新疆若羌县红柳沟新元古界平洼沟组原生白云岩特征、沉积环境及年代厘定

钱一雄，储呈林，李曰俊，张庆珍，李王鹏，杨 鑫

[1.中国石化 石油勘探开发研究院 无锡石油地质研究所，江苏 无锡 214151；2.中国科学院 地质与地球物理研究所，北京 100029；3.中国石化 石油勘探开发研究院，北京 100083]

新元古代成冰期(850～635 Ma)是全球气候变化(冰期及间冰期)、大陆风化、氧化和生物兴盛的重要地质时期之一[1]，也是以叠层石为代表的微生物岩(原生白云岩)衰减期[2]。研究表明：经历长期成岩作用后叠层石[3-4]，仍能指示生态、气候、环境、黄道倾角及年日数变化，如沉积中的陆屑输入、水动力(水深)、成分、温度、盐度、Eh-pH及含氧或二氧化碳分压(pCO2)等古海洋环境参数及其演化[3-11]，因而具有十分重要的理论与应用价值[1-12]。

在新疆喀喇昆仑，原划长城系甜水海岩群绿片岩相中，曾报道过发现了Xiayingella,Stratifera,Litia、Tekesiasp.(特克斯叠层石，未定种)和Tungussiasp.(通达斯叠层石，未定种)等锥状、柱状叠层石,定为青白口系，并与研究区(巴什考贡幅)及蓟县长城系的叠层石对比[13-15]。在上元古青白口系丘吉东冰沟群(Qnqi)中，报道了SpicaphytonqiujidonggouenseZiuang叠层石[16]。在东昆仑的中上元古界蓟县组冰沟群(Jxbn)，报道了conophytonf.;kussiellabinggouensisZhanget.Liu;KunluniabinggouensisZhanget.Liu;Jurnsaniaf.;BoxoniadontataCao,Zhaoetxia;Baicaliaravasemikh.,Colomnnnelladiscreta;Kussiellacf.enigmatia;MinjariaF.；Tungussia[16]和Conophytongarganicusvar.inkenif.,C.cf.ressotiMenchikov，Jacutophytonf.,Baicalialacera,Jurusaniaf.,Conicodomeniaf.,Colonnella.f.,Tungssiaf.,Compactocollenia.f[17]，可与南乌拉尔、西伯利亚、华北及扬子区对应层位叠层石类型对比，被认为介于1300～850 Ma(相当于中里菲上部至上里菲下部)[17]。

在对阿尔金断裂及中新生代盆地进行油气地质踏勘中，发现了一套出露相对完整、保存较好的含沥青细碎屑岩和白云岩沉积。它位于若羌县至格尔木315国道红柳沟Ⅰ号桥北侧的近东西向沟中，坐标为北纬39°07′49.7″，东径90°07′40.9″，因而将其命名为红柳沟Ⅰ号剖面(图1)。区内出露了元古代、奥陶纪的蛇绿岩、基性火山岩及花岗岩，泥盆系、二叠系、侏罗系及古近系沉积。上述含沥青白云岩的基本特征、沉积环境及年代归属是本文关注的问题。

本文对若羌县红柳沟Ⅰ号剖面中原定为新元古界青白口系平洼沟组的白云岩层段的实测剖面的矿物学、岩相学、地球化学以及地层年代学等资料开展了综合研究。在矿物组成、岩石类型及微相划分的基础上，综合运用包括碳氧、锶同位素、元素地球化学、环境扫描电镜等方法进行了沉积环境和白云石成因的研究，并结合叠层石结构类型、碳同位素及邻近碎屑岩中的Rb-Sr等时线年龄、锆石U-Pb年代学数据以及全球对比结果，厘定为新元古代成冰纪上部的原生白云石沉积，推进了塔里木盆地周缘的新元古代白云岩成因研究，为评价其油气勘探潜力提供了新素材。

1 概述

研究区与青海省交界，与自东(鄂拉山)向西(祁漫塔格)延伸长800 km的柴达木南缘地层小区属于同一构造带。疆内地层分区属于新疆阿尔金小区，青白口系的硝尔库里群划分为乱石山组、冰沟南组、平洼沟组和小泉达板组。其中，冰沟南组为浅海相碳酸盐岩夹细碎屑岩，岩性为灰岩、大理岩、结晶灰岩、假鲕粒灰岩和砂质灰岩，厚度为600～2 221 m，产叠层石Boxoniabingounanensis.sp.now；平洼沟组主要为结晶灰岩、大理岩、白云岩夹少量千枚岩及砂质灰岩，厚为128～1 555 m，产叠层石Boxoniasp.comophytonsp,indet[15]。为更好地进行区域对比，参考了都兰县中上元古界冰沟群的建群剖面(图1b左) 以及青白口系的丘吉东沟群资料[16]。

冰沟群剖面厚达5 970 m,自下而上，大致可分3个岩性段[16]：①原分层号为1-8，底部为含硅质灰岩夹含碳、磷硅质板岩、中上部为大套的硅质云岩夹硅质岩，厚度为1 568 m；②层号为9-13，含铁的灰岩、结晶灰岩以及板岩、片岩互层，厚度达1 618 m；③层号为14-38，由巨厚层硅质云岩、富含多种类型的叠层石云岩与中薄层的硅质岩(少量灰岩)、板岩或含炭质、硅质板岩互层的5个旋回的碳酸盐岩台地-陆棚沉积组成，累积厚度为2 784 m；④丘吉东沟群主要由硅质岩、板岩、长石石英砂岩、砂砾岩(云质)等细碎屑岩组成，残厚达1 581 m；在上部有一套叠层石云岩(150 m)，因此，上述青海省境内的4个岩性段[16]与疆内阿尔金小区的硝尔库里群的4个组[15]大致相对应，应为同期沉积。

在研究区，北侧的阿尔金西北缘断裂带与南侧阿尔金走滑断裂带夹持了一条早古生代的北阿尔金缝合带，属于柴达木与塔里木地块分隔的“俯冲带或转换断裂”或“裂陷断槽”[18]。在晚三叠世、中侏罗世、晚白垩世及新近纪，阿尔金断裂均发生了强烈的走滑活动[19]，尤其是中新世以后(始于约 15±2 Ma)的大规模左行走滑活动[20]。还经历了中元古代、奥陶纪、石炭纪和三叠纪4期岩浆活动，在早元古代、晚元古代叠加中生代区域或动力变质事件[15-16]。

若羌县红柳沟Ⅰ号剖面中，平洼沟组白云岩大多遭受基性岩侵入、发生角岩化或大理岩化；弱变质、连续白云岩沉积的厚度为45 m(图1c)。大致可分为上、下两段；下段(样号23—32)是由亮晶鲕粒云岩、亮晶球粒云岩等组成，可划分为2个次级旋回(图2b)；上段(样号33—44)由波纹层、园锥状-丘状-柱状叠层石云岩、亮晶藻球粒云岩组成，并夹有2个薄层豆荚-竹叶状、角砾状砂砾屑云岩(风暴沉积)和含云硅质岩等(图2c—h)。

图2 若羌县红柳沟Ⅰ号剖面平洼沟组剖面部分层段特征及白云岩主要类型Fig.2 Features and major dolomite types occurring in the Pingwagou Formation at Hongliugou section I,Ruoqiang Countya.剖面景观，红色箭头为基性岩脉，右下植被是红柳沟Ⅰ号沟； b.亮晶砂砾屑-鲕粒云岩(HLG-033)； c.波纹状(红色箭头)-园锥状-柱状(白色)叠层石云岩(HLG-034)，大小>15 cm(直径)×40 cm(高),粒状粉(细)晶胶结的韵律(明暗相间)；d.豆荚-竹叶状的亮晶砾屑-巨鲕云岩，拉长状椭园、月牙形、杏仁或“贝壳”状颗粒和扁平破碎鲕粒、发育了铸模孔、扩溶孔缝(HLG-036)； e.丘状的叠层石云岩(HLG-037)，大小>40 cm(直径)×120 cm(高)； f.波纹状(红色箭头)-锥状-柱状(白色)叠层石云岩(HLG-037)；g.园锥状-半球形-柱状(红色箭头)、锥状、无壁的轴向构造(白色)叠层石云岩(HLG-039)，大小>30 cm(直径)×40 cm(高); h.沿裂隙发育的不规则球形、花边或皮壳-放射状 环带的燧石，雁列脉状硅化、大理岩化(HLG-033，39)

2 分析方法

根据实测剖面的分层，尽可能采集并选送新鲜样品。在薄片观察基础上，依次采用了铸体、阴极、X衍射矿物相、碳氧、锶同位素和环境扫描电镜(环描电镜)等方法。其中，X衍射矿物相、阴极发光鉴定、扫描电镜是在中国石化石油勘探开发研究院无锡地质研究所完成。环描电镜制样中，敲取新鲜断面或变质弱的块样，向上粘在样品台制样；在工作电流20 mA,时间为150 s下完成镀金处理。环境扫描电镜为Oxford的FEIQuanta200F型的场发射型,电压200 kV、能谱仪为EDAX三元一体化系统。碳氧、锶同位素及岩石化学分析由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所完成。碳氧同位素采用McCrea(1950)100%正磷酸法和Finngan-MAT252气体质谱仪，精度±0.2‰。；锶同位素采用 ISOPROBET热电离质谱仪，精度高于3×10-6。在岩石化学样品制样前，先用去离子水清洗，再研磨至200目以下，进行搅拌、混和与均分制样；元素分析分别采用X射线荧光光谱仪(AB104L,Axios-mAX)、等离子体质谱法(ICP-MS) 和等离子体光谱法 (ICP-OES)测定，采用了GB/T 14506.14—2010 、GB/T 14506.28—2010 标样。常量元素精度<0.1%；微量元素(包括稀土)精度为±1×10-6。

3 测试结果

3.1 岩相学

XRD矿物相分析表明：在不同类型白云岩中，白云石含量占90%或95%以上，含少量粘土(<3%)、菱铁矿、黄铁矿等沉积矿物(<1%);并含有少量的成岩矿物，如石英、长石(部分为陆源碎屑矿物)、方解石、石膏和硬石膏等(表1)。

表1 若羌县红柳沟Ⅰ号剖面平洼沟组白云岩中的矿物组成Table 1 Mineral composition of dolomites in the Pingwagou Formation at Hongliugou section Ⅰ，Ruoqiang County

镜下观察表明：红柳沟Ⅰ号剖面中白云岩的类型主要有：①亮晶藻球粒云岩(图3a,c,e);②亮晶藻鲕粒砂砾屑云岩(图2d,图3b)；③亮晶藻鲕粒云岩(图3a—c)；④亮晶藻球粒-团粒云岩(图3g,h)；⑤藻纹层-球粒粘结云岩(图3e)；⑥叠层石云岩[21-22]，按形态可划分出波纹状、园锥形、半球形、穹窿、柱状、丘状等(图2c—g)，按胶结类型又可进一步划分为绵层状(骨格)叠层石(图3f)、纹层状细粒(球)叠层石、纹层-粗粒状叠层石(图3d)和黏结状球粒微生物岩(图3e)；⑦角砾状云岩(图3i,j)；⑧近源风暴岩，由豆荚状-竹叶状-砂砾屑云岩(图2d)构成，发育侵蚀界面、粒序层理，厚数十厘米；⑨缝洞中充填了细晶白云石(图3m)；⑩中粗晶或鞍形白云石((图3b,c,f,j)。

图3 若羌县红柳沟Ⅰ号剖面中不同类型白云岩、沉积、成岩矿物及孔隙类型的显微图像Fig.3 Microscopic images showing various dolomites,sedimentary and diagenetic minerals and pores in the Pingwagou Formation at Hongliugou section Ⅰ,Ruoqiang Countya.HLG-025+1，亮晶藻鲕粒-球粒(MOo)-藻砂屑云岩，纤状(AC)、刀刃状(Bla)文石或镁方解石胶结、半自形直曲面镶嵌(Blo)，少量铸模孔(MO)、微孔(MP)，单偏光(-)(下同，未标明)； b.HLG-027，亮晶藻鲕粒-团粒(表附藻)云岩，葡萄状(Bot)、纤状、刀刃状及等晶粒状文石或镁方解石，镶嵌(Equ-Blo)状结构，类似于“豆荚状或胡桃状钙豆粒的泥晶(Wal-Mic)，孔洞中心为中细晶白云石(DⅢ，黄色箭头所指)；c.HLG-028，亮晶肾形藻-藻鲕粒(Oo)云岩，葡萄状-纤状-刀刃状的文石或镁方解石胶结，粒间孔由DⅢ镶嵌充填，扩溶缝洞(DFR)；d.HLG-034，纹层状细粒(粗晶)叠层石云岩，长快波的束状光性的纤状-向外为慢波束状-纤柱状放射状巨粗晶(RFC)至刀刃状-束状白云石(Fas)，重结晶作用，菱形微孔隙、片状空隙(sheet-cavities)及收缩微缝(SCF，蓝色箭头)； e.HLG-036-1，藻球粒黏结云岩,葡萄状、纤状、放射状及纤刃状(双晶)粒状文石及高镁方解石及胶结(已转化为白云石)，重结晶； f.HLG-041，角砾状硅化的绵层状叠层石云岩，明暗条带中的交代微晶石英(QⅡ)、沿扩溶缝洞中的中粗晶白云石DⅣ(蓝色箭头指示了溶蚀边界)、边缘隐晶玉髓、微晶石英(ChⅢ)， 构成“渗流砂”，一组石英细脉(QⅤ)及开启微裂隙(Fre)穿过，正交偏光(+)； g.HLG-031，表附藻粉晶云岩(DⅠ)；h.HLG-030，泥粉晶藻球粒云岩(DⅠ-Mic)，等晶粒状的微粉晶镶嵌(不发光)，粉晶白云石(DⅡ)发中等至暗橙红,孔洞中粉细晶、中晶(DⅢ)分别发中等-暗橙红、橙红-橙桔黄色(较亮的边缘环带)，阴极CL；i.HLG-038，亮晶藻球粒-团粒云岩，葡萄状-纤状-放射状或刀刃状文石及高镁方解石(已转化为白云石)、粒状镶嵌胶结，孔洞中细至中粗晶白云石(DⅢ-DⅥ); j.HLG-043，亮晶藻鲕粒-球粒-团粒云岩，纤状、刀刃状和粒状胶结，扩溶缝洞中充填了沥青(Brt)、后被细石英细脉穿过(QⅤ)； k.HLG-034+1，硅化纹层状、不等晶粗粒叠层石云岩，重结晶，放射状-刀刃状-束状波纹状消光及调制结构，平行于生长法线方向，正交偏光(+)； l.HLG-038，亮晶藻球粒-鲕粒云岩，纤状-刀刃状胶结，稍暗部分原为文石，溶解后产生的微孔隙，扩溶缝洞及晚期开启微裂隙；m.HLG-041，角砾状硅化绵层状叠层石云岩，粉晶白云石(DⅡ)发中等橙红-桔黄红光(环带)，孔洞边缘的中细晶白云石(DⅢ)发亮橙红-橙黄色光、近中心的中粗晶白云石(DⅥ)发亮粉红-玫瑰红光,树枝状裂隙中的石英(QⅣ)不发光,阴极CL；n.HLG-042，亮晶藻球粒云岩，晶间孔、粒间孔中被玉髓-微晶石英(ChⅠ)充填； O.HLG-033，角砾状亮晶藻鲕粒云岩，碎裂化，重结晶，孔洞中的中粗晶白云石(DⅢ-DⅣ)发亮橙红色、陆屑或自生石英发蓝色光，角砾间孔(Bre)中充填沥青，阴极CL； p.HLG-044，含陆屑的碳酸盐岩靡棱岩，“σ”碎斑”,硅质约占25%～30%，含单晶、隐晶质、微晶质玉髓(ChⅥ)及锆石

根据沉积构造、主要岩石类型及藻类(藻鲕粒、叠层石等)发育特征，划分出以下微相类型[22]：①以同心-放射状鲕粒为代表的颗粒云岩，大小不等、局部机械磨损、或呈集合粒(相当于SMF15-R、C)；②以纹层或无纹层球粒为代表的颗粒云岩(相当于SMF16)；③葡萄状-刀刃状粉晶云岩(相当于SMF16)；④纹层状(绵层状、细粒或中粗粒或粘结)叠层石(园锥、丘状与柱状，相当于SMF20-21)；⑤近源的风暴岩(相当于SMF5)，但与典型的风暴沉积于小型生物礁外侧的斜坡所不同，它主要分布于微生物礁丘或滩相附近。根据上述微相特征分析，应属于内缓坡外侧至中缓坡沉积(图4)。

图4 若羌县红柳沟Ⅰ号剖面平洼沟组白云岩微相类型及分布示意图Fig.4 Microfacies types and distribution of dolomites in the Pingwagou Formation at Hongliugou section Ⅰ,Ruoqiang County

3.2 元素地球化学

为检验样品的均质性、成岩改造对岩石化学数据的影响，在此对11件重复样品的常量元素值进行了相对、绝对误差分析。结果表明： Ca，Mg及Mn的含量变化相对较小、均质性较强；Si，Al，Fe含量有一定变化、呈一定的非均质性；Na，K变化较大，仅供参考。

平洼沟组白云岩中的SiO2平均含量相对较高(4.23%)； Fe2O3平均含量较低，低于碳酸盐岩中丰度值0.38%[23]；Mg/Ca平均值为1(0.98～1.11)，Sr平均值为91.9×10-6(51.9×10-6～137.4×10-6)、 Sr/Ba平均值为3.78(1.16～5.32)；稀土总量平均值为2.93×10-6(1.14×10-6～7.58×10-6)、LREE/HREE的平均值为1.02(0.38～1.59)，δEu平均值为0.91(0.64～1.28)，δCe平均值为0.64(0.52～0.83)，(详见表2、图5)。总体上，∑REE相对较低，重稀土轻度富集，无铕-低正铕异常， “左倾帽型”配分模式(图5)。

图5 若羌县红柳沟Ⅰ号剖面平洼沟组白云岩稀土配分模式Fig.5 PAAS-normalized REE distribution pattern of dolomites in the Pingwagou Formation at Hongliugou section Ⅰ,Ruoqiang County

3.3 碳氧和锶同位素

分析结果：δ13C(PDB)平均为2.33‰(-1.20‰～4.80‰，N=22)；δ18O(PDB)平均为 -5.61‰(-7.20‰～-4.80‰)；87Sr/86Sr平均为0.709 284(0.708 575～0.710 092)。对比22件的碳氧、20件锶同位数数据：δ13C值相对变化较小；δ18O(PDB)和87Sr/86Sr 值有一定变化。

4 讨论

4.1 成岩作用影响

平洼沟组白云岩沉积以来，经历了包括埋藏条件下的压实-压溶作用、孔隙流体压实-排驱,构造抬升过程中的大气淡水渗流以及多期构造-热事件引起的流体叠加改造，原岩的矿物组成、地球化学特征均会发生一定的变化，区分反映原始沉积环境及成岩改造后的特征参数尤为重要。

研究表明：碳酸盐岩中氧、碳同位素受同位素分馏、温度变化、交换反应、成岩流体等影响[23]。利用Mn/Sr，Mg/Ca比值与δ13C，δ18O相互关系可判断成岩改造对原始沉积指标的影响程度。从Mn/Sr-δ13C，Mn/Sr-δ18O，Mg/Ca-δ13C和Mg/Ca-δ18O多组数据间的不相关或弱相关性(图6)，揭示了碳氧同位素受成岩作用改造影响较小[24]。

图6 若羌县红柳沟Ⅰ号剖面不同类型白云岩的Mn/Sr-δ13C(a)，Mn/Sr-δ18O(b)，Mg/Ca-δ13C(c)和Mg/Ca-δ18O(d)关系Fig.6 Relationship between Mn/Sr-δ13C(a),Mn/Sr-δ18O (b),Mg/Ca-δ13C (c) and Mg/Ca-δ18O (d) for various dolomites at Hongliugou section Ⅰ,Ruoqiang County

δ13C与δ18O呈弱的正相关、δ13C与87Sr/86Sr以及δ18O-87Sr/86Sr呈弱的负相关(图7)，指示了成岩作用仍然有一定程度的影响。因此，将数据分为二组。

图7 若羌县红柳沟Ⅰ号剖面不同类型白云岩δ13C-δ18O(a)、δ13C-87Sr/86Sr(b)和δ18O-87Sr/86Sr(c)关系Fig.7 Relationship between δ13C-δ18O (a),δ13C-87Sr/86Sr (b)and δ18O-87Sr/86Sr (c) for various dolomites at Hongliugou section Ⅰ,Ruoqiang County

① 一是与同期海水同位素差异明显的样品[25-26]，可用于成岩作用或物源区性质的判识。即δ18O，δ13C负偏、而对应的87Sr/86Sr值呈明显正偏，包括HLG-034(巨粗晶胶结叠层石)(图3d)、HLG-041(强烈硅化)(图2h，图3f)、HLG-039和 HLG-040；极个别叠层石的δ13C(PDB)负偏，并不与冰期 “盖帽白云石”有关，主要受大气淡水或受热事件引起的重结晶、变质作用的影响；δ18O(PDB)负偏不明显、正铕异常不明显、则指示了热变质作用不强，基本能反映原始海水组成、生态环境等指标[2]； 部分样品的锶同位素正偏，反映了大陆风化增强、陆屑输入的结果[25-27]。

② 二是成岩改造弱、基本能代表同期海水同位素的样品；删除上述①样品进行的统计：δ13C(PDB)平均为6.83‰(N=18,1.9‰～9.6‰),δ18O(PDB)平均为-1.82‰(N=18,-4.9‰～0.1‰)，87Sr/86Sr平均为0.7084(N=16,0.70751～0.71009)(表2)。

表2 若羌县红柳沟Ⅰ号剖面平洼沟组白云岩含量(%)、微量元素(10-6)、碳氧、锶同位素值(‰)及比值Table 2 The major and trace elements,ratios and C,O,Sr isotope data of dolomites in the Pingwagou Formation at Hongliugou section Ⅰ,Ruoqiang County

续表2 若羌县红柳沟Ⅰ号剖面平洼沟组白云岩含量(%)、微量元素(10-6)、碳氧、锶同位素值(‰)及比值Table 2(continued) The major and trace elements,ratios and C,O,Sr isotope data of dolomites in the Pingwagou Formation at Hongliugou section Ⅰ,Ruoqiang County

4.2 白云石成因

在环境扫描电镜(SEM)中，纳米-微米级白云石呈球形(图8a,c)、哑铃形、椭球状、杆状、泡状(膜)(图8b,d,g)，大小为0.2～0.5 nm，1～2 nm和0.5～10 μm。成核多、粒径小，呈台阶状、带状、簇状或斑状等晶体生长形式，指示了液体中生长的特征；而表面光滑、微隆泡状、杆状-卷曲状复合体(EPS)较为常见(图8b,d,e,g)，含一定量碳、硅及氧；图8f反映微生物介导下原生白云石的特征。

在伴(共)生矿物中，普遍含硅质(占样品数52%)、长石和粘土及微量菱铁矿。其中，部分长石、石英为陆屑(图3o)。硅质有颗粒较小(<20 μm )的玉髓或微晶石英(图3n，p，图8j)，发育于粒间、刀刃状胶结物中、呈调和共生或充填于晶间孔隙中，为沉积-早成岩期的自生石英；指示了富含硅质的海水及地层孔隙中的酸性孔隙水硅浓度已达到饱和[28-29]；高岭石出现也代表了酸性介质下长石溶解的自生矿物(图8k)。

图 8 若羌县红柳沟Ⅰ号剖面扫描电镜(SEM)下的微生物介导白云石及部分自生矿物图版(岩石类型参见图2)Fig.8 SEM images showing microbial induced mineralization of dolomites and authigenic minerals occurring in the Pingwagou Formation at Hongliugou section Ⅰ,Ruoqiang County(see Fig.2 for rock types)a.HLG-033，球形( Co)纳米级白云石沿微晶白云石台阶状晶面的生长；b.HLG-034，哑铃型(Du)、椭球状(Ell)、结核(No)、杆状(Rod)的纳(微)米级白云石(EPS作用)沿菱形白云石晶面的生长； c.HLG-036，近球形、椭球状、六方形片状(Hex)纳米(少量微米)级白云石，发育了“格架状”微孔隙； d.HLG-036，光滑表面的泡状、向上微隆的席状、带状的卷曲状(Curl)和不规则膜状的EPS；(e)-(f)HLG-026，扇形、片状纳米-微米级微生物白云石;e，f. Si，C，O能谱，C =13.5%～19.3%、少量Si； g.HLG-038，杆状-丝状菌藻类遗迹化石； h.HLG-034，白云石晶间孔中的球形-草莓状黄铁矿(Pyr); i.HLG-026,亮晶藻鲕粒云岩，扇形文石假象(Ara)；j.HLG-036，细中晶云岩，晶间孔中的自生石英(QⅡ-Ⅲ); k.HLG-038，晶间孔中的六方片状-页片状高岭石(Ka) ; l.HLG-036，同上，晶间孔中 “花椰菜”的绿泥石(Chl)

从白云石的化学组成来看(表2)，CaO和MgO平均值分别为29.03%和21.59%，烧失量平均为43.86%(大致对应于CO2含量),Mg/Ca平均值为1.034；MgO，Mg/Ca均十分接近理想的白云石的晶体成份组成(即CaO=30.4%，MgO=21.9%，CO2=47.7%)，推断出以微生物白云石为代表的原生白云石快速转为结晶程度较高的白云石[21,30-31]；另外， “帽型”海水稀土的配分模式以及原始文石、镁方解石较重稳定同位素(C，O)和富含Sr，Na等元素特点，均反映出原始海水沉积的特征。

4.3 沉积环境

一般认为，碳酸盐工厂主要由非生物、生物诱导或生物控制碳酸盐沉积构成，可划分为赤道(南、北纬30°)浅水、冷水或灰泥丘3种碳酸盐生产系统。前者位于低纬度、温暖、光照充足，富含光自养生物及非生物沉淀；冷水型发育于高纬度或深水，以异养生物控制的沉淀为主；灰泥丘是由原地硬化较快的细粒沉积物沉淀而成，受控于生物诱导(尤其是微生物，又分有机矿化及生物矿化)和非生物沉淀。赤道生产率(以此为基准100%)>灰泥丘(80%～90%)>冷水型(20%～30%)，而白云石海的生产率高于文石海，也高于方解石海[32]。

在地质历史演化中，随着沉积盆地中构造、沉积环境(如温度、盐度、产率、大气CO2含量、海洋水体化学组成、光照条件等)和生物(真核-浮游细菌或藻、钙化或胶囊、造礁生物等)等因素的协调演化，碳酸盐岩组成、沉积格架(如镶边或缓坡)、相模式等发生规律性变化或引起上述体系转变呈过渡状态[32]。在中新元古代，生物诱导、非生物沉淀为主导的“灰泥丘”生产体系盛行，广泛发育了“文石-白云岩海”[30]；即微生物藻菌类发育、大洋中缺氧、低电位及一定硫含量[31]、增强的大陆风化作用、海水中较高镁/钙比和碱度，甲烷作用、硫还原微生物矿化过程，更有利于微生物诱导白云石及原生白云石沉淀[29]。

平洼沟组白云岩中，保留了葡萄状、纤状或放射-束状等大量海水沉积物或其胶结物，为古海洋环境的地球化学示踪提供了最直接、重要的载体及条件[1]；其沉积特征、矿物组成、地球化学指标等可用于原始沉积环境的判识。

1) 大或巨型的鲕粒、藻鲕粒的发育，指示了温暖、较浅高能量或中低能量；直径十几厘米、高为百余厘米的园锥-半球形-柱状叠层石，风暴沉积夹层的出现，均反映了水能量的变化，一般情况下，从浅水到深水，叠层石形态由多分叉到单一的锥形至柱形等[17,22]。

2) 葡萄状(图3e,i)、纤状、扇形原文石晶体(图8i)，刀刃状或纤柱状的原镁方解石结构，指示了富含文石、高镁方解石的浅水沉积物为主导；呈泡状、杆状-卷曲状(EPS)和球形、椭球等形态的微生物介导下原生白云石多指示了低能环境下的产物；同时，白云石成核多、粒径小，台阶状、带状等多种生长形式，指示了较高的生长速率。

3) 微量元素总量、Sr/Ba比值相对较高(平均为3.78(1.16～5.08))、中等Th/K(平均为2.83(0.96～5.49)>2，未发现低温海解产物海绿石[22,29]，指示了浅水、温暖咸化海水[29]。

4) 自生(鲕)绿泥石(图8l)也代表了温暖、较浅海水下沉积环境(10～50 m,25～27 ℃)；磷含量不高，平均值为204×10-6(80×10-6～710×10-6)，低于深或浅海中一般碳酸盐岩平均值(分别为350×10-6和400×10-6)[33]，间接指示了不存在沿深水斜坡的上升流参于沉积。

5) 按16.9-4.38δ18O(PDB)+0.18δ18O2(PDB)[25]、将全岩的碳氧同位素分为2组(详见4.1节)、分别估算碳酸盐岩沉积时温度为：①TⅠ(弱改造)平均为22.7 ℃(16.5～33.3 ℃，N=15)；②TⅡ(热水或重结晶作用)平均为46.7 ℃(41.5～57.8 ℃，N=8)；指示间隔有热水参于的沉积过程。

6) 硅质陆屑(燧石或微晶石英)出现、轻稀土亏损等常指示保存的海水[34-36]。普遍含石英等陆屑、含微量菱铁矿、草莓状黄铁矿，指示了曾经历过大陆风化的中偏碱、还原介质条件；在由强氧化至强还原环境下，沉积物中依次可出现：褐铁矿—赤铁矿—海绿石—鳞绿泥石、鲕绿泥石—菱铁矿—白铁矿和黄铁矿；在中偏碱-中碱性强还原条件下，分别生成菱铁矿、白云石和菱锰矿组合及黄铁矿[22，29]；δCe平均值为0.64(0.52～0.83)，同样指示了弱还原为主的环境；轻重稀土比值平均为1.02(0.38～1.59)、正、负或正常铕(δEu平均为0.91(0.64～1.28)、Y/Ho平均为41.04(34.21～58.43)、(Sm/Yb)N平均为0.49(0.14～1.01)和(La/Yb)N平均为0.35(0.11～0.77)；上述指标有负偏、正偏或相对富集的变化趋势，反映了开放与局限海洋环境、间隔性海底热水加入以及弱氧化至还原条件等复杂的变化[37-42]。

7) 长石普遍存在，且见有高岭石、绿泥石；同时，稀土总量与陆屑含量(Si+Al)均有一定的对应关系；一方面反映了外源物质加入、大陆风化作用较强，另一方面，则指示了介质由酸性向碱性转变，即随着大气中pCO2逐渐降低，氧逸度fO2和pH逐渐升高。

8) δ13C明显的正偏，反映了高的生物产率及有机碳埋藏速率；由于溶解碳酸盐和藻菌类的同位素分馏作用使海水相对于生物有机质更富集δ13C，这指示了一次较大规模冰期之后的海侵过程，浅水中的富营养组份以及氧含量相应地增加[36-38，43-44]。

综上所述，平洼沟组原生白云岩主要受微生物诱导和饱和沉淀白云石过程的控制；大陆风化较强，为温暖、较浅海水下富镁、富硅的[40]中低能还原-弱氧化、由酸性向碱性的转变沉积环境；同时受间隔性的海底热水(液)影响，具有较高白云石沉淀速率的古海洋条件。

红柳沟Ⅰ号实测剖面是由2个向上变浅-变深的沉积旋回构成(以HLG-034为界，图9)，纵向上有以下变化特征。

1) 陆源物质的中石英含量(SiO2)、长石或粘土(Al2O3)、水体氧化还原的Fe2O3，MnO，δCe，Cr+Co、富营养元素P2O5以及水深指示Sr含量、Sr/Mn、 Th / K均呈现出顶、底相对高、中间波动变化趋势。以含鲕粒(HLG-029)或藻纹层-球粒云岩(HLG-035)为例；其粘土含量较高(1.6%～2.9%，含高岭石)、δ13C(PDB)(7.20‰～9.60‰)较高-最高、接近零的δ18O(PDB)(0.10‰～-0.30‰)、较低的87Sr/86Sr(0.708 06～0.707 51)，富集重稀土(LREE/HREE=0.38)、Y/Ho(58.43)和较低的δCe(0.58)；反映了沉积水体局限、最浅、较高盐度、酸性至碱性转变的环境[35，44]。

2) 粘土含量及对应的ΣREE值、营养元素V+MO+U、氧化还原条件的Cu+Pb+Zn[34]、水深(Sr/Ba)呈顶高、底低的变化趋势；代表有机产率δ13C、水深U/Th则反之；δ13C，δ18O，87Sr/86Sr，δCe，δEu等指标均呈2个相对完整旋回的变化曲线，如δCe 呈弱氧化或弱还原-中等还原-中强氧化-弱还原的变化趋势。

3) 中下部出现多个正铕异常(δEu)，指示了海底热液作用相对活跃[41]，同时，导致了Fe，Mn，Pb，Zn等金属元素的相对富集[42]和δ18O负偏移明显等现象；但不能完全排除下覆压实排驱的地层卤水影响；但顶、底部分地球化学指标存在异常现象，如较高Ga值、协调的δ13C，δ18O负偏现象等，推测为受高频层序界面或构造期大气淡水成岩作用影响的结果。

4.4 地质年代厘定

目前尚未发现火山凝灰岩夹层，前人依据岩石地层单元、沉积特征及其对比、叠层石中藻类及组合对比等，将其划分为青白口系[15]。本项研究将其厘定为成冰纪沉积，理由如下。

1) 叠层石发育了波纹、球形、园锥形、穹窿、柱状等结构，且单体达(15～30) cm×(40～100) cm,无壁的轴向构造，后者被认为仅在新元古大冰期(Marionan，665～635 Ma)之前、温暖气候下的叠层石兴盛期才具有特征[17]。

2) 下覆地层冰沟南组为硅质岩、泥页岩及泥质粉砂岩等一套被动大陆边缘盆地沉积。泥质粉砂岩中的碎屑锆石谐和年龄分别为775±11 Ma、760.5±7.2 Ma和831±13 Ma(图10b)，按照亚地层年代学惯例，可将最年轻碎屑锆石760.5±7.2 Ma作为下限年龄；据对归属于青白口系丘吉东沟群(平洼沟组上覆层)中部的第27层的板岩Rb-Sr等时年龄为676±65 Ma[16];全球Sturtian冰期后解冰期为663.03±0.11 Ma[45]。据此推测平洼沟组叠层石白云岩绝对年龄介于760.5～ 676 Ma，即属于成冰纪(850～630 Ma)。

3) 如前述，白云岩中δ13C(PDB)平均为6.83‰(N=18,1.9‰～9.6‰),若删除δ18O(PDB)<-2‰以及巨粗晶白云石胶结的样品，δ13C(PDB)平均达7.80‰(N=14,6.3‰～9.6‰)；同样，87Sr/86Sr平均为0.708 07(N=13，0.707 510～0.708 575)，稍高于当时全球海水平均值(0.707 5～0.708 2)；但它与塔北地区的上震旦纪奇格布拉克组(平均δ13C(PDB)=3.04‰、平均18O(PDB)=-2.29‰[46]，震旦纪灯影组(Ediacaran)海水87Sr/86Sr =0.709 0(0.7087～0.709 4)[26-27，44]以及平均δ13C(PDB)=3.5‰(1.0‰～6.5‰)，δ18O(PDB)=-4.3‰(-7.6‰～2.3‰)，87Sr/86Sr=0.709 0(0.708 5‰～0.711 2‰)不同[47]；也与陡山沱组(DⅠ-DⅣ层段，DⅠ-盖帽白云岩δ13C(PDB)=-3.6‰～-2.0‰，DⅡ(6.0‰)、DⅢ-DⅣ(-1.4‰～6.0‰，个别样品达9.4‰)，DⅡ-DⅣ(87Sr/86Sr=0.707 8)[44]差异明显；与华北拉伸系(Tonian，800～1 000 Ma)的δ13C(PDB)(0～5‰)，87Sr/86Sr(0.705 3～0.706 4)[48]或印度西北部新元古Sirohi组(850～900 Ma)的δ13C(PDB)(-4.10‰～4.70‰)[49]以及澳大利亚新元古中期上部(830～760 Ma)，δ13C(PDB)(-4.00‰～6.1‰，最高为8.1‰)、硬石膏的87Sr/86Sr=0.706 9)也完全不同[50]；仅与介于685～635Ma的 Cryogenian海水中碳、锶同位素值相似(晚里菲期，图10)[12]，对应于全球Sturtian冰期后、海侵期温室气候的δ13C(PDB)正高偏移[36-38，43]。

图10 若羌县红柳沟Ⅰ号剖面与全球新元古代的碳、锶同位素变化对比(a)、冰期、叠层石形态及重大地质事件(b)[12]Fig.10 Contrastive diagrams for dolomites of the Pingwagou Formation at Hongliugou section Ⅰ,Ruoqiang County with regard to carbon and strontium isotopic changes at global Neoproterozoic glacial periods (a),stromatolite morphology and major geological events (b)[12]

4) 如前述，以葡萄状、纤状、纤状-放射状、刀刃状等形态或胶结物为主要成份，即原白云石先驱物(文石、镁方解石)的特点；亮晶-中粗晶放射状、明暗纹层-细粒胶结结构，未见凝块石结构；对应于Sturtian冰期后温室期、富营养的氧化环境为主的沉积,即罗迪尼亚大陆裂解的成冰纪的晚期[39，48-51](图10)，与华北低纬度温暖的陆表海沉积较为相似[17]，可从海水中饱和直接沉积，拟或通过微生物的粘结与捕获而成[51]。

4.5 成岩过程与孔隙发育

综合研究表明，平洼沟组原生白云岩经历了：①早期海底胶结-大气淡水作用；②早-中期浅埋藏成岩和③中晚期的构造挤压抬升、走滑断裂活动有关的流体作用等复杂的成岩作用及孔隙演化阶段。简述如下①早期海底胶结、微生物诱导白云石等现象十分典型(详见4.2)。铸(鲕)模孔、粒间(内)孔等早期大气淡水溶蚀作用也较常见(图3a,f,j)。②包括了压实-压溶、重结晶、多期次多类型白云石化、多种类型的溶蚀、胶结或充填作用。自叠层石云石(DⅠ)格架孔洞的边缘至中心，依次出现中等橙红至桔黄红环带状的粉(细)晶白云石(DⅡ)—发极亮橙红-橙黄的中细晶白云石(DⅢ)—发极亮粉红-玫瑰红光的中粗晶白云石或鞍形白云石(DⅥ)等4期埋藏及热液白云岩化(图3a—c,g,h，m)；其中，上述 DⅢ- DⅥ发生溶蚀后，又被玉髓、硬石膏、自生的长石、石英(图3f)和烃类等充注(图3j)。③常伴随了岩石的脆、韧性变形，如“σ”结构的靡棱岩化 (图3p)，在剪切缝中，可见去云化、非组构性大气淡水及热液溶蚀作用(图3a,c,f,j,p)，并依次被粗晶白云岩、多期硅质(CL发蓝光或绿光,图3o)。除了陆源石英、隐晶玉髓-微晶石英沉积外(图3n,p)[28]，硅化作用十分普遍，可分为六期：第一期以玉髓充填于晶间孔、粒间孔中(ChⅠ)(图3n)；第二期以微晶、石英晶体充填于藻纹层云岩中晶间溶孔或窗格孔QⅡ(图3f)；第三期以玉髓-微晶石英(ChⅢ)呈“渗流砂”交代(图3f)；第四期的粉晶-中晶石英(20～250μm，QⅣ)充填、晚于缝洞中的中粗晶白云石DⅥ(图3o)；第五期微裂隙粉晶石英脉(QⅤ)，切穿了上述ChⅢ和QⅣ(图3m)；第六期与韧性剪切引起的靡棱岩化的微晶石英(ChⅥ)(图3p)。上述第一、二期发生于早成岩阶段；第三期发生于中浅埋藏期；第四-第五期发生于构造抬升及断裂活动期；第六期硅化发生于阿尔金走滑断裂最活跃期(中新世以来)[18-20]。

经上述复杂的构造-成岩流体改造后，不仅仍保留了的微生物诱导或原生白云石一些特征；还残留了格架(溶)孔、晶间微孔、鲕模孔(图3a,l,图8i,k,j)以及后期改造的扩溶缝洞、溶蚀孔洞和裂隙(图3c,d,j)等储集空间。究其原因：①微生物岩沉积，类似于格架礁，可成为各种地质作用 “载体或壁垒”[6]；②高镁方解石、文石、方解石在多种流体(尤其是大气淡水)中易溶，而白云石溶解需要一定物理化学条件，即使在表生岩溶作用下，通过原始晶(粒)间孔的弥散流而仅产生一些小型的蜂窝状的溶孔洞、网状裂隙[22]；③与微生物藻菌有关的有机酸阻止了缝洞中部分成岩胶结作用发生[22，40]。

5 结论

平洼沟组为一套发育于较强大陆风化、温暖气候背景条件，弱氧化-还原、间隔有热液注入的偏酸性至偏碱性海水环境下的内-中缓坡碳酸盐岩沉积。由镁方解石、文石及微生物诱导为主的原生白云石为主要组分。发育了潮间至潮下浅水的叠层石、藻球粒-鲕粒的藻丘滩相，纳米-微米级微生物诱导原生白云石成核多、具有较高沉淀速率；海水中较高Mg/Ca、富含硅质、有机产率高可能有利于溶液中的白云石过饱和沉淀；根据圆锥形、柱状结构的叠层石，高正偏的δ13C(PDB)或正偏的87Sr/86Sr，上、下覆地层的同位素年代数据等特征，将其归属于新元古代成冰纪上部沉积(800～680 Ma)。另外，它经历了强烈海底胶结、浅埋藏及多期构造裂隙-多种流体叠加作用，仍保留了格架孔、铸模孔和扩溶缝洞等储集空间；与下覆具有生烃能力的富硅粘土质页岩、富泥硅质页岩的冰沟南组构成了一套生储组合，具有一定的油气勘探潜力。

致谢:非常感谢二位匿名评审专家提出修改意见。