構造-巖漿活動背景下形成的熱液碳酸鹽巖一直是近些年國際上研究的前沿焦點，它挑戰(zhàn)了碳酸鹽巖儲層內(nèi)多種白云巖化機制的傳統(tǒng)解釋。構造-巖漿活動能促進熱液流體沿著斷裂和斷層發(fā)生遷移，引起碳酸鹽巖的熱液蝕變。塔里木盆地內(nèi)沉積了一大套早古生代（寒武紀和早奧陶世）白云巖。巖相學觀察和地球化學證據(jù)表明這套白云巖經(jīng)歷了多幕、復雜的成巖過程，并且可能受到了早二疊世塔里木大火成巖省活動的影響，但是缺少直接的年齡證據(jù)。因此，限定這套白云巖內(nèi)熱液活動時間對于我們了解盆地內(nèi)熱液碳酸鹽巖的形成時間和形成機制至關重要。
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方解石U-Pb地質(zhì)年代學是近幾年新興的定年技術，廣泛應用于沉積地質(zhì)和石油地質(zhì)領域，可用于測定沉積、成巖和流體遷移的絕對時間。隨著原位分析技術的發(fā)展，傳統(tǒng)溶液法方解石U-Pb定年技術逐漸被原位激光剝蝕U-Pb定年技術所取代，LA-ICP-MS能夠快速尋找和分析高U/Pb區(qū)域，并且消耗的樣品量遠遠小于溶液法。LA-ICP-MS分析速度快并且可以獲得足夠高的精度，因此逐漸成為方解石原位U-Pb定年的有效工具。
針對上述科學問題，中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室化學地球動力學學科組蘭中伍副研究員、吳石頭高級工程師和李獻華院士聯(lián)合國內(nèi)其它高校應用多接受電感耦合等離子體質(zhì)譜實驗室的LA-ICP-MS儀器，對塔里木盆地早古生代白云巖中的方解石巨晶進行年齡測試，得到了兩期年齡，分別為ca. 290 Ma和ca. 250 Ma（圖1, 圖2）。其中，早期熱液活動時間對應于塔里木地區(qū)大火成巖省活動的時間（ca. 290 Ma），晚期熱液活動時間對應于塔里木地區(qū)印支期巖漿-熱液活動的時間。
圖1 早期熱液方解石Tera–Wasserburg年齡圖（A）和陰極發(fā)光（B）以及微量元素成像（C）。Si和Pb呈現(xiàn)正相關關系，二者和Ca呈現(xiàn)負相關關系，說明Si和Pb以電價平衡的方式取代了方解石中的Ca。A圖中粉色充填橢圓為離群點
圖2 晚期熱液方解石Tera–Wasserburg年齡圖（A）和陰極發(fā)光（B）以及微量元素成像（C）。Si和Pb呈現(xiàn)正相關關系，二者和Ca呈現(xiàn)負相關關系，說明Si和Pb以電價平衡的方式取代了方解石中的Ca。A圖中粉色充填橢圓為離群點
年齡證據(jù)加上前人的同位素證據(jù)一起證實這兩期熱液方解石是在塔里木地區(qū)構造巖漿活動背景下形成的熱液碳酸鹽巖。在兩次熱液活動中，方解石中的Si和Pb含量都表現(xiàn)出和Ca含量反相關關系，表明Si和Pb都進入了方解石的晶格，并且不同程度地替代了方解石中的Ca。方解石中細小石英包裹體的出現(xiàn)也指示熱液活動的發(fā)生。
圖3 兩期熱液方解石表現(xiàn)出不同的Th/U比值，指示巖漿流體和盆地流體不同程度的混合。早期熱液活動中，盆地流體貢獻多一些，而在晚期熱液活動中，巖漿流體貢獻多一些
Th/U比值可以有效區(qū)分流體來源，原理是Th和U為高度不相容元素，在巖漿活動中通常耦合在一起；而在表生過程中，二者表現(xiàn)出不同的地球化學行為，發(fā)生解耦。據(jù)此，可以用方解石中Th/U比值來判斷巖漿流體和盆地內(nèi)流體貢獻的多少。兩次熱液活動中，巖漿流體和盆地流體（沉積巖內(nèi)部流體）不同程度地混合，表現(xiàn)為兩期方解石給出的Th/U比值不同（圖3）。其中ca. 290 Ma熱液活動中盆地流體貢獻多一些，巖漿流體貢獻相對少一些；而在ca. 250 Ma熱液活動中巖漿流體貢獻多一些，盆地流體貢獻相對少一些。
鑒于方解石晶體容易受到流體活動的影響，在同一顆晶體上不同區(qū)域會給出不同的U-Pb年齡，建議在選擇方解石晶體做U-Pb定年標樣時盡量多測試一些區(qū)域，驗證年齡和化學組成是否均一。
研究成果發(fā)表于石油地質(zhì)領域國際學術期刊Marine and Petroleum Geology（蘭中伍, 吳石頭, 汪方躍, 劉波, 石開波, 孫晶, 曹熔, 李獻華. A ca. 290 Ma hydrothermal calcite in Cambrian dolostone[J]. Marine and Petroleum Geology, 2023, 147: 106011. DOI: 10.1016/j.marpetgeo.2022.106011.）研究受國家重點研發(fā)項目（2018YFA0702600）、基金委面上基金項目（U19B6003, 41873034, 41673016）、中科院地質(zhì)與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室開放課題（SKL-Z202001）、中國地質(zhì)大學（武漢）地質(zhì)過程與礦產(chǎn)資源國家重點實驗室開放課題（GPMR201902）、中科院南京地質(zhì)古生物研究所古生物學和地層學國家重點實驗室開放課題（193112）以及中石油開放基金（2022-KFKT-07）共同資助。
（原標題：蘭中伍等-MPG：熱液碳酸鹽巖LA-ICP-MS U-Pb定年）
標簽： 碳酸鹽巖
