表生巖溶系統(tǒng)中淺埋藏構(gòu)造-熱液白云巖成因

吳昌明　楊明江

摘要：基于巖石學(xué)及地球化學(xué)特征，把四川盆地中部中二疊統(tǒng)茅口組白云巖分為半自形硅質(zhì)細晶白云巖和他形鑲嵌狀白云巖兩類，并對其成因作對比研究。成因分析發(fā)現(xiàn)，茅口組白云巖的形成具有成巖作用復(fù)雜性、流體來源混合性，輸導(dǎo)通道多樣性的特征，茅口組在淺埋藏下還原性逐漸增強，受龍?zhí)镀诤Ｔ春歪Ｔ礋嵋河绊懴?，疏松多孔洞的碳酸鹽砂云化形成半自形白云石，部分熱量充足區(qū)域的灰?guī)r原巖和角礫發(fā)生白云巖化，形成他形鑲嵌狀白云石，從而形成了兩類巖石學(xué)和地球化學(xué)特征差異明顯的白云巖。

關(guān)鍵詞：川中地區(qū)，巖溶，熱液，成因機制

引言

四川盆地中二疊統(tǒng)茅口組一直為油氣開發(fā)的熱點層位，其中白云巖儲集層在試采中屢屢獲得高產(chǎn)工業(yè)氣流，反映出這類儲集層巨大的開發(fā)價值和勘探空間。對于中二疊統(tǒng)白云巖成因機制學(xué)者們提出了一系列觀點，其中最引人關(guān)注的便是構(gòu)造-熱液成因，但過去對茅口組熱液白云巖成因研究過多地關(guān)注了斷裂體系和熱液運移，對巖溶作用及其產(chǎn)物考慮不多，并且常將二者割裂開分別研究的。因此，筆者充分利用資料豐富、研究程度相對較高的四川盆地川中地區(qū)，探討該類白云巖的成因機制與油氣儲層意義。

1.地質(zhì)概況

中二疊統(tǒng)茅口組與瓜德魯普階（Guadalupian）相對應(yīng)，其頂以與上覆龍?zhí)督M平行不整合接觸，其底和棲霞組整合接觸。區(qū)內(nèi)茅口組白云巖發(fā)育于茅二段，區(qū)內(nèi)普遍存在巖溶現(xiàn)象，包括溶溝、溶洞、巖溶角礫巖等;角礫間為碳酸鹽砂，或被風(fēng)化殼成因的鋁土質(zhì)充填。區(qū)內(nèi)巖溶系統(tǒng)產(chǎn)物的云化程度不相一致，某些厚層白云巖云化較為徹底，其間角礫和角礫間充填物均被云化，并有典型的熱液成因鞍馬狀白云石充填殘余孔隙，但仍可見未云化的角礫殘余。云化程度較低的巖溶系統(tǒng)角礫與溶洞均未云化，而角礫間的碳酸鹽砂云化形成白云巖，且硅質(zhì)含量較高。

2.白云巖成因

綜合區(qū)內(nèi)白云巖的宏微觀巖石學(xué)特征，可將白云巖分為半自形細晶白云巖、他形鑲嵌狀細晶白云兩類。半自形白云巖與其他兩類巖石相比，其硅質(zhì)含量較高，反映該類白云巖受后期成巖流體改造較大，可能是熱液環(huán)境影響下的產(chǎn)物。因此，本文主要把這兩類白云巖作對比分析，并根據(jù)地球化學(xué)特征與灰?guī)r原巖對比討論。

2.1白云石化通道

白云巖分布與基底斷裂有關(guān)，區(qū)內(nèi)發(fā)育溝通基底的走滑斷層使深部幔源流體向上貫入茅口組成為可能，成為白云石化流體的縱向運移通道。此外，白云巖的分布還與巖溶系統(tǒng)密切相關(guān)，巖溶作用下會使原巖產(chǎn)生大量次生孔隙，從而為后期的白云石化流體提供重要的橫向輸導(dǎo)通道。受晚二疊張裂運動和海侵的影響，巖溶系統(tǒng)可能與斷裂體系發(fā)生耦合，共同成為白云巖化流體的輸導(dǎo)空間，使不同來源、性質(zhì)的流體混合成為可能。

2.2白云石化流體

2.2.1稀土元素特征

他形鑲嵌狀細晶白云巖稀土元素特征為稀土元素總量（∑REE）偏低、重稀土（HREE）富集、輕稀土（LREE）虧損的左傾型分模式，并與灰?guī)r原巖的稀土元素特征相似，表明該類白云石與灰?guī)r原巖具有繼承關(guān)系，可反映同期海水特征。此外，該類白云巖還具有Ce相對虧損的特征，可能為成巖環(huán)境還原性逐步增強的原因所致。隨著龍?zhí)督M的沉積，茅口組在淺埋藏下還原性逐漸增強，巖溶系統(tǒng)與斷裂體系可能溝通了龍?zhí)对缙诤Ｔ戳黧w，伴隨著大量海水的稀釋，使得熱液作用不充分，因此該類云巖云化程度較弱，稀土配分模式改變較少。

半自形的硅質(zhì)細晶云巖稀土元素特征表現(xiàn)稀土元素總量（∑REE）相對較高、輕稀土富集、重稀土相對偏低的特征，指示該類白云巖成因主要受熱液影響。熱液對孔滲條件更好的巖溶系統(tǒng)產(chǎn)物改造影響更大，多孔的碳酸鹽砂富含孔隙，可成為熱液運移及改造的優(yōu)勢區(qū)，從而形成云化程度較徹底的半自形硅質(zhì)細晶云巖，Ce的虧損特征消失也可作為受熱液影響的佐證。

2.2.2碳、氧同位素特征

茅口組灰?guī)r原巖與同期海水相比，δ18O值和碳同位素均比偏低。δ13C值出現(xiàn)偏負特征，反映出茅口沉積后受強烈的淡水改造特征，并在茅口組頂部普遍形成一層鋁土質(zhì)風(fēng)化殼。δ18O值負偏可指示灰?guī)r受到后期高溫?zé)嵋涵h(huán)境所致的同位素?zé)岱逐s效應(yīng)的影響。由此推測灰?guī)r原巖遭受后期表生巖溶和高溫?zé)嵋焊脑臁?/p>

對巖溶系統(tǒng)中的半自形硅質(zhì)細晶白云巖、他形鑲嵌狀細晶白云巖做δ18O、δ13C分析，結(jié)果表明，兩者的δ13C值均高于茅口組灰?guī)r原巖。通常，蒸發(fā)相沉積環(huán)境中形成的高鹽度鹵水具有較高δ13C值，但研究區(qū)缺乏該類沉積環(huán)境，那造成δ13C值偏高的原因可能為熱液環(huán)境所具有的增溫效應(yīng)所致。對于氧同位素而言，兩類白云巖表現(xiàn)出明顯的不同，他形鑲嵌狀細晶白云巖δ18O值和灰?guī)r相似，部分樣品δ18O值較小，表明該類白云巖總體繼承了灰?guī)r原巖的同位素特征，且受到熱液環(huán)境下的同位素?zé)岱逐s效應(yīng)影響，導(dǎo)致部分圍巖和巖溶角礫在熱液作用下云化，形成他形鑲嵌狀細晶白云巖。與灰?guī)r原巖相比，半自形硅質(zhì)細晶白云巖的δ18O值較高，筆者認為，造成該類云巖δ18O值增高的原因可能是受到他源高δ18O流體混入，而殘余空隙較為發(fā)育的半自形硅質(zhì)細晶白云巖受到該流體的改造更為顯著，這也證明了早期巖溶系統(tǒng)產(chǎn)物可成為后期成巖流體輸送運移的重要通道。

3.結(jié)論

綜上所述，茅口組白云巖的形成具有成巖作用復(fù)雜性、流體來源混合性，輸導(dǎo)通道多樣性的特征。茅口末期經(jīng)歷了大氣淡水表生巖溶作用，而不同的巖溶產(chǎn)物為后期流體提供不一樣通道。疏松多孔洞的巖溶碳酸鹽砂云化受幔源和海源流體的影響，后期又受熱液和他源富含18O的流體改造，從而形成半自形—自形白云石。茅口組在淺埋藏下還原性逐漸增強，受龍?zhí)镀诤Ｔ春蜔嵋旱牡挠绊?，部分熱量充足區(qū)域的灰?guī)r原巖和角礫發(fā)生白云巖化，形成他形鑲嵌狀白云石，因熱液作用導(dǎo)致部分原巖致密化，較致密的他形鑲嵌狀細晶白云受流體疊合改造較弱，故形成了兩類地化特征不同的白云巖。

參考文獻：

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[2]戴曉峰，馮周，王錦芳.川中茅口組巖溶儲層地球物理特征及勘探潛力[J].石油地球物理勘探，2017，176-185.

作者簡介：吳昌明，男，六盤水師范學(xué)院。

（作者信息：六盤水師范學(xué)院）