近日，2024级博士研究生高和婷以第一作者身份在《Sedimentology》上发表了题为“Early genesis of hydrothermal dolostone: New insights from U-Pb geochronology and geochemistry”的研究论文。长江大学为第一完成单位,导师朱光有教授为通讯作者。

该论文通过激光剥蚀等离子体质谱(LA-ICP-MS)U-Pb同位素定年、元素面扫描、岩相学及地球化学分析，论证了热液白云岩形成于“浅埋藏-早成岩”的热液成因模型，打破了传统“深埋藏-晚期改造”的认识范式。为全球类似构造背景下的热液白云岩研究提供了新的理论依据和类比参考。

图1 论文首页

热液白云岩是碳酸盐岩地层中重要的油气储层和矿床宿主，广泛发育于全球多个沉积盆地。传统观点认为断裂控制型热液白云岩是深埋藏条件下晚期热液改造的产物。但这一认识正受到“浅埋藏-早期成因”新模式的质疑。

研究团队以四川盆地中部走滑断裂发育区的栖霞-茅口组白云岩为对象，将高精度LA-ICP-MS U-Pb定年技术系统应用于基质白云岩(MD)和热液白云岩(HTD)的对比研究。获得了获得HTD绝对年龄(236.5 ± 2.2 Ma 至 244.8 ± 1.5 Ma)，与MD年龄(242.8 ± 1.7 Ma 至 244.6 ± 2.9 Ma)在误差范围内重叠，两者形成时间差仅约0.5~6.6 Myr。该年龄与古特提斯洋俯冲诱发的陆内伸展(250~230 Ma)高度吻合，而与峨眉山大火成岩省(260~256 Ma)存在>15 Myr时间差，排除了HTD受峨眉山地幔柱加热驱动的传统认识。近水平缝合线切割HTD脉体，直接限定了白云石化发生在浅埋藏阶段。

图2 LA-ICP-MS)U-Pb年代学结果

图3 MD和HTD的LA-ICP-MS元素面扫特征图

通过碳氧同位素、微量元素-稀土元素及流体包裹体测温，进一步约束了热液流体的来源与性质。热液白云岩具有与同期海水相似的δ¹³C值(2.8‰~4.9‰)，但呈现明显负偏δ¹⁸O值、显著的正Eu异常、Sr亏损和Ba富集、高Mn/Sr比值，以及高温流体包裹体均一温度(100.1°C~176°C)。共同指示热液流体为海水与深源热卤水的混合产物。

图4 流体包裹体温度及盐度特征

野外剖面和三维地震资料显示，HTD优先沿走滑断裂带分布，白云岩化强度与距断层距离呈负相关。断层系统在晚二叠世—中三叠世古特提斯俯冲诱导的伸展背景下发生多期活化，形成负花状构造，为流体运移提供了高渗透通道。

图5 白云岩厚度与断层距离的相关性及地震剖面中断层的发育特征

研究团队提出“浅埋藏-早成因”模型：走滑断裂系统作为双重通道，在热对流驱动下海水与深部热卤水混合对流，形成高温高盐度富镁的成岩流体，在浅层压力骤降环境下横向扩散形成HTD(图5)。

图6 断控热液白云岩浅埋藏-早期成因模式图

将四川盆地HTD与全球典型断层控制型热液白云岩系统(如英国德比郡台地、加拿大落基山脉、法国滨海阿尔卑斯、伊拉克扎格罗斯盆地等)进行对比，发现构造活跃的断层系统(而非埋深或岩浆热液来源)主导了HTD系统的时空分布。在伸展构造背景下，浅埋藏-早期热液白云石化可能比传统认为的更为普遍。

图7 全球断控热液白云岩的分布及形成年龄汇总

最后该研究建立了基于绝对年代学的断裂控制型浅埋藏-早期HTD形成模型，为热液白云岩成因研究提供了绝对年代学新范式，为构造-热液耦合研究提供了新认识，并为解决长期存在的“白云岩问题”提供了坚实框架。

论文链接:https://doi.org/10.1111/sed.70128