李百?gòu)?qiáng)，王起琮，張小莉，魏巍

1.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系/二氧化碳捕集與封存技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心，西安 710069

2.西安石油大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710065

成巖環(huán)境是指碳酸鹽巖發(fā)生成巖變化的物理及化學(xué)環(huán)境，成巖相是在特定的成巖環(huán)境中形成的具有特定礦物組分、巖石結(jié)構(gòu)及構(gòu)造的巖相組合，因此，王起琮等[1]研究認(rèn)為，碳酸鹽巖的成巖相研究對(duì)恢復(fù)其成巖環(huán)境具有重要意義。鄂爾多斯盆地下奧陶統(tǒng)馬家溝組馬五段地層在地質(zhì)歷史時(shí)期經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)1.5億年之久的風(fēng)化淋濾作用之后[2]，在其中、上部(馬五5—馬五1亞段)形成了儲(chǔ)集性很好的巖溶風(fēng)化殼型儲(chǔ)層[3]。其中，白云巖是該類儲(chǔ)層最重要的巖石類型[4]，但由于巖石類型復(fù)雜，成巖機(jī)理多樣，因此馬五5—馬五1亞段的白云巖成因和成巖相研究一直是該領(lǐng)域的熱點(diǎn)及難點(diǎn)[4-9]。

黃思靜[10]根據(jù)成巖溫度、壓力以及成巖介質(zhì)等環(huán)境因素，將碳酸鹽巖的成巖環(huán)境劃分為早期近地表、表生期淡水、晚期中—深埋藏和熱液成巖環(huán)境。王起琮等[1]依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合巖石薄片、陰極發(fā)光圖像以及碳、氧同位素分析數(shù)據(jù)對(duì)鄂爾多斯盆地奧陶系馬家溝組碳酸鹽巖成巖環(huán)境及成巖相進(jìn)行了研究，并將其劃分為近地表成巖域、表生淡水成巖域和中—深埋藏成巖域等三種成巖環(huán)境以及對(duì)應(yīng)的七種成巖相類型。本文在此基礎(chǔ)上，根據(jù)近年來(lái)補(bǔ)充的大量巖芯、薄片資料以及碳、氧同位素、鍶同位素和主、微量元素等地化分析測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)鄂爾多斯盆地中東部馬五5—馬五1亞段白云巖成巖相及其地球化學(xué)特征進(jìn)行探討。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地位于華北地臺(tái)西緣，早奧陶世，西部賀蘭裂谷強(qiáng)烈的沉積擴(kuò)張和肩部翹升導(dǎo)致沿盆地西南緣形成了“L”型的中央古隆起，由于均衡調(diào)節(jié)作用，在古隆起東側(cè)形成了以米脂—延安一帶為沉降中心的“陜北坳陷”[11]。此分布格局長(zhǎng)期控制了華北海與祁連海的海域演化范圍并決定了鄂爾多斯盆地馬家溝組的巖相古地理環(huán)境[12]，從而形成了盆地東部以白云巖夾巖鹽沉積為主的潮坪相和局限臺(tái)地相以及西南部以厚層灰?guī)r夾白云巖沉積為主的潮坪相、碳酸鹽臺(tái)地相、臺(tái)地邊緣相以及陸棚—盆地等相帶[7,13-15]。馬家溝組沉積末期，加里東運(yùn)動(dòng)造成了華北地臺(tái)抬升為陸，導(dǎo)致馬家溝組上部遭受了長(zhǎng)達(dá)1.5億年之久的風(fēng)化剝蝕[2]，加之大氣淡水的長(zhǎng)期溶蝕、淋濾作用，形成了一套巖溶風(fēng)化殼型碳酸鹽巖儲(chǔ)集體[3]。

奧陶系馬家溝組地層從下到上依次劃分為馬一至馬六段，其中馬五段主要發(fā)育白云巖，并夾部分灰?guī)r、泥質(zhì)巖及蒸發(fā)巖。按照巖性可將其從上到下依次劃分為馬五1—馬五10亞段，且馬五5—馬五1亞段以灰色、淺灰色粉晶白云巖、含膏白云巖夾石膏巖為主[8]。本次研究馬五5—馬五1亞段白云巖樣品主要來(lái)自鄂爾多斯盆地中部富縣、大牛地以及東部中陽(yáng)及興縣等地區(qū)(圖1)的鉆井巖芯及野外露頭。馬五段總體上屬于碳酸鹽巖臺(tái)地相帶，其中，馬五5亞段屬開(kāi)闊海臺(tái)地亞相，而馬五4—馬五1亞段屬局限臺(tái)地及蒸發(fā)臺(tái)地亞相[16]。

圖1 樣品采集位置分布圖Fig.1 Location distribution map of the samples

2 樣品制備與地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法

基于巖石鑄體薄片鑒定結(jié)果，在確保白云巖樣品的正確分類下，筆者使用牙鉆對(duì)白云巖的基質(zhì)、角礫以及云斑等不同組分進(jìn)行局部取樣，并使用瑪瑙研缽將樣品制備成小于200目的粉末，進(jìn)行全巖X衍射、氧、碳穩(wěn)定同位素、鍶同位素以及微量元素等分析，樣品實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1、表2。

白云石有序度是依據(jù)白云石超結(jié)構(gòu)(015)和非超結(jié)構(gòu)衍射峰(110)的面積比值(I015/I110)計(jì)算獲得。

微量元素和氧、碳穩(wěn)定同位素測(cè)試在中國(guó)科學(xué)研究院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(蘭州)完成。分別采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-OEP-MS) 和氣體質(zhì)譜儀(MAT251)離線測(cè)試系統(tǒng)測(cè)定了Sr、Fe、Mn、Al、Ti等含量，及白云巖樣品的δ18O、δ13C值。

鍶同位素?cái)?shù)據(jù)測(cè)試完成于同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，采用熱電離質(zhì)譜儀(ISOPROBE-T)分析了樣品的87Sr/86Sr值，誤差為2δ(±)。

3 白云巖成巖相類型及巖相特征

依據(jù)鉆井巖芯描述、顯微鏡下薄片鑒定及樣品測(cè)試數(shù)據(jù)分析結(jié)果，首先明確了研究區(qū)白云巖的巖石類型、巖石結(jié)構(gòu)及沉積構(gòu)造、儲(chǔ)集空間類型及其經(jīng)歷的成巖作用，并結(jié)合文獻(xiàn)[1]提出的“成巖域”概念，將鄂爾多斯盆地中東部馬五5—馬五1亞段的白云巖成巖環(huán)境共劃分為近地表成巖域和表生淡水成巖域兩類。其中，近地表成巖域主要包括膏鹽溶蝕角礫相、活躍回流滲透云化相和隱伏回流滲透云化相，而表生淡水成巖域主要為風(fēng)化巖溶角礫相。

3.1 近地表成巖域

近地表成巖域是指環(huán)境溫度和壓力接近地表?xiàng)l件，底界深度介于600～1 000 m，成巖流體以大氣水、海水或兩者的混合水抑或是鹽度超過(guò)海水的超咸水為主的成巖環(huán)境，該環(huán)境并未脫離地表淡水及海水的影響[1,10]，其對(duì)應(yīng)的成巖相稱之為近地表成巖相。按照白云巖的主要成巖介質(zhì)特征可將研究區(qū)此類成巖相進(jìn)一步劃分為3類。

3.1.1 膏鹽溶蝕角礫相

對(duì)此類成巖相具指示意義的巖相類型為膏鹽溶蝕角礫白云巖或膏鹽溶蝕角礫含灰白云巖，白云石含量介于75%～95%之間，晶體粒徑整體小于0.05 mm，以泥晶和粉細(xì)晶為主，泥晶白云石有序度相對(duì)略低，介于0.72～0.73，多呈他形，而粉細(xì)晶白云石有序度相對(duì)較高，介于0.75～1，以自形和半自形為主，巖石多具典型的角礫結(jié)構(gòu)(圖2a)，角礫多呈棱角狀，且其成分與角礫間基質(zhì)的成分一致，該類巖石的原巖為泥質(zhì)含量較少的含膏、含鹽泥晶白云巖；成巖作用以沉積早期或同沉積時(shí)期，蒸發(fā)臺(tái)地處于相對(duì)較低的海平面時(shí)，大氣淡水及混合水的選擇性溶蝕作用、含膏、含鹽泥晶白云巖中的石膏和石鹽晶核的溶解以及相伴隨的白云巖的坍塌和角礫化作用為主?？紫犊臻g類型主要為石膏和石鹽發(fā)生溶解后所產(chǎn)生的大量鹽模孔和膏?？?，亦發(fā)育部分裂縫溶蝕擴(kuò)大孔溝通了分散的鑄?？?，而溶蝕孔隙多被半充填—充填，充填物包括方解石或部分暗色礦物，陰極發(fā)光鏡下可見(jiàn)發(fā)明亮橙紅色光的早期的淡水白云石與不發(fā)光的晚期的富鐵方解石共同充填于孔隙空間形成示底構(gòu)造(圖2b)。

表1 鄂爾多斯盆地中東部馬家溝組馬五5—馬五1亞段不同成巖相的白云巖同位素組成Table 1 Isotopic composition for the different types of diagenetic facies of Ma55-Ma51sub-members of Majiagou Formation in central-eastern Ordos Basin

表2 鄂爾多斯盆地中東部馬家溝組馬五5—馬五1亞段不同成巖相的白云巖主、微量元素組成Table 2 Major and trace element compositions for the different type of diagenetic facies of Ma55-Ma51sub-members of Majiagou Formation in central-eastern Ordos Basin

圖2 鄂爾多斯盆地馬家溝組中東部馬五5—馬五1亞段白云巖微觀巖相特征Fig.2 Micro-lithofacies characteristics of dolomite of Ma55-Ma51 sub-membersof Majiagou Formation in central-eastern Ordos Basin

此類成巖相是鄂爾多斯盆地中東部地區(qū)馬五段早期白云巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集空間形成的一類重要的有利成巖相。其主要分布于盆地中東部馬五1、馬五2和馬五3亞段。

3.1.2 活躍回流滲透云化相

此類成巖相的代表性巖石類型為殘余砂屑粉—細(xì)晶白云巖(圖2c)，白云石含量一般大于90%，方解石、黃鐵礦及伊利石等自生礦物含量較少，白云石晶體粒徑介于0.005～0.25 mm，有序度介于0.75～0.85之間，巖石多具有典型的殘余結(jié)構(gòu)，顯示了一定的原巖結(jié)構(gòu)特征，其原巖類型主要為砂屑灰?guī)r；殘余砂屑粉—細(xì)晶白云巖通常夾于上下兩套蒸發(fā)巖層系之間，成巖作用以淺埋藏階段砂屑灰?guī)r中的低海平面時(shí)期蒸發(fā)作用形成的富含Mg2+的鹵水向下部砂屑灰?guī)r層回流滲透白云化作用為主，而回流滲透白云化的驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)源于富含Mg2+鹵水較大的重力、密度差，白云化程度較徹底，且從上往下白云化程度逐漸降低，因而白云石自形程度也隨之呈現(xiàn)相同趨勢(shì)，孔隙空間以殘余粒間孔和晶間孔隙為主。

此類成巖相主要分布于盆地中東部馬五5亞段，是區(qū)內(nèi)地層進(jìn)入淺埋藏環(huán)境后形成白云巖儲(chǔ)層的一類有利成巖相。

3.1.3 隱伏回流滲透云化相

表征隱伏回流滲透云化相的主要巖相由豹斑灰?guī)r向豹斑云巖過(guò)渡，由于云化程度不同，豹斑中的白云石有序度范圍變化相對(duì)較大，通常介于0.56～1。巖石多具生物鉆孔、和豹斑構(gòu)造，其中豹斑成分主要為白云石，基質(zhì)以方解石為主(圖2d)。成巖作用為隱伏回流滲透白云化作用，白云化流體為蒸發(fā)臺(tái)地頂部高鹽度鹵水被正常鹽度海水淹沒(méi)稀釋以后形成的變鹽度海水，白云化流體向下部地層滲透的驅(qū)動(dòng)力為變鹽度海水與正常鹽度海水之間的密度差，由于此密度差低于回流滲透白云化作用中的白云化流體與地層水之間的密度差，因此隱伏回流滲透云化作用的白云化流體向下伏地層流動(dòng)的速度相對(duì)較慢，與活躍回流滲透白云化作用相比其白云化程度相對(duì)較低，且隨地層埋深的增加，白云化程度、豹斑數(shù)量及大小逐漸降低。儲(chǔ)集空間類型主要為部分生物鉆孔、晶間孔以及少部分晶間擴(kuò)大孔。

與活躍回流滲透云化相類似，此類成巖相多分布于盆地中東部馬五5亞段，但通常位于活躍回流滲透云化相巖層的下部，其形成的單層白云巖厚度相對(duì)較薄。

3.2 表生淡水成巖域

表生淡水成巖域是指形成于長(zhǎng)期暴露的風(fēng)化殼，并長(zhǎng)期、持續(xù)地接受大氣淡水的淋濾及溶蝕作用的成巖環(huán)境[1]。

研究區(qū)內(nèi)代表性成巖相及成巖作用分別為風(fēng)化巖溶角礫相和紊亂角礫云化作用，由于此環(huán)境中，碳酸鹽巖通常會(huì)發(fā)生大規(guī)模的非選擇性溶蝕、破裂及坍塌，因而形成大型的溶孔、溶洞等，并伴有巖石的角礫化結(jié)構(gòu)形成，但與近地表成巖域的膏鹽溶蝕角礫相不同的是，紊亂角礫云化作用一般伴有大量的陸源泥質(zhì)灌入溶蝕孔、洞，因此，該類成巖相的巖相類型以富含溶洞內(nèi)堆積高嶺石的紊亂角礫白云巖為主(圖2e)，該類巖石白云石含量大于85%，白云石晶體以泥晶和細(xì)粉晶為主，有序度變化范圍較大，介于0.54～1。巖石結(jié)構(gòu)以角礫與泥質(zhì)、灰質(zhì)及云質(zhì)共同組成的角礫結(jié)構(gòu)為特征(圖2f)，角礫無(wú)分選、無(wú)磨圓，角礫間的基質(zhì)中含大量高嶺石等黏土礦物，角礫內(nèi)的裂縫也常充填白云石和鐵白云石膠結(jié)物，而巖石之中的裂縫充填程度相對(duì)較高，充填物多為陸源灌入的泥質(zhì)。儲(chǔ)集空間類型以破裂過(guò)程中所形成的裂縫以及溶蝕過(guò)程中形成的溶蝕孔、洞為主。

風(fēng)化巖溶角礫相主要分布于盆地中東部馬五3亞段，其次為馬五1、馬五2及馬五4亞段。破裂作用及大規(guī)模的巖溶作用是該地區(qū)內(nèi)此類白云巖成巖相帶形成優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層的重要機(jī)制[17-19]。

4 白云巖成巖相的地球化學(xué)特征及環(huán)境意義

4.1 氧、碳穩(wěn)定同位素

氧、碳穩(wěn)定同位素(δ18O，δ13C)是白云巖成因解釋中應(yīng)用較廣的地球化學(xué)分析資料[5,20-21]。受水—巖平衡交換反應(yīng)的影響，白云巖中δ18O，δ13C主要受控于白云石化對(duì)象的δ18O，δ13C值以及成巖流體的溫度和鹽度[5,20-22]。通常，白云巖的δ18O，δ13C隨著蒸發(fā)環(huán)境中海水鹽度的增加而升高，相反則降低[8]。形成于高溫高壓深埋藏環(huán)境中的白云巖具有較低的δ18O值，且受熱液影響的δ18O值一般小于-10‰[7]。

鄂爾多斯盆地中東部馬五5—馬五1亞段膏鹽溶蝕角礫相白云巖樣品的δ18O介于-9.65‰～-6.98‰，平均-8.47‰，δ13C介于-4.95‰～-0.61‰，平均-3.21‰；活躍回流滲透云化相白云巖樣品δ18O介于-10.19‰～-6.37‰，平均-9.01‰，δ13C介于-2.19‰～0.08‰，平均-1.45‰；隱伏回流滲透云化相白云巖樣品δ18O介于-10.04‰～-9.45‰，平均為-9.75‰，δ18C介于-1.63‰～-1.14‰，平均為-1.39‰；風(fēng)化巖溶角礫相白云巖樣品δ18O介于-9.18‰～-8.14‰，平均-8.50‰，δ13C介于-2.31‰～0.44‰，平均-1.23‰(圖1)。

馬五5—馬五1亞段四類成巖相中幾乎所有的白云巖樣品的δ18O值均比Allanetal.[23]確定的奧陶紀(jì)海水的δ18O值(-6.60‰～-4.00‰)相對(duì)“偏負(fù)”，不難看出，絕大多數(shù)白云巖樣品均未達(dá)到熱液成因的δ18O值范圍(小于-10‰)，因此其主要是由于淡水的影響導(dǎo)致樣品的δ18O值降低。部分樣品的δ13C值與同期海水的δ13C值(-2.00‰～-0.50‰)基本保持一致，其余樣品均相對(duì)“偏負(fù)”，而且除個(gè)別樣品的δ13C值位于純海水環(huán)境外，其余絕大多數(shù)樣品均處于淡水環(huán)境影響的區(qū)域。其中活躍回流滲透云化相大部分樣品、隱伏回流滲透云化相和風(fēng)化巖溶角礫相全部樣品以及膏鹽溶蝕角礫相部分樣品均處于海水和淡水共同影響的區(qū)域，其余膏鹽溶蝕角礫相樣品均處于純淡水環(huán)境影響區(qū)域(表3)。上述討論結(jié)果表明，4類白云巖成巖相樣品均不同程度地受到了早期或表生期淡水的影響，而未受地下熱液影響。

圖3 鄂爾多斯盆地中東部馬家溝組馬五5—馬五1亞段白云巖δ18O和δ13C交會(huì)圖(據(jù)Allan et al.[23]；黃思靜[10]；賀訓(xùn)云等[7]綜合)Fig.3 Crossplot of δ18O against δ13C for dolomite of Ma55-Ma51sub-members of Majiagou Formation in central-eastern Ordos Basin

4.2 鐵、錳含量與陰極發(fā)光

錳(Mn)和鐵(Fe)是控制碳酸鹽礦物陰極發(fā)光特性的主要元素，其中，Mn也是檢測(cè)碳酸鹽礦物的成巖蝕變性最重要的元素?；陉帢O發(fā)光原理，Mn2+常作為陰極發(fā)光的激活劑，而Fe2+多作為猝滅劑。高Fe含量(>10 000×10-6)或低Mn含量(<20×10-6)均造成碳酸鹽礦物不具陰極發(fā)光；相對(duì)低Fe含量(介于(5 000～10 000)×10-6)或相對(duì)高M(jìn)n含量(介于(20～40)×10-6)使碳酸鹽礦物具弱陰極發(fā)光；而當(dāng)Fe含量<5 000×10-6且Mn含量>40×10-6時(shí)，則若Fe/Mn>30，不具陰極發(fā)光；若7

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示(表2)，膏鹽溶蝕角礫相白云巖樣品Mn含量介于(135.00～558.00)×10-6，平均341.40×10-6，F(xiàn)e含量分布范圍較大，介于(2 139.00～10 818.00)×10-6，平均4 595.80×106；活躍回流滲透云化相白云巖樣品的Mn含量介于(24.00～78.00)×10-6，平均52.67×10-6，F(xiàn)e含量介于(584.00～1 611.00)×10-6，平均為1 030.33×10-6；隱伏回流滲透云化相白云巖樣品Mn含量約為(38.00～44.00)×10-6，平均41.00×10-6，F(xiàn)e含量介于(835.00～910.00)×10-6，平均872.50×10-6；風(fēng)化巖溶角礫相樣品Mn含量介于(84.00～610.00)×10-6，平均331.33×10-6，F(xiàn)e含量介于(3 400.00～10 100.00)×10-6，平均7 500.00×10-6。

膏鹽溶蝕角礫相白云巖樣品主要位于中等或強(qiáng)發(fā)光區(qū)域，個(gè)別位于高Fe含量造成的不發(fā)光區(qū)域，表明此類巖石不僅受到早期淡水溶蝕作用，也遭受了表生期富Fe2+的淡水巖溶作用；絕大多數(shù)活躍回流滲透云化相及隱伏回流滲透云化相樣品位于中等發(fā)光區(qū)域，個(gè)別樣品位于低錳含量導(dǎo)致的弱發(fā)光區(qū)域，表明此類巖石主要形成于混合水環(huán)境，個(gè)別形成于貧Mn2+的正常海水環(huán)境；風(fēng)化巖溶角礫相白云巖樣品均位于高鐵含量導(dǎo)致的弱發(fā)光或不發(fā)光區(qū)域，表明此類巖石經(jīng)歷了不同程度的表生期富Fe2+的淡水淋濾作用(圖4)。

圖4 鄂爾多斯盆地中東部馬家溝組馬五5—馬五1亞段白云巖Fe、Mn含量交會(huì)及陰極發(fā)光特征(底圖據(jù)文獻(xiàn)[10])Fig.4 Crossplot of Fe against Mn contents and cathodolumines-cence characteristics for dolomite of Ma55-Ma51 sub-members of Majiagou Formation in central-eastern Ordos Basin (background diagram from literature[10])

4.3 鍶同位素

鍶同位素不會(huì)因溫度、壓力和微生物作用等發(fā)生分餾[26]，且鍶(Sr)在海水中的滯留時(shí)間(約為106a)大大長(zhǎng)于海水的混合時(shí)間(約為103a)，任一時(shí)代海水鍶元素在同位素組成上是均一的[27]，因此，近年來(lái)87Sr/86Sr在碳酸鹽巖成巖作用研究中得到了廣泛的應(yīng)用[10]。而控制沉積與成巖體系中的87Sr/86Sr的大小及變化的主要原因?yàn)闅ぴ存J(主要為大陸古老巖石風(fēng)化鍶)的87Sr/86Sr和幔源鍶(主要來(lái)自洋中脊熱液系統(tǒng))的87Sr/86Sr，其中殼源鍶的87Sr/86Sr和幔源鍶的87Sr/86Sr平均分別為0.712 000(±0.001 000)和0.703 000(±0.001 000)[10]，因而殼源鍶的大量注入會(huì)導(dǎo)致沉積與成巖體系中的87Sr/86Sr值明顯升高而幔源鍶則相反[28]。

馬五5—馬五1亞段白云巖樣品的87Sr/86Sr值顯示(表1)，膏鹽溶蝕角礫相樣品的87Sr/86Sr值介于0.708 842～0.710 422，平均0.709 296；活躍回流滲透云化相樣品87Sr/86Sr值介于0.708 819～0.709 350，平均0.709 129；隱伏回流滲透云化相樣品87Sr/86Sr值介于0.708 789～0.708 879，平均0.708 834；風(fēng)化巖溶角礫相樣品87Sr/86Sr值介于0.709 815～0.712 751，平均0.711 543。

δ13C與87Sr/86Sr交會(huì)圖顯示(圖5)，絕大多數(shù)白云巖樣品均表現(xiàn)出受早期淡水或表生期淡水影響，整體表現(xiàn)為隨著早期淡水影響加強(qiáng)，樣品δ13C值下降，而隨著表生淡水影響加強(qiáng)，87Sr/86Sr值迅速增高。其中，眾多膏鹽溶蝕角礫相白云巖樣品的87Sr/86Sr值相對(duì)于奧陶紀(jì)海水值(0.708 500～0.708 800)較高，δ13C值相對(duì)降低至-2‰～-6‰之間，而個(gè)別樣品87Sr/86Sr值明顯偏高且δ13C值接近于0，表明此類巖石主要經(jīng)歷了早期淡水環(huán)境下的溶蝕作用，同時(shí)也受表生期淡水環(huán)境的影響；活躍回流滲透云化相及隱伏回流滲透云化相白云巖樣品87Sr/86Sr值相對(duì)較高于奧陶紀(jì)海水值，但δ13C值相對(duì)高于大部分膏鹽溶蝕角礫相樣品，表明此兩類白云巖主要形成于海水與早期淡水共同組成的混合水環(huán)境；風(fēng)化巖溶角礫相白云巖樣品87Sr/86Sr值明顯遠(yuǎn)高于奧陶紀(jì)海水值，表明此類白云巖經(jīng)歷了表生期淡水巖溶作用。

圖5 鄂爾多斯盆地中東部馬家溝組馬五5—馬五1亞段白云巖δ13C與87Sr/86Sr交會(huì)圖Fig.5 Crossplot of δ13C against 87Sr/86Sr from dolomite of Ma55-Ma51 sub-members of Majiagou Formation in central-eastern Ordos Basin

4.4 鋁和鈦元素特征

鋁(Al)和鈦(Ti)也是間接判斷碳酸鹽巖沉積與成巖環(huán)境的重要元素[29]，但目前應(yīng)用相對(duì)較少。其中，Al是自然界廣泛賦存于陸源黏土礦物的金屬元素，如伊利石含Al約13.5%，高嶺石含Al幾乎可達(dá)21%，蒙脫石含Al約11%，且Al主要溶解于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿性溶液中，因此正常海水中Al含量相對(duì)較低。Ti是一種相對(duì)穩(wěn)定的鐵族元素，由于Ti只能在強(qiáng)酸溶液中形成可溶化合物，而自然界中此類介質(zhì)環(huán)境極少，因此，Ti難以在自然界形成可溶性的化合物，并且海水中Ti豐度很低[29]。

鄂爾多斯中東部馬五5—馬五1亞段的白云巖樣品的Al、Ti含量值顯示(表2)，膏鹽溶蝕角礫相樣品的Al含量介于(0.00～3 419.00)×10-6，平均1 099.60×10-6，Ti含量介于(38.00～230.00)×10-6，平均119.20×10-6；活躍回流滲透云化相樣品Al含量介于(55.00～1 188.00)×10-6，平均515.00×10-6，Ti含量介于(84.00～194.00)×10-6，平均114.80×10-6；隱伏回流滲透云化相樣品Al含量介于(814.00～1 172.00)×10-6，平均993.00×10-6，Ti含量介于(141.00～156.00)×10-6，平均148.50×10-6；風(fēng)化巖溶角礫相樣品Al含量介于(6 436.00～26 103.00)×10-6，平均17 088.0×10-6，Ti含量介于(515.00～1 058.00)×10-6，平均822.00×10-6。

Al、Ti含量交會(huì)圖(圖6)顯示，四類成巖相白云巖樣品的Al、Ti值整體呈現(xiàn)出一定的正相關(guān)性，其中膏鹽溶蝕角礫相、活躍回流滲透云化相以及隱伏回流滲透云化相白云巖樣品的Al、Ti含量相對(duì)較小，而風(fēng)化巖溶角礫相白云巖樣品的Al、Ti值均明顯較高。表明隨著成巖環(huán)境由正常海水環(huán)境到近地表成巖域早期淡水環(huán)境再到表生成巖域表生淡水環(huán)境的轉(zhuǎn)變，Al和Ti都表現(xiàn)出明顯的富集趨勢(shì)。這是由于Al和Ti元素相對(duì)穩(wěn)定并富集于陸源黏土礦物中，表生帶風(fēng)化殼內(nèi)部的其他相對(duì)不穩(wěn)定的金屬元素在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)化、水化過(guò)程之后，大部分都出現(xiàn)流失，從而使得Ti和Al產(chǎn)生相對(duì)富集，當(dāng)風(fēng)化巖溶角礫相白云巖樣品受表生期淡水影響時(shí)，則呈現(xiàn)出Al、Ti高值現(xiàn)象；正常海水環(huán)境則由于Al和Ti極低的溶解度，使得該環(huán)境下白云巖樣品表現(xiàn)為極低Al和Ti含量特征，而早期淡水中Al和Ti溶解度也相對(duì)較低，因而該環(huán)境下的白云巖樣品的Al和Ti值處于正常海水環(huán)境和表生淡水環(huán)境中的樣品值之間。

圖6 鄂爾多斯盆地中東部馬家溝組馬五5—馬五1亞段白云巖Al、Ti含量交會(huì)圖Fig.6 Crossplot of Al against Ti content from dolomite of Ma55-Ma51 sub-members of Majiagou Formation in central-eastern Ordos Basin

5 結(jié)論

(1) 按成巖環(huán)境將鄂爾多斯盆地中東部馬五5—馬五1亞段白云巖成巖相可分為近地表成巖域中的膏鹽溶蝕角礫相、活躍回流滲透云化相和隱伏回流滲透云化相，以及表生淡水成巖域中的風(fēng)化巖溶角礫相等四種類型，對(duì)應(yīng)巖相分別為膏鹽溶蝕角礫白云巖、殘余砂屑粉—細(xì)晶白云巖、豹斑灰?guī)r或豹斑云巖以及紊亂角礫白云巖。

(2) 近地表環(huán)境下的膏鹽溶蝕角礫相、活躍回流滲透云化相及隱伏回流滲透云化相白云巖樣品由于受到淡水或混合水影響，具有相對(duì)奧陶紀(jì)海水“負(fù)偏”的δ18O和δ13C值，相對(duì)高M(jìn)n或低Fe含量，中等—強(qiáng)陰極發(fā)光，高于同期海水的87Sr/86Sr值以及相對(duì)較低的Al和Ti含量。

(3) 表生淡水環(huán)境下的風(fēng)化巖溶角礫相白云巖樣品因遭受表生期淡水以及大量陸源碎屑物的影響，δ18O和δ13C值低于同期海水值，Mn含量相對(duì)較高、Fe含量過(guò)高，弱或無(wú)陰極發(fā)光，87Sr/86Sr值明顯高于同期海水值，Al和Ti含量明顯偏高。

(4) 氧、碳穩(wěn)定同位素、鍶同位素及主、微量元素等地球化學(xué)數(shù)據(jù)是識(shí)別白云巖成巖相類型的有效指標(biāo)。

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