1. **白云岩化的局限性**:不整合面下大气水的渗入增强了粒状支撑石灰岩层的渗透性,使这些层容易受到热液流体的影响,从而促进了白云岩化。
2. **成岩作用的阶段性**:不整合面在不同阶段对成岩作用的控制不同。初期暴露导致石灰岩的溶解,形成模孔和大型孔隙,随后渗透的流体中溶解的Ca2+和HCO3–增加,导致方解石的沉淀。
3. **裂缝和孔隙的形成和充填**:不整合面附近的裂缝和孔隙在早期暴露阶段被酸性大气水溶解,形成模孔和大型孔隙。这些孔隙后来被鞍状白云石、方解石和少量石英填充。
4. **热液流体流动的路径**:不整合面及其附近的断层和裂缝为热液流体提供了流动的路径,使其能够在不同成岩阶段对碳酸盐岩进行改造和胶结。
通过对阿联酋北部盆地上三叠统白云岩、鞍状白云石、石英和方解石胶结物进行岩石学研究、流体包裹体显微测温、稳定同位素分析以及放射性(206Pb/238U)测年,限定了白云岩化和胶结作用的时间和条件,并将其置于盆地构造演化的背景中。
白云岩化(约152.4百万年前)和鞍状白云石(约146.8百万年前)、方解石(约144.6百万年前)和石英胶结物的沉淀归因于在不整合面下,流入粒状支撑石灰岩中的热盆地卤水的集中同裂作用流动,这些石灰岩的渗透性因流入的大气水而增强。另一代方解石胶结物(约99.7百万年前)则由晚白垩世阿曼蛇绿岩盖层相关的构造压缩期间热卤水流动形成。
图1. (A, B) 研究区域的简化地质图,(C) 基于Hönig等(2017)的三叠系地层图示。B—骨架石;F—漂石;G—粒屑石;m—泥灰;M—泥岩;P—泥晶灰岩;R—角砾岩;W—泥晶粒屑灰岩。(D) 两条海平面曲线显示岩溶化与相对海平面下降的吻合。(E–J) 野外图像显示Sakhra段白云岩和上覆Shuba段石灰岩之间的明显边界(E);白云岩层中的模孔是由于欠饱和的陆源水溶解了双壳类(黄色箭头)(F),这些孔隙随后被鞍状白云石填充;白云岩层中的孔隙初步被鞍状白云石(SD)填充,随后被C1方解石填充(G);白云岩中的鞍状白云石和C1方解石充填的孔隙中出现棱柱状自形石英(Q)(H);层理平行的裂缝被C2方解石填充(I);从层理缝(张裂缝)延伸出来的裂缝被C2方解石填充(J)。(K) 阴极发光图像显示鞍状白云石晶体具有深红色核和浅红色边,而方解石晶体显示出斑驳的红色荧光。
图2. (A) δ13CVPDB与δ18OVPDB的交叉图显示白云岩、鞍状白云石、方解石C1和方解石C2之间无相关性(R2 = 0.05)。VPDB—维也纳皮迪白垩质箭石。(B) 所有研究的白云岩的δ26MgDSM3与文献报道的进行比较的图。(C) 白云岩、鞍状白云石、石英(Q)、方解石(C1)和裂缝填充方解石(C2)的均一化温度(Th)与盐度的交叉图。
图3. 由激光剥蚀-感应耦合等离子体-质谱(LA-ICP-MS)U-Pb点分析得出的Tera-Wasserburg等时线图,分析对象包括:(A)相关白云岩,(B)鞍状白云石,(C)块状方解石(C1),以及(D)填充张裂缝的块状方解石(C2)。所有不确定性均以2σ置信区间表示。MSWD—加权偏差的均方根。
图4. 示意模型展示了Sakhra段顶层碳酸盐成岩作用的各阶段。(A) 在海洋孔隙水成岩过程中,鳞片状方解石胶结边缘包裹异源成分。(B) 在大气暴露期间,富含CO2(即酸性)的欠饱和大气水渗入,最初导致石灰岩的溶解和模孔及大型孔隙的形成(见图1G)。随后溶解的Ca2+和HCO3–的增加,因此相对于CaCO3的过饱和,导致了等轴方解石和共生过生长的沉淀。(C) 在石灰岩层序中,层控白云岩在垂直断层促进热液流动的地方形成,导致鞍状白云石(SD)、方解石(C1)和少量棱柱状石英(Q)在孔隙和角砾裂缝中的胶结。
主体结论
这项对阿联酋北部Ghalilah组上三叠统碳酸盐层序的综合野外、岩石学、同位素和显微测温研究,提供了关于层理平行的白云岩和石灰岩层序密切关联的新见解。白云岩化仅限于粒状支撑的石灰岩层,在这些层中,不整合面下大气水的渗入进一步增强了渗透性。角砾裂缝和孔隙的白云岩化和鞍状白云石(约152–146百万年前)、石英和方解石(约144百万年前)的胶结作用归因于裂谷期热盆地卤水(Th=94–173°C,17.5–22.9 wt% NaCleq.)的流动。下层岩石的白云岩化受限于主要为低渗透性的硅质碎屑、泥灰和泥支撑石灰岩的岩性。晚期由阿曼蛇绿岩盖层作用(晚白垩世)驱动的热盆地卤水沿层理缝的横向流动导致裂缝填充块状方解石(约99百万年前)的胶结。这后一种胶结物显示出深层大气水循环与热盆地卤水混合的证据。