四川盆地震旦系燈影組、寒武系與中二疊統(tǒng)熱液作用對比研究

張 旺，彭 博，毛 志*

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四川盆地震旦系燈影組、寒武系與中二疊統(tǒng)熱液作用對比研究

張 旺1，彭 博2，毛 志1*

（1．銅仁學(xué)院，貴州 銅仁 554300；2．中國地質(zhì)科學(xué)院 地質(zhì)力學(xué)研究所，北京 100081）

采用陰極發(fā)光特征、地球化學(xué)特征相結(jié)合的方法，對震旦系燈影組、寒武系以及中二疊統(tǒng)熱液作用進行對比研究?？梢娬鸬┫禑粲敖M、寒武系以及中二疊統(tǒng)鞍形白云石分布及特征有明顯差異，震旦系燈影組鞍形白云石陰極發(fā)光呈亮紅色C-O同位素投點處于流體作用與低溫蝕變碳酸巖過渡區(qū)域，均一法溫度高于同期海水，稀土元素特征與二疊系火成巖差異較大；中二疊統(tǒng)鞍形白云石陰極發(fā)光呈紅光，均一法溫度高于同期海水，稀土元素特征與二疊系火成巖相似；寒武系異形白云石陰極發(fā)光呈暗紅，分布與寒武系白云巖中鹽膏?？?、或與鹽膏溶蝕孔洞相關(guān)?？芍鸬┫禑粲敖M熱液作用是多期次復(fù)合型熱液作用的結(jié)果或與加里東運動有關(guān)，中二疊統(tǒng)的熱液作用與峨眉地裂運動有關(guān)，而寒武系鞍形白云石不一定是熱液作用的產(chǎn)物。

四川盆地： 熱液作用： 陰極發(fā)光

1． 引言

四川盆地是在前震旦系結(jié)晶變質(zhì)巖基底上發(fā)育起來的一個大型疊合盆地[1]，在古生代經(jīng)歷了多期次的海相沉積[2]。近年來其震旦系燈影組、上寒武統(tǒng)與中二疊統(tǒng)等古生界的海相碳酸鹽巖層段油氣勘探相繼獲得突破，相關(guān)研究漸成熱點，其中之一是震旦系燈影組、上寒武統(tǒng)與中二疊統(tǒng)熱液作用問題。早在1991年，趙錫奎在二疊系注意到熱液白云巖化的存在[3]，之后震旦系燈影組也發(fā)現(xiàn)典型的熱液白云巖化標志[4-6]。部分學(xué)者進一步指出中二疊統(tǒng)白云巖化主要為構(gòu)造熱液白云巖[7-9]。川西棲霞組碳酸鹽巖的熱液蝕變作用發(fā)生在距今259 Ma左右（中二疊世末）的東吳運動期間[10]。震旦系燈影組熱液蝕變的關(guān)鍵時刻可能為早二疊世，是峨眉地裂運動在川東南地區(qū)的響應(yīng)[11]。相繼對燈影組、中二疊統(tǒng)熱液現(xiàn)象進行了分析，可以確信盡管由熱液溶蝕作用形成的孔洞已受到熱液沉淀礦物的充填破壞，但仍有大量的剩余空間保存下來，熱液作用是區(qū)內(nèi)燈影組、中二疊統(tǒng)儲層形成的重要機制。進一步探索不同地質(zhì)背景下的熱液作用標志認識不同地質(zhì)背景下的熱液儲層分布規(guī)律，不同層系廣泛發(fā)育的熱液作用層系熱液作用有何聯(lián)系，其熱液特征和模式有何差異性，對于指導(dǎo)熱液成因儲層預(yù)測評價和油氣勘探具有重要實際意義。

基于此，本文采用陰極發(fā)光特征、地球化學(xué)特征對震旦系燈影組、上寒武統(tǒng)與中二疊統(tǒng)熱液作用特征及分布進行了對比及分析，進一步對燈影組、寒武系與中二疊統(tǒng)熱液作用成因模式進行了探討，為該議題提供一些參考。

2． 陰極發(fā)光特征

陰極發(fā)光主要反映生物殼成巖蝕變、成巖階段中流體組分、碳酸鹽的結(jié)晶速度，它的發(fā)光強度和發(fā)光顏色受Mn2+、Fe2+、Pb2+、S2+等離子控制，但主要受Mn2+和Fe2+含量，及Mn2+/Fe2+值的綜合控制[12-13]。Mayers（1974），Peirson（1981）以及Fairchild（1983）分別對Mn2+和Fe2+含量及Mn2+/Fe2+與陰極發(fā)光發(fā)光強度和發(fā)光顏色控制的原理進行闡釋[14-15]?；诖嗽韺λ拇ㄅ璧卣鸬┫禑粲敖M、寒武系與中二疊統(tǒng)所采鞍形白云石樣品進行陰極發(fā)光特征對比（見圖1），震旦系燈影組鞍形白云石陰極發(fā)光強、呈亮紅色，與基質(zhì)發(fā)光特性差異較大，疑似Mn2+含量高，1% 2；中二疊統(tǒng)鞍形白云石陰極發(fā)光較強呈紅色，與基質(zhì)發(fā)光特性有明顯差異，疑似Mn2+含量較高，1% 6%，但發(fā)光特性的差異表明這三套層系中鞍形白云石成因具有一定差異，所以其流體來源是多樣化的。

圖1 顯微鏡下熱液作用標志及其陰極發(fā)光特征

Fig1. Microphotographs and CLM in upper Sinian Dengying, Cambrian and middle Permian formation, Sichuan basin

3． 熱液產(chǎn)物的地球化學(xué)特征

盡管震旦系燈影組、中二疊統(tǒng)熱液作用的巖石學(xué)、地球化學(xué)特征具有一定的相似性，但碳氧穩(wěn)定同位素分析、稀土元素分析揭示出它們兩者的地球化學(xué)特征差別大。

3.1． 碳氧穩(wěn)定同位素特征

通過震旦系、中二疊統(tǒng)不同碳酸巖（鹽）的δ18O－δ13C值分布（圖2），可見燈影組、中二疊統(tǒng)異形白云石分布在兩個不同的區(qū)域；震旦系數(shù)據(jù)點以黃色符號表示，可見震旦系微晶白云石、粉晶白云石、孔洞內(nèi)和裂縫內(nèi)的亮晶白云石的投點都落入沉積碳酸鹽區(qū)域，而孔洞內(nèi)及裂縫內(nèi)的異形白云石的投點大部分都落入由原始地幔碳酸巖域向沉積碳酸鹽域過渡的流體作用與低溫蝕變碳酸巖區(qū)域，靠沉積碳酸鹽區(qū)域附近，也表明這些異形白云石為熱液作用的產(chǎn)物。中二疊統(tǒng)棲霞組以紅色符號表示，可見細-中晶白云石與異形白云石的碳氧穩(wěn)定同位素組成基本相似，δ13C值為正值，在2.40%~4.75‰ (V-PDB)范圍，δ 18O值為負值，在-6.00%~ -9.00‰ (V-PDB)范圍；均落入沉積碳酸鹽區(qū)域。

圖2 燈影組、中二疊統(tǒng)白云石碳氧穩(wěn)定同位素分布

Fig2. The C-O stable isotopes distribution of dolomites in upper Sinian Dengying, Cambrian and middle Permian formation, Sichuan basin

圖3 震旦系燈影組異形白云石流體包裹體均一化溫度(Th)與氧同位素值的交匯圖（等值線表示與白云石處于同位素平衡狀態(tài)的水的同位素組成）

Fig 3. Crossplots of fluid-inclusion homogenization temperature against oxygen isotopic signature for hydrothermal dolomite from Dengying Formation

3.2． 包裹體均一法溫度

依據(jù)包裹體均一法溫度計算得到的熱液流體的δ18O值組成也明顯不同；針對震旦系燈影組，根據(jù)異形白云石的包裹體均一法溫度為200~215 ℃（王國芝，2007）[16]，計算得到沉淀異形白云石的熱液流體的δ18O值為5.47%~7.62‰ SMOW，明顯不同于震旦系海水（圖3）；針對中二疊統(tǒng)，依據(jù)包裹體均一法溫度，計算得到沉淀白云石的流體的δ18O值在9.49%~12.39%（SMOW）（圖4），明顯不同于二疊紀海水，明顯較震旦系燈影組熱液δ18O值高。

圖4 四川盆地西北部中二疊統(tǒng)基質(zhì)交代和孔隙充填異形白云石流體包裹體均一化溫度(Th)與氧同位素值的交匯圖（等值線表示與白云石處于同位素平衡狀態(tài)的水的同位素組成）

Fig 4. Crossplots of fluid-inclusion homogenization temperature against oxygen isotopic signature for matrix-replacive and void-filling saddle dolomite from Middle Permian,northwestern Sichuan basin

3.3． 稀土元素組成特征

區(qū)內(nèi)震旦系燈影組異形白云石與廣元西北鄉(xiāng)中二疊統(tǒng)火成巖樣品稀土元素及其配分模式的比較（圖5），可見兩者稀土元素組成及配分模式明顯不同，火成巖樣品更加富集稀土元素，并顯示出相對富集輕稀土元素、Ce負異常明顯、Eu異常不明顯的特征；而震旦系燈影組異形白云石則顯示出Ce弱正異常、Eu正異常明顯的特征；可能揭示了形成震旦系燈影組廣泛發(fā)育的異形白云石的熱液并不是與二疊紀火成巖相關(guān)的熱液。

從廣元西北鄉(xiāng)剖面棲霞組白云石的稀土元素組成特征（圖6），可見細-中晶基質(zhì)白云石與縫孔洞內(nèi)異形白云石的稀土元素組成特征大體相似，與該剖面的輝綠巖侵入體貧稀土元素差異顯著，但稀土元素分配模式具有一定的相似性。這揭示了熱液與二疊紀巖漿活動有相關(guān)性。

圖5 震旦系燈影組異形白云石與火成巖稀土元素及其配分模式比較

Fig 5. Compare ree distribution patterns of dolomites and igneous rock from Dengying Formation

圖6 廣元西北鄉(xiāng)剖面棲霞組白云石與火成巖稀土元素及其配分模式比較

Fig 6. Compare ree distribution patterns of dolomites and igneous rock from Qiaxia Formation on Guangyuan Xibeixiang outcrop

4． 討論

由上所述，區(qū)內(nèi)熱液地質(zhì)作用發(fā)育具有普遍性和差異性，中二疊統(tǒng)中的熱液作用發(fā)生于拉張地質(zhì)背景，震旦系燈影組的熱液作用發(fā)生于擠壓地質(zhì)背景。從燈影組、寒武系與中二疊統(tǒng)熱液作用形成的白云石的碳氧穩(wěn)定同位素特征及稀土元素特征，可知震旦系燈影組熱液作用性質(zhì)、時期、模式與中二疊統(tǒng)熱液作用具有顯著差異。若中二疊統(tǒng)的熱液作用與峨眉地裂運動有關(guān)，那么燈影組中廣泛發(fā)育的熱液作用則可能與加里東運動有關(guān)。

5． 結(jié)論

震旦系燈影組鞍形白云石陰極發(fā)光強，且呈亮紅色，與基質(zhì)發(fā)光特性差異較大；中二疊統(tǒng)鞍形白云石陰極發(fā)光較強，且呈紅色，與基質(zhì)發(fā)光特性有明顯差異；寒武系異形白云石陰極發(fā)光弱，且呈暗紅色，與基質(zhì)發(fā)光特性相似，發(fā)光特性的差異表明這三套層系中鞍形白云石成因具有一定差異，其流體來源是多樣化的。

震旦系燈影組鞍形白云石C-O同位素投點處于流體作用與低溫蝕變碳酸巖過渡區(qū)域，均一法溫度高于同期海水，稀土元素特征與二疊系火成巖差異較大；中二疊統(tǒng)鞍形白云石均一法溫度高于同期海水，稀土元素特征與二疊系火成巖相似。

震旦系燈影組熱液作用是多期次復(fù)合型熱液作用的結(jié)果或與加里東運動有關(guān)，中二疊統(tǒng)的熱液作用與峨眉地裂運動有關(guān)，而寒武系鞍形白云石不一定是熱液作用的產(chǎn)物。

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Hydrothermal Dolomite of Upper Sinian Dengying, Cambrian and Middle Permian Formation in Sichuan Basin

ZHANG Wang1, Peng Bo2, MAO Zhi1

( 1. Tongren University, Tongren 554300, Guizhou, China; 2. Institute of Geomechanics, Chinese Academy of Geological Sciences, Beijing 100081, China )

In this paper, the cathodoluminescence characteristics and geochemical characteristics of the Sinian Dengying Formation, Cambrian and Middle Permian hydrothermal processes are compared and studied. The distribution and characteristics of saddle dolomite in Sinian Dengying Formation, Cambrian and Middle Permian are obviously different. The cathodoluminescence of saddle dolomite in Sinian Dengying Formation is bright red C-O isotope projection point in the transitional zone between fluid action and low temperature altered carbonate rock. The homogenization temperature is higher than that of the corresponding seawater, and the igneous rocks differ greatly. The cathodoluminescence of saddle dolomite in the Middle Permian is red, and the homogenization temperature is higher than that of the corresponding seawater. The REE characteristics are similar to those of the Permian igneous rocks. The cathodoluminescence of Cambrian heteromorphic dolomite is dark red, which is related to the salt-gypsum mold holes in Cambrian dolomite or the salt-gypsum dissolution holes. It is concluded that the hydrothermal process of Sinian Dengying Formation is the result of multi-stage complex hydrothermal process or related to Caledonian movement, the hydrothermal process of Middle Permian is related to Emei geofission movement, and the hydrothermal process of Middle Permian is related to Emei geofission movement. Cambrian saddle dolomite may not be the product of hydrothermal action.

Sichuan basin, hydrothermal action, cathodoluminescence

2018-11-01

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項目（41602125）；銅仁市科技計劃項目（銅市科研[2016]18號-8）。

張 旺（1992-），男，重慶渝北人，碩士，講師，研究方向：地球化學(xué)，地?zé)釋W(xué)。

毛 志（1982-），男，湖南長沙人，博士，副教授，研究方向：科學(xué)工程計算，E-mail: 14028535@qq.com.

P618

A

1673-9639 (2018) 12-0117-05

（責(zé)任編輯 謝 勇）（責(zé)任校對 楊凱旭）