王玨博谷一凡陶艷忠強(qiáng)子同強(qiáng)深濤蔣　嬋

（1.西南石油大學(xué) 成都 610500；2.四川省天然氣地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 成都 610500；3.中國石油西南油氣田公司勘探事業(yè)部 成都 610041）

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川中地區(qū)茅口組兩期流體疊合控制下的白云石化模式

王玨博1,2谷一凡1,2陶艷忠1,2強(qiáng)子同1,2強(qiáng)深濤1蔣嬋3

（1.西南石油大學(xué) 成都 610500；2.四川省天然氣地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 成都 610500；3.中國石油西南油氣田公司勘探事業(yè)部 成都 610041）

摘 要巖相學(xué)特征、地化分析揭示：川中地區(qū)下二疊統(tǒng)茅口組白云巖存在三種白云石：①平直晶面細(xì)晶白云石（δ13CPDB=3.06‰，δ18OPDB=-6.81‰；Fe：1×10-6，Mn：未檢出，Sr：150×10-6）；②非平直晶面粗晶鞍狀白云石（δ13CPDB= 3.22‰，δ18OPDB=-7.82‰；Fe：149×10-6，Mn：185×10-6，Sr：85×10-6）；③非平直晶面細(xì)晶白云石（δ13CPDB=3.49‰，δ18OPDB=-9.45‰；Th=123℃，S=133～139‰NaCl；Fe：58×10-6，Mn：59×10-6，Sr：76×10-6）。研究結(jié)果表明存在兩期白云石化流體：①早期壓實(shí)作用形成的埋藏白云石化流體（T=37.4℃；S=29.8‰NaCl）；②晚期受構(gòu)造控制的熱液白云石化流體（Th=114.8℃；S=153～226‰NaCl）。明確了三種白云石的成因：平直晶面細(xì)晶白云石是由早期埋藏流體交代泥晶基質(zhì)形成的；非平直晶面細(xì)晶白云石是平直晶面細(xì)晶白云石在受到熱液流體改造后所形成的；而非平直晶面粗晶鞍狀白云石則是由熱液流體直接沉淀出的?；谘芯拷Y(jié)果建立了相應(yīng)的白云化模式。

關(guān)鍵詞川中地區(qū) 下二疊統(tǒng) 茅口組 巖相學(xué)特征 地化分析 白云石化流體 白云石化模式

0 引言

四川盆地下二疊統(tǒng)茅口組發(fā)育多套白云巖，其成因研究存在諸多分歧，如張蔭本［1］的混合水成因說、何幼斌［2］的埋藏成因說、舒曉輝［3］的構(gòu)造熱液成因說和金振奎［4］的玄武巖淋濾成因說，然而這些研究都欠缺足夠的地化或巖相學(xué)證據(jù)，并且主要集中在川西北和川西南，對(duì)于川中地區(qū)茅口組白云巖的成因研究也只局限在構(gòu)造熱液成因［5］和熱水成因［6］，并且沒有建立相應(yīng)的白云石化模式。

基于上述研究現(xiàn)狀，筆者利用川中地區(qū)的GT-2井巖芯樣品，結(jié)合地質(zhì)背景、巖相學(xué)證據(jù)、地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)（碳、氧同位素、微量元素、有序度、包裹體均一溫度和鹽度）分析研究了白云巖成因，并建立相應(yīng)白云石化模式，對(duì)研究白云巖儲(chǔ)層分布規(guī)律及有利區(qū)帶預(yù)測具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

茅口組沉積期繼承了棲霞期海侵的原貌，海侵從東南和西北兩個(gè)方向進(jìn)入盆地［7］，盆地整體處于淹沒，接受沉積［8］。根據(jù)巖性將茅口組沉積巖劃分為以下四段：茅一段：黑灰色中層狀泥質(zhì)泥晶生屑灰?guī)r，可見“眼球狀”構(gòu)造，發(fā)育有腕足、介形蟲、綠藻等，與下伏棲霞組整合接觸。茅二段：深灰色泥晶生屑灰?guī)r，生物以有孔蟲、蜓類、介形蟲為主。茅三段：淺灰、灰色塊狀亮晶生屑灰?guī)r，生物以有孔蟲、紅藻為主。茅四段：黑灰色泥晶生屑灰?guī)r，與上覆龍?zhí)督M呈假整合接觸，龍?zhí)督M底部主要以一套區(qū)域上穩(wěn)定分布的鋁土質(zhì)泥頁巖與茅口組分界［9-11］。而區(qū)內(nèi)茅四段遭受剝蝕，在后期成巖演化過程中發(fā)育多套白云巖（圖1）。

2 研究方法

研究樣品主要為取自GT-2井壁取芯及巖芯樣品，涉及層位包括茅口組二段、三段，巖性包括白云巖和石灰?guī)r，保證所采集樣品是斷面新鮮、未受變質(zhì)作用影響的貧有機(jī)物樣品，以免影響測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。所有樣品都配有薄片并進(jìn)行鏡下鑒定。

對(duì)于碳、氧同位素測定，將樣品在高真空條件下與100％的磷酸進(jìn)行恒溫反應(yīng)，將收集起來的CO2氣體送入Agilent7890A氣相色譜儀中，進(jìn)行碳、氧同位素組成的測定，實(shí)驗(yàn)條件20℃，濕度44％RH，重復(fù)性測試精度Δδ＜1‰。

圖1　研究區(qū)茅口組巖性示意圖（以GT-2井為例）Fig.1 Sketch map of lithology of the study area，Maokou Fm（GT-2Well）

微量元素的檢測分析，選用與GB/T6682—2008《分析實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格和實(shí)驗(yàn)方法》相符合的Ι級(jí)水進(jìn)行分析樣品的配制。采用AA7020型原子吸收光譜儀分析化驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件：溫度20℃，濕度60％；標(biāo)準(zhǔn)偏差0.000 4～0.003 2 mg/L，檢測下限為 0.000 3 mg/L，低于檢測下限記為“未檢出”。

陰極發(fā)光檢測采用CL8200MK5型陰極發(fā)光顯微鏡；包裹體Th值測定采用THMSG 600型地質(zhì)包裹體測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)由地質(zhì)冷熱臺(tái)與偏光顯微鏡組成，測溫范圍：-196℃～600℃，溫度精度為0.2℃。有序度測試采用荷蘭PANalytical公司生產(chǎn)的X'PertPRO粉末X射線衍射儀，測量范圍為-3°～160°、角度重現(xiàn)性0.000 1°、線性度0.000 25°，X射線發(fā)生器最大電壓60 kV，最大管流60 mA。

3 巖石學(xué)特征

依據(jù)碳酸鹽巖分類標(biāo)準(zhǔn)，茅口組樣品存在四類巖性：泥晶生屑灰?guī)r、含灰質(zhì)細(xì)晶白云巖、細(xì)晶白云巖和（含）云質(zhì)泥晶生屑灰?guī)r；按照巖相學(xué)特征及其產(chǎn)狀，將茅口組白云巖中的白云石劃分為三類：平直晶面細(xì)晶白云石（圖2A）、非平直晶面粗晶鞍狀白云石（圖2B）、非平直晶面細(xì)晶白云石（圖2C）。

圖2　茅口組白云石微觀特征A.平直晶面細(xì)晶白云石，晶體大小為100～200μm，自形程度高（-）；B.非平直晶面粗晶鞍狀白云石，晶體大小300～600μm，晶面呈明顯彎曲（如箭頭所示）（-）；C.非平直晶面細(xì)晶白云石，晶體大小為150～300μm，呈波狀消光，可見殘余“霧心亮邊”結(jié)構(gòu)（如箭頭所示）和細(xì)晶白云石殘晶（+），GT-2井，茅三段。Fig.2 Micro features of dolomites，Maokou Formation

3.1 泥晶生屑灰?guī)r

這類巖性屬于茅口組最初沉積形成的巖石類型，是本次研究中的原生組分。呈深灰色，中—厚層，生物碎屑十分發(fā)育（圖3），生屑顆粒間為泥晶膠結(jié)，偶見白云石化交代生屑?xì)んw或泥晶基質(zhì)，薄片觀察可見生物碎屑定向排列性強(qiáng)烈，表明經(jīng)歷強(qiáng)壓實(shí)作用改造（圖3F）。

圖3　泥晶生屑灰?guī)r微觀特征A.可見體小且個(gè)體保存完好的厚壁蟲、腕足及介形蟲等，生屑間充填泥晶方解石（-）；B.生屑以介形蟲殼體為主，其次為腕足碎屑（+）；C.保存完好的蜓類（-）；D.箭頭所示為腕足類生物的刺的橫切面，具有明顯的層纖結(jié)構(gòu)，放射十字影消光特征（+）；E.生屑破碎嚴(yán)重，以介形蟲屑為主，見有孔蟲（-）；F.生屑長軸呈明顯定向排列，說明經(jīng)歷過強(qiáng)壓實(shí)作用（+），GT-2井，茅二段。Fig.3 Micro features of bioclastic micrites

3.2 含灰質(zhì)細(xì)晶白云巖

該類巖石呈淺灰—深灰色，主要發(fā)育在茅二段，巖層厚度較小，一般為1～3 m，平直晶面細(xì)晶白云石呈“星點(diǎn)狀”分布，對(duì)生屑顆粒間的泥晶基質(zhì)進(jìn)行交代，而生屑顆粒幾乎未被交代，因此灰質(zhì)成分主要為未被白云石化的生物碎屑和泥晶基質(zhì)（圖4）。平直晶面細(xì)晶白云石晶體內(nèi)雜質(zhì)較多，晶面平直，自形程度高，呈規(guī)則菱面體，晶體大小為100～200μm，具有“霧心亮邊”、“對(duì)角線”（交代殘余的泥質(zhì)沿對(duì)角線分布）等交代殘余結(jié)構(gòu)。陰極發(fā)光下，平直晶面細(xì)晶白云石基本不發(fā)光，呈環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)，生屑顆粒及泥晶基質(zhì)不發(fā)光（圖4C）。

圖4　含灰質(zhì)細(xì)晶白云巖微觀特征A.平直晶面細(xì)晶白云石，具對(duì)角線結(jié)構(gòu)（交代殘余的泥質(zhì)沿對(duì)角線分布，如箭頭所示）（-）；B.白云石化流體僅交代泥晶基質(zhì)，灰質(zhì)生物碎屑（BC）未被交代（-）；C.平直晶面細(xì)晶白云石基本不發(fā)光，生屑（BC）和泥晶基質(zhì)不發(fā)光（陰極發(fā)光），GT-2井，茅二段。Fig.4 Micro features of fine-crystalline dolostone（containing limestone）

3.3 細(xì)晶白云巖

該類巖石主要發(fā)育于茅二段與茅三段的過渡段，呈深灰色，基本無灰質(zhì)組分殘余?；|(zhì)由非平直晶面細(xì)晶白云石組成（圖5C），溶蝕孔洞與構(gòu)造縫較發(fā)育，縫洞內(nèi)普遍充填有非平直晶面粗晶鞍狀白云石（圖5A，B）。非平直晶面細(xì)晶白云石基質(zhì)與非平直晶面粗晶鞍狀白云石陰極發(fā)光下，發(fā)光性明顯不同，前者呈暗淡發(fā)光，后者呈光亮發(fā)光（圖5F），兩種組分接觸關(guān)系如紅色虛線所示（圖5D，E）。非平直晶面粗晶鞍狀白云石，晶體大小為500～1 000μm，晶體較基質(zhì)白云石要大得多，晶面呈明顯彎曲，代表快速結(jié)晶的特點(diǎn)。

圖5　細(xì)晶白云巖宏觀及微觀特征A.非平直晶面粗晶鞍狀白云石充填在基質(zhì)白云石（非平直晶面細(xì)晶白云石）的縫洞內(nèi)，可見晶面呈明顯彎曲（巖芯樣品）；B.圖為（A）的局部放大，可明顯看到非平直晶面粗晶鞍狀白云石的晶面呈彎曲狀態(tài)；C.非平直晶面細(xì)晶白云石具呈半自形—他形（-）；D.非平直晶面粗晶鞍狀白云石與非平直晶面細(xì)晶白云石的晶體大小明顯不同，其接觸界線明顯（如紅色虛線所示）（-）；E.基質(zhì)白云石與非平直晶面粗晶鞍狀白云石接觸界線（如紅色虛線所示）（-）；F.兩種組分的發(fā)光性明顯不同，基質(zhì)白云石（非平直晶面細(xì)晶白云石）暗淡發(fā)光，而非平直晶面粗晶鞍狀白云石呈光亮發(fā)光，界線明顯（陰極發(fā)光），GT-2井，茅三段。Fig.5 Macro and m icro features of fine-crystalline dolostones

4 地球化學(xué)特征

4.1 樣品有效性分析

川中地區(qū)茅口組地層在二疊系末期東吳運(yùn)動(dòng)的作用下被抬升，經(jīng)歷風(fēng)化剝蝕，因此要利用化學(xué)分析法來評(píng)估樣品有效性［12］。分析標(biāo)準(zhǔn)如下：

（1）Mn/Sr 沉積期后，特別是受大氣水循環(huán)的影響，碳酸鹽巖將發(fā)生Sr、Na的損失和Fe、Mn的加入［13-17］，因此Mn/Sr是判斷海相碳酸鹽成巖作用和蝕變程度的一個(gè)靈敏指標(biāo)［18］。當(dāng)Mn/Sr＜2～3，可以認(rèn)為巖石樣品很好地保持了原始海水的同位素組成［19］。

（2）氧同位素組成特征 碳酸鹽巖的氧同位素組成對(duì)蝕變作用反應(yīng)靈敏，當(dāng)δ18OPDB＜-10‰時(shí)，表明巖石樣品已發(fā)生了強(qiáng)烈的蝕變，其同位素?cái)?shù)據(jù)已不能代表原始海水的同位素組成［20-21］。

本次研究中所有泥晶生屑灰?guī)r樣品的δ18OPDB＞-5‰，Mn/Sr＜2～3，符合有效性標(biāo)準(zhǔn)，因此樣品能夠很好地反映原始地球化學(xué)特征。

4.2 碳、氧穩(wěn)定同位素特征

研究區(qū)所在的上揚(yáng)子地區(qū)的晚古生代是一個(gè)有機(jī)碳的相對(duì)高速埋藏時(shí)期，區(qū)內(nèi)下二疊統(tǒng)δ13CPDB平均值為+2.861 7‰［22］。根據(jù)測試結(jié)果（表1），泥晶生屑灰?guī)r碳同位素值分布較集中，分布范圍為2.20‰～3.94‰，平均值為2.90‰，與該區(qū)平均值基本一致；δ18OPDB分布較寬，分布范圍為-7.13‰-2.77‰，平均值為-5.83‰。非平直晶面粗晶鞍狀白云石δ13CPDB分布范圍為 3.06‰～3.37‰，平均值為 3.22‰；δ18OPDB分布范圍為-7.37‰～-8.27‰，平均值為-7.82‰。非平直晶面細(xì)晶白云石 δ13CPDB=3.49‰；δ18OPDB=-9.45‰。平直晶面細(xì)晶白云石 δ13CPDB=3.06‰；δ18OPDB=-6.81‰，而以該類白云石為主要組成部分的含灰質(zhì)細(xì)晶白云巖和（含）云質(zhì)泥晶生屑灰?guī)r，其δ13CPDB分布較集中，分布范圍為 2.73‰～3.08‰，平均值為2.95‰；δ18OPDB分布范圍為-3.62‰～-5.73‰，平均值為-4.60‰。

在氧同位素值年代效應(yīng)相同的情況下，部分泥晶生屑灰?guī)r和平直晶面細(xì)晶白云石的δ18O仍較二疊系海水標(biāo)準(zhǔn)值［24］明顯偏負(fù)（圖6），這是由于后期高溫?zé)嵋毫黧w使得地層溫度明顯升高，升溫后的孔隙流體導(dǎo)致上述組分發(fā)生熱分餾作用而使δ18O明顯減小。

為盡量減小泥晶生屑灰?guī)r樣品因?yàn)槟甏?yīng)而造成氧同位素值的偏差，考慮到區(qū)域相似性，筆者參照邵龍義等（1996）對(duì)西南地區(qū)晚二疊世灰?guī)rδ18O的校正方法［25］，用Δδ18O=2.6‰來校正泥晶生屑灰?guī)r樣品的δ18O以及其他研究者的δ18O測試結(jié)果。

表1　茅口組樣品碳、氧同位素值Table 1 Value ofδ13C andδ18O，M aokou Formation

圖6　茅口組樣品碳、氧同位素交會(huì)圖（部分?jǐn)?shù)據(jù)引自陳軒［5］、呂杰［23］）Fig.6 Cross plot ofδ18O andδ13C，Maokou Formation

有研究表明，在古海水鹽度基本不變的情況下，氧同位素具有明顯的溫度效應(yīng)，即氧同位素值隨溫度的升高而降低。

利用Schachleton等（1975）提出計(jì)算公式［26］計(jì)算古海水溫度：

其中t為當(dāng)時(shí)的古海水溫度（℃），δ18Oseawater為古海水的δ18O值（-2.8‰，SMOW標(biāo)準(zhǔn)）［27］，δ18Ocalcite為海相方解石氧同位素值，筆者利用校正后的泥晶生屑灰?guī)rδ18O值（PDB標(biāo)準(zhǔn)）來代替海相方解石的δ18O值，計(jì)算結(jié)果如表2。

表2　泥晶生屑灰?guī)r氧同位素值（校正后）及古海水溫度計(jì)算結(jié)果Table 2 δ18O ofmicrite and corresponding calculation of seawater

利用包含平直晶面細(xì)晶白云石的巖石樣品δ18O值來計(jì)算其形成時(shí)的溫度和鹽度［28］，計(jì)算公式：T= 13.85-4.54δ18OPDB+0.04（δ18OPDB）2

結(jié)果表明，古海水溫度平均值為16.6℃（表2），平直晶面細(xì)晶白云石的形成溫度介于 30.8℃～46.6℃，平均值為37.4℃，因此其形成環(huán)境為淺埋藏環(huán)境。而其白云石化流體鹽度介于27.9‰～31.1‰，平均值為29.8‰（表3），低于現(xiàn)代海水正常值35.0‰，表明該流體并不是蒸發(fā)鹵水或深層高溫鹵水。

表3　平直晶面細(xì)晶白云石形成溫度和鹽度計(jì)算結(jié)果Table 3 Calcu lation of tem perature and salinity，idiotopic fine crystal-dolom ite

4.3 流體包裹體均一化溫度和鹽度特征

流體包裹體均一化溫度（Th）可以提供一個(gè)合理的非平直晶面粗晶鞍狀白云石的結(jié)晶溫度。對(duì)GT-2井茅三段非平直晶面粗晶鞍狀白云石（埋藏深度4 717m）的13個(gè)流體包裹體（圖7）測試結(jié)果表明，Th值介于113.9℃～146℃（圖8），數(shù)學(xué)期望值為114.8℃，標(biāo)準(zhǔn)差為12.2℃。

圖7　包裹體微觀特征及均一化溫度值Fig.7 Micro features and Th of fluid-inclusions，Maokou Formation

圖8　流體包裹體均一化溫度直方圖Fig.8 Histogram of Th in fluid-inclusions

而相鄰的GC-2井，其非平直晶面粗晶鞍狀白云石的鹽水包裹體Th值介于105.8℃～159.6℃，數(shù)學(xué)期望值為127.3℃，非平直晶面細(xì)晶白云石的鹽水包裹體Th值介于 113.2℃～138.6℃，數(shù)學(xué)期望值為123℃［5］。

包裹體鹽度特征，非平直晶面細(xì)晶白云石樣品的鹽水包裹體所測得的鹽度值為15.3％～22.6％NaCl，非平直晶面粗晶鞍狀白云石則為13.3％～13.9％ NaCl［5］。中國石油勘探開發(fā)研究院也對(duì)GC-2井的23個(gè)包裹體進(jìn)行了鹽度分析測試，顯示出70％的包裹體內(nèi)鹽度超過16％NaCl。

測試結(jié)果表明，以上兩種產(chǎn)狀的白云石樣品，其包裹體鹽度值都較高，是正常海水的3～5倍①中國石油勘探開發(fā)研究院.四川盆地下二疊統(tǒng)棲霞—茅口組有利勘探區(qū)帶與目標(biāo)評(píng)選.北京，2010.。

4.4 微量元素特征

4.4.1 鐵和錳微量元素特征

有研究表明，利用白云石中Fe、Mn微量元素的含量來區(qū)分白云石化作用的環(huán)境比利用Sr、Na微量元素更加有效［15］，因此筆者利用Fe、Mn含量來指示白云石化環(huán)境。非平直晶面粗晶鞍狀白云石的鐵、錳含量相較其他組分，明顯偏高，分布范圍分別為78～2 44×10-6（平均值149×10-6）和178～195×10-6（平均值185×10-6）；平直晶面細(xì)晶白云石的鐵、錳含量最低，分別為1×10-6和低于檢測限；平直晶面細(xì)晶白云石的鐵、錳含量則介于上述兩種組分之間，分別為58 ×10-6和59×10-6。代表原生組分的泥晶生屑灰?guī)r，其鐵含量在57～125×10-6范圍內(nèi)，平均值為72×10-6，錳含量低于5×10-6；而泥晶生屑灰?guī)r與平直晶面細(xì)晶白云石之間的過渡組分：含云質(zhì)泥晶生屑灰?guī)r、含灰質(zhì)細(xì)晶白云巖和云質(zhì)泥晶生屑灰?guī)r，其鐵含量平均值為65×10-6，錳含量平均值為13×10-6。

表4　茅口組樣品微量元素測試數(shù)據(jù)Table 4 Value of trace elements，M aokou Formation

微量元素測試結(jié)果表明（圖9），非平直晶面粗晶鞍狀白云石具有相對(duì)較高的鐵、錳含量，陰極發(fā)光下呈現(xiàn)光亮發(fā)光（圖5F）；平直晶面細(xì)晶白云石極低的鐵、錳含量，陰極發(fā)光下基本不發(fā)光，發(fā)光性與泥晶生屑灰?guī)r差別很?。▓D4C），說明其白云石化流體并不是深埋藏環(huán)境下形成的流體；而非平直晶面細(xì)晶白云石的鐵、錳含量與陰極發(fā)光性均介于上述兩者之間，表明其成因與上述兩者關(guān)系密切。

圖9　茅口組樣品Fe、Mn微量元素值交會(huì)圖Fig.9 Cross plot of Fe and Mn，Maokou Formation

4.4.2 鍶微量元素特征

很多學(xué)者研究過白云巖中鍶的含量，這些研究工作的目的是獲得白云巖形成環(huán)境，尤其是關(guān)于白云巖沉淀或白云石化流體的有關(guān)信息［29］。本次研究中，非平直晶面粗晶鞍狀白云石的鍶含量在73～97×10-6范圍內(nèi)，平均值85×10-6；非平直晶面細(xì)晶白云石的鍶含量為76×10-6，是所有樣品中鍶含量的最低值。平直晶面細(xì)晶白云石的鍶含量為150×10-6，而含有該類型白云石的含云質(zhì)泥晶生屑灰?guī)r、含灰質(zhì)細(xì)晶白云巖和云質(zhì)泥晶生屑灰?guī)r的鍶含量分別為 310× 10-6、243×10-6和353×10-6。原生組分泥晶生屑灰?guī)r，其鍶含量分布范圍為229～347×10-6，平均值為291.8×10-6。對(duì)于溶縫內(nèi)充填極少量鞍狀白云石的泥晶生屑灰?guī)r，其鍶含量為323～346×10-6，平均值為335×10-6；第14號(hào)樣品為泥晶生屑灰?guī)r（表4），但其溶縫內(nèi)充填少量天青石（SrSO4），導(dǎo)致其鍶含量異常偏高。

鍶微量元素在各類白云石中的分布特征可以利用鍶在白云石中的分配系數(shù)來解釋，表達(dá)式為DSr= （MSr/MCa）白云石/（MSr+/MCa+）流體。Vahrenkamp和Swart （1990）在研究了小巴哈馬灘406個(gè)具有不同組成的白云巖樣品后得出，該分配系數(shù)僅與計(jì)算的白云石中化學(xué)成分有關(guān)（相關(guān)系數(shù)0.76，如圖10），具體表現(xiàn)為白云石中MgCO3的摩爾分?jǐn)?shù)與白云石中鍶含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系［31］。根據(jù)測試結(jié)果（表4），各巖石樣品中的鍶含量與鎂鈣比值（含量比）也呈現(xiàn)出明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與上述規(guī)律性一致（圖11）。

圖10　小巴哈馬灘白云石的組成與其鍶含量投點(diǎn)圖［30］Fig.10 Cross plot of MgCO3and Sr in dolomites，Small Bahamas

圖11　各組分樣品Mg/Ca值與Sr微量元素含量交會(huì)圖Fig.11 Cross p lot of Mg/Ca and Sr，Maokou Formation

這是由于鍶的離子半徑（0.113～0.132 nm）和鈣的離子半徑（0.099～0.118 nm）相近，而鎂的離子半徑（0.065～0.087 nm）要小很多。因此鍶只能取代白云石晶格中的鈣離子，而不能取代鎂離子，即白云石化作用越徹底，白云石中鍶含量越低［31］。因此，非平直晶面細(xì)晶白云化程度最高，非平直晶面粗晶鞍狀白云石次之，平直晶面細(xì)晶白云石最低，說明三種白云石的形成流體或期次相差較大。

4.5 有序度特征

本次研究分別測試了各白云石樣品的（015）和（110）兩個(gè)晶面衍射峰的峰強(qiáng)度比I015/I110和峰高比h015/h110，采用峰強(qiáng)度比來表征三種白云石樣品的有序度（表5）。各白云石樣品中，平直晶面細(xì)晶白云石的有序度是最高的0.68，但其Mg/Ca值卻是最低的0.854，結(jié)果符合埋藏白云石富Ca化學(xué)計(jì)量但有序性好的特點(diǎn)［32-33］。非平直晶面粗晶鞍狀白云石的有序度為0.61，較前者略低；而非平直晶面細(xì)晶白云石的有序度最低，僅為0.43，但其Mg/Ca值卻是最高的0. 913。三種白云石有序度相對(duì)大小表明，平直晶面細(xì)晶白云石結(jié)晶速度最慢，結(jié)晶時(shí)流體溫度較低（小于CRT（臨界粗糙溫度）），結(jié)晶時(shí)較為有序地添加到晶面上。非平直晶面細(xì)晶白云石所測Th值表明，其結(jié)晶溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CRT，導(dǎo)致參與形成晶格結(jié)構(gòu)的各原子無序地添加到晶面上，快速結(jié)晶形成有序度較低的白云石［34］。非平直晶面粗晶鞍狀白云石，其結(jié)晶溫度也較高，速度也較快，但因?yàn)槌珊俗饔帽容^弱，因此有序度較非平直晶面細(xì)晶白云石有所提高［35］。

5 茅口組白云石成因分析

（1）平直晶面細(xì)晶白云石，其鹽度值表明其形成流體的鹽度低于現(xiàn)代正常海水的平均值，極低的鐵、錳含量和形成溫度所對(duì)應(yīng)的埋藏深度都表明其形成于淺埋藏環(huán)境，又鑒于在該區(qū)地層中未觀察到明顯的蒸發(fā)現(xiàn)象和大氣暴露現(xiàn)象，因此可以排除蒸發(fā)模式（薩布哈模式）、滲透回流模式、混合水模式等白云石化模式。

（2）非平直晶面粗晶鞍狀白云石，其包裹體均一化溫度明顯高于對(duì)應(yīng)地層溫度，鐵、錳含量較高，其氧同位素值也明顯偏負(fù)（平均值-7.82‰），其包裹體鹽度值也是正常海水的3～5倍，表明其形成流體為深層高溫鹵水。

（3）非平直晶面細(xì)晶白云石，鍶含量表明其白云化程度最高。碳、氧同位素值與非平直晶面粗晶鞍狀白云石十分接近，說明兩種組分經(jīng)歷過相似的熱分餾過程，具有相同的成因特征。而在巖相學(xué)方面上又具有平直晶面細(xì)晶白云石的殘余結(jié)構(gòu)，且鐵、錳含量介于上述兩種組分之間。因此可以確定其是平直晶面細(xì)晶白云石經(jīng)歷流體改造后所形成的一種白云石。因此，巖相學(xué)、地球化學(xué)證據(jù)表明區(qū)內(nèi)存在兩種流體白云石化作用。

表5　茅口組白云石樣品有序度及鎂鈣比測試數(shù)據(jù)Table 5 Testing data of M g/Ca and degree of order from dolom ites，M aokou Formation

5.1 埋藏流體白云石化

茅口組沉積期，研究區(qū)處于赤道附近的低緯度地區(qū)［36-38］，為熱帶—亞熱帶環(huán)境，氣候溫暖［39］，生物發(fā)展處于繁盛期，屬于淺水開闊臺(tái)地相中的生屑灘亞相（圖12）［40-41］，沉積有厚層的泥晶—粉晶生屑灰?guī)r。生屑顆粒種類多，數(shù)量大，主要為介形蟲、有孔蟲、棘皮類、鈣藻、蜓類、腕足類生物等，這些生物殼體及灰泥沉積物（大多數(shù)都是生物成因沉積物）在礦物成分上屬于MgCO3含量較高的鎂方解石［42］（表6）。在埋藏壓實(shí)作用（圖3F），易發(fā)生穩(wěn)定化作用，由鎂方解石向低鎂方解石轉(zhuǎn)變，從礦物晶格中釋放出大量Mg2+［2，43-44］，形成富鎂白云石化流體。

圖12　茅口組沉積相示意圖（據(jù)趙宗舉［41］）Fig.12 Sketch map of sedimentary facies，Maokou Formation （after Zhao，2012）

表6　不同種類生物骨骼中M gCO 3的含量Table 6 Concentration of M gCO3in different kinds of paleontology

測試結(jié)果顯示，上述沉積物在經(jīng)歷穩(wěn)定化作用后的鎂含量仍高達(dá)6 886～12 927×10-6（表4），說明當(dāng)時(shí)沉積物中鎂含量極高，為白云石化提供足夠的Mg2+來源。氧同位素值對(duì)應(yīng)的成巖流體溫度以及鐵、錳含量都表明該期流體形成于淺埋藏環(huán)境，為早期白云石化流體。該期流體在淺埋藏環(huán)境下對(duì)沉積期所形成的泥晶生屑灰?guī)r進(jìn)行交代，形成平直晶面細(xì)晶白云石，主要作用于粒間的泥晶基質(zhì)，對(duì)生屑顆粒幾乎無影響。形成的白云石大多具有“霧心亮邊”結(jié)構(gòu)、“對(duì)角線”結(jié)構(gòu)等交代殘余結(jié)構(gòu)，且交代作用越徹底，晶粒越粗大，晶面越潔凈。（圖4）。

5.2 熱液流體白云石化

薄片觀察下，烴類成熟期生成的有機(jī)酸對(duì)鞍狀白云石進(jìn)行溶解，形成港灣狀溶蝕邊，瀝青充填并與彎曲邊直接接觸（圖13），說明鞍狀白云石的形成至少早于烴類成熟期，而區(qū)內(nèi)生烴時(shí)期為三疊系中晚期［29］，因此鞍狀白云石形成至少早于三疊系中晚期。也有研究者認(rèn)為，晚二疊世—晚三疊世的峨眉地裂運(yùn)動(dòng)所形成的大量張性走滑斷裂活動(dòng)為深部熱液流體的上涌提供有利通道［45］，此時(shí)茅三段的埋藏深度在2 785 m左右，對(duì)應(yīng)地層溫度在80℃左右（地溫梯度22～24℃/km［46］），而非平直晶面粗晶鞍狀白云石的Th值遠(yuǎn)高于對(duì)應(yīng)地層溫度。

此外，區(qū)內(nèi)各組分白云石包裹體鹽度測試結(jié)果表明白云石化流體為高鹽度流體，而茅口組沉積期的生物絕大多數(shù)為窄鹽度生物［29］，正常海水鹽度應(yīng)遠(yuǎn)低于所測鹽度值。因此，均一化溫度和鹽度證據(jù)表明形成非平直晶面粗晶鞍狀白云石的流體為深層高溫?zé)嵋毫黧w。此外，鏡下也可觀察到MVT礦物組合中的礦物，如石英（圖14A）、天青石（圖14B）和螢石（圖14C，D）等，這些礦物的存在進(jìn)一步證實(shí)了晚期的白云石化流體為深部高溫?zé)嵋毫黧w［47］。

圖13　瀝青與鞍狀白云石接觸關(guān)系A(chǔ).泥晶生屑（CL）灰?guī)r，可見鞍狀白云石具港灣狀溶蝕邊緣（-）；B.為圖（A）的放大，放大后可見烴類成熟導(dǎo)致流體向酸性轉(zhuǎn)變（PH＜7），對(duì)鞍狀白云石（SD）進(jìn)行了溶解，形成港灣狀彎曲邊，瀝青（BM）充填并與彎曲邊直接接觸（如箭頭所示）（-）；GT-2井，茅二段。Fig.13 Contact relationship between bitumen and saddle dolomite

圖14　熱液礦物組合微觀特征A.石英充填裂縫，裂縫切割平直晶面細(xì)晶白云石（+）；B.天青石（Cls）充填于溶縫及溶孔（+）；C.螢石（如箭頭所示）充填裂縫，正交光下螢石呈全消光（左下角圖為正交光下同一視域）（-）；D.螢石（箭頭所示）交代生屑，發(fā)藍(lán)光（陰極發(fā)光），GT-2井，茅二段。Fig.14 Micro features of hydrothermalmineral assemblages

其形成時(shí)期晚于早期埋藏白云石化流體，屬于后期白云石化流體。上涌后的熱液流體的白云石化作用主要有三個(gè)方面：①首先，對(duì)含灰質(zhì)細(xì)晶白云石中未被交代的灰質(zhì)生屑顆粒和基質(zhì)進(jìn)行溶蝕，從而獲得足夠的作為物質(zhì)基礎(chǔ)；②然后對(duì)先期形成的平直晶面自形白云石進(jìn)行改造，形成有序度較低的非平直晶面細(xì)晶白云石；③最后，熱液流體直接沉淀出非平直晶面粗晶鞍狀白云石，充填在細(xì)晶白云巖和泥晶生屑灰?guī)r的溶蝕孔洞、網(wǎng)狀構(gòu)造縫和溶蝕擴(kuò)大縫等空間。④產(chǎn)生的高溫使得未被白云石化的泥晶生屑灰?guī)r發(fā)生熱分餾作用，使得其氧同位素值明顯較標(biāo)準(zhǔn)值偏負(fù)。

5.3 白云石化綜合模式

根據(jù)前面分析的兩種白云石化流體及其作用機(jī)理，筆者總結(jié)出研究區(qū)白云石化作用的綜合模式。該模式可分為六個(gè)階段，如圖15所示。需要注意的是，茅二段白云石化作用基本只進(jìn)行到階段四，而茅三段白云石化作用則進(jìn)行到了階段六，究其原因在于GT-2井所在位置緊鄰張性走滑斷裂［5］，茅三段較茅二段更遠(yuǎn)離張性應(yīng)力的核部，受到的拉張應(yīng)力更為劇烈，因此縫洞系統(tǒng)更為發(fā)育，有利于熱液流體對(duì)其進(jìn)行白云石化作用，而茅二段縫洞系統(tǒng)欠發(fā)育，不利于后期熱液流體對(duì)其進(jìn)行改造。

階段一：茅口組沉積期主要沉積泥晶生屑灰?guī)r，生屑顆粒十分發(fā)育；階段二：進(jìn)入埋藏期后，泥晶生屑灰?guī)r經(jīng)歷壓實(shí)作用，生屑顆粒排列呈定向性，同時(shí)伴有縫合線產(chǎn)生；階段三：埋藏壓實(shí)作用下，生屑及泥晶沉積物發(fā)生穩(wěn)定化作用，其礦物晶格中釋放Mg2+，為白云石化流體提供鎂離子來源；階段四：階段三形成的富鎂流體沿縫合線交代泥晶基質(zhì)，形成平直晶面細(xì)晶白云石；階段五：后期沿走滑斷層上涌的富鎂深部高溫?zé)嵋毫黧w，對(duì)殘余灰質(zhì)進(jìn)行溶蝕，對(duì)先期形成的平直晶面細(xì)晶白云石進(jìn)行改造，在縫洞內(nèi)直接沉淀出非平直晶面粗晶鞍狀白云石；階段六：兩期白云石化流體共同作用后形成的結(jié)果。

圖15　茅口組白云化作用綜合模式示意圖Fig.15 Comprehensivemodel of dolomitization，Maokou Formation

6 主要結(jié)論與認(rèn)識(shí)

（1）茅口組在沉積后主要經(jīng)歷兩期白云石化流體的作用，早期為埋藏白云石化流體，該期流體是由于鎂方解石質(zhì)生物碎屑和泥晶沉積物在淺埋藏環(huán)境下，經(jīng)壓實(shí)作用發(fā)生穩(wěn)定化作用，釋放出大量鎂離子而形成的富鎂流體；晚期為熱液白云石化流體，是經(jīng)由張性走滑斷裂活動(dòng)引發(fā)的斷裂通道而上涌的深層高溫鹵水。

（2）兩期流體白云石化作用主要發(fā)生在茅二段和茅三段，其中茅二、茅三段最先發(fā)生埋藏流體白云石化，形成平直晶面細(xì)晶白云石。后期經(jīng)歷白云石化熱液流體作用的改造，形成非平直晶面細(xì)晶白云石，且主要發(fā)生在縫洞系統(tǒng)較為發(fā)育的茅三段。

（3）熱液流體白云石化作用主要為三個(gè)方面：①溶蝕或交代未被先期埋藏白云化交代的灰質(zhì)殘余（生屑顆粒和泥晶基質(zhì)）；②改造先期形成的平直晶面細(xì)晶白云石，從而形成非平直晶面細(xì)晶白云石，即茅三段的基質(zhì)白云石；③直接沉淀出充填縫洞的非平直晶面粗晶鞍狀白云石。

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The M odel of Dolom itization Jointly Controlled by Two-episode Fluids in M aokou Formation in Central Sichuan Basin

WANG JueBo1，2GU YiFan1，2TAO YanZhong1，2QIANG ZiTong1，2QIANG ShenTao1JIANG Chan3
（1.Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China；2.Key Laboratory，Sichuan Province，Chengdu 610500，China；3.Exploration Division of PetroChina Southwest Oil and Gas Field Com pany，Chengdu 610041，China）

Abstract：Petrographic characteristics and geochemical analysis reveal that there exist three types of dolomites in dolostones in Maokou Formation，Lower Permian，central Sichuan Basin：①idiotopic fine crystal-dolomite（IFD）（δ13CPDB=3.06‰，δ18OPDB=-6.81‰；Fe：1×10-6，Mn：negative，Sr：150×10-6）；②xenotopic coarse crystal-saddle dolomite（XCSD）（δ13CPDB=3.22‰，δ18OPDB=-7.82‰；Fe：149×10-6，Mn：185×10-6，Sr：85×10-6）；③xenotopic fine crystal-dolomite（XFD）（δ13CPDB=3.49‰，δ18OPDB=-9.45‰；Th=123℃，S=133‰～139‰NaCl；Fe：58×10-6，Mn：59×10-6，Sr：76×10-6）.This study demonstrates that two episodes of dolomitization fluids in the study area：①early burial-dolomitization fluid formed by compaction（T=37.4℃；S=29.8‰NaCl）；②late hydrotherm-dolomitization fluid controlled by structure（Th=114.8℃；S=153‰～226‰NaCl）.The origin of the dolostone is illustrated that：①IFD is replacive by early burial-dolomitization fluid；②XFD is the product of hydrothermal alteration on IFD；③XCSD is precipitated directly from hydrothermal fluid.Based on the achievement，correspondingmodel of dolomitization has been established.

Key words：central Sichuan Basin；Lower Permian；Maokou Formation；petrographic characteristics；geochemical analysis；dolomitization fluids；model of dolomitization

第一作者簡介王玨博 女 1990年出生 碩士研究生 礦物巖石學(xué) E-mail：395374698@qq.com

通訊作者谷一凡 男 碩士研究生 E-mail：514468587@qq.com

中圖分類號(hào)P588.24+5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)：1000-0550（2016）02-0236-14

doi：10.14027/j.cnki.cjxb.2016.02.003

收稿日期：2015-03-02；收修改稿日期：2015-06-23