Question

热液白云化作用模式

Answer 1

热液是比周围环境具有明显更高温度(>5℃或更多)的流体(White,1957),流体的温度并不是主要的,而流体与围岩的温度差是主要的。当然,一些学者的定义要更严格:热液的温度至少比环境温度高5～10℃或者更高;当流体与环境的温差在5～10℃以内,这些流体只是地热流体(Machel et al.,2002;Machel,2004)。如果热液作用携带了足够的Mg²⁺穿越可渗透性灰岩,那么就有可能发生白云化作用,相应形成的白云岩被称为热液白云岩。一些几何形态更集中、形成于较高温度晕圈附近的白云岩更可能与热液白云化作用有关(图1.2F)。这些热液白云岩更多地与相对可渗透通道有关,诸如断层、逆冲推覆带或者通常与蒸发岩有关的不渗透盖层之下的区域(Warren,2000)。当深循环盆地流体通过可渗透通道向上运移到温度较低的较浅处时会变成热水、产生局部矿化以及能够进行白云石的沉淀或交代(Hardie,1991),白云化作用所需的Mg²⁺来源是富M2g+的地层流体,被替换的Ca²⁺进入到地下水中(表1.1)。由于热液条件可以发生在包括从近地表到深埋藏的所有成岩背景类型的不同位置,尤其是当断裂穿越了多个埋藏成岩带时,因而热液白云化作用模式本质上并非是一种白云化作用模式(Machel,2004),而更多的是一种综合的白云化环境。

目前国内热液白云化作用模式的兴起和流行主要是受到了AAPG在2006年11月出版的Structurally ControlledHd rothermal Alteration of Carbonate Reservoirs(《构造控制下碳酸盐岩储层的热液改造》)专辑的影响,该专辑主要涉及了热液白云岩成因及油气储层、热液硫化物矿床等方面的内容(Davies et al.,2006)。当然,也有学者认为“热液白云岩”这一术语是令人费解和没有意义的,只是一个缺乏定义和想象力的产物(Machel et al.,2002)。同时,目前对热液白云岩的理解也存在着较多误区,例如:①尽管在热液系统中白云石通常与贱金属矿物相共生,但这并不能成为所有与层控贱金属成矿作用有关的白云岩(白云石)是热液成因的证据;②对于多数认为是热液白云岩的实例而言,并无可靠证据表明它们与热液成因或者热液叠加有关,如在被认为经历了热液叠加的加拿大艾伯塔泥盆系碳酸盐岩中也只有个别例子得以证实;③鞍状白云石并非都是热液白云石,它们可以形成于多种情况下,只有在一些情况下可能属于热液白云石,如流体流动的热对流、热化学硫酸盐还原作用等(Machel,2004),因而热液白云化作用模式的应用仍然需要慎重考虑。

目前热液白云化作用模式仍然不完善,但也有一些局部或区域尺度上的经典热液白云化实例,如爱尔兰Navan的Pb-Zn矿化白云岩热柱(Braithwaite et al.,1997)、意大利阿尔卑斯Latemar建造的白云化热柱(Wilson et al.,1990)、加拿大艾伯塔中西部深盆SwanHillsSimonette油田泥盆系的热液白云岩(Duggan et al.,2001)等。当然,热液白云化作用模式中的较多问题仍有待进一步深化理解,如热流体的驱动力、流体流动通道和Mg²⁺的来源等。尽管由于热液本身就是具有热异常的流体,它们可以通过热对流作用作为驱动力,但这样的水文循环机制与前面介绍的热对流模式有所重合,两者的流体都存在加热的过程,而后进入相对冷的地层,这两个模式之间可能存在着实质性的差异,不仅仅限于热液白云化作用模式中温度差的出现,而存在的差异又可能导致显著不同的白云化过程。一般认为,热液流动的可渗透通道往往与断层等断裂系统直接相关(Davies et al.,2006),但目前很多问题尚不清楚,如断裂系统发生热液白云化作用的唯一性、不同类型断裂系统的热液白云化过程的差异性、其他构造系统发生热液白云化作用的可能性以及不同构造系统热液白云化过程的对比性等。热液白云化作用模式中的Mg²⁺来源也没有确切的说法,尽管很多时候被认为是来自深部地层,但这些富Mg²⁺热液可能来自碳酸盐岩、蒸发岩、碎屑岩,也可能来自盆地基底岩石或者更深的地球内部,同时不同来源的富Mg²⁺热液的特征差异性和混合可能性、富Mg²⁺热液的主体来源、不同盆地或区域富Mg²⁺热液的来源差异及其主要控制因素都是需要考虑的。