局部白云岩化作用研究:以塔里木盆地阿克苏地区蓬莱坝剖面鹰山组为例

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2023.008

现代地质 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (05): 1182-1193.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2023.008

局部白云岩化作用研究:以塔里木盆地阿克苏地区蓬莱坝剖面鹰山组为例

谭聪¹(), 刘策¹(), 王铜山¹, 李秋芬¹, 朱玺², 付景龙³, 姜华¹

1.中国石油勘探开发研究院,北京 100083
2.辽宁省化工地质勘查院有限责任公司,辽宁锦州 121000
3.中国石油华北油田分公司勘探开发研究院,河北任丘 062550

收稿日期:2022-07-15 修回日期:2023-01-06 出版日期:2023-10-10 发布日期:2023-11-14
通讯作者: 刘策,男,博士,1988年出生,矿产普查与勘探专业,主要从事碳酸盐岩沉积储层以及层序地层学研究。Email:lcf1316@126.com。
作者简介:谭聪,女,博士,1989年出生,矿产普查与勘探专业,主要从事层序地层学及地球化学研究。Email:340330888@qq.com。
基金资助:
中国石油天然气股份有限公司前瞻性基础性科技重大专项(2021DJ05);中国石油天然气股份有限公司前瞻性基础性科技重大专项(2023ZZ0201)

Study on Structural Dolomitization:Taking the Yingshan Formation of the Penglaiba Section in Aksu Area as An Example

TAN Cong¹(), LIU Ce¹(), WANG Tongshan¹, LI Qiufen¹, ZHU Xi², FU Jinglong³, JIANG Hua¹

1. Research Institute of Petroleum Exploration & Development, CNPC,Beijing 100083, China
2. Liaoning Chemical Geology Exploration Institute Co., Ltd., Jinzhou, Liaoning 121007, China
3. Research Institute of Petroleum Exploration and Development, Huabei Oilfield Company, CNPC, Renqiu, Hebei 062550, China

Received:2022-07-15 Revised:2023-01-06 Online:2023-10-10 Published:2023-11-14

摘要/Abstract

摘要：

通过对塔里木盆地阿克苏地区蓬莱坝剖面鹰山组的系统野外测量、岩性描述、样品采集、薄片观察以及地球化学分析,对鹰山组小规模局部发育的白云岩的成因进行详细分析。蓬莱坝剖面鹰山组可划分为上下两段,整体岩性为灰岩,下段为亮晶藻砂屑灰岩,具有明显的高能颗粒滩相沉积特征,上段为球粒泥晶灰岩,以低能滩及滩间海沉积为主。剖面被多条断层切割,局部白云岩主要发育在鹰山组下段断裂附近,呈透镜状、准层状分布,白云岩化程度具有以断裂为中心沿层面向周边逐渐减弱的特点。白云岩地球化学分析结果显示其Fe、Mn含量低,与周边灰岩相重叠,Na、K含量与灰岩之间也没有区分,反映白云岩化流体为海水源;Sr元素含量明显高于周边灰岩,表明白云岩化作用并非发生在表生环境下;稀土元素则具有轻稀土元素富集、重稀土元素亏损的特征,Eu表现出明显负异常,Ce元素轻微亏损,表现出与现代海水相似的特征。白云岩样品碳-氧同位素相比于灰岩更轻,指示流体的蒸发性质。综合研究认为,蓬莱坝剖面鹰山组围绕断裂发育的局部白云岩的形成阶段可能发生在浅埋藏阶段,白云岩化流体可能来源于由断裂沟通的中上寒武统蒸发卤水,是一类不同于典型构造-热液白云岩的小型构造白云岩。

关键词: 白云岩化作用, 鹰山组, 蓬莱坝剖面, 塔里木盆地

Abstract:

Through systematic field survey, lithology descriptions, sample collection, thin-section observation and geochemical analysis of the Yingshan Formation in the Penglaiba section of Aksu area in Tarim Basin, the local small-scale genesis of dolomite in the Yingshan Formation is analyzed in detail.The results show that the Yingshan Formation in Penglaiba section can be divided into upper and lower segments, and the overall lithology is limestone.The lower section comprises sparry algal arenaceous limestone, which has clear sedimentary characteristics of high-energy granular beach facies. The upper section is globular micrite limestone, which is dominated by low-energy beach and intertidal marine sediments.The profile is cut by several faults, and dolomite is locally developed near the fault of the lower segment of Yingshan Formation, distributed in lenticular or semi-layered form.The degree of dolomitization decreases gradually along the layer and away from the fault.Geochemical analysis of the dolomite shows that the rock has low Fe and Mn contents, overlapping with the surrounding limestone, and there is no distinction on Na and K contents from the limestone, reflecting that the dolomitization fluid is of marine origin.The Sr content is obviously higher than that of the surrounding limestone, indicating that the mica alteration was not supergene related.The REE compositions are characterized by enrichment of LREEs and depletion of HREEs.Eu shows obviously negative anomaly, while Ce shows slight depletion, similar to modern seawater.Carbon-oxygen isotopes of the dolomite samples are lighter than those of the limestone, indicating the evaporite property of the fluid.Through comprehensive research, we considered that the local dolomitization around the fault in the Yingshan Formation (Penglaiba section) may have occurred in the shallow burial stage.The dolomitization fluid may have come from the evaporated brine of the Middle-Upper Cambrian strata connected by the fault, which is a kind of small structural dolomite different from typical tectonic hydrothermal dolomite.

Key words: dolomitization, Yingshan Formation, Penglaiba section, Tarim Basin

中图分类号:

P588.245

谭聪, 刘策, 王铜山, 李秋芬, 朱玺, 付景龙, 姜华. 局部白云岩化作用研究:以塔里木盆地阿克苏地区蓬莱坝剖面鹰山组为例[J]. 现代地质, 2023, 37(05): 1182-1193.

TAN Cong, LIU Ce, WANG Tongshan, LI Qiufen, ZHU Xi, FU Jinglong, JIANG Hua. Study on Structural Dolomitization:Taking the Yingshan Formation of the Penglaiba Section in Aksu Area as An Example[J]. Geoscience, 2023, 37(05): 1182-1193.

图/表 13

图1 研究区区域地质简图和剖面位置 (a)塔里木盆地构造格局;(b)阿克苏—柯坪地层出露情况及蓬莱坝剖面详细地理位置

Fig.1 Regional geological sketchmap and location map of outcrops in the study area

图2 实测蓬莱坝剖面沉积层序综合柱状图

Fig.2 Stratigraphic column of the Penglaiba profile

图3 蓬莱坝剖面白云岩露头特征 (a)蓬莱坝剖面鹰山组内部断层及裂缝带;(b)剖面下段透镜状白云岩;(c)剖面下段与断裂伴生的透镜状白云岩

Fig.3 Outcrops in Penglaiba profile and dolomite features

图4 蓬莱坝剖面主要矿物镜下特征 (a)未受到白云岩化流体改造的剖面下段颗粒灰岩,颗粒成分为内碎屑;(b)未受到白云岩化流体改造的剖面下段颗粒灰岩,早期溶蚀孔洞被方解石充填,颗粒成分为藻球粒,蓝色铸体片;(c)剖面上段未受到白云岩化流体改造的纹层状泥晶灰岩;(d)蓬莱坝组半自形中晶白云岩,具雾心亮边结构,少量晶间溶孔,蓝色铸体片;(e)岩相1,剖面下段鹰山组断裂周边自形-半自形细晶白云岩,具雾心亮边结构,晶间孔均被方解石充填,蓝色铸体片,茜素红染色;(f)岩相2,剖面下段鹰山组断裂周边未被完全白云岩化的灰质云岩,早期方解石胶结物全部被白云石交代,部分颗粒结构丧失,白云石晶体为粉晶-细晶,蓝色铸体片;(g)岩相2,剖面下段鹰山组断裂周边含灰白云岩,原始颗粒及胶结物大部分被白云石交代,蓝色铸体片;(h)岩相3,剖面下段鹰山组距离断裂较远的云质灰岩,原始颗粒灰岩仅胶结物被白云石交代,白云石晶体为粉-细晶;(i)岩相4,剖面上段鹰山组泥晶灰岩中沿裂缝周边发育有漂浮状白云石颗粒

Fig.4 Major mineral microscopic characteristics of the Penglaiba profile

图5 蓬莱坝剖面下段鹰山组颗粒滩沉积体内部紧邻断裂部位向远端(从左至右)沿层白云岩化程度逐渐减弱特征

Fig.5 Change in dolomitization degree in different parts of the lower section in Penglaiba profile

表1 蓬莱坝剖面蓬莱坝组—鹰山组碳氧同位素测试数据

Table 1 Carbonate and oxygen isotope compositions in the Yingshan and Penglaiba formations

样品编号	岩性	δ¹³C(‰)	δ¹⁸O(‰)
DPL-4	灰岩	-0.4	-6.4
DPL-5	灰岩	-0.8	-7.3
DPL-6	灰岩	-2.1	-6.1
DPL-8	灰岩	-1.8	-7.0
DPL-9	灰岩	0.8	-12.7
DPL-14	灰岩	-1.9	-8.0
DPL-15	云质灰岩	-1.2	-3.7
DPL-16	灰岩	-1.8	-7.1
DPL1-1	白云岩	-0.5	-7.1
DPL4-1	云质灰岩	-0.8	-4.7
DPL5-1	灰岩	-1.1	-7.1
DPL5-3	含灰云岩	-1.5	-7.9
DPL6-1	云质灰岩	-0.7	-5.3
DPL6-2	云质灰岩	-0.3	-7.7
DPL12-1	含云灰岩	-1.5	-7.4
DPL11-B	灰岩	-1.1	-14.2
DPL-F	充填方解石	-1.2	-14.7
DPL-1	灰岩	-0.7	-7.2
DPL-3	灰岩	-1.1	-4.6
DPL-7	云质灰岩	-1.0	-5.0
DPL-10	灰岩	-0.2	-10.8
DPL-11	灰岩	-1.1	-15.1
DPL0-1	白云岩	-0.6	-5.3
DPL2-1	白云岩	-0.6	-3.6
DPL4-2	白云岩	-0.9	-5.6
DPL5-2	含云灰岩	-1.6	-7.0
DPL5-4	云质灰岩	-0.8	-4.4

图6 蓬莱坝剖面不同岩性碳和氧同位素组成

Fig.6 Carbon and oxygen isotopic compositions of the Penglaiba profile

图7 蓬莱坝剖面受白云岩化改造样品CaO、MgO关系图(底图据文献[23])

Fig.7 CaO vs.MgO plot of dolomitized samples in the Penglaiba profile(modified after reference [23])

表2 塔里木盆地蓬莱坝剖面鹰山组白云岩样品主量和微量元素组成

Table 2 Major and trace element contents of the Yingshan Formation in the Pelnglaiba profile, Tarim basin

编号	Si(%)	Al(%)	MgO(%)	CaO(%)	Na(%)	K(%)	MnO(%)	Ti(%)	P(%)	FeO(%)	Sr(μg/g)	层位
DPL-1	1.34	0.123	19.91	32.11	0.035	0.036	0.017	0.007	0.012	<0.10	147.0	蓬莱坝组
DPL-7	2.89	0.774	10.08	41.69	0.035	0.244	0.005	0.045	0.011	0.33	121.0	鹰山组
DPL-15	2.86	0.927	15.51	35.11	0.032	0.303	0.009	0.059	0.012	0.24	129.0	鹰山组
DPL0-1	2.67	0.151	19.10	32.27	0.047	0.048	0.004	0.015	0.01	<0.10	231.0	蓬莱坝组
DPL2-1	5.73	0.863	15.85	33.10	0.040	0.260	0.012	0.056	0.020	0.54	137.0	鹰山组
DPL4-1	5.72	1.540	16.95	31.24	0.095	0.501	0.010	0.086	0.013	0.45	110.0	鹰山组
DPL4-2	7.19	1.040	13.73	34.30	0.058	0.326	0.012	0.057	0.016	0.58	96.4	鹰山组
DPL6-2	3.21	0.559	18.06	31.44	0.083	0.179	0.013	0.039	0.014	0.67	69.9	鹰山组
DPL12-1	1.98	0.554	10.10	42.23	0.044	0.168	0.006	0.031	0.008	0.20	138.0	鹰山组

图8 蓬莱坝剖面不同位置样品Fe、Mn关系图(a)和蓬莱坝剖面不同位置样品Na、K关系图(b)

Fig.8 FeO vs.MnO plot (a) and Na vs.K plot (b) for the different sections in the Penglaiba profile

表3 蓬莱坝剖面鹰山组白云岩样品稀土元素组成

Table 3 REE composition of the Yingshan Formation in the Pelnglaiba profile

编号	层位	La	Ce	Pr	Nd	Sm	Eu	Gd	Tb	Dy	Ho	Er	Tm	Yb	Lu	∑REE	LREE	HREE	LREE/ HREE	δEu	δCe
DPL-1	蓬莱坝组	1.02	2.16	0.23	0.95	0.18	0.03	0.18	0.04	0.17	0.04	0.09	0.02	0.09	0.01	5.21	4.58	0.64	7.19	0.58	12.37
DPL-7	鹰山组	3.56	6.66	0.77	3.06	0.59	0.10	0.49	0.09	0.48	0.09	0.25	0.05	0.28	0.03	16.49	14.73	1.77	8.34	0.54	15.48
DPL-15	鹰山组	3.86	7.19	0.81	3.12	0.62	0.10	0.54	0.10	0.53	0.11	0.31	0.06	0.32	0.05	17.71	15.70	2.01	7.82	0.54	14.60
DPL0-1	蓬莱坝组	0.74	1.47	0.17	0.73	0.15	0.03	0.13	0.02	0.12	0.03	0.08	0.01	0.07	0.01	3.76	3.30	0.46	7.10	0.56	12.66
DPL2-1	鹰山组	6.24	12.5	1.35	5.38	1.01	0.18	0.86	0.17	1.02	0.20	0.53	0.10	0.56	0.08	30.18	26.66	3.51	7.59	0.59	12.90
DPL4-1	鹰山组	7.04	13.4	1.42	5.54	1.02	0.18	0.87	0.16	0.86	0.17	0.53	0.09	0.49	0.07	31.83	28.60	3.23	8.87	0.58	15.27
DPL4-2	鹰山组	5.26	11.3	1.32	5.34	1.04	0.20	0.91	0.16	0.85	0.17	0.46	0.07	0.44	0.07	27.59	24.46	3.13	7.81	0.60	12.96
DPL6-2	鹰山组	3.38	6.46	0.73	2.96	0.56	0.10	0.52	0.09	0.53	0.10	0.28	0.05	0.30	0.04	16.10	14.19	1.91	7.44	0.55	13.61
DPL12-1	鹰山组	2.51	4.89	0.57	2.10	0.43	0.06	0.32	0.06	0.36	0.07	0.21	0.04	0.23	0.03	11.87	10.56	1.32	8.03	0.49	16.43

图9 蓬莱坝剖面受白云岩化作用改造样品的稀土元素配分模式

Fig.9 REE distribution patterns of the sample affected by dolomitized fluid

图10 蓬莱坝剖面构造白云岩化模式

Fig.10 Structural dolomitization model for the Penglaiba section

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局部白云岩化作用研究:以塔里木盆地阿克苏地区蓬莱坝剖面鹰山组为例

Study on Structural Dolomitization:Taking the Yingshan Formation of the Penglaiba Section in Aksu Area as An Example

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