萬友利，王 劍，萬 方，付修根，王忠偉，沈利軍

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心 國土資源部沉積盆地與油氣資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610081；2.中國地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心 沉積與能源地質(zhì)研究室，成都 610081；3.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 地球科學(xué)學(xué)院，武漢 430074)

羌塘盆地南部古油藏帶布曲組碳酸鹽巖稀土元素特征及意義

萬友利1,2，王 劍1,2，萬 方2，付修根1,2，王忠偉1,3，沈利軍1

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心 國土資源部沉積盆地與油氣資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610081；2.中國地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心 沉積與能源地質(zhì)研究室，成都 610081；3.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 地球科學(xué)學(xué)院，武漢 430074)

在羌塘盆地南部古油藏帶布曲組碳酸鹽巖的詳細(xì)巖石學(xué)分析基礎(chǔ)上，研究不同類型碳酸鹽巖的稀土元素特征，結(jié)果表明：①研究區(qū)碳酸鹽巖包括灰?guī)r、泥—微晶白云巖、(殘余)顆粒白云巖、晶粒白云巖及鞍形白云巖；②各類碳酸鹽巖均具有較低的稀土元素總量，能夠指示沉積或成巖流體的性質(zhì)，部分鞍形白云巖樣品稀土元素總量高于灰?guī)r，預(yù)示著可能有外來流體的加入；③不同類型碳酸鹽巖稀土總量具有差別，但經(jīng)太平洋表層海水標(biāo)準(zhǔn)化后，具有相似的稀土元素配分模式，LaN/YbN平均值為2.86，輕微的輕稀土富集和重稀土虧損，隨著白云石化程度的增加，輕稀土富集程度變?nèi)?，δCe正異常(平均值2.94)和δEu正異常(平均值1.43)，這些特征說明布曲組碳酸鹽巖沉積于氧化性質(zhì)的水體中，白云石化流體主要為同期海源地層水，但在烴類充注以后成巖環(huán)境變?yōu)檫€原環(huán)境，受早白堊世末期拉薩地體與羌塘地塊剪刀式碰撞，研究區(qū)布曲組地層中有大氣淡水加入，再次受到新生代構(gòu)造熱事件影響，形成鞍形白云巖，構(gòu)造熱事件為Eu2+富集提供溫度條件。

稀土元素；沉積環(huán)境；成巖流體；布曲組；羌塘盆地

沉積巖中各元素的遷移富集規(guī)律，不僅取決于元素自身的物理化學(xué)性質(zhì)，同時(shí)受到沉積時(shí)的古氣候條件、古環(huán)境以及后期的成巖流體疊加影響[1]。據(jù)此，前人將沉積巖中各元素的相對(duì)含量、稀土元素(REE)配分模式等用作沉積巖的地球化學(xué)行為示蹤劑，在判定陸源碎屑巖的母巖性質(zhì)[2]、揭示母巖的風(fēng)化程度[3]、恢復(fù)沉積盆地的沉積環(huán)境[4]中取得良好效果。而對(duì)海相碳酸鹽沉積物來說，由于REE水合物的吸附作用，造成碳酸鹽沉積物表面稀土元素富集，并且稀土元素離子半徑與Ca2+相近，能夠置換出碳酸鹽礦物中的Ca2+，使得碳酸鹽礦物中稀土元素配分模式能夠有效指示沉積流體的性質(zhì)，同時(shí)受成巖過程中成巖流體的影響，特別是不同來源的白云石化流體往往具有不同的稀土元素配分模式，在其中發(fā)育的白云石沉淀能夠繼承母液的性質(zhì)，因此稀土元素中某些元素的異常程度可以很好地反映沉積水體和成巖流體的氧化還原性質(zhì)，也對(duì)形成碳酸鹽巖礦物的流體來源具有指示意義。前人對(duì)白云巖稀土元素?cái)?shù)據(jù)的分析，大多是利用球粒隕石或者頁巖的REE測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后討論稀土元素的配分特征。然而，白云巖的形成往往與海水的成分有著直接或間接的關(guān)系，但與隕石沒有任何內(nèi)在聯(lián)系，也與碎屑巖無成因關(guān)聯(lián)，因此利用海水的REE組成對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理是恰當(dāng)?shù)?。胡文瑄等在研究塔里木盆地[5]和四川盆地[6]白云巖時(shí)，利用海水對(duì)REE數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，取得良好效果。其中海水REE組成引自Kawabe等[7]發(fā)表的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)的海水樣品來自北太平洋184 m深度，處于方解石、文石的補(bǔ)償深度以上，能夠保證海水中REE組成的穩(wěn)定性，由于海水REE含量非常低，其在標(biāo)準(zhǔn)化之前，將海水的REE濃度擴(kuò)大了106倍。

羌塘盆地中侏羅統(tǒng)布曲期海相碳酸鹽巖沉積于羌塘盆地拗陷階段，是其南側(cè)班公湖—怒江洋盆進(jìn)一步擴(kuò)張，盆地持續(xù)、穩(wěn)定、快速沉降階段海侵背景下發(fā)育的一套碳酸鹽沉積物；受高頻海平面變化控制，在布曲組不同層段發(fā)育有白云巖。前人對(duì)其沉積環(huán)境及成因進(jìn)行大量研究，如馮興雷等[8]認(rèn)為中央隆起帶西段北緣那底崗日地區(qū)布曲組由于大量的陸源碎屑物質(zhì)進(jìn)入，發(fā)育近岸碳酸鹽沉積；陳文彬等[9]認(rèn)為該地區(qū)布曲組海相烴源巖層段水體為還原環(huán)境；劉建清等[10]則依據(jù)古油藏帶布曲組白云巖的稀土元素特征，建立白云巖的混合水交代成因模式，并認(rèn)為白云巖形成于古地理相對(duì)高點(diǎn)的氧化環(huán)境；伊海生等[11]基于原位激光剝蝕—碳氧同位素分析，認(rèn)為中央隆起帶南側(cè)古油藏帶布曲組晶粒白云巖為高溫埋藏成因；張帥等[12]提出古油藏帶鞍形白云巖為構(gòu)造熱液和高溫埋藏成因；筆者基于詳細(xì)的巖石學(xué)研究和碳氧鍶同位素、流體包裹體分析，提出古油藏帶布曲組白云巖發(fā)育在高位體系域晚期，白云石化流體主要為同期局限環(huán)境的蒸發(fā)海水的觀點(diǎn)，并將白云石化過程劃分為準(zhǔn)同生階段、淺埋藏階段和中深埋藏階段，鞍形白云石的形成與構(gòu)造活動(dòng)有關(guān)，并且鞍形白云石的成巖流體有大氣淡水參與。由此看來，對(duì)羌塘盆地南部古油藏帶布曲組的沉積環(huán)境及白云巖成因還存在諸多爭議。本次研究在對(duì)古油藏帶布曲組碳酸鹽詳細(xì)的巖相學(xué)分析的基礎(chǔ)上，通過對(duì)布曲組發(fā)育的各類型白云巖系統(tǒng)的REE分析，探討研究區(qū)布曲組的沉積環(huán)境，并對(duì)白云石化流體進(jìn)行示蹤，以期為研究區(qū)白云巖成因認(rèn)識(shí)提供更多依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

圖1 羌塘盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐旨把芯繀^(qū)位置

羌塘盆地位于特提斯域東段(圖1)，是在前寒武系古老的結(jié)晶基底上發(fā)育的中生代海相沉積盆地[13-16]。羌塘中生代海相沉積盆地的發(fā)育與古特提斯洋消亡、中特提斯洋的擴(kuò)張密切相關(guān)。晚石炭世末—早二疊世初期，滇緬泰馬和羌塘地塊作為Cimmerian大陸一部分從岡瓦納大陸東北緣分離，并被陸間裂谷分割，中特提斯洋打開；至晚二疊世(約255 Ma)，岡瓦納大陸東北緣裂出的拉薩地塊、西緬甸地塊、Cimmerian陸塊、羌塘地塊、滇緬泰馬陸塊向北俯沖，古特提斯洋開始消減、消亡，中特提斯洋開始擴(kuò)張，此時(shí)南北羌塘地塊間的局限洋關(guān)閉。在晚三疊世末期，羌塘地塊南部的拉薩地塊向北呈自西向東剪刀式碰撞，班公湖—怒江洋盆閉合，同時(shí)造成羌塘地塊與北側(cè)的拉竹籠—可可西里碰撞，在縫合帶東段隆起造山，西段可能仍與塔里木盆地和田、若羌一帶殘留洋盆連通，在南北羌塘地塊間的雙湖—龍木措局限洋也同步隆起造山，形成中央隆起帶，甚至使羌塘地塊可能大面積暴露(暴露時(shí)間約2 Ma)。之后，隨著羌塘地塊—拉薩地塊之間的班公湖—怒江洋盆又一次打開，盆地由擠壓環(huán)境變?yōu)槔瓘埈h(huán)境，在盆地內(nèi)部發(fā)育3個(gè)板內(nèi)裂陷[16]，形成“壘—塹”相間的盆地底形格局，也標(biāo)志著中生代海相沉積盆地開啟，隨后經(jīng)歷雀莫錯(cuò)期裂陷階段，到布曲組沉積期羌塘盆地進(jìn)入持續(xù)穩(wěn)定沉降階段——拗陷期。由于班公湖—怒江洋盆進(jìn)一步擴(kuò)張，海水由南向北發(fā)生最大規(guī)模的一次海侵，沉積了布曲組巨厚的碳酸鹽巖。

盆地開啟后的沉積充填過程表現(xiàn)出對(duì)盆地底形的繼承，在羌塘盆地南部的古油藏帶，布曲組下伏地層莎巧木組沿鄂雅錯(cuò)北東、畢洛錯(cuò)東、昂達(dá)爾錯(cuò)、其香錯(cuò)西一線展布，大致平行于肖茶卡—畢洛錯(cuò)裂陷槽，為布曲組沉積提供了水下古隆起(即高地)；布曲組沉積時(shí)繼續(xù)這一地貌特征，在此一帶發(fā)育了臺(tái)內(nèi)淺灘環(huán)境碳酸鹽巖沉積。在巖性上為多個(gè)(厘)米級(jí)“泥晶灰?guī)r—砂屑灰?guī)r—云質(zhì)砂屑灰?guī)r—灰質(zhì)云巖—砂糖狀白云巖”疊置的巖性旋回，發(fā)生白云石化作用層段受到高頻相對(duì)海平面變化控制(圖2)。布曲組沉積以后快速埋藏，最大埋深可達(dá)4 000 m，至早白堊世晚期，由于拉薩地塊與羌塘地體的碰撞，在南羌塘坳陷因受到剪應(yīng)力形成拉伸環(huán)境。布曲組沉積以后，受燕山晚期和喜馬拉雅期多幕次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及青藏高原隆升過程的控制，最終形成現(xiàn)在兩坳夾一隆的構(gòu)造格局，同時(shí)布曲組碳酸鹽巖也遭受了多期次、多類型成巖流體改造疊加。

2 樣品及實(shí)驗(yàn)方法

研究中183件巖石薄片樣品來自2014年完成的QZ11、QZ12兩口全取心井，通過巖心觀察與描述，將采集的樣品制備巖石薄片并保留相應(yīng)的副樣。通過薄片鑒定與陰極發(fā)光分析，依據(jù)Gregg和Sibley[17-18]的理論進(jìn)行白云巖晶體結(jié)構(gòu)分類，在此基礎(chǔ)上，用牙鉆在副樣相應(yīng)位置進(jìn)行微區(qū)取樣(0.05～0.1 mm)，用瑪瑙乳缽磨至200目，用于稀土元素分析，共獲取38件元素分析樣品。

圖2 羌塘盆地南部QZ12井布曲組白云巖段巖性—地層柱狀圖

薄片鑒定與陰極發(fā)光在國土資源部西南礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心完成，稀土元素分析在國土資源部成都礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測(cè)中心進(jìn)行。采用酸溶法制備樣品，測(cè)試儀器為電感耦合等離子體質(zhì)譜儀ICP-MS(iCAP Q)，采用多元素配置混合標(biāo)準(zhǔn)校正法，以銠作為內(nèi)標(biāo)測(cè)試，同時(shí)使用GBW07105、GBW07106和GBW07109在相同分析條件下作為質(zhì)量監(jiān)控樣進(jìn)行測(cè)定，精度優(yōu)于5%。

3 巖石學(xué)特征

羌塘盆地南部古油藏帶布曲組碳酸鹽巖包括灰?guī)r、白云巖及過渡性巖類，其中灰?guī)r包括泥晶灰?guī)r、泥晶砂屑灰?guī)r和亮晶砂屑灰?guī)r。依據(jù)白云巖中對(duì)先驅(qū)灰?guī)r原始組構(gòu)的保存情況，將其分為保留先驅(qū)灰?guī)r原始組構(gòu)的白云巖(RD1)、不保留先驅(qū)灰?guī)r原始組構(gòu)的白云巖及白云石充填物。保留先驅(qū)灰?guī)r原始組構(gòu)的白云巖可進(jìn)一步分為泥—粉晶白云巖、(殘余)顆粒白云巖。對(duì)不保留先驅(qū)灰?guī)r原始組構(gòu)的白云巖，依據(jù)其白云石晶體的晶面邊界將其分為自形、半自形和他形[17-18]，同時(shí)依據(jù)其晶體大小分為細(xì)晶、中—粗晶，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，將布曲組晶粒白云巖分為細(xì)晶、自形白云巖(RD2)，細(xì)晶、半自形白云巖(RD3)和中—粗晶、他形白云巖(RD4)。同時(shí)，以縫、洞充填物形式產(chǎn)出的白云石可能具有重要的成因指示意義，如鞍形白云石往往被認(rèn)為與熱液有關(guān)[19]，因此將這類白云石單獨(dú)分為白云石充填物。過渡性巖類包括云質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)云巖，作者在前期研究過程中，依據(jù)其碳氧、鍶同位素及流體包裹體測(cè)溫，將其解釋為中—深埋藏階段、不徹底的白云石化產(chǎn)物，并將其歸為中—粗晶、他形白云巖一類，本次研究不再對(duì)其單獨(dú)討論。

3.1灰?guī)r

研究區(qū)灰?guī)r以顆粒支撐為主，含少量灰泥支撐的泥晶灰?guī)r(圖3a)，其中顆粒支撐的灰?guī)r以亮晶砂屑灰?guī)r最為常見(圖3b)。鏡下觀察表明，該類灰?guī)r具有砂屑結(jié)構(gòu)，砂屑成分主要為藻砂屑，部分層段含有少量的生屑成分，推測(cè)形成于較強(qiáng)水動(dòng)力條件的臺(tái)地邊緣淺灘或臺(tái)內(nèi)淺灘環(huán)境。

3.2白云巖

3.2.1 保留先驅(qū)灰?guī)r原始組構(gòu)的白云巖

(1)泥—粉晶白云巖。該類白云巖在研究區(qū)發(fā)育較少，在顯微鏡下，主要由泥晶到粉晶級(jí)白云石組成，晶體細(xì)小，晶型差，多為半自形—他形晶，局部可見藻砂屑幻影或藻砂屑顆粒，晶體間不見蒸發(fā)鹽類，但發(fā)育有溶蝕孔；溶蝕孔具有組構(gòu)選擇性，推測(cè)為伴生的蒸發(fā)鹽類被溶蝕形成，部分溶蝕孔隙被后期方解石充填(圖3c)。

(2)(殘余)顆粒白云巖。該類白云巖在鏡下可見2種類型：一類是白云巖顆粒由泥—粉晶級(jí)白云石組成，白云石晶體細(xì)小，多為半自形—他形；另一類是保留了先驅(qū)灰?guī)r原始顆粒的輪廓或幻影，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)已無法識(shí)別(圖3d)。

圖3 羌塘盆地南部古油藏帶不同結(jié)構(gòu)類型白云巖鏡下特征

3.2.2 晶粒白云巖

(1)細(xì)晶、自形白云巖(RD2)。該類白云巖在研究區(qū)廣泛分布，野外剖面上見到的砂糖狀白云巖多以該類白云巖為主，在巖心上以淺灰黃色—淺灰色為主，呈中厚層狀產(chǎn)出；顯微鏡下以細(xì)晶(0.05～0.25 mm)為主，少量粉晶，晶體呈平面自形結(jié)構(gòu)，具有砂糖狀特征(圖3e)；部分晶體邊緣見明亮的環(huán)帶結(jié)構(gòu)，晶體間點(diǎn)接觸為主，晶間孔隙發(fā)育，部分晶間孔隙被方解石充填。這也是研究區(qū)白云巖物性最好的白云巖儲(chǔ)層，陰極發(fā)光下該類白云巖發(fā)均勻的紅色—暗紅色光。

(2)細(xì)晶、半自形白云巖(RD3)。該類白云巖在研究區(qū)發(fā)育程度僅次于細(xì)晶、自形白云巖的規(guī)模，野外剖面中見到的砂糖狀白云巖包括部分該類白云巖，巖心上以深灰色為主，多與細(xì)晶、自形白云巖呈互層狀產(chǎn)出。鏡下以細(xì)晶為主，晶體自形程度比細(xì)晶、自形白云巖有所降低，以半自形為主，少量半自形—他形，晶體間以線接觸為主，局部可見鑲嵌狀接觸；晶間孔隙較細(xì)晶、自形白云巖大幅度降低，部分孔隙被方解石充填(圖3f)，是研究區(qū)物性僅次于細(xì)晶、自形白云巖的儲(chǔ)層，陰極發(fā)光下以均勻的暗紅色為主。

(3)中—粗晶、他形白云巖(RD4)。該類白云巖在研究區(qū)有2種類型：一種在巖心上呈斑點(diǎn)狀產(chǎn)出，鏡下為含灰質(zhì)白云巖或者灰質(zhì)白云巖，屬于過渡性巖類，發(fā)生白云石部位多為異化顆粒間的灰泥或膠結(jié)物(圖3g)；另一種以灰色—深灰色、塊狀或中厚層狀產(chǎn)出的純白云巖，鏡下以中—粗晶為主(0.25～2 mm)，局部可見細(xì)晶或泥—粉晶重結(jié)晶形態(tài)，晶間孔隙匱乏，正交偏光下見波狀消光(圖3h)，陰極發(fā)光下呈極暗的紅色或不發(fā)光。

3.2.3 白云石充填物

(1)細(xì)—中晶、自形—半自形白云石充填物(CD1)。這類白云石充填物主要發(fā)育在孔洞內(nèi)壁上，以細(xì)晶為主，少量粉晶或中晶，向孔洞方向晶體自形程度變好，具有平直的晶面邊界；陰極發(fā)光下與細(xì)晶、半自形白云巖類似，以暗紅色為主。已通過碳氧、鍶同位素分析表明，這類白云石充填物主要來自先存白云巖的重結(jié)晶，因此本次研究不再對(duì)其進(jìn)行深入討論。

(2)鞍形白云石充填物(CD2)。這類白云石充填物在QZ11井574～600 m井段最為發(fā)育，該井段白云巖巖心為灰黃色針孔狀白云巖，鏡下見白云石充填物晶粒粗大，單偏光下晶面污濁，正交偏光下具明顯的波狀消光特征，晶體邊界彎曲呈似鐮刀狀(圖3i)，陰極發(fā)光下發(fā)暗紅色光。

4 測(cè)試結(jié)果

研究區(qū)布曲組碳酸鹽巖樣品的∑REE整體較低(表1)：灰?guī)r∑REE介于(0.47～2.37)×10-6(平均1.17×10-6，n=5)；顆粒白云巖(RD1)∑REE介于(0.40～0.63)×10-6(平均0.52×10-6，n=2)；晶粒白云巖(RD2、RD3、RD4)∑REE介于(0.33～1.50)×10-6(平均0.81×10-6，n=25)；鞍形白云巖(CD2)∑REE介于(0.27～4.98)×10-6(平均1.33×10-6，n=6)，這是否也預(yù)示著顆粒白云巖—晶粒白云巖—鞍形白云石膠結(jié)物是一個(gè)白云石化程度增強(qiáng)的過程，并且隨著這一過程也是稀土元素遷移貧化的過程，而鞍形白云石具有更高的∑REE是否說明鞍形白云石的形成有外來富稀土元素流體的進(jìn)入？而與灰?guī)r、顆粒白云巖、晶粒白云巖及鞍形白云石相應(yīng)的∑LREE/∑HREE分布范圍(均值)分別為5.20～10.56(平均8.77)，5.23～6.14(平均5.69)，2.46～11.42(平均6.46)，4.19～7.82(平均6.00)，表明樣品具有較弱的輕稀土富集特征。

楊揚(yáng)等[20]在研究歧口凹陷古近系沙河街組湖相白云巖稀土元素時(shí)，用La和Yb作為輕HREE和HREE的指示性元素，研究區(qū)布曲組碳酸鹽巖具有高的LaN/YbN比值(平均2.83)，除一個(gè)中—粗晶、他形白云巖樣品(QZ12-069.38)為0.737外，其他均大于1，也說明樣品中輕稀土相對(duì)富集，重稀土相對(duì)虧損，并且灰?guī)r中輕稀土富集程度較高(平均4.80)，細(xì)晶、自形白云巖到中—粗晶、他形白云巖，LaN/YbN比值逐漸減小(表2)，也說明隨著白云石化程度的加深，輕稀土相對(duì)遷移貧化。

經(jīng)太平洋表層海水標(biāo)準(zhǔn)化后[7]，研究區(qū)布曲組灰?guī)r及白云巖中，均具有稀土元素Ce正異常特征(表2)，異常值δCe[δCe=2(Ce/CeN)/(La/LaN+ Pr/PrN)]均大于2；大部分樣品具有稀土元素Eu正異常特征，其中灰?guī)r異常值δEu[δEu=2(Eu/EuN)/(Sm/SmN+ Gd/GdN)]介于0.80～1.66(平均1.34)，泥—微晶白云巖和(殘余)顆粒白云巖異常值δEu介于1.81～2.02(平均1.92)，晶粒白云巖異常值δEu介于0.84～2.23(平均1.40)，鞍形白云石異常值δEu介于0.65～2.99(平均1.47)，整體表現(xiàn)出稀土元素Eu正異常，這是否預(yù)示著研究區(qū)白云巖經(jīng)歷了熱液改造的過程?

表1 羌塘盆地南部古油藏帶布曲組碳酸鹽巖稀土元素含量

注：RD1.保留先驅(qū)灰?guī)r原始組構(gòu)白云巖；RD2.細(xì)晶、自形白云巖；RD3.細(xì)晶、半自形白云巖；RD4.中—粗晶、他形白云巖；CD2.鞍形白云巖。L/H=∑LREE/∑HREE。

表2 羌塘盆地南部古油藏帶不同類型碳酸鹽巖稀土元素特征數(shù)據(jù)

注：RD1.保留先驅(qū)灰?guī)r原始組構(gòu)白云巖； RD2.細(xì)晶、自形白云巖；RD3.細(xì)晶、半自形白云巖； RD4.中—粗晶、他形 白云巖；CD2.鞍形白云巖。δCe=2(Ce/CeN)/(La/LaN+ Pr/PrN)；δEu=2(Eu/EuN)/(Sm/SmN+ Gd/GdN)。

5 討論

5.1數(shù)據(jù)有效性檢驗(yàn)

由于碳酸鹽巖在沉積過程中亦受到陸源碎屑物質(zhì)侵入的影響，在成巖演化過程中，若有成巖系統(tǒng)外流體的混染，也會(huì)造成一些元素的異常，因此在使用稀土元素分析碳酸鹽巖沉積環(huán)境和成巖作用時(shí)，需要對(duì)樣品是否遭受雜質(zhì)混染進(jìn)行甄別。受陸源碎屑物質(zhì)混染的碳酸鹽巖，其∑REE+Y含量將會(huì)增加，但研究區(qū)所有樣品的∑REE+Y含量介于(0.24～6.06)×10-6(平均1.16×10-6)，遠(yuǎn)低于陸源碎屑沉積物的∑REE+Y含量(100×10-6)[21]，說明樣品受陸源碎屑物質(zhì)侵入程度低，僅有的一件鞍形白云巖樣品∑REE+Y含量為6.06×10-6，遠(yuǎn)大于灰?guī)r及晶粒白云巖，推測(cè)鞍形白云巖的成巖流體有外來流體的加入。

5.2稀土元素地球化學(xué)特征

5.2.1 ∑REE與∑LREE/∑HREE

對(duì)海水及海相碳酸鹽巖來說，其REE含量很低，表層海水相對(duì)于碳酸鹽礦物中稀土元素都是不飽和的，如Kawabe等[7]分析得出的太平洋表層海水的平均REE含量約為33.513×10-6，經(jīng)北美頁巖(NASC)標(biāo)準(zhǔn)化后，顯示出明顯的Ce負(fù)異常，且呈輕微的左傾，顯示重稀土相對(duì)輕稀土富集。前人用La和Yb分別代表LREE和HREE的指示性元素[21]，研究區(qū)灰?guī)r樣品和白云巖樣品的LaN/YbN比值普遍大于1，總體反映出輕稀土相對(duì)富集，重稀土相對(duì)虧損的特征，這與海水中重稀土相對(duì)富集現(xiàn)象相呼應(yīng)。在晶粒白云巖中，∑REE+Y和LaN/YbN比值逐漸變小，可能也代表著白云石化過程是稀土元素遷移貧化的過程，并且隨著白云石化過程的加強(qiáng)，輕稀土元素也在逐漸遷移貧化。

5.2.2 稀土元素配分模式

稀土元素配分模式(REE)可以用作碳酸鹽巖沉積及成巖流體的示蹤劑，不同來源的流體中沉積(淀)的碳酸鹽礦物稀土元素配分模式是不同的。江文劍等[21]認(rèn)為川東南地區(qū)婁山關(guān)群泥晶灰?guī)r致密，經(jīng)歷后期成巖改造程度較弱，在一定程度上能夠保持原始海水信息。對(duì)研究區(qū)布曲組碳酸鹽巖來說，包括部分灰?guī)r樣品在內(nèi)，都遭受多期次成巖流體的改造，難以有效代表原始海水的稀土元素信息。但結(jié)合薄片鑒定、陰極發(fā)光分析及主、微量元素分析結(jié)果，樣品QZ12-075.32和QZ12-130.93為含生屑泥晶灰?guī)r、泥晶砂屑灰?guī)r，并未遭受包括重結(jié)晶在內(nèi)的成巖改造，因此認(rèn)為其仍保持研究區(qū)布曲組碳酸鹽巖原始海相沉積信息(圖4a)，可以用作成巖流體示蹤的參照標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)亮晶砂屑灰?guī)r來說，由于其異化顆粒之間的填隙物重結(jié)晶形成亮晶膠結(jié)，但可能因?yàn)橹亟Y(jié)晶的環(huán)境或流體性質(zhì)改變?cè)斐上⊥猎乜偭?∑REE)和輕稀土組成(∑LREE)減少。

雖然前人研究結(jié)果證實(shí)，當(dāng)白云石化流體與先驅(qū)灰?guī)r具有相似的稀土元素組成時(shí)，經(jīng)其交代而來的白云巖稀土元素分布特征不會(huì)發(fā)生明顯改變，直到遭受高水/巖比值、高稀土元素總量(∑REE)的其他來源流體改造時(shí)，才會(huì)發(fā)生明顯的稀土元素配分模式的變化[22-23]。對(duì)研究區(qū)布曲組白云巖而言，保留先驅(qū)灰?guī)r原始組構(gòu)的白云巖、晶粒白云巖雖然仍具有與同期灰?guī)r相似的稀土元素配分模式(REE)，但自保留先驅(qū)灰?guī)r原始組構(gòu)白云巖到中—粗晶、他形白云巖而言，其REE分布仍具輕微的右傾，但其右傾幅度逐漸減小(圖4b-e)，這也說明研究區(qū)顆粒白云巖和晶粒白云巖具有相似的白云石化流體來源；但隨著白云石化程度的加深，白云巖中輕稀土含量(∑LREE)逐漸降低，證實(shí)白云石化過程是輕稀土遷移貧化的過程。圖4d中，細(xì)晶、半自形白云巖樣品QZ12-102.00的稀土總量(∑REE)與同期灰?guī)r相當(dāng)，甚至略有增加，推測(cè)可能與白云石化流體中富集更多的稀土元素有關(guān)。

對(duì)研究區(qū)鞍形白云石來說(圖4f)，部分樣品的稀土元素配分模式(REE)已與同期灰?guī)r差異甚大，如樣品QZ11-597.34的稀土元素總量遠(yuǎn)高于同期灰?guī)r，說明有外來富稀土元素的白云石化流體參與；樣品QZ12-052.18表現(xiàn)出明顯的Gd負(fù)異常，即其稀土元素含量可能遭受白云石化流體的強(qiáng)烈改造。

5.2.3 Ce異常成因與解釋

一般說來，稀土元素Ce對(duì)沉積水體的氧化還原條件敏感，常被用作判斷沉積物沉積時(shí)上覆水體的氧化還原性質(zhì)[1,5-6,22-23]，在氧化條件下，沉積水體中可溶性Ce3+易被水體中溶解氧氧化，生成難溶的、遷移能力弱的Ce4+而吸附在沉積物顆粒表面，造成Ce與其他三價(jià)稀土元素的分異，進(jìn)而使得沉積物中Ce呈現(xiàn)明顯正異常，而沉積物中飽含的流體中出現(xiàn)Ce負(fù)異常[23]。但由于海水中Ce含量相對(duì)較低，經(jīng)海水標(biāo)準(zhǔn)化之后的稀土元素配分模式通常表現(xiàn)出正Ce異常，因此本次研究采用δPr與δCe關(guān)系確定是否存在真正的Ce異常，即當(dāng)δCe>1，且δPr<1時(shí)，表明存在真正的正Ce異常，而若δCe>1，δPr≈1時(shí)，僅能說明存在負(fù)La異常，而不是真正的正Ce異常。研究區(qū)布曲組碳酸鹽巖樣品δPr<1，且δCe>1，表現(xiàn)出真正的正Ce異常(圖5)。其中灰?guī)r中δCe分布在2.43～2.93(平均2.74)，與海水的Ce負(fù)異常相呼應(yīng)，即海水中Ce經(jīng)過氧化—沉淀分異作用，在布曲組灰?guī)r中富集，顯示出正異常，而海水中則變?yōu)樨?fù)異常，體現(xiàn)出“海水—碳酸鹽沉積物”中元素Ce的動(dòng)態(tài)平衡，也說明研究區(qū)布曲組沉積時(shí)，水體呈氧化性質(zhì)。對(duì)薄片鏡下觀察表明，研究區(qū)布曲組灰?guī)r中發(fā)育大量的藻砂屑，這些藻類在進(jìn)行光合作用過程中，吸收海水中的CO2，同時(shí)釋放出的O2溶于水中，使得海水呈氧化性質(zhì)。保留先驅(qū)灰?guī)r原始組構(gòu)的白云巖、晶粒白云巖以及鞍形白云巖樣品也表現(xiàn)出Ce正異常，推測(cè)形成這些白云巖的白云石化流體也為同期具有氧化性質(zhì)的海水。結(jié)合對(duì)研究區(qū)布曲組沉積特征分析結(jié)果，由于先期沉積的莎巧木組為研究區(qū)提供了水下障壁砂壩，布曲組沉積時(shí)，羌塘盆地位于赤道以北的低緯度地區(qū)，為炎熱、半干旱—半潮濕的古氣候環(huán)境[24-25]，在高位體系域晚期，莎巧木組障壁砂壩的存在阻礙研究區(qū)水體與班公湖—怒江洋盆海水的循環(huán)，形成局限的水體環(huán)境，并因強(qiáng)烈的蒸發(fā)而咸化。在這種局限的水體環(huán)境中，水體相對(duì)靜止，有利于大量繁育的藻類釋放出O2的留存，同時(shí)也由于水體的咸化，使得原來正常海水生存的需氧生物難以存活，進(jìn)一步減小生物對(duì)水體中O2的消耗，從而使得水體表現(xiàn)出強(qiáng)氧化環(huán)境。保留先驅(qū)灰?guī)r原始組構(gòu)的白云巖被認(rèn)為發(fā)育在準(zhǔn)同生階段，其Ce異常值最高(平均δCe=3.13)，也說明該類白云巖形成于開放、氧化的沉積環(huán)境。

圖4 羌塘盆地南部古油藏帶布曲組不同類型碳酸鹽巖稀土元素配分模式

圖5 羌塘盆地南部古油藏帶布曲組不同類型碳酸鹽δCe和δPr關(guān)系

5.2.4 Eu異常成因與解釋

巖石和礦物中的稀土元素Eu異常主要受沉積時(shí)從母液中繼承的Eu含量，以及成巖過程中成巖流體的Eu含量共同影響。一般來說，碳酸鹽礦物沉積(沉淀)時(shí)，Eu2+比Eu3+優(yōu)先進(jìn)入礦物晶格，因此沉積水體或者成巖流體中Eu是否以Eu2+形式賦存是產(chǎn)生Eu異常的主要控制因素[26]。在常溫常壓下，Eu2+只能在極端還原的堿性水體環(huán)境中出現(xiàn)[27]，此時(shí)的硫酸鹽幾乎被全部還原為單質(zhì)硫或硫化物；隨著溫度的升高，地層流體中Eu2+的穩(wěn)定性增加，當(dāng)溫度高于250 ℃時(shí)，Eu2+能夠大量存在，因此，以海水作為成因流體的礦物中出現(xiàn)Eu正異常在理論上是可行的[22,28]，即Eu2+能夠在還原性熱流體中富集，因此人們通常將白云巖中Eu正異常解讀為熱液成因[21,23,29]。

對(duì)研究區(qū)布曲組碳酸鹽巖而言，除少量的灰?guī)r、細(xì)晶、自形白云巖和細(xì)晶、半自形白云巖樣品外，其他的樣品均表現(xiàn)出Eu正異常(表1、2，圖6)。分析原因在于：布曲組沉積以后，進(jìn)入快速埋藏階段，約在150 Ma就已埋藏至4 000 m深度，在此埋藏過程中受同期海源地層水交代，發(fā)生淺埋藏、中深埋藏階段白云石化作用，隨后接受來自上三疊統(tǒng)土門格拉組烴源巖生成的烴類充注、并聚集成藏，為研究區(qū)白云巖層提供了還原條件；而砂屑灰?guī)r中殘余的藻類物質(zhì)也因熱演化，使得微小范圍內(nèi)呈現(xiàn)還原環(huán)境；但泥晶灰?guī)r卻無法滿足這一條件，并且此時(shí)的溫度不能夠達(dá)到250 ℃。

圖6 羌塘盆地南部古油藏帶布曲組不同類型碳酸鹽δCe和δEu關(guān)系

至早白堊世晚期(約148 Ma)，拉薩地體自盆地西南方向碰撞羌塘盆地，在南羌塘坳陷研究區(qū)形成剪切環(huán)境，發(fā)育有深大斷裂，為大氣淡水下滲提供通道。大氣淡水下滲，并沿途俘獲夏里組高87Sr/86Sr比值的地層流體(該成果已撰文另述)，進(jìn)入到布曲組地層中，對(duì)布曲組地層水進(jìn)行調(diào)整，可能伴隨著布曲組油藏的早期破壞與調(diào)整，但該期在南羌塘呈剪切應(yīng)力的過程持續(xù)時(shí)間較短，也造成這種外來的流體供給量及影響范圍有限。隨后羌塘盆地再次沉降，接受阿布山組沉積。晚白堊世末至古近系早期(約64～78 Ma)，隨著拉薩地塊與羌塘地塊的相互擠壓，青藏高原緩慢隆升，同時(shí)伴隨著構(gòu)造熱事件的出現(xiàn)，在研究區(qū)北東部賽幫集—那小祁優(yōu)薩農(nóng)根剖面，布曲組中侵入的安山玢巖即為此次構(gòu)造熱事件的證據(jù)。構(gòu)造熱事件的出現(xiàn)，為研究區(qū)布曲組中地層流體提供了熱源，使得地層溫度可達(dá)250 ℃以上。依據(jù)對(duì)晶粒白云巖和鞍形白云石中氣液兩相鹽水包體的測(cè)溫結(jié)果，雖然晶粒白云巖均一溫度較高，但均低于175 ℃，并且其鹽度往往達(dá)到正常海水的5～7倍；而鞍形白云巖的均一溫度可達(dá)320 ℃，且其鹽度最低僅為1.57%(該成果已撰文另述)。正是由于這一期構(gòu)造熱事件的影響，為研究布曲組碳酸鹽巖地層提供了高于250 ℃的溫度條件，能夠滿足地層流體中Eu2+的富集，進(jìn)而造成包括砂屑灰?guī)r在內(nèi)的大部分碳酸鹽巖樣品中δEu正異常，同時(shí)也從另一方面佐證布曲組白云巖中普遍具有較低氧同位素值的原因。

這里之所以說早白堊世晚期的大氣淡水下滲提供外源流體有限，鞍形白云巖的成因流體并非是熱液流體，是因?yàn)榘靶伟自茙r的成因流體若全部來自成巖系統(tǒng)外的熱液流體，在熱液作用下的灰?guī)r發(fā)生白云石化，則這類白云巖的∑REE應(yīng)高于同期灰?guī)r。本次研究分析的樣品中，僅個(gè)別細(xì)晶、半自形白云巖、中—粗晶、他形白云巖和鞍形白云巖的∑REE高于同期灰?guī)r外，其他樣品的∑REE普遍低于灰?guī)r(表2、圖4)，因此，僅可說明鞍形白云巖與構(gòu)造熱事件有關(guān)，但成因流體并非為熱液流體。因此，羌塘盆地南部古油藏帶白云巖的白云石化流體主要為同期海源性地層水，白云石化過程經(jīng)歷了準(zhǔn)同生、淺埋藏、中深埋藏及構(gòu)造熱事件(鞍形白云石)階段。

6 結(jié)論

(1)研究區(qū)布曲組白云巖主要發(fā)育泥—微晶白云巖、(殘余)顆粒白云巖、晶粒白云巖及鞍形白云石等類型，其中泥—微晶白云巖和(殘余)顆粒白云巖保存了較好的先驅(qū)灰?guī)r原始組構(gòu)，晶粒白云巖可進(jìn)一步分為細(xì)晶、自形白云巖和細(xì)晶、半自形白云巖及中—粗晶、他形白云巖，鞍形白云石充填物具有波狀消光特征，局部呈鐮刀狀。

(2)研究區(qū)碳酸鹽巖總體上稀土元素總量(∑REE)較低，陸源碎屑物質(zhì)侵入貧乏；灰?guī)r稀土元素含量較高，泥—微晶白云巖和(殘余)顆粒白云巖較低的稀土元素含量可能與同期較淺水體中強(qiáng)烈的淘洗有關(guān)；隨著白云石化過程加深，晶粒白云巖中稀土元素遷移貧化；鞍形白云巖具有較高的稀土元素含量，與外來流體的參與有關(guān)。

(3)研究區(qū)不同類型碳酸鹽巖在沉積、成巖過程中，記錄并保留了同期海水的大部分REE配分特征，經(jīng)太平洋表層海水標(biāo)準(zhǔn)化后，具有與灰?guī)r類似的配分模式，且呈輕稀土相對(duì)富集，重稀土相對(duì)虧損，明顯的Ce負(fù)異常表明同期海水具有較強(qiáng)的氧化性質(zhì)，與同期炎熱、半干旱—半潮濕古氣候及局限水體環(huán)境有關(guān)。

(4)研究區(qū)灰?guī)r、泥—微晶白云巖、(殘余)顆粒白云巖及晶粒白云巖中正Eu異?？赡芘c烴類充注、構(gòu)造熱事件有關(guān)；而鞍形白云巖的Eu正異常可能指示有外來流體的參與，但影響范圍有限，白云石化流體主要為同期海源地層水。

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(編輯徐文明)

CharacteristicsandindicationsofrareearthelementsincarbonatesintheBuquFormation,southernQiangtangBasin

Wan Youli1,2, Wang Jian1,2, Wan Fang2, Fu Xiugen1,2, Wang Zhongwei1,3, Shen Lijun1

(1.KeyLaboratoryforSedimentaryBasinandOilandGasResources,MinistryofLandandResources,Chengdu,Sichuan610081,China; 2.SedimentaryGeologyResearchandEnergy,ChengduCenterofGeologicalSurvey,ChinaGeologicalSurvey,Chengdu,Sichuan610081,China; 3.SchoolofEarthSciences,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan,Hubei430074,China)

The REE characteristics of different carbonate rock types were studied based on petrologic analyses of carbonate rocks from the Buqu Formation in ancient oil pools in the southern Qiangtang Basin. The carbonate rocks in the study area were classified into limestones, clay-dolomicrites, (residual) grain dolostones, crystalline dolo-stones and saddle dolomites. All kinds of carbonate rocks have a low REE content (∑REE), and some of the saddle dolomite samples have a higher ∑REE than limestones, indicating the mixing of outside liquids. Different carbonate rocks have different REE contents, but their distribution patterns are similar due to the standardization of surface waters of the Pacific Ocean. The LaN/YbNratio averages 2.86, with a slight light rare earth concentration and a heavy rare earth loss. Light rare earth concentration degree decreases with the increase of dolomitization. The positiveδCe anomaly (average 2.94) and positiveδEu anomaly (average 1.43) showed that the Buqu carbonate rocks were deposited in an oxic environment. Dolomitization fluids mainly came from oceanic formation water in the same period. The diagenetic environment changed to reductive after hydrocarbon charging. At the end of Early Cretaceous, the Lhasa and Qiangtang blocks shear collided, helping atmospheric fresh water enter the Buqu Formation. Affected by the Cenozoic tectonic thermal event again, saddle dolomites were formed. Tectonic thermal events provided temperature conditions for Eu2+concentration.

rare earth element; sedimentary environment; diagenetic fluid; Buqu Formation, Qiangtang Basin

1001-6112(2017)05-0655-11

10.11781/sysydz201705655

TE112.221

：A

2017-03-20；

：2017-08-23。

萬友利(1984—), 男, 博士后, 從事儲(chǔ)層地質(zhì)與儲(chǔ)層地球化學(xué)研究。 E-mail: wanyouli@cdut.edu.cn。

王劍(1962—), 男, 博士, 研究員, 博士生導(dǎo)師, 從事沉積能源地質(zhì)與大地構(gòu)造學(xué)研究。 E-mail: w1962jian@163.com。

基礎(chǔ)性公益性油氣地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目(121201010000161110)、國土資源調(diào)查項(xiàng)目(1212011221114) 和國家“十二五”重大科技專項(xiàng)(2011ZX05004- 001)聯(lián)合資助。