西沙石岛礁相白云岩稀土元素地球化学特征及成岩环境分析

西沙群岛是南海生物礁体系发育的典型地区,也是我国生物礁油气资源勘探与开发的重点区域。对采自西沙石岛"西科1井"岩心7层共107个白云岩样品进行了稀土元素(REE)含量测试分析,旨在通过分析白云岩层的REE地球化学特征,探讨西沙岛礁白云岩的成岩环境及其与古气候事件的相互关系。研究结果表明:西沙石岛礁相碳酸盐岩中7层白云岩具有相似的REE地球化学特征(含量、配分模式和元素异常等),表明其形成于相近的成岩环境;埋藏压实及其所导致的成岩作用未造成白云岩层中REE主要特征的显著变化,白云岩的REE地球化学特征基本反映了白云岩化作用的成岩环境及成岩流体的性质;多种地球化学指标(REE、Sr含量和碳、氧同位素特征)表明,西沙岛礁白云岩主要形成于高盐海水作用条件下的低温偏氧化环境,潟湖环境下高盐卤水的渗透回流作用是导致白云岩层形成的主要形式;白云岩的形成在时间上与中新世以来的古气候变冷事件相对应,气候变化导致的海平面升降控制了岛礁白云岩层的分布;由于气候变冷在岛礁周围形成礁滩潟湖,相对封闭的潟湖和蒸发量大于降水量的气候环境形成高盐度卤水,这种比重较大的高盐卤水沿孔隙下渗,交代蚀变早先形成的方解石类碳酸盐,从而形成了西沙岛礁中的白云岩层。

应用ESR和铀系年龄讨论西沙石岛风成灰岩基底的年代问题

自1983年在西沙石岛首次发现风成灰岩以来,相继报道了一些研究情况。石岛风成灰岩基底明确,侵蚀面清楚,经氧同位素地层学推断,基底年代为7万年,而铀系法测定为13.1万年,差异较大。鉴于这种情况,选择另一种独立的方法确定其基底年龄,十分必要。为此我们用ESR方法对基底样品进行了年龄测定,同时还进一步检验了样品的化学封闭情况。

西沙石岛西科1井生物礁碳酸盐岩地球化学特征

对西科1井生物礁碳酸盐岩样品进行了地球化学(常量组分、微量及稀土元素含量等)分析,旨在探讨生物礁的形成演化以及所记录的环境变化信息.结果表明:西科1井岩心在井深36m附近存在地球化学参数的显著变化,暗示该深度是一处重要的地层界面或环境突变界面.岩心中的常量组分可以分为3类组合:以CaO为主,辅以K2O的原生碳酸岩组分,该组分对应的主要造岩矿物是方解石,代表了未经白云岩化的生物礁原生碳酸盐沉积;以MgO为主,辅以Na2O和P2O5,代表了白云岩化作用中的富集组分,反映了相对封闭的泻湖环境;以SiO2为主,加以Al2O3、TiO2、Fe2O3和MnO,代表造礁生物对这些组分的富集作用,但不能排除火山组分少量混入的可能性.相对于全球第四纪碳酸盐岩、上陆壳及页岩的平均值,岩心碳酸盐岩中大部分微量元素和稀土元素含量都较低.岩心中氧化还原敏感性微量元素(RSE)含量较低,指示岛礁发育过程中大部分时期处于氧化环境条件下,而RSE含量在岩心中的大幅波动体现出氧化/还原环境的交替变化.微量元素含量、∑REE、∑LREE、∑HREE、LREE/HREE、δCe、δEu等地球化学指标在岩心中的分布与岩心样品的矿物组成无明显的相关性,说明成岩作用和白云岩化作用并没有造成微量和稀土元素含量及特征指标的明显变化.

西沙岛礁白云岩化特征与成因模式分析

关于碳酸盐岩的白云岩化作用至今仍是一个争论颇大的科学问题。在2012-2013年期间,中海石油（中国）有限公司湛江分公司在西沙石岛钻取了长达1 268.02m的＂西科1井＂岩心,在0-1 257.52m主要由碳酸盐岩组成的岩心中存在有7个白云岩层。本文基于西科1井岩心样品的矿物组成、常量、微量及稀土元素含量等地球化学特征分析,探讨了西沙岛礁特有的白云岩化作用过程。结果表明：西科1井7层白云岩在成因上与埋深和压实成岩作用无关,其分布与海平面下降的地质事件有良好的对应关系,白云岩层元素地球化学特征表明白云岩成岩流体为浓缩的高盐度海水。根据白云岩层的矿物学和地球化学特征,提出了礁滩潟湖环境下高盐卤水渗透回流作用的白云岩化模式：伴随海平面的升降,礁体处于淹没与暴露的交替之中,海平面下降导致了礁滩潟湖的形成,由于西沙海区蒸发量大于降水量而使澙湖中海水盐度增高,最终形成富Mg卤水;澙湖中高盐度富Mg卤水在礁体内下渗和侧向扩散,Mg逐渐替代早期CaCO3晶格中Ca而形成白云石;海平面的升降变化和礁体淹没与暴露的交替导致了钻井岩心多个白云岩层的形成。海平面升降直接控制了岛礁碳酸盐岩的发育和白云岩化作用,导致海平面升降的古气候变化在岛礁的形成发育中起到主导作用。