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黑色岩系的概念于1973年首次被提出[1]，专指广泛分布于我国南方下寒武统牛蹄塘组的海相黑色页岩、黑色硅质岩等。目前，关于黑色岩系的定义尚不统一，主要指“以黑色泥岩、页岩等细粒沉积岩为主的一套岩性组合”[2]，常为烃源岩。1996年，熊寿生等[3]就已提出我国各裂谷盆地黑色岩系中均发育玄武质熔岩及其凝灰碎屑岩和膏盐岩夹层的认识。现有研究表明，黑色岩系中发育的“黑色页岩、油页岩、碳硅泥岩”等岩性与深大断裂、深源岩浆有关的海/湖相热水沉积岩密切相关，常形成热液型铀矿床[4]。可见，黑色岩系发育过程中常伴有深源岩浆—热液活动。2013年，柳益群等[5]通过野外露头和钻井取心观察，薄片鉴定、电子探针、全岩元素分析等分析测试方法，首次在新疆三塘湖盆地二叠系芦草沟组黑色岩系中提出了喷积岩的新认识，喷积岩即深源岩浆—热液物质流体以喷爆、喷溢、喷流方式参与海/湖相沉积作用过程形成的新类型沉积岩，其在岩石、矿物和地球化学上具有岩浆—热液沉积特征，按物质来源、形成方式和结构构造可划分为喷爆岩、喷溢岩、喷流岩等成因岩石组合系列。
鄂尔多斯盆地延长组烃源岩主要位于长7油层组[6]，该油层组油页岩等黑色岩系岩性最为发育[7]，具有良好的喷积岩发育条件，如其沉积期鄂尔多斯盆地内部存在基底深大断裂活化[8]和壳—幔岩浆活动[9]，盆地周缘火山活动强烈[10]，同时其黑色岩系中也发现了热水沉积岩（喷流岩）[11-12]和热液铀矿[13]。以鄂尔多斯盆地延长组长7油层组长73小层黑色岩系发育的淌泥河剖面和霸王庄剖面为例，其地质上位于该盆地多组北西走向与北东走向基底深大断裂的交汇处[10]，附近走滑断层、正断层发育[14]，可见邻近香1井中的霞石正长斑岩和粗面岩共生于长73小层油页岩内[15]，同时长73小层凝灰岩也较为发育，可能为盆地南部的火山喷发沉积[10]，为本次研究的重点。2017年，董杰等[14]在霸王庄剖面长73小层油页岩中发现了灰岩、白云岩等碳酸质结核，并对其岩石学、矿物学、碳氧同位素特征进行了初步研究，认为结核的形成与产烷带微生物代谢活动有关，其中富含的方解石和白云石圆球粒可能是蓝细菌细胞方解石化或白云石化的结果，即该碳酸质结核为“生物作用和成岩作用形成的次生碳酸盐岩结核”。然而，本文发现上述碳酸质结核可能属于碳酸质喷积岩，其在岩石、矿物和地球化学上具有岩浆—热液沉积特征，可按物质来源、形成方式和结构构造划分为碳酸质喷爆岩、碳酸质喷溢岩、碳酸质喷流岩等成因岩石组合系列[15]。
为此，本次研究以延长组长7油层组野外露头剖面为主（淌泥河剖面和霸王庄剖面）、取心井为辅（H269井、Y56井、G135井、C96井、ZH22井、Z62井、香1井），取样19块，磨制电子探针薄片21个、普通薄片10个，扫描电镜制样10个，通过岩石薄片鉴定（31个），扫描电镜分析（10个），电子探针分析（8个）以及全岩主量元素、微量元素、稀土元素分析（8件）等分析测试方法对碳酸质结核等岩性的岩石学、矿物学及地球化学特征进行初步分析，并尝试以2013年柳益群等[5]提出的喷积岩概念体系为指导，探索性地建立起碳酸质喷积岩岩石组合系列，以期为鄂尔多斯盆地延长组长7油层组黑色岩系生烃研究提供理论参考。
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鄂尔多斯盆地横跨陕西、甘肃、宁夏、内蒙古、山西五省，是在华北克拉通地块基础上发育起来的中新生界含油气沉积盆地，其上三叠统延长组沉积记录了鄂尔多斯大型内陆湖盆从发生、发展到消亡的完整演化历史,自上而下划分为长1~长10十个油层组，其中长7油层组（自上而下又可划分为长71、长72和长73三个小层）发育于该湖盆的鼎盛时期，半深湖—深湖区面积最大，油页岩等黑色岩系岩性最发育[6-7]，特别是长73小层。该盆地石油主要分布于北起盐池、南至铜川、西抵崇信、东达安塞范围的延长组和延安组（本次研究区）（图1a），受长7油层组黑色岩系中油页岩等烃源岩发育区的控制（图1b）。可根据基底性质、现今构造形态及特征将鄂尔多斯盆地划分为六个一级构造单元，即伊盟隆起、西缘逆冲带、渭北隆起、晋西挠褶带、天环坳陷和伊陕斜坡[6]，其中本次研究的H269井、Y56井、G135井、C96井、ZH22井、Z62井、香1井和淌泥河剖面、霸王庄剖面横跨天环坳陷、伊陕斜坡和渭北隆起三个一级构造单元（图1a）。
图 1 鄂尔多斯盆地地质简图
Figure 1. Simplified geological map of the Ordos Basin
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喷积岩是地球深部岩浆—热液流体脉动式喷流沉积的累积物，富含幔源热液矿物和岩浆微屑，发育微角砾、碎裂结构和同沉积变形构造等[5]。按物质来源、形成方式和结构构造特征，可将鄂尔多斯盆地长7油层组碳酸质喷积岩划分为三大类型：碳酸质喷爆岩，以岩浆喷发爆破形成的岩浆碎屑为特征；碳酸质喷溢岩，以发育岩浆溢流特征的矿物及结构构造为特征；碳酸质喷流岩，以“白烟囱型”矿物组合为特征[15]。
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喷爆岩指深源岩浆、热液物质流上涌进入湖（洋）底喷流通道，岩浆矿物爆炸和破碎形成的微粒晶质矿物碎屑被含热液流体的湖水（海水）所胶结而形成的纹层状微角砾沉积岩，常与喷溢岩或热水沉积岩伴生，具有正粒序，成分相对单一，碎屑常呈棱角状、爆裂状[5]。
鄂尔多斯盆地长73小层碳酸质喷爆岩主要呈纹层状顺层分布于油页岩或凝灰岩中，具有叠锥状隐晶质结构和半自形粒状结构特征，前者可能为一种特殊的碳酸质喷爆岩[15]。
在薄片上（样品JB4A），叠锥状隐晶质碳酸质喷爆岩与碳酸质喷溢岩共生，呈纹层状顺层分布，大量沥青质等有机质发育其间（图2a~g）。下部叠锥状隐晶质碳酸质喷爆岩呈正粒序，碳酸质碎屑呈棱角状、爆裂状（图2a~c）；中部喷溢为主的叠锥状隐晶质碳酸岩正粒序不明显，具有熔岩流动特征（图2a，d，e）；上部叠锥状隐晶质碳酸质喷爆岩呈正粒序，碳酸质碎屑呈撕裂状、爆裂状（图2a，f，g）[15]。
图 2 陕西省铜川市金锁关镇延长组长73小层碳酸质喷爆岩
Figure 2. Carbonatite explosive rock in Chang 73 submember of Yanchang Formation in Jinsuoguan town, Tongchuan city, Shaanxi province
半自形粒状结构碳酸质喷爆岩常与黑色沥青质等有机质共生，可见由方解石矿物组成的碳酸质喷爆岩呈纹层状顺层分布，方解石颗粒发育半自形—自形结构，呈棱角状、爆裂状（图2h~j），与新疆三塘湖盆地二叠系芦草沟组黑色岩系中发育的碳酸质喷爆岩一致[5]。
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喷溢岩是指岩浆在低压下沿喷流通道宁静式溢流进入湖（洋）底冷凝、结晶或气化后形成粉尘状颗粒（多具同沉积软变形构造）并与湖水混合沉积而成的岩石[5]。
鄂尔多斯盆地延长组长73小层野外露头剖面见顺层状分布于油页岩或凝灰岩中的椭球状碳酸岩透镜体（图3a，b），可能为同沉积期形成。碳酸岩透镜体呈灰褐色、褐灰色或褐黑色，为富含沥青质等有机质所致，底部为层状构造，向上变为块状构造（图3c）。薄片上，从底到上反映了碳酸岩熔岩的喷溢、结晶过程（图3d）：底部发育的灰褐色纹层状、流动状的隐晶质喷溢碳酸岩（图3d，e）与沥青质等有机质相间共生，向上喷溢碳酸岩厚度增加，流动特征越发不明显，结晶程度变高，沥青质等有机质减少（图3d，f）；中下部发育的浅灰褐色喷溢碳酸岩可见类似于“海相玄武岩熔岩流形成的枕状构造”，含较少沥青质等有机质（图3d，g，h）；上部灰褐色碳酸岩为它形镶嵌状结构，含少量沥青质等有机质（图3d，i，j）[15]。图3d中的下、中、上红框内岩性分别对应样品JB-7-1、JB-7-2和JB-7-3（含JB-7-3-1、JB-7-3-2）。
图 3 陕西省铜川市金锁关镇霸王庄延长组长73小层碳酸质喷溢岩
Figure 3. Carbonatite effusive rock in Chang 73 submember of Yanchang Formation in Bawangzhuang village, Jinsuoguan town, Tongchuan city, Shaanxi province
上述碳酸岩CaO和SiO2的质量分数分别为94.01%、3.89%，方解石体积百分含量大于90%，粒径主要介于100~400 μm，为典型的中粒相钙质碳酸岩[16]。
图3c中的上部红框与图3d中的上部红框内的岩性相似，为灰褐色喷溢碳酸岩（样品BK-1），但热水蚀变特征明显，总体反映碳酸岩溢流出湖底后与热水沉积伴生。样品BK-1为他形镶嵌结构的方解石碳酸岩（图4a~c），其内由岩浆淬火迅速冷却而结晶、顺解理破裂的方解石发育，方解石周围呈放射状（图4d~f），可能为热水蚀变所致。热水蚀变强烈时，方解石总体可具有球状特征（图4g~i）。方解石及其周围呈放射状部分的电子探针分析表明，矿物主要为方解石，其次为碱性长石（钾长石）、含镁方解石、磷灰石等碳酸岩中常见的矿物组合，可见重晶石、石英、伊利石等热水沉积矿物组合（图4j~l）[15]。重晶石直径介于几个微米到几十个微米，多呈不规则状，常呈单体或集合体状分布于方解石间、含镁方解石微碎屑内的溶孔间，或包绕含镁方解石微碎屑形成环边（图4k，l）。同时，碳酸岩中可见一定量的石英（图4k），而石英一般不与正常沉积的碳酸盐矿物共生[17]，在热水沉积中发育[18]。
图 4 陕西省铜川市金锁关镇霸王庄延长组长73小层碳酸质喷溢岩
Figure 4. Carbonatite effusive rock between Chang 73 submember of Yanchang Formation in Bawangzhuang village, Jinsuoguan town, Tongchuan city, Shaanxi province
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喷流岩是指以热液喷流为特征的“白烟囱型”和“黑烟囱型”热水沉积岩[5]，其中“白烟囱型”喷流岩主要表现为铁白云岩纹层、铁白云岩脉两种类型[15]，主要呈顺层状分布，常见其早成岩A期及之前的充填、交代产物，反映沉积物尚未完全固结的同沉积特征[19]。
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“白烟囱型”铁白云岩纹层为同沉积期产物，主要在油页岩中呈水平状或低角度斜层状顺层分布（图5a~c），大量发育可形成“铁白云岩脉”（图5d，对应样品ZH22-1624）。铁白云岩纹层为铁白云石微晶集合体构成，具有脉动性纹层结构（图5c,e，f）。
图 5 鄂尔多斯盆地延长组长73小层“白烟囱型”微晶铁白云岩纹层（碳酸质喷流岩）
Figure 5. Laminated “white smoke type” microcrystalline iron dolomite in carbonatite exhalative hydrothermal rock in Chang 73 submember of the Yanchang Formation, Ordos Basin
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铁白云岩脉一般呈近水平状顺层分布，为同沉积期产物（对应样品H269-2533）（图6a）。在热水喷口附近，铁白云岩脉底部常与高角度铁白云岩细脉相连（图6b，c），具有共生关系。铁白云岩脉中部常发育叠椎状结构（图6a，d，e），而边部常发育近垂直的板条状结构（图6a，d，f），可能为热液快速冷凝成因。叠椎状结构的铁白云岩脉（图6a，d，e）富含Sb、Mn等元素（图6g，h），反映热水沉积特征。与铁白云岩脉底部相连的高角度铁白云岩细脉常与黄铁矿细脉共生（图6c，i），后者发育于前者内（图6i~k），表明二者均为同沉积期产物，但黄铁矿脉形成稍晚于铁白云岩脉。同时，铁白云岩脉，特别是发生同沉积变形而破碎的铁白云岩脉内发育黄铁矿且交代铁白云石（图6c，i，l~r）。
图 6 鄂尔多斯盆地延长组长73小层“白烟囱型”铁白云岩脉（碳酸质喷流岩）
Figure 6. Veined “white smoke type” iron dolomite in carbonatite exhalative hydrothermal rock, Chang 73 submember, Yanchang Formation, Ordos Basin
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喷积岩的岩浆—热液活动萃取了海/湖相沉积物中的化学元素，导致其具有较复杂的地球化学特征[5]。
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鄂尔多斯盆地延长组长73小层碳酸质喷爆岩（JB4A）、喷溢岩（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1）在微量元素特征上与世界铁质、镁质、钙质碳酸岩相似，具有较高的不相容元素（Sr、Ba、Rb、U、Th、Nb、Sc、Ta、La、Ce等）和LREE元素、低的HREE元素和高LREE／HREE值的特征（表1，2、图7，8）[15]，而正常沉积的碳酸盐岩多不具备上述地球化学特征[23]。同时，碳酸质喷溢岩透镜体样品从底至顶（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1）热液改造作用增强，表现为不相容元素（除Sr）呈现明显的降低趋势（表1，2、图7，8），特别是顶部样品BK-1更加富集热水沉积中常见的Sr、Ba元素。
表 1 鄂尔多斯盆地延长组长73小层碳酸质喷积岩及其他相关碳酸岩、碳酸盐岩微量元素含量（×10-6）
Table 1.
Trace elements in carbonatite ESR, Chang 73 submember of Yanchang Formation, Ordos Basin, and related carbonatite and carbonate rocks (×10–6) 样品 岩性 Li Be Sc V Cr Co Ni Cu Zn Ga Ge Rb Sr Y Zr Nb Cs Ba Hf Ta Pb Th U 资料来源 JB4A 钙质 碳酸岩 20.07 0.62 6.12 38.58 9.78 6.84 13.58 34.48 83.60 9.36 0.65 88.64 94.31 30.27 206.67 9.86 2.66 608.13 5.40 0.84 16.09 13.79 25.6 本 研 究 JB-7-1 41.54 2.66 11.38 190.5 56.66 23.03 38.12 105.84 77.03 17.76 1.67 130.80 123.67 18.46 82.30 8.62 8.37 383.81 2.25 0.61 25.72 11.16 36.05 JB-7-2 4.34 0.69 2.65 27.19 7.78 5.02 10.18 17.48 7.18 2.62 0.35 17.82 1 746.69 11.69 17.07 1.47 1 214.88 0.42 0.09 3.95 1.97 21.39 JB-7-3-1 8.29 0.19 1.33 44.72 3.03 4.3 6.83 4.64 3.53 1.46 0.13 3.62 980.74 1.63 41.05 0.38 0.22 206.56 0.44 0.02 0.88 0.39 3.06 JB-7-3-2 7.54 0.19 1.23 42.36 3.52 6.2 7.16 4.98 3.59 1.52 0.13 4.58 863.69 1.57 43.2 0.43 0.28 213.56 0.46 0.03 1.01 0.46 2.61 BK-1 1.49 0.18 1.16 10.99 5.84 3.25 8.56 7.2 2.67 1 0.09 5.06 2 642.89 1.52 7.44 0.48 0.25 2 357.95 0.17 0.03 1.13 0.50 3.48 ZH22-1624 微晶铁 白云石 14.42 1.26 11.81 42.63 14.54 7.77 7.83 7.79 63.32 10.50 0.75 34.81 771.82 14.19 37.69 2.35 1.17 547.66 1.86 0.53 29.54 9.21 4.90 H269-2533 铁白 云石脉 54.17 3.41 17.82 149.38 78.71 28.76 42.62 70.83 87.76 22.83 1.59 137.74 376.82 48.46 126.49 13.02 9.91 481.98 3.42 0.98 32.85 16.96 11.99 钙质碳酸岩 — — 7 80 13 11 18 24 188 — — 14 — 119 189 1 204 — — — — 56 52 8.70 文献[20] 镁质碳酸岩 — — 14 89 55 17 33 27 251 — — 31 — 61 165 569 — — — — 89 93 13 铁质碳酸岩 — — 10 191 62 26 26 16 606 — — / — 204 127 1 292 — — — — 217 276 7.2 沉积石灰岩 — — 1 20 11 0.1 20 4 20 — — 3 — 30 19 0.3 — — — — 9 1.7 2.2 表 2 鄂尔多斯盆地延长组长73小层碳酸质喷积岩及其他相关碳酸岩、碳酸盐岩稀土元素含量（×10-6）
Table 2.
Rare earth elements (REE) in carbonatite ESR in Chang 73 submember of Yanchang Formation, Ordos Basin, and related carbonatite and carbonate rocks (×10–6) 样品 岩性 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu HREE LREE 资料来源 JB4A 钙质碳酸岩 37.75 77.60 8.80 32.87 6.42 1 5.81 0.88 5.26 1.06 3.13 0.47 3.12 0.46 20.19 164.45 本 研 究 JB-7-1 31.95 61.12 6.78 25.92 4.91 0.97 4.29 0.61 3.50 0.68 1.93 0.28 1.82 0.26 13.37 131.65 JB-7-2 5.89 11.49 1.46 6.32 1.55 0.37 1.86 0.29 1.83 0.38 1.06 0.14 0.90 0.13 6.58 27.08 JB-7-3-1 1.11 2.12 0.26 1.03 0.22 0.06 0.22 0.03 0.22 0.05 0.15 0.02 0.17 0.03 0.90 4.80 JB-7-3-2 1.28 2.48 0.30 1.17 0.23 0.06 0.24 0.03 0.21 0.05 0.15 0.02 0.16 0.03 0.90 5.54 BK-1 1.49 2.65 0.32 1.26 0.26 0.24 0.30 0.04 0.21 0.05 0.14 0.02 0.15 0.02 0.93 6.23 ZH22-1624 微晶铁白云石 25.39 49.02 5.53 21.05 4.66 1.07 3.65 0.46 2.31 0.42 1.18 0.17 1.09 0.17 9.44 106.72 H269-2533 铁白云石脉 57.42 109.42 13.62 48.58 9.16 1.99 8.72 1.22 7.17 1.46 4.26 0.60 3.87 0.57 27.88 240.19 QS1 镁质碳酸岩 45.50 98.5 13.50 50.5 11.2 3.25 8.65 1.25 4.50 0.85 1.85 0.25 1.35 0.35 19.05 222.45 据 文 献 [21] QS2 镁质碳酸岩 43.50 96.5 12.50 49.8 11.5 3.2 7.95 1.05 4 0.78 1.82 0.20 1.18 0.26 17.24 217 QS3 白云岩 4.26 8.08 1.11 4.01 0.79 0.16 0.72 0.11 0.61 0.12 0.33 0.06 0.37 0.05 2.37 18.41 QS4 白云岩 4.59 7.82 1.05 3.98 0.75 0.15 0.70 0.08 0.55 0.10 0.32 0.05 0.30 0.05 2.15 18.34 钙质碳酸岩 608 1 687 — 883 130 39 105 9 — — — — 5 — — — 据 文 献 [20] 镁质碳酸岩 764 2 183 — 634 45 12 / 4.50 — — — — 9.50 — — — 铁质碳酸岩 2 666 5125 — 1 618 128 34 130 16 — — — — 15.50 — — — 沉积石灰岩 4.50 11.5 — 4.70 1.3 0.20 1.30 0.20 — — — — 0.50 — — — 
在微量元素沉积石灰岩标准化配分图上，“白烟囱型”喷流岩铁白云岩纹层样品ZH22-1624与碳酸质喷溢岩样品JB-7-1、JB-7-2相似，而铁白云岩脉样品H269-2533与碳酸质喷爆岩（JB4A）、喷溢岩（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1）样品相似，特别是样品BK-1（表1、图7）。因此，此类“白烟囱型”喷流岩与碳酸岩及其相关的热水沉积具有相关性。
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从碳酸质喷爆岩（JB4A）到碳酸质喷溢岩（从底到顶，如JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1），特别是碳酸质喷溢岩从底到顶受热水改造作用越发明显，表现为ΣREE、HREE、Eu负异常程度降低（表2、图8），如碳酸质喷溢岩顶部（样品BK-1）具有典型的热水沉积地球化学特征，表现为轻/重稀土元素分异、Eu正异常。
在稀土元素球粒陨石标准化配分图上，“白烟囱型”喷流岩样品ZH22-1624与碳酸质喷溢岩样品JB-7-3-1、JB-7-3-2相似，而样品H269-2533与碳酸质喷爆岩（JB4A）、喷溢岩（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2）相似（图8），这也反映此类“白烟囱型”喷流岩与碳酸岩及其相关的热水沉积具有相关性。
同时，在稀土元素球粒陨石标准化配分图上，世界铁质、镁质碳酸岩与研究区碳酸质喷爆岩（JB4A）、喷溢岩（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1）相似，反映幔源岩浆成因特征（图8）。最近，有研究者发现位于鄂尔多斯盆地内部铜川市金锁关镇霸王庄西部的庆深1井蓟县系白云岩中发育的镁质碳酸岩岩脉锆石年龄为240 Ma[21]，与长73小层底部凝灰岩形成年龄相当[24]。庆深1井蓟县系白云岩中的镁质碳酸岩侵入岩脉（样品QS1、QS2）与世界钙质碳酸岩较为相似，而紧临侵入镁质碳酸岩脉的白云岩围岩（样品QS3、QS4）可能受到热水作用的改造，与碳酸质喷爆岩（JB4A）、喷溢岩（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2）相似（表2、图8），表明碳酸质喷爆岩（JB4A）、喷溢岩（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2）的成因可能与蓟县系约240 Ma发育的镁质碳酸岩及其白云岩围岩有相关性[15]。
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LgU-LgTh关系图解中（图9），靠近东太平洋中脊热水沉积范围样品为JB4A、JB-7-1，位于东太平洋中脊热水沉积范围内样品为JB-7-2，石化的热水沉积范围内样品为JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1；不同沉积物Zr-Cr关系图解中（图10），样品JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2、BK-1、ZH22-1624整体呈现出向热液含金属沉积物趋势线集中的趋势；不同沉积物Zn-Ni-Co关系图解中（图11），“白烟囱型”喷流岩样品H269-2533与JB-7-1、JB-7-2靠近或位于海底热水沉积范围内[15]。上述特征，总体显示出从碳酸质喷爆岩（JB4A）到碳酸质喷溢岩（JB-7-1、JB-7-2、JB-7-3-1、JB-7-3-2）受热液改造作用增强的特征。
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前人研究表明，鄂尔多斯盆地延长组长73小层“白烟囱型”喷流岩样品（微晶铁白云岩纹层）全岩微量元素富集Mn（1 338 μg/g）、Cu（366 μg/g）等元素，且Sr、U、V、Mo等元素正异常，显示热水沉积特征[12]。同时，上述微晶铁白云岩纹层内的单矿物原位δ 13CV-PDB值、δ 18OV-PDB值分别为3.03‰、-16.41‰，2.88‰、-16.70‰[12]，根据δ 18OV-SMOW=1.030 91δ 18OV-PDB+30.01[28]，δ 18OV-SMOW值分别为13.10‰、12.79‰，位于南非火成岩碳酸岩范围内，显示火成碳酸岩特征（图12）；或临近碳酸岩分布区，位于2.0 Ga石灰石范围内，显示石灰石和碳酸岩过渡特征（图13）。
图 12 鄂尔多斯盆地延长组长73小层微晶铁白云岩纹层δ 13CV⁃PDB⁃δ 18OV⁃SMOW关系图（底图中，原生碳酸岩数据据文献[29]，南非火成碳酸岩数据据文献[30]，淡水碳酸盐和海相碳酸盐数据据文献[31]）
Figure 12. Relationships between δ 18CV⁃PDB and δ 18OV⁃SMOW in laminated microcrystalline iron dolomite, Chang 73 submember of Yanchang Formation, Ordos Basin (in base map, carbonatite data from reference[29]; southern African carbonatite data from reference[30]; freshwater and marine carbonate data from reference[31])
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岩石学、矿物学及地球化学特征研究表明，鄂尔多斯盆地延长组长7油层组黑色岩系沉积期可能发育一套深源碳酸质喷积岩（即碳酸质岩浆—热液喷流型沉积岩），对其油页岩等烃源岩生烃研究具有重要的理论和实际意义。
热液活动可以提高沉积物中有机物质的含量[33]，利于烃源岩的发育。鄂尔多斯盆地三叠系延长组长73小层黑色岩系也具有该特征，其油页岩等烃源岩Al/（Al+Fe+Mn）比值与总有机碳（TOC）含量具有良好的正相关性，表明烃源岩形成期热液活动强度越大，有机质丰度越高[11]。郑庆华[15]通过大量的岩石薄片观察也发现长73小层黑色岩系烃源岩主要生烃母质（似胶磷矿质藻、似碳酸质球形藻等）丰度、总有机碳（TOC）含量与碳酸质的喷爆岩、喷流岩等喷积岩的发育程度最具正相关性，主要表现为以下特征：总有机碳（TOC）含量相对较高的油页岩中常发育大量似胶磷矿质藻，其间发育呈棱角状，破裂状的碳酸质喷爆岩碎屑（图14a，b）；水平状分布的铁白云岩脉（喷流岩）（图6a）内发育大量似胶磷矿质藻（图14c~e）；呈顺层状分布于油页岩中的椭球状碳酸岩透镜体（图3c）之下，见同沉积褶皱的玻屑晶屑凝灰岩层轴部（图14f）或呈顺层水平状分布的玻屑晶屑凝灰岩层中部均发育众多热水喷口（图14g），喷口处可能发育大量热水成因的白云石和水铵长石[34]（图14h~k），且与热水喷口相连处发育大量似球形碳酸质藻（图14h，i,l，m），反映热水喷口形成于同沉积期，可能早于凝灰岩层发生同沉积变形构造的时间。同时，碳酸质的喷爆岩、喷溢岩、喷流岩等喷积岩大量发育的霸王庄延长组长73小层黑色岩系中，可见较多顺层分布的脉状沥青（图15a，b）或纹层状沥青（图15c），可能为碳酸质喷积岩所携带的大量热量导致，具有同沉积期生烃特征。
图 14 鄂尔多斯盆地延长组长73小层碳酸质喷积岩与生烃母质的关系
Figure 14. Relationship between carbonatite ESR and hydrocarbon⁃generating materials, Chang 73 submember of Yanchang Formation, Ordos Basin
图 15 陕西省铜川市金锁关镇霸王庄延长组长73小层顺层分布的脉状或纹层状沥青
Figure 15. Veined and laminated bituminous material, mainly growing along the layer, in Chang 73 submember of Yanchang Formation, Bawangzhuang village, Jinsuoguan town, Tongchuan city, Shaanxi province
总之，鄂尔多斯盆地延长组长7油层组黑色岩系中碳酸质喷积岩的发现，可能将使其烃源岩的形成因素不再局限于半深湖—深湖的沉积环境以及火山喷发活动的影响等认识，成藏因素也不再局限于正藏埋藏成藏认识，将会涉及鄂尔多斯盆地构造属性、喷积岩的发育特征及其与烃源岩生烃关系的探讨，这对延长组长7油层组黑色岩系烃源岩生烃研究具有重要的理论和实际意义。
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（1） 鄂尔多斯盆地延长组长73小层黑色岩系中发育以深源碎屑和热液流体为物质组成的碳酸质喷积岩，可系统地划分为碳酸质喷爆岩、碳酸质喷溢岩以及“白烟囱型”矿物组合为特征的碳酸质喷流岩，它们主要呈纹层状或脉状等顺层分布于油页岩或凝灰岩中。
（2） 碳酸质喷爆岩主要为方解石等碳酸质岩浆矿物爆炸和破碎形成，发育叠锥状隐晶质结构和半自形粒状结构，碎屑颗粒多呈大小不一、形态各异的棱角状、撕裂状、破裂状，其间普遍发育沥青质，具有明显的正粒序。碳酸质喷溢岩主要为碳酸质岩浆溢流形成，具有岩浆流动特征，由底到顶由层状、块状变化，反映了碳酸岩喷溢、结晶的过程。碳酸质喷流岩以铁白云石等“白烟囱型”矿物组合为特征，主要发育铁白云岩纹层、铁白云岩脉两种类型。从碳酸质喷爆岩、碳酸质喷溢岩到碳酸质喷流岩，其微量元素、稀土元素等地球化学特征不但具有碳酸岩和热水沉积岩的双重性，而且具有由碳酸岩向热水沉积岩的过渡性。
（3） 碳酸质喷积岩的提出对鄂尔多斯盆地晚三叠世延长组长7油层组黑色岩系的生烃研究具有重要的理论和实际意义，然而有关其岩石学、矿物学、地球化学特征以及与生烃母质关系的研究仍较为薄弱，有待于后期进一步深入。
A Preliminary Study of Carbonatite Magmatic-hydrothermal Exhalative Sedimentary Rock of the Chang 7 Member, Yanchang Formation, Ordos Basin
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摘要:
鄂尔多斯盆地延长组长7油层组黑色岩系中首次发现主要呈纹层状、脉状等顺层分布于油页岩或凝灰岩中的碳酸质岩浆—热液喷流型沉积岩（简称喷积岩），具有重要的研究价值。通过野外露头和钻井取心观察，薄片鉴定，扫描电镜、电子探针、全岩元素分析等测试方法，对上述碳酸质喷积岩的岩石学、矿物学、地球化学以及与生烃母质关系特征进行了初探。结果显示，按物质来源、形成方式和结构构造可将长7油层组碳酸质喷积岩划分为碳酸质喷爆岩、碳酸质喷溢岩、碳酸质喷流岩三大类型，三者主量元素、微量元素、稀土元素等地球化学特征具有岩浆碳酸岩和热水沉积岩的双重特征，且与生烃母质的发育具有正相关性。因此，碳酸质喷积岩在鄂尔多斯盆地延长组长7油层组黑色岩系沉积期发育，且对长7油层组生烃研究具有重要的理论和实际意义。 Abstract:Carbonatite magmatic⁃hydrothermal exhalative sedimentary rock （ESR） was first discovered in the oil shale or tuff in the black rock series of the Chang 7 member of the Yanchang Formation， Ordos Basin. It is mainly characterized by its growth along the layering of the laminated and veined structure. For the obviously important research value of this discovery， the carbonatite ESR was initially subjected to petrological， mineralogical， and geochemical analysis， and its relationship with hydrocarbon-generation materials was examined in field outcrop sections and drill cores， thin sections， scanning electron microscope （SEM） analysis， electron probe microanalysis， whole-rock element analysis， and other methods. These studies categorized the carbonatite rock material source， formation mode， texture and structure， into three types： explosive， effusive and exhalative-hydrothermal rock. All three types contain the major elements， trace elements and rare earth elements （REE） of carbonatite and hydrothermal sedimentary rock. They exhibit significant positive correlation with hydrocarbon-generation materials， and are of considerable theoretical and practical significance for further investigation of hydrocarbon potential in the area. -
图 2 陕西省铜川市金锁关镇延长组长73小层碳酸质喷爆岩
（a）霸王庄黑色油页岩中碳酸质喷溢岩和喷爆岩，JB4A；（b）为（a）的下部红框内的单偏光特征，可见碳酸质碎屑呈棱角状、破裂状（-）；（c）为（b）的正交偏光下插入石膏试板特征（+、石膏试板）；（d）为（a）的中部红框内的喷溢碳酸岩的单偏光特征（-）；（e）为（d）的正交偏光下插入石膏试板特征（+、石膏试板）；（f）为（a）的上部红框内的单偏光特征，可见碳酸质碎屑呈撕裂状、破裂状（-）；（g）为（f）的正交偏光下插入石膏试板特征（+、石膏试板）；（h）单偏光下，淌泥河尘凝灰岩中由方解石组成的碳酸质喷爆岩纹层特征（-）；（i）为（h）的正交偏光下插入石膏试板特征（+、石膏试板）；（j）为（h）中放大的方解石颗粒呈棱角状、破裂状（-）
Figure 2. Carbonatite explosive rock in Chang 73 submember of Yanchang Formation in Jinsuoguan town, Tongchuan city, Shaanxi province
图 3 陕西省铜川市金锁关镇霸王庄延长组长73小层碳酸质喷溢岩
（a）碳酸岩透镜体顺层分布于细砂级晶屑凝灰岩中；（b）碳酸岩透镜体呈椭球状；（c）碳酸岩透镜体底部的层状构造；（d）为（c）下部红框内的普通薄片特征；（e）为（d）下部红框内底部的单偏光特征（-）；（f）为（d）下部红框内顶部的单偏光特征（-）；（g）为（d）中部红框内的单偏光特征（-）；（h）为（g）的正交偏光下插入石膏试板特征（+、石膏试板）；（i）为（d）上部红框内的单偏光特征（-）；（j）为（i）的正交偏光下插入石膏试板特征（+、石膏试板）
Figure 3. Carbonatite effusive rock in Chang 73 submember of Yanchang Formation in Bawangzhuang village, Jinsuoguan town, Tongchuan city, Shaanxi province
图 4 陕西省铜川市金锁关镇霸王庄延长组长73小层碳酸质喷溢岩
（a）图3c中上部红框内的他形镶嵌结构碳酸岩的单偏光特征，BK-1（-）；（b）为（a）的正交偏光下特征（+）；（c）为（a）的正交偏光下插入石膏试板特征（+、石膏试板）；（d）为（a）中方解石颗粒周缘被蚀变为放射状的单偏光特征（-）；（e）为（d）的正交偏光下特征（+）；（f）为（d）的正交偏光下插入石膏试板特征（+、石膏试板）；（g）为（a）中方解石颗粒周缘被蚀变为球形的单偏光特征（-）；（h）为（g）的正交偏光下特征（+）；（i）为（g）的正交偏光下插入石膏试板特征（+、石膏试板）；（j）为（a）的电子探针背散射下方解石呈球形放射状；（k）为（a）的电子探针背散射下方解石周围呈放射状，其间发育重晶石、磷灰石、含镁方解石、钾长石和伊利石等；（l）为（a）的电子探针背散射下大量方解石周围呈放射状，颗粒间发育重晶石、含镁方解石
Figure 4. Carbonatite effusive rock between Chang 73 submember of Yanchang Formation in Bawangzhuang village, Jinsuoguan town, Tongchuan city, Shaanxi province
图 5 鄂尔多斯盆地延长组长73小层“白烟囱型”微晶铁白云岩纹层（碳酸质喷流岩）
（a）B36井，2 002.15 m，近水平状顺层分布的铁白云岩纹层；（b）B522井，1 943.44 m，近水平状和斜层状分布的铁白云岩纹层；（c）陕西省铜川市金锁关镇霸王庄近水平状铁白云岩纹层；（d）ZH22井，1 624.65 m，大量铁白云岩纹层形成似水平状铁白云岩脉，Z22-1624；（e）为（c）中铁白云岩纹层发育反映同沉积特征的构造（+、石膏）；（f）为（c）中铁白云岩微晶组成的脉动性纹层结构（+、石膏）
Figure 5. Laminated “white smoke type” microcrystalline iron dolomite in carbonatite exhalative hydrothermal rock in Chang 73 submember of the Yanchang Formation, Ordos Basin
图 6 鄂尔多斯盆地延长组长73小层“白烟囱型”铁白云岩脉（碳酸质喷流岩）
（a）H269井，2 533.10 m，水平状分布的铁白云岩脉；（b）Y56井，3 065.00 m，铁白云岩脉及其底部的铁白云岩细脉；（c）ZH22井，1 624.40 m，铁白云岩脉及其底部的铁白云岩和黄铁矿细脉；（d）为（a）中红框中的铁白云岩脉薄片；（e）为（d）中上部红框中水平状分布且具叠椎状结构的铁白云岩的正交偏光下插入石膏试板特征（+、石膏）；（f）为（d）中下部红框中铁白云岩脉的正交偏光下插入石膏试板特征（+、石膏）；（g）为（e）中叠椎状结构的铁白云岩脉的扫描电镜特征；（h）为（g）中具叠椎状结构的白云岩的扫描电镜能谱分析特征；（i）G135井，1 837.40 m，铁白云岩脉形成水平状分布、叠椎状结构的铁白云岩脉，内发育热液黄铁矿脉，两者为共生关系（右侧为顶）；（j）为（i）中左侧红框中正交偏光下插入石膏试板特征（+、石膏）；（k）为（j）的单偏光下反射光特征，反映隐晶质热液铁白云岩脉内部发育热液黄铁矿脉，后者形成稍晚于前者，两者为共生关系（-、反）；（l）为（i）中右侧红框中正交偏光下插入石膏试板特征，见水平状、叠椎状结构的铁白云岩脉及其脉附近热液白云岩交代围岩碎屑颗粒，其内发育热液黄铁矿沉积（+、石膏）；（m）为（l）的单偏光下反射光特征（-、反）；（n）G135井，1 824.65 m，原水平状、叠椎状结构的铁白云岩脉发生强烈的同沉积变形构造而破碎，并被黄铁矿充填并交代（右侧为顶）；（o）为（n）中红框内正交偏光下插入石膏试板特征（+、石膏）；（p）为（o）的单偏光下反射光特征，反映（n）中原水平状、叠椎状结构的铁白云岩脉破碎，其间充填黄铁矿（-、反）；（q）为（o）中红框内正交偏光下插入石膏试板特征（+、石膏）；（r）为（q）的单偏光下反射光特征，反映破碎的铁白云岩脉，被黄铁矿所包绕并交代（-、反）
Figure 6. Veined “white smoke type” iron dolomite in carbonatite exhalative hydrothermal rock, Chang 73 submember, Yanchang Formation, Ordos Basin
图 12 鄂尔多斯盆地延长组长73小层微晶铁白云岩纹层δ 13CV⁃PDB⁃δ 18OV⁃SMOW关系图（底图中，原生碳酸岩数据据文献[29]，南非火成碳酸岩数据据文献[30]，淡水碳酸盐和海相碳酸盐数据据文献[31]）
Figure 12. Relationships between δ 18CV⁃PDB and δ 18OV⁃SMOW in laminated microcrystalline iron dolomite, Chang 73 submember of Yanchang Formation, Ordos Basin (in base map, carbonatite data from reference[29]; southern African carbonatite data from reference[30]; freshwater and marine carbonate data from reference[31])
图 14 鄂尔多斯盆地延长组长73小层碳酸质喷积岩与生烃母质的关系
（a）淌泥河油页岩中大量似胶磷矿质藻间发育碳酸质喷爆岩；（b）为（a）中红框内的正交偏光下插入石膏试板特征，可见碳酸质喷爆岩碎屑呈棱角状、破裂状（+、石膏）；（c）H269井，2 533.10 m，铁白云岩脉薄片；（d）为（c）中红框内的单偏光特征，大部分生烃母质被黑色石油覆盖（-）；（e）为（d）的单偏光下反射光特征，可见大量似胶磷矿质藻（-、反）；（f）霸王庄油页岩中发育同沉积褶皱的玻屑晶屑凝灰岩层轴部发育众多热水喷口构造；（g）霸王庄延长组长73小层油页岩中顺层水平状分布的玻屑晶屑凝灰岩层（紧邻图3c碳酸质结核之下）中部发育众多热水喷口构造；（h）为（g）中红框内的样品切割面特征；（i）为（h）中红框内的薄片；（j）为（i）中左侧红框内的正交偏光下插入石膏试板特征（+、石膏）；（k）为（j）中红框内的电子探针背散射特征，热水喷口附近可见大量白云石、水铵长石沉积，为典型的热水沉积（+、石膏）；（l）为（i）中右侧红框内的正交偏光下插入石膏试板特征，与（i）中热水喷口相连处发育大量似球形碳酸质藻（+、石膏）；（m）为（l）中红框内的红框内的正交偏光下插入石膏试板特征，大量似球形碳酸质藻（+、石膏）
Figure 14. Relationship between carbonatite ESR and hydrocarbon⁃generating materials, Chang 73 submember of Yanchang Formation, Ordos Basin
图 15 陕西省铜川市金锁关镇霸王庄延长组长73小层顺层分布的脉状或纹层状沥青
（a）油页岩中顺层分布脉状沥青（粉红色框内）；（b）为（a）中红框内放大的顺层分布脉状沥青（粉红色框内）；（c）油页岩中顺层分布纹层状沥青（粉红色框内）
Figure 15. Veined and laminated bituminous material, mainly growing along the layer, in Chang 73 submember of Yanchang Formation, Bawangzhuang village, Jinsuoguan town, Tongchuan city, Shaanxi province
表 1 鄂尔多斯盆地延长组长73小层碳酸质喷积岩及其他相关碳酸岩、碳酸盐岩微量元素含量（×10-6）
注： 由西北大学大陆动力学国家重点实验室刘晔测试，溶液法，仪器型号ELAN6100DRC等离子质谱仪。Table 1.
Trace elements in carbonatite ESR, Chang 73 submember of Yanchang Formation, Ordos Basin, and related carbonatite and carbonate rocks (×10–6) 样品 岩性 Li Be Sc V Cr Co Ni Cu Zn Ga Ge Rb Sr Y Zr Nb Cs Ba Hf Ta Pb Th U 资料来源 JB4A 钙质 碳酸岩 20.07 0.62 6.12 38.58 9.78 6.84 13.58 34.48 83.60 9.36 0.65 88.64 94.31 30.27 206.67 9.86 2.66 608.13 5.40 0.84 16.09 13.79 25.6 本 研 究 JB-7-1 41.54 2.66 11.38 190.5 56.66 23.03 38.12 105.84 77.03 17.76 1.67 130.80 123.67 18.46 82.30 8.62 8.37 383.81 2.25 0.61 25.72 11.16 36.05 JB-7-2 4.34 0.69 2.65 27.19 7.78 5.02 10.18 17.48 7.18 2.62 0.35 17.82 1 746.69 11.69 17.07 1.47 1 214.88 0.42 0.09 3.95 1.97 21.39 JB-7-3-1 8.29 0.19 1.33 44.72 3.03 4.3 6.83 4.64 3.53 1.46 0.13 3.62 980.74 1.63 41.05 0.38 0.22 206.56 0.44 0.02 0.88 0.39 3.06 JB-7-3-2 7.54 0.19 1.23 42.36 3.52 6.2 7.16 4.98 3.59 1.52 0.13 4.58 863.69 1.57 43.2 0.43 0.28 213.56 0.46 0.03 1.01 0.46 2.61 BK-1 1.49 0.18 1.16 10.99 5.84 3.25 8.56 7.2 2.67 1 0.09 5.06 2 642.89 1.52 7.44 0.48 0.25 2 357.95 0.17 0.03 1.13 0.50 3.48 ZH22-1624 微晶铁 白云石 14.42 1.26 11.81 42.63 14.54 7.77 7.83 7.79 63.32 10.50 0.75 34.81 771.82 14.19 37.69 2.35 1.17 547.66 1.86 0.53 29.54 9.21 4.90 H269-2533 铁白 云石脉 54.17 3.41 17.82 149.38 78.71 28.76 42.62 70.83 87.76 22.83 1.59 137.74 376.82 48.46 126.49 13.02 9.91 481.98 3.42 0.98 32.85 16.96 11.99 钙质碳酸岩 — — 7 80 13 11 18 24 188 — — 14 — 119 189 1 204 — — — — 56 52 8.70 文献[20] 镁质碳酸岩 — — 14 89 55 17 33 27 251 — — 31 — 61 165 569 — — — — 89 93 13 铁质碳酸岩 — — 10 191 62 26 26 16 606 — — / — 204 127 1 292 — — — — 217 276 7.2 沉积石灰岩 — — 1 20 11 0.1 20 4 20 — — 3 — 30 19 0.3 — — — — 9 1.7 2.2 
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表 2 鄂尔多斯盆地延长组长73小层碳酸质喷积岩及其他相关碳酸岩、碳酸盐岩稀土元素含量（×10-6）
注： 由西北大学大陆动力学国家重点实验室刘晔测试，溶液法，仪器型号ELAN6100DRC等离子质谱仪。Table 2.
Rare earth elements (REE) in carbonatite ESR in Chang 73 submember of Yanchang Formation, Ordos Basin, and related carbonatite and carbonate rocks (×10–6) 样品 岩性 La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu HREE LREE 资料来源 JB4A 钙质碳酸岩 37.75 77.60 8.80 32.87 6.42 1 5.81 0.88 5.26 1.06 3.13 0.47 3.12 0.46 20.19 164.45 本 研 究 JB-7-1 31.95 61.12 6.78 25.92 4.91 0.97 4.29 0.61 3.50 0.68 1.93 0.28 1.82 0.26 13.37 131.65 JB-7-2 5.89 11.49 1.46 6.32 1.55 0.37 1.86 0.29 1.83 0.38 1.06 0.14 0.90 0.13 6.58 27.08 JB-7-3-1 1.11 2.12 0.26 1.03 0.22 0.06 0.22 0.03 0.22 0.05 0.15 0.02 0.17 0.03 0.90 4.80 JB-7-3-2 1.28 2.48 0.30 1.17 0.23 0.06 0.24 0.03 0.21 0.05 0.15 0.02 0.16 0.03 0.90 5.54 BK-1 1.49 2.65 0.32 1.26 0.26 0.24 0.30 0.04 0.21 0.05 0.14 0.02 0.15 0.02 0.93 6.23 ZH22-1624 微晶铁白云石 25.39 49.02 5.53 21.05 4.66 1.07 3.65 0.46 2.31 0.42 1.18 0.17 1.09 0.17 9.44 106.72 H269-2533 铁白云石脉 57.42 109.42 13.62 48.58 9.16 1.99 8.72 1.22 7.17 1.46 4.26 0.60 3.87 0.57 27.88 240.19 QS1 镁质碳酸岩 45.50 98.5 13.50 50.5 11.2 3.25 8.65 1.25 4.50 0.85 1.85 0.25 1.35 0.35 19.05 222.45 据 文 献 [21] QS2 镁质碳酸岩 43.50 96.5 12.50 49.8 11.5 3.2 7.95 1.05 4 0.78 1.82 0.20 1.18 0.26 17.24 217 QS3 白云岩 4.26 8.08 1.11 4.01 0.79 0.16 0.72 0.11 0.61 0.12 0.33 0.06 0.37 0.05 2.37 18.41 QS4 白云岩 4.59 7.82 1.05 3.98 0.75 0.15 0.70 0.08 0.55 0.10 0.32 0.05 0.30 0.05 2.15 18.34 钙质碳酸岩 608 1 687 — 883 130 39 105 9 — — — — 5 — — — 据 文 献 [20] 镁质碳酸岩 764 2 183 — 634 45 12 / 4.50 — — — — 9.50 — — — 铁质碳酸岩 2 666 5125 — 1 618 128 34 130 16 — — — — 15.50 — — — 沉积石灰岩 4.50 11.5 — 4.70 1.3 0.20 1.30 0.20 — — — — 0.50 — — —
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