朱世發(fā)，朱筱敏，劉英輝，陳相亦，王俊懷，王小軍，馬愛鈺

1) 中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，102249； 2) 中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院，北京，102249； 3) 中國(guó)石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依，834000

內(nèi)容提要: 白云質(zhì)巖類是準(zhǔn)噶爾盆地西北緣北東段烏爾禾—夏子街地區(qū)二疊系風(fēng)城組最為重要的油氣儲(chǔ)層類型，已提交石油三級(jí)儲(chǔ)量近億噸。在前人研究基礎(chǔ)上，本文采用巖石學(xué)和巖石地球化學(xué)相結(jié)合的分析手段，探討這套特殊白云質(zhì)巖的成因機(jī)制，為準(zhǔn)噶爾盆地西北緣白云質(zhì)巖致密油勘探、評(píng)價(jià)提供科學(xué)的地質(zhì)依據(jù)。通過(guò)X衍射、陰極發(fā)光、掃描電鏡觀察及巖石薄片鏡下鑒定認(rèn)為，發(fā)生白云石化作用的母質(zhì)為火山凝灰物質(zhì)以及陸源的、細(xì)粒的凝灰?guī)r碎屑。白云石普遍發(fā)育“霧心亮邊”和“環(huán)帶”等交代殘余結(jié)構(gòu)，非傳統(tǒng)的沉積成因；從巖層厚度以及礦物組成等判斷，不是熱水成因。元素分析表明，隨著白云石化成巖作用強(qiáng)度的增加以及外部流體的參與，巖石化學(xué)組分(包括主量元素如Fe、Mn和微量元素)或富集、或流失虧損，呈規(guī)律性變化。白云質(zhì)巖中的Yb/Ca與Yb/La比值分布在巖漿成因的范圍內(nèi)。綜合分析表明，研究區(qū)的白云質(zhì)巖的交代原始物質(zhì)為凝灰物質(zhì)，堆積之后發(fā)生蝕變、方解石化，在鎂離子參與下進(jìn)而發(fā)生不均勻白云石化。

白云質(zhì)巖類是準(zhǔn)噶爾盆地西北緣北東段烏爾禾—夏子街地區(qū)二疊系風(fēng)城組最為重要的油氣儲(chǔ)層類型(馮有良等，2011)，包括白云質(zhì)凝灰?guī)r、白云質(zhì)粉砂巖、凝灰質(zhì)白云巖等多種過(guò)渡巖石類型。近年來(lái)，西北緣白云質(zhì)巖致密油勘探持續(xù)獲得重大突破，已提交石油三級(jí)儲(chǔ)量近億噸(匡立春等，2012)。自20世紀(jì)80年代初，風(fēng)3、風(fēng)5和風(fēng)7等井在風(fēng)城組三段獲得工業(yè)油流以來(lái)，白云質(zhì)巖類儲(chǔ)層作為一種特殊的巖性油氣藏勘探目標(biāo)和致密儲(chǔ)層中的勘探熱點(diǎn)受到人們的極大重視(馮有良等，2011)。2009年，在風(fēng)南1井區(qū)塊風(fēng)城組一段和三段含白云質(zhì)和凝灰質(zhì)粉砂巖儲(chǔ)層中，提交石油控制儲(chǔ)量3575×104t。該井的突破進(jìn)一步推動(dòng)了準(zhǔn)噶爾盆地致密油的整體勘探，包括吉木薩爾凹陷(二疊系蘆草溝組)、沙帳—石樹溝凹陷(二疊系平地泉組)及博格達(dá)山前(蘆草溝組)3個(gè)白云質(zhì)巖致密油規(guī)模分布區(qū)(匡立春等，2012)。但在西北緣二疊系，白云質(zhì)巖類儲(chǔ)層的成因分析一直是地質(zhì)學(xué)的難題；白云質(zhì)巖類實(shí)際上是白云質(zhì)、火山凝灰質(zhì)、火山巖屑質(zhì)砂巖和少量的泥質(zhì)、鈣質(zhì)，在沉積和成巖作用的控制下，不同程度混合形成的多種巖石類型(孫玉善等，2011；朱世發(fā)等，2013)。

近年來(lái)，隨著白云質(zhì)巖致密油勘探持續(xù)獲得重大突破，針對(duì)白云質(zhì)巖的基礎(chǔ)研究也日益增加，但不同學(xué)者均持不同觀點(diǎn)。郭建鋼等(2009)、馮有良等(2011)和殷建國(guó)等(2012)研究認(rèn)為，風(fēng)城組的白云質(zhì)巖多為湖相中的碳酸鹽巖灰泥在成巖期經(jīng)后生白云石化作用形成。薛晶晶等(2012)通過(guò)巖芯及薄片觀察，分析了不同白云質(zhì)巖產(chǎn)狀，推斷白云質(zhì)巖主要為沉積成因(準(zhǔn)同生白云石化作用)，少量為混合水白云石化作用產(chǎn)物?？锪⒋旱?2012)將風(fēng)城組白云質(zhì)巖定義為準(zhǔn)同生白云石化形成的致密油儲(chǔ)層，與湖相暗色泥巖混合沉積，油氣勘探潛力巨大。魯新川等(2012)研究了烏爾禾—風(fēng)城地區(qū)白云質(zhì)巖的地球化學(xué)特征，通過(guò)主/微量元素和碳氧同位素分析，探討了白云石化流體的性質(zhì)，認(rèn)為白云質(zhì)巖主要是形成于早成巖階段陸相咸水湖泊中的蒸發(fā)白云巖。筆者等通過(guò)研究認(rèn)為，白云質(zhì)巖主要是埋藏后期成巖交代的結(jié)果，古水文條件并不是白云質(zhì)巖形成的決定性因素，咸化的沉積水只是在淺埋藏時(shí)(早成巖階段)溶解如火山玻璃等在堿性條件下的易溶物質(zhì)，此時(shí)并不能達(dá)到析出白云石的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)條件。蔣宜勤等(2012)通過(guò)巖石學(xué)分析認(rèn)為，風(fēng)城組白云質(zhì)巖類非沉積成因，其形成與湖底熱液噴流活動(dòng)有關(guān)。事實(shí)上，研究區(qū)厚巖層(>100m)中的白云石普遍具有霧心亮邊和環(huán)帶等交代殘余構(gòu)造，明顯為后期成巖交代產(chǎn)物(朱世發(fā)等，2013)；巖礦組成中缺少代表性的熱水沉積礦物。不能排除占有少量比例的“熱水沉積物”在后期埋藏過(guò)程中發(fā)生白云石化或者調(diào)整白云石化作用的可能，但即使如此，這種成因的白云質(zhì)巖并不占主體地位。

在前人研究基礎(chǔ)上，本文基于對(duì)20口井的巖芯和薄片觀察、60塊次樣品的分析化驗(yàn)測(cè)試，采用巖石學(xué)和巖石地球化學(xué)相結(jié)合的分析手段，探討這套特殊白云質(zhì)巖的成因機(jī)制，為準(zhǔn)噶爾盆地西北緣白云質(zhì)巖致密油勘探、評(píng)價(jià)提供科學(xué)的地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣的東北部，處于哈拉阿拉特山前，西起百口泉油田，東至紅旗壩，南與艾里克湖毗連，包括風(fēng)城、烏爾禾、紅旗壩和夏子街地區(qū)(圖1)，是一個(gè)受海西、印支、燕山和喜馬拉雅等多期構(gòu)造疊加的斷褶帶(馮建偉等，2009)。南北寬約30 km，東西長(zhǎng)約70 km，面積約2000km2。

在研究區(qū)內(nèi)，不同構(gòu)造期活動(dòng)劇烈，逆沖斷裂和斷層相關(guān)褶皺發(fā)育，且褶皺形態(tài)復(fù)雜。主要發(fā)育夏紅北斷裂及百烏斷裂等一系列北東向、北東東向斷裂。西北緣地區(qū)在早二疊世初佳木河組時(shí)期為殘留海環(huán)境(張義杰等，2007)，但范圍較小，并且由于后期河流的注入而很快淡化。早二疊世末風(fēng)城組時(shí)期，水體迅速擴(kuò)大，受蒸發(fā)作用和火山物質(zhì)蝕變影響水體鹽度較高，形成陸緣湖泊的咸化湖灣沉積(圖2)(朱世發(fā)等，2013)。在研究區(qū)西部的風(fēng)城地區(qū)和烏爾禾地區(qū)，風(fēng)城組巖性以含白云質(zhì)及凝灰質(zhì)巖石類型為主，靠近哈山方向有少量粉砂巖沉積，粉砂巖的巖石組分主要為細(xì)粒的凝灰?guī)r碎屑，地層厚度為500～1400m；在研究區(qū)東部的夏子街地區(qū)，風(fēng)城組以發(fā)育火山碎屑巖沉積建造為特征，巖性主要為酸性的沉凝灰?guī)r、凝灰?guī)r和熔結(jié)凝灰?guī)r等，白云質(zhì)巖類其次，熔巖不發(fā)育，地層厚度為270～470m(圖2)。風(fēng)城組火山機(jī)構(gòu)是石炭紀(jì)和早二疊世佳木河組時(shí)期火山繼承性活動(dòng)的結(jié)果，風(fēng)城組末期火山活動(dòng)逐漸減弱直至停止(Zhu Shifa et al., 2012)。

2 樣品分析與測(cè)試

本次研究共采集了20口井的60塊樣品，其中凝灰?guī)r樣品7個(gè)，方解石化凝灰?guī)r樣品10個(gè)，白云質(zhì)巖樣品43個(gè)。25塊樣品的X衍射全巖分析和13塊樣品的主量/微量元素分析是在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)地學(xué)實(shí)驗(yàn)中心完成(表1、表3和表4)；35塊樣品的巖石薄片制作及觀察、陰極發(fā)光顯微分析和掃描電鏡能譜分析(表2)是在中國(guó)石油大學(xué)(北京)油氣資源與探測(cè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

3 白云質(zhì)巖類巖石學(xué)和巖石地球化學(xué)特征

原巖類型是控制白云質(zhì)巖白云石化作用機(jī)理和基質(zhì)孔隙發(fā)育程度的主要因素。研究區(qū)風(fēng)城組白云質(zhì)巖類的巖性鑒定一直備受爭(zhēng)議，討論點(diǎn)在于原巖的類型(鮮繼渝，1985；周中毅等，1989)。部分學(xué)者將白云質(zhì)巖類劃分為泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥巖和白云質(zhì)粉砂巖等幾種巖性(如郭建鋼等，2009)。他們主要依據(jù)巖石白云石化程度和隱晶細(xì)粒(<10μm)物質(zhì)的多少來(lái)命名，同時(shí)將細(xì)粒物質(zhì)鏡下鑒定為泥質(zhì)(尤興弟，1986；劉文彬，1989)。

本文通過(guò)X衍射、陰極發(fā)光、掃描電鏡觀察及巖石薄片鏡下鑒定認(rèn)為，發(fā)生白云石化作用的母質(zhì)為火山凝灰物質(zhì)以及陸源的、細(xì)粒的凝灰物質(zhì)碎屑。

3.1 X衍射分析

基于9口井25塊樣品的X衍射全巖分析結(jié)果表明，白云質(zhì)巖的平均巖礦組成為：約20%的石英、約10%的鉀長(zhǎng)石、約20%的斜長(zhǎng)石、不到5%的方解石、25%～40%的白云石、不到8%的粘土礦物以及其他礦物成分(表1)。

隱晶質(zhì)的石英、斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石總含量超過(guò)了50%，而粘土礦物含量很低，因此不能將研究區(qū)這些細(xì)粒物質(zhì)僅依據(jù)粒級(jí)、顏色等簡(jiǎn)單地定為泥巖，應(yīng)該結(jié)合礦物成分分析確定，本區(qū)確定為脫?；?火山塵)凝灰?guī)r或沉凝灰?guī)r。

3.2 陰極發(fā)光顯微分析

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地西北緣北東段烏爾禾—夏子街地區(qū)位置及下二疊統(tǒng)風(fēng)城組頂面深度圖Fig. 1 Location of the Wuerhe—Xiazijie area, Junggar Basin, and depth contour of the top surface of the Lower Permian Fengcheng Formation

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地西北緣北東段烏爾禾—夏子街地區(qū)下二疊統(tǒng)風(fēng)城組混積地層發(fā)育特征Fig. 2 Development mode of mixed rocks of the Lower Permian Fengcheng Formation in Wuerhe—Xiazijie Area, Junggar Basin

陰極發(fā)光照片顯示，脫?；哪屹|(zhì)發(fā)光雜，硅質(zhì)不發(fā)光；后生白云石發(fā)紅光，呈星散狀分布在長(zhǎng)英質(zhì)火山玻璃基質(zhì)中(圖3a和b)。長(zhǎng)石斑晶呈現(xiàn)藍(lán)色，長(zhǎng)石碳酸鹽化后發(fā)紅光(圖3c和d)。由此，火山凝灰物質(zhì)中長(zhǎng)石的蝕變即碳酸鹽化具有直觀的巖石學(xué)證據(jù)。

3.3 掃描電鏡及能譜分析

研究區(qū)風(fēng)城組白云質(zhì)巖中白云石普遍具有“霧心亮邊”和“環(huán)帶”等交代殘余特征(圖4)。能譜分析表明，“霧心”和“亮邊”的元素組成特征不同(表2)。如圖3b，“霧心”的n(Mg)/n(Ca)為1.258，“亮邊”的n(Mg)/n(Ca)為1.374，反映出“亮邊”的鎂離子含量高于“霧心”。交代白云石的邊部較長(zhǎng)時(shí)間與富鎂流體接觸反應(yīng)，而且白云石化較為充分。

3.4 元素分析

通過(guò)對(duì)烏爾禾—夏子街地區(qū)風(fēng)城組特殊白云質(zhì)巖巖芯樣品主量及微量元素分析發(fā)現(xiàn)，未蝕變凝灰?guī)r(或沉凝灰?guī)r，下同)、方解石化凝灰?guī)r、基質(zhì)白云巖以及交代團(tuán)塊白云巖的各元素含量呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性變化，表明隨著白云石化成巖作用強(qiáng)度的增加以及外部流體的參與，巖石化學(xué)組分或富集、或流失虧損(表3)。

表1 準(zhǔn)噶爾盆地烏爾禾—夏子街地區(qū)下二疊統(tǒng)風(fēng)城組細(xì)粒沉積物X衍射全巖分析數(shù)據(jù)表Table 1 The data of bulk rock analysis by X-ray diffraction of the fine sediments in the Lower Permian Fengcheng Formation in Wuerhe—Xiazijie area, Junggar Basin

3.4.1 Mg、Ca及Mg/Ca

整體上，白云質(zhì)巖Mg含量(平均值為40180×10-6)和Mg/Ca比(平均值為0.77)明顯高于方解石化凝灰?guī)r樣品(平均值分別為22054×10-6和0.33)，說(shuō)明富Mg流體的參與是形成白云巖的必要條件。在(方解石化)凝灰?guī)r樣品中，Ca含量較高，平均值為75265×10-6，明顯高于白云質(zhì)巖類樣品的53060×10-6(表3)。Ca在凝灰?guī)r中常常組成富鈣斜長(zhǎng)石。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地烏爾禾—夏子街地區(qū)下二疊統(tǒng)風(fēng)城組長(zhǎng)英質(zhì)火山玻璃白云石化在陰極發(fā)光顯微鏡下特征Fig. 3 Dolomitization of the intermediate—mafic glasses of the Lower Permian Fengcheng Formation in Wuerhe—Xiazijie Area, Junggar Basin, under cathodoluminescence microscope (a)為正交偏光顯微鏡照片，(b)為(a)視域下陰極發(fā)光顯微鏡照片，(a)和(b)均來(lái)自風(fēng)15井，3073m，凝灰?guī)r；(c)為正交偏光顯微鏡照片，(d)為(c)視域下陰極發(fā)光顯微鏡照片，(c)和(d)均來(lái)自風(fēng)城011井，3861.40m (a) is a picture of crossed polarizer, and (b) is a picture form cathodoluminescence microscope as same domain as (a). (a) and (b) come from Well Feng-15, 3073m, a sample of tuff. (c) is a picture of crossed polarizer, and (d) is a picture form cathodoluminescence microscope as same domain as (c). (c) and (d) come from Well Fengcheng-011, 3861.40m

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地西北緣北東段烏爾禾—夏子街地區(qū)下二疊統(tǒng)風(fēng)城組白云石的交代特征Fig. 4 Characteristics of replacement of the dolomitic rocks of the Fengcheng Formation in Wuerhe—Xiazijie Area (a)和(b) 粗粉晶白云石,風(fēng)南1井,4183.5m；(c) 污濁狀白云石，晶形較好具環(huán)帶,也是多期交代作用所致,風(fēng)20井,3138.2m。 (a) and (b): Coarse silt-sized dolomite, Well Fengnan-1, 4183.5m; (c): “Dirty” dolomite with good crystal outline and replacement remnant, Well Feng-20, 3138.2m

3.4.2Fe和Mn

由凝灰?guī)r、方解石化凝灰?guī)r到白云質(zhì)巖類，F(xiàn)e的平均含量逐漸降低，分別為94300×10-6、45200×10-6和39550×10-6(表3)，這一變化與成巖作用強(qiáng)度有關(guān)。Mn的含量具有相似的變化規(guī)律，在凝灰?guī)r類樣品和白云質(zhì)巖類樣品Mn平均含量分別為1150×10-6和486×10-6。

3.4.3Sr、Ba和Sr/Ba

隨著白云石化作用的進(jìn)行，Sr/Ba值有增加的趨勢(shì)，凝灰?guī)r類平均為1.63；白云質(zhì)巖類為3.13，反映出有Sr/Ba更高的海相地層水的加入。但整體上Sr的含量小于1000×10-6的現(xiàn)代海水標(biāo)準(zhǔn)。

3.4.4 REE分析

本次研究對(duì)烏爾禾—夏子街地區(qū)不同巖類樣品的稀土元素配分模式進(jìn)行了分析。為了盡量避免巖石中粘土礦物、石英等富REE礦物對(duì)地球化學(xué)數(shù)據(jù)的影響，在微量元素的測(cè)試過(guò)程中，采用LA-ICP-MS 對(duì)白云石進(jìn)行原位分析。分析數(shù)據(jù)(表4)經(jīng)北美頁(yè)巖NASC (North American shale composite)標(biāo)準(zhǔn)化。REE 配分模式(圖5)顯示：各類樣品都具有重稀土相對(duì)富集、輕稀土相對(duì)虧損的配分特征，未蝕變凝灰?guī)r、方解石化凝灰?guī)r、基質(zhì)白云巖和交代團(tuán)塊白云巖在整體上具有較一致的繼承性關(guān)系；并且隨著白云石化成巖作用的深入，REE 的含量呈遞減的趨勢(shì)(圖5)，反映了貧REE的外源流體參與后生成巖作用逐漸增強(qiáng)的演化趨勢(shì)。

表2準(zhǔn)噶爾盆地西北緣北東段烏爾禾—夏子街地區(qū)下二疊統(tǒng)風(fēng)城組埋藏交代白云石的掃描電鏡能譜分析

Table2SEMEDSofmetasomaticdolomiteoftheLowerPermianFengchengFormationinWuerhe—XiazijieArea,JunggarBasin

“亮邊”元素質(zhì)量(%)物質(zhì)的量(%)C12.3920.03O42.7051.81Mg20.4216.30Ca24.4911.86“霧心”C13.3221.58O39.5348.08Na01.7001.44Mg15.3312.27Al02.1501.55Si07.1404.95K00.7600.38Ca20.0709.75

ΣREE 反映被測(cè)樣品對(duì)稀土元素的富集程度。本次測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，特殊白云質(zhì)巖對(duì)REE 的富集程度較高，相比之下，未蝕變凝灰?guī)r>方解石化凝灰?guī)r>基質(zhì)白云巖>交代團(tuán)塊白云巖。ΣLREE/ΣHREE 為輕、重稀土元素的比值，這一參數(shù)能較好地反映輕、重稀土元素的分異程度。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，這一參數(shù)未蝕變凝灰?guī)r<方解石化凝灰?guī)r<基質(zhì)白云巖<交代團(tuán)塊白云巖，隨著成巖作用的深入，輕稀土相對(duì)富集，而重稀土相對(duì)而言發(fā)生虧損。

4 關(guān)于白云石成因的討論

4.1 火山物質(zhì)蝕變、后期白云石化

在含火山巖或火山碎屑巖的沉積盆地地層中，自生方解石、白云石等碳酸鹽礦物常常作為中基性火山物質(zhì)蝕變的產(chǎn)物出現(xiàn)(McKinleyet al.，2003)。Garrels和Mackenzie(1967)研究?jī)?nèi)華達(dá)山及美國(guó)其他地區(qū)的泉水認(rèn)為，流經(jīng)火山巖的泉水，其80%的化學(xué)組分受斜長(zhǎng)石水解影響，具有富鈉、貧鈣、高pH的特征，伴生大量自生方解石沉淀。Lawrence等(1975)基于沉積物和火山物質(zhì)的穩(wěn)定同位素組成分析，研究了深海鉆探(DSDP Leg35)取得巖芯在與海水地層水反應(yīng)的地質(zhì)背景下原始組分的蝕變、自生礦物的沉淀，指出海底(埋深小于30m)玄武巖及火山灰物質(zhì)的低溫蝕變(13～39℃)受海水的高鹽度控制，形成大量自生方解石和白云石。Orajaka (1987)研究美國(guó)得克薩斯州TranS-PecoS油礦區(qū)Tas-cotal組的巖石特征發(fā)現(xiàn)，當(dāng)少量玻璃質(zhì)溶解時(shí)，方解石開始沉淀；當(dāng)更多的玻璃質(zhì)溶解時(shí)，方解石持續(xù)析出，直到溶液最終沒有CO2時(shí)才停止。Voltaggio 等 (1997) 研究了意大利火山島上斷裂充填的方解石，認(rèn)為現(xiàn)今破火山口上廣泛分布的方解石巖脈的形成與火山物質(zhì)中的富鈣斜長(zhǎng)石蝕變有關(guān)，確定了鈣元素來(lái)自火山物質(zhì)。Banks and Frengstad(2006)研究了挪威艾格松前寒武系火成巖地層水化學(xué)組分的早期演化特征，認(rèn)為二氧化碳能夠引起斜長(zhǎng)石水解并在pH 為8.0～8.3范圍析出方解石。伴隨方解石沉淀的硅酸鹽礦物水解是富含長(zhǎng)石的成巖環(huán)境中一個(gè)非常重要的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程(Banks and Frengstad，2006)，其間產(chǎn)生富鈉、貧鈣和高pH的地層水不需大規(guī)模的外界離子供給、交換。

截止目前，大規(guī)模發(fā)育的、與蝕變火山物質(zhì)相關(guān)的白云質(zhì)巖尚未有報(bào)道。但火山玻璃脫?；透烩}長(zhǎng)石蝕變形成自生方解石已被關(guān)注。眾所周知，自生方解石在富含鎂離子的成巖環(huán)境，埋藏交代，可以形成大量的白云石。但需要特定的溫度、壓力等條件(Mattes and Mountjoy，1980)。值得注意的是，強(qiáng)烈方解石化的火山凝灰?guī)r若要在埋藏成巖環(huán)境中形成分布廣泛的白云質(zhì)巖類(如在研究區(qū)面積近600km2，累積厚度20～300m)，則需要大量的鎂離子供應(yīng)，而且白云石化流體的大規(guī)模運(yùn)移需要一定的驅(qū)動(dòng)機(jī)制(Wilsonet al., 2001；朱世發(fā)等，2013)。前文已分析了白云質(zhì)巖的巖礦組成，其中的白云石含量普遍小于50%；在鎂離子供給充足的情況下，這種方解石化的凝灰?guī)r將發(fā)生不均勻的白云石化作用，且交代強(qiáng)度較弱。研究區(qū)白云石化的原巖不僅包括火山作用形成的凝灰?guī)r，還包括陸源的、細(xì)粒的凝灰物質(zhì)碎屑組成的沉凝灰?guī)r，兩者可以形成巨厚(>100m)的巖層(圖2)。熱水沉積則不可能形成如此厚的研究區(qū)白云質(zhì)巖沉積物，而且火山巖屑質(zhì)的粉砂巖和砂巖中也發(fā)育白云石，用熱水沉積觀點(diǎn)則難以解釋。缺少典型的熱水沉積指相礦物，如硫酸鹽礦物等。

表3 準(zhǔn)噶爾盆地烏爾禾—夏子街地區(qū)下二疊統(tǒng)風(fēng)城組未蝕變凝灰?guī)r(Ash)、方解石化凝 灰?guī)r(Ca-Ash)、基質(zhì)白云巖(MD)和交代團(tuán)塊白云巖(RD)主量元素測(cè)試數(shù)據(jù)Table 3 Results of the major element of the unaltered ash (Ash), the ash with calcilization (Ca-Ash), the matrix dolostone (MD) and the lumpy replacement dolostone (RD) of the Fengcheng Formation in Wuerhe—Xiazijie Area

注： δEu=EuN/Eu*= EuN/(0.5SmN+0.5GdN); δCe=CeN/Ce*= CeN/(0.5LaN+0.5PrN)。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地烏爾禾—夏子街地區(qū)下二疊 統(tǒng)風(fēng)城組白云質(zhì)巖Yb/La與Yb/Ca交匯圖Fig. 6 Cross plot of Yb/La—Yb/Ca of special dolomitic rocks of the Lower Permian Fengcheng Formation in the Wuerhe—Xiazijie area, Junggar Basin

4.2 進(jìn)一步研究的注意問(wèn)題

總結(jié)前人研究，在下一步工作中需要注意以下8方面問(wèn)題：① 白云質(zhì)巖產(chǎn)出不規(guī)則，普遍具有成巖交代現(xiàn)象，顯然主體非沉積成因，而且非湖底熱液成因，交代的原巖不是傳統(tǒng)的灰?guī)r。② 不能忽略與白云質(zhì)混合的、已經(jīng)脫?；椅镔|(zhì)的影響。③ 需要系統(tǒng)討論白云石化流體的來(lái)源，特別是與下伏佳木河組和石炭系海水地層水的聯(lián)系、與風(fēng)城組咸化湖泊沉積水的聯(lián)系、與風(fēng)城組火山噴發(fā)物水解、蝕變的聯(lián)系。且前人關(guān)于鎂離子來(lái)源的觀點(diǎn)沒有巖石地球化學(xué)的示蹤分析。④ 需要從流體包裹體捕獲和成巖角度來(lái)分析白云石形成的溫度和鹽度，確定白云石化發(fā)生的地質(zhì)時(shí)間。⑤ 需要進(jìn)一步分析特殊白云石化過(guò)程中的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)機(jī)制。⑥ 需要明確白云石化流體運(yùn)移的通道和驅(qū)動(dòng)機(jī)制(如逆掩構(gòu)造活動(dòng)，火山熱流等)。⑦ 建立研究區(qū)特殊地質(zhì)背景下的白云石化模式，不排除具有多種成因的可能。⑧ 明確致密油儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素。

5 結(jié)論

(1) 巖石學(xué)和巖石地球化學(xué)特征表明，準(zhǔn)噶爾盆地西北緣北東段下二疊統(tǒng)風(fēng)城組發(fā)生白云石化作用的母質(zhì)為凝灰物質(zhì)，包括火山噴發(fā)物質(zhì)和陸源的、細(xì)粒的凝灰?guī)r碎屑。

(2) 準(zhǔn)噶爾盆地西北緣北東段下二疊統(tǒng)風(fēng)城組中的白云石普遍發(fā)育“霧心亮邊”和“環(huán)帶”等交代殘余結(jié)構(gòu)，主體非傳統(tǒng)的沉積成因；從巖層厚度以及礦物組成等判斷，不是熱水成因。

(3) 元素分析表明，隨著白云石化成巖作用強(qiáng)度的增加以及外部流體的參與，巖石化學(xué)組分(包括主量元素如Fe、Mn和微量元素)呈規(guī)律性變化。白云質(zhì)巖中的Yb/Ca與Yb/La比值分布在巖漿成因的范圍內(nèi)。

(4) 綜合分析表明，準(zhǔn)噶爾盆地西北緣北東段下二疊統(tǒng)風(fēng)城組的白云質(zhì)巖交代原始物質(zhì)在堆積之后發(fā)生蝕變、方解石化，在鎂離子參與下發(fā)生不均勻白云石化。在進(jìn)一步研究中，需要注意交代原巖、鎂離子來(lái)源、白云石化時(shí)間、流體驅(qū)動(dòng)機(jī)制等問(wèn)題。