基于镁同位素的规模埋藏白云岩形成过程——以塔里木盆地蓬莱坝组为例

地下富镁流体运移机制问题,制约着规模埋藏白云岩形成过程的认识,一直是白云岩成因中地质学家争论的焦点。以塔里木盆地蓬莱坝组埋藏白云岩为研究对象,在岩石学和碳氧同位素、锶同位素与锶元素含量等常规地球化学分析的基础上,通过镁同位素分析,认识了规模埋藏白云岩的形成过程。分析显示,蓬莱坝组不同类型白云岩的镁同位素分布虽有重叠,但是差异明显,藻纹层白云岩镁同位素为-2.34‰~-2.02‰;细中晶残余颗粒白云岩的镁同位素分布范围较广,为-2.24‰~-1.66‰,平均为-2.04‰;粗晶白云岩的镁同位素主要集中在-2.24‰~-1.89,平均为-2.05‰;蓬莱坝组灰岩镁同位素为-3.63‰和-2.82‰,较白云岩明显更偏负。镁同位素与氧同位素、锶同位素和锶元素含量在高频旋回中表现出规律性的旋回变化,对应三种白云岩形成过程:向上变轻-渗透回流叠加埋藏云化、向上变重-蒸发泵叠加埋藏云化和向上变重-埋藏云化模式。进一步,通过白云石晶体变化与锶元素含量变化明确了埋藏云化流体的侧向运移和白云石晶体响应规律。认识到厚层白云岩是由多期白云石化作用叠加而成,既有层内云化流体也受源外云化流体影响,受沉积相和构造埋藏演化史共同控制,海平面波动下大量叠置发育的准同生白云岩是规模埋藏白云岩形成的关键。特别是,基质孔发育的渗透回流型准同生白云岩,在高频层序格架下占比越高、越频繁,越有利于埋藏云化的顺层渗透扩散,进而形成规模埋藏白云岩。

基于激光U-Pb定年的埋藏白云岩形成过程——以塔里木盆地永安坝剖面下奥陶统蓬莱坝组为例

埋藏白云石化作用是形成厚层块状白云岩的主要机制之一,但其形成过程一直存在争议。本文以塔里木盆地永安坝剖面蓬莱坝组为例进行解剖,在露头和薄片岩石学研究的基础上,利用激光U-Pb定年和同位素分析,剖析了蓬莱坝组白云岩形成时期及演化过程,取得三个方面的认识:(1)蓬莱坝组发育四种类型白云岩:藻纹层白云岩、自形-半自形细中晶白云岩、雾心亮边自形中晶白云岩和他形粗晶白云岩,不同类型白云岩垂向互层发育;(2) U-Pb定年结果显示蓬莱坝组受三期云化作用改造,分别为准同生期云化作用、晚奥陶世到志留纪浅埋藏云化作用(464±12Ma到433±22Ma)及泥盆纪埋藏云化作用(382±29Ma),浅埋藏云化作用会对准同生白云石造成重结晶,而埋藏云化作用表现为白云石次生加大,存在寒武系云化流体卷入,影响U-Pb定年;(3)规模白云岩的发育为沉积环境和构造埋藏演化史共同作用的结果,提出塔中北斜坡和塔北南缘为规模白云岩发育区,这对本区油气勘探具有重要的指导意义。

微生物诱导白云石沉淀研究进展及面临的挑战

白云岩成因机理一直是地质学家们关注的焦点,微生物诱导沉淀白云石模式是对“白云岩问题”的重要补充。一方面,微生物作用能显著改善邻近水体化学条件,形成利于白云石沉淀的微环境;另一方面,微生物及代谢产物为白云石沉淀提供成核位点。两者共同克服低温白云石沉淀的动力学障碍。但对于古老地层而言,判识白云石是否为微生物成因具有难度,目前依然缺乏强有力的手段予以约束。基于特殊微观形貌的判识方法,要谨慎使用,需综合评判。大量的证据表明,水化学条件和水文学条件是影响白云石沉淀的关键。虽然,现今白云石的分布环境不能与地质历史时期相对比,前寒武时期微生物白云石发育的环境可能比现今广泛的多,其微生物诱导白云石的规模也可能相当巨大。但截至目前,微生物作用对于古老白云岩的贡献还难以得到有效评估,故其对于解释地质历史时期规模性白云岩的形成还存在不少挑战。即便如此,毫无疑问的是,微生物活动能广泛促进超高镁方解石和原白云石等潜在中间产物的生成,因此其必然有利于白云石的形成。