鄒佐元， 向 芳,2*， 沈 昕， 康東雅

(1.成都理工大學(xué)沉積地質(zhì)研究院，成都 610059；2.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059)

灰?guī)r發(fā)生白云石化作用后，由于方解石向白云石轉(zhuǎn)變過(guò)程中的減體積效應(yīng)，增加了巖石中的儲(chǔ)集空間，利于白云巖成為良好的油氣儲(chǔ)層，歷來(lái)成為人們研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。近年來(lái)，隨著四川盆地、塔里木盆地和鄂爾多斯盆地及其他地區(qū)油氣資源的勘探與開發(fā)取得了重大突破，白云巖的地位顯得越發(fā)重要與突出。前人通過(guò)對(duì)白云巖的巖石學(xué)特征和沉積地球化學(xué)特征(包括主量元素和微量元素，稀土元素，C、O穩(wěn)定同位素，有序度，陰極發(fā)光，包裹體均一溫度與鹽度)等方面的研究提出了白云巖的成因模式和分析了白云巖縱向和橫向上的分布規(guī)律，對(duì)油氣資源進(jìn)行儲(chǔ)量預(yù)測(cè)和后續(xù)的勘探開發(fā)奠定了重要的理論基礎(chǔ)。

白云巖成因具有多種模式，包括蒸發(fā)泵模式、滲透回流模式、混合水模式、埋藏模式、熱液模式、微生物白云石化模式等。前人對(duì)白云巖成因模式的研究主要集中在Mg2+來(lái)源、白云石化流體運(yùn)移機(jī)制及其適用性等方面[1- 6]，而對(duì)白云巖成因模式與沉積相帶之間的關(guān)系總結(jié)研究甚少。研究發(fā)現(xiàn)不同白云巖成因模式可適用于不同的沉積相。前人探究某區(qū)域油氣分布規(guī)律時(shí)，主要是在地質(zhì)背景的基礎(chǔ)上通過(guò)白云巖巖石學(xué)特征及地球化學(xué)特征進(jìn)行分析來(lái)確定白云巖成因模式，但很少較為全面地針對(duì)沉積相帶與白云巖成因模式關(guān)系進(jìn)行分析。研究表明，熱液模式與區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)[7-9]、火山運(yùn)動(dòng)[10-12]和變質(zhì)作用[13]有關(guān)，與沉積相相關(guān)度較??；混合水模式仍然具有爭(zhēng)論性，受到較多的質(zhì)疑[6，14-15]；蒸發(fā)泵模式、滲透回流模式、埋藏模式及微生物模式的概念和形成機(jī)理經(jīng)過(guò)前人不斷地總結(jié)和完善，已經(jīng)取得了較為統(tǒng)一的認(rèn)可。因此，主要對(duì)蒸發(fā)泵模式、滲透回流模式、埋藏模式和微生物模式這4種白云巖成因模式形成的沉積相帶及其判別特征進(jìn)行綜述。

1 白云巖成因模式與沉積相帶的關(guān)系

1.1 蒸發(fā)泵模式

蒸發(fā)泵模式適用于白云石化作用深度小于500 m的強(qiáng)烈蒸發(fā)環(huán)境[4-5]。該模式下的白云巖可發(fā)育于海岸帶蒸發(fā)潮坪的潮間-潮上帶和瀉湖環(huán)境[16-19]，但以潮坪環(huán)境較為普遍。由于強(qiáng)烈持續(xù)的蒸發(fā)作用，海水通過(guò)毛細(xì)血管作用而上升至潮坪和瀉湖并不斷濃縮，形成高鹽度的富鎂鹵水并交代潮坪、瀉湖中的文石泥和泥晶高鎂方解石，最終形成白云巖，模式示意圖(圖1)[16，19-22]。

圖1 蒸發(fā)泵模式白云巖巖石學(xué)特征及模式示意圖[16，19-22]Fig.1 Petrological characteristics and schematic diagram of evaporative pump model dolomite[16，19-22]

1.1.1 潮坪相帶中的白云巖巖石學(xué)特征

蒸發(fā)泵模式適用于海岸帶蒸發(fā)潮坪的潮上帶和潮間帶環(huán)境，常年暴露，在蒸發(fā)環(huán)境下所產(chǎn)生的白云石十分細(xì)小，以泥晶及微晶為主，部分為粉晶，如波斯灣南部和西部邊緣的潮坪環(huán)境[23]、川東-渝北地區(qū)黃龍組等[24-27]；四川盆地東北部飛仙關(guān)組、長(zhǎng)興組等[28-31]；鄂爾多斯盆地蘇東地區(qū)馬家溝組等[20，32]；渤海灣盆地南堡凹陷中-下寒武統(tǒng)饅頭組-毛莊組等[33]；塔里木盆地沙依里克組與阿瓦塔格組等[16，21，34-36]。潮坪環(huán)境形成的巖石中大都含有藻類、黏土、石膏。巖石由于在蒸發(fā)環(huán)境下常年暴露，所以巖石顏色可為紅褐色、褐灰色、黃白色等。結(jié)構(gòu)大小較為均一，自形程度相對(duì)較低，多為半自形-他形。孔隙不發(fā)育，因此巖石相對(duì)致密。白云石多呈粒狀鑲嵌結(jié)構(gòu)，晶間泥質(zhì)含量高，晶間還充填有有機(jī)質(zhì)和方解石等雜質(zhì)。少見生物擾動(dòng)構(gòu)造，同時(shí)也少見生物化石。此類巖石往往還保存著較多的原始沉積結(jié)構(gòu)和構(gòu)造特征，如紋層構(gòu)造[圖1(b)]，此外還可見蒸發(fā)作用導(dǎo)致的鳥眼[圖1(c)]、縫合線、泥裂[圖1(d)]等潮坪環(huán)境下形成的經(jīng)典蒸發(fā)暴露構(gòu)造。白云石常與石膏、硬石膏假晶共生，晶體為針狀、板狀等，鏡下可見硬石膏由于溶蝕作用被溶解形成的膏?？譡圖1(e)]。由石膏形成的膏巖與白云巖整體上的關(guān)系來(lái)看：縱向上，膏巖由下以斑塊狀或結(jié)核狀分布于白云巖中，至上逐漸增多連接成與白云巖互層的薄層；橫向上，膏巖與白云巖呈相變或過(guò)渡關(guān)系。

1.1.2 瀉湖相帶中的白云巖巖石學(xué)特征

蒸發(fā)泵模式在瀉湖環(huán)境下與在潮坪環(huán)境下形成的白云石結(jié)構(gòu)大致相同，白云石晶粒同樣相對(duì)較細(xì)，以泥-微晶為主，但少見粉晶結(jié)構(gòu)，如塔里木盆地下古生界巴楚-英買力地區(qū)[16]、扎格羅斯盆地下白堊統(tǒng)Qamchuqa組[17]、鄂爾多斯盆地馬家溝組[19]、四川盆地東北部地區(qū)飛仙關(guān)組和長(zhǎng)興組等[22，30]。自形程度主要為他形，部分相對(duì)較好，可為半自形。巖石顏色以灰色、深灰色為主，同樣少見生物，孔隙不發(fā)育。構(gòu)造以水平或變形紋層[圖1(f)]為主，泥質(zhì)含量少。水體較深的瀉湖環(huán)境中，石膏、石鹽在干熱的氣候環(huán)境下由于瀉湖高鹽度水體的蒸發(fā)而不斷發(fā)生沉淀，并且與白云石化作用交替進(jìn)行，導(dǎo)致白云巖與膏巖、鹽巖共生[圖1(g)]。雖然瀉湖環(huán)境與潮坪環(huán)境同樣都有膏巖的產(chǎn)生，但瀉湖環(huán)境中的膏巖較厚，常呈較厚的層狀或較大的透鏡體狀；共生的鹽巖厚度?？蛇_(dá)數(shù)十米甚至上百米，且瀉湖環(huán)境下形成的白云巖中沒(méi)有暴露蒸發(fā)環(huán)境產(chǎn)生的鳥眼、干裂等構(gòu)造。

1.2 滲透回流模式

潮坪和瀉湖蒸發(fā)濃縮的咸化海水密度較大，一部分在潮坪、瀉湖表層發(fā)生發(fā)生白云石化作用形成蒸發(fā)泵模式白云巖，一部分在重力的作用下向下伏的地層回流滲透而發(fā)生白云石化作用形成滲透回流模式白云巖，因此滲透回流模式是蒸發(fā)泵模式的延伸與演變[1，3，37]。滲透回流模式同樣發(fā)生于潮坪和相對(duì)封閉的瀉湖[圖2(a)]，但白云石化作用深度較蒸發(fā)泵模式更深，深度一般小于700 m[4-5]。另外該模式還適用于開闊臺(tái)地淺灘環(huán)境[38- 40],如圖3(a)、圖3(b)所示。從圖3(a)和圖3(b)可以看出，①、②為海平面上升之前形成的沉積地層，③為當(dāng)海平面上升，形成以懸浮灰泥沉積為主的水體較深的開闊臺(tái)地淺灘，當(dāng)海平面下降，生物在陽(yáng)光及營(yíng)養(yǎng)充足的條件下大量繁殖，原開闊臺(tái)地淺灘形成富含生屑及生物潛穴的灰泥。當(dāng)海平面再次下降，并經(jīng)過(guò)埋藏成巖改造，淺埋藏環(huán)境沉積區(qū)形成潮坪并發(fā)生蒸發(fā)泵白云石化作用，剩余的濃縮海水在重力的作用下繼續(xù)滲透回流至開闊臺(tái)地淺灘上部環(huán)境并發(fā)生白云石化作用，從下至上依次形成開闊臺(tái)地淺灘滲透回流模式白云巖沉積地層[圖3(b)中④]和潮坪蒸發(fā)泵模式白云巖沉積地層[圖3(b)中⑤]。

圖2 滲透回流模式中潮坪和瀉湖中白云巖巖石學(xué)特征及模式示意圖[33-34,36,41]Fig.2 Petrological characteristics and schematic diagrams of dolomite in tidal flat and lagoon seepage reflux model[33-34,36,41]

圖3 滲透回流模式開闊臺(tái)地淺灘相白云巖巖石學(xué)特征及模式示意圖[38,40]Fig.3 Petrological characteristics and schematic diagram of dolomite in open platform shoal facies seepage reflux model[38,40]

1.2.1 潮坪相帶中的白云巖巖石學(xué)特征

滲透回流模式和蒸發(fā)泵模式雖然同樣都發(fā)生于潮坪環(huán)境，但滲透回流模式的深度較深，大多處于潮間帶下部-潮下帶環(huán)境，白云石化作用略微加強(qiáng)，結(jié)晶程度高，該沉積相下產(chǎn)生的白云石晶體晶粒較大，以粉晶為主，部分為泥晶或者細(xì)晶，如德國(guó)Zechstein盆地的潮坪環(huán)境[42]、四川盆地嘉陵江組二段[43]和四川盆地東部寒武系龍王廟組等[41]；鄂爾多斯盆地蘇格里氣田奧陶系馬家溝組等[44]；渤海灣盆地南堡凹陷中-下寒武統(tǒng)饅頭組-毛莊組等[33]。晶體的自形程度偏低，呈自形-半自形粉晶結(jié)構(gòu)[圖2(b)]，白云巖中含大量石膏，孔隙度不高，原生孔隙可被硬石膏填充，孔隙類型為殘余粒間孔、晶間孔、晶間溶孔、鑄?？椎萚圖2(c)]。白云石化作用進(jìn)行不徹底，常保留原巖結(jié)構(gòu)[圖2(d)]。在白云巖和膏巖的關(guān)系方面與蒸發(fā)泵模式具有相似性，即在縱向上與膏巖互層，橫向上與膏巖相變。

1.2.2 瀉湖相帶中的白云巖巖石學(xué)特征

滲透回流模式在瀉湖環(huán)境下使原石灰?guī)r發(fā)生白云石化，形成的白云石以粉晶及細(xì)晶為主，如西得克薩斯地區(qū)二疊紀(jì)瀉湖[45]；塔里木盆地寒武系玉爾吐絲組-阿瓦塔格組等[21，34-36]；華北臺(tái)地中北部寒武-奧陶系等[46]；四川盆地雷口坡組等[21，47- 49]。自形程度較潮坪環(huán)境下的白云石偏好，為自形-半自形。巖石顏色為深灰色、灰色。白云石晶體致密，晶間孔隙不發(fā)育，常見石膏、石鹽等蒸發(fā)鹽類礦物充填晶間微孔隙[圖2(e)]，但不充填鑄?？?。保留有部分原生結(jié)構(gòu)，如顆粒結(jié)構(gòu)、藻紋層結(jié)構(gòu)等[圖2(f)]，同時(shí)也保留了部分被石膏充填的原生粒間孔及藻格架孔[圖2(g)]。

1.2.3 開闊臺(tái)地淺灘相帶中的白云巖巖石學(xué)特征

滲透回流模式在開闊臺(tái)地淺灘形成的白云石主要為粉晶及細(xì)晶，但總體上比前兩者的白云石晶粒粗，還可見部分白云石為中晶，如鄂爾多斯盆地馬家溝組五5亞段[38-39]；塔里木盆地西北緣通古孜布隆剖面下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組[40]等。白云石自形程度較高，主要為半自形-自形結(jié)構(gòu)，發(fā)育霧心亮邊結(jié)構(gòu)和少量環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)[圖3(c)～圖3(e)]。在該模式下可形成灰斑白云巖和白云斑灰?guī)r，灰斑白云巖是由于殘余灰質(zhì)呈斑狀分布而形成；白云斑灰?guī)r基質(zhì)常呈灰色或者深灰色并具生物鉆孔特征[圖3(f)～圖3(g)]，灰?guī)r基質(zhì)中常見介形蟲、三葉蟲、棘皮類等生物化石碎片和碎屑[圖3(h)]。從一個(gè)沉積旋回中來(lái)看，高濃縮海水向下逐漸減少，因此，白云斑灰?guī)r位于最下部，向上白云石粒徑逐漸增大，白云斑逐漸增加相互連接甚至連接成片，最后轉(zhuǎn)變?yōu)榛野甙自茙r。

1.3 埋藏模式

埋藏模式所處深度大，白云石化作用深度一般在2 000～3 000 m，甚至更深[4-5]，隨著深度的增加，形成了高溫高壓的還原環(huán)境，壓實(shí)作用和重結(jié)晶作用加強(qiáng)，白云石晶體晶粒加粗。埋藏模式白云巖可形成于臺(tái)內(nèi)灘和臺(tái)地邊緣(包括臺(tái)地邊緣淺灘和臺(tái)地邊緣生物礁),如圖4(a)所示，兩者具有一個(gè)的共同特點(diǎn)：灰?guī)r層具有高孔隙性和高滲透性，因此有利于富鎂流體在孔隙性和滲透性高的臺(tái)地邊緣和臺(tái)內(nèi)灘內(nèi)流動(dòng)和進(jìn)行白云石化。

圖4 埋藏模式白云巖巖石學(xué)特征及模式示意圖[20，26，34，50]Fig.4 Petrological characteristics and schematic diagram of burial model dolomite[20，26，34，50]

埋藏模式可適用四川盆地東部石炭系黃龍組等[26，47]和四川盆地中部長(zhǎng)興組等[50]；鄂爾多斯盆地蘇東地區(qū)馬家溝組等[20]；塔里木盆地丘里塔格組和蓬萊壩組等[21，34-35，51]。灘相原巖為顆?；?guī)r，隨著埋藏深度的加深和白云石化作用的持續(xù)加強(qiáng)，白云石結(jié)晶程度逐漸提高，白云石的分布狀況由選擇性交代顆?；?guī)r或沿縫合線零星分布于灰?guī)r中的晶體較細(xì)的白云石逐漸富集，結(jié)晶體逐漸加粗，最終呈現(xiàn)為連續(xù)層狀分布[圖4(b)、圖4(c)]。白云石的接觸關(guān)系也隨著埋藏深度逐漸變得緊密，由不接觸或點(diǎn)-線接觸轉(zhuǎn)變?yōu)殍偳督佑|。重結(jié)晶作用明顯，整體上，形成的白云石晶粒粗大，以粉-中晶為主[圖4(d)]，最粗的白云石可達(dá)粗晶。晶形以半自形-自行為主，常與反映還原環(huán)境的黃鐵礦共生，具有環(huán)帶狀次生加大邊和霧心亮邊結(jié)構(gòu)?？紫额愋椭饕獮榫чg孔和晶間溶孔[圖4(e)]。隨著白云石晶粒逐漸增大，白云巖中的殘余結(jié)構(gòu)逐漸減少[圖4(f)]，反映白云石化作用逐漸加強(qiáng)。部分可見霧心亮邊結(jié)構(gòu)，較純的白云石中孔隙類型主要為晶間孔，常被淡水方解石或?yàn)r青充填[圖4(g)]，局部發(fā)育溶蝕孔縫。

1.4 微生物模式

圖5 微生物模式示意圖[53]Fig.5 Diagram of microbial model[53]

1997年，Vasconcelos等[52]提出微生物白云石化模式時(shí)表明在瀉湖或鹽湖環(huán)境下可以沉淀出白云石如圖5所示。瀉湖或鹽湖湖底富含有機(jī)質(zhì)黑色淤泥，蒸發(fā)作用使缺氧的瀉湖或鹽湖水體鹽度升高，同時(shí)提升了硫酸鹽和Mg含量，并以鎂方解石或者鈣白云石沉淀下來(lái)，黑色淤泥中的微生物活動(dòng)使這些碳酸鹽巖沉淀并埋藏[53]。近年來(lái)，隨著微生物白云石化模式研究的不斷發(fā)展，有學(xué)者認(rèn)為潮坪環(huán)境下也能沉淀出微生物白云石[54- 60]。此外，微生物模式與潮坪、瀉湖沉積相帶中的蒸發(fā)泵模式、滲透回流模式常常相伴生[6，16-17，61]。促進(jìn)白云石沉淀的微生物主要有細(xì)菌(尤其是藍(lán)細(xì)菌)、真菌、小型藻菌和原生生物等[62]。

潮坪環(huán)境和瀉湖環(huán)境均可形成微生物白云石，潮坪環(huán)境如意大利南部北Calabria上三疊統(tǒng)Dolomia Principale組[55]、塔里木盆地奇格布拉克組、肖爾布拉克組、沙依里克組、阿瓦塔格組等[63- 69]；四川盆地?zé)粲敖M和雷口坡組等[70-74]；瀉湖或鹽湖環(huán)境如巴西Lagoa Vermelha海岸瀉湖[52]、新疆烏魯木齊地區(qū)蘆草溝組[75-76]；內(nèi)蒙古吉布胡郎圖諾爾鹽湖[77]。微生物模式可形成鏡下易于識(shí)別的疊層石白云巖、凝塊石白云巖、枝狀石白云巖、泡沫綿層白云巖、核形石白云巖、球粒白云巖等特殊的微生物白云巖，此外還可以通過(guò)掃描電鏡觀察到球狀、啞鈴狀、半球狀或者花椰菜狀白云石顆粒。

2 白云巖成因模式的巖石學(xué)特征對(duì)比

不同的白云巖成因模式可發(fā)生在相同或不同的沉積相帶，所形成的白云石和白云巖也相應(yīng)的具有相同和不同的巖石粒度大小(表1)。蒸發(fā)泵模式、滲透回流模式、埋藏模式的白云石化作用發(fā)生的沉積相所在相對(duì)深度逐漸加深，溫度和壓力也逐漸增加，最后形成高溫高壓的還原環(huán)境，形成的白云石從整體上來(lái)看最明顯的特征是：晶體晶粒逐漸加大，由泥-微晶逐漸變成細(xì)-中晶，甚至是粗晶，自形程度由低變高，由他形變成自形。

表1 不同模式下白云石粒度特征Table 1 Particle size characteristics of dolomite in different models

注：√表示不同白云巖成因模式在不同沉積相帶控制下可形成的白云石粒度。

蒸發(fā)泵模式雖然都以半自形-他形的泥-微晶為主，并形成少量粉晶，但是潮坪環(huán)境和瀉湖環(huán)境兩者之間還是有較大的區(qū)別。潮坪環(huán)境常受潮汐作用和蒸發(fā)作用影響，因此形成的白云巖常具有鳥眼、干裂、藻跡等淺水暴露構(gòu)造，瀉湖環(huán)境則無(wú)。潮坪和瀉湖環(huán)境都與膏巖共生，但是與潮坪共生的石膏在縱向上由下至上逐漸增多、白云巖逐漸減少，中部的石膏以斑塊狀或結(jié)核狀石膏為主，上部以薄層狀為主；與瀉湖共生的石膏較厚，在縱向上主要以層狀或者較大的透鏡體產(chǎn)出，白云巖以薄層狀產(chǎn)出。

滲透回流模式是蒸發(fā)泵模式的延伸與演變，雖同樣在潮坪和瀉湖環(huán)境下可形成白云石，但是由于白云石化作用深度不同，滲透回流模式在此兩者的環(huán)境下形成的白云石晶體晶粒較大，可達(dá)細(xì)晶，潮坪環(huán)境下只能形成少量泥晶白云石。此外，該模式下的白云巖常保留原巖結(jié)構(gòu)，具有霧心亮邊結(jié)構(gòu)，蒸發(fā)泵模式下的白云巖則不具備該特征。在開闊臺(tái)地淺灘環(huán)境下形成的白云石晶體晶粒較粗，呈斑狀分布的白云石可形成白云斑灰?guī)r，連片甚至相互聯(lián)通的白云石可形成灰斑白云巖，兩者具有明顯的生物鉆孔特征，灰?guī)r基質(zhì)中還可見生物化石的碎片和碎屑?？衫靡陨咸攸c(diǎn)將滲透回流模式發(fā)生的潮坪、瀉湖、開闊臺(tái)地淺灘這三個(gè)沉積相兩兩區(qū)分。

埋藏模式發(fā)育于臺(tái)地邊緣，白云石化作用深度大，重結(jié)晶現(xiàn)象明顯，所形成的白云石晶體晶粒大，可達(dá)粗晶，多數(shù)具霧心亮邊結(jié)構(gòu)和環(huán)帶狀次生加大邊，伴生有反映還原環(huán)境的黃鐵礦。在孔隙方面除了發(fā)育晶間溶孔和晶間孔，還發(fā)育由于進(jìn)入埋藏環(huán)境而發(fā)生壓溶作用所產(chǎn)生的溶蝕縫洞。

微生物模式可適用于潮坪和瀉湖或鹽湖環(huán)境，形成的微生物白云巖形態(tài)特殊，在鏡下易于識(shí)別其結(jié)構(gòu)特征。此外，通過(guò)掃描電鏡還可觀察到球狀、啞鈴狀、半球狀或者花椰菜狀白云石顆粒。

3 白云巖成因模式的地球化學(xué)特征對(duì)比

通過(guò)巖石學(xué)特征可以區(qū)別相同模式下的不同沉積相帶，而沉積地球化學(xué)特征可區(qū)別相同沉積相帶下所對(duì)應(yīng)的不同白云巖成因模式。因此，可利用有序度和Mg/Ca、主量元素、微量元素、陰極發(fā)光及C、O同位素來(lái)加以區(qū)分。由于微生物白云巖其沉積巖石學(xué)特征明顯區(qū)別于其他模式白云巖，因此不對(duì)微生物模式白云巖沉積地球化學(xué)特征加以討論。

3.1 有序度和Mg/Ca

蒸發(fā)泵模式與滲透回流模式兩者的沉積環(huán)境相似，均適用于潮坪和瀉湖環(huán)境，白云石化作用進(jìn)行得快而不徹底，形成的巖石顆粒細(xì)小，兩者成巖流體具有一致性，因此均具有較低的有序度和Mg/Ca，滲透回流模式的有序度和Mg/Ca與蒸發(fā)泵模式的有序度和Mg/Ca相比相近或略高。埋藏模式的深度遠(yuǎn)大于蒸發(fā)泵模式和滲透回流模式，因此有序度和Mg/Ca高，例如四川盆地東部黃龍組，如表2所示。和四川盆地東北部飛仙關(guān)組，如表3所示。蒸發(fā)泵模式形成的泥-微晶白云石的有序度和Mg/Ca較低，表明地表或近地表干熱的蒸發(fā)環(huán)境下白云石化快而不徹底，埋藏模式下形成的粉-細(xì)晶白云石比蒸發(fā)泵模式形成的白云石的有序度和Mg/Ca高，表明高溫高壓的埋藏環(huán)境白云石化慢而徹底。

表2 四川盆地東部黃龍組白云巖有序度和Mg/Ca[26]Table 2 Dolomite order degree and Mg/Ca of Huanglong Formation in Eastern Sichuan Basin[26]

表3 四川盆地東北部飛仙關(guān)組白云巖有序度和Mg/Ca[28]Table 3 Dolomite order degree and Mg/Ca of Feixianguan Formation in Northeast Sichuan Basin[28]

3.2 主量元素

白云巖MgO-CaO交會(huì)圖版，主要用來(lái)解釋白云巖的成因及交代程度。白云石直接沉淀形成，則MgO-CaO線性正相關(guān)；白云石由交代或重結(jié)晶作用形成，則MgO-CaO線性負(fù)相關(guān)。從塔里木盆地寒武-奧陶系白云巖儲(chǔ)層(圖6)可以看出，蒸發(fā)泵模式白云巖在 MgO-CaO關(guān)系圖上線性正相關(guān)，反映白云巖是沉積成因。滲透回流模式白云巖在MgO-CaO關(guān)系圖上線性負(fù)相關(guān)，反映白云巖是交代成因。埋藏模式白云巖在MgO-CaO關(guān)系圖上線性負(fù)相關(guān)，反映白云石是交代或重結(jié)晶成因。

圖6 塔里木盆地寒武-奧陶系白云巖儲(chǔ)層MgO-CaO交會(huì)圖[21]Fig.6 MgO-CaO cross-plot of Cambrian-Ordovician dolomite reservoir in Tarim Basin[21]

3.3 微量元素

用于解釋白云石成因模式的微量元素主要包括Fe、Mn、Sr、Na 等。海水富含Sr、Na，所以在地表或近地表的環(huán)境下隨著海水的蒸發(fā)作用加強(qiáng)，蒸發(fā)泵模式和滲透回流模式在高鹽度環(huán)境下形成的白云石Sr、Na含量高，由于蒸發(fā)泵模式和滲透回流模式發(fā)生白云石化作用的深度相差不大，因此Sr、Na含量相近；海水中Fe、Mn 含量很低，因?yàn)樵诼癫貤l件下的高溫高壓還原環(huán)境才能以Fe2+與Mg2+的形式進(jìn)入白云石晶格。所以，埋藏環(huán)境下的白云石中Fe、Mn 含量高，并隨著成巖作用強(qiáng)度的增加，含量也呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，而地表或近地表環(huán)境下Fe、Mn 含量低[51，78]。

如鄂爾多斯盆地蘇東地區(qū)馬家溝組五段5亞段(表4)。蒸發(fā)泵模式下形成的白云巖Sr、Na的含量一般比埋藏模式下形成的白云巖Sr、Na的含量高，而埋藏模式下形成的白云巖的Fe、Mn 含量一般比蒸發(fā)泵模式下形成的白云巖的Fe、Mn 含量高。

3.4 陰極發(fā)光

陰極發(fā)光強(qiáng)弱、顏色等特征與和Fe、Mn元素的含量以及比例關(guān)系密切，而Fe、Mn元素的含量及比例與沉積相有關(guān)。Fe、Mn元素二者之一含量較少時(shí)不利于白云石的陰極發(fā)光，雖然Fe是白云石陰極發(fā)光的猝滅劑，Mn是白云石陰極發(fā)光的激活劑，但二者缺一不可[28]。潮坪、瀉湖等近地表?xiàng)l件下發(fā)生白云石化時(shí),Fe、Mn處于氧化環(huán)境為高價(jià)狀態(tài),高價(jià)的Fe和Mn不能進(jìn)入白云石晶格中,陰極射線下白云石不發(fā)光或發(fā)弱光，埋藏條件下的還原環(huán)境中，F(xiàn)e、Mn處于低價(jià)狀態(tài)，可以進(jìn)入白云石晶格中，陰極射線下白云石發(fā)光明顯[79]，如圖7所示。

表4 鄂爾多斯盆地蘇東地區(qū)馬家溝組五段5亞段白云巖微量元素[20]Table 4 Trace elements in dolomite of the 5th member and 5th submember of Majiagou Formation in the Sudong area, Ordos Basin[20]

圖7 不同模式白云石陰極發(fā)光特征圖[34，36，40]Fig.7 Characteristic charts of dolomite cathode luminescence in different models[34，36，40]

蒸發(fā)泵模式下形成的白云石在陰極射線下整體基本不發(fā)光或發(fā)暗褐色的弱光[圖7(a)]，這是因?yàn)樵诘乇砘蚪乇淼恼舭l(fā)環(huán)境中Sr、Na元素含量高，而Fe、Mn元素含量低。

滲透回流模式與蒸發(fā)泵模式的沉積相具有相似性，雖然埋藏深度更大，但仍然屬于地表或近地表環(huán)境，因此形成的白云石在陰極射線下發(fā)光比蒸發(fā)泵模式的白云石發(fā)光略強(qiáng)，少數(shù)不發(fā)光，多數(shù)發(fā)暗褐色光[圖7(b)]。

埋藏模式下形成的白云石在陰極射線發(fā)暗紅色-亮紅色光，在交代粒屑結(jié)構(gòu)的白云石中，保存了較好的顆粒形態(tài)，陰極發(fā)光為明顯的亮紅色光，反映原巖為顆粒灰?guī)r，此外在白云石邊部可見薄且具有較強(qiáng)的環(huán)帶狀陰極發(fā)光環(huán)邊[圖7(c)]，反映了交代作用的存在。

3.5 C、O同位素

白云石的C、O同位素主要受鹽度和溫度的影響，其中δ13C受溫度影響小，受沉積期流體鹽度的影響大，當(dāng)強(qiáng)烈的海水蒸發(fā)作用導(dǎo)致海水鹽度增加時(shí)，δ13C相偏正的方向遷移；δ18O受溫度和鹽度的影響大，當(dāng)強(qiáng)烈的海水蒸發(fā)作用導(dǎo)致海水鹽度增加時(shí)向偏正的方向遷移，受淡水稀釋和埋深環(huán)境的高溫影響時(shí)向偏負(fù)的方向遷移。其中δ13C偏移范圍小，δ18O偏移的范圍大，如塔里木盆地寒武-奧陶系(圖8)和川南地區(qū)震旦系燈影組(圖9)，川南地區(qū)震旦系燈影組中，微晶白云石為蒸發(fā)泵模式下形成，粉-細(xì)晶白云石為滲透回流模式下形成，細(xì)晶、中-粗晶白云石為埋藏模式下形成。

圖8 塔里木盆地寒武-奧陶系白云石δ18O、δ13C變化圖[35]Fig.8 Variation map of dolomite δ18O and δ13C in Cambrian-Ordovician in Tarim Basin[35]

圖9 川南地區(qū)震旦系燈影組δ18O、δ13C變化圖[80]Fig.9 Variation map of Sinian Dengying Formation δ18O and δ13C in southern Sichuan Basin[80]

蒸發(fā)泵模式白云石是在地表或近地表潮坪、瀉湖環(huán)境海水強(qiáng)烈蒸發(fā)濃縮條件下形成，白云石化過(guò)程中沒(méi)有淡水的加入，所以δ18O和δ13C偏正。塔里木盆地白云石δ18O變化范圍為-4‰～-7‰，δ13C值變化范圍為-2‰～2‰，整體向正方向偏移。川南地區(qū)燈影組白云石δ18O為-1.29‰～-4.52‰，δ13C為1.95‰～7.82‰，整體向正方向偏移。塔里木盆地的蒸發(fā)泵模式白云石的δ18O和δ13C比滲透回流模式白云石的偏負(fù)，這可能是由于采集的樣品緊鄰潛山面并在埋藏過(guò)程中受到溫度、大氣淡水等因素影響，但總體上的特征基本不變。

滲透回流模式也形成于潮坪、瀉湖環(huán)境，所以δ18O和δ13C較為偏正。塔里木地區(qū)白云石δ18O變化范圍為0～7‰，δ13C變化范圍為0～4‰，整體向正方向偏移。川南地區(qū)燈影組白云石δ18O相對(duì)較低，為-4.94‰～-8.51‰；δ13C值為0.83‰～5.36‰，整體向正方向偏移。與蒸發(fā)泵模式白云石相比，在白云石形成過(guò)程中，滲透回流模式適用深度較深，導(dǎo)致溫度比蒸發(fā)泵模式適用深度的溫度略高，因此此類白云石的δ18O、δ13C較蒸發(fā)泵模式白云石的δ18O、δ13C偏負(fù)。

埋藏模式適用于臺(tái)地邊緣和臺(tái)內(nèi)灘，當(dāng)無(wú)外來(lái)流體侵入時(shí)δ13C較為偏負(fù)，當(dāng)有淡水混入時(shí)，δ13C偏負(fù)程度較大，但整體上來(lái)看要比蒸發(fā)泵模式和滲透回流模式偏負(fù)。δ18O受溫度變化明顯，在深埋藏環(huán)境下，δ18O明顯偏負(fù)[50]。塔里木盆地白云石δ18O偏負(fù)，為-4‰～-10‰，δ13C為-3‰～2‰，整體向負(fù)方向偏移。川南地區(qū)燈影組白云石細(xì)晶白云石δ18O為-10.17‰～-11.95‰；δ13C為0.45‰～4.43‰。中-粗晶白云 石δ18O為-8.95‰～-13.32‰；δ13C為1.61‰～4.96‰ 隨著埋藏深度增加，白云石晶粒也逐漸變粗，δ18O、δ13C整體向負(fù)方向偏移。與前兩種模式相比，埋藏模式白云石形成深度明顯加深，在高溫高壓的還條件下，形成顆粒也逐漸加粗，δ18O、δ13C明顯偏負(fù)。

4 結(jié)論

得出不同沉積相帶控制下的白云巖成因模式及判別特征如下。

(1)蒸發(fā)泵模式可發(fā)育于潮坪和瀉湖環(huán)境，以潮坪環(huán)境較為常見。白云石以半自形-他形的泥-微晶為主，并形成少量粉晶，潮坪環(huán)境形成的白云巖常具有鳥眼、干裂、藻跡等淺水暴露構(gòu)造，瀉湖環(huán)境則無(wú)；兩種環(huán)境下的白云巖與膏巖共生的產(chǎn)狀不同，與潮坪共生的石膏在縱向上由下至上逐漸增多、白云巖逐漸減少，與瀉湖共生的石膏較厚，在縱向上主要以層狀或者較大的透鏡體產(chǎn)出。

(2)滲透回流模式是蒸發(fā)泵模式的延伸與演變，可發(fā)育于潮坪、瀉湖環(huán)境和開闊臺(tái)地淺灘。潮坪和瀉湖環(huán)境的白云石晶體晶粒較蒸發(fā)泵模式的大，可達(dá)細(xì)晶，常保留原巖結(jié)構(gòu)；開闊臺(tái)地淺灘環(huán)境下形成的白云石具有明顯的生物鉆孔特征，灰?guī)r基質(zhì)中還可見生物化石的碎片和碎屑。

(3)埋藏模式以發(fā)生白云石化作用的深度明顯區(qū)別于其他模式，發(fā)育于臺(tái)地邊緣和發(fā)臺(tái)內(nèi)灘，大多伴生反映還原環(huán)境的黃鐵礦，重結(jié)晶現(xiàn)象明顯，所形成的白云石晶體晶粒大，具有壓溶作用產(chǎn)生的溶蝕孔縫。臺(tái)地邊緣的白云石晶體晶粒不等，以粉晶、細(xì)晶及中晶為主，臺(tái)內(nèi)灘形成的白云石晶體晶粒主要為細(xì)晶、中晶及粗晶。

(4)微生物模式與蒸發(fā)泵模式和滲透回流模式時(shí)常相伴生，同樣發(fā)育于潮坪和瀉湖環(huán)境，形成疊層石白云巖類、凝塊石白云巖類、泡沫綿層白云巖類、枝狀石白云巖類、核形石白云巖和球狀白云巖等微生物白云巖，形態(tài)特征明顯區(qū)別于前三者白云石的特征。

(5)蒸發(fā)泵模式到埋藏模式埋藏深度逐漸加深，結(jié)晶速率逐漸減慢，白云石化程度逐漸徹底，各模式有序度和Mg/Ca逐漸增加；蒸發(fā)泵模式白云石為沉積成因，MgO-CaO線性正相關(guān)，滲透回流模式和埋藏模式白云巖為交代和重結(jié)晶成因，MgO-CaO線性負(fù)相關(guān)；蒸發(fā)泵模式和滲透回流模式白云巖為蒸發(fā)環(huán)境海水濃縮沉積形成，富含Na、Sr元素，缺乏Fe、Mn微量元素，埋藏模式則相反；蒸發(fā)泵模式白云巖到埋藏模式白云巖在陰極射線下，由不發(fā)光或發(fā)弱光轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)亮光且具有環(huán)帶狀亮邊，蒸發(fā)泵模式和滲透回流模式白云巖δ18O、δ13C偏正，埋藏模式白云巖δ18O、δ13C明顯偏負(fù)。