川東南龍王廟組埋藏及混合水白云巖化作用

王勇，施澤進(jìn)，孟興平，劉沛杰，田亞銘，Qing Hairuo

1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，成都 610059

2.成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059

3.Department of Geology，University of Regina，SK Canada，S4S 0A2

0 引言

白云巖是一種常見(jiàn)的碳酸鹽巖，但其成因卻一直是學(xué)者們討論的焦點(diǎn)。一方面由于白云巖成因本身的復(fù)雜性，另一方面是由于白云巖對(duì)于油氣勘探有著特殊的意義。目前已經(jīng)建立了很多很多模式，這些模式包括回流滲透模式[1-2]、混合水模式[3-4]、薩布哈模式[5-6]、熱液白云巖模式[7]等，目前這些模式廣泛地被用來(lái)解釋世界各地的白云巖成因問(wèn)題[8-12]。

近些年來(lái)，關(guān)于白云巖成因問(wèn)題，有兩個(gè)值得關(guān)注的進(jìn)展：1）低溫下人工合成白云石獲得成功。白云石自發(fā)現(xiàn)以來(lái)，很長(zhǎng)一段時(shí)間人們不能在常溫常壓條件下合成白云石，這構(gòu)成了所謂的“白云巖問(wèn)題”的主體內(nèi)容。最早的真正意義上的低溫白云石合成案例為Vasconceloset al.[13]1995年在硫酸鹽還原細(xì)菌的作用下，成功合成了白云石，此后，人們相繼發(fā)現(xiàn)了很多微生物[13-17]可以克服白云石形成的動(dòng)力學(xué)障礙，誘導(dǎo)合成白云石。低溫條件下成功合成白云石，為“白云巖問(wèn)題”的解決帶來(lái)了新的希望。2）混合水白云巖化模式受到了質(zhì)疑?；旌纤自茙r化模式自提出以來(lái)，得到了廣泛地應(yīng)用，但同時(shí)，也有學(xué)者不斷提出質(zhì)疑[18-19]。最直接質(zhì)疑來(lái)自Luczaj[19]對(duì)Wisconsin arch 碳酸鹽巖的重新研究。Wisconsin arch 碳酸鹽巖是經(jīng)典的混合水白云巖化模式提出的地方，然而Luczaj[19]對(duì)其重新研究后認(rèn)為這些白云巖并不總是分布在高部位，并且有較高的包裹體均一溫度，綜合其他地球化學(xué)數(shù)據(jù)認(rèn)為該地區(qū)的白云巖實(shí)際上是熱液白云巖化的結(jié)果。

盡管如此，學(xué)者們并不認(rèn)為混合帶沒(méi)有形成白云石的能力[20-22]，只是其形成規(guī)模較小，且通常只能分布在臺(tái)地邊緣及附近。因此，混合水白云巖化模式依然作為一種重要的模式來(lái)解釋一些地區(qū)的白云巖成因。黃思靜等[20]對(duì)川東北飛仙關(guān)組白云巖的地球化學(xué)特征分析后認(rèn)為，飛仙關(guān)組微晶白云巖和具原始結(jié)構(gòu)的粒屑白云巖主要分布在沉積旋回的中上部，且具有高M(jìn)n 含量和低溫度的特征，認(rèn)為混合水白云巖化仍然是比較合理的解釋?zhuān)籐iet al.[22]以及Cooperet al.[23]對(duì)西班牙東南部Almeria 盆地中新世白云巖研究后認(rèn)為，上升的大氣淡水與中鹽度海水的混合是其白云巖化的重要原因，并通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算證實(shí)這種上升流的白云巖化潛力要明顯高于傳統(tǒng)的模式（大氣淡水向下滲透，與海水混合），該模式豐富了混合水白云巖化的模型；Heet al.[24]將碘元素的沉積記錄引入到碳酸鹽巖成因分析中來(lái)，認(rèn)為中國(guó)南方揚(yáng)子地塊的蓋白云巖的形成過(guò)程中，也存在大氣淡水與海水混合的情況；此外，Sumrallet al.[25]對(duì)混合帶模型進(jìn)行了修改，在模型中加入了促進(jìn)白云石化的微生物過(guò)程，用來(lái)解釋波多黎各莫納島（Isla de Mona）的白云巖成因。他認(rèn)為混合帶鹽躍層的條件將有利于利用密度界面上收集的有機(jī)物和從含鹽地下水中提取的硫酸鹽作為能源來(lái)維持活性的微生物群落存在和發(fā)展，而硫酸鹽還原菌的存在將更好地克服白云巖形成過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)障礙，使得白云巖化作用更加容易發(fā)生。將微生物作用引入到混合水白云巖化模型中，為混合水白云巖化機(jī)理的解釋提供了一個(gè)全新的視角，可能對(duì)混合水白云巖化機(jī)理的解釋帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。

四川盆地龍王廟組2012年在磨溪8井獲高產(chǎn)氣流，取得重大突破[26-27]。龍王廟組的勘探突破帶動(dòng)了學(xué)者們的研究熱情，2012 年后出現(xiàn)了大量的研究成果，這些成果主要集中在沉積相[28-30]、儲(chǔ)層控制因素[27,31-32]及油氣云聚規(guī)律[33-36]等方面。任影等[36]分析了川東地區(qū)的14 件白云巖的地球化學(xué)數(shù)據(jù)，認(rèn)為龍王廟組白云巖的成因主要為回流滲透白云巖。楊雪飛等[27]對(duì)川中龍王廟組的儲(chǔ)層成巖作用進(jìn)行了分析，認(rèn)為白云巖化作用主要與高鹽度水體的回流滲透有關(guān)。目前對(duì)龍王廟組白云巖的成因基本上有了比較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)：龍王廟組白云巖主要為回流滲透成因的白云巖[27,36-38]。然而，我們?cè)趯?duì)四川盆地東南的土河場(chǎng)剖面和南山坪剖面進(jìn)行研究時(shí)，認(rèn)為這兩者的剖面結(jié)構(gòu)及地球化學(xué)特征與其他剖面有明顯的差別，這兩處的白云巖并不具備回流滲透白云巖形成的地質(zhì)條件。通過(guò)野外調(diào)查及室內(nèi)分析，我們認(rèn)為土河場(chǎng)下部的白云巖為埋藏白云巖，而南山坪上部的白云巖則為混合水成因的白云巖。

1 地質(zhì)背景

四川盆地是中國(guó)最重要的含油氣盆地之一[39]，盆地縱向上發(fā)育了中生界陸相成藏系統(tǒng)、上古生界海相成藏系統(tǒng)及下古生界海相成藏系統(tǒng)三大成藏系統(tǒng)，有效勘探面積18×104km2[40]。目前盆地內(nèi)已經(jīng)建成普光、廣安、元壩及合川等多個(gè)大型氣田，是中國(guó)最主要的天然氣生產(chǎn)基地[41-42]。四川盆地構(gòu)造上位于楊子地臺(tái)的西北部，為楊子地臺(tái)的次級(jí)構(gòu)造單元[43],盆地周緣被多個(gè)造山帶所圍繞。研究目標(biāo)層位龍王廟組為下古生界成藏系統(tǒng)中的一個(gè)重要地層單元，是該成藏系統(tǒng)中的主要儲(chǔ)集層之一。

四川盆地龍王廟期發(fā)育連陸碳酸鹽巖臺(tái)地—斜坡—盆地沉積體系[30]、碳酸鹽巖臺(tái)地體系是龍王廟組沉積主體，整體呈北東—南西向展布。碳酸鹽臺(tái)地沉積，可劃分為局限—蒸發(fā)臺(tái)地、半局限—局限臺(tái)地、臺(tái)緣帶和混積潮坪4 個(gè)相及臺(tái)內(nèi)灘、臺(tái)緣灘及局限潟湖等多個(gè)亞相，并以局限—蒸發(fā)臺(tái)地相和半局限—局限臺(tái)地最為發(fā)育[30,38]。四川盆地東南緣大部分地區(qū)位于半局限臺(tái)地和蒸發(fā)臺(tái)地相帶中。本文所涉及到的兩個(gè)主要剖面為土河剖面和南山坪剖面（圖1）。土河剖面位于四川盆地的南緣，主體位于半局限—局限臺(tái)地沉積相帶中。南山坪剖面位于四川盆地的東緣，主體位于斜坡相帶（靠近臺(tái)地邊緣一側(cè)）中。

2 方法及結(jié)果

本文樣品主要采自四川盆地東南部的5 條剖面（圖1），共計(jì)90 余件。在野外對(duì)龍王廟組進(jìn)行了詳細(xì)地觀察及描述，對(duì)所采的樣品在野外進(jìn)行初步命名。到實(shí)驗(yàn)室后，所有樣品都進(jìn)行了薄片制作，在鏡下進(jìn)行了詳細(xì)的巖礦鑒定，確保樣品巖性的準(zhǔn)確性。在薄片鑒定后，選取有代表性的樣品60件，用蒸餾水沖洗三次，晾干后在瑪瑙研缽上將其磨至200 目以下，進(jìn)行碳氧同位素測(cè)試，選取39件進(jìn)行常量元素和微量元素分析，選取17件樣品進(jìn)行包裹體薄片制樣，并開(kāi)展了包裹體均一溫度及鹽度測(cè)試分析工作。

圖1 四川盆地及周緣龍王廟組沉積相展布及剖面位置圖（據(jù)文獻(xiàn)[30]修改）Fig.1 Map of sedimentary facies in Longwangmiao Formation in all areas studied (modified from reference[30])

常量元素（Na、Al、Fe）測(cè)試完成于成都理工大學(xué)礦產(chǎn)資源化學(xué)四川省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，樣品經(jīng)稱(chēng)重、硝解及定容后上機(jī)測(cè)試，所用儀器為ICP-OES，分析流程用標(biāo)樣GSS-1 和GSS-3 監(jiān)測(cè)，測(cè)試精度優(yōu)于10%。微量元素（Mn、Sr、U）測(cè)試分析完成于成都理工大學(xué)地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，所用儀器為美國(guó)PerkinElmer 公司Elan DRC-e ICP-MS，分析過(guò)程用標(biāo)樣GSS-1、GSS-3、GSR-4和GSD-9監(jiān)測(cè)，元素含量相對(duì)誤差優(yōu)于10%，測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)于表1。碳氧同位素完成于成都理工大學(xué)地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，所用儀器為MAT253 氣體穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀。樣品經(jīng)烘箱烘干后，在70 ℃的真空系統(tǒng)中與純磷酸反應(yīng)2 h，收集氣體進(jìn)行碳、氧同位素測(cè)試分析。所得數(shù)值的千分差以VPDB標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，分析精度優(yōu)于0.3‰，測(cè)試結(jié)果列于表2。包裹體測(cè)試完成于里賈納大學(xué)地質(zhì)系流體實(shí)驗(yàn)室。樣品經(jīng)制樣，兩面剖光后（厚度約100 μm），上機(jī)測(cè)試，具體測(cè)試方法與Zhenget al.[44]相同。

表1 研究區(qū)龍王廟組元素分析統(tǒng)計(jì)表Table 1 Element analysis in the study area,Longwangmiao Formation

表2 研究區(qū)龍王廟組碳酸鹽巖碳、氧同位素測(cè)試結(jié)果Table 2 Carbon and oxygen isotope analyses of carbonate rocks in the study area,Longwangmiao Formation

3 野外及鏡下觀察

四川盆地東南緣龍王廟組中下部以一套中—厚層狀灰色灰?guī)r為主，上部則以白云巖為主（圖2a、圖3a，b）?；?guī)r中鮞粒、內(nèi)碎屑、球粒、豆粒等各種顆粒結(jié)構(gòu)常見(jiàn)（圖3c，d），部分地層發(fā)生不均勻白云巖化（圖3e），局部可見(jiàn)疊層石發(fā)育（圖3f）?；?guī)r中裂縫較發(fā)育，裂縫近垂直于地層，多被方解石充填（圖3g）。上部為顆粒白云巖夾較均一的塊狀白云巖，顏色以灰色、淺灰色為主。在龍王廟組的頂部往往發(fā)育一套厚度5 m 左右的黃灰色、淺灰色的微晶白云巖，局部含泥質(zhì)較重。在微晶白云巖中可見(jiàn)少量膏溶孔及膏溶角礫巖（圖3h）。

圖2 川東南地區(qū)龍王廟組巖性柱狀圖（a）川東南地區(qū)龍王廟組典型巖性組合特征；（b）土河場(chǎng)剖面龍王廟組巖性組合特征；（c）南山場(chǎng)剖面龍王廟組巖性組合特征Fig.2 Lithological sketch of Longwangmiao Formation in southeastern Sichuan Basin

圖3 川東南地區(qū)龍王廟組野外露頭照片（a）龍王廟組厚層狀塊狀灰?guī)r，土河場(chǎng)剖面；（b）龍王廟組細(xì)晶白云巖，可見(jiàn)溶蝕、孔洞，巖孔剖面；（c）龍王廟組鮞粒灰?guī)r，鮞粒1～3 mm,巖孔剖面；（d）龍王廟組中的內(nèi)碎屑灰?guī)r，內(nèi)碎屑多為不規(guī)則球形及長(zhǎng)條形，巖孔剖面；（e）龍王廟組的不均勻白云巖化，表面風(fēng)化后，白云質(zhì)呈不規(guī)則條帶狀突起，土河場(chǎng)剖面；（f）龍王廟組中部的疊層石，巖孔剖面；（g）龍王廟組下部灰?guī)r，垂直裂縫發(fā)育，被方解石填充，土河場(chǎng)剖面；（h）龍王廟組頂部微晶白云巖，白云巖中見(jiàn)膏溶角礫，巖孔剖面Fig.3 Outcrop photographs of Longwangmiao Formation in southeastern Sichuan

本文所研究的兩個(gè)剖面總體符合上述特點(diǎn)，但存在特別之處：1）土河場(chǎng)剖面的白云巖，不像其他剖面只分布在上部，其下部也發(fā)育了一套厚約50 m 的白云巖（本文所講的土河場(chǎng)白云巖指的是土河場(chǎng)剖面下部的白云巖，全文同），白云巖呈厚層塊狀，晶粒以細(xì)晶為主（圖4a，b）；2）南山坪整體以較均一的薄—中層微晶灰?guī)r為主（圖4c、圖5d），顆粒結(jié)構(gòu)不發(fā)育，且其上部的白云巖厚度較小，總厚度不超過(guò)40 m（圖2c、圖4e），且沒(méi)有發(fā)育微晶白云巖，而是一層厚約20 m的致密泥質(zhì)灰?guī)r（圖4f）。

圖4 土河場(chǎng)及南山坪剖面野外露頭照片（a）土河場(chǎng)下部塊狀白云巖；（b）土河場(chǎng)塊狀白云巖，表面風(fēng)化后顯凸凹不平狀；（c）南山坪底部薄—中層狀灰?guī)r；（d）南山坪中部薄層—中層狀灰?guī)r；（e）南山坪上部的白云巖；（f）南山坪頂部薄層狀泥質(zhì)灰?guī)rFig.4 Outcrop photographs of Tuhechang and Nanshanping sections

顯微鏡下，川東南地區(qū)龍王廟組白云巖主要為粉晶白云巖，局部少量陸源碎屑（圖5a）及殘余顆粒結(jié)構(gòu)（圖5b）；土河場(chǎng)剖面白云巖以細(xì)—中晶白云巖為主，晶體多為平直晶面半自型—自型結(jié)構(gòu)，原始結(jié)構(gòu)完全消失（圖5c，d）。在陰極射線(xiàn)下，晶體邊界清楚，可見(jiàn)輕微的環(huán)帶結(jié)構(gòu)（圖5e）。南山坪剖面的白云巖則以粉—細(xì)晶它型白云石為主（圖5f，g，i），白云巖中溶蝕作用相對(duì)發(fā)育，晶間溶孔及溶蝕孔隙較常見(jiàn)（圖5g，i）,陰極射線(xiàn)下發(fā)暗紅或暗褐色光，晶體間的邊界不清楚或呈細(xì)小的團(tuán)塊狀（圖5h，j）。

圖5 龍王廟組巖性顯微特征（a）粉晶白云巖，含少量陸源碎屑，巖孔剖面；（b）粉晶白云巖，隱約可見(jiàn)殘余顆粒結(jié)構(gòu)，巖孔剖面；（c）細(xì)晶白云巖，白云石晶間可見(jiàn)殘余瀝青，土河場(chǎng)剖面；（d）細(xì)晶白云巖，可見(jiàn)少量晶間孔，土河場(chǎng)剖面；（e）與d同一視域，陰極發(fā)光顯示白云石晶面平直，呈半自型結(jié)構(gòu)；（f）粉晶白云巖，呈它型結(jié)構(gòu)，南山坪剖面；（g）細(xì)晶白云巖，可見(jiàn)晶間溶孔，晶型以它型結(jié)構(gòu)為主，少量半自型結(jié)構(gòu)，南山坪剖面；（h）與g同一視域，陰極射線(xiàn)下發(fā)褐色光，晶體邊界不清楚，局部呈團(tuán)塊狀；（i）粉晶白云巖，溶蝕孔隙發(fā)育，晶型以它型為主，南山坪剖面；（j）與i同一視域，陰極射線(xiàn)下發(fā)團(tuán)塊狀暗褐色光Fig.5 Microscopic lithological characteristics of Longwangmiao Formation

4 討論

前已述及，土河場(chǎng)剖面和南山坪剖面的白云巖，其分布位置及地層結(jié)構(gòu)有其獨(dú)特的地方。結(jié)合室內(nèi)測(cè)試分析資料，我們認(rèn)為土河場(chǎng)白云巖和南山坪的白云巖成因并不同于四川盆地及周邊其他大多數(shù)白云巖。土河場(chǎng)白云巖為埋藏白云巖化的產(chǎn)物，而南山坪白云巖則是混合水白云巖化的產(chǎn)物。

4.1 土河洋白云巖埋藏白云巖化證據(jù)

4.1.1 主量元素

土河場(chǎng)的白云巖具有普遍高的Fe 元素含量，并且Fe 元素的含量和Mn 元素的含量有較好的相關(guān)性（圖6a）。由于碳酸鹽巖的成巖過(guò)程是一個(gè)Fe元素和Mn 元素的獲取過(guò)程，但Fe 和Mn 元素只能在還原環(huán)境中進(jìn)入碳酸鹽礦物晶格中[45-48]。因此后期的成巖作用越強(qiáng)烈，F(xiàn)e和Mn元素的含量會(huì)越高。由于龍王廟組普遍含有較高的陸源物質(zhì)，而陸源物質(zhì)相對(duì)海水是富集Fe 元素的。因此該區(qū)微晶灰?guī)r（通常認(rèn)為其受到后期成巖作用的改造比較弱）中Fe 元素與Al元素具有較高的相關(guān)性（圖6b），但Fe 與Mn 元素的相關(guān)性卻很低（圖6c）。這表明成巖改造較弱的碳酸鹽巖中的Fe 元素主要來(lái)自陸源物質(zhì)，而非后期的成巖過(guò)程中進(jìn)入碳酸鹽巖晶格中的。因?yàn)槿绻窃诤笃诘某蓭r過(guò)程中進(jìn)入到碳酸鹽巖中的，F(xiàn)e和Mn元素會(huì)同時(shí)進(jìn)入，它們之間應(yīng)該有較好的相關(guān)性。研究區(qū)龍王廟組中的晶粒白云巖，普遍被認(rèn)為是同生期回流滲透白云巖化的產(chǎn)物[27,36-38]，我們對(duì)這些白云巖做了詳細(xì)的野外調(diào)查和室內(nèi)分析[47]，贊同這樣的觀點(diǎn)。這些晶粒白云巖處于近地表或淺埋藏環(huán)境，因此Fe 和Mn 元素是不能進(jìn)入碳酸鹽礦物晶格的，但Fe元素可以在沉積的時(shí)候和陸源物質(zhì)一起沉積到碳酸鹽巖中。從散點(diǎn)圖中看出，研究區(qū)白云巖的Fe 元素和Al 元素有一定的相關(guān)性（圖6d），但Fe 元素和Mn 元素的相關(guān)性則很弱（圖6e）。而土河場(chǎng)的白云巖，其Fe元素和Mn元素有明顯的相關(guān)性，但Fe元素和Al 元素則有較弱的相關(guān)性，這意味土河場(chǎng)白云巖中的Fe和Mn主要是在后期成巖過(guò)程中獲得的，而非來(lái)自陸源碎屑。

圖6 川東南地區(qū)及土河場(chǎng)龍王廟組碳酸鹽巖元素地球化學(xué)散點(diǎn)圖（a）土河場(chǎng)白云巖Mn元素和Fe元素散點(diǎn)圖；（b）研究區(qū)域內(nèi)微晶灰?guī)rFe元素和Al元素散點(diǎn)圖；（c）研究區(qū)域內(nèi)微晶灰?guī)rFe元素和Mn元素散點(diǎn)圖；（d）研究區(qū)域內(nèi)白云巖Fe元素和Al元素散點(diǎn)圖；（e）研究區(qū)域內(nèi)白云巖Fe元素和Mn元素散點(diǎn)圖Fig.6 Scatter gram of element geochemistry of carbonate rocks in southeastern Sichuan Basin and Tuhechang Longwangmiao Formation

4.1.2 碳氧同位素

從碳氧同位素來(lái)看，土河場(chǎng)白云巖的氧同位素明顯低于其他剖面白云巖的氧同位素（圖7），平均值約為-8.18‰。氧同位素對(duì)溫度和鹽度是敏感的[48-51]，高溫度和低鹽度都可以造成碳酸鹽巖氧同位素向負(fù)偏移。但從Na元素來(lái)看，土河場(chǎng)白云巖的Na元素并不比川東南地區(qū)的白云巖低，反而是略高于川東南地區(qū)的白云巖（表1）。由于Na元素的高低可以反映流體的鹽度的高低[52-54]，因此土河場(chǎng)白云巖化流體的鹽度并不比研究區(qū)的低，白云巖的低氧同位素值，應(yīng)該是反映了其形成于相對(duì)較高的溫度環(huán)境。這也意味著土河場(chǎng)白云巖是在較大埋深的情況下形成的，而其碳同位素偏正則可能是全球性的碳同位素漂移引起的[55]。

圖7 川東南地區(qū)龍王廟組白云巖及土河場(chǎng)、南山坪剖面白云巖散點(diǎn)圖Fig.7 Scattergram of Longwangmiao Formation dolomite in southeastern Sichuan Basin and dolomite of Tuhechang and Nanshanping sections

4.1.3 流體包裹體

更直接的證據(jù)來(lái)自包裹體的相關(guān)測(cè)試。包裹體在龍王廟組其他剖面很少，我們?cè)谄渌拭娴陌自茙r中沒(méi)有找到可以用來(lái)測(cè)試的包裹體，而在土河場(chǎng)剖面中則發(fā)現(xiàn)了相對(duì)較多的包裹體（圖8）。這些包裹體大多較小，但仍然可以找到一些可用于測(cè)試的包裹體。土河場(chǎng)中的包裹體大多呈團(tuán)簇狀出現(xiàn)，形狀不規(guī)則（圖8）。測(cè)試結(jié)果顯示，土河場(chǎng)白云石中的包裹體均一溫度比較高，分布范圍較廣（105.4 ℃～266.5 ℃）。主要集中在兩個(gè)區(qū)域（圖9），一個(gè)為140 ℃～160 ℃，另一個(gè)為180 ℃～200 ℃，最高溫度超過(guò)260 ℃。顯示土河場(chǎng)白云巖可能主要形成于溫度為140 ℃～160 ℃和180 ℃～200 ℃的環(huán)境中。其冰點(diǎn)溫度為-1.7 ℃～-16.9 ℃，對(duì)應(yīng)的鹽度為2.9～20.15（wt.%），主要集中在2.9～4.34之間。表明土河場(chǎng)白云巖形成的流體可能主要為古海水（現(xiàn)代海水的鹽度約為3.5%）。較寬的均一溫度和鹽度表明土河場(chǎng)白云巖形成時(shí)或形成后處于相對(duì)復(fù)雜的外部環(huán)境。

圖8 土河場(chǎng)白云巖包裹體照片F(xiàn)ig.8 Photograph of Tuhechang dolomite inclusions

圖9 包裹體均一溫度分布直方圖Fig.9 Histogram of homogenization temperature distribution in Tuhechang dolomite inclusions

龍王廟組其他剖面的白云巖則主要分布在上部，主要是因?yàn)槠渌貐^(qū)的白云巖主要為回流滲透成因，這些回流的流體主要來(lái)自龍王廟組沉積晚期的潟湖中，因此白云巖化作用是自上而下發(fā)生的，致使白云巖主要分布在上部。而土河場(chǎng)的白云巖則主要分布在龍王廟組的下部，其上還有大量沒(méi)有被白云巖化的灰?guī)r存在，因此，從白云巖化的過(guò)程和機(jī)制上來(lái)看，顯然土河場(chǎng)的白云巖成因不同于其他剖面的白云巖，并非回流滲透白云巖化的產(chǎn)物。綜上所述，土河場(chǎng)剖面的白云巖形成溫度較高，有較高的Fe元素和Mn 元素含量，且主要分布在龍王廟組的下部，反映了其為埋藏白云巖的特點(diǎn)。

4.2 南山坪白云巖混合水白云巖化證據(jù)

4.2.1 鹽度

南山坪白云巖具有較低的鹽度。由于龍王廟組碳酸鹽巖普遍含有陸源物質(zhì)，而部分陸源物質(zhì)中含有Na元素（如斜長(zhǎng)石），因此在分析碳酸鹽巖的Na元素含量是應(yīng)盡量避免陸源物質(zhì)的影響。從各剖面的Na元素和Al元素的散點(diǎn)圖可以看出，兩種元素具有較高的正相關(guān)性（圖10a），這表明陸源物質(zhì)確實(shí)明顯影響了龍王廟組的地球化學(xué)特征。對(duì)各個(gè)剖面的Na元素和Al 元素含量進(jìn)行擬合后（圖10b～d），可得一線(xiàn)性擬合方程，這一方程的截距則代表了沒(méi)有陸源物質(zhì)（Al元素含量為零）時(shí)，碳酸鹽巖中的Na元素含量。從擬合方程可以得到盆地東南部的微晶灰?guī)r和白云巖（除土河場(chǎng)及南山坪外）、土河場(chǎng)白云巖及南山坪白云巖的Na元素含量分別為121.3，133.4，152.8和109.3。由于龍王廟白云巖主要為蒸發(fā)濃縮回流滲透白云巖，因此，白云巖的Na 元素含量普遍高于灰?guī)r。但南山坪處的白云巖的Na 元素含量則低于灰?guī)r的含量，這意味著南山坪白云巖形成環(huán)境的鹽度低于當(dāng)時(shí)海水的鹽度。

圖10 研究區(qū)及土河場(chǎng)、南山坪剖面碳酸鹽巖Na 元素及Al 元素?cái)M合曲線(xiàn)（a）川東南地區(qū)微晶灰?guī)r；（b）川東南地區(qū)白云巖；（c）土河場(chǎng)白云巖；（d）南山坪白云巖Fig.10 Na and Al curves of best fit for carbonate rocks in the study area,Tuhechang and Nanshanping sections

4.2.2 氧同位素

來(lái)自氧同位素的證據(jù)。由于南山坪剖面的沉積環(huán)境于其他剖面完全不同，主要處于斜坡相中，其沉積物的氧同位素在一定程度上受沉積環(huán)境的影響。因此將南山坪白云巖和其他剖面的白云巖進(jìn)行對(duì)比是不合適的。我們分析了南山坪剖面的微晶灰?guī)r碳氧同位素，通過(guò)成巖蝕變判斷，南山坪的微晶灰?guī)r基本沒(méi)有受成巖蝕變的改變，因此，微晶灰?guī)r可以代表當(dāng)時(shí)沉積時(shí)的地球化學(xué)特征。測(cè)試結(jié)果顯示（表2），微晶灰?guī)r的碳同位素為0.19～2.17（平均值為0.95），δ18O 為-9.43～-6.24（平均值為-7.65），而南山坪白云巖的碳同位素為-0.29～1.30（平均值為0.19），δ18O 為-7.00～-3.81（平均值為-5.91）。

對(duì)氧同位素來(lái)說(shuō)，由于白云巖和灰?guī)r存在分餾差異，在相同的溶液中，形成的白云石要比方解石更富集18O[56-57]。Vasconceloset al.[56]2005 年通過(guò)在低溫條件下合成白云石的方法，建立起了白云石和水溶液的氧同位素分餾方程，該方程顯示，白云石比方解石富集2.6‰的18O。我們?nèi)?.5‰代表這一分餾差異，對(duì)白云巖的氧同位素進(jìn)行矯正。矯正后的白云巖氧同位素為-8.41‰，明顯低于微晶灰?guī)r的氧同位素值（圖11）。氧同位素主要受溫度和鹽度的影響，但由于白云巖的先驅(qū)礦物和微晶灰?guī)r沉積于同一地點(diǎn)相同的沉積環(huán)境，因此，其沉積時(shí)的溫度是相似的，這意味著白云巖的低氧同位素應(yīng)該主要是由于鹽度較低造成的，也印證了南山坪白云巖形成于混合水環(huán)境中。

圖11 南山坪碳氧同位素散點(diǎn)圖（同位素分餾矯正后）Fig.11 Carbon and oxygen isotope scatter plots for Nanshanping (corrected by isotope fraction)

4.2.3 U元素

南山坪白云巖中，存在一明顯的U元素的富集過(guò)程。元素分析結(jié)果顯示，南山坪白云巖中的U元素含量較高，比其他其他剖面的白云巖高出一個(gè)數(shù)量級(jí)（表1、圖12）。由于U 元素在氧化環(huán)境中容易被活化，隨氧化性流體遷移，當(dāng)環(huán)境變?yōu)檫€原環(huán)境時(shí)，其就會(huì)被還原為4價(jià)U沉淀下來(lái)。因此，在南山坪剖面白云巖中應(yīng)該存在這樣一個(gè)氧化還原的過(guò)程。這一過(guò)程可以很好地用大氣降水向下緩慢流動(dòng)的過(guò)程解釋。四川盆地在龍王廟沉積期，區(qū)內(nèi)發(fā)生小幅度的差異性升降運(yùn)動(dòng)，形成不對(duì)稱(chēng)半地塹與地壘相間的東南低、西北高的古地貌格局[58-59]。龍王廟末期，海平面下降，這些地壘露出海面，形成孤島或島弧，這些孤島或島弧接受大氣降水的補(bǔ)給，在水勢(shì)差和兩邊致密層隔擋層的共同作用下，大氣水能向下滲透較大的距離。大氣水向下滲透的過(guò)程中，氧化沿途的U元素，隨著向下運(yùn)移距離的增加，逐漸變?yōu)檫€原環(huán)境，此時(shí)U元素開(kāi)始被還原，以沉淀物的形式逐步富集，這是造成南山坪白云巖U元素含量較高的主要原因，這一過(guò)程正好可以與混合水白云巖化的過(guò)程對(duì)應(yīng)起來(lái)。此外，南山坪白云巖中溶蝕孔隙較發(fā)育（圖5g，i），也顯示了其經(jīng)歷了較明顯的淡水淋濾作用。

圖12 川東南地區(qū)龍王廟組碳酸鹽巖U 元素含量直方圖Fig.12 Uranium content of carbonate rocks of Longwangmiao Formation in southeastern Sichuan Basin

4.2.4 巖相特征

南山坪剖面結(jié)構(gòu)不同于其他剖面，沒(méi)有形成回流滲透白云巖的必要條件。野外調(diào)查顯示，無(wú)論時(shí)川西北還時(shí)川東南地區(qū)，絕大多數(shù)剖面頂部都為一層厚度為5 m左右的微晶白云巖（圖2a，b），這層微晶白云巖記錄了龍王廟末期廣泛發(fā)育的潟湖相沉積事件，潟湖中高鹽度海水向下回流滲透是龍王廟組大多數(shù)白云巖形成的主要機(jī)制。而南山坪頂部則為一套致密的微晶灰?guī)r（圖2a），也就是說(shuō)處于臺(tái)地邊緣—斜坡相沉積區(qū)的南山坪地區(qū)，其不具備形成潟湖相的條件，也就不具備形成回流滲透的條件。因此，南山坪剖面的白云巖難以用回流滲透機(jī)制來(lái)解釋。

這里必須再次強(qiáng)調(diào)的是，雖然目前混合水白云巖化受到強(qiáng)烈的質(zhì)疑，但質(zhì)疑的焦點(diǎn)并不在混合水條件下能否形成白云巖，而在其形成規(guī)模。學(xué)者們并沒(méi)有否認(rèn)混合水條件下可以形成白云巖[20-23]，因此在特定的環(huán)境下，混合水白云巖化可能仍然是白云巖形成的主要機(jī)制。從掌握的資料資料狀況來(lái)看，混合水白云巖化模式是解釋南山坪地區(qū)的白云巖成因的最佳選擇。

川東南地區(qū)龍王廟組碳酸鹽巖普遍致密，而南山坪剖面和土河場(chǎng)剖面的白云巖具有相對(duì)較好的物性，在鏡下也可以見(jiàn)到明顯的孔隙存在，尤其是土河場(chǎng)剖面中，晶間孔和晶間溶孔普遍發(fā)育，且大多數(shù)孔隙中可見(jiàn)到殘存的瀝青。因此，埋藏白云巖化和混合水白云巖化對(duì)于川東南地區(qū)龍王廟組儲(chǔ)層相對(duì)不發(fā)育的區(qū)域具有重要的意義。

5 結(jié)論

四川盆地龍王廟組白云巖主要為回流滲透成因，但東南部土河場(chǎng)剖面和南山坪剖面具有不同于其他剖面的地層結(jié)構(gòu)和地球化學(xué)特征，其形成機(jī)制有別于其他地區(qū)的白云巖。土河場(chǎng)剖面的白云巖主要分布在龍王廟組下部，不具備形成回流滲透白云巖的地質(zhì)條件，其白云巖有較高的Fe元素和Mn元素含量，代表了其形成于較大埋深的還原環(huán)境中，明顯偏負(fù)的氧同位素組成反映了其形成于較高溫度環(huán)境中，包裹體均一溫度也顯示其形成于110 ℃以上的高溫環(huán)境，這些證據(jù)均指示土河場(chǎng)白云巖形成于埋藏環(huán)境。南山坪剖面的白云巖主要分布在龍王廟組的上部，其剖面結(jié)構(gòu)不同于其他剖面的微晶白云巖+晶粒白云巖+灰?guī)r的結(jié)構(gòu)，而是微晶灰?guī)r+晶粒白云巖+微晶灰?guī)r的結(jié)構(gòu)，沒(méi)有蒸發(fā)濃縮環(huán)境下的產(chǎn)物——微晶白云巖，不能用回流滲透作用在解釋其成因。南山坪白云巖具有較低的Na 元素含量，意味著其鹽度低于正常海水的鹽度，另外南山坪白云巖具有較高的U元素含量，顯示其有氧化性流體的混入，印證了南山坪白云巖形成過(guò)程中有大氣降水的混入。盡管混合水白云巖化模式受到了質(zhì)疑，但我們認(rèn)為南山坪白云巖用混合水模式解釋仍然是較合理的解釋。

致謝 成都理工大學(xué)劉自亮副教授和鄧?yán)ジ苯淌趨⒓恿艘巴夤ぷ?，龔曉欣及譚謙博士參與數(shù)據(jù)整理及薄片鑒定等工作，在此一并表示感謝！