鄭慶華，劉行軍，柳益群，周鼎武，楊開艷，王貴文，張洋洋，陳朕，劉亮

1.榆林學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院，陜西榆林 719000

2.中國(guó)石油測(cè)井有限公司長(zhǎng)慶事業(yè)部，西安 710201

3.西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，西安 710069

4.山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島 266590

5.中國(guó)石油新疆油田分公司風(fēng)城油田作業(yè)區(qū)，新疆克拉瑪依 834000

0 引言

黑色巖系的概念于1973年首次被提出[1]，專指廣泛分布于我國(guó)南方下寒武統(tǒng)牛蹄塘組的海相黑色頁(yè)巖、黑色硅質(zhì)巖等。目前，關(guān)于黑色巖系的定義尚不統(tǒng)一，主要指“以黑色泥巖、頁(yè)巖等細(xì)粒沉積巖為主的一套巖性組合”[2]，常為烴源巖。1996年，熊壽生等[3]就已提出我國(guó)各裂谷盆地黑色巖系中均發(fā)育玄武質(zhì)熔巖及其凝灰碎屑巖和膏鹽巖夾層的認(rèn)識(shí)?，F(xiàn)有研究表明，黑色巖系中發(fā)育的“黑色頁(yè)巖、油頁(yè)巖、碳硅泥巖”等巖性與深大斷裂、深源巖漿有關(guān)的海/湖相熱水沉積巖密切相關(guān)，常形成熱液型鈾礦床[4]?？梢?，黑色巖系發(fā)育過(guò)程中常伴有深源巖漿—熱液活動(dòng)。2013年，柳益群等[5]通過(guò)野外露頭和鉆井取心觀察，薄片鑒定、電子探針、全巖元素分析等分析測(cè)試方法，首次在新疆三塘湖盆地二疊系蘆草溝組黑色巖系中提出了噴積巖的新認(rèn)識(shí)，噴積巖即深源巖漿—熱液物質(zhì)流體以噴爆、噴溢、噴流方式參與海/湖相沉積作用過(guò)程形成的新類型沉積巖，其在巖石、礦物和地球化學(xué)上具有巖漿—熱液沉積特征，按物質(zhì)來(lái)源、形成方式和結(jié)構(gòu)構(gòu)造可劃分為噴爆巖、噴溢巖、噴流巖等成因巖石組合系列。

鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組烴源巖主要位于長(zhǎng)7油層組[6]，該油層組油頁(yè)巖等黑色巖系巖性最為發(fā)育[7]，具有良好的噴積巖發(fā)育條件，如其沉積期鄂爾多斯盆地內(nèi)部存在基底深大斷裂活化[8]和殼—幔巖漿活動(dòng)[9]，盆地周緣火山活動(dòng)強(qiáng)烈[10]，同時(shí)其黑色巖系中也發(fā)現(xiàn)了熱水沉積巖（噴流巖）[11-12]和熱液鈾礦[13]。以鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組長(zhǎng)73小層黑色巖系發(fā)育的淌泥河剖面和霸王莊剖面為例，其地質(zhì)上位于該盆地多組北西走向與北東走向基底深大斷裂的交匯處[10]，附近走滑斷層、正斷層發(fā)育[14]，可見鄰近香1井中的霞石正長(zhǎng)斑巖和粗面巖共生于長(zhǎng)73小層油頁(yè)巖內(nèi)[15]，同時(shí)長(zhǎng)73小層凝灰?guī)r也較為發(fā)育，可能為盆地南部的火山噴發(fā)沉積[10]，為本次研究的重點(diǎn)。2017年，董杰等[14]在霸王莊剖面長(zhǎng)73小層油頁(yè)巖中發(fā)現(xiàn)了灰?guī)r、白云巖等碳酸質(zhì)結(jié)核，并對(duì)其巖石學(xué)、礦物學(xué)、碳氧同位素特征進(jìn)行了初步研究，認(rèn)為結(jié)核的形成與產(chǎn)烷帶微生物代謝活動(dòng)有關(guān)，其中富含的方解石和白云石圓球?？赡苁撬{(lán)細(xì)菌細(xì)胞方解石化或白云石化的結(jié)果，即該碳酸質(zhì)結(jié)核為“生物作用和成巖作用形成的次生碳酸鹽巖結(jié)核”。然而，本文發(fā)現(xiàn)上述碳酸質(zhì)結(jié)核可能屬于碳酸質(zhì)噴積巖，其在巖石、礦物和地球化學(xué)上具有巖漿—熱液沉積特征，可按物質(zhì)來(lái)源、形成方式和結(jié)構(gòu)構(gòu)造劃分為碳酸質(zhì)噴爆巖、碳酸質(zhì)噴溢巖、碳酸質(zhì)噴流巖等成因巖石組合系列[15]。

為此，本次研究以延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組野外露頭剖面為主（淌泥河剖面和霸王莊剖面）、取心井為輔（H269井、Y56井、G135井、C96井、ZH22井、Z62井、香1井），取樣19塊，磨制電子探針薄片21個(gè)、普通薄片10個(gè)，掃描電鏡制樣10個(gè)，通過(guò)巖石薄片鑒定（31個(gè)），掃描電鏡分析（10個(gè)），電子探針分析（8個(gè)）以及全巖主量元素、微量元素、稀土元素分析（8件）等分析測(cè)試方法對(duì)碳酸質(zhì)結(jié)核等巖性的巖石學(xué)、礦物學(xué)及地球化學(xué)特征進(jìn)行初步分析，并嘗試以2013年柳益群等[5]提出的噴積巖概念體系為指導(dǎo)，探索性地建立起碳酸質(zhì)噴積巖巖石組合系列，以期為鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組黑色巖系生烴研究提供理論參考。

1 地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地橫跨陜西、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、山西五省，是在華北克拉通地塊基礎(chǔ)上發(fā)育起來(lái)的中新生界含油氣沉積盆地，其上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組沉積記錄了鄂爾多斯大型內(nèi)陸湖盆從發(fā)生、發(fā)展到消亡的完整演化歷史,自上而下劃分為長(zhǎng)1～長(zhǎng)10十個(gè)油層組，其中長(zhǎng)7油層組（自上而下又可劃分為長(zhǎng)71、長(zhǎng)72和長(zhǎng)73三個(gè)小層）發(fā)育于該湖盆的鼎盛時(shí)期，半深湖—深湖區(qū)面積最大，油頁(yè)巖等黑色巖系巖性最發(fā)育[6-7]，特別是長(zhǎng)73小層。該盆地石油主要分布于北起鹽池、南至銅川、西抵崇信、東達(dá)安塞范圍的延長(zhǎng)組和延安組（本次研究區(qū)）（圖1a），受長(zhǎng)7油層組黑色巖系中油頁(yè)巖等烴源巖發(fā)育區(qū)的控制（圖1b）?？筛鶕?jù)基底性質(zhì)、現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)及特征將鄂爾多斯盆地劃分為六個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，即伊盟隆起、西緣逆沖帶、渭北隆起、晉西撓褶帶、天環(huán)坳陷和伊陜斜坡[6]，其中本次研究的H269井、Y56井、G135井、C96井、ZH22井、Z62井、香1井和淌泥河剖面、霸王莊剖面橫跨天環(huán)坳陷、伊陜斜坡和渭北隆起三個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元（圖1a）。

圖1 鄂爾多斯盆地地質(zhì)簡(jiǎn)圖（a）鄂爾多斯盆地構(gòu)造單元及研究區(qū)位置圖（據(jù)文獻(xiàn)[6]修改）；（b）研究區(qū)內(nèi)長(zhǎng)7油層組油頁(yè)巖厚度分布圖（據(jù)文獻(xiàn)[7]修改）Fig.1 Simplified geological map of the Ordos Basin

2 碳酸質(zhì)噴積巖的巖礦特征

噴積巖是地球深部巖漿—熱液流體脈動(dòng)式噴流沉積的累積物，富含幔源熱液礦物和巖漿微屑，發(fā)育微角礫、碎裂結(jié)構(gòu)和同沉積變形構(gòu)造等[5]。按物質(zhì)來(lái)源、形成方式和結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征，可將鄂爾多斯盆地長(zhǎng)7油層組碳酸質(zhì)噴積巖劃分為三大類型：碳酸質(zhì)噴爆巖，以巖漿噴發(fā)爆破形成的巖漿碎屑為特征；碳酸質(zhì)噴溢巖，以發(fā)育巖漿溢流特征的礦物及結(jié)構(gòu)構(gòu)造為特征；碳酸質(zhì)噴流巖，以“白煙囪型”礦物組合為特征[15]。

2.1 碳酸質(zhì)噴爆巖

噴爆巖指深源巖漿、熱液物質(zhì)流上涌進(jìn)入湖（洋）底噴流通道，巖漿礦物爆炸和破碎形成的微粒晶質(zhì)礦物碎屑被含熱液流體的湖水（海水）所膠結(jié)而形成的紋層狀微角礫沉積巖，常與噴溢巖或熱水沉積巖伴生，具有正粒序，成分相對(duì)單一，碎屑常呈棱角狀、爆裂狀[5]。

鄂爾多斯盆地長(zhǎng)73小層碳酸質(zhì)噴爆巖主要呈紋層狀順層分布于油頁(yè)巖或凝灰?guī)r中，具有疊錐狀隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)和半自形粒狀結(jié)構(gòu)特征，前者可能為一種特殊的碳酸質(zhì)噴爆巖[15]。

在薄片上（樣品JB4A），疊錐狀隱晶質(zhì)碳酸質(zhì)噴爆巖與碳酸質(zhì)噴溢巖共生，呈紋層狀順層分布，大量瀝青質(zhì)等有機(jī)質(zhì)發(fā)育其間（圖2a～g）。下部疊錐狀隱晶質(zhì)碳酸質(zhì)噴爆巖呈正粒序，碳酸質(zhì)碎屑呈棱角狀、爆裂狀（圖2a～c）；中部噴溢為主的疊錐狀隱晶質(zhì)碳酸巖正粒序不明顯，具有熔巖流動(dòng)特征（圖2a，d，e）；上部疊錐狀隱晶質(zhì)碳酸質(zhì)噴爆巖呈正粒序，碳酸質(zhì)碎屑呈撕裂狀、爆裂狀（圖2a，f，g）[15]。

半自形粒狀結(jié)構(gòu)碳酸質(zhì)噴爆巖常與黑色瀝青質(zhì)等有機(jī)質(zhì)共生，可見由方解石礦物組成的碳酸質(zhì)噴爆巖呈紋層狀順層分布，方解石顆粒發(fā)育半自形—自形結(jié)構(gòu)，呈棱角狀、爆裂狀（圖2h～j），與新疆三塘湖盆地二疊系蘆草溝組黑色巖系中發(fā)育的碳酸質(zhì)噴爆巖一致[5]。

圖2 陜西省銅川市金鎖關(guān)鎮(zhèn)延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層碳酸質(zhì)噴爆巖（a）霸王莊黑色油頁(yè)巖中碳酸質(zhì)噴溢巖和噴爆巖，JB4A；（b）為（a）的下部紅框內(nèi)的單偏光特征，可見碳酸質(zhì)碎屑呈棱角狀、破裂狀（-）；（c）為（b）的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏試板）；（d）為（a）的中部紅框內(nèi)的噴溢碳酸巖的單偏光特征（-）；（e）為（d）的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏試板）；（f）為（a）的上部紅框內(nèi)的單偏光特征，可見碳酸質(zhì)碎屑呈撕裂狀、破裂狀（-）；（g）為（f）的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏試板）；（h）單偏光下，淌泥河塵凝灰?guī)r中由方解石組成的碳酸質(zhì)噴爆巖紋層特征（-）；（i）為（h）的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏試板）；（j）為（h）中放大的方解石顆粒呈棱角狀、破裂狀（-）Fig.2 Carbonatite explosive rock in Chang 73 submember of Yanchang Formation in Jinsuoguan town,Tongchuan city,Shaanxi province

2.2 碳酸質(zhì)噴溢巖

噴溢巖是指巖漿在低壓下沿噴流通道寧?kù)o式溢流進(jìn)入湖（洋）底冷凝、結(jié)晶或氣化后形成粉塵狀顆粒（多具同沉積軟變形構(gòu)造）并與湖水混合沉積而成的巖石[5]。

鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層野外露頭剖面見順層狀分布于油頁(yè)巖或凝灰?guī)r中的橢球狀碳酸巖透鏡體（圖3a，b），可能為同沉積期形成。碳酸巖透鏡體呈灰褐色、褐灰色或褐黑色，為富含瀝青質(zhì)等有機(jī)質(zhì)所致，底部為層狀構(gòu)造，向上變?yōu)閴K狀構(gòu)造（圖3c）。薄片上，從底到上反映了碳酸巖熔巖的噴溢、結(jié)晶過(guò)程（圖3d）：底部發(fā)育的灰褐色紋層狀、流動(dòng)狀的隱晶質(zhì)噴溢碳酸巖（圖3d，e）與瀝青質(zhì)等有機(jī)質(zhì)相間共生，向上噴溢碳酸巖厚度增加，流動(dòng)特征越發(fā)不明顯，結(jié)晶程度變高，瀝青質(zhì)等有機(jī)質(zhì)減少（圖3d，f）；中下部發(fā)育的淺灰褐色噴溢碳酸巖可見類似于“海相玄武巖熔巖流形成的枕狀構(gòu)造”，含較少瀝青質(zhì)等有機(jī)質(zhì)（圖3d，g，h）；上部灰褐色碳酸巖為它形鑲嵌狀結(jié)構(gòu)，含少量瀝青質(zhì)等有機(jī)質(zhì)（圖3d，i，j）[15]。圖3d中的下、中、上紅框內(nèi)巖性分別對(duì)應(yīng)樣品JB-7-1、JB-7-2和JB-7-3（含JB-7-3-1、JB-7-3-2）。

上述碳酸巖CaO和SiO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為94.01%、3.89%，方解石體積百分含量大于90%，粒徑主要介于100～400μm，為典型的中粒相鈣質(zhì)碳酸巖[16]。

圖3c中的上部紅框與圖3d中的上部紅框內(nèi)的巖性相似，為灰褐色噴溢碳酸巖（樣品BK-1），但熱水蝕變特征明顯，總體反映碳酸巖溢流出湖底后與熱水沉積伴生。樣品BK-1為他形鑲嵌結(jié)構(gòu)的方解石碳酸巖（圖4a～c），其內(nèi)由巖漿淬火迅速冷卻而結(jié)晶、順解理破裂的方解石發(fā)育，方解石周圍呈放射狀（圖4d～f），可能為熱水蝕變所致。熱水蝕變強(qiáng)烈時(shí)，方解石總體可具有球狀特征（圖4g～i）。方解石及其周圍呈放射狀部分的電子探針分析表明，礦物主要為方解石，其次為堿性長(zhǎng)石（鉀長(zhǎng)石）、含鎂方解石、磷灰石等碳酸巖中常見的礦物組合，可見重晶石、石英、伊利石等熱水沉積礦物組合（圖4j～l）[15]。重晶石直徑介于幾個(gè)微米到幾十個(gè)微米，多呈不規(guī)則狀，常呈單體或集合體狀分布于方解石間、含鎂方解石微碎屑內(nèi)的溶孔間，或包繞含鎂方解石微碎屑形成環(huán)邊（圖4k，l）。同時(shí)，碳酸巖中可見一定量的石英（圖4k），而石英一般不與正常沉積的碳酸鹽礦物共生[17]，在熱水沉積中發(fā)育[18]。

圖3 陜西省銅川市金鎖關(guān)鎮(zhèn)霸王莊延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層碳酸質(zhì)噴溢巖（a）碳酸巖透鏡體順層分布于細(xì)砂級(jí)晶屑凝灰?guī)r中；（b）碳酸巖透鏡體呈橢球狀；（c）碳酸巖透鏡體底部的層狀構(gòu)造；（d）為（c）下部紅框內(nèi)的普通薄片特征；（e）為（d）下部紅框內(nèi)底部的單偏光特征（-）；（f）為（d）下部紅框內(nèi)頂部的單偏光特征（-）；（g）為（d）中部紅框內(nèi)的單偏光特征（-）；（h）為（g）的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏試板）；（i）為（d）上部紅框內(nèi)的單偏光特征（-）；（j）為（i）的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏試板）Fig.3 Carbonatite effusive rock in Chang 73 submember of Yanchang Formation in Bawangzhuang village,Jinsuoguan town,Tongchuan city,Shaanxi province

圖4 陜西省銅川市金鎖關(guān)鎮(zhèn)霸王莊延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層碳酸質(zhì)噴溢巖（a）圖3c中上部紅框內(nèi)的他形鑲嵌結(jié)構(gòu)碳酸巖的單偏光特征，BK-1（-）；（b）為（a）的正交偏光下特征（+）；（c）為（a）的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏試板）；（d）為（a）中方解石顆粒周緣被蝕變?yōu)榉派錉畹膯纹馓卣鳎?）；（e）為（d）的正交偏光下特征（+）；（f）為（d）的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏試板）；（g）為（a）中方解石顆粒周緣被蝕變?yōu)榍蛐蔚膯纹馓卣鳎?）；（h）為（g）的正交偏光下特征（+）；（i）為（g）的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏試板）；（j）為（a）的電子探針背散射下方解石呈球形放射狀；（k）為（a）的電子探針背散射下方解石周圍呈放射狀，其間發(fā)育重晶石、磷灰石、含鎂方解石、鉀長(zhǎng)石和伊利石等；（l）為（a）的電子探針背散射下大量方解石周圍呈放射狀，顆粒間發(fā)育重晶石、含鎂方解石Fig.4 Carbonatite effusive rock between Chang 73 submember of Yanchang Formation in Bawangzhuang village,Jinsuoguan town,Tongchuan city,Shaanxi province

2.3 “白煙囪型”噴流巖

噴流巖是指以熱液噴流為特征的“白煙囪型”和“黑煙囪型”熱水沉積巖[5]，其中“白煙囪型”噴流巖主要表現(xiàn)為鐵白云巖紋層、鐵白云巖脈兩種類型[15]，主要呈順層狀分布，常見其早成巖A期及之前的充填、交代產(chǎn)物，反映沉積物尚未完全固結(jié)的同沉積特征[19]。

2.3.1 鐵白云巖紋層

“白煙囪型”鐵白云巖紋層為同沉積期產(chǎn)物，主要在油頁(yè)巖中呈水平狀或低角度斜層狀順層分布（圖5a～c），大量發(fā)育可形成“鐵白云巖脈”（圖5d，對(duì)應(yīng)樣品ZH22-1624）。鐵白云巖紋層為鐵白云石微晶集合體構(gòu)成，具有脈動(dòng)性紋層結(jié)構(gòu)（圖5c,e，f）。

圖5 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層“白煙囪型”微晶鐵白云巖紋層（碳酸質(zhì)噴流巖）（a）B36井，2 002.15 m，近水平狀順層分布的鐵白云巖紋層；（b）B522井，1 943.44 m，近水平狀和斜層狀分布的鐵白云巖紋層；（c）陜西省銅川市金鎖關(guān)鎮(zhèn)霸王莊近水平狀鐵白云巖紋層；（d）ZH22井，1 624.65 m，大量鐵白云巖紋層形成似水平狀鐵白云巖脈，Z22-1624；（e）為（c）中鐵白云巖紋層發(fā)育反映同沉積特征的構(gòu)造（+、石膏）；（f）為（c）中鐵白云巖微晶組成的脈動(dòng)性紋層結(jié)構(gòu)（+、石膏）Fig.5 Laminated“white smoke type”microcrystalline iron dolomite in carbonatite exhalative hydrothermal rock in Chang 73 submember of the Yanchang Formation,Ordos Basin

2.3.2 鐵白云巖脈

鐵白云巖脈一般呈近水平狀順層分布，為同沉積期產(chǎn)物（對(duì)應(yīng)樣品H269-2533）（圖6a）。在熱水噴口附近，鐵白云巖脈底部常與高角度鐵白云巖細(xì)脈相連（圖6b，c），具有共生關(guān)系。鐵白云巖脈中部常發(fā)育疊椎狀結(jié)構(gòu)（圖6a，d，e），而邊部常發(fā)育近垂直的板條狀結(jié)構(gòu)（圖6a，d，f），可能為熱液快速冷凝成因。疊椎狀結(jié)構(gòu)的鐵白云巖脈（圖6a，d，e）富含Sb、Mn等元素（圖6g，h），反映熱水沉積特征。與鐵白云巖脈底部相連的高角度鐵白云巖細(xì)脈常與黃鐵礦細(xì)脈共生（圖6c，i），后者發(fā)育于前者內(nèi)（圖6i～k），表明二者均為同沉積期產(chǎn)物，但黃鐵礦脈形成稍晚于鐵白云巖脈。同時(shí)，鐵白云巖脈，特別是發(fā)生同沉積變形而破碎的鐵白云巖脈內(nèi)發(fā)育黃鐵礦且交代鐵白云石（圖6c，i，l～r）。

圖6 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層“白煙囪型”鐵白云巖脈（碳酸質(zhì)噴流巖）（a）H269井，2 533.10 m，水平狀分布的鐵白云巖脈；（b）Y56井，3 065.00 m，鐵白云巖脈及其底部的鐵白云巖細(xì)脈；（c）ZH22井，1 624.40 m，鐵白云巖脈及其底部的鐵白云巖和黃鐵礦細(xì)脈；（d）為（a）中紅框中的鐵白云巖脈薄片；（e）為（d）中上部紅框中水平狀分布且具疊椎狀結(jié)構(gòu)的鐵白云巖的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏）；（f）為（d）中下部紅框中鐵白云巖脈的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏）；（g）為（e）中疊椎狀結(jié)構(gòu)的鐵白云巖脈的掃描電鏡特征；（h）為（g）中具疊椎狀結(jié)構(gòu)的白云巖的掃描電鏡能譜分析特征；（i）G135井，1 837.40 m，鐵白云巖脈形成水平狀分布、疊椎狀結(jié)構(gòu)的鐵白云巖脈，內(nèi)發(fā)育熱液黃鐵礦脈，兩者為共生關(guān)系（右側(cè)為頂）；（j）為（i）中左側(cè)紅框中正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏）；（k）為（j）的單偏光下反射光特征，反映隱晶質(zhì)熱液鐵白云巖脈內(nèi)部發(fā)育熱液黃鐵礦脈，后者形成稍晚于前者，兩者為共生關(guān)系（-、反）；（l）為（i）中右側(cè)紅框中正交偏光下插入石膏試板特征，見水平狀、疊椎狀結(jié)構(gòu)的鐵白云巖脈及其脈附近熱液白云巖交代圍巖碎屑顆粒，其內(nèi)發(fā)育熱液黃鐵礦沉積（+、石膏）；（m）為（l）的單偏光下反射光特征（-、反）；（n）G135井，1 824.65 m，原水平狀、疊椎狀結(jié)構(gòu)的鐵白云巖脈發(fā)生強(qiáng)烈的同沉積變形構(gòu)造而破碎，并被黃鐵礦充填并交代（右側(cè)為頂）；（o）為（n）中紅框內(nèi)正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏）；（p）為（o）的單偏光下反射光特征，反映（n）中原水平狀、疊椎狀結(jié)構(gòu)的鐵白云巖脈破碎，其間充填黃鐵礦（-、反）；（q）為（o）中紅框內(nèi)正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏）；（r）為（q）的單偏光下反射光特征，反映破碎的鐵白云巖脈，被黃鐵礦所包繞并交代（-、反）Fig.6 Veined“white smoke type”iron dolomite in carbonatite exhalative hydrothermal rock,Chang 73 submember,Yanchang Formation,Ordos Basin

3 碳酸質(zhì)噴積巖的地球化學(xué)特征

噴積巖的巖漿—熱液活動(dòng)萃取了海/湖相沉積物中的化學(xué)元素，導(dǎo)致其具有較復(fù)雜的地球化學(xué)特征[5]。

3.1 微量元素地球化學(xué)特征

鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層碳酸質(zhì)噴爆巖（JB4A）、噴溢巖（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1）在微量元素特征上與世界鐵質(zhì)、鎂質(zhì)、鈣質(zhì)碳酸巖相似，具有較高的不相容元素（Sr、Ba、Rb、U、Th、Nb、Sc、Ta、La、Ce等）和LREE元素、低的HREE元素和高LREE／HREE值的特征（表1，2、圖7，8）[15]，而正常沉積的碳酸鹽巖多不具備上述地球化學(xué)特征[23]。同時(shí)，碳酸質(zhì)噴溢巖透鏡體樣品從底至頂（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1）熱液改造作用增強(qiáng)，表現(xiàn)為不相容元素（除Sr）呈現(xiàn)明顯的降低趨勢(shì)（表1，2、圖7，8），特別是頂部樣品BK-1更加富集熱水沉積中常見的Sr、Ba元素。

在微量元素沉積石灰?guī)r標(biāo)準(zhǔn)化配分圖上，“白煙囪型”噴流巖鐵白云巖紋層樣品ZH22-1624與碳酸質(zhì)噴溢巖樣品JB-7-1、JB-7-2相似，而鐵白云巖脈樣品H269-2533與碳酸質(zhì)噴爆巖（JB4A）、噴溢巖（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1）樣品相似，特別是樣品BK-1（表1、圖7）。因此，此類“白煙囪型”噴流巖與碳酸巖及其相關(guān)的熱水沉積具有相關(guān)性。

表1 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層碳酸質(zhì)噴積巖及其他相關(guān)碳酸巖、碳酸鹽巖微量元素含量（×10-6）Table 1 Trace elements in carbonatite ESR, Chang 73 submember of Yanchang Formation, Ordos Basin, and related carbonatite and carbonate rocks (×10-6)

3.2 稀土元素地球化學(xué)特征

從碳酸質(zhì)噴爆巖（JB4A）到碳酸質(zhì)噴溢巖（從底到頂，如JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1），特別是碳酸質(zhì)噴溢巖從底到頂受熱水改造作用越發(fā)明顯，表現(xiàn)為ΣREE、HREE、Eu負(fù)異常程度降低（表2、圖8），如碳酸質(zhì)噴溢巖頂部（樣品BK-1）具有典型的熱水沉積地球化學(xué)特征，表現(xiàn)為輕/重稀土元素分異、Eu正異常。

在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖上，“白煙囪型”噴流巖樣品ZH22-1624與碳酸質(zhì)噴溢巖樣品JB-7-3-1、JB-7-3-2相似，而樣品H269-2533與碳酸質(zhì)噴爆巖（JB4A）、噴溢巖（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2）相似（圖8），這也反映此類“白煙囪型”噴流巖與碳酸巖及其相關(guān)的熱水沉積具有相關(guān)性。

同時(shí)，在稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖上，世界鐵質(zhì)、鎂質(zhì)碳酸巖與研究區(qū)碳酸質(zhì)噴爆巖（JB4A）、噴溢巖（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1）相似，反映幔源巖漿成因特征（圖8）。最近，有研究者發(fā)現(xiàn)位于鄂爾多斯盆地內(nèi)部銅川市金鎖關(guān)鎮(zhèn)霸王莊西部的慶深1井薊縣系白云巖中發(fā)育的鎂質(zhì)碳酸巖巖脈鋯石年齡為240 Ma[21]，與長(zhǎng)73小層底部凝灰?guī)r形成年齡相當(dāng)[24]。慶深1井薊縣系白云巖中的鎂質(zhì)碳酸巖侵入巖脈（樣品QS1、QS2）與世界鈣質(zhì)碳酸巖較為相似，而緊臨侵入鎂質(zhì)碳酸巖脈的白云巖圍巖（樣品QS3、QS4）可能受到熱水作用的改造，與碳酸質(zhì)噴爆巖（JB4A）、噴溢巖（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2）相似（表2、圖8），表明碳酸質(zhì)噴爆巖（JB4A）、噴溢巖（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2）的成因可能與薊縣系約240 Ma發(fā)育的鎂質(zhì)碳酸巖及其白云巖圍巖有相關(guān)性[15]。

圖8 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層碳酸質(zhì)噴積巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分及其對(duì)比（球粒隕石數(shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[22]）Fig.8 Carbonatite ESR REE pattern compared to sedimentary limestone in Chang 73 submember of Yanchang Formation,Ordos Basin(chondrite data from reference[22])

表2 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層碳酸質(zhì)噴積巖及其他相關(guān)碳酸巖、碳酸鹽巖稀土元素含量（×10–6）Table 2 Rare earth elements (REE) in carbonatite ESR in Chang 73 submember of Yanchang Formation,Ordos Basin, and related carbonatite and carbonate rocks (×10–6)

3.3 特征元素成因判識(shí)

LgU-LgTh關(guān)系圖解中（圖9），靠近東太平洋中脊熱水沉積范圍樣品為JB4A、JB-7-1，位于東太平洋中脊熱水沉積范圍內(nèi)樣品為JB-7-2，石化的熱水沉積范圍內(nèi)樣品為JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1；不同沉積物Zr-Cr關(guān)系圖解中（圖10），樣品JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1、ZH22-1624整體呈現(xiàn)出向熱液含金屬沉積物趨勢(shì)線集中的趨勢(shì)；不同沉積物Zn-Ni-Co關(guān)系圖解中（圖11），“白煙囪型”噴流巖樣品H269-2533與JB-7-1、JB-7-2靠近或位于海底熱水沉積范圍內(nèi)[15]。上述特征，總體顯示出從碳酸質(zhì)噴爆巖（JB4A）到碳酸質(zhì)噴溢巖（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2）受熱液改造作用增強(qiáng)的特征。

圖9 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層碳酸質(zhì)噴積巖LgU?LgTh關(guān)系圖解（底圖據(jù)文獻(xiàn)[25]）Fig.9 Relationship diagram of carbonatite ESR for LgU and LgTh in Chang 73 submember of Yanchang Formation,Ordos Basin(base map from reference[25])

圖10 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層碳酸質(zhì)噴積巖Zr?Cr關(guān)系圖解（底圖據(jù)文獻(xiàn)[26]）Fig.10 Relationship diagram of carbonatite ESR for Zr and Cr in Chang 73 submember of Yanchang Formation,Ordos Basin(base map from reference[26])

圖11 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層碳酸質(zhì)噴積巖Zn?Ni?Co關(guān)系圖解（底圖據(jù)文獻(xiàn)[27]）Fig.11 Relationships of carbonatite ESR for Zn,Ni and Co in Chang 73 submember of Yanchang Formation,Ordos Basin(base map from reference[27])

3.4 同位素地球化學(xué)特征

前人研究表明，鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層“白煙囪型”噴流巖樣品（微晶鐵白云巖紋層）全巖微量元素富集Mn（1 338μg/g）、Cu（366μg/g）等元素，且Sr、U、V、Mo等元素正異常，顯示熱水沉積特征[12]。同時(shí)，上述微晶鐵白云巖紋層內(nèi)的單礦物原位δ13CV-PDB值、δ18OV-PDB值 分 別 為3.03‰、-16.41‰，2.88‰、-16.70‰[12]，根據(jù)δ18OV-SMOW=1.030 91δ18OV-PDB+30.01[28]，δ18OV-SMOW值分別為13.10‰、12.79‰，位于南非火成巖碳酸巖范圍內(nèi)，顯示火成碳酸巖特征（圖12）；或臨近碳酸巖分布區(qū)，位于2.0 Ga石灰石范圍內(nèi)，顯示石灰石和碳酸巖過(guò)渡特征（圖13）。

圖12 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層微晶鐵白云巖紋層δ13CV?PDB?δ18OV?SMOW關(guān)系圖（底圖中，原生碳酸巖數(shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[29]，南非火成碳酸巖數(shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[30]，淡水碳酸鹽和海相碳酸鹽數(shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[31]）Fig.12 Relationships betweenδ18CV?PDB andδ18OV?SMOW in laminated microcrystalline iron dolomite,Chang 73 submember of Yanchang Formation,Ordos Basin(in base map,carbonatite data from reference[29];southern African carbonatite data from reference[30];freshwater and marine carbonate data from reference[31])

圖13 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層微晶鐵白云巖紋層δ13CV?PDB?δ18OV?SMOW關(guān)系圖（底圖據(jù)文獻(xiàn)[32]）Fig.13 Relationships betweenδ18CV?PDB andδ18OV?SMOW in laminated microcrystalline iron dolomite,Chang 73 submember of Yanchang Formation,Ordos Basin(base map from reference[32])

4 碳酸質(zhì)噴積巖與生烴的關(guān)系

巖石學(xué)、礦物學(xué)及地球化學(xué)特征研究表明，鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組黑色巖系沉積期可能發(fā)育一套深源碳酸質(zhì)噴積巖（即碳酸質(zhì)巖漿—熱液噴流型沉積巖），對(duì)其油頁(yè)巖等烴源巖生烴研究具有重要的理論和實(shí)際意義。

熱液活動(dòng)可以提高沉積物中有機(jī)物質(zhì)的含量[33]，利于烴源巖的發(fā)育。鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層黑色巖系也具有該特征，其油頁(yè)巖等烴源巖Al/（Al+Fe+Mn）比值與總有機(jī)碳（TOC）含量具有良好的正相關(guān)性，表明烴源巖形成期熱液活動(dòng)強(qiáng)度越大，有機(jī)質(zhì)豐度越高[11]。鄭慶華[15]通過(guò)大量的巖石薄片觀察也發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)73小層黑色巖系烴源巖主要生烴母質(zhì)（似膠磷礦質(zhì)藻、似碳酸質(zhì)球形藻等）豐度、總有機(jī)碳（TOC）含量與碳酸質(zhì)的噴爆巖、噴流巖等噴積巖的發(fā)育程度最具正相關(guān)性，主要表現(xiàn)為以下特征：總有機(jī)碳（TOC）含量相對(duì)較高的油頁(yè)巖中常發(fā)育大量似膠磷礦質(zhì)藻，其間發(fā)育呈棱角狀，破裂狀的碳酸質(zhì)噴爆巖碎屑（圖14a，b）；水平狀分布的鐵白云巖脈（噴流巖）（圖6a）內(nèi)發(fā)育大量似膠磷礦質(zhì)藻（圖14c～e）；呈順層狀分布于油頁(yè)巖中的橢球狀碳酸巖透鏡體（圖3c）之下，見同沉積褶皺的玻屑晶屑凝灰?guī)r層軸部（圖14f）或呈順層水平狀分布的玻屑晶屑凝灰?guī)r層中部均發(fā)育眾多熱水噴口（圖14g），噴口處可能發(fā)育大量熱水成因的白云石和水銨長(zhǎng)石[34]（圖14h～k），且與熱水噴口相連處發(fā)育大量似球形碳酸質(zhì)藻（圖14h，i,l，m），反映熱水噴口形成于同沉積期，可能早于凝灰?guī)r層發(fā)生同沉積變形構(gòu)造的時(shí)間。同時(shí)，碳酸質(zhì)的噴爆巖、噴溢巖、噴流巖等噴積巖大量發(fā)育的霸王莊延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層黑色巖系中，可見較多順層分布的脈狀瀝青（圖15a，b）或紋層狀瀝青（圖15c），可能為碳酸質(zhì)噴積巖所攜帶的大量熱量導(dǎo)致，具有同沉積期生烴特征。

圖14 鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層碳酸質(zhì)噴積巖與生烴母質(zhì)的關(guān)系（a）淌泥河油頁(yè)巖中大量似膠磷礦質(zhì)藻間發(fā)育碳酸質(zhì)噴爆巖；（b）為（a）中紅框內(nèi)的正交偏光下插入石膏試板特征，可見碳酸質(zhì)噴爆巖碎屑呈棱角狀、破裂狀（+、石膏）；（c）H269井，2 533.10 m，鐵白云巖脈薄片；（d）為（c）中紅框內(nèi)的單偏光特征，大部分生烴母質(zhì)被黑色石油覆蓋（-）；（e）為（d）的單偏光下反射光特征，可見大量似膠磷礦質(zhì)藻（-、反）；（f）霸王莊油頁(yè)巖中發(fā)育同沉積褶皺的玻屑晶屑凝灰?guī)r層軸部發(fā)育眾多熱水噴口構(gòu)造；（g）霸王莊延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層油頁(yè)巖中順層水平狀分布的玻屑晶屑凝灰?guī)r層（緊鄰圖3c碳酸質(zhì)結(jié)核之下）中部發(fā)育眾多熱水噴口構(gòu)造；（h）為（g）中紅框內(nèi)的樣品切割面特征；（i）為（h）中紅框內(nèi)的薄片；（j）為（i）中左側(cè)紅框內(nèi)的正交偏光下插入石膏試板特征（+、石膏）；（k）為（j）中紅框內(nèi)的電子探針背散射特征，熱水噴口附近可見大量白云石、水銨長(zhǎng)石沉積，為典型的熱水沉積（+、石膏）；（l）為（i）中右側(cè)紅框內(nèi)的正交偏光下插入石膏試板特征，與（i）中熱水噴口相連處發(fā)育大量似球形碳酸質(zhì)藻（+、石膏）；（m）為（l）中紅框內(nèi)的紅框內(nèi)的正交偏光下插入石膏試板特征，大量似球形碳酸質(zhì)藻（+、石膏）Fig.14 Relationship between carbonatite ESR and hydrocarbon?generating materials,Chang 73 submember of Yanchang Formation,Ordos Basin

圖15 陜西省銅川市金鎖關(guān)鎮(zhèn)霸王莊延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層順層分布的脈狀或紋層狀瀝青（a）油頁(yè)巖中順層分布脈狀瀝青（粉紅色框內(nèi)）；（b）為（a）中紅框內(nèi)放大的順層分布脈狀瀝青（粉紅色框內(nèi)）；（c）油頁(yè)巖中順層分布紋層狀瀝青（粉紅色框內(nèi)）Fig.15 Veined and laminated bituminous material,mainly growing along the layer,in Chang 73 submember of Yanchang Formation,Bawangzhuang village,Jinsuoguan town,Tongchuan city,Shaanxi province

總之，鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組黑色巖系中碳酸質(zhì)噴積巖的發(fā)現(xiàn)，可能將使其烴源巖的形成因素不再局限于半深湖—深湖的沉積環(huán)境以及火山噴發(fā)活動(dòng)的影響等認(rèn)識(shí)，成藏因素也不再局限于正藏埋藏成藏認(rèn)識(shí)，將會(huì)涉及鄂爾多斯盆地構(gòu)造屬性、噴積巖的發(fā)育特征及其與烴源巖生烴關(guān)系的探討，這對(duì)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組黑色巖系烴源巖生烴研究具有重要的理論和實(shí)際意義。

5 結(jié)論

（1）鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組長(zhǎng)73小層黑色巖系中發(fā)育以深源碎屑和熱液流體為物質(zhì)組成的碳酸質(zhì)噴積巖，可系統(tǒng)地劃分為碳酸質(zhì)噴爆巖、碳酸質(zhì)噴溢巖以及“白煙囪型”礦物組合為特征的碳酸質(zhì)噴流巖，它們主要呈紋層狀或脈狀等順層分布于油頁(yè)巖或凝灰?guī)r中。

（2）碳酸質(zhì)噴爆巖主要為方解石等碳酸質(zhì)巖漿礦物爆炸和破碎形成，發(fā)育疊錐狀隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)和半自形粒狀結(jié)構(gòu)，碎屑顆粒多呈大小不一、形態(tài)各異的棱角狀、撕裂狀、破裂狀，其間普遍發(fā)育瀝青質(zhì)，具有明顯的正粒序。碳酸質(zhì)噴溢巖主要為碳酸質(zhì)巖漿溢流形成，具有巖漿流動(dòng)特征，由底到頂由層狀、塊狀變化，反映了碳酸巖噴溢、結(jié)晶的過(guò)程。碳酸質(zhì)噴流巖以鐵白云石等“白煙囪型”礦物組合為特征，主要發(fā)育鐵白云巖紋層、鐵白云巖脈兩種類型。從碳酸質(zhì)噴爆巖、碳酸質(zhì)噴溢巖到碳酸質(zhì)噴流巖，其微量元素、稀土元素等地球化學(xué)特征不但具有碳酸巖和熱水沉積巖的雙重性，而且具有由碳酸巖向熱水沉積巖的過(guò)渡性。

（3）碳酸質(zhì)噴積巖的提出對(duì)鄂爾多斯盆地晚三疊世延長(zhǎng)組長(zhǎng)7油層組黑色巖系的生烴研究具有重要的理論和實(shí)際意義，然而有關(guān)其巖石學(xué)、礦物學(xué)、地球化學(xué)特征以及與生烴母質(zhì)關(guān)系的研究仍較為薄弱，有待于后期進(jìn)一步深入。