塔里木盆地古城地區(qū)鷹山組白云巖稀土元素地球化學(xué)特征及成因

郭春濤，李如一，陳樹民

1.山西大同大學(xué)建筑與測繪工程學(xué)院，山西 大同 037003 2.大慶油田有限責任公司博士后科研工作站，黑龍江 大慶 163453 3.大慶油田有限責任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163453

0 引言

白云巖成因一直是沉積學(xué)研究的熱點，其中云化流體性質(zhì)及其作用機制是關(guān)鍵。前人雖然在實驗室中合成了化學(xué)計量的白云石，也找到了原生白云巖的實例，如酒西盆地熱水原生白云巖[1]，并且在細菌作用下成功地合成了具有序反射的白云石，但大多數(shù)學(xué)者認為白云巖主要是交代成因，并先后建立了多種白云巖成因模式，如蒸發(fā)泵模式、滲透回流模式、混合水模式、埋藏白云化模式、熱液白云化模式。然而，各個時代的白云巖原巖的生成條件各不相同，原巖沉積之后還經(jīng)歷了不同的地質(zhì)演化，經(jīng)受千差萬別的流體作用，形成的白云巖性質(zhì)、產(chǎn)狀也各不相同。因此，對同一種白云巖，不同學(xué)者往往提出不同的成因模式。我國中西部多個盆地都發(fā)育了很大規(guī)模的白云巖，為研究白云巖成因提供了良好的場地，如塔里木盆地[2-7]、鄂爾多斯盆地[8]、四川盆地[9]、酒西盆地[1]等。許多學(xué)者對其進行了大量的研究，提出了適合該區(qū)特色的白云巖成因模式。

塔里木盆地寒武系—奧陶系是一套以碳酸鹽巖為主體的海相沉積層系，其中白云巖厚度達2 km以上，其成因問題一直為學(xué)術(shù)界所爭論[2-7, 10-12]。前人提出了多種模式，試圖解釋盆地內(nèi)寒武系—奧陶系白云化流體的來源、性質(zhì)及白云石的形成機理，如蒸發(fā)泵作用[2, 4, 6]、滲透回流作用[2, 6]、埋藏白云化作用[2-6, 12]、混合白云化作用[7]、熱液白云化作用[2-6, 11-12]、微生物白云巖作用[10]等多種模式。然而尚存以下問題：不同學(xué)者得出的白云巖成因不盡相同，這些模式往往僅適用于局部地區(qū)；以往的研究多將白云巖解釋為孤立、單一成因，而實際上成巖演化過程是動態(tài)的、連續(xù)的，前期形成的白云巖后期可能繼續(xù)接受改造，如準同生期滲透回流作用形成的白云巖，可隨著成巖作用的加強經(jīng)歷深埋白云巖化或(和)熱液白云巖化；以前的研究偏重生產(chǎn)，如白云巖儲層的形成、展布，缺乏詳細的白云巖成因的論述。本文以鉆井巖心、薄片、地化資料為基礎(chǔ)，分析了古城地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)鷹山組不同類型白云巖的結(jié)構(gòu)特征，并在此基礎(chǔ)上，通過稀土元素地球化學(xué)分析，推測白云化流體性質(zhì)和機制，探討白云巖形成過程，以期進一步為古城地區(qū)白云巖儲層的預(yù)測提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

塔里木盆地位于中國西北部(圖1a)，介于天山造山帶、阿爾金造山帶、昆侖造山帶之間，是在前震旦紀結(jié)晶基底之上發(fā)展形成的，并由古生代克拉通盆地和中—新生代前陸盆地疊加而成的大型復(fù)合盆地。古城地區(qū)位于塔里木盆地東南部(圖1b)，西與塔中低隆起相接，北與滿加爾坳陷相鄰，南與塔南隆起相望，構(gòu)造上屬于塔東低隆起的最東端(圖1b，c)。

前人研究表明，寒武紀塔里木盆地周緣洋盆持續(xù)裂解并達到鼎盛期[13-14]，盆地內(nèi)主要為3個孤立的碳酸鹽巖臺地及其間的深水沉積[14-15]。位于盆地中部的塔西臺地相區(qū)，發(fā)育典型的蒸發(fā)臺地、局限臺地、開闊臺地和臺地邊緣等相帶，向東則逐漸過渡為斜坡、陸棚、盆地相區(qū)。早—中奧陶世繼承了晚寒武世的構(gòu)造-古地理格局，塔西臺地繼續(xù)發(fā)育[14, 16-17]。在臺地相區(qū)，下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組主要以半局限、開闊臺地、臺地邊緣的白云巖、灰?guī)r為主，中—下奧陶統(tǒng)鷹山組、一間房組時期海平面緩慢上升，巖性以粉泥晶灰?guī)r夾白云巖為特征，代表了該時期局限臺地、開闊臺地、臺地邊緣的沉積環(huán)境。晚奧陶世—志留紀受周緣大洋俯沖閉合的影響，塔里木盆地構(gòu)造背景發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變[13-14]，盆地內(nèi)經(jīng)歷了快速的海進—海退過程，晚奧陶世早期發(fā)育淹沒臺地相碳酸鹽巖，晚奧陶世中晚期—志留紀則以碎屑巖沉積為主。

a.塔里木盆地位置簡圖；b.古城地區(qū)位置簡圖；c.古城地區(qū)井位圖；d.典型井古城7井柱狀圖。圖1 古城地區(qū)位置簡圖及典型井柱狀圖Fig.1 Depositional column of typical well and geological sketch map in Gucheng area

古城地區(qū)位于塔西臺地東南緣向塔東深水盆地過渡區(qū)，經(jīng)歷了早寒武世緩坡臺地、晚寒武世—早奧陶世鑲邊臺地、晚奧陶世淹沒臺地的演化階段。早—中奧陶世古城地區(qū)的沉積環(huán)境主要為臺地邊緣、局限臺地、半局限臺地、開闊臺地(圖1d)。巖性方面(圖1d)：蓬萊壩組以泥晶灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r、灰質(zhì)白云巖、藻白云巖為主；鷹山組巖性主要為結(jié)晶白云巖、藻白云巖、泥晶灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、鮞?；?guī)r，部分含有硅質(zhì)巖，向上云質(zhì)體積分數(shù)逐漸減少，至鷹一段完全不含白云巖；一間房組以砂屑灰?guī)r、藻鮞灰?guī)r、泥晶灰?guī)r、生屑灰?guī)r為主；卻爾卻克組則是一套以泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖為主的碎屑沉積，代表了超補償?shù)呐璧丨h(huán)境。

2 樣品與方法

本文測試主要針對古城地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)鷹山組的白云巖。成巖作用過程中多種因素都可能導(dǎo)致樣品地球化學(xué)特征的變化，如黏土、磷酸鹽、硅質(zhì)礦物、鐵/錳等礦物、大氣溶蝕等[18-19]。因此，在挑選樣品時，首先進行巖心觀察、鏡下鑒定；然后選取白云巖發(fā)育良好的典型井，避開裂縫，挑選鏡下不發(fā)育黏土、磷酸鹽、硅質(zhì)礦物，沒有溶蝕跡象，受成巖作用影響小，白云質(zhì)純度高的樣品；之后樣品在瑪瑙研缽中研磨，過200目篩，包裝備用。樣品測試委托成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室完成。同時為了便于對比，在顯微鏡下精選部分后期改造弱的泥晶灰?guī)r樣品和熱液改造強烈的硅化白云巖樣品做測試，分析結(jié)果見表1。

表1 古城地區(qū)鷹山組白云巖稀土元素質(zhì)量分數(shù)及特征參數(shù)

續(xù)表1

注：δCe=2CeN/(LaN+PrN)；δEu=2EuN/(SmN+TbN)；δNd=2NdN/(PrN+SmN)；Ce*=CeN/Ce泥灰；Eu*=EuN/Eu泥灰。下標N表示稀土元素(REE)的NASC標準化值；Ce泥灰表示5個泥晶灰?guī)rCeN的均值；Eu泥灰表示5個泥晶灰?guī)rEuN的均值。稀土元素質(zhì)量分數(shù)單位為10-6。

3 巖石學(xué)特征

古城地區(qū)鷹山組的白云巖主要為含灰白云巖、灰質(zhì)白云巖，純白云巖較少(圖1d)。按照晶體結(jié)構(gòu)特征可將白云巖劃分為泥晶白云巖、粉晶白云巖、細晶白云巖、中晶白云巖、粗晶白云巖，還可進一步劃分出一些過渡類型如泥-粉晶白云巖、細-粉晶白云巖、中-細晶白云巖、粗-中晶白云巖。同時，將研究區(qū)少量分布的鞍形白云巖劃歸為粗晶白云巖。研究區(qū)內(nèi)各巖石學(xué)特征如下：

泥晶白云巖泥晶白云巖在古城地區(qū)分布很少，晶體極細小(圖2a)。晶體形態(tài)以他形為主，少量半自形，缺乏晶間孔隙，結(jié)構(gòu)較均一，表面較臟，晶間多為致密縫合接觸。陰極發(fā)光顯微鏡下基本不發(fā)光或者弱發(fā)光，部分樣品中可見微層理。上述特征表明，其是原巖在低溫、高鹽度下快速交代形成的，可能形成于準同生成巖環(huán)境。

粉晶白云巖此類白云巖也分布較少，包括粉晶白云巖、泥-粉晶白云巖，晶體顆粒較小(圖2b)。晶體自形程度普遍較差，以他形晶、半自形晶為主，晶體表面普遍較臟，個別保留了原來顆粒結(jié)構(gòu)的外形，晶間往往為線接觸或縫合接觸。陰極發(fā)光顯微鏡下呈弱發(fā)光或暗紅色發(fā)光。局部有縫合線、構(gòu)造縫。

細晶白云巖此類白云巖是古城地區(qū)的主要白云巖類型，所占比例45%左右，包括細-粉晶白云巖、細晶白云巖、殘余顆粒白云巖(圖2c)。晶形以半自形、自形為主，常見晶間孔(圖2d)，晶間呈凹凸接觸或線接觸。陰極發(fā)光顯微鏡下呈均勻發(fā)光、斑狀發(fā)光、暗紅色-紅色發(fā)光。晶體表面特征分兩種，較臟或較干凈，結(jié)合鏡下、地球化學(xué)特征認為，較干凈的白云巖主要為熱液成因，較臟白云巖顯示為埋藏成因。部分見霧心亮邊結(jié)構(gòu)(圖2e)。部分白云巖發(fā)生硅化，硅質(zhì)多為隱晶質(zhì)，局部富集，可見石英充填于白云石晶間或完全被硅化。

a.古城7，6 115.00 m，泥晶白云巖，晶體極細小，較均勻，同生白云巖；b.古城13，6 604.00 m，粉晶半自形白云巖，縫合接觸，見溶蝕裂縫，同生/準同生成因；c.古城16，6 741.30 m，殘余顆粒白云巖，晶體表面普遍較臟，保留顆粒結(jié)構(gòu)，埋藏成因；d.古城16，6 267.00 m，細晶自形白云巖，點接觸或線接觸，晶間孔發(fā)育，晶體表面干凈，熱液成因；e.古城12，6 209.00 m，中-細晶自形白云巖，局部較臟，見霧心亮邊結(jié)構(gòu)，晶間孔發(fā)育，埋藏成因；f.古城16，6 268.50 m，中晶他形白云巖，具波狀消光，縫合接觸，表面較臟，埋藏成因；g.古城13，6 589.30 m，中晶半自形白云巖，線接觸，表面干凈，可見硅質(zhì)充填，熱液成因；h.古城8，6 059.40 m，粗晶半自形白云巖，表面較干凈，縫合接觸為主，熱液成因；i.古城9，6 208.03 m，硅質(zhì)細晶白云巖，白云巖部分發(fā)生硅化，硅質(zhì)多為隱晶質(zhì)，局部富集。圖2 古城地區(qū)鷹山組白云巖正交偏光顯微鏡下特征Fig.2 Features of dolomite under orthogonal polarizing microscope of Yingshan Formation in Gucheng area

中晶白云巖此類白云巖是古城地區(qū)的主要云巖類型，所占比例40%左右，包括中晶白云巖、中-細晶白云巖。晶體以曲面、他形、半自形為主，少量自形，部分具波狀消光，晶間凹凸接觸、線接觸、縫合接觸均見。陰極發(fā)光顯微鏡下呈弱發(fā)光、暗紅色-紅色發(fā)光。晶體表面特征分兩種(圖2f、g)，較臟或較干凈，成因與細晶白云巖相似。部分見霧心亮邊結(jié)構(gòu)(圖2e)，在顯微鏡下具有云霧狀核心和潔凈明亮的邊緣。

粗晶白云巖此類白云巖分布較少，晶體粗大，包括粗-中晶白云巖、粗晶白云巖、鞍形白云巖。這類白云石(圖2h)形成時溫度較高，所以晶形以曲面、半自形、自形為主，具波狀消光，晶間以凹凸接觸、縫合接觸為主，局部可見晶間溶孔，其間可見硅質(zhì)晶體。部分白云巖發(fā)生硅化(圖2i)。陰極發(fā)光顯微鏡下呈斑狀發(fā)光、暗紅色-紅色發(fā)光。

4 白云巖稀土元素地球化學(xué)特征

白云巖稀土元素標準化通常采用北美頁巖(NASC)、澳大利亞后太古宙頁巖(PAAS)、球粒隕石、太平洋海水為標準值。考慮研究區(qū)緊鄰塔東深水盆地，故本文采用北美頁巖(NASC)標準值進行曲線的標準化。

4.1 REE總量

稀土元素總量可以反映流體來源信息。在所測樣品中，各類樣品的總稀土質(zhì)量分數(shù)均非常低(表1)，說明樣品基本不受黏土等雜質(zhì)的影響，實驗數(shù)據(jù)可靠。各類白云巖稀土總質(zhì)量分數(shù)w(∑REE)為(0.751～20.862)×10-6，80%樣品小于4.5×10-6，平均為4.418×10-6，與鷹山組5個泥晶灰?guī)r樣品稀土總質(zhì)量分數(shù)平均值4.794×10-6相似，說明白云化過程中稀土元素沒有發(fā)生明顯遷移貧化，白云化流體與灰?guī)r沉積時的流體特征相似，這與川東[9]、鄂爾多斯盆地[8, 20]白云化過程稀土元素遷移特征有顯著差別。

稀土總質(zhì)量分數(shù)投點大多位于圖左下角(圖3a)，少量細-粉晶白云巖投點于圖右側(cè)(圖3a)。成巖縫洞方解石、白云石稀土總質(zhì)量分數(shù)為(1.686～7.400)×10-6，平均為3.884×10-6，分為兩類：其中一類LREE/HREE較大，與硅云巖、粗晶白云巖類似；另一類LREE/HREE較小，與細晶、中-細晶、粗-中晶云巖類似，說明成巖流體最少有兩期。

圖3 古城地區(qū)白云巖稀土元素地化特征圖Fig.3 REEgeochemical characteristics of dolomite in Gucheng area

4.2 LREE和HREE

輕重稀土質(zhì)量分數(shù)及其比值是稀土元素地球化學(xué)重要的參數(shù)，可以反映稀土元素的分異特征。不同類型碳酸鹽巖樣品輕重稀土富集不同，但總體上LREE、HREE質(zhì)量分數(shù)呈線性關(guān)系，且所有樣品輕重稀土質(zhì)量分數(shù)均較小(圖3b)。其中，泥晶灰?guī)r輕稀土(LREE)總質(zhì)量分數(shù)為(1.684～7.801)×10-6，重稀土(HREE)總質(zhì)量分數(shù)為(0.123～0.803)×10-6，輕重稀土質(zhì)量分數(shù)比值平均為13.346。在w(HREE)-w(LREE)圖(圖3b)中投點于左下角，說明海相泥晶灰?guī)r重稀土相對輕稀土更易貧化。

除個別白云巖樣品外，各類白云巖輕稀土總質(zhì)量分數(shù)為(0.683～19.732)×10-6，重稀土總質(zhì)量分數(shù)為(0.050～1.498)×10-6，輕重稀土質(zhì)量分數(shù)比平均為16.026。在w(HREE)-w(LREE)圖(圖3b)中投點于左下角，與泥晶灰?guī)r相似，說明白云化過程輕重稀土具有較好的協(xié)同遷移性。

4.3 δCe和δEu

Ce和Eu在不同的成巖環(huán)境中有不同的性質(zhì)，從而能夠提供成巖環(huán)境方面的信息。各類樣品中δCe和δEu變化范圍較大(圖3c)。泥晶灰?guī)rδCe相對集中，為0.761～0.850，平均為0.815，表現(xiàn)出負異常特征；δEu也相對集中，為1.128～1.393，平均為1.250，表現(xiàn)出正異常特征。泥晶灰?guī)rδCe、δEu與現(xiàn)代海水NASC標準化后特征相似[21-22]，說明泥晶灰?guī)r很少受到后期成巖改造。

縫洞充填物δCe為0.829～1.220，平均為1.006，表現(xiàn)出弱負異常至弱正異常；δEu為0.859～3.020，平均為1.520，表現(xiàn)為弱負異常至強正異常。晶粒白云巖δCe為0.085～1.193，平均為0.875，表現(xiàn)出強負異常至弱正異常；δEu為0.891～3.362，平均為1.589，表現(xiàn)出弱負異常至正異常?？傮w上，各類樣品δCe、δEu分布在4個區(qū)間內(nèi)(圖3c)，可能對應(yīng)于4種或4種以上的不同成巖流體或過程。

4.4 REE配分模式

不同的白云化流體具有不同的REE配分模式，因此可以通過配分模式形態(tài)來推斷流體的性質(zhì)和來源[23]。古城地區(qū)稀土配分模式主要有6種(圖4、表2)。

1)δCe弱正異常δEu正異常型(圖4a)。部分粗-中晶白云巖、部分粗晶白云巖、縫洞充填物輕重稀土比(La/Yb)N為1.318～4.369，平均為2.202。δCe弱負至弱正異常，值為0.907～1.193，均值1.098；δEu正異常，值為1.487～2.358，均值1.894。

2)δCe負異常δEu強正異常型(圖4b)。全部硅云巖、部分粗-中晶白云巖、部分縫洞方解石輕重稀土比 (La/Yb)N為0.973～4.726，平均為2.572。δCe負異常，值為0.745～0.829，均值為0.808；δEu強正異常，值為2.318～3.362，均值為2.830。

3)δCe強負異常型(圖4c)。兩個粗-中晶白云巖REE配分模式顯示δCe強負異常、δEu正異常特征。輕重稀土比值(La/Yb)N為2.756和6.820，平均為4.788。δCe強負異常，值為0.085和0.325，均值為0.205；δEu正異常，值為1.392和1.599，均值為1.496。

4)微右傾型(圖4d)。全部細-粉晶白云巖、部分粗晶白云巖、部分粗-中白云巖和縫洞充填物輕重稀土比 (La/Yb)N為1.685～3.290，平均為2.001，配分模式微右傾。(La/Sm)N為1.253～1.758，平均為1.386，表明輕稀土分餾程度較強。δCe均正異常，值為1.005～1.220，均值為1.148；δEu微負異常至微正異常，值為0.859～1.155，均值為0.982；δNd均負異常，值為0.702～0.760，均值為0.728；w(REE)平均為8.147×10-6，w(LREE)平均為7.689×10-6。

5)微左傾型(圖4e)。全部細晶、全部中-細晶、部分粗-中晶臟型白云巖REE配分模式為一條稍微左傾的曲線，δNd強正異常。微左傾型輕重稀土比值(La/Yb)N為0.543～1.266，平均為0.921，配分模式左傾。(La/Sm)N為0.602～0.909，平均為0.748，表明輕稀土分餾程度較弱。δCe均負異常，值為0.683～0.776，均值為0.731；δEu微負異常至微正異常，值為0.891～1.056，均值為0.970；δNd均強正異常，值為2.090～3.663，均值為2.503；w(REE)平均為3.059×10-6，w(LREE)平均為2.833×10-6。

微右傾型和微左傾型樣品稀土元素(La/Yb)N、(La/Sm)N、δCe、δNd、w(REE)、w(LREE)差別明顯(表2，圖4、圖5)，表明他們可能是兩種不同的白云化流體，且其在輕稀土元素特征上有較大不同。

6)平坦型(圖4f)。部分中-細晶白云巖、部分縫洞方解石REE配分模式顯示一條近平坦的曲線，與泥晶灰?guī)r類似，說明白云化流體與灰?guī)r沉積時的流體特征相似。輕重稀土比值(La/Yb)N為1.441和1.443，平均為1.442。δCe均負異常，值為0.863和0.873，均值為0.868；δEu微負異常至正異常，值為0.925和1.575，均值為1.250。與微右傾型、微左傾型差別明顯(圖4、圖5)。

圖4 古城地區(qū)鷹山組白云巖及縫洞充填物稀土元素NASC標準化配分模式圖Fig.4 NASC normalized REE distribution patterns of dolomites in Yingshan Formation in Gucheng area

類型δCeδEuCe*Eu*(La/Yb)N(La/Sm)NδNdδCe弱正異常δEu正異常型1.0981.8941.3481.5152.2021.3530.741δCe負異常δEu強正異常型0.8082.8300.9932.2632.5722.0480.895δCe強負異常型0.2051.4960.2511.1964.7881.2660.728微右傾型1.1480.9821.4090.7852.0011.3860.728微左傾型0.7310.9700.8980.7760.9210.7482.503平坦型0.8681.2501.0661.0001.4421.2040.880

圖5 古城地區(qū)3種稀土配分類型差異圖Fig.5 Divergence chart of three kinds of REE distribution patterns in Gucheng area

5 稀土元素對白云巖成因的指示

白云巖成因一直是地質(zhì)學(xué)研究的難點，眾多學(xué)者通過實驗和實踐提出了多種流行的成因觀點和模式，主要有原生白云石模式、蒸發(fā)泵模式、滲透回流模式、混合水模式、埋藏白云化模式、熱液白云化模式等。

本文5個泥晶灰?guī)r樣品均形成于正常海相環(huán)境，后期受成巖蝕變小，其稀土總質(zhì)量分數(shù)平均為4.794×10-6，也與碳酸鹽巖質(zhì)量分數(shù)相符[24]，可代表原始海水的相關(guān)信息[3]。因此，可用泥晶灰?guī)r來近似替代沉積時期海水的相關(guān)信息，進而分析白云巖的成因。

研究表明，隨物理化學(xué)條件的變化，Ce和Eu容易與REE發(fā)生分離而出現(xiàn)異常。Ce對環(huán)境的氧化還原性非常敏感，Ce3+在氧化條件下容易形成難溶的Ce4+，從而使Ce出現(xiàn)負異常[25]。而在低溫堿性環(huán)境中，Eu3+容易被還原為易溶的Eu2+，從而使Eu遷移貧化，形成Eu負異常；在高溫環(huán)境中，Eu3+容易被氧化為難溶的Eu4+，從而使Eu出現(xiàn)正異常[25-26]。然而本文受成巖蝕變小的泥晶灰?guī)rδCe平均為0.815，δEu平均為1.250，表明鷹山組沉積時海水稀土元素NASC標準化后具有δCe負異常、δEu正異常的特征；這與現(xiàn)代海水NASC標準化后的特征一致[21-22]，也與Heron reef全新世碳酸鹽巖的δCe接近[27]，但并不說明泥晶灰?guī)r形成于氧化、高溫環(huán)境。因此，為了消除海水δCe負異常、δEu正異常的影響，本文引入Ce*、Eu*(表1)，當Ce*<1時為負異常，Ce*>1時為正異常，Eu*<1時為負異常，Eu*>1時為正異常。

5.1 熱液白云化模式

古生代以來，塔里木盆地主要發(fā)生過4次重要的地質(zhì)熱事件，形成一系列結(jié)晶巖并分布于盆地及周緣，分別是震旦紀—寒武紀、奧陶紀、二疊紀、白堊紀[28]。其中：二疊紀大火成巖省最為有名；震旦紀—寒武紀結(jié)晶巖形成于鷹山組沉積之前；白堊紀結(jié)晶巖規(guī)模小，主要分布于盆地邊緣，盆地內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)該期熱事件[28]。因此，僅奧陶紀、二疊紀的熱事件可能對研究區(qū)有影響。此外，在盆地內(nèi)多口井奧陶系中發(fā)現(xiàn)了侵入巖、螢石、硅質(zhì)巖(圖2)等[6]，進一步證實了構(gòu)造熱事件的存在和影響。這些侵入奧陶系的結(jié)晶巖或熱液可能會對白云巖的形成起到巨大的作用。

還原性的酸性熱液流體常以顯著的Eu正異常為特征[25]，因此Eu正異常是判別白云巖是否受熱液改造的重要依據(jù)。圖4a、b白云巖樣品和縫洞方解石的REE配分模式表現(xiàn)為明顯的Eu*正異常型，與塔里木盆地早古生代熱液白云巖[4, 11-12]、遼河群大石橋組熱液白云巖[29]、歧口凹陷沙河街組熱液白云巖[30]類似，也與前人總結(jié)的塔里木盆地熱液白云巖的配分模式特征一致[2, 5]。同時，Eu*正異常樣品晶粒均較粗大，晶體表面干凈，晶面多彎曲，這些均說明熱液對鷹山組白云化起到顯著作用。

對比圖4a、圖4b及表2可知：圖4a樣品呈現(xiàn)出Ce*正異常、Eu*正異常程度低、輕稀土分餾程度低的特點；圖4b樣品表現(xiàn)出Ce*基本無異常、Eu*正異常程度高、輕稀土分餾程度高的特征。說明兩者的白云化流體和白云化過程可能存在差別。據(jù)此推測，研究區(qū)至少存在兩期熱液或同一期熱液有不同的演化階段，其對鷹山組白云化都起到了顯著作用。

5.2 蒸發(fā)泵模式

鷹山組沉積時，塔里木地塊位于赤道附近，研究區(qū)沉積環(huán)境總體處于臺地邊緣向半局限臺地、開闊臺地過渡，頻繁的暴露和干熱的氣候極易形成蒸發(fā)泵模式的白云巖。圖4c中樣品稀土配分模式與其他樣品差別非常明顯，呈現(xiàn)出Ce*強負異常特征，這說明成巖流體為同期海水，較高的Ce*反映白云化過程可能是在一種很強的氧化環(huán)境中進行，同時也說明白云化作用可能發(fā)生在一個相對開放的成巖體系中。另外，樣品的Ce*負異常也與塔里木盆地寒武系—奧陶系撒布哈白云巖的Ce特征相似[2, 5]。此外，樣品04和樣品07還具有明顯的Eu*正異常，說明蒸發(fā)環(huán)境形成的細粒白云巖后期受到了明顯的熱液改造。

蒸發(fā)環(huán)境形成的白云巖往往含有部分泥質(zhì)，從而導(dǎo)致δCe(Ce*)負異常程度減弱、∑REE升高[2]，而本文兩個樣品04和07的∑REE是所有樣品中最低的，平均為0.751×10-6，說明其基本不含泥質(zhì)，這也部分解釋了δCe(Ce*)強負異常的原因(圖4c)。

5.3 埋藏白云化模式

圖4d樣品具有相似的微右傾稀土元素配分模式，與該區(qū)泥晶灰?guī)r稀土配分曲線形態(tài)(圖4f)大致相似，表明其為交代成因，白云化流體與濃縮海水相關(guān)。同時，圖4d樣品還具有明顯的Eu*負異常、輕稀土富集、重稀土虧損特征，根據(jù)趙文智等[2]、鄭劍鋒等[5]判識標志，可進一步推測其為埋藏白云化成因，白云化流體為盆內(nèi)封存的海源性流體，寒武系蒸發(fā)巖間的熱鹵水通過斷層、滲透層向上運移使鷹山組白云巖化[6]。隨著埋藏深度加大、白云巖化時間加長，白云石晶體粒度逐漸變粗，埋藏白云化會形成不同粒級的白云巖和縫洞充填物[2]。

圖4e樣品也與該區(qū)泥晶灰?guī)r稀土配分曲線形態(tài)(圖4f)大致相似，表明其為交代成因，明顯的Eu*負異常指示其也可能經(jīng)歷了埋藏白云化。但圖4e與圖4d也有顯著不同(圖4、圖5)，前者(La/Yb)N平均為0.921，配分曲線微左傾，輕稀土虧損、重稀土富集，后者(La/Yb)N平均為2.001，配分曲線微右傾，輕稀土富集、重稀土虧損；前者δNd平均為2.503，明顯正異常，后者δNd平均為0.728，明顯負異常；前者w(REE)平均為3.059×10-6，w(LREE)平均為2.833×10-6，稀土元素、輕稀土元素質(zhì)量分數(shù)小，后者w(REE)平均為8.147×10-6，w(LREE)平均為7.689×10-6，稀土元素、輕稀土元素質(zhì)量分數(shù)大(圖5)。這些特征表明，兩者埋藏白云化的流體存在一定的差別，即可能存在兩種性質(zhì)有差異的埋藏白云化流體。然而，兩種埋藏白云化流體的證實或證偽及其形成原因，還需要進一步工作。

此外，圖4e樣品存在一定程度的Ce*負異常，表明原巖可能是蒸發(fā)泵機制形成的較細粒度白云巖，后期又經(jīng)受了埋藏白云化。其Ce*負異常較小，主要是因為在埋藏成巖過程中，隨著溫度升高，Ce3+易被還原為難溶的Ce2+，減緩了Ce*負異常的程度[2]。

5.4 滲透回流模式

古城地區(qū)鷹山組部分中-細晶白云巖、縫洞充填物的稀土配分模式與泥晶灰?guī)r類似(圖4f)，總稀土質(zhì)量也與泥晶灰?guī)r相當，說明白云化過程中沒有發(fā)生明顯的稀土元素遷移，白云化流體與泥晶灰?guī)r的成巖流體一致，均與同期濃縮海水有關(guān)。樣品03的Ce*無異常、Eu*正異常，表明其還可能受到熱液的后期改造。樣品27的Ce*無異常、Eu*負異常，說明其還可能受到后期的埋藏白云化作用。據(jù)此推測，圖4f樣品可能由同期濃縮海水向下滲流交代灰?guī)r而成，縫洞充填物則由濃縮海水在灰?guī)r孔隙間沉淀而成，類似于前人提出的滲透回流模式，之后還可能受到熱液或埋藏白云化改造。

綜上所述，古城地區(qū)鷹山組白云巖成因非常復(fù)雜。在臺地邊緣、臺地的沉積環(huán)境下，干熱的氣候使蒸發(fā)作用非常強烈，海水底部高鹽度粒間水交代文石顆粒，形成泥、粉、細-粉晶白云巖(圖6a)。高鹽度粒間水向下滲流，使下伏碳酸鹽巖白云化，形成滲透回流模式的細粒白云巖(圖6a)。之后，隨著埋藏深度逐漸加大，兩種不同的白云化流體作用于原巖(灰?guī)r或前期形成的白云巖)，形成粒度相對較粗的埋藏白云巖(圖6b)。同時，兩期熱液或不同演化階段的同一期熱液進一步改造各類原巖(灰?guī)r或前期形成的白云巖)，形成熱液白云巖，使部分白云巖晶粒進一步加大(圖6b)。

圖6 古城地區(qū)鷹山組白云巖成因模式圖Fig.6 Mode of formation mechanism of dolomite of Yingshan Formation in Gucheng area

6 結(jié)論

1)根據(jù)稀土元素配分特征的不同，塔里木盆地古城地區(qū)鷹山組白云巖可分為6種類型：δCe弱正異常δEu正異常型、δCe負異常δEu強正異常型、δCe強負異常型、微右傾型、微左傾型、平坦型。

2)鷹山組埋藏白云巖化存在兩種性質(zhì)不同的流體。熱液白云化也存在兩期熱液或同一期熱液不同演化階段具有不同的組成。

3)古城地區(qū)鷹山組白云巖的成因非常復(fù)雜，成因模式多樣，包括蒸發(fā)泵模式、滲透回流模式、埋藏白云化模式、熱液白云化模式。