川西南中二疊統(tǒng)棲霞組斑馬構(gòu)造白云巖形成機(jī)理
——以寶興五龍剖面為例

趙 金，馮明友，沈安江，文 龍，徐 亮，王興志，劉小洪

1西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院；2中國石油杭州地質(zhì)研究院；3中國石油西南油氣田公司勘探開發(fā)研究院

0 前言

斑馬構(gòu)造為由一系列毫米至厘米級相互平行的亮帶、暗帶白云巖交替出現(xiàn)而形成的帶狀構(gòu)造［1］。該構(gòu)造一般發(fā)育在碳酸鹽巖地層，并與熱液白云巖儲(chǔ)層密切相關(guān)；也可見于與菱鐵礦、閃鋅礦、重晶石、螢石、菱鎂礦及其他礦物相伴生的地層中。其韻律性亮-暗條紋也被稱為“斑馬紋構(gòu)造白云巖”、“斑馬巖”或“韻律條帶”［2-8］。斑馬構(gòu)造在國外集中分布于歐洲的寒武系、三疊系和北美的寒武系、泥盆系，多形成孔洞、裂縫發(fā)育的優(yōu)質(zhì)油氣儲(chǔ)層；在國內(nèi)主要見于塔里木盆地、四川盆地等西部盆地的古生界［9-11］。眾多學(xué)者對該特殊構(gòu)造開展過廣泛研究：在形成時(shí)間上，有同沉積成因、早期成巖成因或晚期成巖成因等不同的觀點(diǎn)［7-8,12-16］；在成巖模式上，有水力壓裂、交代-結(jié)晶、宿主碳酸鹽巖溶解、擴(kuò)散及沉淀、后期流體脈式充注等多種模式。此外，關(guān)于斑馬構(gòu)造白云巖中流體溶蝕-充注期次、流體來源及改造過程的爭議亦較大［14,17-20］。

四川盆地中二疊統(tǒng)棲霞組—茅口組發(fā)育大量白云巖，部分學(xué)者認(rèn)為其成因與峨眉山火山活動(dòng)的熱液流體相關(guān)［21］。其中，川西南棲霞組白云巖中見大量斑馬構(gòu)造，前人對斑馬構(gòu)造巖石學(xué)特征的精細(xì)研究較少，其形成機(jī)理及此類白云巖的儲(chǔ)集性能等特征尚不明確。鑒于此，本文針對川西南中二疊統(tǒng)棲霞組斑馬構(gòu)造白云巖開展系統(tǒng)的巖石-地球化學(xué)特征研究，揭示斑馬構(gòu)造形成過程及流體性質(zhì)，剖析其成因機(jī)理，以期為該類白云巖的油氣勘探提供部分理論支撐。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

四川盆地西南部位于峨眉—雅安—樂山—洪雅一帶，受控于復(fù)雜的龍泉山和龍門山基底褶皺構(gòu)造帶。研究區(qū)雅安市寶興縣處于映秀—五龍斷裂與小關(guān)子斷裂之間（圖1a），受茂汶—隴東韌性剪切構(gòu)造帶及寶興雜巖推覆構(gòu)造帶影響，主斷層總體呈北東—南西向、北西—南東向，局部發(fā)育近南北向的次級斷裂。研究區(qū)內(nèi)除寒武系和奧陶系缺失外，基底至三疊系發(fā)育較完整（圖1a），其中，新元古界花崗巖、閃長巖基底及二疊系玄武巖大范圍出露。在晚石炭世加里東運(yùn)動(dòng)后，沉積了下二疊統(tǒng)梁山組粉砂巖、礫巖及中二疊統(tǒng)棲霞組、茅口組碳酸鹽巖，后受東吳運(yùn)動(dòng)—印支運(yùn)動(dòng)及燕山運(yùn)動(dòng)—喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)等多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造。其中的海西早期東吳運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致寶興地區(qū)上地殼隆起、張裂，從而產(chǎn)生大量斷層及裂縫，同時(shí)噴出大量巖漿并形成規(guī)模龐大的峨眉山大火成巖省。研究區(qū)位于峨眉山大火成巖省的中帶，中—晚二疊世的峨眉地裂運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致玄武巖多沿北西向基底斷裂大規(guī)模發(fā)育［11］。

棲霞組與上覆、下伏地層呈整合接觸。棲霞組為完整的海進(jìn)—海退旋回控制下的淺水碳酸鹽沉積，由下至上可劃分為2個(gè)段（圖1b），棲霞組一段（簡稱棲一段）與棲二段呈整合接觸。川西南中二疊世以淺水碳酸鹽臺(tái)地環(huán)境為主，水體循環(huán)良好，鹽度正常至略偏高，生物種類豐富［22］。研究區(qū)內(nèi)棲霞組主要由淺灰色—深灰色薄—中層泥晶生物碎屑灰?guī)r、厚層—塊狀亮晶生物碎屑灰?guī)r及晶粒白云巖組成，夾深灰色薄層生物碎屑鈣質(zhì)泥巖，由下向上泥質(zhì)含量逐漸減少，局部地區(qū)見眼球狀構(gòu)造，偶見燧石條帶及燧石結(jié)核；生物化石含量豐富，以蟲筳類、腕足、棘皮等為主。白云巖主要發(fā)育于棲一段中上部及棲二段頂部（圖1b）。

圖1 川西南寶興地區(qū)地質(zhì)簡圖及棲霞組地層綜合柱狀圖Fig.1 Geological map and stratigraphic column of Qixia Formation in Baoxing area,southwest of Sichuan Basin

2 采樣及分析方法

本次研究的野外剖面位于四川省雅安市寶興縣五龍鄉(xiāng)（圖1a）。首先對棲霞組露頭進(jìn)行系統(tǒng)觀測，并從下至上依次對重點(diǎn)層段取樣25件，取樣后按分析項(xiàng)目類型分別進(jìn)行巖石鑄體薄片、陰極發(fā)光薄片磨制并完成相關(guān)分析測試工作。所有薄片均采用茜素紅溶液染色，鑄體薄片以藍(lán)色環(huán)氧化樹脂充注。薄片鑒定及陰極發(fā)光分析在西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院完成，儀器分別為Olympus BX53顯微鏡及CL8200 MK5陰極發(fā)光顯微鏡。電子探針分析由西南石油大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，分析儀器為日本電子JXA-8230。主量和微量元素、稀土元素、有序度及鍶同位素分析測試由廣州澳實(shí)分析測試實(shí)驗(yàn)室完成，采用硼酸鋰熔融、等離子質(zhì)譜進(jìn)行定量分析。碳、氧同位素測試采用微鉆取樣后在西南石油大學(xué)完成：樣品制備采用磷酸鹽法，分別在25℃和75℃的恒溫下提取收集碳酸鹽巖中的CO2并送質(zhì)譜分析；同位素檢測采用德國Eele?mentar公司的IsoPrime GC5同位素質(zhì)譜儀完成，同位素值采用‰表示（PDB標(biāo)準(zhǔn)），誤差小于±0.1‰。全巖稀土元素分析數(shù)據(jù)按北美頁巖（NASC）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，元素異常值采用公式δCe＝CeN/（2PrN-NdN）、δEu=EuN/（0.5SmN+0.5GdN）計(jì)算得出［23］。

3 巖石學(xué)特征

研究區(qū)棲霞組發(fā)育的白云巖主要有晶粒白云巖、斑馬構(gòu)造白云巖及構(gòu)造角礫白云巖。野外觀察表明：斑馬構(gòu)造集中發(fā)育在棲一段中上部晶粒白云巖地層（圖2a，2b），斑馬構(gòu)造白云巖由深色的暗帶白云石與淺色的亮帶白云石組成，形成亮帶、暗帶規(guī)則交替出現(xiàn)的韻律旋回。斑馬構(gòu)造在靠近層系界面附近發(fā)育數(shù)量較多，遠(yuǎn)離層系界面逐漸減少；而且，隨著與層面距離的增加，斑馬構(gòu)造產(chǎn)狀由斜交層面（夾角30°～40°）漸變?yōu)榻槍臃植迹▓D2c，2d）。五龍剖面斑馬構(gòu)造累計(jì)百余組，橫向上延伸4～10 m，單層垂向延伸約0.7 m，累計(jì)厚度6～8 m；其中，暗帶條紋寬約0.3～2 cm，亮帶條紋寬約0.1～1 cm。此外，構(gòu)造角礫白云巖及角礫基質(zhì)中含小型斑馬構(gòu)造，角礫間發(fā)育裂縫及溶蝕孔洞（圖2e，2f），部分裂縫或孔洞被最晚期的亮晶方解石半充填—近全充填（圖2g）。部分斑馬構(gòu)造中見毫米至厘米級的近垂直白云石脈體，延伸幾厘米后趨于消失；偶見斑馬構(gòu)造被瀝青侵染的縫合線切穿（圖2h）。

圖2 川西南寶興五龍剖面棲霞組斑馬構(gòu)造白云巖宏觀特征Fig.2 Macro characteristics of zebra dolomite of Qi xia Formation of Wulong outcrop in Baoxing area,southwest of Sichuan Basin

顯微觀察表明：斑馬構(gòu)造中暗帶一般由深色半自形—他形粉—細(xì)晶白云石組成，晶粒較小呈曲面接觸、見霧心亮邊，多保留原巖部分沉積組構(gòu)并逐漸向基質(zhì)粉晶白云巖過渡（圖3a—3c），陰極發(fā)光下暗帶發(fā)暗紅色光（圖3d）；亮帶由淺色他形中—巨晶白云石組成，晶體多為曲面接觸，正交偏光下具波狀消光，屬典型鞍狀白云石（晶面較潔凈，見少量云霧狀粗晶鞍狀白云石，可能因包裹體或雜質(zhì)含量不同所致［10］；偶見“壓力影”構(gòu)造；亮帶中心殘余溶孔/洞發(fā)育），陰極發(fā)光下亮帶發(fā)亮紅色光并多見環(huán)帶結(jié)構(gòu)。另外，見少量亮帶中晶粒相對較小的斑馬構(gòu)造（圖3e—3h）。研究區(qū)棲霞組斑馬構(gòu)造發(fā)育2期白云石（亮帶白云石、暗帶白云石），與國外部分地區(qū)斑馬構(gòu)造發(fā)育的多期白云石（暗帶白云石、亮帶早期白云石及晚期白云石）略有差異［15］。

此外，構(gòu)造角礫巖中角礫基質(zhì)與暗帶成分一致，膠結(jié)物與亮帶相似?；|(zhì)與膠結(jié)物接觸處可見明顯的水力壓裂通道，而且在膠結(jié)物的中心發(fā)育殘余溶孔（圖3i，3j）。角礫基質(zhì)、膠結(jié)物的陰極發(fā)光特征分別與暗帶、亮帶相同（圖3g—3l）。

圖3 川西南寶興五龍剖面棲霞組斑馬構(gòu)造白云巖微觀特征Fig.3 Micro characteristics of zebra dolomite of Qixia Formation of Wulong outcrop in Baoxing area,southwest of Sichuan Basin

4 地球化學(xué)特征

樣品地球化學(xué)分析數(shù)據(jù)見表1。

4.1 同位素特征

對于碳酸鹽巖成巖流體來源的辨識(shí)，通過應(yīng)用碳氧穩(wěn)定同位素方法可有效降低不確定性。一般來講，溫度、壓力的增加多會(huì)導(dǎo)致18O、13C的虧損［24］。從表1、圖4a可以看出，川西南棲霞組斑馬構(gòu)造白云巖暗帶的δ13C值為2.10‰～3.31‰（平均為2.53‰），亮帶的δ13C值為1.72‰～2.82‰（平均為2.25‰），亮帶、暗帶白云巖的δ13C值差異較小，而且與生物碎屑灰?guī)r的δ13C值相似（研究區(qū)內(nèi)棲霞組生物碎屑灰?guī)r的δ13C值為3.48‰）。斑馬構(gòu)造白云巖暗帶的δ18O值為-11.30‰～-6.95‰（平均為-9.14‰），亮帶的δ18O值為-13.18‰～-7.14‰（平均為-9.69‰），亮帶、暗帶的δ18O值相似，且明顯低于研究區(qū)內(nèi)生物碎屑灰?guī)r和同期海水的δ18O值（分別為-4.49‰、-4.3‰～0.1‰）［25］，這指示斑馬構(gòu)造白云巖亮帶、暗帶均受到熱分餾作用的影響［26］。

碳酸鹽礦物具有殼源鍶、幔源鍶和海源鍶等3種鍶來源：殼源鍶因富87Rb衰變形成的87Sr，從而表現(xiàn)出高87Sr/86Sr值（全球平均值為0.711 9）；幔源鍶為大洋中脊熱液系統(tǒng)向海水提供的相對貧放射成因的87Sr的鍶，故87Sr/86Sr值較低（全球平均值為0.703 5）［27-28］；海源鍶則與近同期海水和海相沉積物相似，二疊紀(jì)87Sr/86Sr值的變化范圍為0.706 6～0.708 2［29］。研究區(qū)內(nèi)棲霞組斑馬構(gòu)造白云巖暗帶的87Sr/86Sr值為0.707 7～0.708 3（圖4b），位于或略高于同期海水的87Sr/86Sr值變化范圍，這表明暗帶白云巖成巖流體保留了大部分海水成分［21］；而亮帶的87Sr/86Sr值為0.709 0～0.709 8，明顯高于同期海水及幔源鍶的87Sr/86Sr值變化范圍，這表明亮帶的白云石化流體為攜帶部分殼源鍶的外來流體，高87Sr/86Sr值可能是流體與富鍶巖層相互作用的結(jié)果。亮帶、暗帶的87Sr/86Sr值差異明顯，推斷是暗帶（含較多原生組構(gòu)）未被富含87Sr的流體完全交代所致［30］。

表1 川西南寶興五龍剖面棲霞組碳酸鹽巖稀土元素、同位素及有序度數(shù)據(jù)Table1 DataofREE,isotopeandorderingdegreeofthecarbonaterocksofQixiaFormationofWulongoutcropinBaoxingarea,southwestofSichuanBasin

圖4 川西南寶興地區(qū)棲霞組碳酸鹽巖穩(wěn)定同位素分布圖Fig.4 Crossplot of stable isotope of carbonate rocks of Qixia Formation in Baoxing area,southwest of Sichuan Basin

4.2 微量元素特征

研究區(qū)斑馬構(gòu)造亮帶、暗帶白云石中微量元素含量差異明顯（圖5）。電子探針分析結(jié)果表明：暗帶白云石中Na、K、Sr、Ba含量的平均值分別為350.37 μg/g、76.91μg/g、184.74μg/g、99.30μg/g，亮帶白云石中Na、K、Sr、Ba含量平均值分別為252.06μg/g、18.14μg/g、140.17μg/g、75.59μg/g，暗帶白云石中Na、K、Sr、Ba含量明顯高于亮帶。這可能是由于形成暗帶的成巖流體混合了部分海水的緣故。總的來看，亮帶、暗帶中Na含量較高，指示成巖流體鹽度較高。白云石化是一個(gè)Sr逐漸損失的過程［31］，因此早期形成的白云石較晚期形成的白云石Sr含量高。暗帶白云石的Sr含量較亮帶白云石更高，指示暗帶白云石較亮帶白云石更早形成，而亮帶鞍狀白云石可能受到重結(jié)晶作用影響［32］。Budd［33］認(rèn)為只有當(dāng)Fe含量大于1 000μg/g、Mn含量大于100μg/g時(shí)，才指示白云巖形成于強(qiáng)還原條件下或者成巖過程中有外部來源的、富Fe-Mn流體的參與。然而研究區(qū)暗帶白云石中Fe、Mn含量的平均值分別為186.88μg/g、145.90μg/g，亮帶白云石中Fe、Mn含量的平均值分別為290.85μg/g、226.06μg/g，斑馬構(gòu)造的Fe、Mn含量并不高，這表明斑馬構(gòu)造白云巖可能形成于淺—中埋藏階段。

圖5 川西南棲霞組斑馬構(gòu)造白云巖微量元素含量直方圖Fig.5 Trace element content histogram of zebra dolomite of Qixia Formation in Baoxing area,southwest of Sichuan Basin

4.3 白云石有序度

白云石有序度的高低與結(jié)晶速度有關(guān)。埋藏早期形成的白云石有序度較低，隨著埋藏深度的增加有序度會(huì)逐漸升高，但高溫能克服白云石化過程中的動(dòng)力學(xué)障礙，使白云石晶格畸變并快速結(jié)晶［34］。研究區(qū)棲霞組斑馬構(gòu)造白云巖亮帶（鞍狀白云石）有序度為0.52～0.55，暗帶（晶粒白云巖）有序度為0.50～0.56（表1），亮帶、暗帶有序度均較低且差異較小，不具有深埋藏環(huán)境緩慢結(jié)晶形成的高有序度特征，因此推測是在高溫?zé)嵋毫黧w的影響下快速結(jié)晶形成，具有埋藏早期快速結(jié)晶的特征。

4.4 稀土元素特征

稀土元素特征可反映碳酸鹽沉積環(huán)境和成巖流體來源［21］。研究區(qū)棲霞組石灰?guī)r總稀土含量（∑REE）高（表1，樣品BX-8），稀土元素配分模式總體表現(xiàn)為輕稀土元素相對富集、重稀土元素相對虧損的“右傾型”曲線特征，無Eu正異常及Ce負(fù)異常（圖6）。相比而言，如表1所示，斑馬構(gòu)造白云巖∑REE明顯偏低（亮帶、暗帶的平均值分別為2.49μg/g、2.26μg/g），稀土元素配分模式總體表現(xiàn)為輕稀土元素相對虧損、重稀土元素相對富集的“左傾型”曲線特征，具有Eu正異常及輕微的Ce負(fù)異常（圖6）。

圖6 川西南棲霞組斑馬構(gòu)造白云巖稀土元素配分模式圖Fig.6 REE distribution patterns of zebra dolomite of Qixia Formation in Baoxing area,southwest of Sichuan Basin

前人的研究表明：Ce對氧化還原條件極為敏感，可反映成巖環(huán)境的氧化程度［35-36］。易溶解的Ce3+在氧化條件下氧化為較難溶解且更穩(wěn)定的Ce4+而富集，故Ce負(fù)異常多指示缺氧環(huán)境。研究區(qū)內(nèi)斑馬構(gòu)造中亮帶、暗帶均具有輕微的Ce負(fù)異常，且亮帶較暗帶Ce負(fù)異常更明顯，這指示亮帶形成于比暗帶更趨于封閉和還原的環(huán)境。Eu在自然界中主要以Eu2+和Eu3+兩種價(jià)態(tài)賦存，Eu2+/Eu3+氧化還原電位主要受溫度控制，當(dāng)溫度升高時(shí)Eu2+/Eu3+的平衡向氧逸度增加的方向轉(zhuǎn)移；尤其在大于250℃的高溫環(huán)境下，Eu多以Eu2+形式存在，因較Eu3+更易進(jìn)入礦物晶格中而表現(xiàn)出Eu正異常［37］。研究區(qū)內(nèi)斑馬構(gòu)造白云巖中暗帶、亮帶均顯示Eu正異常，且亮帶Eu正異常較暗帶明顯，這指示斑馬構(gòu)造亮帶、暗帶均受到熱液流體影響，且亮帶遭受的熱液作用更為強(qiáng)烈。

5 討論

斑馬構(gòu)造白云巖中亮帶、暗帶的形成過程，實(shí)際上是構(gòu)造驅(qū)動(dòng)下巖石-流體相互作用導(dǎo)致的礦物溶蝕-交代-沉淀的動(dòng)態(tài)平衡過程。巖石學(xué)及地球化學(xué)綜合分析一致表明，川西南寶興地區(qū)棲霞組斑馬構(gòu)造白云巖是由交代-結(jié)晶作用所致。

巖石學(xué)特征分析表明，斑馬構(gòu)造中暗帶具殘余生物/生物碎屑組構(gòu)，為交代生物碎屑顆粒灰?guī)r所致，這指示暗帶屬交代成因。暗帶、亮帶白云石分別具有暗紅、亮紅色的陰極發(fā)光特征，這是埋藏成巖流體交代過程中元素遷移及差異所致：暗帶白云石多為早期成因，氧化條件下高價(jià)態(tài)Fe、Mn無法進(jìn)入白云石晶格而使Fe、Mn含量較低，造成其陰極發(fā)光暗淡；而亮帶白云石在淺埋藏的還原條件下形成，F(xiàn)e、Mn以低價(jià)態(tài)更易進(jìn)入白云石晶格而使Fe、Mn含量較高，Mn作為良好的激活劑導(dǎo)致其陰極發(fā)光為亮紅色［38］。此外，亮帶、暗帶白云石晶體大小差異明顯，反映亮帶白云石形成及生長過程中具有更大的結(jié)晶空間。地球化學(xué)特征表明：斑馬構(gòu)造亮帶、暗帶中Na含量較高，指示斑馬構(gòu)造白云巖形成于鹽度較高的流體環(huán)境；亮帶、暗帶的δ18O值明顯低于同期海水，但研究區(qū)內(nèi)棲一段未見大氣淡水淋濾等相關(guān)現(xiàn)象，指示亮帶、暗帶18O的虧損為溫度效應(yīng)所致；亮帶、暗帶的87Sr/86Sr值分別具明顯高于幔源、略高于同期海水值的特征，亮帶、暗帶稀土元素均具輕微Ce負(fù)異常及Eu正異常（與海水的貧輕稀土元素、富重稀土元素明顯不同），進(jìn)一步指示斑馬構(gòu)造形成過程中受深部熱液流體影響明顯，白云石化流體為混入部分海水的深部熱液鹵水。

野外觀察發(fā)現(xiàn)縫合線切穿斑馬構(gòu)造（圖2h），這表明斑馬構(gòu)造白云巖形成時(shí)間早于縫合線。泥灰?guī)r、顆粒質(zhì)泥灰?guī)r、灰泥質(zhì)顆粒灰?guī)r和弱膠結(jié)顆粒灰?guī)r較易形成溶蝕縫合線［39］，大多在淺埋藏條件下即可形成［40］，因此可以推斷斑馬構(gòu)造形成于早期淺埋藏環(huán)境。此外，研究區(qū)內(nèi)可見斑馬紋略顯右行雁列式的脈體，可能指示其因下部地幔上隆引起區(qū)域拉張、局部層間剪切而形成，說明其形成于拉張構(gòu)造作用環(huán)境。棲霞組沉積后，除東吳運(yùn)動(dòng)以拉張作用為主外，印支期—喜馬拉雅期多以擠壓作用為主。故從應(yīng)力場角度推測，斑馬構(gòu)造形成時(shí)間應(yīng)為東吳運(yùn)動(dòng)期（中二疊統(tǒng)沉積后埋藏期）。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為川西南中二疊統(tǒng)白云巖成因與峨眉山大火成巖省的活動(dòng)有關(guān)［11,21,24］，以上證據(jù)表明斑馬構(gòu)造形成時(shí)間與熱液流體作用時(shí)間吻合。Chung等［41］指出峨眉山玄武巖鍶同位素比值為0.704 41～0.706 38，與幔源鍶接近。而研究區(qū)內(nèi)斑馬構(gòu)造白云巖的87Sr/86Sr值明顯高于幔源鍶，這說明引起區(qū)內(nèi)斑馬構(gòu)造白云巖鍶同位素升高的原因與巖漿無關(guān)，而可能與巖漿期后的熱液作用有關(guān)。訾建威等［42］結(jié)合地球化學(xué)及年代學(xué)研究結(jié)果認(rèn)為寶興地區(qū)二疊系玄武巖（大石包組）是峨眉山地幔柱活動(dòng)的產(chǎn)物，屬于峨眉山大火成巖省的一部分；劉樹文等［43］指出新元古界寶興雜巖中的英云閃長質(zhì)和花崗閃長質(zhì)巖漿形成于下地殼玄武質(zhì)巖石的部分熔融，而二長花崗質(zhì)巖漿形成于雜砂巖的部分熔融，花崗質(zhì)片麻巖巖漿形成于鐵鎂質(zhì)源巖和雜砂巖的殼源巖區(qū)部分熔融。因此，研究區(qū)內(nèi)棲霞組斑馬構(gòu)造白云石化流體可能為攜帶部分殼源鍶的外來流體與中二疊統(tǒng)下伏梁山組碎屑巖（泥質(zhì)粉砂巖及礫巖）及棲霞組海相流體相互混合的產(chǎn)物。

Maliva等［44］指出，結(jié)晶力是在溶液（過飽和到一定程度）中生長的晶體產(chǎn)生的用以平衡圍巖巖石靜壓力的一種應(yīng)力，而發(fā)生交代作用則是因?yàn)樾滦纬傻牡V物晶體產(chǎn)生結(jié)晶力導(dǎo)致被交代礦物中出現(xiàn)壓溶作用而引起的。Scherer通過在石灰?guī)r的孔隙內(nèi)結(jié)晶析出鹽巖的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)，鹽巖結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力（3.8 MPa）可導(dǎo)致石灰?guī)r破碎并形成裂縫［45］。該破碎現(xiàn)象與石灰?guī)r內(nèi)部交代礦物及晶體生長產(chǎn)生裂縫在機(jī)理上具有相似性。由此可見，由富鎂流體交代原巖形成的暗帶白云石晶粒在結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生的結(jié)晶力是誘發(fā)斑馬紋裂縫的關(guān)鍵。

交代-結(jié)晶作用中的開放空間是打破原有平衡應(yīng)力體系并控制裂縫形成的關(guān)鍵因素。開放空間的形成需要有利的構(gòu)造位置（鄰近斷層或裂縫）、高度過飽和流體的注入以及石灰?guī)r地層的持續(xù)溶解。斷層或裂縫是不同性質(zhì)流體混合、運(yùn)移的有利部位。深部熱液流體通過斷層向上部地層運(yùn)移的同時(shí)，可能混合地層中其他性質(zhì)的流體（暗帶對應(yīng)的成巖流體可能受到海水影響）。只有通過以斷層作為流體運(yùn)移通道的大規(guī)模、過飽和流體的持續(xù)注入才能使石灰?guī)r層持續(xù)溶解，進(jìn)而形成穩(wěn)定、持續(xù)的開放空間體系。研究區(qū)內(nèi)棲霞組發(fā)育斑馬構(gòu)造的構(gòu)造角礫破碎明顯，這表明斑馬構(gòu)造受到水力壓裂作用的影響［46］。然而，無論巖石是否發(fā)生過交代作用，水力壓裂成因的構(gòu)造可形成于任何脆性巖石中。Fisher等［47］亦認(rèn)為水力壓裂無論在實(shí)驗(yàn)中還是理論上都不能產(chǎn)生類似斑馬構(gòu)造的裂縫系統(tǒng)，這暗示研究區(qū)斑馬構(gòu)造只是受到（后期）水力壓裂作用的影響，并非其形成的直接原因。

綜上所述，東吳構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期間，隨著峨眉山玄武巖巖漿大規(guī)模噴發(fā)，深部富Mg2+熱液流體沿著大量溝通基底的張（扭）走滑斷裂（映秀—五龍斷裂）運(yùn)移至棲霞組并交代石灰?guī)r基質(zhì)。基底熱液流體經(jīng)通道向上運(yùn)移的過程中必然導(dǎo)致巖層破裂［48-49］，熱液流體以爆炸方式強(qiáng)烈地順層注入至高孔滲性地層中（圖7b），并交代原巖而形成具殘余組構(gòu)的晶粒白云巖（暗帶）（圖7c）。在此過程中，由于受地層壓力的影響，新生成的白云石晶粒在結(jié)晶過程中產(chǎn)生的結(jié)晶力與地層壓力平衡，導(dǎo)致斑馬紋不發(fā)育。但當(dāng)熱液流體沿層系界面和裂縫持續(xù)注入并不斷溶解石灰?guī)r時(shí)，則會(huì)形成新的開放空間；產(chǎn)生的流體壓力減緩了圍巖靜壓力的影響，從而打破原有的平衡體系。因此，當(dāng)新生成的暗帶白云石緊鄰開放空間時(shí)，結(jié)晶力累積至超過巖石抗張強(qiáng)度后，會(huì)使新生成的巖石破裂產(chǎn)生裂縫（圖7d，區(qū)域C1）。裂縫在形成、擴(kuò)展與延伸過程中（通過鄰區(qū)的溶解和交代）會(huì)釋放周圍的應(yīng)力，而應(yīng)力強(qiáng)度降低后則不足以形成新的裂縫；當(dāng)與上一次形成的裂縫達(dá)到一定間距時(shí)，結(jié)晶力會(huì)重新積累并超過巖石的抗張強(qiáng)度，從而形成新的裂縫［17］。如此循環(huán)往復(fù)，即可形成斑馬構(gòu)造白云巖中近似等間距分布的裂縫（圖7d，區(qū)域C2）。在平行裂縫形成之后，熱液沿裂縫沉淀出鞍狀白云石（亮帶），它與暗帶深色白云石/巖組成斑馬構(gòu)造（圖7e）。當(dāng)石灰?guī)r溶解結(jié)束后，結(jié)晶力重新與地層壓力平衡，此時(shí)斑馬構(gòu)造停止發(fā)育。此后，經(jīng)歷晚期成巖作用及構(gòu)造作用復(fù)合改造，最終形成特殊的碳酸鹽巖儲(chǔ)層（圖7f）。

因此，熱液流體注入量、冷卻速率與原巖的孔滲條件控制了斑馬構(gòu)造的發(fā)育程度。在整個(gè)交代-結(jié)晶過程中，基質(zhì)中方解石溶解與白云石交代近乎同時(shí)發(fā)生，即暗帶白云石與等間距裂縫同時(shí)形成，裂縫的間距取決于應(yīng)力大小和巖石抗張強(qiáng)度［50］。對斑馬構(gòu)造壓力與滲透率關(guān)系的分析表明：區(qū)內(nèi)斑馬構(gòu)造白云巖滲透率為（100～10 000）×10-3μm2，壓力約為100 MPa。此外，斑馬構(gòu)造中裂縫的間距也可能與流體成分和礦物的沉淀速率有關(guān)：高過飽和流體和快速沉淀多形成間距更小的裂縫系統(tǒng)［51］。盡管就熱液白云巖儲(chǔ)層而言，亮帶鞍狀白云石膠結(jié)物多起到降低孔隙的破壞性作用，然而國外亦有實(shí)例表明，這種廣泛發(fā)育的平行裂縫與溶蝕孔洞可形成連通的縫洞系統(tǒng)，因而多具有較高的孔隙度及滲透率，如蘇伊士灣Hammam Faraun斷塊等發(fā)育斑馬構(gòu)造的白云巖為優(yōu)質(zhì)的天然氣儲(chǔ)層［52］。另外，研究區(qū)內(nèi)斑馬構(gòu)造主要集中于棲一段中上部而在棲二段不發(fā)育，推測是由于斷裂發(fā)育部位及棲一段與棲二段巖性存在較大差異所致：棲二段厚層—塊狀生物碎屑灰?guī)r因早成巖期膠結(jié)作用而較致密，棲一段頂部受早期膠結(jié)作用影響弱且易于破碎，熱液優(yōu)先進(jìn)入優(yōu)勢通道并交代圍巖，故棲一段中上部更有利于形成斑馬狀白云巖。

圖7 川西南棲霞組斑馬構(gòu)造白云巖發(fā)育模式Fig.7 Genesis model of zebra dolomite of Qixia Formation,southwest of Sichuan Basin

6 結(jié)論

（1）川西南中二疊統(tǒng)棲霞組斑馬構(gòu)造白云巖由暗帶、亮帶2期白云石組成。巖石學(xué)特征表明斑馬構(gòu)造為交代-沉淀成因。亮帶、暗帶富含Na元素，δ18O值極偏負(fù)，稀土元素具有Eu正異常，白云石有序度較低，這些地球化學(xué)特征綜合指示斑馬構(gòu)造為埋藏過程中構(gòu)造熱液作用所致。

（2）斑馬構(gòu)造白云巖的形成機(jī)理為：富鎂熱液沿?cái)鄬又貜?fù)-瞬時(shí)脈沖運(yùn)移至高孔滲性地層，并在持續(xù)性溶蝕-交代石灰?guī)r基質(zhì)過程中形成暗帶白云石，當(dāng)白云石晶粒重結(jié)晶的結(jié)晶力超過巖石抗張強(qiáng)度后會(huì)發(fā)生破裂；在形成-擴(kuò)大-延伸的動(dòng)態(tài)平衡過程中形成一系列平行裂縫，隨后熱液流體在裂縫中沉淀而形成亮帶鞍狀白云石。

（3）在斑馬構(gòu)造白云巖中大量發(fā)育的裂縫可有效連通孔隙，因此與斑馬構(gòu)造白云巖相關(guān)的特殊儲(chǔ)層具有一定的油氣勘探潛力。