伊朗扎格罗斯盆地三叠纪卡内赫卡特（Khaneh Kat）地层中重结晶白云岩的岩石保存性评价标准研究

《Sedimentary Geology》：Evaluation of petrological preservation criteria in recrystallized dolomites of the triassic Khaneh Kat formation, Zagros Basin, Iran

　　• 尽管发生了重结晶，但保留原始沉积结构和仿生结构的纹理可能仍然存在
• 较低的Mn/Sr比值以及类海的Sr和Na含量可能与沉积结构的保存情况一致
• 尽管经历了埋藏作用，δ18O测温仍能提供近地表温度信息
• 同位素聚集现象表明，在埋藏过程中基质经历了75–112°C的重结晶
• δ18O含量降低、氯元素分布均匀以及接近化学计量的白云石成分都支持重结晶的发生

**引言**
白云石[CaMg(CO?)?]是沉积记录中常见的碳酸盐矿物，不仅是研究古代环境的重要资料，也是一种具有经济价值的储层岩石、含水层、矿床宿主和工业矿物（Warren, 2000; Machel, 2004; Gregg et al., 2015）。然而，其形成机制一直是沉积地质学中长期未解决的一大问题。尽管在地质记录中白云石非常丰富，但在现代环境中却较为罕见，并且在地球表面条件下也难以合成（Land, 1980, 1985; Warren, 2000; Gregg et al., 2015; Kaczmarek et al., 2017）。古代白云石与现代环境中其稀缺性的对比构成了经典的“白云石问题”（Van Tuyl, 1916; Land, 1980, 1985; Warren, 2000; Machel, 2004）。

大多数显生宙时期的白云石被认为是通过CaCO?前体的成岩转化（白云石化）形成的，岩石学证据表明许多白云石形成于接近地表的环境中。已经提出了多种理论模型来解释白云石化过程，包括高盐度回流、近乎正常盐度的海水、混合的陨石-海水流体以及微生物作用（Land, 1985; Hardie, 1987; Machel, 2004）。评估这些模型需要了解转化的时间、白云石化流体的来源以及白云石形成的物理化学条件。这些解释通常依赖于古代白云石中保存的岩石学、矿物学、元素学和同位素信息。

一个主要的复杂性在于，白云石在初次形成后可能通过稳定化和重结晶继续演变，从而在不同程度上改变这些原始特征（Land, 1985; Gregg et al., 1992; Kupecz et al., 1993; Malone et al., 1996; Machel, 1997; Reinhold, 1998; Kaczmarek and Sibley, 2014; Manche and Kaczmarek, 2021; Ryan et al., 2022; Zhang et al., 2026; Levenson et al., 2026）。因此，古代白云石可能保留了多个流体-岩石相互作用阶段的复合记录，而不仅仅是一个单一白云石化事件的条件（Kupecz et al., 1993; Kupecz and Land, 1994）。区分最初白云石化事件的特征与随后埋藏过程中修改或获得的特征对于重建古代白云石的起源和成岩历史至关重要。

为了评估早期成岩信息的保存情况，碳酸盐研究通常依赖于一系列岩石学、矿物学和地球化学检测方法。岩石学方法包括沉积结构的保存、白云石晶体结构的观察以及替代或重结晶的迹象（Gregg and Sibley, 1984; Sibley and Gregg, 1987; Zempolich and Baker, 1993）。例如，仿生白云石结构常被解释为早期替代作用和原始沉积或早期成岩特征保存的证据，也可能是关于白云石化初始条件的信息（Kaldi and Gidman, 1982; Tucker, 1983; Bullen and Sibley, 1984; Zempolich and Baker, 1993; Machel, 2004; Corsetti et al., 2006）。阴极发光技术有助于区分不同时代的碳酸盐矿物并评估替代和胶结过程（Machel, 1985; Kupecz et al., 1993）。微量元素浓度（如Sr、Na、Mn和Fe）及其比值（如Mn/Sr）被广泛用于评估成岩变化和流体-岩石相互作用（Brand and Veizer, 1980; Banner and Hanson, 1990; Kupecz et al., 1993）。碳和氧同位素组成及其相关性为保存和改变提供了额外的线索（Brand and Veizer, 1981; Banner and Hanson, 1990; Kaufman and Knoll, 1995），而白云石的化学计量比和阳离子排序则提供了稳定化和重结晶的矿物学指标（Kupecz et al., 1993; Malone et al., 1996; Kaczmarek and Sibley, 2011, Kaczmarek and Sibley, 2014; Manche and Kaczmarek, 2021）。这些方法共同构成了评估古代白云石中早期成岩信息保存情况的常规多指标框架。

然而，这些代用指标的解释受到它们对成岩作用敏感度不同以及可能在重结晶过程中不同步演变的影响（Brand and Veizer, 1980, 1981; Banner and Hanson, 1990; Kupecz et al., 1993; Lu et al., 2024）。虽然岩石学结构常用于推断白云石的形成条件（Sibley and Gregg, 1987），但它们可能并非具有唯一性，最近的研究表明，在比传统假设更广泛的成岩条件下也可以形成类似的结构（Huang et al., 2014; Rose, 2021; Ryan et al., 2023; Zhang et al., 2025）。微量元素组成可能在溶解-沉淀和流体-岩石相互作用过程中发生改变（Land, 1980, Land, 1985; Kupecz et al., 1993; Kupecz and Land, 1994），氧同位素组成对温度和流体组成特别敏感（Brand and Veizer, 1981; Banner and Hanson, 1990; Kupecz et al., 1993），而白云石的化学计量比和阳离子排序可能在矿物稳定化过程中发生变化（Kupecz et al., 1993; Malone et al., 1996; Kaczmarek and Sibley, 2014; Kaczmarek and Thornton, 2017; Veillard et al., 2019; Manche and Kaczmarek, 2021; Pina et al., 2022）。因此，从一个指标推断出的保存情况并不一定意味着其他岩石学、矿物学或地球化学信息的保存。因此，需要整合多个独立的信息来源并评估它们是否能够共同为成岩历史提供一致性的约束。

独立评估碳酸盐形成和重结晶温度的方法为这些常规检测标准提供了额外的依据。碳酸盐同位素聚集测温技术尤其有用，因为它可以在不假设母体流体氧同位素组成的情况下估算温度（Ghosh et al., 2006; Winkelstern et al., 2016）。将同位素聚集测温技术应用于白云石的研究，越来越多地证明了其在探究白云石形成温度和后续成岩历史方面的实用性（Lukoczki et al., 2020; Ryan et al., 2023; Lu et al., 2024; Levenson et al., 2026; Li et al., 2026）。当与岩石学、矿物学、元素学和常规稳定同位素数据结合使用时，同位素聚集测温为验证基于常规成岩检测标准得出的解释提供了独立依据。

伊朗扎格罗斯盆地的三叠纪Khaneh Kat地层为评估重结晶对保持原始沉积结构的白云石的岩石学、矿物学、元素学和同位素特征的影响提供了机会（图1A–C）。Khaneh Kat村附近的类型剖面包含一层305米厚的浅海碳酸盐岩序列，形成于碳酸盐倾斜地区。本研究整合了岩石学、阴极发光、白云石矿物学、Sr、Na、Mn和Fe浓度、常规碳和氧同位素组成以及同位素聚集测温等方法，以评估该岩层的沉积和成岩历史。具体而言，本研究探讨了：（i）Khaneh Kat地层的沉积和成岩历史；（ii）岩石学、矿物学、元素学和同位素标准在区分早期白云石化和后续重结晶方面的有效性；（iii）常规检测标准在评估古代白云石早期成岩信息保存方面的可靠性。通过在单一碳酸盐序列中整合这些独立方法，本研究评估了它们在重建古代白云石形成时间、流体来源和条件方面的实用性和局限性。

**地质背景**
研究区域位于伊朗南部法尔斯省的Khaneh Kat村附近，属于高扎格罗斯褶皱-逆冲带，在主扎格罗斯逆断层以南。Khaneh Kat地层暴露在Khaneh Kat背斜中，其中三叠纪地层构成了该构造的核心（Jalilian, 2016, Jalilian, 2021）。在研究剖面中，Khaneh Kat地层厚度为305米（图2）。

**野外记录与采样**
在伊朗南部法尔斯省Khaneh Kat村附近的类型剖面测量并采集了305米厚的Khaneh Kat地层（图2）。每隔约2米采集了一件手样，在岩性变化较大的区域采样间隔更密，在岩性较为均匀或块状区域采样间隔较宽，以确保对地层的完整覆盖和所有观察到的岩相的充分代表。

**岩石学特征**
尽管经历了广泛的白云石化作用，Khaneh Kat地层的白云石仍保留了可识别的原始沉积结构（图2, 图3）。岩石框架包括泥质基质、骨架颗粒和非骨架颗粒、胶结物、层理结构、窗孔结构以及花边状结构，所有这些成分现在均为白云石。总体而言，白云石化过程在很大程度上保留了原始结构，特别是在鲕粒白云岩微相中出现了仿生结构。

**沉积环境**
识别出的微相与低角度倾斜区域内浅海碳酸盐沉积环境相符（例如Flügel, 2010）。较低能量的潮坪/后坡到封闭的潟湖和受保护的内坡岩相（MF1–MF3）特征为富泥质结构、窗孔结构、局部层理、稀疏的骨架颗粒以及泥质基质中的变异性颗石和内碎屑。较高能量的岩相（MF4–MF5）代表了...

**结论**
Khaneh Kat地层记录了在接近正常或略微蒸发的海洋孔隙水中的早期替代性白云石化过程，随后在埋藏过程中发生了显著的重结晶。保存下来的沉积结构和早期成岩结构（包括MF5中鲕粒的仿生保存）、类海的Sr和Na含量、较低的Mn/Sr比值以及常规δ18O测得的32–45°C温度均支持其早期海洋起源。相比之下，基质Δ47温度为75–112°C...

**作者贡献声明**
Saeed Norouzi：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、方法学设计、研究实施、资金获取、数据分析、概念化。
Mohammad H. Adabi：撰写 – 审稿与编辑、验证、监督、资源管理、方法学设计、研究实施、资金获取、概念化。
**利益冲突声明**
作者声明没有利益冲突。

**致谢**
作者衷心感谢西密歇根大学碳酸盐岩石学与特征分析实验室（Carbonate Petrology and Characterization Lab, CPCL）在研究开发过程中提供的有益讨论和反馈。本研究得到了西密歇根大学碳酸盐岩石学与特征分析实验室的财政支持。此外，Saeed Norouzi还获得了沉积地质学会（SEPM）、美国地质学会（GSA）和Stephen E. Kaczmarek提供的学生研究资助。