鄂尔多斯盆地西北部下奥陶统白云岩地球化学特征

０ ７０６ ０
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时间／Ｍａ
４００
５００
６００
图３显生宙世界海水锶同位素及研究区奥 陶纪锶同位素分布图
参考文献 ［１］苏中堂，陈洪德，徐粉燕，等．鄂尔多斯盆地马家沟组白
云岩地球化学特征及白云岩化机制分析［Ｊ］．岩石学 报，２０１ １，２７（８）：２２３０－２２３７． ［２］王保全，强子同，张帆，等．鄂尔多斯盆地奥陶系马家沟 组马五段白云岩的同位素地球化学特征［Ｊ］．地球化 学，２００９，３８（５）：４７２—４７９． ［３］李安仁，张锦泉，郑荣才．鄂尔多斯盆地下奥陶统白云 岩成因类型及其地球化学特征［Ｊ］．矿物岩石，１９９３，１３
比奥陶纪海水８７Ｓｒ／“Ｓｒ比值要高，可能是交代流体来自或流经了富含放射成因的铝硅酸盐基底或硅质碎屑岩。
关键词：白云岩；微量元素；Ｃ、０、Ｓｒ同位素；下奥陶统；鄂尔多斯盆地西北部
中图分类号：Ｐ６１８
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７３—１９８０（２０１３）０１—００１６一０４
白云岩的成因问题是碳酸盐岩岩石学中最复 杂、争论时间最久、最难解决的问题之一，白云岩巨 大的油气资源潜力驱使人们不断地探索研究。鄂尔 多斯盆地下奥陶统白云岩是油气勘探的有利地质 体，众多学者提出不同的白云岩化机制，如混合水白 云岩化、准同生白云岩化、成岩白云岩化、埋藏白云 岩化及局部存在的热液白云岩化。本文拟通过对 鄂尔多斯盆地下奥陶统白云岩的微量元素及ｃ、０、 Ｓｒ稳定同位素资料的分析，试图从白云岩地球化学 角度探讨该区白云岩化流体性质和白云岩化机制， 为白云岩储层的预测和油气勘探提供地质依据。
白云岩中的Ｆｅ和Ｍｎ这２种元素是用于判别 氧化还原作用的敏感元素，它们的有效分配系数Ｋ 大于１，所以在还原环境中，有利于Ｆｅ、Ｍｎ保存在孔 隙流体中，在成岩过程中更容易进入白云石晶格中。 因此，氧化环境形成的白云岩的Ｆｅ、Ｍｎ含量低于还 原环境形成的白云岩，近地表早期白云岩比埋藏白 云岩中的Ｆｅ、Ｍｎ含量低。现代海洋环境中，以文石 为主的灰泥以低的Ｆｅ含量（（１ ８００～９ ７３０）× １０～，平均４ ７２０ Ｘ １０“）和Ｍｎ含量（小于２００ Ｘ １０。６）为特征。而研究区三类白云岩Ｆｅ、Ｍｎ含量的 变化，表示从泥晶一细粉晶白云岩到粗粉晶～细晶 白云岩再到细晶及以上晶级白云岩其成岩环境从同 生一准同生到埋藏环境的变化。
粗粉晶一细晶白云岩类以粗粉晶白云石为主， 含少量细晶白云石，即白云石晶级为粗粉晶至细晶， 并以粗粉晶级别为主。浅灰色至深灰色，白云石晶 体表面较污浊，为它形到半自形，呈点、面、线镶嵌接 触，大多具雾心亮边构造，并多具斑状白云岩构造， 雾心亮边白云石常发育于斑的边缘。
细晶及以上晶级白云岩呈灰色到深灰色，镜下 观察白云石晶级多为细晶级，少量达中粗晶级，它形 至自形，并以它形为主。见残余结构的生屑、砂屑及 颗粒幻影，白云石表面污浊或具雾心亮边构造。但 有的白云石亮边经混合液染色后呈蓝色，为铁白云 石，间或发育溶蚀微孔和晶问孔。
１ 地质概况
鄂尔多斯盆地西北部大致为：北至伊盟隆 起，南抵吴旗，东到城川一乌审旗一线，西达盆地 西界（见图１）。主要包括：西缘逆冲带北段、天 环凹陷北段、部分伊陕斜坡和伊盟隆起。早奥陶 世末的加里东运动使华北地块整体抬升，经历了 １．４亿ａ沉积间断，盆地内部普遍缺失中奥陶世 至早石炭世的沉积，但在鄂尔多斯盆地边缘地区 不同程度见有中晚奥陶世的碳酸盐岩沉积。研 究区奥陶系白云岩除了冶里一亮甲山组以外的 整个奥陶系下统外均有分布：东部马一段至马五
的重要因素。
体源，且６１８０变化较大，是处于不同埋藏深度白云
０．７１３
岩氧同位素温度效应造成的。白云岩中盯Ｓｒ／８６Ｓｒ比
值比奥陶纪海水中的比值高，说明成岩流体来自或
０ ７１２
流经了铝硅酸盐基底或硅质碎屑岩，得到了放射成
０．７１ｌ
因Ｓｒ的注入。
。０．７１０ 量 ｔ 皇０．７０９
：
０．７０８
０ ７０７
值而低于细晶一粉晶白云岩的该值，锶同位素分布 图显示在细晶一粉晶白云岩处存在拐点。这说明成
云石化作用形成。粗粉晶一细晶白云岩与细晶及以 上晶级白云岩２类白云岩的６”Ｃ值与奥陶纪海水
岩溶液的８７Ｓｒ／跖Ｓｒ比值应低于沉积环境或孔隙水中 相当，说明白云石化的流体没有受到有机碳的影响；
的比值，大气淡水的加入可能是降低８７Ｓｒ／８６Ｓｒ比值 ６１８０值分布范围十分相近，说明成岩流体为同一流
第１５卷第１期
重庆科技学院学报（自然科学版）
２０１３年２月
鄂尔多斯盆地西北部下奥陶统白云岩地球化学特征
李高照１ 董兆雄１ 王彦卿２ 刘萌１
（１．西南石油大学研究生院，成都６１０５００； ２．中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，西安７１００１８）
摘要：鄂尔多斯盆地西北部下奥陶统白云岩成因可分为同生一准同生和埋藏２种类型。对微量元素及Ｃ、０、Ｓｒ同
段不同程度发育白云岩，但马四至马五段较厚， 马一至马三段较少发育；西部在克里摩里组发育 少量，桌子山组相对较厚，三道坎组亦是发育少 量或无发育；总体呈现出东厚西薄的特征。
图１研究区简图
收稿日期：２０１２—０９—１８ 基金项目：国家科技重大专项（２０１１ＺＸ０５００４—００６） 作者简介：李高照（１９８４一），男，甘肃庆阳人，西南石油大学在读硕士研究生，研究方向为碳酸盐岩沉积储层。
集的方向演化。６１３Ｃ增加明显，是因为在埋藏环境 温度，由于“热同位素分馏作用”，相对较重稳定同
中，由微生物还原ＣＯ：，其碳来源于甲烷菌发酵阶段 位素氧进入到交代流体中，相对较轻的稳定同位素
（据Ｃｌａｙｐｏｏｌ和Ｋａｐｌａｎ）。扩０值增加幅度较小，则 氧进入到白云石晶格中。泥晶一细粉晶白云岩大部
与浅埋藏环境地层温度升高有关。细晶及以上晶级 分同灰岩成互层状分布，部分样品６”Ｃ、６１８０都发生
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万方数据
李高照，等：鄂尔多斯盆地西北部下奥陶统白云岩地球化学特征
２ 白云岩岩石学及矿物学特征
根据研究区白云岩的镜下特征与白云岩可能的 成因机理，将研究区内白云岩按晶级划分为泥晶一 细粉晶白云岩、粗粉晶一细晶白云岩和细晶及以上 晶级白云岩３类。
泥晶一细粉晶白云岩依其是否含硬石膏可分 为：（含）膏质泥晶一细粉晶白云岩和（不含膏）泥 晶一细粉晶白云岩２类。多呈灰色、深灰色，为泥 晶一细粉晶结构，它形镶嵌接触，发育膏模孔或晶间 微孔。在不与膏岩共生的泥晶一细粉晶白云岩中可 见水平纹层、微波状纹层等。
从白云岩微量元素特征来看，泥晶一细粉晶白 云岩ｓｒ含量高（６２６．８×１０。６），接近现代白云岩中 Ｓｒ的含量（＞ｌ ０００ Ｘ １０“），反映出白云化液体的高 盐度的特征，为蒸发潮坪、蒸发渴湖、台坪或洼地的 产物，较高的Ｎａ含量反应这种白云岩形成于盐度 较高的环境中，表明这类白云岩岩化过程较快，环境 盐度高，可能形成于强蒸发的局限咸化水同生一准 同生环境；粗粉晶一细晶白云岩低Ｓｒ含量反应白云 岩岩化过程中大量ｓｒ的流失，较低Ｎａ的含量充分 说明其形成过程中已脱离海水，并受大气淡水或地 下成岩流体的影响；细晶及以上品级白云岩Ｓｒ、Ｆｅ、 Ｍｎ、Ｎａ与粗粉晶一细晶白云岩相比呈现不同程度 增加，说明研究区成岩环境在粉细晶白云岩形成后 （或这一阶段白云石化作用后）发生了转折。一方 面，反映成岩流体的来源发生了变化；另一方面，也 反映了成岩环境逆转似的变化。
．量 ≤
－４．３９‰～１．０４‰（ＰＤＢ），平均值为一０．９３％。 （ＰＤＢ）；矿Ｏ为一８．７３％ｏ～一４．８２％０（ＰＤＢ），平均值
、、～～．×’、“，２
（ＰＤＢ）；∥０为…９％ｏ 为一６．７５％ｅ（ＰＤＢ）。粗粉晶一细晶白云岩６１３Ｃ为
一０．９６％ｅ～１．３４％ｏ（ＰＤＢ），平均值为０．３４４％ｏ ５．１１％Ｄ（ＰＤＢ），平均值为
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万方数据
李高照，等：鄂尔多斯盆地西北部下奥陶统白云岩地球化学特征
白云石６１８０分布的因素。当补给缺乏或者强烈蒸 发而导致海水盐度增高时，其沉积物中的６１８０和 ∥ｃ值增高，相反亦然。ｃ、０同位素分析结果见表 ２。测试结果表明泥晶一细粉晶白云岩６１３ ｃ为
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３分析测试结果
３．１ 微量元素 微量元素Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｒ、Ｎａ在碳酸盐岩成岩作用
和流体性质判别方面具有独特作用，Ｓｒ是海水及其 派生流体最重要的示踪元素，Ｍｎ含量可以判断沉 积物形成时的水体深度，而Ｎａ往往反应成岩流体
的盐度。研究区白云岩微量元素测试结果见表１， 以较高的Ｆｅ含量和低的Ｎａ、Ｓｒ和Ｍｎ含量为特征。
●细晶以上＿粉晶一细晶▲泥晶一粉晶×含石膏（假晶）泥晶０灰岩
一６．４２４％ｏ（ＰＤＢ）。细晶及以上晶级白云岩６１３Ｃ为
图２各类白云岩与灰岩Ｃ—Ｏ同位素分布
一３．０３％ｏ一０．７９％ｏ（ＰＤＢ），平均值为一０．０９３％。
（ＰＤＢ）；∥０为－７．１６％ｏ～一４．２３％ｏ（ＰＤＢ），平均值
比较三类白云岩的碳一氧同位素平均值，发现
位素地球化学资料的分析表明，微量元素表现为高铁、低锰、低锶和低钠；泥晶一细粉晶白云岩，粗粉晶一细晶白云
岩、细晶及以上晶级白云岩的占１３Ｃ和６１８０值极其近似，且泥晶一细粉晶白云岩的８＇ｓ０平均值比奥陶纪海水∥Ｏ值要
偏负。从Ｃ、０同位素数据上看，形成粗粉晶一细晶白云岩和细晶及以上晶级白云的流体为同源流体；”Ｓｒ／”ｓｒ比值
·１ Ｒ．
值，另一方面本区受局限程度较高，不利于海水的自 由交换。粗粉晶一细晶白云岩的８７Ｓｒ／８６Ｓｒ比值为 ０．７０９ ７２，变化于０．７０９ ４３—０．７１１ １９之间，明显高 于奥陶纪锶同位素值范围，也高于同生一准同生期 的泥晶一细粉晶白云岩的值，这种现象说明成岩溶 液的８７Ｓｒ／８６Ｓｒ比值应低于在沉积环境或孔隙水中的 比值，铝硅酸盐古陆有关的地表水加入可能是导致
万方数据
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李高照，等：鄂尔多斯盆地西北部下奥陶统白云岩地球化学特征
细晶一粉晶白云岩８７Ｓｒ／跖Ｓｒ比值升高的重要因素。 细晶及以上晶级白云岩的锶同位素盯Ｓｔ／８６Ｓｒ比值为
元素及Ｃ、０、Ｓｒ稳定同位素的分析结果表明，泥 晶一细粉晶白云岩具有高的Ｓｒ、Ｎａ含量，泥晶一细
０．７０９ ５９，其值明显高于粉晶一泥晶白云岩中的比 粉晶类白云岩为同生一准同生阶段蒸发泵及海底白
３．３ Ｓｒ同位素 全球早奥陶世海水的锶同位素盯Ｓｔ／８６Ｓｒ比值大
于０．７０８ ８，测试数据平均值为０．７０８ ７３７（图３）。 ｓｒ同位素测试结果见表３，表明泥一粉晶白云岩的８７ Ｓｒ／８６Ｓｒ比值平均为０．７０９ ４８，明显高于全球同期海 水的值，分析其原因，一方面可能与低海平面时期古 隆起的古老硅铝质岩风化提供较高的８７ Ｓｒ／８６ Ｓｒ比
白云岩艿１３ｃ值介于前２类白云岩之间，６１８０值高于 负偏，这说明这类白云岩白云化流体主要为海水或
前２类白云岩。说明此类白云岩在随着埋藏深度的 与海水有关的海源流体，个别白云岩样品可能受到
增加，ＣＯ：的碳同位素处于（Ⅳ）缺氧阶段。
后来大气淡水的改造。
表２ 鄂尔多斯盆地西北部下奥陶统Ｃ、Ｏ同位素组成
‰
为一６．２２７％０（ＰＤＢ）。
由细到粗其６１３Ｃ和扩０值具由低到高再降低的趋
从白云岩与灰岩Ｃ一０同位素分布图（图２）上 势，可能显示干酪根的热解和有机酸的脱梭基作用
可以看出，泥晶一细粉晶白云岩的６１３Ｃ平均值比同 及其铲Ｃ加入。粗粉晶一细晶白云岩和细晶及以
期国家标准（０．５８％ｏ）低，而６１８０平均值比同期国家 上晶级艿”Ｃ分布范围与灰岩６１３Ｃ分布范围几乎一
标准（一８．４９％ｏ）高，说明其形成于局限环境，应属 致，说明这两类白云岩白云化流体为与海水有关的
于同生期一准同生期海底环境组构交代的产物。粗 成岩流体，研究区６１８０变化较大，是处于不同埋藏
粉晶一细晶白云岩与泥晶一细粉晶白云岩相比，６１３ 深度白云岩氧同位素温度效应造成的。因为在埋藏
Ｃ和艿１８０值均有所增加，说明环境在向有利占１３Ｃ富 条件下，发生白云石化作用时，有比近地表条件高的
表１哪尔多系盆地下奥陶统白云岩微量元素含量（×１０“）
３．２ Ｃ、Ｏ同位素 碳酸盐岩Ｃ、Ｏ同位素分析是研究古环境的一
种常用手段，它在恢复水体的古温度、古盐度和研究
沉积物成岩作用方面起着显著作用。白云岩中艿１８ Ｏ 含量一般受水一白云石间平衡交换反应的影响，故 温度和白云石形成溶液中６１８０的含量是直接决定