四川盆地中二叠统栖霞组白云石化海相流体的地球化学依据

2016-12-08 12:51李小宁黄思静黄可可钟怡江
天然气工业 2016年10期
关键词:白云石栖霞方解石

李小宁 黄思静 黄可可 袁 桃 钟怡江

“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·成都理工大学

四川盆地中二叠统栖霞组白云石化海相流体的地球化学依据

李小宁 黄思静 黄可可 袁 桃 钟怡江

“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室·成都理工大学

李小宁等.四川盆地中二叠统栖霞组白云石化海相流体的地球化学依据. 天然气工业,2016, 36(10): 35-45.

四川盆地中二叠统栖霞组是油气勘探的重点层位,为探究其白云石化流体的性质和来源,基于岩石学研究成果,对该区栖霞组的宿主方解石和不同类型的白云石进行了稀土元素地球化学特征分析。结果表明:①宿主方解石、他形白云石和鞍形白云石具有低的稀土元素含量,且Sc、Ti、Zr、Hf等元素的含量显著低于陆源碎屑沉积物中这些元素的含量,表明栖霞组碳酸盐岩未受陆源碎屑物质影响;②他形白云石和鞍形白云石具有轻稀土亏损、重稀土富集、La正异常、Ce亏损、Gd富集、显著的Y异常、Eu弱亏损和相似的REE+Y配分曲线,类似于宿主方解石的稀土元素地球化学特征,这些特征表明他形白云石和鞍形白云石的白云石化流体主要来源于地层中的海水或海源流体;③个别鞍形白云石样品微弱的Eu正异常及较高的包裹体均一化温度表明,栖霞组受到与峨眉山大火成岩省有关的热事件影响,但热液流体对白云石形成的影响程度相对有限,可能更多的是热事件的温度传导效应使得栖霞组的宿主方解石克服了白云石形成的动力学屏障。结论认为:高温仅是栖霞组宿主方解石白云石化的诱导因素,而白云石化流体仍然主要来源于地层中的海水或者海源流体。

四川盆地 他形白云石 鞍形白云石 稀土元素 白云石化流体 峨眉山大火成岩省 海水 海源流体

四川盆地中二叠统栖霞组白云岩成因研究有近30年历史,取得了很多有价值的研究成果。目前更多的学者倾向于将普遍发育的斑块状云岩或砂糖状白云岩和孔洞缝中充填的鞍形白云石笼统解释为与峨眉山大火成岩省活动有关的热液成因[1-3],而这2种岩石类型具有明显不同的特征,例如斑块状云岩或砂糖状白云岩是交代成因的,而鞍形白云石充填物多为流体直接沉淀的产物,两者的白云化模式是否具有相同的水文驱动机制和流体性质有待于明确。同时,与峨眉山大火成岩省喷发有关的热事件仅仅是栖霞组白云石形成的诱导条件,还是直接提供了白云石形成的母液?这些问题值得进一步深入探讨。鉴于目前运用稀土元素方法来详细研究四川盆地中二叠统栖霞组白云石化流体性质的成果较少[1,3],笔者在详细划分岩石类型的基础上,结合不同类型样品的稀土元素地球化学特征,探讨了该盆地栖霞组的白云石化流体来源,以期为油气勘探提供基础资料和理论依据。

1 区域地质背景

四川盆地是一个多旋回海陆相叠合盆地,其中二叠系因峨眉山玄武岩喷发、显生宙以来最大规模生物灭绝事件和碳埋藏量最高阶段而受到了广泛关注。中二叠统栖霞组是全球石炭纪—二叠纪冰期极地冰盖逐渐消融、全球大规模海侵背景下形成的一套特殊的碳酸盐岩地层[4-5]。栖霞组底部是一套深灰—灰黑色的含生屑泥微晶灰岩,上部主要为浅灰—灰白色亮晶生屑灰岩,含生屑细粉晶灰岩[6],石灰岩局部白云岩化,与下伏下二叠统梁山组的含煤系碎屑岩和上覆中二叠统茅口组的碳酸盐岩均为整合接触,整体上为缓坡—台地相[7]。晚二叠世峨眉山玄武岩大规模覆盖于茅口组之上,当时栖霞组处于浅埋藏阶段,峨眉山玄武岩喷发有关热事件可能对栖霞组的成岩演化和水/岩相互作用产生重要影响。

2 样品采集和实验方法

研究区位于四川盆地北部,样品采集于四川省广元市旺苍县双汇镇斑竹林剖面和巴中市南江县桥亭剖面(图1)。斑竹林剖面实测厚度为114.5 m,桥亭剖面实测厚度为87 m,2个剖面的白云岩样品均分布在栖霞组二段,同时该段常常发育孔洞缝。研究区栖霞组地层出露完整,是研究中二叠统栖霞组碳酸盐岩的理想地区。

图1 四川盆地栖霞组沉积相[8]及研究区位置简图

薄片分析和阴极发光分析在成都理工大学“油

气藏地质及开发工程”国家重点实验室完成,薄片观察前先用茜素红染色剂进行染色,确认显微镜下的方解石和白云石,观察岩石组构。阴极发光分析采用CL8200MK5阴极发光仪和Leica偏光显微镜,测试条件为电压12 kV,束电流300 μA,曝光时间为8 s。在薄片观察的基础上,进一步选择样品进行稀土元素分析。粉末样品对应普通薄片特定区域进行微钻取样,以确保样品的纯度,然后在玛瑙研钵中磨制到200目,稀土元素测试在中国科学院海洋研究所分析与检测中心完成。

3 分析结果

3.1 岩石学特征

研究区栖霞组以海相石灰岩沉积为主,中上部局部白云石化,发育晶洞和构造裂缝(图2)。白云石化是该区栖霞组海相石灰岩成岩演化中最重要的成岩作用之一,也是该层位成为有利储层的关键因素。根据样品的镜下显微特征,笔者按照矿物和赋存方式将样品分为以下3种类型:宿主方解石、他形白云石和鞍形白云石。

3.1.1 宿主方解石

宿主方解石是构成宿主灰岩的主要矿物成分。富含宿主方解石的宿主灰岩在野外露头上呈深灰色—黑灰色,岩性主要为含生屑似球粒微晶灰岩和生屑微晶灰岩(图3-a),似球粒是生屑泥晶化作用形成的,是海水潜流环境中泥质由外向内不断向生屑颗粒内部侵蚀的结果[9]。似球粒主要分布在栖霞组二段上部,与广元上寺剖面栖霞组发育的似球粒灰岩段类似[10],生屑主要有有孔虫、介形虫、棘皮、海胆、

腕足、双壳等生物,颗粒之间填隙物多以泥微晶为主,也见亮晶方解石胶结。在阴极发光下,宿主方解石呈昏暗的褐红色发光(图3-b),说明宿主方解石较好地保存了海水的低铁、锰特征。

图2 地层综合柱状图

图3 斑竹林剖面和桥亭剖面不同岩石类型的显微特征图

3.1.2 他形白云石

他形白云石是栖霞组最主要的白云石类型,富含他形白云石的样品在手标本上肉眼观察形似砂糖也被称为砂糖状白云岩。他形白云石呈非平直晶面他形晶,晶体紧密镶嵌堆积,粒径主要分布在0.15~0.50 mm,交代宿主方解石形成,交代作用彻底,宿主方解石的原始结构几乎不保存(图3-c、3-d),生物的壳体往往没有白云石化,显示组构选择性白云石化的特征,他形白云石具有微弱的溶解特征,溶解形成的孔隙呈不规则形状,一些孔隙中仍然保存着白云石的溶解残晶,部分孔洞和裂缝被后期的鞍形白云石和方解石充填。他形白云石具有中等的暗红色发光(图3-e),类似于宿主方解石的阴极发光特征,表明他形白云石的白云石化流体是以海水为主。

3.1.3 鞍形白云石

鞍形白云石常常作为胶结物充填在晶洞或者裂缝中,晶体呈非平直晶面鞍形晶(图3-d、3-f、3-h),表面粗糙,因弧形晶面和晶格缺陷而波状消光(图3f、3-h),晶体粒径一般都大于500 μm,个别晶体可以达到数毫米,去白云石化往往沿着晶体的解理或者边界。阴极发光下绝大部分鞍形白云石和他形白云石具有类似的发光(图3-e),个别鞍形白云石的边缘具有明亮的橘红色发光,呈明暗相间的环带状结构,勾勒出鞍形白云石的弧形晶面(图3-g、3-i)。

环带状结构可能是由于鞍形白云石沉淀时具有较高且变化的锰、铁含量导致的。

3.2 REE地球化学特征

稀土元素独特的地球化学特性使其记载了成岩流体以及成岩环境的信息。因而分析白云石的REE特征是了解白云石的成岩流体及成因的重要窗口。由于Y的离子半径与重稀土元素的离子半径相似,化学行为相近,且在自然界中往往紧密共生。因此将Y元素作为重稀土元素放在Dy和Ho之间进行讨论。自然界的大多数白云石是交代方解石形成的,笔者在研究白云石的同时也分析了一部分宿主方解石的REE特征,用来对比白云石和宿主方解石的成岩流体之间的关系。文中利用Mclennan发表的后太古代澳大利亚页岩(PAAS)的稀土元素含量对31组REE数据进行了标准化处理[11]。测试结果列于表1和表2中,各类样品具有如下的特征:

表1 桥亭剖面栖霞组碳酸盐岩微量元素及REE分析结果表

表2 斑竹林剖面栖霞组碳酸盐岩微量元素及REE分析结果表

3.2.2 NdSN/YbSN

NdSN/YbSN是反映轻重稀土元素富集程度的参数之一。各类样品都显示出轻稀土相对亏损,重稀土相对富集的特征。宿主方解石的NdSN/YbSN平均比值为0.618,他形白云石的NdSN/YbSN平均比值为0.648,鞍形白云石充填物的NdSN/YbSN平均比值为0.864。从上述数值变化可以看出,栖霞组宿主方解石的白云石化是一个轻稀土逐渐趋向于富集,重稀土逐渐趋向于亏损,轻稀土元素迁入,重稀土元素带出的过程。

3.2.3 Ce异常

Ce在水溶液和沉淀过程中由于对环境的氧化还原性敏感,常常与其他三价稀土元素发生分馏作用[13]。Ce3+在氧化条件下被氧化成Ce4+,Ce4+相对其他三价稀土元素来说是难溶的、在热力学上更稳定[14]。Ce4+

的难溶性和优先吸附在颗粒表面从而造成与其他稀土元素相分离[15],这一过程导致了Ce的负异常。因此Ce异常与氧化还原环境有着很好的对应关系[16-17]。宿主方解石δCe介于0.789~0.994,平均值为0.885,他形白云石δCe介于0.753~0.971,平均值为0.884。鞍形白云石充填物δCe介于0.840~0.967,平均值为0.892。所有样品的δCe都小于并接近于1,表现出不同程度的Ce负异常。以往传统的δCe计算方法多是使用δCe=CeSN/(0.5LaSN+0.5PrSN)来衡定的,然而海水和海相沉积物中大量的La异常会影响Ce异常的计算结果。在这里笔者借鉴Bau和Dulski的方法判断是否存在真正的Ce异常[15](图4)。海相沉积物中La正异常的敏感性可以帮助我们更进一步判断样品是否受到污染。研究区所有样品都表现为La的正异常,进一步排除了陆源碎屑对样品的污染。从图4中可以看出,宿主方解石的绝大部分样品具有Ce的微弱负异常,2个样品具有Ce的微弱正异常,可能与这2个样品具有较高的泥质含量有关。他形白云石的全部样品具有Ce的微弱负异常,鞍形白云石充填物中有2个样品具有微弱的Ce正异常,其余样品具有微弱的Ce负异常。

图4 Ce/Ce*和Pr/Pr*投点图

3.2.4 Eu异常

研究区各类岩石样品Eu呈现不同程度的异常。宿主方解石的δEu介于0.756~1.406,平均值为0.937,其中3个样品因泥质含量较高而呈现Eu正异常,使得宿主方解石的δEu平均值接近于1,但总体上Eu弱亏损。他形白云石的δEu介于0.682~0.972,平均值为0.863,Eu总体上呈弱亏损,类似于宿主方解石的Eu异常。鞍形白云石的δEu介于0.718~1.076,平均值为0.951,其中有1个样品的δEu大于1,整体上来讲鞍形白云石的Eu呈弱亏损。

4 分析与讨论

4.1 样品代表性评估

碳酸盐岩中的非碳酸盐岩成分会影响REE含量和配分模式,即使是少量黏土都可能改变碳酸盐岩本身的稀土元素特征,当非碳酸盐岩成分大于5%时,认为是受到了陆源碎屑的污染。所有样品的普通薄片在偏光显微镜下进行鉴定,均未发现有超过5%的非碳酸盐岩成分。选择粉末样品时尽量选择岩性均一的样品,但是否能够真正排除这些干扰因素还不能完全肉眼确定。在这里借助一些特殊微量元素来监测陆源碎屑的输入,如Sc、Ti、Zr、Hf这4种微量元素以及Y/Ho比值。斑竹林和桥亭剖面的所有栖霞组碳酸盐岩样品的Sc(<1.1 μg/g),Zr(<5.4 μg/ g),Hf(<0.18 μg/g),Th(<0.69 μg/g),远远低于上地壳这4种微量元素的平均含量(Sc=14.90 μg/ g,Zr=240 μg/g,Hf=5.8 μg/g,Th=2.3 μg/g)[18]。Th含量在碳酸盐岩成岩蚀变过程中具有不变的特征[19],研究区所有样品的Th平均含量为0.131 μg/g。同时Th、Zr元素与Y/Ho比值之间也没有有意义的相关性,这些特征可以排除样品受到了污染。所有样品的Y/ Ho比值介于33.387~66.854,平均值为47.787,接近于现代海水Y/Ho比值范围(44~74[15]),平均上部地壳的Y/Ho比值为27.5[18],研究区样品的Y/Ho比值远远高于上地壳的Y/Ho比值。绝大多数样品的REE+Y含量都低于5 μg/g,与海相碳酸盐岩低稀土含量特征相符。所有上述特征均表明这些样品没有受到有意义的陆源碎屑输入影响。

4.2 稀土元素对白云岩化流体的指示

他形白云石晶间界线不规则,交代作用彻底,宿主方解石的原始结构不保存,根据Gregg等[20]和Silbey等[21]晶体结构和形成温度的关系,表明他形白云石形成时的温度应大于50~60 ℃。他形白云石以LREE亏损、La正异常、Ce亏损、轻微富集Gd、显著的Y异常、Eu弱亏损为特征。Gd异常根据Webb和Kamber的δGd=Gd/Gd*=GdSN/ (0.33*SmSN+0.67*TbSN)计算[22],他形白云石的δGd变化在0.943~3.777,平均值为1.316,总体表现为Gd的略微富集。样品的Y异常值计算方法Y/Y*=YSN/(0.5*Dy+0.5*Ho)SN,比值变化在

1.430~2.484,平均值变化在1.841,总体上表现为显著的Y异常。研究表明,PAAS标准化的海水稀土元素以LREE亏损、富集La、亏损Ce、轻微富集Gd、显著的正Y异常为主要特征[23]。从上述研究可以看出,他形白云石的稀土元素特征类似于海水的稀土元素特征。为了便于对比,笔者也分析了栖霞组宿主方解石的稀土元素特征。宿主方解石的稀土元素特征表现为:LREE亏损、La正异常、Ce亏损、富集Gd、显著的Y异常、Eu弱亏损为特征。与宿主方解石的对比表明,他形白云石的LREE亏损有所减弱,略微偏高的La正异常,相似的Ce亏损、Gd和La的富集均有所减弱。他形白云石具有La的正异常的同时也具有Ce的负异常、Y的显著正异常。这是现代海水稀土元素的一个重要特征,反映了白云石化流体是地层中的海水或者海源流体。

他形白云石和宿主方解石具有相似的REE+Y配分曲线(图5-a、5-b),也表明他形白云石的白云石化流体是地层中的海水或者海源流体。研究表明碳酸盐岩矿物稀土元素组成特征主要受矿物沉淀时流体中稀土元素组成和流体物理化学条件的控制[24]。他形白云石形成后在漫长的地质历史时期必然会受到后期成岩作用的改造,比如他形白云石因遭受地表大气水的淋滤作用而引起氧同位素显著变负的特点。然而Banner的定量模拟实验表明只有成岩流体与岩石的体积比大于104才可能彻底改变原始碳酸盐岩的稀土元素特征[25],自然界中的其他流体(包括海水、大气水、地下水等)的稀土元素含量均非常低。因此他形白云石在后期的成岩演化作用下依旧能够保持形成时的稀土元素特征[25]。在宿主方解石的REE配分曲线中,sb03和sb30的配分曲线与其他宿主方解石的配分曲线相比较,位置要略微偏正,但整体配分曲线的特征还是与其他宿主方解石相似,虽然这两个样品的薄片鉴定表明它们具有较高的黏土含量。

鞍形白云石充填物的δGd变化在0.898~4.66,平均值为1.623,总体表现为Gd的略微富集。Y/ Y*变化在1.597~2.241,平均值为1.866,总体上表现为显著的Y异常。鞍形白云石的δCe介于微弱的负异常和正异常之间,以负异常为主。δEu介于0.718~1.076,平均值为0.951,其中有1个样品的δEu大于1,整体上来讲鞍形白云石的Eu呈弱亏损。鞍形白云石充填物的稀土元素总体特征是:LREE亏损、La正异常、Ce亏损、富集Gd、显著的Y异常、Eu弱亏损为特征,总体上类似于他形白云石和宿主方解石的稀土元素特征。不同的是鞍形白云石的轻稀土富集程度有所加强,重稀土的亏损程度逐渐减弱。鞍形白云石1个样品的δEu大于1,可能是鞍形白云石的形成过程中受到了深部热流体的影响。鞍形白云石的稀土元素特征表明鞍形白云石的白云石化流体主要是来自于地层中的海水或者海源流体。

研究表明白云岩化过程中所需要的镁主要有以下几种来源:①海水中的镁[26];②来自深部富镁的热液流体[27];③黏土矿物转变过程中释放的镁[28];④膏岩的溶解(如光卤石)[29]。栖霞组的下伏地层梁山组为含煤碎屑岩系,但白云岩化主要集中在栖二段,栖一段并未发生白云岩化,显然栖霞组白云岩化所需的镁不是来源于黏土矿物的转变;研究区中上二叠统并未见和膏岩有关的报道,栖霞组、茅

口组、吴家坪组、大隆组和长兴组都以海相碳酸盐岩沉积为主。因此膏岩溶解释放的镁也并非是栖霞组白云岩化所需的镁。假设栖霞组白云岩化所需的镁主要是来源于深部富镁的热液流体,那么白云岩稀土元素中的δEu应该是显著正异常,而分析测试表明栖霞组他形白云石和鞍形白云石充填物的δEu呈弱亏损,只有1个样品具有δEu的正异常,显然我们的假设是不正确的,栖霞组白云岩可能受到了深部富镁热液流体的影响,但不是主要的镁来源,其最有可能的来源是海水中的镁。海水是自然界最大的镁库,海水中强烈富集Mg2+,提供了白云岩化过程中所需要的镁。

鞍形白云石的REE+Y配分曲线类似于他形白云石和宿主方解石的REE+Y配分曲线(图5-c),也表明鞍形白云石的白云石化流体主要是来自于地层中的海水或者海源流体。但是个别鞍形白云石的REE+Y配分曲线与他形白云石的配分曲线有所差异,稀土元素之间的起伏程度变化大,如样品sb23-1,可能鞍形白云石的沉淀流体除了海源流体外,还受到其他流体的影响。已有的研究表明,四川盆地中二叠统栖霞组碳酸盐岩的成岩演化与峨眉山大火成岩省活动密切相关。峨眉山大火成岩省喷发时,栖霞组处于浅埋藏阶段,地层中的孔隙水主要是囚禁于地层中的海水或者海源流体,水/岩比较高。从稀土元素的特征和配分曲线来看,深部热液流体对白云石化流体的影响有限,稀土元素特征值的变化(例如Eu)并没有明显显示出来而改变REE+Y的配分曲线。南江桥亭剖面非平直晶面他形白云石的包裹体均一化温度主要集中在100.0~110.0 ℃,平均温度为108.1℃。鞍形白云石的均一化温度分布在96.0~252.2 ℃,超过70%的包裹体均一化温度分布在130.0~230.0℃,平均温度为170.6 ℃[30](图6)。栖霞组正常的地热增温达不到白云石包裹体均一化测试温度或者达到最大埋藏温度时已经不具备白云石化的条件[31],可见峨眉山大火成岩省的岩浆活动对栖霞组成岩演化影响最大的可能是温度的影响。浅埋藏阶段地层中的海水或者海源流体富含镁离子,而此时温度是白云石形成的主要动力学屏障。峨眉山大火成岩省的喷发对栖霞组的热炙烤传导效应使栖霞组的温度升高克服了白云石形成的动力学屏障,形成了交代宿主方解石的他形白云石和孔洞缝中充填的鞍形白云石,高温仅是栖霞组宿主方解石白云石化的诱导因素,而白云石化流体仍然是地层中的海水或者海源流体。

图6 四川盆地南江桥亭剖面栖霞组他形白云石和鞍形白云石的包裹体均一化温度图[30]

5 结论

1)四川盆地中二叠统栖霞组二段宿主方解石局部白云石化,发育交代成因的他形白云石和孔洞缝中充填的鞍形白云石。宿主方解石、他形白云石和鞍形白云石具有低的稀土元素含量,且Sc、Ti、Zr、Hf等元素的含量显著低于陆源碎屑沉积物这些元素的含量,表明栖霞组碳酸盐岩未受到陆源碎屑物质影响。

2)他形白云石和鞍形白云石充填物具有轻稀土亏损、重稀土富集、La正异常、Ce亏损、Gd富集、显著的Y异常、Eu弱亏损和相似的REE+Y配分曲线,类似于宿主方解石的稀土元素特征,这些特征表明他形白云石和鞍形白云石充填物的白云石化流体主要来源于地层中的海水或海源流体。

3)个别鞍形白云石样品微弱的Eu正异常及较高的包裹体均一化温度表明中二叠统栖霞组受到与峨眉山大火成岩省有关的热事件影响,但热液流体对白云石形成的影响程度相对有限,可能更多的是热事件的温度传导效应使得栖霞组的宿主方解石克服了白云石形成的动力学屏障。高温仅是栖霞组宿主方解石白云石化的诱导因素,而白云石化流体仍然是地层中的海水或者海源流体。

[1] 陈轩, 赵文智, 刘银河, 周慧, 江青春. 川西南地区中二叠统热液白云岩特征及勘探思路[J]. 石油学报, 2013, 34(3): 460-466.

Chen Xuan, Zhao Wenzhi, Liu Yinhe, Zhou Hui, Jiang Qingchun. Characteristics and exploration strategy of the Middle Permian hydrothermal dolomite in southwestern Sichuan Basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2013, 34(3): 460-466.

[2] 郝毅, 林良彪, 周进高, 倪超, 张建勇, 陈薇. 川西北中二叠统栖霞组豹斑灰岩特征与成因[J]. 成都理工大学学报: 自然科学版, 2012, 39(6): 651-656.

Hao Yi, Lin Liangbiao, Zhou Jingao, Ni Chao, Zhang Jianyong, Chen Wei. Characteristics and genesis of leopard limestone in Middle Permian Qixia Formation, Northwest Sichuan, China[J]. Journal of Chengdu University of technology: Science & Technology Edition, 2012, 39(6): 651-656.

[3] 汪华, 沈浩, 黄东, 石学文, 李毅, 袁小玲, 等. 四川盆地中二叠统热水白云岩成因及其分布[J]. 天然气工业, 2014, 34(9): 25-32.

Wang Hua, Shen Hao, Huang Dong, Shi Xuewen, Li Yi, Yuan Xiaoling, et al. Origin and distribution of hydrothermal dolomites of the Middle Permian in the Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 2014, 34(9): 25-32.

[4] 李朋威, 吴夏, 白晓, 颜佳新, 王欢, 黄俊华. 四川广元上寺剖面二叠系栖霞组沉积碳库与有机碳埋藏[J]. 古地理学报, 2010, 12(3): 301-306.

Li Pengwei, Wu Xia, Bai Xiao, Yan Jiaxin, Wang Hua, Huang Junhua. Sediment carbon pool and organic burial in the Permian Qixia Formation at Shangsi section in Guangyuan, Sichuan Province[J]. Journal of Palaeogeography, 2010, 12(3): 301-306.

[5] 侯宇, 雷开强, 陈燕辉. 川西南大兴场地区栖霞组储层发育有利区预测[J]. 天然气勘探与开发, 2015, 38(1): 30-32.

Hou Yu, Lei Kaiqiang, Chen Yanhui. Predict favorable development belts of Qixia Formation, Daxingchang area, southwest Sichuan Basin[J]. Natural Gas Exploration & Development, 2015, 38(1): 30-32.

[6] 刘雁婷, 张文军, 熊治富, 赵永庆, 季春辉. 四川盆地东北部中二叠统层序地层特征[J]. 沉积与特提斯地质, 2014, 34(2): 47-53.

Liu Yanting, Zhang Wenjun, Xiong Zhifu, Zhao Yongqing, Ji Chunhui. Sequence stratigraphy of the Middle Permian strata in northeastern Sichuan Basin[J]. Sedimentary Geology and Tethyan Geology, 2014, 34(2): 47-53.

[7] 宋章强, 王兴志, 曾德铭. 川西北二叠纪栖霞期沉积相及其与油气的关系[J]. 西南石油学院学报, 2005, 27(6): 20-23.

Song Zhangqiang, Wang Xingzhi, Zeng Deming. Sedimentary facies and its relativity with petroleum gas at Chihsia Age of Permian in the Northwest of Sichuan[J]. Journal of Southwest Petroleum Institute, 2005, 27(6): 20-23.

[8] 许国明, 谢刚平, 隆轲, 宋晓波. 四川盆地西南部中二叠统沉积特征与勘探目标[J]. 天然气工业, 2015, 35(7): 27-33.

Xu Guoming, Xie Gangping, Long Ke, Song Xiaobo. Sedimentary features and exploration targets of Middle Permian reservoirs in the southwestern Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 2015, 35(7): 27-33.

[9] 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: Geological Publishing House, 2010.

[10] 李波, 颜佳新, 薛武强, 马志鑫, 李傲竹. 四川广元地区中二叠世斑状白云岩成因及地质意义[J]. 地球科学——中国地质大学学报, 2012, 37(增刊2): 136-146

Li Bo, Yan Jiaxin, Xue Wuqiang, Ma Zhixin, Li Aozhu. Origin of patchy dolomite and its geochemical signification from Middle Permian, Guangyuan, Sichuan Province[J]. Earth Science—Journal of China University of Geoscience, 2012, 37(S2): 136-146.

[11] Mclennan SM. Rare earth elements in sedimentary rocks: Influence of provenance and sedimentary processes[J]. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 1989, 21(1): 169-200.

[12] 胡文瑄, 陈琪, 王小林, 曹剑. 白云岩储层形成演化过程中不同流体作用的稀土元素判别模式[J]. 石油与天然气地质, 2010, 31(6): 810-818.

Hu Wenxuan, Chen Qi, Wang Xiaolin, Cao Jian. REE models for the discrimination of fluids in the formation and evolution of dolomite reservoirs[J]. Oil & Gas Geology, 2010, 31(6): 810-818.

[13] Mazumdar C, Alleno E, Sologub O, Salamakha P, Noel H, Potel M, et al. Investigations of the structural, magnetic and Ce-valence properties of quaternary CeM2B2C compounds (M: Co, Ni, Rh, Pd, Ir and Pt)[J]. ChemInform, 2003, 34(11): 18-25.

[14] Crozaz G, Floss C, Wadhwa M. Chemical alteration and REE mobilization in meteorites from hot and cold deserts[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2003, 67(24): 4747-4741.

[15] Bau M, Dulski P. Distribution of yttrium and rare-earth elements in the Penge and Kuruman iron-formations, Transvaal Supergroup, South Africa[J]. Precambrian Research, 1996, 79(1/2), 37-55.

[16] German CR, Elderfield H. Application of the Ce anomaly as a paleoredox indicator: The ground rules[J]. Paleoceanography, 1990, 5(5): 823-833.

[17] 单俊峰, 黄双泉, 李理. 辽河坳陷西部凹陷雷家湖相碳酸盐岩沉积环境[J]. 特种油气藏, 2014, 21(5): 7-11.

Shan Junfeng, Huang Shuangquan, Li Li. Sedimentary environment of lacustrine carbonate rocks in Leijia Area in west sag of Liaohe Depression [J]. Special Oil & Gas Reservoirs, 2014, 21(5): 7-11.

[18] Taylor SR, Mclennan SM. The composition and evolution of the continental crust: Rare earth element evidence from sedimentary rocks[J]. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 1981, A301(1461): 381-399.

[19] Veizer J. Trace elements and isotopes in sedimentary carbonates[J]. Reviews in Mineralogy and Geochemistry, 1983, 11(1): 265-299.

[20] Gregg JM, Silbey DF. Epigenetic dolomitization and the origin of xenotopic dolomite texture[J]. Journal of Sedimentary Petrology, 1984, 54(3): 908-931.

[21] Silbey DF, Gregg JM. Classification of dolomite rock texture[J]. Journal of Sedimentary Petrology, 1987, 57(6): 967-975.

[22] Webb GE, Kamber BS. Rare earth elements in Holocene reefal microbialites: A new shallow seawater proxy[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2000, 64(9): 1557-1565.

[23] Zhang J, Nozaki Y. Rare earth elements and yttrium in seawater: ICP-MS determinations in the East Caroline, Coral Sea, and South Fiji basins of the western South Pacific Ocean[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1996, 60(23): 4631-4644.

[24] Bau M, Möller P. Rare earth element fractionation in metamorphogenic hydrothermal calcite, magnesite and siderite[J]. Mineralogy and Petrology, 1992, 45(3/4): 231-246.

[25] Banner JL, Hanson GN, Meyers WJ. Rare earth element and Nd isotopic variations in regionally extensive dolomites from the Burlingtong-Keokuk Formation (Mississippian): Implication for REE mobility during carbonate diagenesis[J]. Journal of Sedimentary Research, 1988, 58: 415-432.

[26] 张杰, Jones B, 张建勇. 不同埋藏深度交代白云石晶体结构及其对白云岩储层研究的意义[J]. 中国石油勘探, 2014, 19(3): 21-28.

Zhang Jie, Jones B, Zhang Jianyong. Crystal structure of replacement dolomite with different buried depths and its significance to study of dolomite reservoir[J]. China Petroleum Exploration, 2014, 19(3): 21-28.

[27] 冯增昭, 鲍志东, 吴茂炳, 金振奎, 时晓章. 塔里木地区寒武纪和奥陶纪岩相古地理[M]. 北京: 地质出版社, 2005.

Feng Zengzhao, Bao Zhidong, Wu Maobing, Jin Zhenkun, Shi Xiaozhang. Lithofacies paleogeography of Cambrian and Ordovician in Tarim area[M]. Beijing: Geological Publishing House, 2005.

[28] Kahle CF. Possible roles of clay minerals in the formation of dolomite[J]. Journal of Sedimentary Petrology, 1965, 35(2): 448-453.

[29] Warren J. Dolomite: Occurrence, evolution and economically important associations[J]. Earth-Science Reviews, 2000, 52(1/3): 1-81.

[30] 李小宁, 黄思静, 黄树光, 黄可可, 袁桃, 罗文. 四川盆地南江栖霞组白云岩岩石学、地球化学特征及成因[J]. 石油实验地质, 2016, 38(2): 251-258.

Li Xiaoning, Huang Sijing, Huang Shuguang, Huang Keke, Yuan Tao, Luo Wen. Petrologic and geochemical characteristics and the origin of dolomites in the Qixia Formation in Nanjiang county of the Sichuan Basin[J]. Petroleum Geology & Experiment, 2016, 38(2): 251-258.

[31] 黄思静, 兰叶芳, 黄可可, 吕杰. 四川盆地西部中二叠统栖霞组晶洞充填物特征与热液活动记录[J]. 岩石学报, 2014, 30(3): 687-698.

Huang Sijing, Lan Yefang, Huang Keke, Lü Jie. Vug fillings and records of hydrothermal activity in the Middle Permian Qixia Formation, western Sichuan Basin[J]. Acta Petrologica Sinica, 2014, 30(3): 687-698.

(修改回稿日期 2016-07-17 编 辑 罗冬梅)

Geochemical characteristics of Middle Permian Qixia Fm dolomitized marine fluids in the Sichuan Basin

Li Xiaoning, Huang Sijing, Huang Keke, Yuan Tao, Zhong Yijiang
(State Key Laboratory of Oil and Gas Reservoir Geology and Exploitation, Chengdu University of Technology, Chengdu, Sichuan 610059, China)
NATUR. GAS IND. VOLUME 36, ISSUE 10, pp.35-45, 10/25/2016. (ISSN 1000-0976; In Chinese)

The Middle Permian Qixia Fm in the Sichuan Basin is a major target for oil and gas exploration. In order to figure out the properties and source of its dolomitized fluids, it is necessary to analyze the rare earth elements (REE) in host calcite and various dolomites of the Qixia Fm in terms of their geochemical characteristics based on the petrologic research results. The following results were obtained. First, the REE content of host calcite, xenomorphic dolomite and saddle dolomite is low and their Sc, Ti, Zr and Hf content is significantly lower than that of terrigenous clastic sediments, which indicates that the Qixia Fm carbonates were not affected by terrigenous clastics. Second, xenomorphic dolomite and saddle dolomite are characterized by depleted LREE, enriched HREE, positive La anomaly, negative Ce anomaly, enriched Gd, significantly positive Y anomaly, slightly negative Eu anomaly and similar REE+Y partition curve, which are similar to the REE geochemical characteristics of host calcite. It is therefore demonstrated that the dolomitized fluids in xenomorphic dolomite and saddle dolomite are sourced from the sea water or marine-sourced fluid in the formation. And third, some samples of saddle dolomite present the characteristics of slightly positive Eu anomaly and higher fluid inclusion homogenization temperature. It is indicated that the Qixia Fm was affected by the thermal events related to the Emeishan large igneous province, but the influence of hydrothermal fluid on dolomite formation was relatively limited; more likely, due to the temperature conduction effect related to thermal events, the host calcite of Qixia Fm might overcome the kinetics barrier of dolomite formation. To sum up, high temperature is only the inducing factor for the dolomitization of Qixia Fm host calcite, and the dolomitized fluids are still mainly derived from the sea water or marine-sourced fluid in the formation.

Sichuan Basin; Xenomorphic dolomite; Saddle dolomite; Rare earth element (REE); Dolomitized fluid; Emeishan large igneous province; Sea water; Marine-sourced fluid

10.3787/j.issn.1000-0976.2016.10.005

国家自然科学基金项目“四川盆地西部下二叠统白云岩形成机制”(编号:41172099)、国家自然科学基金项目“川渝地区早三叠世海相碳酸盐岩的碳同位素研究”(编号:41272130)。

李小宁,女,1986年生,博士研究生;主要从事沉积地球化学方面的研究工作。地址:(610059)四川省成都市二仙桥东三路1号。ORCID: 0000-0003-0903-8825。E-mail: l-x-n@139.com

猜你喜欢
白云石栖霞方解石
轻烧白云石粉加工工艺研究
F-在方解石表面的吸附及其对方解石表面性质的影响
遵化市魏家井白云石矿冶金用白云岩矿地质特征
氯化钙和碳酸钠对方解石浮选的影响及其机理研究
生辅料在转炉冶炼中的实际应用
贵州重晶石与方解石常温浮选分离试验研究
丘陵地区社会主义新农村环境规划探讨——以栖霞古镇都村为例
赵学敏书法作品
赵学敏书法作品
青阳白云石矿采场回采顺序优化