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白云岩储层是我国深层海相碳酸盐岩储层油气勘探的热点,已在塔里木盆地寒武系—奥陶系[1]和四川盆地震旦系—寒武系中[2]取得了重大突破。已发现的白云岩储层多发育在局限台地/内缓坡背景下颗粒滩—白云岩坪的沉积体系中[3⁃5]。这些白云岩的岩石类型及成因复杂,不同的白云岩类型和白云化过程均对储层发育具有重要影响,因此开展白云岩特征及成因的研究具有重要意义。
由于塔里木盆地奥陶系白云岩成因的复杂性,不同学者从沉积、成岩等角度进行了研究,提出了不少见解。白云岩成因有准同生白云石化、埋藏白云石化和热液白云石化等不同认识[6⁃10]；流体来源有海源性流体和热液流体两种观点[9⁃11]；云化机制则有多期云化叠加改造和多种流体对流两种模式[10⁃11]；白云岩储层的主控因素方面,总体认为高能相带、云化作用及溶蚀作用等因素控制了储层的形成[9⁃10]。麦盖提斜坡是塔里木盆地油气勘探的重点区域之一,该地区勘探始于1995年鸟山气藏及1996年和田河气田的发现[12⁃13]。2010年,中石化在玉北区块的玉北1-2x井获得了工业油流[13⁃14],2015年,中石油在罗南2断裂部署的罗斯2井获得了高产工业气流[12⁃13],展现了麦盖提地区奥陶系碳酸盐岩的勘探潜力,同时突显区内碳酸盐岩储层的复杂性。前人研究表明,麦盖提地区在中—下奥陶统发育厚层白云岩,白云岩类型主要为颗粒云岩、灰质云岩和晶粒云岩[14⁃15],白云岩成因以埋藏白云石化为主[6,10],并经历了多期次白云石化作用的叠加改造。多期次白云石化作用是碳酸盐岩研究的热点[16⁃18],但研究区中—下奥陶统的相关研究还较为薄弱,流体运移机制和云化作用对储层的控制方面也尚不明确。
近年来,激光剥蚀电感耦合等离子体质谱技术（LA-ICP-MS）在分析成岩流体类型和区分多期次白云石化方面发挥了很好的作用[17⁃18]。本文基于麦盖提地区中—下奥陶统白云岩岩石特征分析,开展微量及稀土元素地球化学分析,研究白云岩流体类型及白云石化过程,最终建立了麦盖提地区中—下奥陶统多期白云石化模式。该研究结果对于深刻认识局限台地背景下的滩—坪体系白云岩成因及该类储层的油气勘探预测具有重要意义。
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麦盖提斜坡位于塔里木盆地西南缘,北部与巴楚隆起接壤,南邻喀什凹陷、叶城—和田凹陷,西北接柯坪断隆,东与塘古孜巴斯凹陷过渡,为一向西南倾的单斜[19],面积约5.36×104 km2（图1a,b）[20⁃21]。研究区中—下奥陶统自下而上依次发育蓬莱坝组、鹰山组,均为海相碳酸盐岩沉积。麦盖提地区在早奥陶世时期整体继承了寒武系下丘里塔格组沉积期的沉积格局,位于一个大型的碳酸盐台地中,研究区内部进一步可以划分为局限台地和开阔台地[14,20]。在蓬莱坝组沉积期研究区整体处于局限台地的沉积背景下,以发育潮坪和各种滩类沉积为主,鹰山组沉积期海平面的上升致使局限台地分布范围缩减,麦盖提斜坡部分区域转为开阔台地。鹰山组沉积期之后,随着北昆仑洋逐渐俯冲,消减至关闭,麦盖提斜坡大幅抬升为前缘隆起区。故奥陶系恰尔巴克组和一间房组整体缺失[22⁃23]。
图 1 研究区位置及中—下奥陶统岩性柱状图
Figure 1. Location of the study area and stratigraphy of the Lower⁃Middle Ordovician
蓬莱坝组厚度常介于300~500 m,与上覆鹰山组呈整合接触,下部以发育粉晶云岩和中晶云岩为主,中部多发育颗粒云岩,顶部粉晶云岩和颗粒云岩呈交互发育（图1c）。鹰山组厚度介于380~800 m,下部岩性仍以颗粒云岩为主,中部往上灰岩比例逐渐增加,从灰质云岩过渡至云质灰岩,上部颗粒灰岩和泥晶灰岩频繁互层[14⁃15]。该组顶部与上覆地层在部分区域剥蚀严重,与良里塔格组不整合接触。总体来看,自蓬莱坝组到鹰山组白云岩含量具有逐渐减少的特征。
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基于塔里木盆地麦盖提斜坡不同位置的多口钻井（QG2、K2、LS2、MN1和M2等井）的岩心和薄片观察,将研究区中—下奥陶统发育的白云岩（石）划分为粉晶云岩、颗粒云岩、灰质云岩、中晶云岩和白云石充填物等主要类型。
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粉晶云岩（D1）主要发育于蓬莱坝组,岩心呈深灰色并可见明显的纹层结构,该类云岩由洁净的细粉晶白云石（0.01~0.05 mm）和相对较脏的粗粉晶白云石（0.05~0.10 mm）层状分布形成（图2a）。两种白云石以半自形为主,在阴极发光下均不发光。该类云岩结构上较为致密（图3a）,少见孔隙,仅局部有裂缝及缝合线发育。
图 2 麦盖提斜坡中—下奥陶统白云岩（石）图版
Figure 2. Photographs showing the rock fabric and features of the Lower⁃Middle Ordovician in the Maigaiti slope
图 3 麦盖提斜坡中—下奥陶统白云岩（石）特征
Figure 3. Photographs showing the rock fabric and features of the Lower⁃Middle Ordovician in the Maigaiti slope
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颗粒云岩（D2）主要发育在鹰山组三—四段和蓬莱坝组,岩心呈浅灰色（图2g）。白云石粒径介于0.10~0.25 mm,多为半自形。颗粒以细砂级内碎屑为主,直径介于0.05~0.20 mm,含量可达60%以上。部分白云石晶粒中间较污浊,边缘相对干净（图2b）,垫纸后显微镜下可见明显颗粒幻影（图2c）,阴极发光下发亮红色光且边缘可见明显亮色环带（图3d）。这类白云岩常发育粒间孔或粒间溶孔。
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灰质云岩（D3）主要发育在鹰山组三—四段,岩心多呈灰色,且可见白云石呈条带状或不规则团块状分布。镜下观察显示白云石含量介于60%~70%,白云石以半自形—自形为主,直径介于0.20~0.40 mm,大多数晶粒洁净,局部污浊（图2d）。在阴极发光下以暗红色光为主,边缘可见亮红色环带（图3e）。这类白云岩常发育缝合线,少见粒间孔。
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中晶云岩（D4）多发育在蓬莱坝组。岩心多呈灰色,常发育顺层溶孔（图2h）。镜下观察显示以自形白云石为主,晶体直径介于0.25~0.60 mm（图2e）。大部分白云石较洁净,少部分具雾心亮边结构,阴极发光下整体呈亮红色光,局部可见暗红色光斑。该类云岩多发育晶间孔和晶间溶孔（图3b）。
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该类白云石充填物在各类云岩或部分云质灰岩的裂缝和溶蚀孔洞中可见（图2i、图3c）。依据产状、晶体大小、自形程度可将充填物区分成两期。第一期以粉晶级的半自形白云石为主,常分布在孔洞边缘。第二期由细晶级的自形白云石组成,多发育在裂缝或孔洞内部（图2f）。两类白云石充填物晶体多洁净透亮,在阴极发光下发亮红色光（图3f）。
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基于上述岩石学特征分析,挑选5块样品制作厚度100 μm的薄片并抛光,用于主量、微量元素及稀土元素测试。该实验在武汉上谱分析科技有限责任公司利用LA-ICP-MS完成,激光束斑和频率分别为90 µm和5 Hz,并采用软件ICPMSDataCal对数据进行分析处理[24]。
根据不同白云岩（石）特征的差异,挑选了70个样品点进一步分析。选择的样品点包括粉晶云岩中的粉晶白云石及白云石充填物、颗粒云岩、中晶云岩、灰质云岩中的白云石和泥晶灰岩等成分。并对Fe、Mn、Sr、Na等主量、微量元素的分析结果采用平均值来呈现（表1）。
表 1 麦盖提斜坡中—下奥陶统白云岩（石）及泥晶灰岩的主微量元素统计表（取平均值）
Table 1. Major and trace elements in dolomite and micrite limestone of the Lower⁃Middle Ordovician in the Maigaiti slope (average value)
岩性 数据量 Na/（μg/g） Mn/（μg/g） Fe/（μg/g） Sr/（μg/g） Ba/（μg/g） 粉晶云岩（D1） 5 229.64 232.12 450.34 167.57 10.70 颗粒云岩（D2） 10 387.70 46.15 215.86 238.12 3.03 灰质云岩（D3） 8 153.26 40.77 730.09 200.51 1.71 中晶云岩（D4） 10 344.29 166.89 371.57 49.43 0.79 白云石充填物（DC） 10 235.43 2 034.68 1 162.81 110.29 3.09 泥晶灰岩(C1) 13 172.82 38.33 1 158.17 255.11 9.86 通过绘制Fe和Mn、Sr和Na、Sr和Ba的散点图,发现不同类型白云石和泥晶灰岩的元素分布存在差异,两期白云石充填物的元素含量则并无明显区分。研究区粉晶云岩、颗粒云岩和灰质云岩的Fe和Mn含量相对偏低,中晶云岩则相对偏高（图4a）。白云石充填物最高（Fe含量为1 162.81 μg/g,Mn含量为2 034.68 μg/g）。泥晶灰岩具较高的Fe但Mg相对最低（Mg为38.33 μg/g）。粉晶云岩、灰质云岩和泥晶灰岩具接近的Sr和Na（泥晶方解石的Sr、Na分别为255.11 μg/g和172.82 μg/g）。颗粒云岩的Sr与泥晶灰岩接近,Na相对最高（387.70 μg/g）。中晶云岩的Na相对偏高,同时Sr显著低于其他几种云岩（Sr为49.43 μg/g）。白云石充填物的Na接近泥晶灰岩但Sr略低（图4b）。研究区的粉晶云岩和泥晶灰岩具相对最高的Ba（分别为10.70 μg/g和9.86 μg/g）,白云石充填物、颗粒云岩、灰质云岩的Ba则相对偏低（图4c）,中晶云岩具最低的Ba（0.79 μg/g）。
图 4 麦盖提斜坡中—下奥陶统白云岩（石）及泥晶灰岩主微量元素交会图
Figure 4. Element intersection diagrams of major and trace elements in dolomite and micrite limestone of the Lower⁃Middle Ordovician in the Maigaiti slope
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研究区不同白云岩（石）的ΣREE+Y明显不同（表2）。对稀土元素和钇采用PAAS标准化后[25]进行分析（图5）,在此基础上绘制了研究区各白云岩（石）稀土配分样式对比图（图6）。此外,对Ce异常和Eu异常进行了计算,计算结果见表2,采用的计算公式为：δCe=2Ce/（La+Pr）,δEu=2Eu/（Sm+Gd）[26]。
表 2 麦盖提斜坡中—下奥陶统白云岩（石）及泥晶灰岩的稀土元素统计表（取平均值）
Table 2. Rare earth elements in dolomite and micrite limestone of the Lower⁃Middle Ordovician in the Maigaiti slope (average value)
岩性 数据量 稀土元素含量/（μg/g） REE+Y/（μg/g） δCe δEu La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Y Ho Er Tm Yb Lu 粉晶云岩（D1） 5 0.82 1.52 0.16 0.64 0.14 0.03 0.12 0.02 0.09 0.55 0.02 0.05 0.01 0.05 0.01 4.21 0.98 1.11 颗粒云岩（D2） 10 0.41 0.79 0.08 0.33 0.07 0.01 0.05 0.01 0.05 0.29 0.02 0.03 0.01 0.02 0.01 2.11 1.00 1.17 灰质云岩（D3） 8 2.25 4.73 0.51 2.10 0.49 0.09 0.38 0.06 0.35 1.71 0.08 0.17 0.03 0.18 0.03 13.16 1.01 0.96 中晶云岩（D4） 10 0.31 0.36 0.28 0.25 0.07 0.02 0.04 0.01 0.04 0.17 0.01 0.02 0.01 0.01 0.01 1.60 0.74 2.69 白云石充填物（DC） 10 3.83 6.76 0.67 2.54 0.45 0.11 0.44 0.07 0.39 2.53 0.07 0.20 0.02 0.18 0.02 19.42 0.97 1.23 泥晶灰岩(C1) 13 2.85 5.68 0.61 2.33 0.39 0.09 0.35 0.06 0.31 1.64 0.07 0.16 0.03 0.15 0.02 14.47 0.99 1.10 
图 5 麦盖提斜坡中—下奥陶统白云岩（石）及泥晶灰岩稀土元素有效性分析图
Figure 5. Validity analysis of rare earth elements from the Lower⁃Middle ordovician dolomite and micrite limestone in the Maigaiti slope
图 6 麦盖提斜坡中—下奥陶统白云（岩）石稀土元素配分形式对比图
Figure 6. Comparison of rare earth elements partition patterns for the Lower⁃Middle ordovician dolomite in the Maigaiti slope
元素含量统计显示,几种云岩的稀土元素含量具明显区分。粉晶云岩（D1）的ΣREE+Y含量相对偏低,颗粒云岩（D2）和中晶云岩（D4）的ΣREE+Y则更低,同时中晶云岩出现异常明显Eu正异常（可达2.69 μg/g）。灰质云岩（D3）的ΣREE+Y含量较其他几种白云岩高（13.16 μg/g）,和泥晶灰岩（C1）的含量及配分样式接近。白云石充填物的ΣREE+Y含量则相对最高（19.42 μg/g）。
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早—中奥陶世,塔里木盆地西部总体发育大型的碳酸盐台地,麦盖提斜坡主要位于台地内部[14,20],研究区中—下奥陶统发育的几类白云岩总体上反映局限台地环境,但不同类型白云岩的沉积环境和成岩过程具有明显差异。沉积环境分析前,依据荧光、阴极发光及垫纸等方法恢复了白云岩的原岩结构,在此基础上进一步对沉积相进行分析 [27]。
粉晶云岩的镜下观察显示,洁净的粗粉晶白云石和较脏的细粉晶—泥晶白云石呈层状分布（图2a）,推断其原岩为粉屑灰岩或粒泥灰岩,反映其形成于低能的潮坪环境,白云石粉晶级的晶体大小及半自形为主的晶体形态一般反映云化较早且速度较快[28]。对于颗粒云岩,依据垫纸后在显微镜下观察到的颗粒幻影（图2c）,认为原岩为颗粒灰岩。颗粒云岩中发育的大量细砂屑反映其沉积于潮汐和波浪等水动力较强的颗粒滩环境。同时,依据交代残余结构推测云化发生在准同生期—成岩早期。对于中晶云岩,其几乎无明显的结构特征,仅见少量残余颗粒,通过大量薄片对比推断其原岩为颗粒结构的灰岩（图2e）。并且白云石晶体均匀且较大,一般是埋藏白云化作用的标志[9],推测其可能由早期的具有晶粒结构的白云岩在埋藏条件下发生持续的白云石化作用而形成。灰质云岩中灰岩成分保留着原始的泥晶和少量细砂屑组分（图2d）,原岩应为泥晶灰岩,且沉积于局限台地滩间海低能环境。散布的斑状白云石指示其形成于灰岩胶结成岩后,反映了成岩稳定阶段后因Mg2+的区域性富集而发生的部分白云石化作用。总体来说,研究区中—下奥陶统白云岩主要发育于局限台地颗粒滩、滩间海和潮坪等环境,其中潮坪和颗粒滩环境利于发生早期白云化作用。
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利用稀土元素追踪白云化流体和分析白云化模式时,需要首先评估稀土元素有效性,因为陆源黏土、氧化物和硫化物等成分可以改变白云岩的稀土含量及配分样式,造成数据难以有效反映白云化流体的稀土元素组成[29]。
陆源碎屑物质对稀土元素的污染可以通过Zr元素的含量与稀土元素的相关性来评估,因为Zr元素易富集于陆源碎屑矿物,且不易存在于低温水域[30⁃31]。研究区部分样品Zr小于0.5 μg/g且REE小于5,反映几乎不受陆源碎屑的影响,而部分样品的Zr含量介于0.5~4.0 μg/g,认为可能是受轻微的陆源碎屑污染（图5a）。稀土元素受氧化物和硫化物污染的程度可以依据Ni和Pb等元素与Y/Ho的相关性来分析,因为Ni可以反映氧化还原程度,而Pb常存在于硫化物[29,32⁃33]。研究区样品总体上Y/Ho与Ni、Y/Ho与Pb均不具相关性（图5b,c）,表明这些样品并未受到氧化物或硫化物的影响。
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碳酸盐岩中Fe、Mn、Sr、Na和Ba等主微量元素的变化、稀土元素的含量及配分样式可以反映各种流体类型和成岩环境等,对这些元素的分析是研究成岩流体与白云石化作用的重要手段之一[33⁃35]。
Fe和Mn通常可以反映白云石受埋藏作用影响的程度。埋藏环境中形成的碳酸盐矿物中Mn和Fe含量一般较高且具正相关[29]。粉晶云岩不具Fe和Mn正相关,颗粒云岩（D2）、灰质云岩（D3）、中晶云岩（D4）和白云石充填物（DC）的Fe和Mn均具一定的正相关性（图4a）,反映粉晶云岩的白云石化作用受埋藏环境的影响较小,其余四种白云岩（石）明显受埋藏作用的影响。在埋藏成岩环境中,随着埋深的增加,成岩作用持续增强,Fe和Mn往往协同增长[8,10,36]。白云石充填物和中晶云岩的Fe和Mn均较高,反映二者均经历了埋藏白云化作用。
Na通常可以反映流体的浓度,Sr和Ba则可以反映白云化程度。在高盐度水中,Na浓度往往较高,Sr和Ba则随着云化作用的持续进行而逐渐流失[10,37⁃38]。研究区中粉晶云岩、颗粒云岩、灰质云岩、中晶云岩和白云石充填物的Na均高于泥晶灰岩（图4b）,说明这些类型白云岩（石）的白云化流体来自浓缩的海水。粉晶云岩的Sr和Ba均偏高,表明其较早完成了白云石化。中晶云岩的Sr和Ba显著降低（图4c）,反映其经历了长时间的持续白云化作用。
稀土元素的配分样式通常可以反映流体来源和特征,并将泥晶灰岩作为沉积期海水的指示[27⁃28]。根据不同样品点与泥晶灰岩的稀土元素数据对比研究认为,研究区云岩的稀土配分形式总体与泥晶灰岩接近,但ΣREE+Y含量差异明显。区内粉晶云岩和颗粒云岩的稀土配分样式与泥晶灰岩几乎一致（图6a,b、图7）,反映流体均来自海水或海源性流体；在ΣREE+Y含量上,粉晶云岩和颗粒云岩均比泥晶灰岩更低,反映云化作用造成稀土元素从矿物中流出[33,35]。颗粒云岩的稀土配分样式表现出更加明显的重稀土略微亏损的特征（图6b、图7）,这是因为重稀土元素在持续白云石化的过程中更易从白云石晶格中带出。中晶云岩ΣREE+Y持续降低的同时稀土配分样式较为杂乱（图6c、图7）,反映其云化过程复杂,受多种流体影响。灰质云岩具有与泥晶灰岩几乎一致的配分样式且ΣREE+Y接近（图6d、图7）,反映灰质云岩中白云化流体具有海源性。
图 7 麦盖提斜坡中—下奥陶统白云岩（石）及泥晶灰岩稀土配分样式
Figure 7. Rare earth partition patterns of dolomite and micrite limestone from the Maigaiti slope in the Tarim Basin
稀土元素的Ce异常可以判断样品所处环境的氧化还原条件,Eu的正异常则是与热液相关[39⁃43]。Ce对氧化还原很敏感,因为氧化态Ce4+的溶解度低于Ce3+,这会导致Ce在海水中出现负异常[39]。Ce异常可能记录了环境中氧含量的长期变化或氧化还原条件下的局部变异性[40]。研究区几种白云岩（石）的Ce异常低于现代海水碳酸盐岩的Ce负异常程度[41]（图7）,表明研究区白云岩（石）大多处于弱还原环境,以浅海环境—浅埋藏环境为主。Eu异常被认为是在还原环境下（200 ℃~250 ℃）的高温下发生的,由于Eu3+因热液被还原为Eu2+,Eu2+代替了Eu3+成为主要成分,因此Eu正异常是REE模式中热液流体的特征[35,42⁃43]。中晶云岩（D4）表现出了明显的Eu正异常（图7）,指示受热液作用影响。
综上所述,粉晶云岩具低Fe、Mn和高Sr、Ba的特征,与泥晶灰岩接近的稀土配分形式及高的Na,反映流体为海源性流体,且Ce和Eu无明显异常,指示其为准同生时期的产物。颗粒云岩、灰质云岩、中晶云岩及白云石充填物具高Fe、Mn,低Sr、Ba的特点,稀土配分形式反映流体来源于海水,同时Ce几乎无异常,说明受到不同程度埋藏作用的影响。部分中晶云岩具明显Eu正异常,反映后期还受热液流体的叠加影响。
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蓬莱坝组时期,沉积环境总体以局限台地潟湖—颗粒滩—潮坪交互的沉积体系为主。因地处赤道附近,蒸发作用强烈[44],且水体循环受限,水体中Mg2+富集。白云石化作用以准同生和回流渗透为主,发育大量粉晶云岩与颗粒云岩。鹰山组时期,沉积环境变得开阔,水体中Mg2+含量相对下降,白云石化作用以埋藏作用为主,此时形成的云岩中白云石含量相对下降,以发育灰质云岩为主。结合研究区的沉积环境、流体类型和成岩过程等综合分析,建立了麦盖提斜坡中—下奥陶统多期白云石化作用模式图（图8）。
图 8 麦盖提斜坡中—下奥陶统白云石化模式图
Figure 8. Dolomitization of the Maigaiti slope in the Tarim Basin
蓬莱坝组沉积早期时,潮坪环境以薄层状的泥晶沉积物为主,蒸发条件下高盐度的海水中Mg2+大量富集,渗入潮坪表层疏松的泥晶沉积并使其发生快速的准同生白云石化,原有的纹层得以保存（图2a、图8a）。高Na和高Sr及稀土元素配分样式表明流体来源于海水,且白云化流体盐度相对较高。同时,相关性差的Fe和Mn反映其几乎未受到成岩作用影响。在高盐度的海水将潮坪表层沉积白云石化的同时,富余的高浓度海水及潟湖中的海水向临近的颗粒滩沉积回流渗透,在重力和密度的控制下发生对流,使得颗粒组分发生白云化,并形成白云石充填物（图8b,c）。进入埋藏期,随着压实作用增强,地层温度、压力升高,富Mg2+流体持续向下部的石灰质颗粒滩沉积渗透,使得厚层的颗粒滩整体白云化。颗粒云岩偏高的Na指示其流体来自海水,偏低的Sr、Ba含量则反映其经历了持续的埋藏白云石化,具正相关性的Fe和Mn也指示其受埋藏作用的影响。
鹰山组沉积期时,沉积环境开始从局限台地向开阔台地转变[14,20]。鹰山组下部四段沉积基本继承了蓬莱坝组沉积时代格局和白云化模式（图8d）。鹰山组四段开始,伴随着埋藏作用的持续及地层温度升高导致的热液作用影响,蓬莱坝组持续发生白云化,主要表现为白云石晶体增长（图8e）。中晶云岩偏高的Na及偏低的Sr和Ba反映其经历了缓慢且持续的埋藏白云化作用,颗粒云岩的沉积结构被部分破坏或完全破坏（图8f）。中晶云岩具正异常的Eu也反映局部受热液作用影响。鹰山组三段时期,因沉积环境变得开阔,Mg2+供给不足。地层中封存的少量Mg2+因压溶等作用而富集,使灰岩部分被白云石化,形成斑状分布的白云石（图8g）。灰质云岩中相对颗粒云岩偏低的Na反映了流体浓度的降低,偏高的Fe和Mn则反映了受持续埋藏白云化作用的影响。鹰山组一段、二段时期研究区完全变为开阔台地,以颗粒滩和滩间海等石灰岩沉积为主。
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麦盖提地区碳酸盐岩不同岩石类型储层储集性能有明显差异。白云岩储层为最好储层,优质白云岩储层的孔隙度达4.1%,受溶蚀改造后则可达11.1%,渗透率达66.1×10-3 μm2,该类储层多发育晶间孔和晶间溶孔（图2b,d）。未受岩溶改造的灰岩储层孔隙度均小于1.1%,渗透率则小于0.4×10-3 μm2,灰质云岩的孔隙度最大达1.8%,渗透率则小于0.7×10-3 μm2[12⁃13]。灰岩和灰质云岩储层中仅局部可见溶蚀孔洞。
白云石化作用对储层的影响是复杂的。前人研究认为受原始沉积组构和云化流体量控制的云化作用可增孔、减孔或保存孔隙[45]。麦盖提地区多期白云化控制了中—下奥陶统的储层差异。蓬莱坝组时期,在潮坪—潟湖环境下,海水和蒸发泵等作用使沉积物在准同生期发生白云石化形成粉晶云岩,这类云岩的孔隙性通常较差,难以形成有利储层（图2a）。颗粒滩沉积的原始粒间孔隙往往发育良好。部分表层颗粒灰岩在准同生期因云化被交代成颗粒云岩,这类云岩具更强的抗压实和压溶作用的能力,常保存有基质孔隙（图2b）。这类白云石化过程被证实对储层的形成最为有利[27,46]。鹰山组三—四段时期,埋藏环境下部分颗粒云岩发生白云石的重结晶和过渡生长,形成中晶云岩和白云石充填物。同时部分颗粒云岩中赋存的海水继续下渗,使颗粒沉积发生埋藏白云石化,形成灰质云岩。埋藏环境下部分白云岩的孔隙结构因白云化作用有了一定的改善（图2e）。在局限台地滩坪体系背景下,早成岩期受回流渗透白云化作用形成的颗粒滩白云岩是最有利的储层。
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（1） 塔里木盆地麦盖提地区中—下奥陶系发育的白云岩（石）主要有粉晶云岩、颗粒云岩、灰质云岩、中晶云岩和白云石充填物。岩石学特征指示研究区形成于局限台地的颗粒滩和潮坪环境。
（2） 微量元素及稀土元素分析表明研究区内中—下奥陶统白云岩（石）的成因具有多期性,蓬莱坝组沉积期主要发生准同生白云石化和回流渗透白云石化,形成粉晶云岩和颗粒云岩。鹰山组沉积期,颗粒云岩因埋藏白云化作用持续生长,部分颗粒结构被破坏进而形成中晶云岩,同时缝洞中充填细晶白云石。部分中晶云岩和白云石充填物还受埋藏期热液的影响。随着沉积环境变得逐渐开阔,鹰山组颗粒灰岩在埋藏期发生部分白云化,形成了斑状分布的白云石。
（3） 研究区的多期白云化控制了储层的差异。在局限台地滩坪体系背景下,早成岩期受回流渗透白云化作用形成的颗粒滩白云岩是最有利的储层。埋藏白云石化主要发生白云石重结晶和过度生长,以及灰岩的部分白云石化,对储层的改造作用有限。
Multi-Stage Dolomitization of Lower-Middle Ordovician Carbonate Rocks in the Maigaiti Slope
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摘要: 目的 为明确麦盖提斜坡中—下奥陶统碳酸盐岩的多期白云石化作用, 方法 在岩相分析基础上,利用LA-ICP-MS开展了原位微区微量及稀土元素测试,分析了白云岩成因及其对储层的控制。 结果 研究区中—下奥陶统白云岩（石）主要包括粉晶云岩、颗粒云岩、灰质云岩、中晶云岩和白云石充填物,沉积环境解释为局限台地颗粒滩和潮坪。各类白云岩（石）的稀土配分样式及高Na的特征共同指示白云化流体主要具有海源性,局部受热液作用影响。白云石化作用具有多期叠加的特征,蓬莱坝组沉积期,准同生白云化作用使潮坪沉积形成粉晶云岩,回流渗透白云化作用使得颗粒滩沉积发生云化形成颗粒云岩。鹰山组沉积期,埋藏白云化作用使白云石晶体持续生长,部分颗粒结构被破坏而形成中晶云岩,缝洞中白云石充填物不断形成。鹰山组颗粒灰岩在埋藏期因Mg2+的区域性聚集,形成斑状分布的白云石。 结论 多期白云化控制了区内中—下奥陶统白云岩储层的差异,局限台地滩—坪体系早成岩期受回流渗透白云化作用形成的颗粒滩白云岩是最有利的储层。Abstract: Objective To clarify the multi-stage dolomitization of the Lower-Middle Ordovician carbonate rocks in the Maigaiti Slope. Methods On the basis of lithofacies analysis and in⁃situ trace and rare earth element （REEs） tests using laser ablation inductively coupled plasma mass spectroscopy （LA-ICP-MS）, we analyzed the origin of dolomites and its control on the reservoir. Results The Lower-Middle Ordovician dolomites primarily include silt-crystalline dolomite, grain dolomite, calcite dolomite, medium-crystalline dolomite, and dolomite cement in fractures and vugs. The sedimentary environment is interpreted as a shoal and tidal flat in a restricted platform. The composition and patterns of REEs in the dolomites and abundant natrium （Na） content indicate that the dolomitization fluid was of seawater origin and locally influenced by hydrothermal fluid. The dolomitization of the Lower-Middle Ordovician carbonates is characterized by a multi-stage process. During the deposition of the Penglaiba Formation, penecontemporaneous dolomitization caused tidal deposits to form silt-crystalline dolomite, and seepage-reflux dolomitization caused shoal deposits to form grain dolomite. During the deposition of the Yingshan Formation, burial dolomitization produced the continuous growth of dolomite crystals, and grain-supported textures were partially destroyed, resulting in medium-crystalline dolomite. In addition, fractures and vugs were continuously filled with dolomite. Lime-grainstones in the Yingshan Formation was partially dolomitized during burial, resulting in the patchy distribution of dolomite crystals. Conclusions Multi-stage dolomitization controlled the quality of Lower-Middle Ordovician dolomite reservoirs in the study area. In the shoal and tidal flat system in a restricted platform, the favorable type of reservoir is grain dolomite formed by seepage-reflux dolomitization during early-stage diagenesis.
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Key words:
- dolomitization /
- dolomitization fluid /
- rare earth element /
- dolomite reservoir /
- Ordovician /
- Tarim Basin
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图 1 研究区位置及中—下奥陶统岩性柱状图
Figure 1. Location of the study area and stratigraphy of the Lower⁃Middle Ordovician
图 2 麦盖提斜坡中—下奥陶统白云岩（石）图版
Figure 2. Photographs showing the rock fabric and features of the Lower⁃Middle Ordovician in the Maigaiti slope
图 3 麦盖提斜坡中—下奥陶统白云岩（石）特征
Figure 3. Photographs showing the rock fabric and features of the Lower⁃Middle Ordovician in the Maigaiti slope
图 4 麦盖提斜坡中—下奥陶统白云岩（石）及泥晶灰岩主微量元素交会图
Figure 4. Element intersection diagrams of major and trace elements in dolomite and micrite limestone of the Lower⁃Middle Ordovician in the Maigaiti slope
图 5 麦盖提斜坡中—下奥陶统白云岩（石）及泥晶灰岩稀土元素有效性分析图
Figure 5. Validity analysis of rare earth elements from the Lower⁃Middle ordovician dolomite and micrite limestone in the Maigaiti slope
图 6 麦盖提斜坡中—下奥陶统白云（岩）石稀土元素配分形式对比图
Figure 6. Comparison of rare earth elements partition patterns for the Lower⁃Middle ordovician dolomite in the Maigaiti slope
图 7 麦盖提斜坡中—下奥陶统白云岩（石）及泥晶灰岩稀土配分样式
Figure 7. Rare earth partition patterns of dolomite and micrite limestone from the Maigaiti slope in the Tarim Basin
图 8 麦盖提斜坡中—下奥陶统白云石化模式图
Figure 8. Dolomitization of the Maigaiti slope in the Tarim Basin
表 1 麦盖提斜坡中—下奥陶统白云岩（石）及泥晶灰岩的主微量元素统计表（取平均值）
Table 1. Major and trace elements in dolomite and micrite limestone of the Lower⁃Middle Ordovician in the Maigaiti slope (average value)
岩性 数据量 Na/（μg/g） Mn/（μg/g） Fe/（μg/g） Sr/（μg/g） Ba/（μg/g） 粉晶云岩（D1） 5 229.64 232.12 450.34 167.57 10.70 颗粒云岩（D2） 10 387.70 46.15 215.86 238.12 3.03 灰质云岩（D3） 8 153.26 40.77 730.09 200.51 1.71 中晶云岩（D4） 10 344.29 166.89 371.57 49.43 0.79 白云石充填物（DC） 10 235.43 2 034.68 1 162.81 110.29 3.09 泥晶灰岩(C1) 13 172.82 38.33 1 158.17 255.11 9.86 
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表 2 麦盖提斜坡中—下奥陶统白云岩（石）及泥晶灰岩的稀土元素统计表（取平均值）
Table 2. Rare earth elements in dolomite and micrite limestone of the Lower⁃Middle Ordovician in the Maigaiti slope (average value)
岩性 数据量 稀土元素含量/（μg/g） REE+Y/（μg/g） δCe δEu La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Y Ho Er Tm Yb Lu 粉晶云岩（D1） 5 0.82 1.52 0.16 0.64 0.14 0.03 0.12 0.02 0.09 0.55 0.02 0.05 0.01 0.05 0.01 4.21 0.98 1.11 颗粒云岩（D2） 10 0.41 0.79 0.08 0.33 0.07 0.01 0.05 0.01 0.05 0.29 0.02 0.03 0.01 0.02 0.01 2.11 1.00 1.17 灰质云岩（D3） 8 2.25 4.73 0.51 2.10 0.49 0.09 0.38 0.06 0.35 1.71 0.08 0.17 0.03 0.18 0.03 13.16 1.01 0.96 中晶云岩（D4） 10 0.31 0.36 0.28 0.25 0.07 0.02 0.04 0.01 0.04 0.17 0.01 0.02 0.01 0.01 0.01 1.60 0.74 2.69 白云石充填物（DC） 10 3.83 6.76 0.67 2.54 0.45 0.11 0.44 0.07 0.39 2.53 0.07 0.20 0.02 0.18 0.02 19.42 0.97 1.23 泥晶灰岩(C1) 13 2.85 5.68 0.61 2.33 0.39 0.09 0.35 0.06 0.31 1.64 0.07 0.16 0.03 0.15 0.02 14.47 0.99 1.10
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图(8) / 表 (2)
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