遼東地區(qū)奧陶系白云巖成因分析

■　朱興葛　劉笛笛　李芃

遼東地區(qū)奧陶系白云巖成因分析

■朱興葛劉笛笛李芃

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心遼寧總隊(duì)遼寧沈陽110004）

分析探討了目前較為成熟的6種白云石化模式：蒸發(fā)模式（薩布哈模式）、滲透回流模式、混合水模式、海水模式、埋藏模式以及熱液成因模式。綜合分析白云巖的物理化學(xué)特征，討論了遼東地區(qū)奧陶系白云巖的成因，并通過與這6種白云石化模式對(duì)比分析，認(rèn)為其成因模式應(yīng)屬混合水模式。

遼東地區(qū)奧陶系白云巖白云石化成因模式

1　前言

白云石廣泛分布于地殼當(dāng)中，按照成因階段和機(jī)理可分為原生白云石、同生白云石、成巖白云石和后生白云石4類，其中原生白云石多被用于解釋缺乏次生交代證據(jù)的白云石（如前寒武白云巖）或孔隙內(nèi)壁膠結(jié)白云石的成因。而對(duì)于遼東地區(qū)奧陶系白云巖化作用的研究尚屬空白，本文主要通過對(duì)該地區(qū)白云巖的物性特征及碳氧同位素特征的研究，分析討論了遼東地區(qū)奧陶系白云巖的成因機(jī)理，通過對(duì)與6種廣泛認(rèn)同的白云巖成因模式的分析和對(duì)比，綜合確定該地區(qū)白云巖的成因模式屬混合水白云巖化模式。

2　白云巖成因模式的探討

目前較成熟的白云石化模式主要有以下6種（：蒸發(fā)模式（薩布哈模式）、滲透回流模式、混合水模式、海水模式、埋藏模式以及熱液成因模式。這些模式建立在不同的物理化學(xué)條件基礎(chǔ)之上，埋藏深度、形成溫度、Mg2+濃度以及最終形成白云巖的物理性質(zhì)也不盡相同，根據(jù)不同模式的埋藏條件，將白云石劃分為3類，即淺層白云石化（＜1000m）、中深層白云石化（1000～2000m）和深層白云石化（＞2000m）上述6種白云石化模式分屬這3類，即A、B、C1、D1屬于淺層白云石化，中深層白云石化包括C2、D2，E和F為深層白云石化。

3　遼東地區(qū)奧陶系白云巖成因分析

3.1遼東地區(qū)寒武-奧陶系地層特征

寒武系下統(tǒng)（∈1）（堿廠組、饅頭組、毛莊組）：紫紅色、黃綠色含云母頁巖，夾薄層灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r及泥灰?guī)r透鏡體。厚度300m。

寒武系中統(tǒng)徐莊組（∈2x）：紅褐色薄層-極薄層鈣質(zhì)、泥質(zhì)粉砂巖，粉砂質(zhì)頁巖。厚度150m。

寒武系中統(tǒng)張夏組（∈2z）：灰色中厚-厚層鮞狀灰?guī)r、花紋狀泥晶灰?guī)r，薄層粉晶灰?guī)r、條帶狀泥粉晶灰?guī)r。厚度90m。

寒武系上統(tǒng)（∈3）（崮山組、長(zhǎng)山組、鳳山組）：灰色薄層竹葉狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r，夾黃綠色、紫紅色頁巖。厚度300m。

奧陶系下統(tǒng)（O1）（冶里組、亮甲山組）：灰色、淺灰色中厚層夾薄層白云質(zhì)灰?guī)r、燧石結(jié)核灰?guī)r、花紋狀灰?guī)r。厚度420m。

下馬家溝組（O2x）：灰色、深灰色厚層-中厚層灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、夾薄層云質(zhì)花紋灰?guī)r，厚335m。

上馬家溝組（O2s）：白色、灰白色中厚層白云巖，夾薄層云質(zhì)灰?guī)r，燧石結(jié)核灰?guī)r。厚度800m。

石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）：黃褐色頁巖,石英砂巖夾灰?guī)r，底部產(chǎn)G層鋁土礦，厚度165 m。與下伏地層呈不整合接觸。

3.2混合水白云石化模式

Badiozamani提出了混合水白云石化機(jī)理。5%～45%的海水與淡水形成的混合溶液中，白云石和方解石的飽和度發(fā)生了改變，從而克服了化學(xué)動(dòng)力障礙，使得白云石可以交代方解石。在這種模式中，對(duì)于Mg2+/Ca2+比值要求不高，約為1.24～3.64。該模式可分為兩種情況，C1為淺層混合水白云石化，形成深度一般小于500m，Mg2+/Ca2+比值在1.24～3.64之間，用這一白云石化機(jī)理解釋美國威斯康星中奧陶統(tǒng)白云巖的成因，得到了滿意的效果。

3.3劃分依據(jù)

3.3.1物理依據(jù)

遼東地區(qū)奧陶系上馬家溝組白云巖，為細(xì)-中粒變晶結(jié)構(gòu)、花紋狀（斑狀）結(jié)構(gòu)，這與混合水模式下的白云石成因正好吻合。而且，在奧陶系上馬家溝組地層沉積前，地層沉積連續(xù)，地層間為整合接觸。而其后，卻與石炭系本溪組地層呈不整合接觸，說明，奧陶世晚期，出現(xiàn)了較長(zhǎng)時(shí)間的沉積間斷，反映了此時(shí)的沉積環(huán)境為海水逐漸退卻，大氣淡水及地下淡水補(bǔ)償充足，那么致使早前在海水條件下沉積的灰?guī)r開始處與海水與地下淡水的混合帶中，在近地表環(huán)境的海水與淡水的混合帶中，混合水雖然對(duì)方解石來說是未飽和的，但對(duì)白云石已飽和，從而導(dǎo)致白云石交代原有的碳酸鈣沉積物以及作為膠結(jié)物沉淀在孔隙內(nèi)，形成了混合水模式下的白云巖。

3.3.2化學(xué)依據(jù)

（1）它們明顯富集較輕的碳同位素，并表現(xiàn)出負(fù)向偏移特征，6塊樣品的δ13C值變化于-2.69～-1.92‰之間，平均為-2.25‰，比早奧陶世海水膠結(jié)物的δ13C平均值低1.25‰，明顯地反映出大氣淡水影響的特征，雖然造成白云巖碳同位素負(fù)向偏移的因素很多，但是，在近地表環(huán)境中，與其認(rèn)為是某些未知的不確定因素造成的，不如用δ13C值很低的大氣淡水（δ13C=-10‰）來解釋更便捷、更合理些。

（2）它們的δ18O值變化范圍是-6.39～-4.21‰之間，平均為-5.45‰，與近地表蒸發(fā)海水成因白云巖接近。根據(jù)氧同位素值計(jì)算得出的白云巖形成溫度為25.8-37.7℃不等，平均為32.1℃，屬于低溫白云石范疇，表明它們同樣是在地表的常溫條件下形成的。

（3）根據(jù)白云巖的δ13C和δ18O值計(jì)算得出的古鹽度指數(shù)均在120左右，平均為119.98，表明它們既非純海水成因，也非純淡水成因，恰好反映了混合水成因的特點(diǎn)。

4　結(jié)語

白云巖成因是碳酸鹽巖研究中的一個(gè)難題，科學(xué)家們一直沒有停止對(duì)其成因的研究和探討，根據(jù)目前的研究進(jìn)展可以得出較為成熟的白云石化模式主要有以下6種：蒸發(fā)模式（薩布哈模式）、滲透回流模式、混合水模式、海水模式、埋藏模式以及熱液成因模式。這些模式建立在不同的物理化學(xué)條件基礎(chǔ)之上，埋藏深度、形成溫度、Mg2+濃度以及最終形成白云巖的物理性質(zhì)也不盡相同。相較我國其他地區(qū)的白云巖，可以通過與這6種模式下形成的白云巖物理化學(xué)特征進(jìn)行分析對(duì)比，以更好的確定其成因模式。但目前就埋藏模式及熱液成因模式尚存在較多爭(zhēng)議，其流體動(dòng)力學(xué)機(jī)制仍需作進(jìn)一步討論。

[1]韓林.2006.白云巖成因分類的研究現(xiàn)狀及相關(guān)發(fā)展趨勢(shì).中國西部油氣地質(zhì)， 2 (4):400-406

[2]趙澄林，朱筱敏.2001.沉積巖石學(xué).3版.北京：石油工業(yè)出版社

[3]吳仕強(qiáng)，朱井泉，王國學(xué)，等.2008.塔里木盆地寒武-奧陶系白云巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造類型及其形成機(jī)理.巖石學(xué)報(bào)，24(6):1390-1400

F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-3-113-1