Geochemical Features and Genesis of Dolomite in Sinian Dengying Formation of Zigui Area, Hubei Province

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2020.004

Abstract

Abstract:

Fluid properties of dolomitization and dolomite diagenesis is a hotspot of carbonate diagenesis research in recent years. It is very important to study the genesis of dolomite and to understand the formation mechanism of dolomite reservoirs, which can be used to predict high-quality reservoirs. In this paper, the genesis of dolomites in Dengying Formation in Zigui County has been studied systematically via petrological, mineralogical (X-ray diffraction), and geochemical (trace elements, REEs and carbon-oxygen isotopes) analyses, and possible dolomitization patterns were inferred. According to the trace element characteristics, the Zigui dolomites had not been affected by terrigenous debris, and were formed in an arid, highly-saline seawater and oxidizing environment. The Sr contents show that the dolomites have been completely dolomitized, and the diagenetic environment was likely a high-temperature burial one with no effect of syn-diagenetic leaching. The dolomitized fluids were mainly derived from seawater. Based on the results above, we proposed the evaporite dolomite (Sabuha) and burial dolomitization models to account for the formation of mud microcrystalline dolomite and crystalline dolomite in Zigui area.

Key words: Dengying Formation, geochemistry, dolomite, diagenetic model, Zigui area

CLC Number:

P588.2

MA Jiayi, XIE Shuyun, ZHANG Mohai, JIAO Cunli, HAN Jun, BAO Zhengyu, WU Tie, ZHANG Hai. Geochemical Features and Genesis of Dolomite in Sinian Dengying Formation of Zigui Area, Hubei Province[J]. Geoscience, 2020, 34(01): 74-87.

Figures/Tables 12

References 69

[1]	ZENGLER D H, DUNHAM J D, ETHINGTON R L. Concepts and Models of Dolomitization[M]. Tulsa:Society of Economic Paleontologists and Mineralogists, 1980: 285-286.
[2]	SUN S Q. A reappraisal of dolomite abundance and occurrence in the Phanerozoic[J]. Journal of Sedimentary Research, 1994,64(7):396-404.
[3]	马锋, 杨柳明, 顾家裕, 等. 世界白云岩油气田勘探综述[J]. 沉积学报, 2011,29(5):1010-1021.
[4]	苏中堂. 鄂尔多斯盆地古隆起周缘马家沟组白云岩成因及成岩系统研究[D]. 成都:成都理工大学, 2011.
[5]	罗平, 张静, 刘伟, 等. 中国海相碳酸盐岩油气储层基本特征[J]. 地学前缘, 2008,15(1):36-50.
[6]	吴仕强, 朱井泉, 胡文瑄, 等. 塔里木盆地寒武系—奥陶系白云岩稀土元素特征及其成因意义[J]. 现代地质, 2009,23(4):638-647.
[7]	KENWARD P A, GOLDSTEIN R H, BROOKFIELD A E, et al. Model for how microbial methane generation can preserve early porosity in dolomite and limestone reservoirs[J]. AAPG Bulletin, 2012,96(3):399-413.
[8]	ZHAO W Z, SHEN A J, ZHENG J F, et al. The porosity origin of dolostone reservoirs in the Tarim, Sichuan and Ordos basins and its implication to reservoir prediction[J]. Science China Earth Sciences, 2014,57(10):2498-2511.
[9]	姚根顺, 郝毅, 周进高, 等. 四川盆地震旦系灯影组储层储集空间的形成与演化[J]. 天然气工业, 2014,34(3):31-37.
[10]	马永生, 郭旭升, 郭彤楼, 等. 四川盆地普光大型气田的发现与勘探启示[J]. 地质论评, 2005,51(4):477-480.
[11]	CHEN W. Discussing again on the source of Sinian gas pool in Weiyuan gas field in Sichuan Basin[J]. Natural Gas Industry, 1992,12(6):28-32.
[12]	王爱, 钟大康, 党录瑞, 等. 川东地区震旦系灯影组储层特征及其控制因素[J]. 现代地质, 2015,29(6):1398-1408.
[13]	邹才能, 杜金虎, 徐春春, 等. 四川盆地震旦系—寒武系特大型气田形成分布、资源潜力及勘探发现[J]. 石油勘探与开发, 2014,41(3):278-293.
[14]	魏国齐, 王志宏, 李剑, 等. 四川盆地震旦系、寒武系烃源岩特征、资源潜力与勘探方向[J]. 天然气地球科学, 2017,28(1):1-13.
[15]	刘树根, 黄文明, 张长俊, 等. 四川盆地白云岩成因的研究现状及存在问题[J]. 岩性油气藏, 2008,20(2):6-15.
[16]	郭战峰, 陈绵琨, 付宜兴, 等. 鄂西渝东地区震旦、寒武系天然气成藏条件[J]. 西南石油大学学报(自然科学版), 2008,30(4):39-42.
[17]	胡晓凤. 湘鄂西地区油气藏类型及勘探方向[J]. 石油与天然气地质, 2002,23(3):300-302.
[18]	陈洪德, 庞林, 倪新锋, 等. 中上扬子地区海相油气勘探前景[J]. 石油实验地质, 2007,29(1):13-18.
[19]	王自强, 尹崇玉, 高林志, 等. 湖北宜昌峡东地区震旦系层型剖面化学地层特征及其国际对比[J]. 地质论评, 2002,48(4):408-415.
[20]	杨剑, 丁莲芳. 湖北秭归庙河震旦系陡山沱组—灯影组界线层元素地球化学异常[J]. 地质学报, 1998,72(2):96.
[21]	杨剑, 丁莲芳, 李勇. 湖北秭归庙河震旦系陡山沱组—灯影组界线层内微球粒的发现及意义[J]. 成都理工学院学报, 2000,27(1):22-25.
[22]	张林, 李建明, 万琳. 宜昌莲沱上震旦统灯影组沉积相与储层特征分析[J]. 油气地球物理, 2009,7(4):34-37.
[23]	李旭兵, 王传尚, 刘安. 雪峰山西侧秭归—五峰段海相层系油气地质条件研究[J]. 石油实验地质, 2009,31(2):197-201.
[24]	李嵘, 张娣, 赵瞻, 等. 雪峰山西侧重点白云岩储层成岩、储集特征及质量影响因素[J]. 地质通报, 2012,31(11):1852-1861.
[25]	张学丰, 刘波, 蔡忠贤, 等. 白云岩化作用与碳酸盐岩储层物性[J]. 地质科技情报, 2010,29(3):79-85.
[26]	白晓, 凌文黎, 段瑞春, 等. 扬子克拉通核部中元古代—古生代沉积地层Nd同位素演化特征及其地质意义[J]. 中国科学(地球科学), 2011,41(7):972-983.
[27]	颜丹平, 汪新文, 刘友元. 川鄂湘边区褶皱构造样式及其成因机制分析[J]. 现代地质, 2000,14(1):37-43.
[28]	徐大良, 彭练红, 刘浩, 等. 黄陵背斜中新生代多期次隆升的构造-沉积响应[J]. 华南地质与矿产, 2013,29(2):90-99.
[29]	熊成云, 韦昌山, 金光富, 等. 鄂西黄陵背斜地区前南华纪古构造格架及主要地质事件[J]. 地质力学学报, 2004,10(2):97-112.
[30]	毛琼, 邹光富, 张洪茂, 等. 四川盆地动力学演化与油气前景探讨[J]. 天然气工业, 2006,26(11):7-10.
[31]	赵自强. 长江三峡地区生物地层学[M]. 北京: 地质出版社, 1985: 68-79.
[32]	谌刚, 严春杰, 寿瑾枫, 等. 蒙脱石X射线衍射定量分析方法影响因素研究[J]. 非金属矿, 2011,34(1):60-62.
[33]	刘晔, 柳小明, 胡兆初, 等. ICP-MS测定地质样品中37个元素的准确度和长期稳定性分析[J]. 岩石学报, 2007,23(5):1203-1210.
[34]	蔡俊军, 卢振权, 孙青, 等. 祁连山冻土区天然气水合物伴生碳酸盐C、O 同位素特征及其地质意义[J]. 现代地质, 2013,27(6):1356-1364.
[35]	胡俊杰, 李琦, 陈若瑜, 等. 羌塘盆地中、下二叠统碳酸盐岩白云石有序度控制因素研究[J]. 矿物岩石, 2014,34(2):91-95.
[36]	彭俊. 川东南地区震旦系灯影组储层特征研究[D]. 成都:成都理工大学, 2010.
[37]	朱同兴, 黄志英. 地质记录中的海水白云岩化作用[J]. 沉积与特提斯地质, 1993,13(5):16-26.
[38]	HECHT L, FREIBERGER R, GILG H A, et al. Rare earth element and isotope (C, O, Sr) characteristics of hydrothermal carbonates: genetic implications for dolomite-hosted talc mineralization at Gopfersgrun (Fichtelgebirge, Germany)[J]. Chemical Geology, 1999,155(1/2):115-130.
[39]	WANG L, HU W, WANG X, et al. Seawater normalized REE patterns of dolomites in Geshan and Panlongdong sections, China: Implications for tracing dolomitization and diagenetic fluids[J]. Marine and Petroleum Geology, 2014,56(3):63-73.
[40]	KAWABE I, TORIUMI T, OHTA A, et al. Monoisotopic REE abundances in seawater and the origin of seawater tetrad effect[J]. Geochemical Journal, 1998,32:213-229.
[41]	LEYBOURNE M I, JOHANNESSON K H. Rare earth elements (REE) and yttrium in stream waters, stream sediments, and Fe-Mn oxyhydroxides: Fractionation, speciation, and controls over REE plus Y patterns in the surface environment[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2008,72:5962-5983.
[42]	胡文瑄, 陈琪, 王小林, 等. 白云岩储层形成演化过程中不同流体作用的稀土元素判别模式[J]. 石油与天然气地质, 2010,31(6):810-818.
[43]	QING H U, MOUNTJOY E W. Rare-earth element geochemistry of dolomites in the Middle Devonian Presqu’ile barrier, Western Canada Sedimentary Basin: implications for fluid-rock ratios during dolomitization[J]. Sedimentology, 1994,41:787-804.
[44]	BAU M. Rare-earth element mobility during hydrothermal and metamorphic fluid-rock interaction and the significance of the oxidation state of europium[J]. Chemical Geology, 1991,93(3/4):219-230.
[45]	WEBB G E, KAMBER B S. Rare earth elements in Holocene reefal microbialites: a new shallow seawater proxy[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2000,64(9):1557-1565.
[46]	朱东亚, 张殿伟, 张荣强, 等. 中国南方地区灯影组白云岩储层流体溶蚀改造机制[J]. 石油学报, 2015,36(10):1188-1198.
[47]	韩银学, 李忠, 韩登林, 等. 塔里木盆地塔北东部下奥陶统基质白云岩的稀土元素特征及其成因[J]. 岩石学报, 2009,25(10):6-8.
[48]	BAIOUMY H, LEHMANN B. Anomalous enrichment of redox-sensitive trace elements in the marine black shales from the Duwi Formation, Egypt: Evidence for the late Cretaceous Tethys anoxia[J]. Journal of African Earth Sciences, 2017,133:7-14.
[49]	KIMURA H, WATANABE Y. Oceanic anoxia at the Precambrian-Cambrian boundary[J]. Geology, 2001,29(11):995-998.
[50]	王鹏万, 陈子炓, 李娴静, 等. 黔南坳陷上震旦统灯影组地球化学特征及沉积环境意义[J]. 现代地质, 2011,25(6):1059-1065.
[51]	倪善芹, 侯泉林, 王安建, 等. 碳酸盐岩中锶元素地球化学特征及其指示意义——以北京下古生界碳酸盐岩为例[J]. 地质学报, 2010,84(10):1510-1516.
[52]	RUDNICK R L, GAO S. Composition of the Continental Crust[M]. Oxford: Oxford Press, 2003: 1-10.
[53]	KEITH M L, WEBER J N. Carbon and oxygen isotopic composition of selected limestones and fossils[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1964,28(10/11):1787-1816.
[54]	DERRY L A, KETO L S, JACOBSEN S B, et al. Sr isotopic variations in Upper Proterozoic carbonates from Svalbard and East Greenland[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1989,53(9):2331-2339.
[55]	黄擎宇, 刘伟, 石书缘, 等. 塔中—巴麦地区下古生界不同结构类型白云岩元素地球化学特征[J]. 地球化学, 2016,45(2):199-212.
[56]	陈永权, 周新源, 赵葵东, 等. 塔里木盆地塔中1井藻纹层白云岩与竹叶状白云岩成因——基于岩石学、元素与同位素地球化学的厘定[J]. 地质学报, 2008,82(6):826-834.
[57]	贺训云, 寿建峰, 沈安江, 等. 白云岩地球化学特征及成因——以鄂尔多斯盆地靖西马五段中组合为例[J]. 石油勘探与开发, 2014,41(3):375-384.
[58]	谭盼盼, 卢振权, 王伟超, 等. 祁连山木里三露天天然气水合物层段碳酸盐矿物学地球化学特征[J]. 现代地质, 2015,29(5):1223-1233.
[59]	陈梅, 王龙樟, 张雄, 等. C、O同位素在川东北碳酸盐岩储层研究中的应用[J]. 沉积学报, 2011,29(2):217-225.
[60]	陈孝红, 李华芹, 陈立德, 等. 三峡地区震旦系碳酸盐岩碳氧同位素特征[J]. 地质论评, 2003,49(1):66-73.
[61]	黄志诚, 陈智娜, 杨守业. 中国南方灯影峡期海洋碳酸盐岩原始δ¹³C和δ¹⁸O组成及海水温度[J]. 古地理学报, 1999,1(3):1-7.
[62]	MACHEL H G. Concepts and models of dolomitization: a critical reappraisal[J]. Geological Society of London Special Publications, 2004,235(1):7-63.
[63]	ALLEN J R, WIGGINS W D. Dolomite Reservoirs: Geochemical Techniques for Evaluating Origin and Distribution[M]. Tulsa: AAPG, 1993: 1-109.
[64]	NOTHDURFT L D, WEBB G E, KAMBER B S. Rare earth element geochemistry of Late Devonian reefal carbonates, canning basin, Western Australia: Confirmation of a seawater REE proxy in ancient limestones[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2004,68(2):263-283.
[65]	AZMY K, BRAND U, SYLVESTER P, et al. Biogenic and abiogenic low-Mg calcite (bLMC and aLMC): Evaluation of seawater-REE composition, water masses and carbonate diagenesis[J]. Chemical Geology, 2011,280(1):180-190.
[66]	LING H F, CHEN X, LI D, et al. Cerium anomaly variations in Ediacaran-earliest Cambrian carbonates from the Yangtze Gorges area, South China: Implications for oxygenation of coeval shallow seawater[J]. Precambrian Research, 2013,225(1):110-127.
[67]	MCLENNAN S M. Rare earth elements in sedimentary rocks: Influence of provenance and sedimentary processes[J]. Reviews in Mineralogy, 1989,21(8):169-200.
[68]	BUSH P. Some Aspects of the Diagenetic History of the Sabkha in Abu Dhabi, Persian Gulf[M]. Berlin: Springer, 1973: 395-407.
[69]	TUCKER M, WRIGHT V P. Carbonate Sedimentology[M]. Oxford:Blackwell Scientific Publications, 1990: 401-402.

样品编号	分类	层位	晶粒大小/mm	岩石学特征
WTZG-4	泥微晶白云岩	蛤蟆井段	<0.01	泥微晶白云岩,灰白色,含硅质条带
WTZG-11	泥微晶白云岩	石板滩段	<0.01	泥微晶白云岩
WTZG-5	晶粒白云岩	蛤蟆井段	0.25~0.50	中晶白云岩
WTZG-14		蛤蟆井段	0.01~0.25	粉-细晶白云岩,具平直晶面,半自形晶结构
WTZG-12		石板滩段	0.01~0.05	粉晶白云岩
TYZG-3		石板滩段	0.01~0.05	硅质粉晶白云岩,含少量石英脉
TYZG-17		石板滩段	0.01~0.05	粉晶白云岩,可见缝合线
TYZG-20		石板滩段	0.25~1.00	中-粗晶白云岩,具非平直晶面,它形晶结构
WTZG-8		白马沱段	0.05~0.50	细晶白云岩,具非平直晶面,半自形-它形结构
WTZG-10		白马沱段	0.25~0.50	中晶白云岩,具平直晶面,半自形晶结构
TYZG-4		白马沱段	0.05~0.50	细-中晶白云岩,具平直晶面,半自形-它形结构
TYZG-26		白马沱段	0.05~0.50	细-中晶白云岩,具非平直晶面,半自形晶结构
WTZG-6	灰岩	石板滩段		灰岩,可见较多的方解石脉
WTZG-13				灰岩,含生物碎屑
TYZG-18				灰岩,方解石碎片定向排列

样品编号	分类	层位	晶粒大小/mm	岩石学特征
WTZG-4	泥微晶白云岩	蛤蟆井段	<0.01	泥微晶白云岩,灰白色,含硅质条带
WTZG-11	泥微晶白云岩	石板滩段	<0.01	泥微晶白云岩
WTZG-5	晶粒白云岩	蛤蟆井段	0.25~0.50	中晶白云岩
WTZG-14		蛤蟆井段	0.01~0.25	粉-细晶白云岩,具平直晶面,半自形晶结构
WTZG-12		石板滩段	0.01~0.05	粉晶白云岩
TYZG-3		石板滩段	0.01~0.05	硅质粉晶白云岩,含少量石英脉
TYZG-17		石板滩段	0.01~0.05	粉晶白云岩,可见缝合线
TYZG-20		石板滩段	0.25~1.00	中-粗晶白云岩,具非平直晶面,它形晶结构
WTZG-8		白马沱段	0.05~0.50	细晶白云岩,具非平直晶面,半自形-它形结构
WTZG-10		白马沱段	0.25~0.50	中晶白云岩,具平直晶面,半自形晶结构
TYZG-4		白马沱段	0.05~0.50	细-中晶白云岩,具平直晶面,半自形-它形结构
TYZG-26		白马沱段	0.05~0.50	细-中晶白云岩,具非平直晶面,半自形晶结构
WTZG-6	灰岩	石板滩段		灰岩,可见较多的方解石脉
WTZG-13				灰岩,含生物碎屑
TYZG-18				灰岩,方解石碎片定向排列

样品编号	层位	岩石名称	白云石/%	方解石/%	石英/%	有序度	d(104)
WTZG-4	蛤蟆井段	泥微晶白云岩	90.74	-	9.26	0.98	2.882 1
WTZG-5		中晶白云岩	92.36	-	7.64	0.98	2.881 6
WTZG-14		粉-细晶白云岩	99.89	0.11	-	0.95	2.880 1
WTZG-6	石板滩段	灰岩	9.81	85.53	4.66	-	-
WTZG-11		泥微晶白云岩	100.00	-	-	0.95	2.877 7
WTZG-12		粉晶白云岩	99.55	-	0.45	0.95	2.874 1
WTZG-13		灰岩	0.12	96.47	3.41	-	-
TYZG-3		硅质粉晶白云岩	36.66	63.34	-	-	2.880 3
TYZG-17		粉晶白云岩	99.65	-	0.35	0.95	2.875 9
TYZG-18		灰岩	0.18	86.28	13.55	-	-
TYZG-20		中-粗晶白云岩	100.00	-	-	0.95	2.873 2
WTZG-8	白马沱段	细-中晶白云岩	100.00	-	-	0.95	2.880 2
WTZG-10		中晶白云岩	99.87	-	0.13	0.95	2.873 9
TYZG-4		细-中晶白云岩	95.37	3.08	1.56	0.95	2.880 6
TYZG-26		细-中晶白云岩	100.00	-	-	0.95	2.873 9

样品编号	层位	岩石名称	白云石/%	方解石/%	石英/%	有序度	d(104)
WTZG-4	蛤蟆井段	泥微晶白云岩	90.74	-	9.26	0.98	2.882 1
WTZG-5		中晶白云岩	92.36	-	7.64	0.98	2.881 6
WTZG-14		粉-细晶白云岩	99.89	0.11	-	0.95	2.880 1
WTZG-6	石板滩段	灰岩	9.81	85.53	4.66	-	-
WTZG-11		泥微晶白云岩	100.00	-	-	0.95	2.877 7
WTZG-12		粉晶白云岩	99.55	-	0.45	0.95	2.874 1
WTZG-13		灰岩	0.12	96.47	3.41	-	-
TYZG-3		硅质粉晶白云岩	36.66	63.34	-	-	2.880 3
TYZG-17		粉晶白云岩	99.65	-	0.35	0.95	2.875 9
TYZG-18		灰岩	0.18	86.28	13.55	-	-
TYZG-20		中-粗晶白云岩	100.00	-	-	0.95	2.873 2
WTZG-8	白马沱段	细-中晶白云岩	100.00	-	-	0.95	2.880 2
WTZG-10		中晶白云岩	99.87	-	0.13	0.95	2.873 9
TYZG-4		细-中晶白云岩	95.37	3.08	1.56	0.95	2.880 6
TYZG-26		细-中晶白云岩	100.00	-	-	0.95	2.873 9

样品	Cu	Sr	Mo	Ba	Th	U	Zr	Hf	V	Sc	V/Sc	Sr/Ba	Sr/Cu
WTZG-4	1.46	93.10	0.09	23.20	0.12	0.36	2.14	0.06	2.38	0.22	10.82	4.01	63.77
WTZG-5	0.77	89.50	0.10	7.84	<0.05	0.63	0.92	<0.05	3.19	0.10	31.90	11.42	116.23
WTZG-6	1.01	1 323.00	0.14	20.60	0.08	1.76	1.51	<0.05	7.22	<0.05	288.80	64.22	1 309.90
WTZG-8	1.22	99.60	1.00	457.00	<0.05	7.73	1.99	<0.05	29.00	<0.05	1 160.00	0.22	81.64
WTZG-10	0.35	32.10	0.11	3.28	<0.05	0.26	0.14	<0.05	<0.05	<0.05	1.00	9.79	91.71
WTZG-11	0.73	39.80	0.12	4.88	<0.05	0.93	0.39	<0.05	2.05	<0.05	82.00	8.16	54.52
WTZG-12	1.86	47.30	0.17	5.49	0.15	0.76	2.10	0.06	4.26	0.34	12.53	8.62	25.43
WTZG-13	1.82	1 360.0	0.19	9.25	0.12	3.78	2.21	<0.05	9.02	<0.05	360.80	147.03	747.25
WTZG-14	4.52	77.90	0.11	6.04	0.28	0.61	2.42	0.06	5.47	<0.05	218.80	12.90	17.23
TYZG-3	1.06	52.60	0.20	21.10	0.07	0.82	2.57	0.05	4.27	2.35	1.82	2.49	49.62
TYZG-4	2.08	92.40	0.22	132.00	0.88	4.40	11.8	0.15	85.4	3.35	25.49	0.70	44.42
TYZG-17	1.79	76.20	0.30	8.87	0.67	2.23	4.70	0.11	6.60	3.34	1.98	8.59	42.57
TYZG-18	1.06	1 663.00	0.18	11.00	0.11	1.34	1.59	<0.05	7.03	2.49	2.82	151.18	1 568.87
TYZG-20	0.21	34.00	0.05	2.43	<0.05	0.34	0.22	0.07	0.19	2.54	0.07	13.99	161.90
TYZG-26	0.10	40.00	<0.05	2.31	<0.05	0.17	0.49	<0.05	0.13	3.10	0.04	17.32	400.00
灰岩(n=3)	1.30	1 448.67	0.17	13.62	0.10	2.29	1.77	0.03	7.76	0.85	9.16	106.39	1 117.22
泥微晶白云岩 (n=2)	1.10	66.45	0.11	14.04	0.07	0.65	1.27	0.04	2.22	0.12	18.08	4.73	60.68
晶粒白云岩 (n=10)	1.40	64.16	0.23	64.64	0.22	1.80	2.74	0.06	13.85	1.52	9.12	0.99	45.96
大陆上地壳	28.00	320.00	1.10	624.00	10.50	2.70	193.00	5.30	97.00	14.00	6.93	0.51	11.43