塔里木盆地C+--O碳酸盐岩碳同位素组成特征.pdf

收稿日期“ “ 基金项目国家杰出青年基金资助项目 8 7 A B C2 D 8 8 EFG H GH A B C D E F I值 序号 井深 ; A B C D E F GH A B C D E F I 77 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 值 和J井 K L M N J K HK O 褐灰色钙质粉砂 岩 P L P L P G K K L Q KK L M N G N N HK O 棕褐色钙质细粉 砂岩 P L P K N P L Q N K J L P G L P G J Q HK O 褐灰色亮晶鲕粒 灰岩 P L P P L R J K R L K J L P M N HK O灰色钙质粉砂岩P L P N G P L M J Q K L Q Q N L N K Q HK O 深灰色生屑泥晶 灰岩 P L P RP L N K G K L M R L M KH 灰白色亮晶砂屑 灰岩 P L P G P L G K G K J L G G Q L P Q GH 灰色亮晶砂砾屑 灰岩 P L MP L Q P R M L G M G L J N N KH 棕灰色细晶白云 岩 P L N KP L Q N N K P L J M L N G M M 褐灰色细晶白云 岩 P L KP L R N N K L P L Q G G G 褐灰细晶白云岩 P L Q KP L J K L R K J L P P K P N 褐色燧石团块灰 岩 P L G P L N M J K P L N M KJ L N G R 深灰色纹层状亮 晶粉屑云岩 P L M NP L N M Q K P L J L G R G 深灰色具鲕粒残 余结构的细晶云 岩 P L N P L N G G K Q L J JN L P G K K 褐灰色含膏泥晶 云岩 P L K P L R K K L Q K NN L P P P RK 藻纹层云岩 P L P G M P L Q Q K N L K G RN L N Q KK 深灰色云岩 P L P P L Q J N K K L M G 方井 K L P H 绿灰色泥晶砂屑 S生屑灰岩 P L K JP L R K K M L KK L P QH 灰色泥晶 砂 屑S 生屑灰岩 P L K RP L R J K M L J J K L P GH 深灰色泥晶砂屑 S生屑灰岩 P L JP L N K K Q L N G JK L RH 深灰色泥晶生屑 灰岩 P L GP L J Q K G L R N NK L K N QH 灰色泥晶生屑灰 岩 P L P P L R K J L Q G RK L K N QH 灰色泥晶生屑灰 岩 P L P RP L R K K N L J J QK L N K GH 浅灰色亮晶粉屑 灰岩 P L P L Q M K L GK L Q P JH 灰黑色灰岩 P L K P L J Q K P L K N MK L Q P GH 灰黑色灰岩 P L K P L G K G L M K P L K K 黑灰色白云岩 P L R P L N J K L 方井 L J M K 灰黑色白云岩 P L P L R K K L K R KJ L Q N 灰色粉细晶云岩 P L N P L R K Q L P J J L Q Q 灰色粉细晶云岩 P L P L J N K K L J JJ L N 灰黑色纹层状泥 晶白岩 P L K KP L N M K G L G Q NJ L N N 灰黑色纹层状泥 晶白岩 P L K P L R K G L J R RJ L N G 灰黑色纹层状泥 晶白岩 P L K NP L R R K M L QJ L N K P 灰黑色纹层状泥 晶云岩 P L K RP L R R K M L J GJ L N Q G 浅灰色中晶云岩 P L P QP L R Q K N L J MJ L N Q M 灰色中晶云岩 P L P GP L G R K J L R R K PJ L R P P 灰色藻云岩 P L P L P J L G R K J L R P 灰色藻云岩 P L JP L G L Q K KJ L R P N 灰色藻云岩 P L KP L G K L M R K J L R P R 灰色藻云岩 P L JP L L Q Q 巴东K J L P P KH 纹层状云质粉砂 岩 P L P R GP L G N K L Q KJ L G G H 亮晶苔藓虫灰岩 P L P KP L N K K N L J L K J J Q NH 亮晶生屑灰岩 P L P P P L Q G R K L J JJ L J KH 具鸟眼孔泥晶粉 屑灰岩 P L Q P L N K K G L K NJ L J P H 具鸟眼孔粉屑泥 晶灰岩 P L K R G P L J J N P L R RJ L R G R QH 具砂屑残余结构 泥晶粉屑灰岩 P L N G P L J M M K G L 巴东J L G M H 灰白色针孔状亮 晶生屑灰岩 P L KP L Q N K R L P K K L M K GH 灰白色重结晶泥 晶生屑灰岩 P L P L G K K N L J R L J Q KH 深灰色具生物潜 穴的泥晶灰岩 P L GP L J Q K G L R J J L N K KH 灰绿色纹层状钙 质泥岩 P L P G P L M R K P L G G N L R P R KH 灰黑色纹层状泥 晶灰岩 P L N L M R P L Q RN L G R N R 浅灰色砂糖状粗 晶白云岩 P L N P L Q K P L N M QR L R G RK 灰黑色泥晶白云 岩 P L J P L N Q K L N M GR L J K M NK 深灰色含膏纹层 状粉晶云岩 P L P L R Q K L M K F尽管研究区碳酸盐岩 值在正常海相范 围内T但是 值在寒武奥陶系仍有一定波动B 表 K F T在早寒武世较高BP L N A UOP L JAF T均值 为OP L R KAT中晚寒武世显著下降BOP L NA U P L M NAF T均 值 分 别 为 P L P RA和 P L KAT至早奥陶世又开始急剧增加BP L K A UOP L K R GAF T均值为P L P R K AT而在中晚奥陶世 则相对有所下降BP L N A UOP L P AF T均值为 P L P AL GH在垂向上没有明显的变化规律T 多呈较高的负值L JN 中国矿业大学学报第 卷 万方数据 表研究区“ 碳酸盐岩碳同位素值统计结果 9;7; 平均值 9 A 7 7 A A 7 最小值 9 B 7 9 C B D 9 B 最大值 9 7 A E 9 B E C 9 D 计数 EEB 7 标准偏差 7 B A F F C 97 D 和D井 9 E 9 9 7 7 7 B C F 7 E C 9 B 7 E 9 9 B E C B 9 A 9 B 巴东D井 E 7 B D 9 B E 方井 7 D A 9 B 7 A 9 D 7 7 E 7 9 7 B A 7 A F 7 9 E 7 9 9 9 D 9 7 9 D 巴东7井 A E F 7 7 A E B E 碳同位素变化的原因探讨 G 碳氧同位素与古盐度的关系 碳氧稳定同位素能反映沉积环境变化和事件 地层界线但是H由于 I E6受成岩作用影响明显H 一般很难反映原始沉积环境H而碳同位素则受成岩 作用影响相对较小H所以可以反映沉积环境变化 一般来说H I 9;和 I E6均随介质盐度升高而 升高H其中I 9 ;与古盐度关系最为密切H 且受温度 影响较小 JK L M N和OK P K Q R C A D S提出利用石灰岩 的 I 9; H I E6区分侏罗纪及时代更新的海相石灰 岩和淡水相石灰岩的公式T UV 7 D EWR I 9 ;8B S8 D C EWR I E 68B SX 式中 I 9;和 I E6均用 Y Z [作标准 当U值大于 7 时为海相石灰岩H U值小于 7 时为淡水石灰 岩由于古代碳酸盐岩形成后H其碳同位素难以交 换而使其I 9 ;值较为稳定H 并且U值主要取决于 I 9 ; H 所以仍可以用U值来大致判断样品形成时的 介质盐度的相对变化 I 9 ;和U值越大H 反映其沉 积介质盐度越高从表可看出H巴楚隆起寒武奥 陶系碳酸盐岩样品I 9 ;为 9 B\8 9 DH 其U除个别样品外H均大于 7 H反映了寒武奥陶 系碳酸盐岩都是在海相环境形成]这与本区碳酸盐 岩中三叶虫海百合等化石所指示的正常海相环境 一致 海平面变化对碳同位素的影响 一般来说H地质历史中海洋碳酸盐的 I 9;的 变化与同期有机碳埋藏速率的变化密切相关H有机 碳中往往富集较轻的碳同位素 7; H因此当有大量 有机碳快速埋藏时H这些有机碳会从自然界碳库中 吸取过量的 7; H使得自然界碳库中的 9;相对富 集H与之平衡的海水中的无机碳的 9;也随之富 集_ B ‘H相应的海水中沉淀出的碳酸盐岩H其 9;也相 对富集H即 I 9;相对升高 因此H I 9;的高值期往 往是有机碳得以快速埋藏的时期而海洋有机碳的 埋藏速率明显受海平面变化的控制_ A H F ‘H海平面上 升期H一方面导致有机碳的埋藏速率增加H另一方 面使得古陆氧化面积减小H因剥蚀而带入海洋的有 机碳的量也随之减少H从而导致溶于海水中的; 67 富 9;H与之平衡的碳酸盐岩的 I 9;值亦相应增 高_ E H C ‘反之H在海平面下降期H大陆面积增大H由于 氧化剥蚀进入海洋的有机碳的数量增加H同时H海 洋中的有机质埋藏速率降低_ ‘H结果造成大量的 7;进入海水H 与碳酸盐发生分馏作用H使得海相碳 酸盐的 I 9;值降低 从这一方面看H碳酸盐岩的 I 9 ;演化与海平面升降亦有着密切的关系 从研究区来看H从早寒武世早期至晚寒武世H 区 内 碳 酸 盐 岩 的 I 9;值 由 9 D 下 降 到 C B R图7 S H平 均 值 从 8 A 7变 为 7 R表7 S H而此期即为一海退期H沉积环境从 早寒武世早期的以硅藻岩为代表的深水盆地早寒 武世中晚期局限台地云坪至中寒武世蒸发盐台地 膏盐泻湖晚寒武世局限台地云坪和灰云坪]海平 面下降期间H海洋生物因生存空间缩小而减少H有 机质产率下降H大量富 7;的; 67和a; 6 9 未被利 用H同时有机质氧化速度因海平面下降而增加_ ‘H 产生更多的富 7;的碳酸盐组分H从而导致这一时 期沉积的碳酸盐岩的 I 9;值从高变低 自早奥陶 世开始I 9 ;逐渐回升H 此期恰为一海侵期H早奥陶 世演变为开阔台地环境H局部发育台内浅滩环境H I 9 ;从 7 9至 7 A E ] 海平面上升时期H生 物繁盛H生物因新陈代谢作用而不断从海水中提 取 7; H并以有机质形式保存在海底沉积物中H造成 有机质产率增加H同时H由于海水加深H有机碳受氧 化作用影响减少H从而导致此期形成的碳酸盐岩具 有较高的I 9 ;值 至中奥陶世H研究区隆起成剥蚀 区H而其北侧则进一步海侵H接收斜坡带沉积H区内 BB9 第D期彭苏萍等T塔里木盆地; b 6碳酸盐岩碳同位素组成特征 万方数据 图方“井寒武至奥陶系碳酸盐岩 “ 演化与海平面升降关系图 ’ - 0 晚奥陶世研究区为斜坡带 环境其北侧局部地区可能发育深水盆地环境区 内斜坡带各井碳氧同位素测试数据表明晚奥陶世 “ 大致呈增大趋势 从AB CD至B “ B DE 均值为AB B “D但相对于早奥陶世有所下降 由上述可以看出早寒武世海平面下降 “ 值由 高变低而早奥陶世海平面上升 “ 值则由低变 高中寒武世海平面处于最低时期 “ 值均较低 且显负值因此寒武F奥陶纪碳酸盐岩的 “ 演 化与海平面的升降呈明显的正相关关系图 E G H 海水硫酸盐含量对碳同位素的影响 研究区中寒武世和早寒武世晚期部分样品 “ 值均显示出明显的负偏移多分布在AB “ D IAB CD中寒武世 “ 均值为 AB B JD对 这些样品进行详细分析之后认为碳酸盐岩的 “ 值除与海平面变化所引起的有机碳埋藏速率变化 有关外海水中的硫酸盐含量也是一个重要的因 素K “ “ “ L早寒武世晚期和中寒武世沉积时期海水 硫酸盐含量高硫酸盐细菌的还原作用使有机质氧 化将大量富“ 的 和M A 释放于水中致 使非生物成因的碳酸盐富“ “ 值偏负 如方“ 井N和O井和巴东O井一带中寒武统厚超过 B B 的石膏即可说明当时海水富含硫酸盐 G P 岩浆活动和火山喷发对碳同位素的影响 除高含量硫酸盐地区 “ 值偏负外 个别层 段取芯样品 “ 值偏负可能与岩浆活动或火山活 动释放的 参与分馏作用有关 K “ L 如和O井 B Q RS 采样样品 “ 值为 AB “ TD下奥陶 统E N O C R JS 采样样品 “ 值为AB “ T CD 上 寒武统E 其下 J “ I R CS O C “ C IO C O R S 为大段深灰色辉长岩N 粗玄岩N辉绿岩为海底 喷 发 的 火 山 岩 和 侵 入 岩方 “井 “S 和 O T S 处 上寒武统E采样样品 “ 值分别为 AB “ JDAB “D其下 R O J J I R C OS 为 辉绿岩分析发现这类样品多发生在一次火山作用 之后的碳酸盐岩里火山喷气 的 “ 平均值 为AB JDK “ O L由于火山喷发喷出大量 造成 大气U 的进一步升高游离氧的相对含量进一 步降低和生态环境的进一步恶化从而加剧了生物 的衰亡结果在地质历史中生物衰亡的时间间隔 内造成有机碳库即生物圈碳库E内“ 的数量急 剧减少碳酸盐碳库内碳数量的增加从而造成 “ 值的降低 H 结论 “ E巴楚隆起寒武奥陶系碳酸盐岩样品 “ 值 为AB CDIVB OD “ R 值为A“ T J D IA B B OD其W值除个别样品外均大于“ B 反映出 研究区寒武奥陶系碳酸盐岩都是在海相环境中形 成的 E海平面升降变化影响着 “ 值的变化 早 寒武世至中寒武世为一海退期海平面下降时期 有机质产率下降大量富“ 的 和M A 未被 利用同时有机质埋藏速率因海平面下降而减少 使得海水中的“ 增加从而导致这一时期沉积的 碳酸盐岩的 “ 值降低 早奥陶世为一海侵期有 机质产率增加同时由于海水加深有机碳受氧化 作用影响减少从而导致此期形成的碳酸盐岩 “ 值增高 E海水中的硫酸盐含量也是影响 “ 值的一 个重要的因素早寒武世晚期和中寒武世沉积时 期海水硫酸盐含量高硫酸盐细菌的还原作用使 有机质氧化将大量富含“ 的 和M A 释放 于水中致使非生物成因的碳酸盐富“ 从而造成 中寒武统碳酸盐岩的 “ 过低 JC 中国矿业大学学报第 “卷 万方数据 “岩浆活动和火山喷发喷出大量 造成大 气 , 2 7 A 8 8 B C 8 4C 2 1 A B D A 2 A. 5 / , 5 8 4 B8 C 4 D E A S ’ G [ G ’H [ -U G I U H H , . / ] B X 8 N ; ’a1 B Aa, 1 A 8 4 1b Y M B 8 2 2 8 b F 2 1 1 4 2 F ’ cN]’ Z 1 2 g 2 F \ \ \ [ ’ S 2 “ h i j k l m n k - 8 7M 8 A 2 2 8 C 1 4 1 A8 C 4 X 8 E8 Y D F 1 2 A 8 8 M 1 A2 7 4 2 1 4 X 8 14 8 R A8 C 7X 4 2 I 4 E 8 9 2 2 2 Z S 4 1 8 C] 4 2 7 Z A 2 P1 4 14 1 A 1 4 S 1 E ,K 8 4 A2 C B 1 2 F S 19 4 2 2 8 8 C 4 X 8 2 A 8 8 M 1P1 4 1 B D 3 1 E ,] S 14 1 A B AA S 8 P S S 19 4 2 2 8 8 C* 8 C S 1 7X 4 2 I 4 E 8 9 2 2 7 4 2 1 4 X 8 14 8 R A2 A B 8 A 1 B D4 1 B 1 E 8 S 1 S F 1 A8 C A 1 B 1 9 1 B ,] S 1A B 8 P1 48 4 F 2 4 X 8 X 4 2 B E 4 2 F A 1 B 1 9 1 B C B B C 4 8 7 S 1b 4 B D 7X 4 2 8N2 E E B 1 7X 4 2 B 1 E 8E 1 4 1 A 18 C S 1* 9 B 18 C 4 X 8 I 14 8 R A8 C S 2 AA F 1 ,] S 14 2 A 18 C 8 4 F 2 M 4 8 E 2 9 2 D 8 F 1 S 1 4P2 S4 M 2 EX 4 2 B 8 C 8 4 F 2 4 X 8 E 4 2 F S 14 2 A 18 C A 1 B 1 9 1 B 2 b 4 B D4 E 8 9 2 2 B 1 E 8 2 4 1 A 18 C S 1* 9 B 18 C 4 X 8 14 8 R A8 C S 2 A A F 1Z 1 A 18 C S 2 F SA B C 1 8 1 2 A 1 P 1 4 2 S 1N2 E E B 1 7X 4 2 ’ S 14 1 E 2 8 X DA B C 1 X 1 4 2 A 1 E 8 Y 2 E 2 8 8 C 8 4 F 2 7 1 4 ’4 1 A B 2 F2 E 1 4 1 A 18 C S 1* 9 B 1 A ,] S 1 1 F 2 9 1 * 9 B 1 2 A 8 71 A 7M B 1 A 2 1 4 X 1 E E 1 EP2 S9 8 B 2 4 8 R A 7 DX 1 4 1 B 1 E 8 S 1 C 4 2 8 2 8 8 C S 1 1 72 1 EC 4 8 7 7 F 7 2 2 9 2 D8 4 9 8 B 2 A 7, op qr s l t j - 7X 4 2 I 4 E 8 9 2 2 u 4 X 8 1 4 8 R u 4 X 8 2 A 8 8 M 1 A u A 1 B 1 9 1 B S F 1 u] 4 2 7Z A 2 u A B C 1 HJ 第期彭苏萍等-塔里木盆地 ‘I 碳酸盐岩碳同位素组成特征 万方数据