四川盆地震旦系灯影组、寒武系与中二叠统热液作用对比研究
2019-01-21张旺，彭博，毛志*
张 旺，彭 博，毛 志*
四川盆地震旦系灯影组、寒武系与中二叠统热液作用对比研究
张 旺1，彭 博2，毛 志1*
（1．铜仁学院，贵州 铜仁 554300；2．中国地质科学院 地质力学研究所，北京 100081）
采用阴极发光特征、地球化学特征相结合的方法，对震旦系灯影组、寒武系以及中二叠统热液作用进行对比研究。可见震旦系灯影组、寒武系以及中二叠统鞍形白云石分布及特征有明显差异，震旦系灯影组鞍形白云石阴极发光呈亮红色C-O同位素投点处于流体作用与低温蚀变碳酸岩过渡区域，均一法温度高于同期海水，稀土元素特征与二叠系火成岩差异较大；中二叠统鞍形白云石阴极发光呈红光，均一法温度高于同期海水，稀土元素特征与二叠系火成岩相似；寒武系异形白云石阴极发光呈暗红，分布与寒武系白云岩中盐膏模孔、或与盐膏溶蚀孔洞相关。可知震旦系灯影组热液作用是多期次复合型热液作用的结果或与加里东运动有关，中二叠统的热液作用与峨眉地裂运动有关，而寒武系鞍形白云石不一定是热液作用的产物。
四川盆地： 热液作用： 阴极发光
1． 引言
四川盆地是在前震旦系结晶变质岩基底上发育起来的一个大型叠合盆地[1]，在古生代经历了多期次的海相沉积[2]。近年来其震旦系灯影组、上寒武统与中二叠统等古生界的海相碳酸盐岩层段油气勘探相继获得突破，相关研究渐成热点，其中之一是震旦系灯影组、上寒武统与中二叠统热液作用问题。早在1991年，赵锡奎在二叠系注意到热液白云岩化的存在[3]，之后震旦系灯影组也发现典型的热液白云岩化标志[4-6]。部分学者进一步指出中二叠统白云岩化主要为构造热液白云岩[7-9]。川西栖霞组碳酸盐岩的热液蚀变作用发生在距今259 Ma左右（中二叠世末）的东吴运动期间[10]。震旦系灯影组热液蚀变的关键时刻可能为早二叠世，是峨眉地裂运动在川东南地区的响应[11]。相继对灯影组、中二叠统热液现象进行了分析，可以确信尽管由热液溶蚀作用形成的孔洞已受到热液沉淀矿物的充填破坏，但仍有大量的剩余空间保存下来，热液作用是区内灯影组、中二叠统储层形成的重要机制。进一步探索不同地质背景下的热液作用标志认识不同地质背景下的热液储层分布规律，不同层系广泛发育的热液作用层系热液作用有何联系，其热液特征和模式有何差异性，对于指导热液成因储层预测评价和油气勘探具有重要实际意义。
基于此，本文采用阴极发光特征、地球化学特征对震旦系灯影组、上寒武统与中二叠统热液作用特征及分布进行了对比及分析，进一步对灯影组、寒武系与中二叠统热液作用成因模式进行了探讨，为该议题提供一些参考。
2． 阴极发光特征
阴极发光主要反映生物壳成岩蚀变、成岩阶段中流体组分、碳酸盐的结晶速度，它的发光强度和发光颜色受Mn2+、Fe2+、Pb2+、S2+等离子控制，但主要受Mn2+和Fe2+含量，及Mn2+/Fe2+值的综合控制[12-13]。Mayers（1974），Peirson（1981）以及Fairchild（1983）分别对Mn2+和Fe2+含量及Mn2+/Fe2+与阴极发光发光强度和发光颜色控制的原理进行阐释[14-15]。基于此原理对四川盆地震旦系灯影组、寒武系与中二叠统所采鞍形白云石样品进行阴极发光特征对比（见图1），震旦系灯影组鞍形白云石阴极发光强、呈亮红色，与基质发光特性差异较大，疑似Mn2+含量高，1%
图1 显微镜下热液作用标志及其阴极发光特征
Fig1. Microphotographs and CLM in upper Sinian Dengying, Cambrian and middle Permian formation, Sichuan basin
3． 热液产物的地球化学特征
尽管震旦系灯影组、中二叠统热液作用的岩石学、地球化学特征具有一定的相似性，但碳氧稳定同位素分析、稀土元素分析揭示出它们两者的地球化学特征差别大。
3.1． 碳氧稳定同位素特征
通过震旦系、中二叠统不同碳酸岩（盐）的δ18O－δ13C值分布（图2），可见灯影组、中二叠统异形白云石分布在两个不同的区域；震旦系数据点以黄色符号表示，可见震旦系微晶白云石、粉晶白云石、孔洞内和裂缝内的亮晶白云石的投点都落入沉积碳酸盐区域，而孔洞内及裂缝内的异形白云石的投点大部分都落入由原始地幔碳酸岩域向沉积碳酸盐域过渡的流体作用与低温蚀变碳酸岩区域，靠沉积碳酸盐区域附近，也表明这些异形白云石为热液作用的产物。中二叠统栖霞组以红色符号表示，可见细-中晶白云石与异形白云石的碳氧稳定同位素组成基本相似，δ13C值为正值，在2.40%~4.75‰ (V-PDB)范围，δ 18O值为负值，在-6.00%~ -9.00‰ (V-PDB)范围；均落入沉积碳酸盐区域。
图2 灯影组、中二叠统白云石碳氧稳定同位素分布
Fig2. The C-O stable isotopes distribution of dolomites in upper Sinian Dengying, Cambrian and middle Permian formation, Sichuan basin
图3 震旦系灯影组异形白云石流体包裹体均一化温度(Th)与氧同位素值的交汇图（等值线表示与白云石处于同位素平衡状态的水的同位素组成）
Fig 3. Crossplots of fluid-inclusion homogenization temperature against oxygen isotopic signature for hydrothermal dolomite from Dengying Formation
3.2． 包裹体均一法温度
依据包裹体均一法温度计算得到的热液流体的δ18O值组成也明显不同；针对震旦系灯影组，根据异形白云石的包裹体均一法温度为200~215 ℃（王国芝，2007）[16]，计算得到沉淀异形白云石的热液流体的δ18O值为5.47%~7.62‰ SMOW，明显不同于震旦系海水（图3）；针对中二叠统，依据包裹体均一法温度，计算得到沉淀白云石的流体的δ18O值在9.49%~12.39%（SMOW）（图4），明显不同于二叠纪海水，明显较震旦系灯影组热液δ18O值高。
图4 四川盆地西北部中二叠统基质交代和孔隙充填异形白云石流体包裹体均一化温度(Th)与氧同位素值的交汇图（等值线表示与白云石处于同位素平衡状态的水的同位素组成）
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． 稀土元素组成特征
区内震旦系灯影组异形白云石与广元西北乡中二叠统火成岩样品稀土元素及其配分模式的比较（图5），可见两者稀土元素组成及配分模式明显不同，火成岩样品更加富集稀土元素，并显示出相对富集轻稀土元素、Ce负异常明显、Eu异常不明显的特征；而震旦系灯影组异形白云石则显示出Ce弱正异常、Eu正异常明显的特征；可能揭示了形成震旦系灯影组广泛发育的异形白云石的热液并不是与二叠纪火成岩相关的热液。
从广元西北乡剖面栖霞组白云石的稀土元素组成特征（图6），可见细-中晶基质白云石与缝孔洞内异形白云石的稀土元素组成特征大体相似，与该剖面的辉绿岩侵入体贫稀土元素差异显著，但稀土元素分配模式具有一定的相似性。这揭示了热液与二叠纪岩浆活动有相关性。
图5 震旦系灯影组异形白云石与火成岩稀土元素及其配分模式比较
Fig 5. Compare ree distribution patterns of dolomites and igneous rock from Dengying Formation
图6 广元西北乡剖面栖霞组白云石与火成岩稀土元素及其配分模式比较
Fig 6. Compare ree distribution patterns of dolomites and igneous rock from Qiaxia Formation on Guangyuan Xibeixiang outcrop
4． 讨论
由上所述，区内热液地质作用发育具有普遍性和差异性，中二叠统中的热液作用发生于拉张地质背景，震旦系灯影组的热液作用发生于挤压地质背景。从灯影组、寒武系与中二叠统热液作用形成的白云石的碳氧稳定同位素特征及稀土元素特征，可知震旦系灯影组热液作用性质、时期、模式与中二叠统热液作用具有显著差异。若中二叠统的热液作用与峨眉地裂运动有关，那么灯影组中广泛发育的热液作用则可能与加里东运动有关。
5． 结论
震旦系灯影组鞍形白云石阴极发光强，且呈亮红色，与基质发光特性差异较大；中二叠统鞍形白云石阴极发光较强，且呈红色，与基质发光特性有明显差异；寒武系异形白云石阴极发光弱，且呈暗红色，与基质发光特性相似，发光特性的差异表明这三套层系中鞍形白云石成因具有一定差异，其流体来源是多样化的。
震旦系灯影组鞍形白云石C-O同位素投点处于流体作用与低温蚀变碳酸岩过渡区域，均一法温度高于同期海水，稀土元素特征与二叠系火成岩差异较大；中二叠统鞍形白云石均一法温度高于同期海水，稀土元素特征与二叠系火成岩相似。
震旦系灯影组热液作用是多期次复合型热液作用的结果或与加里东运动有关，中二叠统的热液作用与峨眉地裂运动有关，而寒武系鞍形白云石不一定是热液作用的产物。
[1] 陈洪德，侯明才，许效松，等．加里东期华南的盆地演化与层序格架[J]．成都理工大学学报：自然科学版， 2006（1）：1-8．
[2] 邓康龄．四川盆地形成演化与油气勘探领域[J]．天然气工业，1992（5）：7-12．
[3] 赵锡奎．黔中下二叠统碳酸盐岩中的构造一埋藏埋藏热液白云化作用[Z]．1991．
[4] 刘树根，马永生，黄文明，等．四川盆地上震旦统灯影组储集层致密化过程研究[J]．天然气地球科学，2007（4）： 485-496．
[5] 刘树根，黄文明，陈翠华，等．四川盆地震旦系——古生界热液作用及其成藏成矿效应初探[J]．矿物岩石，2008（3）：41-50．
[6] 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（2）：6-15．
[7] 陈轩，赵文智，张利萍，等．川中地区中二叠统构造热液白云岩的发现及其勘探意义[J]．石油学报，2012（4）：562-569．
[8] 付于真，王国芝，陈园园，等．龙门山南段二叠系热液白云岩特征[J]．云南地质，2011（2）：229-233．
[9] 舒晓辉，张军涛，李国蓉，等．四川盆地北部栖霞组-茅口组热液白云岩特征与成因[J]．石油与天然气地质， 2012（3）：442-448．
[10] 黄思静，李小宁，黄可可，等．四川盆地西部栖霞组热液白云岩中的自生非碳酸盐矿物[J]．成都理工大学学报：自然科学版，2012（4）：343-352．
[11] 宋光永．川东南地区上震旦统灯影组热液白云岩特征[D]．成都：成都理工大学，2010．
[12] CARPENTER A B. A model for the formation of luminescently zoned calcite cements and its implications[J]. Geological Society of America Bulletin Abstracts with Programs, 1976, 8(3): 469-470.
[13] M G J H R. Irregular cathodoluminescent banding in late dolomite cements: evidence for complex faceting andmetalliferous brines[J]. Geological Society of American Bulletin, 1987, 1(98): 86-91.
[14] 束志敏．阴极发光地质学基础[M]．武汉：中国地质大学出版社，1993．
[15] 黄思静．碳酸盐矿物的阴极发光性与其Fe、Mn含量的关系[J]．矿物岩石，1992（4）：74-79．
[16] 王国芝，刘树根，赵锡奎．龙门山中段川西前陆盆地初始盆山边界及其变迁[J]．成都理工大学学报：自然科学版，2008（4）：431-439．
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
国家自然科学基金青年科学基金项目（41602125）；铜仁市科技计划项目（铜市科研[2016]18号-8）。
张 旺（1992-），男，重庆渝北人，硕士，讲师，研究方向：地球化学，地热学。
毛 志（1982-），男，湖南长沙人，博士，副教授，研究方向：科学工程计算，E-mail: 14028535@qq.com.
P618
A
1673-9639 (2018) 12-0117-05
（责任编辑 谢 勇）（责任校对 杨凯旭）
