四川盆地震旦系灯影组微生物白云岩成因及其相关储层形成过程中的流体地球化学示踪

The “Dolomite Problem” is a long-standing enigma, which has been concerned by sedimentologists and petroleum geologists. Till now, microbial mediated dolomite precipitation is the only way to synthesize the primary dolomite in lab at low temperatures. In recent years, the formation of microbial primary dolomite has been reported in layers from the Cambrian to now, and few studies have been concerned about the pre-Cambrian period. In this study, we select the microbial dolomite of Dengying Formation from Sichuan Basin. Based on the phenomenon of bacterial culture experiment, we combine the use of thin section observations and high-resolution scanning electron microscopy to depict the microstructure of microbial dolomite. In addition, we couple the use of traditional C, O, and Sr isotope analysis with stable isotopes of Ca and Mg to constraint the paleo-environmental conditions where the dolomite formed. Meanwhile, seawater-normalized REE patterns and C, O, and Sr isotope analysis are used to trace the origin of fluids related to the microbial dolomite reservoirs. In summary, this study will provide an analogue of microbial dolomite on resolving the “Dolomite Problem” and also shed light on the formation of dolomite reservoir.

“白云岩问题”是沉积学界和石油地质学界长期关注的热点和难点问题。在地表条件下，微生物调制白云石沉淀是唯一被证实的原生白云石形成机制。已报道的微生物成因原生白云岩形成时代大多较新，寒武纪以前的相关研究更是薄弱。本研究选取四川盆地灯影组微生物白云岩为研究对象，以微生物培养原生白云石沉淀的相关现象和结果为理论基础，结合已报道的原生白云石沉淀环境的地球化学参数，综合使用岩石薄片和高分辨率扫描电镜、传统的C、O、Sr同位素和最新的Ca、Mg同位素分析技术，校验埃迪卡拉晚期微生物调制原生白云石沉淀的成因机理。与此同时，使用海水标准化的稀土元素配分模式及C、O、Sr同位素等手段，鉴别微生物白云岩相关储层形成过程中流体的性质和来源，为解析古老白云岩储层的形成机理提供参考。因此，本研究具有解决白云岩成因问题的重要理论意义，亦具有研究白云岩储层演化机理的现实应用意义。

震旦系作为寒武纪生命大爆发之前的重要地质时期，其古海洋地球化学性质对于埃迪卡拉生物群的繁盛和灭绝至关重要。“白云岩问题”是沉积学界和石油地质学界长期关注的热点和难点问题，微生物调制白云石沉淀是目前唯一被证实的形成原生白云石的机制。四川盆地震旦系发育了大量的白云岩，研究这些白云岩的成因及相关的流体地球化学示踪，对于反演古海水性质具有重要意义。本研究选择以四川盆地南江杨坝剖面为主、其他几个野外剖面为辅，开展了宏观尺度-中尺度-微观尺度的微生物岩岩石学方面的观察研究，建立起叠层石、凝块岩等微生物岩的宏微观特征序列。在此基础上开展了大量的扫描电镜观察分析，发现了丝状、球形、哑铃状等微生物白云石的特殊形态，为震旦系白云岩的微生物成因提供了证据。在进行扫描电镜中观察的过程中，对微生物特征结构进行半定量元素含量分析，发现其成分为铁白云石，而相邻的菱形白云石晶体为标准白云石组成。在对白云岩进行成岩序列的研究中我们发现，拟晶白云石化使得早期结构得以很好的保存。通过对拟晶白云石化的产物进行LA-ICP-MS原位微量元素分析后发现，稀土元素配分模式具有中稀土富集的特征，加之Fe和Mn等元素含量较高，表明铁化的流体特征，这对反演震旦纪古海水地球化学特征具有重要启示。此外，探索使用卤族元素对白云石化过程进行流体性质示踪，通过研究发现Cl和Br的含量随着白云石化程度的增强而升高指示较高的白云石化流体盐度，而I含量的降低则表明相对还原的白云石化流体环境。