錢一雄，儲呈林，李曰俊，張慶珍，李王鵬，楊 鑫

[1.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院 無錫石油地質(zhì)研究所，江蘇 無錫 214151；2.中國科學(xué)院 地質(zhì)與地球物理研究所，北京 100029；3.中國石化 石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083]

新元古代成冰期(850～635 Ma)是全球氣候變化(冰期及間冰期)、大陸風(fēng)化、氧化和生物興盛的重要地質(zhì)時期之一[1]，也是以疊層石為代表的微生物巖(原生白云巖)衰減期[2]。研究表明：經(jīng)歷長期成巖作用后疊層石[3-4]，仍能指示生態(tài)、氣候、環(huán)境、黃道傾角及年日數(shù)變化，如沉積中的陸屑輸入、水動力(水深)、成分、溫度、鹽度、Eh-pH及含氧或二氧化碳分壓(pCO2)等古海洋環(huán)境參數(shù)及其演化[3-11]，因而具有十分重要的理論與應(yīng)用價值[1-12]。

在新疆喀喇昆侖，原劃長城系甜水海巖群綠片巖相中，曾報道過發(fā)現(xiàn)了Xiayingella,Stratifera,Litia、Tekesiasp.(特克斯疊層石，未定種)和Tungussiasp.(通達斯疊層石，未定種)等錐狀、柱狀疊層石,定為青白口系，并與研究區(qū)(巴什考貢幅)及薊縣長城系的疊層石對比[13-15]。在上元古青白口系丘吉東冰溝群(Qnqi)中，報道了SpicaphytonqiujidonggouenseZiuang疊層石[16]。在東昆侖的中上元古界薊縣組冰溝群(Jxbn)，報道了conophytonf.;kussiellabinggouensisZhanget.Liu;KunluniabinggouensisZhanget.Liu;Jurnsaniaf.;BoxoniadontataCao,Zhaoetxia;Baicaliaravasemikh.,Colomnnnelladiscreta;Kussiellacf.enigmatia;MinjariaF.；Tungussia[16]和Conophytongarganicusvar.inkenif.,C.cf.ressotiMenchikov，Jacutophytonf.,Baicalialacera,Jurusaniaf.,Conicodomeniaf.,Colonnella.f.,Tungssiaf.,Compactocollenia.f[17]，可與南烏拉爾、西伯利亞、華北及揚子區(qū)對應(yīng)層位疊層石類型對比，被認為介于1300～850 Ma(相當(dāng)于中里菲上部至上里菲下部)[17]。

在對阿爾金斷裂及中新生代盆地進行油氣地質(zhì)踏勘中，發(fā)現(xiàn)了一套出露相對完整、保存較好的含瀝青細碎屑巖和白云巖沉積。它位于若羌縣至格爾木315國道紅柳溝Ⅰ號橋北側(cè)的近東西向溝中，坐標(biāo)為北緯39°07′49.7″，東徑90°07′40.9″，因而將其命名為紅柳溝Ⅰ號剖面(圖1)。區(qū)內(nèi)出露了元古代、奧陶紀的蛇綠巖、基性火山巖及花崗巖，泥盆系、二疊系、侏羅系及古近系沉積。上述含瀝青白云巖的基本特征、沉積環(huán)境及年代歸屬是本文關(guān)注的問題。

本文對若羌縣紅柳溝Ⅰ號剖面中原定為新元古界青白口系平洼溝組的白云巖層段的實測剖面的礦物學(xué)、巖相學(xué)、地球化學(xué)以及地層年代學(xué)等資料開展了綜合研究。在礦物組成、巖石類型及微相劃分的基礎(chǔ)上，綜合運用包括碳氧、鍶同位素、元素地球化學(xué)、環(huán)境掃描電鏡等方法進行了沉積環(huán)境和白云石成因的研究，并結(jié)合疊層石結(jié)構(gòu)類型、碳同位素及鄰近碎屑巖中的Rb-Sr等時線年齡、鋯石U-Pb年代學(xué)數(shù)據(jù)以及全球?qū)Ρ冉Y(jié)果，厘定為新元古代成冰紀上部的原生白云石沉積，推進了塔里木盆地周緣的新元古代白云巖成因研究，為評價其油氣勘探潛力提供了新素材。

1 概述

研究區(qū)與青海省交界，與自東(鄂拉山)向西(祁漫塔格)延伸長800 km的柴達木南緣地層小區(qū)屬于同一構(gòu)造帶。疆內(nèi)地層分區(qū)屬于新疆阿爾金小區(qū)，青白口系的硝爾庫里群劃分為亂石山組、冰溝南組、平洼溝組和小泉達板組。其中，冰溝南組為淺海相碳酸鹽巖夾細碎屑巖，巖性為灰?guī)r、大理巖、結(jié)晶灰?guī)r、假鮞?；?guī)r和砂質(zhì)灰?guī)r，厚度為600～2 221 m，產(chǎn)疊層石Boxoniabingounanensis.sp.now；平洼溝組主要為結(jié)晶灰?guī)r、大理巖、白云巖夾少量千枚巖及砂質(zhì)灰?guī)r，厚為128～1 555 m，產(chǎn)疊層石Boxoniasp.comophytonsp,indet[15]。為更好地進行區(qū)域?qū)Ρ龋瑓⒖剂硕继m縣中上元古界冰溝群的建群剖面(圖1b左) 以及青白口系的丘吉東溝群資料[16]。

冰溝群剖面厚達5 970 m,自下而上，大致可分3個巖性段[16]：①原分層號為1-8，底部為含硅質(zhì)灰?guī)r夾含碳、磷硅質(zhì)板巖、中上部為大套的硅質(zhì)云巖夾硅質(zhì)巖，厚度為1 568 m；②層號為9-13，含鐵的灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r以及板巖、片巖互層，厚度達1 618 m；③層號為14-38，由巨厚層硅質(zhì)云巖、富含多種類型的疊層石云巖與中薄層的硅質(zhì)巖(少量灰?guī)r)、板巖或含炭質(zhì)、硅質(zhì)板巖互層的5個旋回的碳酸鹽巖臺地-陸棚沉積組成，累積厚度為2 784 m；④丘吉東溝群主要由硅質(zhì)巖、板巖、長石石英砂巖、砂礫巖(云質(zhì))等細碎屑巖組成，殘厚達1 581 m；在上部有一套疊層石云巖(150 m)，因此，上述青海省境內(nèi)的4個巖性段[16]與疆內(nèi)阿爾金小區(qū)的硝爾庫里群的4個組[15]大致相對應(yīng)，應(yīng)為同期沉積。

在研究區(qū)，北側(cè)的阿爾金西北緣斷裂帶與南側(cè)阿爾金走滑斷裂帶夾持了一條早古生代的北阿爾金縫合帶，屬于柴達木與塔里木地塊分隔的“俯沖帶或轉(zhuǎn)換斷裂”或“裂陷斷槽”[18]。在晚三疊世、中侏羅世、晚白堊世及新近紀，阿爾金斷裂均發(fā)生了強烈的走滑活動[19]，尤其是中新世以后(始于約 15±2 Ma)的大規(guī)模左行走滑活動[20]。還經(jīng)歷了中元古代、奧陶紀、石炭紀和三疊紀4期巖漿活動，在早元古代、晚元古代疊加中生代區(qū)域或動力變質(zhì)事件[15-16]。

若羌縣紅柳溝Ⅰ號剖面中，平洼溝組白云巖大多遭受基性巖侵入、發(fā)生角巖化或大理巖化；弱變質(zhì)、連續(xù)白云巖沉積的厚度為45 m(圖1c)。大致可分為上、下兩段；下段(樣號23—32)是由亮晶鮞粒云巖、亮晶球粒云巖等組成，可劃分為2個次級旋回(圖2b)；上段(樣號33—44)由波紋層、園錐狀-丘狀-柱狀疊層石云巖、亮晶藻球粒云巖組成，并夾有2個薄層豆莢-竹葉狀、角礫狀砂礫屑云巖(風(fēng)暴沉積)和含云硅質(zhì)巖等(圖2c—h)。

圖2 若羌縣紅柳溝Ⅰ號剖面平洼溝組剖面部分層段特征及白云巖主要類型Fig.2 Features and major dolomite types occurring in the Pingwagou Formation at Hongliugou section I,Ruoqiang Countya.剖面景觀，紅色箭頭為基性巖脈，右下植被是紅柳溝Ⅰ號溝； b.亮晶砂礫屑-鮞粒云巖(HLG-033)； c.波紋狀(紅色箭頭)-園錐狀-柱狀(白色)疊層石云巖(HLG-034)，大小>15 cm(直徑)×40 cm(高),粒狀粉(細)晶膠結(jié)的韻律(明暗相間)；d.豆莢-竹葉狀的亮晶礫屑-巨鮞云巖，拉長狀橢園、月牙形、杏仁或“貝殼”狀顆粒和扁平破碎鮞粒、發(fā)育了鑄?？住U溶孔縫(HLG-036)； e.丘狀的疊層石云巖(HLG-037)，大小>40 cm(直徑)×120 cm(高)； f.波紋狀(紅色箭頭)-錐狀-柱狀(白色)疊層石云巖(HLG-037)；g.園錐狀-半球形-柱狀(紅色箭頭)、錐狀、無壁的軸向構(gòu)造(白色)疊層石云巖(HLG-039)，大小>30 cm(直徑)×40 cm(高); h.沿裂隙發(fā)育的不規(guī)則球形、花邊或皮殼-放射狀 環(huán)帶的燧石，雁列脈狀硅化、大理巖化(HLG-033，39)

2 分析方法

根據(jù)實測剖面的分層，盡可能采集并選送新鮮樣品。在薄片觀察基礎(chǔ)上，依次采用了鑄體、陰極、X衍射礦物相、碳氧、鍶同位素和環(huán)境掃描電鏡(環(huán)描電鏡)等方法。其中，X衍射礦物相、陰極發(fā)光鑒定、掃描電鏡是在中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫地質(zhì)研究所完成。環(huán)描電鏡制樣中，敲取新鮮斷面或變質(zhì)弱的塊樣，向上粘在樣品臺制樣；在工作電流20 mA,時間為150 s下完成鍍金處理。環(huán)境掃描電鏡為Oxford的FEIQuanta200F型的場發(fā)射型,電壓200 kV、能譜儀為EDAX三元一體化系統(tǒng)。碳氧、鍶同位素及巖石化學(xué)分析由中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所完成。碳氧同位素采用McCrea(1950)100%正磷酸法和Finngan-MAT252氣體質(zhì)譜儀，精度±0.2‰。；鍶同位素采用 ISOPROBET熱電離質(zhì)譜儀，精度高于3×10-6。在巖石化學(xué)樣品制樣前，先用去離子水清洗，再研磨至200目以下，進行攪拌、混和與均分制樣；元素分析分別采用X射線熒光光譜儀(AB104L,Axios-mAX)、等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS) 和等離子體光譜法 (ICP-OES)測定，采用了GB/T 14506.14—2010 、GB/T 14506.28—2010 標(biāo)樣。常量元素精度<0.1%；微量元素(包括稀土)精度為±1×10-6。

3 測試結(jié)果

3.1 巖相學(xué)

XRD礦物相分析表明：在不同類型白云巖中，白云石含量占90%或95%以上，含少量粘土(<3%)、菱鐵礦、黃鐵礦等沉積礦物(<1%);并含有少量的成巖礦物，如石英、長石(部分為陸源碎屑礦物)、方解石、石膏和硬石膏等(表1)。

表1 若羌縣紅柳溝Ⅰ號剖面平洼溝組白云巖中的礦物組成Table 1 Mineral composition of dolomites in the Pingwagou Formation at Hongliugou section Ⅰ，Ruoqiang County

鏡下觀察表明：紅柳溝Ⅰ號剖面中白云巖的類型主要有：①亮晶藻球粒云巖(圖3a,c,e);②亮晶藻鮞粒砂礫屑云巖(圖2d,圖3b)；③亮晶藻鮞粒云巖(圖3a—c)；④亮晶藻球粒-團粒云巖(圖3g,h)；⑤藻紋層-球粒粘結(jié)云巖(圖3e)；⑥疊層石云巖[21-22]，按形態(tài)可劃分出波紋狀、園錐形、半球形、穹窿、柱狀、丘狀等(圖2c—g)，按膠結(jié)類型又可進一步劃分為綿層狀(骨格)疊層石(圖3f)、紋層狀細粒(球)疊層石、紋層-粗粒狀疊層石(圖3d)和黏結(jié)狀球粒微生物巖(圖3e)；⑦角礫狀云巖(圖3i,j)；⑧近源風(fēng)暴巖，由豆莢狀-竹葉狀-砂礫屑云巖(圖2d)構(gòu)成，發(fā)育侵蝕界面、粒序?qū)永?，厚?shù)十厘米；⑨縫洞中充填了細晶白云石(圖3m)；⑩中粗晶或鞍形白云石((圖3b,c,f,j)。

圖3 若羌縣紅柳溝Ⅰ號剖面中不同類型白云巖、沉積、成巖礦物及孔隙類型的顯微圖像Fig.3 Microscopic images showing various dolomites,sedimentary and diagenetic minerals and pores in the Pingwagou Formation at Hongliugou section Ⅰ,Ruoqiang Countya.HLG-025+1，亮晶藻鮞粒-球粒(MOo)-藻砂屑云巖，纖狀(AC)、刀刃狀(Bla)文石或鎂方解石膠結(jié)、半自形直曲面鑲嵌(Blo)，少量鑄?？?MO)、微孔(MP)，單偏光(-)(下同，未標(biāo)明)； b.HLG-027，亮晶藻鮞粒-團粒(表附藻)云巖，葡萄狀(Bot)、纖狀、刀刃狀及等晶粒狀文石或鎂方解石，鑲嵌(Equ-Blo)狀結(jié)構(gòu)，類似于“豆莢狀或胡桃狀鈣豆粒的泥晶(Wal-Mic)，孔洞中心為中細晶白云石(DⅢ，黃色箭頭所指)；c.HLG-028，亮晶腎形藻-藻鮞粒(Oo)云巖，葡萄狀-纖狀-刀刃狀的文石或鎂方解石膠結(jié)，粒間孔由DⅢ鑲嵌充填，擴溶縫洞(DFR)；d.HLG-034，紋層狀細粒(粗晶)疊層石云巖，長快波的束狀光性的纖狀-向外為慢波束狀-纖柱狀放射狀巨粗晶(RFC)至刀刃狀-束狀白云石(Fas)，重結(jié)晶作用，菱形微孔隙、片狀空隙(sheet-cavities)及收縮微縫(SCF，藍色箭頭)； e.HLG-036-1，藻球粒黏結(jié)云巖,葡萄狀、纖狀、放射狀及纖刃狀(雙晶)粒狀文石及高鎂方解石及膠結(jié)(已轉(zhuǎn)化為白云石)，重結(jié)晶； f.HLG-041，角礫狀硅化的綿層狀疊層石云巖，明暗條帶中的交代微晶石英(QⅡ)、沿擴溶縫洞中的中粗晶白云石DⅣ(藍色箭頭指示了溶蝕邊界)、邊緣隱晶玉髓、微晶石英(ChⅢ)， 構(gòu)成“滲流砂”，一組石英細脈(QⅤ)及開啟微裂隙(Fre)穿過，正交偏光(+)； g.HLG-031，表附藻粉晶云巖(DⅠ)；h.HLG-030，泥粉晶藻球粒云巖(DⅠ-Mic)，等晶粒狀的微粉晶鑲嵌(不發(fā)光)，粉晶白云石(DⅡ)發(fā)中等至暗橙紅,孔洞中粉細晶、中晶(DⅢ)分別發(fā)中等-暗橙紅、橙紅-橙桔黃色(較亮的邊緣環(huán)帶)，陰極CL；i.HLG-038，亮晶藻球粒-團粒云巖，葡萄狀-纖狀-放射狀或刀刃狀文石及高鎂方解石(已轉(zhuǎn)化為白云石)、粒狀鑲嵌膠結(jié)，孔洞中細至中粗晶白云石(DⅢ-DⅥ); j.HLG-043，亮晶藻鮞粒-球粒-團粒云巖，纖狀、刀刃狀和粒狀膠結(jié)，擴溶縫洞中充填了瀝青(Brt)、后被細石英細脈穿過(QⅤ)； k.HLG-034+1，硅化紋層狀、不等晶粗粒疊層石云巖，重結(jié)晶，放射狀-刀刃狀-束狀波紋狀消光及調(diào)制結(jié)構(gòu)，平行于生長法線方向，正交偏光(+)； l.HLG-038，亮晶藻球粒-鮞粒云巖，纖狀-刀刃狀膠結(jié)，稍暗部分原為文石，溶解后產(chǎn)生的微孔隙，擴溶縫洞及晚期開啟微裂隙；m.HLG-041，角礫狀硅化綿層狀疊層石云巖，粉晶白云石(DⅡ)發(fā)中等橙紅-桔黃紅光(環(huán)帶)，孔洞邊緣的中細晶白云石(DⅢ)發(fā)亮橙紅-橙黃色光、近中心的中粗晶白云石(DⅥ)發(fā)亮粉紅-玫瑰紅光,樹枝狀裂隙中的石英(QⅣ)不發(fā)光,陰極CL；n.HLG-042，亮晶藻球粒云巖，晶間孔、粒間孔中被玉髓-微晶石英(ChⅠ)充填； O.HLG-033，角礫狀亮晶藻鮞粒云巖，碎裂化，重結(jié)晶，孔洞中的中粗晶白云石(DⅢ-DⅣ)發(fā)亮橙紅色、陸屑或自生石英發(fā)藍色光，角礫間孔(Bre)中充填瀝青，陰極CL； p.HLG-044，含陸屑的碳酸鹽巖靡棱巖，“σ”碎斑”,硅質(zhì)約占25%～30%，含單晶、隱晶質(zhì)、微晶質(zhì)玉髓(ChⅥ)及鋯石

根據(jù)沉積構(gòu)造、主要巖石類型及藻類(藻鮞粒、疊層石等)發(fā)育特征，劃分出以下微相類型[22]：①以同心-放射狀鮞粒為代表的顆粒云巖，大小不等、局部機械磨損、或呈集合粒(相當(dāng)于SMF15-R、C)；②以紋層或無紋層球粒為代表的顆粒云巖(相當(dāng)于SMF16)；③葡萄狀-刀刃狀粉晶云巖(相當(dāng)于SMF16)；④紋層狀(綿層狀、細?；蛑写至；蛘辰Y(jié))疊層石(園錐、丘狀與柱狀，相當(dāng)于SMF20-21)；⑤近源的風(fēng)暴巖(相當(dāng)于SMF5)，但與典型的風(fēng)暴沉積于小型生物礁外側(cè)的斜坡所不同，它主要分布于微生物礁丘或灘相附近。根據(jù)上述微相特征分析，應(yīng)屬于內(nèi)緩坡外側(cè)至中緩坡沉積(圖4)。

圖4 若羌縣紅柳溝Ⅰ號剖面平洼溝組白云巖微相類型及分布示意圖Fig.4 Microfacies types and distribution of dolomites in the Pingwagou Formation at Hongliugou section Ⅰ,Ruoqiang County

3.2 元素地球化學(xué)

為檢驗樣品的均質(zhì)性、成巖改造對巖石化學(xué)數(shù)據(jù)的影響，在此對11件重復(fù)樣品的常量元素值進行了相對、絕對誤差分析。結(jié)果表明： Ca，Mg及Mn的含量變化相對較小、均質(zhì)性較強；Si，Al，F(xiàn)e含量有一定變化、呈一定的非均質(zhì)性；Na，K變化較大，僅供參考。

平洼溝組白云巖中的SiO2平均含量相對較高(4.23%)； Fe2O3平均含量較低，低于碳酸鹽巖中豐度值0.38%[23]；Mg/Ca平均值為1(0.98～1.11)，Sr平均值為91.9×10-6(51.9×10-6～137.4×10-6)、 Sr/Ba平均值為3.78(1.16～5.32)；稀土總量平均值為2.93×10-6(1.14×10-6～7.58×10-6)、LREE/HREE的平均值為1.02(0.38～1.59)，δEu平均值為0.91(0.64～1.28)，δCe平均值為0.64(0.52～0.83)，(詳見表2、圖5)?？傮w上，∑REE相對較低，重稀土輕度富集，無銪-低正銪異常， “左傾帽型”配分模式(圖5)。

圖5 若羌縣紅柳溝Ⅰ號剖面平洼溝組白云巖稀土配分模式Fig.5 PAAS-normalized REE distribution pattern of dolomites in the Pingwagou Formation at Hongliugou section Ⅰ,Ruoqiang County

3.3 碳氧和鍶同位素

分析結(jié)果：δ13C(PDB)平均為2.33‰(-1.20‰～4.80‰，N=22)；δ18O(PDB)平均為 -5.61‰(-7.20‰～-4.80‰)；87Sr/86Sr平均為0.709 284(0.708 575～0.710 092)。對比22件的碳氧、20件鍶同位數(shù)數(shù)據(jù)：δ13C值相對變化較??；δ18O(PDB)和87Sr/86Sr 值有一定變化。

4 討論

4.1 成巖作用影響

平洼溝組白云巖沉積以來，經(jīng)歷了包括埋藏條件下的壓實-壓溶作用、孔隙流體壓實-排驅(qū),構(gòu)造抬升過程中的大氣淡水滲流以及多期構(gòu)造-熱事件引起的流體疊加改造，原巖的礦物組成、地球化學(xué)特征均會發(fā)生一定的變化，區(qū)分反映原始沉積環(huán)境及成巖改造后的特征參數(shù)尤為重要。

研究表明：碳酸鹽巖中氧、碳同位素受同位素分餾、溫度變化、交換反應(yīng)、成巖流體等影響[23]。利用Mn/Sr，Mg/Ca比值與δ13C，δ18O相互關(guān)系可判斷成巖改造對原始沉積指標(biāo)的影響程度。從Mn/Sr-δ13C，Mn/Sr-δ18O，Mg/Ca-δ13C和Mg/Ca-δ18O多組數(shù)據(jù)間的不相關(guān)或弱相關(guān)性(圖6)，揭示了碳氧同位素受成巖作用改造影響較小[24]。

圖6 若羌縣紅柳溝Ⅰ號剖面不同類型白云巖的Mn/Sr-δ13C(a)，Mn/Sr-δ18O(b)，Mg/Ca-δ13C(c)和Mg/Ca-δ18O(d)關(guān)系Fig.6 Relationship between Mn/Sr-δ13C(a),Mn/Sr-δ18O (b),Mg/Ca-δ13C (c) and Mg/Ca-δ18O (d) for various dolomites at Hongliugou section Ⅰ,Ruoqiang County

δ13C與δ18O呈弱的正相關(guān)、δ13C與87Sr/86Sr以及δ18O-87Sr/86Sr呈弱的負相關(guān)(圖7)，指示了成巖作用仍然有一定程度的影響。因此，將數(shù)據(jù)分為二組。

圖7 若羌縣紅柳溝Ⅰ號剖面不同類型白云巖δ13C-δ18O(a)、δ13C-87Sr/86Sr(b)和δ18O-87Sr/86Sr(c)關(guān)系Fig.7 Relationship between δ13C-δ18O (a),δ13C-87Sr/86Sr (b)and δ18O-87Sr/86Sr (c) for various dolomites at Hongliugou section Ⅰ,Ruoqiang County

① 一是與同期海水同位素差異明顯的樣品[25-26]，可用于成巖作用或物源區(qū)性質(zhì)的判識。即δ18O，δ13C負偏、而對應(yīng)的87Sr/86Sr值呈明顯正偏，包括HLG-034(巨粗晶膠結(jié)疊層石)(圖3d)、HLG-041(強烈硅化)(圖2h，圖3f)、HLG-039和 HLG-040；極個別疊層石的δ13C(PDB)負偏，并不與冰期 “蓋帽白云石”有關(guān)，主要受大氣淡水或受熱事件引起的重結(jié)晶、變質(zhì)作用的影響；δ18O(PDB)負偏不明顯、正銪異常不明顯、則指示了熱變質(zhì)作用不強，基本能反映原始海水組成、生態(tài)環(huán)境等指標(biāo)[2]； 部分樣品的鍶同位素正偏，反映了大陸風(fēng)化增強、陸屑輸入的結(jié)果[25-27]。

② 二是成巖改造弱、基本能代表同期海水同位素的樣品；刪除上述①樣品進行的統(tǒng)計：δ13C(PDB)平均為6.83‰(N=18,1.9‰～9.6‰),δ18O(PDB)平均為-1.82‰(N=18,-4.9‰～0.1‰)，87Sr/86Sr平均為0.7084(N=16,0.70751～0.71009)(表2)。

表2 若羌縣紅柳溝Ⅰ號剖面平洼溝組白云巖含量(%)、微量元素(10-6)、碳氧、鍶同位素值(‰)及比值Table 2 The major and trace elements,ratios and C,O,Sr isotope data of dolomites in the Pingwagou Formation at Hongliugou section Ⅰ,Ruoqiang County

續(xù)表2 若羌縣紅柳溝Ⅰ號剖面平洼溝組白云巖含量(%)、微量元素(10-6)、碳氧、鍶同位素值(‰)及比值Table 2(continued) The major and trace elements,ratios and C,O,Sr isotope data of dolomites in the Pingwagou Formation at Hongliugou section Ⅰ,Ruoqiang County

4.2 白云石成因

在環(huán)境掃描電鏡(SEM)中，納米-微米級白云石呈球形(圖8a,c)、啞鈴形、橢球狀、桿狀、泡狀(膜)(圖8b,d,g)，大小為0.2～0.5 nm，1～2 nm和0.5～10 μm。成核多、粒徑小，呈臺階狀、帶狀、簇狀或斑狀等晶體生長形式，指示了液體中生長的特征；而表面光滑、微隆泡狀、桿狀-卷曲狀復(fù)合體(EPS)較為常見(圖8b,d,e,g)，含一定量碳、硅及氧；圖8f反映微生物介導(dǎo)下原生白云石的特征。

在伴(共)生礦物中，普遍含硅質(zhì)(占樣品數(shù)52%)、長石和粘土及微量菱鐵礦。其中，部分長石、石英為陸屑(圖3o)。硅質(zhì)有顆粒較小(<20 μm )的玉髓或微晶石英(圖3n，p，圖8j)，發(fā)育于粒間、刀刃狀膠結(jié)物中、呈調(diào)和共生或充填于晶間孔隙中，為沉積-早成巖期的自生石英；指示了富含硅質(zhì)的海水及地層孔隙中的酸性孔隙水硅濃度已達到飽和[28-29]；高嶺石出現(xiàn)也代表了酸性介質(zhì)下長石溶解的自生礦物(圖8k)。

圖 8 若羌縣紅柳溝Ⅰ號剖面掃描電鏡(SEM)下的微生物介導(dǎo)白云石及部分自生礦物圖版(巖石類型參見圖2)Fig.8 SEM images showing microbial induced mineralization of dolomites and authigenic minerals occurring in the Pingwagou Formation at Hongliugou section Ⅰ,Ruoqiang County(see Fig.2 for rock types)a.HLG-033，球形( Co)納米級白云石沿微晶白云石臺階狀晶面的生長；b.HLG-034，啞鈴型(Du)、橢球狀(Ell)、結(jié)核(No)、桿狀(Rod)的納(微)米級白云石(EPS作用)沿菱形白云石晶面的生長； c.HLG-036，近球形、橢球狀、六方形片狀(Hex)納米(少量微米)級白云石，發(fā)育了“格架狀”微孔隙； d.HLG-036，光滑表面的泡狀、向上微隆的席狀、帶狀的卷曲狀(Curl)和不規(guī)則膜狀的EPS；(e)-(f)HLG-026，扇形、片狀納米-微米級微生物白云石;e，f. Si，C，O能譜，C =13.5%～19.3%、少量Si； g.HLG-038，桿狀-絲狀菌藻類遺跡化石； h.HLG-034，白云石晶間孔中的球形-草莓狀黃鐵礦(Pyr); i.HLG-026,亮晶藻鮞粒云巖，扇形文石假象(Ara)；j.HLG-036，細中晶云巖，晶間孔中的自生石英(QⅡ-Ⅲ); k.HLG-038，晶間孔中的六方片狀-頁片狀高嶺石(Ka) ; l.HLG-036，同上，晶間孔中 “花椰菜”的綠泥石(Chl)

從白云石的化學(xué)組成來看(表2)，CaO和MgO平均值分別為29.03%和21.59%，燒失量平均為43.86%(大致對應(yīng)于CO2含量),Mg/Ca平均值為1.034；MgO，Mg/Ca均十分接近理想的白云石的晶體成份組成(即CaO=30.4%，MgO=21.9%，CO2=47.7%)，推斷出以微生物白云石為代表的原生白云石快速轉(zhuǎn)為結(jié)晶程度較高的白云石[21,30-31]；另外， “帽型”海水稀土的配分模式以及原始文石、鎂方解石較重穩(wěn)定同位素(C，O)和富含Sr，Na等元素特點，均反映出原始海水沉積的特征。

4.3 沉積環(huán)境

一般認為，碳酸鹽工廠主要由非生物、生物誘導(dǎo)或生物控制碳酸鹽沉積構(gòu)成，可劃分為赤道(南、北緯30°)淺水、冷水或灰泥丘3種碳酸鹽生產(chǎn)系統(tǒng)。前者位于低緯度、溫暖、光照充足，富含光自養(yǎng)生物及非生物沉淀；冷水型發(fā)育于高緯度或深水，以異養(yǎng)生物控制的沉淀為主；灰泥丘是由原地硬化較快的細粒沉積物沉淀而成，受控于生物誘導(dǎo)(尤其是微生物，又分有機礦化及生物礦化)和非生物沉淀。赤道生產(chǎn)率(以此為基準(zhǔn)100%)>灰泥丘(80%～90%)>冷水型(20%～30%)，而白云石海的生產(chǎn)率高于文石海，也高于方解石海[32]。

在地質(zhì)歷史演化中，隨著沉積盆地中構(gòu)造、沉積環(huán)境(如溫度、鹽度、產(chǎn)率、大氣CO2含量、海洋水體化學(xué)組成、光照條件等)和生物(真核-浮游細菌或藻、鈣化或膠囊、造礁生物等)等因素的協(xié)調(diào)演化，碳酸鹽巖組成、沉積格架(如鑲邊或緩坡)、相模式等發(fā)生規(guī)律性變化或引起上述體系轉(zhuǎn)變呈過渡狀態(tài)[32]。在中新元古代，生物誘導(dǎo)、非生物沉淀為主導(dǎo)的“灰泥丘”生產(chǎn)體系盛行，廣泛發(fā)育了“文石-白云巖海”[30]；即微生物藻菌類發(fā)育、大洋中缺氧、低電位及一定硫含量[31]、增強的大陸風(fēng)化作用、海水中較高鎂/鈣比和堿度，甲烷作用、硫還原微生物礦化過程，更有利于微生物誘導(dǎo)白云石及原生白云石沉淀[29]。

平洼溝組白云巖中，保留了葡萄狀、纖狀或放射-束狀等大量海水沉積物或其膠結(jié)物，為古海洋環(huán)境的地球化學(xué)示蹤提供了最直接、重要的載體及條件[1]；其沉積特征、礦物組成、地球化學(xué)指標(biāo)等可用于原始沉積環(huán)境的判識。

1) 大或巨型的鮞粒、藻鮞粒的發(fā)育，指示了溫暖、較淺高能量或中低能量；直徑十幾厘米、高為百余厘米的園錐-半球形-柱狀疊層石，風(fēng)暴沉積夾層的出現(xiàn)，均反映了水能量的變化，一般情況下，從淺水到深水，疊層石形態(tài)由多分叉到單一的錐形至柱形等[17,22]。

2) 葡萄狀(圖3e,i)、纖狀、扇形原文石晶體(圖8i)，刀刃狀或纖柱狀的原鎂方解石結(jié)構(gòu)，指示了富含文石、高鎂方解石的淺水沉積物為主導(dǎo)；呈泡狀、桿狀-卷曲狀(EPS)和球形、橢球等形態(tài)的微生物介導(dǎo)下原生白云石多指示了低能環(huán)境下的產(chǎn)物；同時，白云石成核多、粒徑小，臺階狀、帶狀等多種生長形式，指示了較高的生長速率。

3) 微量元素總量、Sr/Ba比值相對較高(平均為3.78(1.16～5.08))、中等Th/K(平均為2.83(0.96～5.49)>2，未發(fā)現(xiàn)低溫海解產(chǎn)物海綠石[22,29]，指示了淺水、溫暖咸化海水[29]。

4) 自生(鮞)綠泥石(圖8l)也代表了溫暖、較淺海水下沉積環(huán)境(10～50 m,25～27 ℃)；磷含量不高，平均值為204×10-6(80×10-6～710×10-6)，低于深或淺海中一般碳酸鹽巖平均值(分別為350×10-6和400×10-6)[33]，間接指示了不存在沿深水斜坡的上升流參于沉積。

5) 按16.9-4.38δ18O(PDB)+0.18δ18O2(PDB)[25]、將全巖的碳氧同位素分為2組(詳見4.1節(jié))、分別估算碳酸鹽巖沉積時溫度為：①TⅠ(弱改造)平均為22.7 ℃(16.5～33.3 ℃，N=15)；②TⅡ(熱水或重結(jié)晶作用)平均為46.7 ℃(41.5～57.8 ℃，N=8)；指示間隔有熱水參于的沉積過程。

6) 硅質(zhì)陸屑(燧石或微晶石英)出現(xiàn)、輕稀土虧損等常指示保存的海水[34-36]。普遍含石英等陸屑、含微量菱鐵礦、草莓狀黃鐵礦，指示了曾經(jīng)歷過大陸風(fēng)化的中偏堿、還原介質(zhì)條件；在由強氧化至強還原環(huán)境下，沉積物中依次可出現(xiàn)：褐鐵礦—赤鐵礦—海綠石—鱗綠泥石、鮞綠泥石—菱鐵礦—白鐵礦和黃鐵礦；在中偏堿-中堿性強還原條件下，分別生成菱鐵礦、白云石和菱錳礦組合及黃鐵礦[22，29]；δCe平均值為0.64(0.52～0.83)，同樣指示了弱還原為主的環(huán)境；輕重稀土比值平均為1.02(0.38～1.59)、正、負或正常銪(δEu平均為0.91(0.64～1.28)、Y/Ho平均為41.04(34.21～58.43)、(Sm/Yb)N平均為0.49(0.14～1.01)和(La/Yb)N平均為0.35(0.11～0.77)；上述指標(biāo)有負偏、正偏或相對富集的變化趨勢，反映了開放與局限海洋環(huán)境、間隔性海底熱水加入以及弱氧化至還原條件等復(fù)雜的變化[37-42]。

7) 長石普遍存在，且見有高嶺石、綠泥石；同時，稀土總量與陸屑含量(Si+Al)均有一定的對應(yīng)關(guān)系；一方面反映了外源物質(zhì)加入、大陸風(fēng)化作用較強，另一方面，則指示了介質(zhì)由酸性向堿性轉(zhuǎn)變，即隨著大氣中pCO2逐漸降低，氧逸度fO2和pH逐漸升高。

8) δ13C明顯的正偏，反映了高的生物產(chǎn)率及有機碳埋藏速率；由于溶解碳酸鹽和藻菌類的同位素分餾作用使海水相對于生物有機質(zhì)更富集δ13C，這指示了一次較大規(guī)模冰期之后的海侵過程，淺水中的富營養(yǎng)組份以及氧含量相應(yīng)地增加[36-38，43-44]。

綜上所述，平洼溝組原生白云巖主要受微生物誘導(dǎo)和飽和沉淀白云石過程的控制；大陸風(fēng)化較強，為溫暖、較淺海水下富鎂、富硅的[40]中低能還原-弱氧化、由酸性向堿性的轉(zhuǎn)變沉積環(huán)境；同時受間隔性的海底熱水(液)影響，具有較高白云石沉淀速率的古海洋條件。

紅柳溝Ⅰ號實測剖面是由2個向上變淺-變深的沉積旋回構(gòu)成(以HLG-034為界，圖9)，縱向上有以下變化特征。

1) 陸源物質(zhì)的中石英含量(SiO2)、長石或粘土(Al2O3)、水體氧化還原的Fe2O3，MnO，δCe，Cr+Co、富營養(yǎng)元素P2O5以及水深指示Sr含量、Sr/Mn、 Th / K均呈現(xiàn)出頂、底相對高、中間波動變化趨勢。以含鮞粒(HLG-029)或藻紋層-球粒云巖(HLG-035)為例；其粘土含量較高(1.6%～2.9%，含高嶺石)、δ13C(PDB)(7.20‰～9.60‰)較高-最高、接近零的δ18O(PDB)(0.10‰～-0.30‰)、較低的87Sr/86Sr(0.708 06～0.707 51)，富集重稀土(LREE/HREE=0.38)、Y/Ho(58.43)和較低的δCe(0.58)；反映了沉積水體局限、最淺、較高鹽度、酸性至堿性轉(zhuǎn)變的環(huán)境[35，44]。

2) 粘土含量及對應(yīng)的ΣREE值、營養(yǎng)元素V+MO+U、氧化還原條件的Cu+Pb+Zn[34]、水深(Sr/Ba)呈頂高、底低的變化趨勢；代表有機產(chǎn)率δ13C、水深U/Th則反之；δ13C，δ18O，87Sr/86Sr，δCe，δEu等指標(biāo)均呈2個相對完整旋回的變化曲線，如δCe 呈弱氧化或弱還原-中等還原-中強氧化-弱還原的變化趨勢。

3) 中下部出現(xiàn)多個正銪異常(δEu)，指示了海底熱液作用相對活躍[41]，同時，導(dǎo)致了Fe，Mn，Pb，Zn等金屬元素的相對富集[42]和δ18O負偏移明顯等現(xiàn)象；但不能完全排除下覆壓實排驅(qū)的地層鹵水影響；但頂、底部分地球化學(xué)指標(biāo)存在異常現(xiàn)象，如較高Ga值、協(xié)調(diào)的δ13C，δ18O負偏現(xiàn)象等，推測為受高頻層序界面或構(gòu)造期大氣淡水成巖作用影響的結(jié)果。

4.4 地質(zhì)年代厘定

目前尚未發(fā)現(xiàn)火山凝灰?guī)r夾層，前人依據(jù)巖石地層單元、沉積特征及其對比、疊層石中藻類及組合對比等，將其劃分為青白口系[15]。本項研究將其厘定為成冰紀沉積，理由如下。

1) 疊層石發(fā)育了波紋、球形、園錐形、穹窿、柱狀等結(jié)構(gòu)，且單體達(15～30) cm×(40～100) cm,無壁的軸向構(gòu)造，后者被認為僅在新元古大冰期(Marionan，665～635 Ma)之前、溫暖氣候下的疊層石興盛期才具有特征[17]。

2) 下覆地層冰溝南組為硅質(zhì)巖、泥頁巖及泥質(zhì)粉砂巖等一套被動大陸邊緣盆地沉積。泥質(zhì)粉砂巖中的碎屑鋯石諧和年齡分別為775±11 Ma、760.5±7.2 Ma和831±13 Ma(圖10b)，按照亞地層年代學(xué)慣例，可將最年輕碎屑鋯石760.5±7.2 Ma作為下限年齡；據(jù)對歸屬于青白口系丘吉東溝群(平洼溝組上覆層)中部的第27層的板巖Rb-Sr等時年齡為676±65 Ma[16];全球Sturtian冰期后解冰期為663.03±0.11 Ma[45]。據(jù)此推測平洼溝組疊層石白云巖絕對年齡介于760.5～ 676 Ma，即屬于成冰紀(850～630 Ma)。

3) 如前述，白云巖中δ13C(PDB)平均為6.83‰(N=18,1.9‰～9.6‰),若刪除δ18O(PDB)<-2‰以及巨粗晶白云石膠結(jié)的樣品，δ13C(PDB)平均達7.80‰(N=14,6.3‰～9.6‰)；同樣，87Sr/86Sr平均為0.708 07(N=13，0.707 510～0.708 575)，稍高于當(dāng)時全球海水平均值(0.707 5～0.708 2)；但它與塔北地區(qū)的上震旦紀奇格布拉克組(平均δ13C(PDB)=3.04‰、平均18O(PDB)=-2.29‰[46]，震旦紀燈影組(Ediacaran)海水87Sr/86Sr =0.709 0(0.7087～0.709 4)[26-27，44]以及平均δ13C(PDB)=3.5‰(1.0‰～6.5‰)，δ18O(PDB)=-4.3‰(-7.6‰～2.3‰)，87Sr/86Sr=0.709 0(0.708 5‰～0.711 2‰)不同[47]；也與陡山沱組(DⅠ-DⅣ層段，DⅠ-蓋帽白云巖δ13C(PDB)=-3.6‰～-2.0‰，DⅡ(6.0‰)、DⅢ-DⅣ(-1.4‰～6.0‰，個別樣品達9.4‰)，DⅡ-DⅣ(87Sr/86Sr=0.707 8)[44]差異明顯；與華北拉伸系(Tonian，800～1 000 Ma)的δ13C(PDB)(0～5‰)，87Sr/86Sr(0.705 3～0.706 4)[48]或印度西北部新元古Sirohi組(850～900 Ma)的δ13C(PDB)(-4.10‰～4.70‰)[49]以及澳大利亞新元古中期上部(830～760 Ma)，δ13C(PDB)(-4.00‰～6.1‰，最高為8.1‰)、硬石膏的87Sr/86Sr=0.706 9)也完全不同[50]；僅與介于685～635Ma的 Cryogenian海水中碳、鍶同位素值相似(晚里菲期，圖10)[12]，對應(yīng)于全球Sturtian冰期后、海侵期溫室氣候的δ13C(PDB)正高偏移[36-38，43]。

圖10 若羌縣紅柳溝Ⅰ號剖面與全球新元古代的碳、鍶同位素變化對比(a)、冰期、疊層石形態(tài)及重大地質(zhì)事件(b)[12]Fig.10 Contrastive diagrams for dolomites of the Pingwagou Formation at Hongliugou section Ⅰ,Ruoqiang County with regard to carbon and strontium isotopic changes at global Neoproterozoic glacial periods (a),stromatolite morphology and major geological events (b)[12]

4) 如前述，以葡萄狀、纖狀、纖狀-放射狀、刀刃狀等形態(tài)或膠結(jié)物為主要成份，即原白云石先驅(qū)物(文石、鎂方解石)的特點；亮晶-中粗晶放射狀、明暗紋層-細粒膠結(jié)結(jié)構(gòu)，未見凝塊石結(jié)構(gòu)；對應(yīng)于Sturtian冰期后溫室期、富營養(yǎng)的氧化環(huán)境為主的沉積,即羅迪尼亞大陸裂解的成冰紀的晚期[39，48-51](圖10)，與華北低緯度溫暖的陸表海沉積較為相似[17]，可從海水中飽和直接沉積，擬或通過微生物的粘結(jié)與捕獲而成[51]。

4.5 成巖過程與孔隙發(fā)育

綜合研究表明，平洼溝組原生白云巖經(jīng)歷了：①早期海底膠結(jié)-大氣淡水作用；②早-中期淺埋藏成巖和③中晚期的構(gòu)造擠壓抬升、走滑斷裂活動有關(guān)的流體作用等復(fù)雜的成巖作用及孔隙演化階段。簡述如下①早期海底膠結(jié)、微生物誘導(dǎo)白云石等現(xiàn)象十分典型(詳見4.2)。鑄(鮞)?？住⒘ｉg(內(nèi))孔等早期大氣淡水溶蝕作用也較常見(圖3a,f,j)。②包括了壓實-壓溶、重結(jié)晶、多期次多類型白云石化、多種類型的溶蝕、膠結(jié)或充填作用。自疊層石云石(DⅠ)格架孔洞的邊緣至中心，依次出現(xiàn)中等橙紅至桔黃紅環(huán)帶狀的粉(細)晶白云石(DⅡ)—發(fā)極亮橙紅-橙黃的中細晶白云石(DⅢ)—發(fā)極亮粉紅-玫瑰紅光的中粗晶白云石或鞍形白云石(DⅥ)等4期埋藏及熱液白云巖化(圖3a—c,g,h，m)；其中，上述 DⅢ- DⅥ發(fā)生溶蝕后，又被玉髓、硬石膏、自生的長石、石英(圖3f)和烴類等充注(圖3j)。③常伴隨了巖石的脆、韌性變形，如“σ”結(jié)構(gòu)的靡棱巖化 (圖3p)，在剪切縫中，可見去云化、非組構(gòu)性大氣淡水及熱液溶蝕作用(圖3a,c,f,j,p)，并依次被粗晶白云巖、多期硅質(zhì)(CL發(fā)藍光或綠光,圖3o)。除了陸源石英、隱晶玉髓-微晶石英沉積外(圖3n,p)[28]，硅化作用十分普遍，可分為六期：第一期以玉髓充填于晶間孔、粒間孔中(ChⅠ)(圖3n)；第二期以微晶、石英晶體充填于藻紋層云巖中晶間溶孔或窗格孔QⅡ(圖3f)；第三期以玉髓-微晶石英(ChⅢ)呈“滲流砂”交代(圖3f)；第四期的粉晶-中晶石英(20～250μm，QⅣ)充填、晚于縫洞中的中粗晶白云石DⅥ(圖3o)；第五期微裂隙粉晶石英脈(QⅤ)，切穿了上述ChⅢ和QⅣ(圖3m)；第六期與韌性剪切引起的靡棱巖化的微晶石英(ChⅥ)(圖3p)。上述第一、二期發(fā)生于早成巖階段；第三期發(fā)生于中淺埋藏期；第四-第五期發(fā)生于構(gòu)造抬升及斷裂活動期；第六期硅化發(fā)生于阿爾金走滑斷裂最活躍期(中新世以來)[18-20]。

經(jīng)上述復(fù)雜的構(gòu)造-成巖流體改造后，不僅仍保留了的微生物誘導(dǎo)或原生白云石一些特征；還殘留了格架(溶)孔、晶間微孔、鮞?？?圖3a,l,圖8i,k,j)以及后期改造的擴溶縫洞、溶蝕孔洞和裂隙(圖3c,d,j)等儲集空間。究其原因：①微生物巖沉積，類似于格架礁，可成為各種地質(zhì)作用 “載體或壁壘”[6]；②高鎂方解石、文石、方解石在多種流體(尤其是大氣淡水)中易溶，而白云石溶解需要一定物理化學(xué)條件，即使在表生巖溶作用下，通過原始晶(粒)間孔的彌散流而僅產(chǎn)生一些小型的蜂窩狀的溶孔洞、網(wǎng)狀裂隙[22]；③與微生物藻菌有關(guān)的有機酸阻止了縫洞中部分成巖膠結(jié)作用發(fā)生[22，40]。

5 結(jié)論

平洼溝組為一套發(fā)育于較強大陸風(fēng)化、溫暖氣候背景條件，弱氧化-還原、間隔有熱液注入的偏酸性至偏堿性海水環(huán)境下的內(nèi)-中緩坡碳酸鹽巖沉積。由鎂方解石、文石及微生物誘導(dǎo)為主的原生白云石為主要組分。發(fā)育了潮間至潮下淺水的疊層石、藻球粒-鮞粒的藻丘灘相，納米-微米級微生物誘導(dǎo)原生白云石成核多、具有較高沉淀速率；海水中較高Mg/Ca、富含硅質(zhì)、有機產(chǎn)率高可能有利于溶液中的白云石過飽和沉淀；根據(jù)圓錐形、柱狀結(jié)構(gòu)的疊層石，高正偏的δ13C(PDB)或正偏的87Sr/86Sr，上、下覆地層的同位素年代數(shù)據(jù)等特征，將其歸屬于新元古代成冰紀上部沉積(800～680 Ma)。另外，它經(jīng)歷了強烈海底膠結(jié)、淺埋藏及多期構(gòu)造裂隙-多種流體疊加作用，仍保留了格架孔、鑄?？缀蛿U溶縫洞等儲集空間；與下覆具有生烴能力的富硅粘土質(zhì)頁巖、富泥硅質(zhì)頁巖的冰溝南組構(gòu)成了一套生儲組合，具有一定的油氣勘探潛力。

致謝:非常感謝二位匿名評審專家提出修改意見。