寒武系不同类型白云石X线衍射有序度分布特征Fig.3 The order degree of X diffraction distribution characteristics of different types of Cambrian dolomites in east Tarim basin

X线衍射有序度分析结果(见图3)表明：微—细晶它形白云石有序度低，主要在0.37～0.68之间，平均为0.47；细—中晶自形白云石有序度较高，主要在0.63～0.73之间，平均为0.67；中—粗晶白云石有序度高，主要在0.56～1.00之间，平均为0.82；鞍形白云石有序度最高，主要在0.73～1.00之间，平均为0.89。由图3可以看出：(1)白云石样品有序度数据具有一定的离散性，总体上，白云石晶体直径越大有序度越高；(2)细—中晶自形白云石有序度明显高于微—细晶它形白云石的，反映白云石自形程度越好有序度越高；(3)鞍形白云石有序度最高，说明结晶温度较高的白云石比结晶温度低的白云石有序度更高。

4.2阴极发光

微—细晶它形白云石在阴极射线下发光暗或近于不发光(见图4(a))，表明它们形成时间较早，处于近地表氧化环境，Mn、Fe质量分数低。

细—中晶自形白云石在阴极射线下发光较强，呈玫瑰红色，也有部分样品在阴极射线下具有环带状的亮玫瑰红色发光特征；表明它们在埋藏成岩环境中获取大量Mn2+，并且经历埋藏白云化流体的改造作用，在阴极射线下发光性较强，常呈环带结构，而未云化的灰泥基质具很弱的阴极发光(见图4(b))。

图4　塔东地区寒武系不同类型白云石阴极发光特征Fig.4 Cathodoluminescence characteristics of different types of Cambrian dolomites in east Tarim basin

中—粗晶白云石的发光特征具有2种类型，Ⅰ型在阴极射线下呈暗玫瑰红色光(见图4(c))，Ⅱ型在阴极射线下呈亮橘红色光(见图4(d))。

鞍形白云石的发光特征也具有2种类型，Ⅰ型在阴极射线下呈暗玫瑰红色光(见图4(e))，Ⅱ型在阴极射线下呈亮橘红色发光(见图4(f))。鞍形白云石是热液白云石组合的关键指示器[14]，表明可能存在两期热液流体(Ⅰ期贫乏Mn2+、Ⅱ期富含Mn2+)，形成2种不同类型的鞍形白云石；两期热液活动也可能与2种不同类型的中—粗晶白云石成因密切相关。

4.3微量元素

白云岩的微量元素特征反映岩石在沉积时期或成岩作用改造过程中流体的性质，对通过成岩环境的微量元素富集规律确定其成因具有重要作用[15]。研究区不同类型白云石样品的微量元素组成具有明显不同的特征。

微—细晶它形白云石的Mn质量分数低，总体在(59.20～183.43)×10-6之间，平均为123.57×10-6；Sr质量分数较高，总体在(283.42～654.16)×10-6之间，平均为468.79×10-6。碳酸盐岩的成岩过程总体上具有Sr、Na减少，Fe、Mn增加的趋势[16]，低Mn、高Sr质量分数的特征反映其形成于成岩早期近地表条件下的氧化环境，发生白云化作用时，Mn处于高价状态，不易进入白云石晶格。

细—中晶自形白云石的Mn和Sr质量分数分别平均为322.78×10-6和485.75×10-6，高Mn质量分数表明它形成于相对封闭、还原环境的埋藏条件。由于孔隙流体比沉积流体(海水)具有更高的Mn质量分数[17-18]，此类白云石可以获取更多Mn；随着埋深和地温的增加其还原性增强，Mn2+更易于保存[19]。

Ⅰ型中—粗晶白云石的Mn质量分数总体在(40.60～253.14)×10-6之间，平均为111.85×10-6；Sr质量分数总体在(50.06～109.01)×10-6之间，平均为79.59×10-6。Ⅰ型鞍形白云石的Mn质量分数总体在(46.57～175.28)×10-6之间，平均为104.07×10-6；Sr质量分数总体在(73.64～105.95)×10-6之间，平均为90.79×10-6。它们具有低Mn和低Sr质量分数的特征(见图5)。Ⅰ型中—粗晶白云石并没有表现为埋藏白云化具有的高Mn质量分数的特征，表明它并非形成于埋藏白云化作用，而其成因与形成Ⅰ型鞍形白云石具有低Mn质量分数的热液流体密切相关。

图5　塔东地区寒武系不同类型中—粗晶白云石、鞍形白云石Mn质量分数和Mn/Sr交汇图(横坐标为对数坐标)Fig.5 The Mn content and Mn/Sr intersection graph of different types of Cambrian medium-coarse crystalline dolomite and saddle dolomites in east Tarim basin

Ⅱ型中—粗晶白云石的Mn质量分数总体在(730.72～1 351.61)×10-6之间，平均为1 057.62×10-6；Sr质量分数总体在(36.65～87.52)×10-6之间，平均为64.82×10-6。Ⅱ型鞍形白云石的Mn质量分数总体在(775.82～2 339.70)×10-6之间，平均为1 574.33×10-6；Sr质量分数总体在(43.02～126.28)×10-6之间，平均为87.67×10-6。它们具有极高Mn和低Sr质量分数的特征(见图5)，表明Ⅱ型中—粗晶白云石的成因与Ⅱ型鞍形白云石的形成具有极高Mn质量分数的热液流体密切相关。Sr质量分数低的原因：一是埋深增大，成岩演化程度较高，导致Sr大量损失；二是热液作用可以使Sr溶解，致使岩石中Sr质量分数下降[19]。

4.4稀土元素

稀土元素配分特征是区分成岩流体属于热液、淡水或海水来源的重要标志，在自然流体中沉积或成岩形成的岩石往往保留部分该流体的组分，与流体具有相似的稀土元素地球化学特征[20]。

微—细晶它形白云石稀土元素配分模式见图6(a)，其δCe、δEu、ΣREE(稀土元素总量)和ΣLREE/ΣHREE(轻稀土元素与重稀土元素总量比值)平均值分别为0.90、0.90、31.81和9.47，具有轻稀土元素富集、重稀土元素亏损、Ce和Eu异常不显著等特征，与同时期台地相亮晶砂屑灰岩的稀土元素配分模式十分接近，表明它具有良好的继承性，未受外来流体的干扰；相对较高的ΣREE值表明其白云化流体是浓缩的高盐度海水。

图6　塔东地区寒武系不同类型白云石稀土元素配分模式(数据采用球粒陨石标准化处理)

细—中晶自形白云石稀土元素配分模式见图6(b)，其δCe、δEu、ΣREE和ΣLREE/ΣHREE平均值分别为0.98、0.89、81.17和9.04，与郑剑锋[21]提出的塔里木盆地寒武—奥陶系埋藏白云岩Ce异常不明显、Eu负异常的特征吻合。

Ⅰ型中—粗晶白云石(δCe值为0.81，δEu值为2.04)和Ⅰ型鞍形白云石(δCe值为0.93，δEu值为1.64)具有相似的稀土元素配分模式和稀土元素地球化学参数(见图6(c))，表明它们在成因上有内在联系。Eu正异常表明受到热液流体影响，导致岩石中重稀土元素向流体中迁移，且Eu2+取代白云石中的Ca2+，使白云石显示Eu正异常。与大西洋中脊26.08° N的TAG热液区[22]、印度洋中脊热液[23]区,以及塔河地区奥陶系[24]表现为Eu正异常、轻稀土元素相对富集、稀土元素主要来自下伏的玄武岩基底的热液成因矿物，具有相似的稀土元素地球化学特征，表明其成岩流体与基性火成岩活动相关的基性岩浆热液流体有一定关系。

Ⅱ型中—粗晶白云石(δCe值为0.93，δEu值为0.63)和Ⅱ型鞍形白云石(δCe值为0.92，δEu值为0.70)也具有相似的稀土元素配分模式和稀土元素地球化学参数(见图6(d))，表明它们在成因上有内在联系。与塔北地区下奥陶统及二叠纪中酸性岩浆热液重结晶中—粗晶白云岩(δCe值为0.92，δEu值为0.53)，以及塔里木盆地二叠纪中酸性火成岩(δCe值为0.94，δEu值为0.54)[25]具有相似的稀土元素地球化学特征，表明其成岩流体类型与二叠系中酸性火成岩活动相关的中酸性岩浆热液有一定关系，继承二叠系中酸性火成岩的稀土元素特征。

4.5碳氧稳定同位素

Veizer J等研究寒武纪低镁方解石生物壳的δ13CPDB值变化范围为-2.00‰～0.26‰、δ18OPDB值变化范围为-9.44‰～-7.03‰[26]；Keith M L等研究寒武系海相灰岩的δ13CPDB值变化范围为-1.85‰～1.03‰、δ18OPDB值变化范围为-12.16‰～-7.62‰[27]。

图7　塔东地区寒武系不同类型白云石碳氧稳定同位素交汇图Fig.7 The carbon and oxygen stable isotopic intersection graph of different types of Cambrian dolomites in east Tarim basin

微—细晶它形白云石δ13CPDB和δ18OPDB值变化范围分别为0.98‰～2.63‰和-8.06‰～-6.09‰，平均值分别为1.46‰和-7.46‰(见图7)，大于寒武纪低镁方解石生物壳和海相灰岩的δ13CPDB和δ18OPDB值。此类白云石中重碳、氧同位素更富集，表明参与白云化过程的流体为经过蒸发作用而残留的高矿化度浓缩海水，由于蒸发过程中存在同位素动力学效应，使得残留相浓缩海水相对富集重氧。结合此类白云石晶粒细小、表面较脏、多为非平直晶面它形晶，且白云化作用趋于原始结构的保存及阴极发光、微量元素、稀土元素地球化学分析结果等特征，表明其成因机理为同生期高盐度白云化作用。相较于郑剑锋提出的塔里木盆地寒武—奥陶系准同生期高盐度白云岩δ18OPDB值大于-6‰的标准[21]，微—细晶白云石具有更为偏负的δ18OPDB值，原因是准同生期高盐度白云化作用后经历复杂的成岩作用。

细—中晶自形白云石δ13CPDB和δ18OPDB值分别为1.87‰和-9.21‰(见图7)。相较于微—细晶它形白云石，δ13CPDB值更高，δ18OPDB值更偏负。在埋藏环境下，由于受地温梯度的影响，造成氧同位素的热力学分馏[28-29]，使得δ18OPDB值更偏负，表明此类白云石的成因机理为埋藏白云化模式，与阴极发光、微量元素和稀土元素地球化学分析结果吻合。

Ⅰ型中—粗晶白云石的δ13CPDB值总体在-1.54‰～-0.12‰之间，平均为-0.68‰；δ18OPDB值总体在-11.59‰～-8.59‰之间，平均为-9.80‰。Ⅰ型鞍形白云石的δ13CPDB值总体在-1.29‰～-0.36‰之间，平均为-0.77‰；δ18OPDB值总体在-11.71‰～-8.43‰之间，平均为-9.92‰。它们具有相似的碳氧稳定同位素值(见图7)，即δ13CPDB低值、δ18OPDB高值；与 Luczaj J A等[30]测试的热液白云石，以及Davies G R等[14]对全球热液鞍形白云石碳氧稳定同位素数据统计结果较为一致，表明它们形成于高温环境，且在成因上联系，成岩流体具有一定的相似性。

Ⅱ型中—粗晶白云石的δ13CPDB值总体在0.87‰～1.68‰之间，平均为1.37‰；δ18OPDB值总体在-12.69‰～-12.14‰之间，平均为-12.37‰。Ⅱ型鞍形白云石的δ13CPDB值总体在0.53‰～1.79‰之间，平均为1.23‰；δ18OPDB值总体在-13.88‰～-10.88‰，平均为-12.59‰。它们具有相似的碳氧稳定同位素值(见图7)，即δ13CPDB低值偏正、δ18OPDB高值偏负；表明它们形成于高温环境，在成因上联系，成岩流体具有一定的相似性，且与Ⅰ型中—粗晶白云石、Ⅰ型鞍形白云石明显区分。

4.6流体包裹体

对研究区中—粗晶白云石进行包裹体均一温度测定，中—粗晶白云石中流体包裹体均一温度分布区间为150.10～211.80 ℃，平均为176.97 ℃，高于塔东地区寒武系在中生代之前埋藏形成的最高地层温度(120 ℃)，说明中—粗晶白云石为高温热液成因。矿物的氧同位素组成也是流体性质和温度的函数[31]，根据中—粗晶白云石的δ18OPDB和包裹体均一温度变化范围对形成它们的流体性质进行恢复[32]，得到成岩流体δ18OSMOW值在2.0‰～10.0‰之间(见图8)。在埋藏或深埋藏环境下，孔隙水δ18OSMOW值逐渐增加，但不超过(3.0±1.0)‰[33]；高温下大部分与岩浆平衡的岩浆热液δ18OSMOW值在6.0‰～8.0‰之间[34]；与花岗岩平衡的岩浆热液δ18OSMOW值在5.5‰～12.0‰之间[34]。因此，根据流体δ18OSMOW值，形成研究区中—粗晶白云石的流体具备岩浆热液的特征，为岩浆热液和地层卤水的混合，与Spencer R J[35]研究的流体氧同位素中δ18O组分偏多的原因和深部来源热液流体混入密切相关的结论一致。

图8　塔东地区寒武系中—粗晶白云石氧同位素(δ18OPDB)组成、流体包裹体均一温度和流体氧同位素关系Fig.8 Cross plot showing the relationship between δ18OPDB values of medium-coarse crystalline dolomite and fluid inclusion homogenization temperature and δ18OSMOW values of dolomitizing fluids respectively in east Tarim basin

5　白云岩成因模式

5.1准同生期高盐度白云化作用

微—细晶白云岩趋于岩石原始结构的保存，微—细晶它形白云石晶体细小，表面脏，自形程度差。地球化学特征表现为：在阴极射线下不发光或发光很暗；有序度低；具有低Mn和高Sr质量分数的特征；δ13CPDB和δ18OPDB值变化范围分别为0.98‰～2.63‰和-8.06‰～-6.09‰；稀土元素方面表现为Ce和Eu异常不显著，与同时期台地相的亮晶砂屑灰岩的稀土元素配分模式十分接近。表明微—细晶它形白云石形成时间早，为近地表氧化环境下准同生期快速结晶的产物，其白云化流体为高盐度浓缩海水(见图9)。

5.2埋藏白云化作用

细—中晶自形白云石晶面平直，晶体形态好，自形程度高。地球化学特征表现为：在阴极射线下呈玫瑰红色光，常具亮玫瑰红色环带；有序度较高；具有高Mn质量分数的特征；δ13CPDB和δ18OPDB平均值分别为1.87‰和-9.21‰；稀土元素方面表现为Ce异常不明显，Eu负异常。表明细—中晶自形白云石为埋深较大、成矿温度较高[36]、还原性较强等埋藏环境下缓慢结晶的产物(见图9)。

5.3热液白云化作用

鞍形白云石主要分布在溶蚀孔洞和裂缝中，晶粒粗大，晶体表面干净，晶面弯曲，呈弯镰刀状，解理发育，正交偏光下呈典型波状消光。地球化学特征表现为2种类型：Ⅰ型鞍形白云石在阴极射线下呈暗玫瑰红色光，有序度高，具有低Mn和Sr质量分数的特征，δ13CPDB和δ18OPDB值变化范围分别为-1.29‰～-0.36‰和-11.71‰～-8.43‰，稀土元素方面表现为Eu正异常；Ⅱ型鞍形白云石在阴极射线下呈亮橘红色光，有序度高，具有极高Mn和低Sr质量分数的特征，δ13CPDB和δ18OPDB值变化范围分别为0.53‰～1.79‰和-10.88‰～-13.88‰，稀土元素方面表现为Eu负异常。表明研究区存在Ⅰ、Ⅱ两期热液活动，Ⅰ期为基性岩浆热液，Ⅱ期为中酸性岩浆热液。在基性火成岩和中酸性火成岩活动时期，与之相关的基性岩浆热液流体和中酸性岩浆热液流体沿下切至基底的断裂系统向上运移，在裂缝和溶蚀孔洞中沉淀，分别形成Ⅰ型鞍形白云石和Ⅱ型鞍形白云石(见图9)。这与研究区基底组成复杂，既有基性麻粒岩、玄武岩基底，又有中酸性花岗岩基底的特征相吻合。

5.4热液重结晶白云化作用

中—粗晶白云石晶粒粗大，晶体之间呈镶嵌状接触，重结晶作用明显。地球化学特征表现为2种类型：Ⅰ型中—粗晶白云石与Ⅰ型鞍形白云石特征相似，在阴极射线下呈暗玫瑰红色光，有序度高，具有低Mn和低Sr质量分数的特征，δ13CPDB和δ18OPDB值变化范围分别为-1.54‰～-0.12‰和-11.59‰～-8.59‰，稀土元素方面表现为Eu正异常；Ⅱ型中—粗晶白云石与Ⅱ型鞍形白云石特征相似，在阴极射线下呈亮橘红色光，有序度高，具有极高Mn和低Sr质量分数的特征，δ13CPDB和δ18OPDB值变化范围分别为0.87‰～1.68‰和-12.69‰～-12.14‰，稀土元素方面表现为Eu负异常。表明Ⅰ、Ⅱ型中—粗晶白云石的形成与Ⅰ、Ⅱ期岩浆热液流体对原来已经存在的晶粒细小白云石的重结晶改造作用有关。早期白云化作用过程能使晶粒细小的白云岩产生均匀分布的晶间空隙，白云岩比灰岩性质更脆，在上覆岩层的压实作用下可以产生较多微裂缝；这些微裂缝能沟通已有孔隙，使沿深大断裂系统向上运移的高温岩浆热液弥散在整个岩层中，在岩层整体的重结晶作用下形成研究区分布较为广泛的中—粗晶白云岩(见图9)。

图9　塔东地区寒武系白云岩成因机制模式Fig.9 The mode of formation mechanism of Cambrian dolomite in east Tarim basin

6　结论

(1)塔东地区寒武系白云岩主要为晶粒结构，按晶粒大小、晶形、晶体表面特征等将白云石分为微—细晶它形白云石、细—中晶自形白云石、中—粗晶白云石和鞍形白云石4种类型。

(2)不同类型白云石地球化学特征差异明显，按微—细晶它形白云石→细—中晶自形白云石→Ⅰ型中—粗晶白云石、Ⅰ型鞍形白云石→Ⅱ型中—粗晶白云石、Ⅱ型鞍形白云石的顺序，阴极发光特征分别为：不发光→发玫瑰红色光→发暗玫瑰红色光→发亮橘红色光；稀土元素特征分别为：Ce和Eu异常均不显著→Ce异常不明显、Eu负异常→Ce异常不明显、Eu正异常→Ce异常不明显、Eu负异常。碳氧稳定同位素方面表现为：δ13CPDB值较为相似，Ⅰ型中—粗晶白云石和鞍形白云石δ13CPDB值为负值，Ⅱ型中—粗晶白云石和鞍形白云石δ13CPDB值为正值；δ18OPDB值差异较大，按微—细晶它形白云石→细—中晶自形白云石→中—粗晶白云石→鞍形白云石的顺序，总体上δ18OPDB值向负方向偏移。

(3)微—细晶它形白云石和细—中晶自形白云石成因机制分别为准同生期高盐度白云化作用和埋藏白云化作用；鞍形白云石成因机制为热液白云化作用，可分为2种类型，Ⅰ型鞍形白云石的形成与Ⅰ期基性岩浆热液相关，Ⅱ型鞍形白云石的形成与Ⅱ期中酸性岩浆热液有关；中—粗晶白云石的成因机制为热液重结晶白云化作用，也可分为2种类型，Ⅰ型中—粗晶白云石的重结晶流体为Ⅰ期基性岩浆热液，Ⅱ型中—粗晶白云石的重结晶流体为Ⅱ期中酸性岩浆热液。

[1]江怀友,宋新民,王元基,等.世界海相碳酸盐岩油气勘探开发现状与展望[J].海洋石油,2008,28(4):6-13.

Jiang Huaiyou, Song Xinmin, Wang Yuanji, et al. Current situation and forecast of the world's carbonate oil and gas exploration and development [J]. Offshore Oil, 2008,28(4):6-13.

[2]白国平.世界碳酸盐岩大油气田分布特征[J].古地理学报,2006,8(2):241-250.

Bai Guoping. Distribution patterns of giant carbonate fields in the world [J]. Journal of Palaeogeography, 2006,8(2):241-250.

[3]范嘉松.世界碳酸盐岩油气田的储层特征及其成藏的主要控制因素[J]. 地学前缘,2005,12(3):23-30.

Fan Jiasong. Characteristics of carbonate reservoirs for oil and gas fields in the world and essential controlling factors for their formation [J]. Earth Science Frontiers, 2005,12(3):23-30.

[4]刘永福,殷军,孙雄伟,等.塔里木盆地东部寒武系沉积特征及优质白云岩储层成因[J].天然气地球科学,2008,19(1):126-132.

Liu Yongfu, Yin Jun, Sun Xiongwei, et al. Cambrian sedimentary characteristics and origin of high-quality Dolomite reservoirs in eastern Tarim basin [J]. Nature Gas Geoscience, 2008,19(1):126-132.

[5]马锋,许怀先,顾家裕,等.塔东寒武系白云岩成因及储集层演化特征[J].石油勘探与开发,2009,36(2):144-155.

Ma Feng, Xu Huaixian, Gu Jiayu,et al. Cambrian dolomite origin and reservoir evolution in east Tarim basin [J]. Petroleum Exploration and Development, 2009,36(2):144-155.

[6]金振奎,杨有星,余宽宏,等.塔里木盆地东部地区寒武系白云岩成因类型[J].古地理学报,2012,14(6):747-756.

Jin Zhenkui, Yang Youxing, Yu Kuanhong, et al. Genetic types of dolostones in the Cambrian, eastern Tarim basin [J]. Journal of Palaeogeography, 2012,14(6):747-756.

[7]金振奎,余宽宏.白云岩储集层埋藏溶蚀作用特征及意义——以塔里木盆地东部下古生界为例[J].石油勘探与开发,2011,38(4):428-434.

Jin Zhenkui, Yu Kuanhong. Characteristics and significance of the burial dissolution of dolomite reservoirs: Taking the Lower Palaeozoic in eastern Tarim basin as an example [J]. Petroleum Exploration and Development, 2011,38(4):428-434.

[8]贾承造.中国塔里木盆地构造特征与油气[M].北京:石油工业出版社,1997:37.

Jia Chengzao. Structure characteristics and oil and gas in Tarim basin of China [M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 1997:37.

[9]温声明,王建忠,王贵重,等.塔里木盆地火成岩发育特征及对油气成藏的影响[J].石油地球物理勘探,2005,40(增刊1):33-39.

Wen Shengming, Wang Jianzhong, Wang Guizhong, et al. Characterstic of igneous and their effects on hydrocarbon accumulation in Tarim basin [J]. Oil Geophysical Prospecting, 2005,40(Supp.1):33-39.

[10]杨鑫,徐旭辉,钱一雄,等.塔里木盆地基底组成的区域差异性探讨[J].大地构造与成矿学,2014,38(3):544-556.

Yang Xin, Xu Xuhui, Qian Yixiong, et al. Discussion on regional differences of basement composition of the Tarim basin, NW China [J].Geotectonica et Metallogenia, 2014,38(3):544-556.

[11]胡九珍,冉启贵,刘树根,等.塔里木盆地东部地区寒武系—奥陶系沉积相分析[J].岩性油气藏,2009,21(2):70-75.

Hu Jiuzhen, Ran Qigui, Liu Shugen, et al. Sedimentary facies analysis of Cambrian-Ordovician in eastern Tarim basin [J].Lithologic Reservoirs, 2009,21(2):70-75.

[12]卢朝进,田海芹,王媛,等.塔东地区寒武纪—早奥陶世古地理格局新认识[J].特种油气藏,2015,22(4):37-41.

Lu Chaojin, Tian Haiqin, Wang Yuan, et al. New understanding of Cambrian-early Ordovician palaeogeographical pattern in the eastern Tarim basin [J]. Special Oil & Gas Reservoirs, 2015,22(4):37-41.

[13]卢华复,王胜利,罗俊成,等.塔里木盆地东部断裂系统及其构造演化[J].石油与天然气地质,2006,27(4):433-441.

Lu Huafu, Wang Shengli, Luo Juncheng, et al. Fault systems and their tectonic evolution in the eastern Tarim basin [J]. Oil and Gas Geology, 2006,27(4):433-441.

[14]Davies Graham R, Smith Langhorne B. Structurally controlled hydrothermal dolomite reservoir facies: An overview [J]. AAPG Bulletin, 2006,90(11):1641-1690.

[15]黄擎宇.塔里木盆地中央隆起区寒武—奥陶系白云石化作用及白云岩储层成因研究[D].成都:成都理工大学,2014.

Huang Qingyu. Dolomitization and origin of the Cambrian-Ordovician dolomite reservoirs in the central uplift,Tarim basin [D]. Chengdu: Chengdu University of Technology, 2014.

[16]Tucker M E, Wright V P. Carbonate sedimentology [M]. Oxford: Wiley-Blackwell, 1990.

[17]Livingstone D A. Chemical composition of rivers and lakes [C]∥Data of Geochemistry. US Geological Surveg Professional Papers 440G, 1963:41-44.

[18]Mason B. Principles of geochemistry [M]. 3rd ed. New York: John Wiley&Sons Inc, 1966:194-199.

[19]张学丰,胡文瑄,张军涛,等.塔里木盆地下奥陶统白云岩化流体来源的地球化学分析[J].地学前缘,2008,15(2):80-89.

Zhang Xuefeng, Hu Wenxuan, Zhang Juntao, et al . Geochemical analyses on dolomitizing fluids of lower Ordovician carbonate reservoir in Tarim basin [J]. Earth Science Frontiers, 2008,15(2):80-89.

[20]Banner J L, Hanson G N, Meyers W J. Rare earth element and Nd isotopic variations in regionally extensive dolomites from the Burlington-Keokuk formation(Mississippian): Implications for REE mobility during carbonate diagenesis [J]. Journal of Sedimentary Research, 1988,58:415-432.

[21]郑剑锋,沈安江,刘永福,等.塔里木盆地寒武—奥陶系白云岩成因及分布规律[J].新疆石油地质,2011,32(6):600-604.

Zheng Jianfeng, Shen Anjiang, Liu Yongfu, et al. Genesis and distribution of the Cambro-Ordovician dolomite in Tarim basin [J]. Xingjiang Petroleum Geology, 2011,32(6):600-604.

[22]蒋少涌,杨涛,李亮,等.大西洋洋中脊TAG热液区硫化物铅和硫同位素研究[J].岩石学报,2006,22(10):2597-2602.

Jiang Shaoyong, Yang Tao, Li Liang, et al. Lead and sulfur isotopic compositions of sulfides form the TAG hydrothermal field, Mid-Atlantic Ridge [J]. Acta Petrologica Sinica, 2006,22(10):2597-2602.

[23]曹振华,胡超涌.热液硫酸盐矿物中稀土元素地球化学特征[J].非金属矿,2008,31(4):18-20.

Cao Zhenhua, Hu Chaoyong. Geochemistry characteristics of rare earth elements in hydrothermal sulfate minerals [J]. Non-Metallic Mines, 2008,31(4):18-20.

[24]李辉,李国蓉,罗韵,等.塔河地区奥陶系碳酸盐岩储层中深部热液特征分析[J].东北石油大学学报,2014,38(6):12-21.

Li Hui, Li Guorong, Luo Yun, et al. Analysis of characteristics of deep hydrothermal fluids in Ordovician carbonate reservoir in Tahe area [J]. Journey of Northeast Petroleum University, 2014,38(6):12-21.

[25]朱东亚,金之钧,胡文瑄.塔北地区下奥陶统白云岩热液重结晶作用及其油气储集意义[J].中国科学:地球科学,2010,40(2):156-170.

Zhu Dongya, Jin Zhijun, Hu Wenxuan. Hydrothermal recrystallization of the Lower Ordovician dolomite and its significance to reservoir in northern Tarim basin [J]. Science China: Earth Sciences, 2010,40(2):156-170.

[26]Veizer J, Ala D, Azmy K. et al.87Sr/86Sr,δ13C andδ18O evolution of Phanerozoic seawater [J]. Chemical Geology, 1999(161):59-88.

[27]Kihth M L, Webeb J N. Carbon and oxygen isotopic composition of selected limestones and fossils [J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1964(26):1787-1861.

[28]周吉羚,李国蓉,高鱼伟,等.川南地区震旦系灯影组白云岩地球化学特征及形成机制[J].东北石油大学学报,2015,39(3):67-75.

Zhou Jiling, Li Guorong, Gao Yuwei, et al. Geochemistry and origin of dolomites of the Sinian Dengying formation in south Sichuan area [J]. Journey of Northeast Petroleum University, 2015,39(3):67-75.

[29]雷和金,李国蓉,周吉羚,等.四川盆地南部寒武系碳酸盐岩成岩作用特征及对储层的影响[J].东北石油大学学报,2015,39(2):59-68.

Lei Hejin, Li Guorong, Zhou Jiling, et al. Carbonate diagenesis feature and controlling over reservoirs of Cambrian in south area of Sichuan basin [J]. Journal of Northeast Petroleum University, 2015,39(2):59-68.

[30]Luczaj J A, Harrison Ⅲ W B, Williams N S. Fractured hydrothermal dolomite reservoirs in the Devonian Dundee formation of the central Michigan basin [J]. Am Assoc Petrol Geol Bull, 2006,90:1787-1801.

[31]黄思静.碳酸盐岩的成岩作用[M].北京:地质出版社,2010.

Huang Sijing. Carbonate diagenesis [M]. Beijing: Geology Press, 2010.

[32]Land L S. The application of stable isotopes to studies of the origin of dolomite and to problems of diagenesis of clastic sediments [C]//Arthur M A, Anderson T F, Kaplan I R, et al. Stable Isotopes in Sedimentary Geology, SEPM Short Course 10. Tulsa: Society for Sedimentary Geology, 1983:1-22.

[33]Longstaffe F J. Stable isotope studies of digenetic processes [C]//Kyser T K. Stable Isotope Geochemistry at Low Temperature Fluids, MAC Short Course Series 13. Québec: Mineralogical Association of Canada, 1987:187-257.

[34]郑永飞,陈江峰.稳定同位素地球化学[M].北京:科学出版社,2000:175-176.

Zheng Yongfei, Chen Jiangfeng. Stable isotope geochemistry [M]. Beijing: Science Press, 2000:175-176.

[35]Spencer R J. Origin of Ca-Cl brines in Devonian formations, western Canada sedimentary basin [J]. Appl Geochem, 1987,2:373-384.

[36]黄擎宇,刘迪,叶宁,等.塔里木盆地寒武系白云岩储层特征及成岩作用[J].东北石油大学学报,2013,37(6):63-74.

Huang Qingyu, Liu Di, Ye Ning, et al. Reservoir characteristics and diagenesis of the Cambrian dolomite in Tarim basin [J]. Journal of Northeast Petroleum University, 2013,37(6):63-74.

2015-09-11；编辑：朱秀杰

国家自然科学基金项目(41272150)

符浩(1991-)，男，硕士研究生，主要从事储层地质学与储层地球化学方面的研究。

李国蓉，E-mail: liguorong@cdut.cn

10.3969/j.issn.2095-4107.2016.02.006

P588.3；TE122.2

A

2095-4107(2016)02-0047-11