王起琮 宮 旋 肖 玲

(西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院 西安 710065)

碳、氧穩(wěn)定同位素測(cè)試技術(shù)目前已廣泛用于巖石及礦物成因研究。同位素分子間物理及化學(xué)性質(zhì)的差異，造成了輕、重同位素在不同礦相或物相間的分餾，分餾程度主要受同位素質(zhì)量、環(huán)境溫度及化學(xué)鍵特征控制。一般同位素質(zhì)量差別越大分餾效應(yīng)越明顯，環(huán)境溫度越高同位素分餾效應(yīng)越小以至消失甚至倒轉(zhuǎn)，元素間化學(xué)鍵鍵能越強(qiáng)越易結(jié)合重同位素［1］，重同位素含量還隨介質(zhì)鹽度及晶體有序度升高而增加［2］。因此碳、氧穩(wěn)定同位素組成是研究碳酸鹽巖成巖環(huán)境、追索其成巖演化過(guò)程的重要依據(jù)［3，4］。

鄂爾多斯盆地下古生界碳酸鹽巖沉積于華北地臺(tái)陸表海，經(jīng)歷了寒武—奧陶紀(jì)早成巖、志留—早石炭世表生成巖以及中石炭世至今的中—深埋藏成巖環(huán)境，形成了目前巖石特征迥異的各類碳酸鹽巖，其沉積相可劃分為盆地中東部的臺(tái)地相、西南緣的臺(tái)地前緣斜坡相及秦祁海槽的盆地相②李文厚，等.鄂爾多斯早古生代海相沉積盆地巖相古地理與天然氣富集關(guān)系研究.國(guó)家油氣重大專項(xiàng)專題報(bào)告.西北大學(xué)，2011。作者應(yīng)用巖石薄片及陰極發(fā)光圖像鑒定、碳、氧穩(wěn)定同位素測(cè)試、流體包裹體測(cè)溫及元素地球化學(xué)分析等方法，重點(diǎn)探討下古生界各類石灰?guī)r巖相特征及其成因機(jī)理。文中采用李文厚(2011)鄂爾多斯盆地下古生界的地層劃分方案(表1)②。

1 實(shí)驗(yàn)樣品及方法

實(shí)驗(yàn)樣品主要采自盆地東緣河津、興縣、偏關(guān)等地、盆地南緣韓城、岐山、涇陽(yáng)等地、盆地西緣平?jīng)?、青龍山及桌子山等地的寒武系及奧陶系碳酸鹽巖露頭，以及榆林北、定邊、富縣及宜君等地的奧陶系探井鉆井巖芯(圖1)。

本次應(yīng)用直徑1.0 mm的牙鉆對(duì)石灰?guī)r顆粒、亮晶膠結(jié)物及泥晶基質(zhì)進(jìn)行局部取樣，采用磷酸鹽分析方法，進(jìn)行碳、氧穩(wěn)定同位素測(cè)定。測(cè)試由中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的KielⅢ碳酸鹽樣品處理裝置與MAT252氣體質(zhì)譜儀組成的在線測(cè)試系統(tǒng)完成。另外制備了厚度為1 mm的巖石薄片，采用激光取樣分析法進(jìn)行了方解石礦物微區(qū)碳、氧同位素測(cè)試。該項(xiàng)實(shí)驗(yàn)完成于中國(guó)石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院分析實(shí)驗(yàn)中心。

碳、氧穩(wěn)定同位素組成的表達(dá)式為:δ‰ =［(R樣品/R標(biāo)準(zhǔn))－1］×1000

式中:R=18O/16O或13C/12C，分析結(jié)果以VPDB為標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試誤差＜0.1‰，精度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)TTB1(GBW04405)，δ13C 精度優(yōu)于 ±0.06‰，δ18O 精度優(yōu)于 ±0.08‰。

表1 鄂爾多斯盆地下古生界地層表(據(jù)李文厚，2011)Table 1 Lower Paleozoic stratigraphic Chart in Ordos Basin(After Li Wenhou，2011)

碳酸鹽巖薄片的包裹體鑒定及測(cè)溫完成于西安石油大學(xué)省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，測(cè)試儀器為L(zhǎng)INKAM THMS 600型冷熱臺(tái)，采用均一法進(jìn)行測(cè)溫(未做壓力校正，視為成巖溫度下限)，測(cè)溫精度為±1℃。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)公式

2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖1 鄂爾多斯盆地構(gòu)造帶［5］及采樣點(diǎn)Fig.1 The structural belt of Ordos Basin and sampling points

應(yīng)用磷酸鹽法得到的方解石碳、氧穩(wěn)定同位素分析數(shù)據(jù)，主要為礫屑、膠結(jié)物、泥晶基質(zhì)等主要結(jié)構(gòu)組分的數(shù)據(jù)，δ13C 介于 －8.28‰～1.87‰，平均－2.41‰，δ18O 介于 － 15.84‰～－ 3.42‰，平均－8.82‰;礦物微區(qū)碳、氧穩(wěn)定同位素分析數(shù)據(jù)主要為鮞粒、化石、膠結(jié)物環(huán)帶、粒間膠結(jié)物等局部結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)，δ13C 介于 －8.09‰～0.97‰，平均 －2.77‰，δ18O介于 －21.34‰～－5.8‰，平均 －12.01‰(表2)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，礦物微區(qū)測(cè)試方法是了解結(jié)構(gòu)組分及其變化的有效手段，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更具代表性。

溶孔及裂縫方解石膠結(jié)物內(nèi)流體包裹體的形態(tài)以無(wú)色—淡粉紅色及近菱形和負(fù)晶形為主，少量為近圓形或不規(guī)則狀，包裹體類型主要為鹽水包裹體、含烴包裹體及純烴類包裹體。含烴及純烴包裹體的均一化溫度介于100℃～150℃，主要溫度區(qū)間為120℃～140℃。

2.2 環(huán)境溫度與介質(zhì)鹽度經(jīng)驗(yàn)公式

碳酸鹽巖氧同位素的分餾程度主要受溫度和鹽度控制，一般地層溫度越高、地層年代越老、介質(zhì)鹽度低，δ18O 降低越明顯［6］，δ18O 與溫度具有良好的相關(guān)性，Grasse［7］等根據(jù) Epstain［8］提出的 δ18O 與溫度的經(jīng)驗(yàn)公式，建立了考慮了年代效應(yīng)的成巖溫度計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式［9］:

公式中δ18Ow為古海水δ18O(SMOW標(biāo)準(zhǔn))，當(dāng)奧陶紀(jì)古海水 δ18O(SMOW 標(biāo)準(zhǔn))取 －1.5‰時(shí)［10］，可以根據(jù)實(shí)測(cè)的石灰?guī)rδ18O(PDB標(biāo)準(zhǔn))估算其沉積與成巖環(huán)境的古溫度。

碳酸鹽巖碳同位素的分餾程度主要受環(huán)境氧化還原條件控制，δ13C、δ18O與介質(zhì)鹽度，尤其是 δ13C與介質(zhì)鹽度具有明顯的相關(guān)性，Keith給出了判別新生界海、陸相碳酸鹽巖的經(jīng)驗(yàn)公式及判別標(biāo)準(zhǔn)［11，12］:

海相碳酸鹽巖Z＞120，淡水碳酸鹽巖Z＜120。

由于成巖過(guò)程中碳同位素置換能力較弱，δ13C基本保持了沉積和早成巖階段的原始特征，因此主要受δ13C影響的Z值可以做為判斷古生界碳酸鹽巖的成巖介質(zhì)鹽度的指標(biāo)［11］。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

石灰?guī)r是鄂爾多斯盆地奧陶系碳酸鹽巖的主要巖石類型，包括原生石灰?guī)r和次生石灰?guī)r兩大類。原生石灰?guī)r主要為潮坪及淺海環(huán)境形成的泥晶灰?guī)r、顆?；?guī)r以及生物骨架灰?guī)r，由于成巖階段未經(jīng)歷白云石化作用，保留了較多沉積環(huán)境及早成巖環(huán)境的巖相及地球化學(xué)特征;次生石灰?guī)r主要形成于含膏巖或?qū)釉缙诤捅砩诘蓭r環(huán)境，由白云巖去云化及硬石膏巖去膏化作用形成［13］，巖石的巖相及地球化學(xué)特征主要反映了早期及表生期淡水成巖環(huán)境的特征。

鄂爾多斯盆地早古生代位于華北具鑲邊的陸表海臺(tái)地西部，根據(jù)水動(dòng)力條件自東部陸地至西部海洋，臺(tái)地相可進(jìn)一步劃分為蒸發(fā)臺(tái)地、局限海臺(tái)地、臺(tái)地邊緣或障壁島及開闊海臺(tái)地亞相。海侵期是石灰?guī)r形成的重要時(shí)期，以開闊海臺(tái)地亞相的泥晶灰?guī)r為主，其次為臺(tái)地邊緣亞相的顆?；?guī)r。黃思靜總結(jié)了前人的相關(guān)研究成果，并根據(jù)溫度、壓力、介質(zhì)性質(zhì)及埋藏深度等環(huán)境要素，將碳酸鹽巖成巖環(huán)境劃分為近地表(600～1 000 m)，表生期淡水及中—深埋藏(＞1 000 m)三大類成巖環(huán)境［14］。各成巖環(huán)境中的石灰?guī)r具有明顯不同的巖相及地球化學(xué)特征。

3.1 含顆粒或顆粒質(zhì)泥晶灰?guī)r

樣品主要采自盆地西、南緣上奧陶統(tǒng)平?jīng)鼋M及背鍋山組露頭。

巖石類型以灰黑色、灰色含生屑或生屑泥晶、球粒及粉砂屑灰?guī)r為主，灰泥及亮晶膠結(jié)物呈基底式支撐，成巖作用以機(jī)械壓實(shí)為主，表現(xiàn)為早期灰泥壓實(shí)與固結(jié)、顆粒壓扁、破碎及定向排列(圖2a)。

樣品 δ18O 介于 －6.49‰～－3.42‰，平均－5.17‰，δ13C 介于 0.29‰～1.87‰，平均 0.996‰(圖3)。據(jù)計(jì)算其成巖溫度介于14℃～31℃，平均22℃;表征介質(zhì)鹽度的Z值介于125～129，平均126(表2)。

數(shù)據(jù)表明含顆?；蝾w粒質(zhì)泥晶灰?guī)r是水體相對(duì)寧?kù)o的開闊海臺(tái)地淺海及礁后的沉積產(chǎn)物，以灰泥沉積為主;其成巖環(huán)境溫度較低(＜25℃)、同位素分餾程度較高［15］。

礦物微區(qū)碳、氧同位素測(cè)試結(jié)果顯示，腕足殼(圖2a)、具放射或同心紋層結(jié)構(gòu)的藻鮞(圖2c)及藻碎的18O，13C含量明顯偏低，δ18O介于 －14.14‰～－9.84‰，平均 － 12.39‰，δ13C 介于 －2.95‰～－1.67‰，平均 －2.44‰(表2)。表明生物骨屑相對(duì)富集輕同位素，而海水及灰泥相對(duì)富集重同位素。因此全巖δ18O，δ18C隨生屑含量增加而減少。

由于泥晶灰?guī)r及含顆?；蝾w粒質(zhì)泥晶灰?guī)r的早期膠結(jié)作用強(qiáng)烈，水、巖間的同位素交換作用受到限制。盆地西緣背鍋山組樣品的鍶同位素組成(87Sr/86Sr，0.707 9(±0.000 008))與中 － 晚奧陶世海水的鍶同位素組成(87Sr/86Sr，0.707 7～0.708 3)［14］具有一致性，這表明此類泥晶灰?guī)r的后期成巖蝕變程度較弱，更多地保存了海水沉積及早期成巖環(huán)境的地球化學(xué)特征。

開闊海臺(tái)地亞相主要分布于中奧陶統(tǒng)馬家溝組馬二、馬四段、峰峰組及上奧陶統(tǒng)平?jīng)鼋M及背鍋山組，是盆地深水環(huán)境的沉積產(chǎn)物。

3.2 亮晶顆?；?guī)r

樣品主要采自盆地東緣下奧陶統(tǒng)冶里組、盆地西、南緣寒武系張夏組、饅頭組及徐莊組露頭。

巖石類型主要為亮晶鮞?；?guī)r、亮晶鮞粒砂屑灰?guī)r及亮晶砂屑云灰?guī)r，以顆粒支撐為主，顆粒間充填泥晶及亮晶膠結(jié)物，顆粒內(nèi)常見菱形白云石晶體。成巖作用以早期方解石膠結(jié)及顆粒泥晶化為特征，具特征的海水潛流帶等厚環(huán)邊膠結(jié)(圖2b)、淡水滲流帶重力及新月形膠結(jié)(圖2c)以及淡水潛流帶塊狀膠結(jié)結(jié)構(gòu)［12］(圖2d)。

表2 鄂爾多斯盆地下古生界石灰?guī)r及方解石膠結(jié)物δ18O、δ13C測(cè)試數(shù)據(jù)Table 2 The testing data of carbon and oxygen stable isotopes of Lower Paleozoic limestones and calcite cements in Ordos Basin

樣品 δ18O 介于 － 10.68‰～－ 7.46‰，平均－8.72‰，δ13C 介 于 － 1.46‰～0.77‰，平 均－0.27‰(圖3)。據(jù)計(jì)算其成巖溫度介于30℃～49℃，平均40℃，Z值介于119～125(表2)。

圖3 鄂爾多斯下古石灰?guī)r及方解石膠結(jié)物δ18O、δ13C交會(huì)圖Fig.3 The cross plot of δ18O versus δ13C of Lower Paleozoic limestone and calcite cements in Ordos Basin

顆粒灰?guī)r形成于水動(dòng)力較強(qiáng)的臺(tái)地邊緣淺灘及潮坪沉積環(huán)境;成巖環(huán)境處于近地表海水潛流及早期淡水滲流及潛流成巖環(huán)境。海水潛流帶成巖溫度相對(duì)較低(平均36℃)，鹽度較高(Z＞121)，而早期淡水滲流及潛流帶成巖溫度相對(duì)較高(平均45℃)，成巖介質(zhì)鹽度低并以淡水為主(Z＜121)。

顆粒內(nèi)的菱形白云石微區(qū)碳、氧穩(wěn)定同位素測(cè)試結(jié)果顯示其 δ18O介于 －10.53‰～－10.21‰，平均 －10.37‰，δ13C 介 于 － 0.1‰～－ 0.59‰，平 均－0.35‰，數(shù)據(jù)明顯低于灰質(zhì)圍巖的δ18O和δ13C(表2)，顯示出顆?；?guī)r在早期淡水淋濾過(guò)程中，鮞粒、砂屑等富鎂顆粒往往發(fā)生選擇性白云化作用，形成了自形度較高的淡水或混合水白云石［16，17］(圖2d)。

由于早期膠結(jié)作用較強(qiáng)，顆?；?guī)r普遍致密且較少受埋藏期地層水影響，因此保存了更多沉積環(huán)境與正常海水及早期淡水成巖環(huán)境的地球化學(xué)特征。

臺(tái)地邊緣亞相的顆粒灰?guī)r主要分布于盆地西、南緣的寒武系張夏組、饅頭組及徐莊組。

3.3 角礫泥晶灰?guī)r及豹斑泥晶灰?guī)r

實(shí)驗(yàn)樣品主要采自盆地北部大牛地氣田馬家溝組馬五段鉆井巖芯及盆地東、南緣馬二及馬四段露頭。

角礫泥晶灰?guī)r具坍塌角礫結(jié)構(gòu)，礫間孔的膠結(jié)物具有世代膠結(jié)特征，孔隙壁分布早期細(xì)粒亮晶方解石膠結(jié)物，孔隙底部充填滲濾砂，孔隙中心由中－深埋藏期呈鑲嵌結(jié)構(gòu)的粗晶方解石膠結(jié)物充填(圖2e)。

泥晶灰?guī)r δ18O 介于 －10.54‰～－8.35‰，平均－9.17‰，δ13C 介于 － 2.36‰～－ 1.12‰，平均－1.82‰(圖3)。據(jù)計(jì)算其成巖溫度介于37℃～49℃，平均41℃，Z值介于118～120(表2)。

泥晶灰?guī)r為局限海臺(tái)地在海侵階段的沉積產(chǎn)物，在海平面周期性下降過(guò)程中與準(zhǔn)同生白云巖及蒸發(fā)巖形成巖石組合。在早期及表生期巖溶作用中，由于膏、鹽層溶蝕或形成溶洞，造成上覆灰?guī)r層坍塌并原地堆積，形成角礫泥晶灰?guī)r［11］。碳、氧同位素分析結(jié)果表明，其成巖環(huán)境溫度較低，具有明顯的淡水成巖環(huán)境的特征。

豹斑含云泥晶灰?guī)r或云灰?guī)r具有特征的斑狀構(gòu)造，斑塊為大小不等、形態(tài)各異的白云巖，云斑與圍巖呈漸變接觸［18］，自巖層頂界面向下云斑含量逐漸減少，白云石呈良好的菱面體晶型(圖2f)?；?guī)r基質(zhì)的 δ18O 介于 －8.59‰～－6.99‰，平均 －7.78‰，δ13C介于 －1.54‰～－0.75‰，平均 －1.05‰。據(jù)計(jì)算其成巖溫度介于34～38℃，平均34℃，Z值介于120～122(表2)。

李寶龍等認(rèn)為豹皮含云灰?guī)r是早期巖溶階段淡水或混合水白云化作用的典型產(chǎn)物，巖層頂面為早期沉積間斷面，云斑形成于干裂或裂縫灰質(zhì)充填物的淡水或混合水白云化作用［18］。碳、氧同位素分析數(shù)據(jù)表明，由于淡水淋濾作用，灰?guī)r基質(zhì)的δ18O、δ13C呈低值。另外樣品的鍶同位素組成(87Sr/86Sr為0.710 6(±0.000 009))，明顯高于中—晚奧陶世海水鍶同位素組成(87Sr/86Sr，0.707 7～0.708 3)［14］，有可能是殼源鍶摻入云斑的白云石有序度，數(shù)據(jù)表明此類豹斑灰?guī)r較高是淡水或混合水成巖環(huán)境白云化作用的產(chǎn)物［19］。

角礫泥晶灰?guī)r主要分布于盆地內(nèi)中奧陶統(tǒng)馬家溝組馬三、五段，豹斑含云灰?guī)r或云灰?guī)r多見于盆地周邊馬家溝組馬二、四段。

3.4 溶孔及裂縫淡水亮晶方解石膠結(jié)物

實(shí)驗(yàn)樣品主要采自盆地內(nèi)中奧陶統(tǒng)馬家溝組馬五段的露頭及鉆井巖芯。

角礫白云巖具坍塌角礫結(jié)構(gòu)，其原巖主要為局限海臺(tái)地及蒸發(fā)臺(tái)地的準(zhǔn)同生泥晶云巖，含大量膏、鹽結(jié)核假晶及鑄?？紫?。在早期層間巖溶及表生期風(fēng)化殼巖溶階段，膏、鹽溶解往往形成大量選擇性溶孔，溶孔多由加里東期高角度微裂縫貫通［20］，淡水滲流過(guò)程中溶孔底部沉積滲濾砂、上部充填淡水方解石膠結(jié)物，形成示底構(gòu)造(圖2g)。由于淡水方解石的Mn2+9 ppm低于激發(fā)陰極發(fā)光的Mn2+極限值為(20 ppm)［21］，因此其陰極發(fā)光暗淡。

淡水方解石膠結(jié)物的 δ18O介于 －10.54‰～－6.91‰，平均 － 9.0‰，δ13C 介于 － 5.64‰～－2.66‰，平均 －3.83‰(表2)。

數(shù)據(jù)表明，由于大氣淡水環(huán)境溫度變化小，淡水方解石膠結(jié)物及受淡水淋濾影響的顆?；?guī)r、角礫泥晶灰?guī)r及豹斑灰?guī)r的δ18O和δ13C分析數(shù)據(jù)，在δ18O～δ13C交會(huì)圖上分布于δ18O穩(wěn)定、δ13C隨淡水淋濾程度增加而顯著降低的“大氣淡水方解石線”［22］，其δ18O 介于 －10.54‰～－6.91‰，δ13C 自 －0.75‰降低至－6.68‰。按淡水環(huán)境δ18Ow=0‰計(jì)算，淺埋藏階段(＜1 000 m)淡水方解石膠結(jié)物的成巖溫度介于37℃～58℃，平均49℃，與非烴氣液包裹體的均一化溫度測(cè)試結(jié)果相近(35℃～60℃，平均47.5℃)［23］;Z值介于111～119，平均115，表明早期溶孔及裂縫中的方解石膠結(jié)物皆為淡水成因。

3.5 裂縫及溶孔中的熱液方解石膠結(jié)物

奧陶系碳酸鹽巖發(fā)育多期構(gòu)造裂縫，早期裂縫的淡水方解石膠結(jié)物陰極發(fā)光暗淡，而中－深埋藏期裂縫、溶孔及角礫間孔的方解石膠結(jié)物和桔黃色陰極發(fā)光(圖2h②)呈鑲嵌結(jié)構(gòu)(圖2e)。由于晚期方解石膠結(jié)物中的Fe/Mn(Fe/Mn=1.22)比值小于7，因此具強(qiáng)陰極發(fā)光特征［21］。

構(gòu)造微裂縫與鑄?？字惺镜讟?gòu)造的空間關(guān)系表明，富含有機(jī)酸的地層水很可能沿燕山期低角度微裂縫滲入(圖2i)溶蝕了孔隙中部分早期方解石膠結(jié)物［20］，由于二氧化硅過(guò)飽和孔隙中形成了自生石英膠結(jié)物，之后當(dāng)溶液中碳酸鈣達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)時(shí)，即沉淀于孔隙形成晚期方解石膠結(jié)物(圖2j)。局部取樣及微區(qū)碳、氧同位素測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，晚期方解石膠結(jié)物的 δ18O 介于 －21.34‰～－14.05‰，平均為－16.34‰，δ13C 介于 － 8.09‰～－ 4.86‰，平均－6.13‰(表2)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，中—深埋藏期地層溫度較高，氧同位素分餾效應(yīng)降低，使方解石膠結(jié)物的δ18O明顯減少［24］，另外在有機(jī)質(zhì)成熟過(guò)程中，由于大量有機(jī)碳介入，也可能促使晚期方解石膠結(jié)物的δ13C急劇減小(圖3)。

包裹體鑒定結(jié)果表明下古生界碳酸鹽巖中普遍存在鹽水、含烴類以及烴類包裹體(圖2k)，均一法測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)顯示，盆地北部馬五1—馬五3的含烴及氣液烴包裹體均一化溫度介于100℃～150℃，峰值124℃，盆地南部馬五1—馬五4的含烴及氣液烴包裹體均一化溫度介于108℃～150℃，峰值為136℃(圖4)。包裹體測(cè)溫結(jié)果表明，中—深埋藏期晚期方解石膠結(jié)物的成巖溫度介于100℃～150℃之間。在溫度與方解石和成巖介質(zhì)δ18O構(gòu)成的三維圖中［14］，中—深埋藏期酸性地層水的δ18O在－4‰～0‰之間，數(shù)據(jù)點(diǎn)分布于現(xiàn)代海水與現(xiàn)代淡水的數(shù)據(jù)區(qū)域之間(圖5)。

圖4 鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組五段含烴及烴類包裹體均一溫度Fig.4 Fluid-inclusion homogenization temperature(℃)of hydrocarbon inclusion of the fifth member of the Lower Ordovician Majiagou Formation in Ordos Basin

3.6 結(jié)晶結(jié)構(gòu)次生灰?guī)r

樣品采自盆地南部富縣地區(qū)馬家溝組頂部馬五1－4段的鉆井巖芯。

圖5 鄂爾多斯盆地下古生界石灰?guī)r成巖溫度與δ18O相關(guān)性模式圖(據(jù)黃思靜，2010)Fig.5 The crossplot of diagenesis temperature(℃)versus δ18O for Lower Paleozoic limestone in Ordos Basin(after Huang Sijing，2010)

巖石類型主要為去膏化巨晶灰?guī)r(圖2l)和去云化中—細(xì)晶灰?guī)r。去膏化巨晶次生灰?guī)r在陰極發(fā)光下表現(xiàn)出世代膠結(jié)及交代的特征，早期交代形成的方解石陰極發(fā)光昏暗，而晚期方解石陰極發(fā)光明亮(圖2h①)，且包含大量含烴及氣液烴包裹體(圖2k);去云化中—細(xì)晶或米粒狀次生灰?guī)r由灰質(zhì)霧心亮邊的菱形或橢圓形白云石假晶構(gòu)成，并含大量黃鐵礦和較多泥質(zhì)(圖2l)。

次生灰?guī)r的 δ18O 介于 －14.42‰～－8.48‰，平均 －12.05‰，δ13C 介于 －8.28‰～－2.91‰，平均－6.11‰(表2)。據(jù)計(jì)算其成巖溫度介于46℃～78℃，平均63℃，Z值介于111～119之間，平均115。數(shù)據(jù)表明次生灰?guī)r的成因與淺埋藏期大氣淡水活動(dòng)密切相關(guān)。在成巖溫度與δ18O模式圖中，次生灰?guī)r成巖介質(zhì)的δ18O介于－2‰～－6‰之間，數(shù)據(jù)點(diǎn)也分布于現(xiàn)代海水與現(xiàn)代淡水的數(shù)據(jù)區(qū)域之間(圖5)。

研究結(jié)果表明去膏化次生灰?guī)r主要形成于早期及表生期膏巖層溶解以及隨后發(fā)生的細(xì)菌硫酸鹽還原過(guò)程，同時(shí)形成大量黃鐵礦，膏巖層溶解產(chǎn)生富含Ca2+和SO2－4的地下水滲入白云巖層，促進(jìn)了白云巖層的去云化作用［25］，形成去云化中—細(xì)晶灰?guī)r。另外早期及表生期細(xì)菌硫酸鹽還原作用可產(chǎn)生的大量有機(jī)碳［11］，由于有機(jī)碳的滲入，使去膏化巨晶灰?guī)r的δ13C明顯低于去云化中—細(xì)晶灰?guī)r的δ13C。

4 結(jié)論

石灰?guī)r是鄂爾多斯盆地下古生界的主要巖石類型，主要包括顆?；?guī)r、泥晶灰?guī)r及次生灰?guī)r，方解石膠結(jié)物包括早期溶孔及裂縫淡水膠結(jié)物及中—深埋藏期裂縫熱液膠結(jié)物。不同成因的石灰?guī)r以及方解石膠結(jié)物具有明顯不同的碳、氧同位素組成。

(1)顆粒質(zhì)泥晶灰?guī)r或含顆粒泥晶灰?guī)r主要形成于碳酸鹽臺(tái)地弱到中等水動(dòng)力環(huán)境，顆粒灰?guī)r主要形成于臺(tái)地邊緣水動(dòng)力較強(qiáng)的沉積環(huán)境。海水潛流成巖環(huán)境的灰泥及顆粒富含碳、氧穩(wěn)定重同位素，藻粒、藻鮞及腕足殼等生物碎屑相對(duì)富含碳、氧輕同位素。泥晶灰?guī)r的成巖溫度低于顆?；?guī)r，而成巖介質(zhì)的鹽度大于顆粒灰?guī)r。

(2)受大氣淡水淋濾影響的顆?；?guī)r、角礫泥晶灰?guī)r、豹斑含云灰?guī)r或云灰?guī)r、去云化次生灰?guī)r以及淡水方解石膠結(jié)物的碳、氧同位素組成表現(xiàn)為氧同位素組成基本一致，碳同位素組成則隨著大氣淡水影響程度升高而降低，在δ18O～δ13C交會(huì)圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)集中分布于“大氣淡水方解石線”區(qū)域之內(nèi)。

(3)裂縫及溶孔中的亮晶方解石膠結(jié)物形成于不同時(shí)期，早期裂縫及溶孔中的方解石膠結(jié)物陰極發(fā)光暗淡，而晚期的方解石膠結(jié)物陰極發(fā)光明亮，其中含有大量含烴及氣液烴包裹體，包裹體均一化溫度在100℃～150℃之間，由于高溫同位素分餾以及有機(jī)碳大量介入，使得晚期方解石膠結(jié)物具有異常低的碳、氧重同位素含量。

(4)次生灰?guī)r主要包括去膏化巨晶次生灰?guī)r和去云化中—細(xì)晶次生灰?guī)r。巨晶灰?guī)r具多世代膠結(jié)與交代特征，早期交代產(chǎn)物由于細(xì)菌的硫酸鹽還原作用，降低了膠結(jié)物中重碳同位素含量;后期交代產(chǎn)物陰極發(fā)光明亮并含有大量含烴包裹體，碳、氧重同位素含量均為低值。近地表淡水環(huán)境的硫酸鹽溶解作用，促進(jìn)了去白云化作用，形成中—細(xì)晶次生灰?guī)r，其碳、氧重同位素含量與巨晶灰?guī)r對(duì)比相對(duì)較高。

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