川中磨溪—高石梯地區(qū)棲霞組白云巖特征及成因機制

何溥為，胥旺，張連進，伏美燕，吳冬，鄧虎成，徐會林，孫啟蒙

1.中國石油西南油氣田分公司勘探開發(fā)研究院，成都 610051

2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，成都 610059

3.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室（成都理工大學(xué)），成都 610059

0 引言

四川盆地中二疊統(tǒng)棲霞組白云巖儲層是盆地天然氣勘探開發(fā)的一個重要領(lǐng)域[1-2]，目前已經(jīng)在川西地區(qū)棲霞組鉆獲高產(chǎn)工業(yè)氣流[3]。近期在川中磨溪—高石梯地區(qū)棲霞組也取得了良好的試氣效果，顯示棲霞組具有極大的勘探開發(fā)潛力。川中磨溪—高石梯地區(qū)棲霞組發(fā)育灘相白云巖[4-5]，為優(yōu)質(zhì)儲層的形成提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。前人對四川盆地不同區(qū)域中二疊統(tǒng)棲霞組灘相白云巖的成因及儲層發(fā)育特征做了大量研究[6-15]，同時也提出了多種白云巖化成因觀點，主要包括三大類：1）埋藏白云巖化成因[7-8]，以及局部疊加后期熱事件影響[9-10]；2）混合水白云巖化成因[7,10]；3）構(gòu)造—熱液白云巖化成因[1-2,11-12]。也有學(xué)者從全盆的角度對棲霞組灘相白云巖成因機理及其疊加效應(yīng)進行了深入研究[13]?？傮w而言，由于不同區(qū)域棲霞組沉積背景、白云巖化條件等有差異，導(dǎo)致其白云巖成因機理不同，進而影響了不同地區(qū)棲霞組白云巖儲集物性的差異。同時，盆地內(nèi)部不同沉積相帶白云巖儲層厚度存在差異，臺地邊緣白云巖儲層厚10～30 m，臺內(nèi)灘相白云巖儲層介于5～20 m[16]。目前對川中地區(qū)棲霞組白云巖成因缺乏系統(tǒng)的認識，尤其是對灘相中差異白云石化機理不明確，導(dǎo)致難以預(yù)測優(yōu)質(zhì)白云巖儲層的分布。本文通過系統(tǒng)分析磨溪—高石梯地區(qū)棲霞組灘相不同類型白云巖的微量元素、碳氧同位素、鍶同位素等地球化學(xué)特征，對白云石化流體的來源和白云石化機制進行研究，并根據(jù)白云石化程度差異和白云巖的結(jié)構(gòu)類型，結(jié)合海平面變化、顆粒灘類型和沉積環(huán)境，明確白云石化的主控因素，建立該區(qū)白云石化成因模式，為研究區(qū)白云巖優(yōu)質(zhì)儲層預(yù)測及評價提供可靠的理論依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

研究區(qū)磨溪—高石梯區(qū)塊位于川中平緩褶皺帶（圖1），屬于川中磨溪—龍女寺北斜坡[19]。該斜坡形成于震旦紀晚期桐灣運動，志留紀末期受加里東運動的影響，古隆起基本定型，在燕山晚期由于構(gòu)造快速抬升，古隆起西段發(fā)生強烈變形[18]。從二疊紀開始，隨著峨眉地裂運動由盆地周邊向盆地內(nèi)發(fā)展，使得第一次海侵形成的碳酸鹽臺地破裂、離散[8]。同時，峨眉地裂運動造成地殼拉張、斷塊差異抬升，并使深大斷裂活化，從而形成大量高角度裂縫，為構(gòu)造熱液的活動提供了通道[20-21]。地裂運動也使研究區(qū)普遍發(fā)育貫穿基底的走滑斷層，這些走滑斷層在平面上表現(xiàn)為北東向的張扭性質(zhì)[21]。在中二疊世后期，北方勞亞大陸與南方岡瓦納大陸逐漸匯聚并發(fā)生碰撞，同時伴隨中國南方大范圍的火山活動，從而為四川盆地中二疊統(tǒng)地層中的熱液活動提供了大地構(gòu)造背景[8,21-24]。

川中磨溪—高石梯地區(qū)棲霞組底部與下伏梁山組整合接觸，頂部與上覆茅口組呈整合接觸。梁山組為一套厚度較薄的鋁土質(zhì)風化殼層，向上逐漸過渡為濱海沼澤相沉積的黑色碳質(zhì)頁巖。隨后，在大規(guī)模海侵背景下，川中棲霞組早期沉積環(huán)境以深水開闊臺地相為主，中晚期以開闊臺地相沉積為主，頂部為一套生屑灰?guī)r或顆粒白云巖[25]。受全球海平面下降的影響，四川盆地棲霞組末期迅速海退，使得川中地區(qū)地層發(fā)生區(qū)域性暴露[26-27]。同時，棲霞組沉積受川中古隆起殘余地貌的控制，其中古隆起大部分地區(qū)發(fā)育淺緩坡，古隆起東緣呈“S”形，向東南方向逐漸演化為中—深緩坡[28]。基于前人對四川盆地棲霞組層序地層特征的研究，棲霞組對應(yīng)一個三級層序，層序內(nèi)部由海侵體系域（TST）和高位體系域（HST）構(gòu)成，總體經(jīng)歷了快速海侵、緩慢海退的過程[13,25,28]。棲霞組從下到上可以分為棲一、棲二兩段（圖1）。研究區(qū)顆粒灘以臺內(nèi)灘為主，主要發(fā)育于棲一段頂部和棲二段。顆粒灘分布主要受古微地貌高地控制，灘體沿北西—南東向展布，北東—南西向顆粒灘和開闊海（或灘間海）相間展布[4,25]。

2 白云巖巖石學(xué)特征

2.1 白云巖顯微結(jié)構(gòu)特征及類型

通過選取研究區(qū)內(nèi)典型取心井磨溪42 和磨溪108 井，以及高石梯地區(qū)高石001-X45 和高石128 兩口巖屑井（井位分布見圖1），從宏觀和微觀角度系統(tǒng)分析棲霞組白云巖的分布特征、巖性特征及顯微結(jié)構(gòu)特征。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置、井位圖及地層特征（據(jù)文獻[17-18]修改）Fig.1 Structural location,well location and stratigraphic characteristics of study area (modified from references[17-18])

磨溪42 井棲霞組取心段主要為棲二段，棲二段巖心特征表現(xiàn)為白云巖與生屑灰?guī)r互層（圖2），白云巖段發(fā)育大量溶孔、溶洞，洞中見瀝青，且棲二段底部見鞍狀白云石。鑄體薄片顯示棲二段白云巖以細晶為主，其次為細—中晶和中粗晶白云巖。細晶白云巖呈它形—半自形，發(fā)育晶間孔（圖3a）；中—細晶白云巖呈半自形，發(fā)育少量晶間孔，見明顯的殘余生屑結(jié)構(gòu)（圖3b）；粗—中晶白云巖呈自形，發(fā)育晶間溶孔和微裂隙（圖3c）。

圖2 磨溪42 井取心段巖性柱狀圖Fig.2 Lithological histogram of cored section,well MX42

磨溪108 井白云巖主要發(fā)育在棲二段中上部和底部（圖4），底部白云巖發(fā)育大量針狀孔和溶洞，溶洞中見瀝青。白云巖鑄體薄片顯示，細—中晶白云巖呈半自形，發(fā)育晶間溶孔和微裂隙（圖3d）；中晶白云巖呈半自形—自形，局部見粒屑白云石，發(fā)育晶間溶孔（圖3e）；粗—中晶白云巖，具殘余顆粒結(jié)構(gòu)，發(fā)育晶間孔和晶間溶孔（圖3f）。

圖3 研究區(qū)棲霞組巖心及巖屑鑄體薄片特征（a）MX42，4 659.68 m，細晶白云巖；（b）MX42，4 650.50 m，細—中晶白云巖；（c）MX42，4 655.62 m，中—粗晶白云巖；（d）MX108，4 689.46 m，細—中晶白云巖；（e）MX108，4 690.78 m，中晶白云巖；（f）MX108，4 671.80 m，中—粗晶白云巖；（g）GS001-X45，4 160.00 m，細晶白云巖；（h）GS001-X45，4 160.01 m，中晶含灰云巖；（i）GS128，4 248 m，粗晶白云巖，見鞍形白云石Fig.3 Core and chip thin sections of Qixia Formation dolomites in study area(a)MX42,4 659.68 m,fine crystalline;(b)MX42,4 650.50 m,fine to medium crystalline;(c)MX42,4 655.62 m,medium to coarse crystalline;(d)MX108,4 689.46 m,fine to medium crystalline;(e)MX108,4 690.78 m,medium crystalline;(f)MX108,4 671.80 m,medium to coarse crystalline;(g)GS001-X45,4 160.00 m,fine crystalline;(h)GS001-X45,4 160.01 m,medium crystalline calcitic;(i)GS128,4 248 m,coarse crystalline and saddle dolomite

圖4 磨溪108 井取心段巖性柱狀圖Fig.4 Lithological histogram of cored section,well MX108

高石梯地區(qū)棲霞組無取心，本次研究借助巖屑樣品進行分析。高石001-X45 井棲霞組白云巖主要發(fā)育在棲一段頂部（深度分別為4 160～4 168 m，4 171～4 178 m）。鏡下晶粒白云巖以粗粉晶、細晶為主，部分達到中晶，半自形鑲嵌結(jié)構(gòu)（圖3g，h）?；|(zhì)中見自形程度高的白云石晶體，具淺埋藏白云石化特征。高石128 井棲霞組白云巖主要發(fā)育在棲一段頂部（深度為4 271～4 277 m）和棲二段中部（深度為4 239～4 248 m）。見晶粒白云巖，含球粒泥晶灰?guī)r的溶洞中可見鞍狀白云石充填（圖3i），可能為熱液成因標志。根據(jù)研究區(qū)白云巖的晶形、晶面、晶粒大小等可以反映白云石成因的顯微結(jié)構(gòu)特征，并依據(jù)《中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準》中巖石薄片鑒定部分（SY/T 5368—2000）關(guān)于碳酸鹽巖的晶粒大小分級方案，研究區(qū)白云巖以細晶和細—中晶為主，在所統(tǒng)計的巖屑薄片中占晶粒白云巖的90%，粗晶白云巖次之。其中細晶白云巖多為半自形鑲嵌結(jié)構(gòu)，較致密，少見晶間孔，細—中晶和中粗晶白云巖晶間孔和晶間溶孔發(fā)育，鞍形白云石在巖心上呈巨晶狀，顏色為白色，主要發(fā)育在裂縫和溶蝕孔洞內(nèi)，鏡下晶體表面較干凈，晶面彎曲，正交光下具波狀消光特征。

2.2 白云巖陰極發(fā)光特征

研究區(qū)棲霞組白云巖的陰極發(fā)光特征可以分為3 大類，第一類白云巖陰極發(fā)光呈暗紅色，主要為細晶白云巖（圖5a，b）；第二類白云巖陰極發(fā)光呈紅色，且白云石晶體邊緣發(fā)斑駁狀亮紅色光，主要為細—中晶和中晶白云巖（圖5c，d）；第三類白云巖陰極發(fā)光呈紅色，白云石晶體具有明顯的環(huán)帶特征，主要為中—粗晶白云巖（圖5e，f）。陰極發(fā)光整體較弱，可以排除混合水白云化和淡水作用成因。因為Mn2+含量制約了碳酸鹽礦物的陰極發(fā)光性，所以白云巖的陰極發(fā)光強度可以在一定程度上反映白云石形成時的流體Mn2+含量。海水中Mn2+含量偏低，所以推測陰極發(fā)光呈暗紅色的細晶白云巖的云化流體很可能是海源流體，并且在近地表海水條件下，錳離子還未進入白云石晶格，反映白云石形成于早期低溫階段。而陰極發(fā)光呈紅色的中晶和中—粗晶白云巖表現(xiàn)出埋藏成因特征，且陰極發(fā)光環(huán)帶特征指示白云巖存在多期重結(jié)晶作用。斑狀白云巖的灰質(zhì)部分為云化殘余，陰極發(fā)光為暗橘紅色，保留原始海水特征。白云石陰極發(fā)光呈亮紅色，為還原的高Mn 環(huán)境中形成，與螢石伴生，指示與熱液作用有關(guān)?；屹|(zhì)云巖的方解石為晚期溶蝕后充填成因，發(fā)暗紅色光，為高Fe還原環(huán)境形成。

圖5 磨溪—高石地區(qū)棲霞組白云巖陰極發(fā)光特征（A，a）GS001-X34，4 106 m，細晶白云巖；（B，b）MX108，4 689.41 m，細晶白云巖；（C，c）MX108，4 689.46 m，細—中晶白云巖；（D，d）MX108，4 689.78 m，中晶白云巖；（E，e）MX42，4 655.62 m，中—粗晶白云巖；（F，f）MX108，4 671.80 m，中—粗晶白云巖；（G，g）MX42，4 649.30 m，云質(zhì)灰?guī)r；（H，h）MX108，4 681.84 m，灰質(zhì)云巖（其中A～H為單偏光，a～h為對應(yīng)的陰極發(fā)光）Fig.5 Cathodoluminescence characteristics of dolomite from Qixia Formation in Moxi-Gaoshi area(A,a)GS001-X34,4 106 m,fine crystalline;(B,b)MX108,4 689.41 m,fine crystalline;(C,c)MX108,4 689.46 m,fine to medium crystalline;(D,d)MX108,4 689.78 m,medium crystalline;(E,e)MX42,4 655.62 m,medium to coarse crystalline;(F,f)MX108,4 671.80 m,medium to coarse crystalline;(G,g)MX42,4 649.30 m,dolomitic limestone;(H,h)MX108,4 681.84 m,lime dolostone(A-H=unpolarized light images;a-h=cathodoluminescence images)

3 白云巖地球化學(xué)特征

3.1 白云巖及伴生灰?guī)r的微量元素組成特征

通過對研究區(qū)細晶白云巖、細—中晶白云巖、中—粗晶白云巖和代表同期海水的泥晶灰?guī)r微量元素進行對比分析，可以有效判斷白云巖的成巖流體性質(zhì)和成巖蝕變強度。前人研究表明，海相碳酸鹽巖的早期白云巖化將導(dǎo)致較富Sr 的白云石，而相對穩(wěn)定的海相碳酸鹽的晚期白云石化將形成貧Sr的白云石[31]。

研究區(qū)不同類型白云巖和泥晶灰?guī)r的Sr、Mn 元素含量及Sr/Ba 比值見表1。與泥晶灰?guī)r相比，晶粒白云巖的Sr 含量明顯偏低。一方面，低的Sr 含量和Sr/Ba 比反映成巖流體的鹽度較低，另一方面也指示隨白云巖化作用的進行，巖石中Sr 含量有降低的趨勢。經(jīng)過成巖作用改造穩(wěn)定后的碳酸鹽巖具有較低的Sr 含量，這種成巖過程中對應(yīng)的元素遷移和缺失關(guān)系，反映了成巖蝕變的強度和成巖環(huán)境的變遷[32]。晶粒白云巖中Mn含量明顯高于泥晶灰?guī)r。Mn含量越高，指示埋藏越深，成巖強度越高。所以高的Mn含量、低的Sr/Ba比值反映白云石化可能形成于埋藏成巖環(huán)境。

表1 研究區(qū)白云巖及灰?guī)r元素組成特征Table 1 Chemical compositions of dolomite and limestone in study area

研究區(qū)棲霞組白云巖、灰?guī)r和未遭受明顯成巖流體改造的灰?guī)r[11]稀土元素配分模式顯示（圖6，7），細晶、細—中晶白云巖的稀土元素配分模式與灰?guī)r相似，表明白云巖繼承了灰?guī)r特征，指示白云石化流體以海水來源為主?；?guī)r的稀土元素總量高于白云巖，表明在白云巖化過程中稀土總量明顯減少，但稀土配分模式均表現(xiàn)出平坦型，未發(fā)生明顯的輕重稀土分異。大部分細晶白云巖表現(xiàn)出銪的正異常，指示成巖環(huán)境為相對封閉的還原環(huán)境。中—粗晶白云巖的稀土元素配分模式與灰?guī)r相比表現(xiàn)出一定的分異性，重稀土表現(xiàn)出富集趨勢，且具有明顯銪的正異常（圖7），指示其形成于強還原環(huán)境，可能為埋藏環(huán)境或有熱液流體的參與。

圖6 研究區(qū)棲霞組細晶、細—中晶白云巖及灰?guī)r稀土元素配分模式圖（灰?guī)r1、2 稀土數(shù)據(jù)引自文獻[11]）Fig.6 Rare earth element distribution patterns of fine-grained,fine-to medium-grained dolomites and limestones of Qixia Formation in study area(data for limestones 1 and 2 from reference[11])

圖7 研究區(qū)棲霞組中粗晶白云巖及灰?guī)r稀土元素配分模式圖Fig.7 Rare earth element distribution patterns in coarse-grained dolomite and limestone in Qixia Formation

通過對陰極發(fā)光具環(huán)帶特征的單顆粒白云石不同部位微量元素組成進行分析（圖8），從環(huán)帶內(nèi)部到外部選擇8 個測點，各測點詳細微量元素含量見表2。單顆粒白云石不同部位的MgCO3和CaCO3含量基本相似，然而不同部位微量元素含量有差異。白云石環(huán)帶發(fā)亮部位Mn含量高，相應(yīng)的Fe含量低，Th、U 含量從晶體內(nèi)部向邊緣逐漸增加。微量元素的以上變化特征指示研究區(qū)白云巖形成過程中成巖流體存在差異。

表2 研究區(qū)白云巖微區(qū)元素組成特征Table 2 Trace element composition of dolomite in study area

圖8 白云巖微區(qū)元素分析選點圖Fig.8 Point selection map for in situ element analysis of dolomite micro area

3.2 白云巖同位素組成特征

鍶同位素組成可以有效反映成巖流體的來源。通過與同期海水的鍶同位素分布范圍進行對比（圖9），棲霞組灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r和細晶白云巖的87Sr/86Sr比值大部分落于同期海水Sr 同位素組成范圍之內(nèi)，說明海水是主要的白云石化流體來源。棲霞組中晶和中—粗晶白云巖的87Sr/86Sr 比值整體高于灰?guī)r、云質(zhì)灰?guī)r的87Sr/86Sr比值。中晶白云巖和中—粗晶白云巖較高的87Sr/86Sr比值指示白云石化過程中存在外源流體的輸入，推測可能有熱液流體的參與。

圖9 研究區(qū)碳酸鹽巖鍶同位素組成特征（海水Sr 同位素范圍據(jù)文獻[33-34]）Fig.9 Sr isotopic composition in carbonate rocks instudy area (Sr isotopic range for seawater after references[33-34])

對研究區(qū)代表同期海水的灰?guī)r、不同粒徑白云巖的碳氧穩(wěn)定同位素進行對比分析（圖10），其中灰?guī)r的δ18O 值為-5.25‰～-7.26‰，δ13C 值為3.61‰～4.93‰，細晶白云巖的δ18O值為-8.35‰，δ13C值為4.19‰，細—中晶白云巖的δ18O值-8.64‰，δ13C值為3.73‰，中—粗晶白云巖的δ18O 值在-8.06‰～-8.52‰，δ13C 值為4.58‰～4.99‰。不同類型白云巖的碳同位素值均接近于同期海相灰?guī)r的碳同位素值，說明二者具有一致的碳源，具有繼承性關(guān)系。并且δ13C 值均為正值，指示白云石形成時很少有大氣淡水或有機質(zhì)的參與。用碳氧同位素值計算出的Z值介于131～133，均大于120，反映其形成于海相環(huán)境而非淡水環(huán)境[9]。研究區(qū)白云巖的氧同位素值明顯偏負，排除大氣淡水的影響。氧同位素偏負可能受熱液作用的影響，存在熱液白云石化。

圖10 研究區(qū)碳酸鹽巖碳氧同位素分布特征Fig.10 Distribution of C and O isotopes for carbonate rocks in study area

3.3 包裹體均一溫度

通過對磨溪108 井棲霞組不同深度巖心樣品中方解石脈的包裹體均一溫度進行測試，研究可能存在的熱液期次，詳細測點均一溫度數(shù)據(jù)見表3。方解石脈的包裹體均一溫度存在3個明顯的溫度區(qū)間，分別為90 ℃～100 ℃、140 ℃～150 ℃、160 ℃～170 ℃（圖11），顯示在成巖過程中可能存在三期不同溫度的流體，且后兩期均一溫度明顯較高，超過正常地溫梯度下的埋藏溫度，指示可能受到局部高溫條件或特殊熱事件的影響。結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景，早二疊世茅口晚期至晚二疊世早期峨眉山玄武巖強烈噴發(fā)[8,23]，因此，這種局部高溫條件可能與峨眉山玄武巖的噴發(fā)活動密切相關(guān)。

圖11 磨溪108 棲霞組巖心樣品中方解石脈的包裹體均一溫度分布特征Fig.11 Homogenization temperature distribution of calcite veins in core samples from Qixia Formation in well MX108

表3 磨溪108井棲霞組方解石脈的包裹體均一溫度Table 3 Homogenization temperature of inclusions in calcite veins from Qixia Formation at well MX108

4 白云巖化控制因素

川中磨溪—高石梯地區(qū)棲霞組灘相白云巖的發(fā)育與顆粒灘類型及構(gòu)造事件等密切相關(guān)?？傮w而言，研究區(qū)棲二段白云巖縱向上厚度變化大，且橫向不連續(xù)（圖12）。棲一段頂部存在兩層厚度較穩(wěn)定的白云巖，主要為細晶、細—中晶白云巖，縱向有一定厚度，橫向連續(xù)性好。橫向連續(xù)的白云巖發(fā)育層段位于高位體系域的頂部，沉積微相與砂屑灘、生屑灘相對應(yīng)。由此可見，成層性較好的白云巖與顆粒灘的發(fā)育密切相關(guān)，其分布受沉積相的控制。

領(lǐng)導(dǎo)重視、政府參與是聞喜縣水利普查工作取得實效的重要基礎(chǔ)。聞喜縣以政府的名義召開會議、下發(fā)文件，部署水利普查工作。政府出面協(xié)調(diào)，解決水利普查工作中的重點、難點問題并創(chuàng)造有利條件。同時，以政府名義抓典型、樹榜樣，對一批水利普查工作積極的事業(yè)單位、企業(yè)和村進行大力宣傳，并給予政策上的優(yōu)惠。通過以點帶面、典型引路，很快在全縣掀起全民參與水利普查的熱潮，確保了水利普查工作順利開展。

圖12 高石梯地區(qū)棲霞組高石001-X45—高石128 井白云巖厚度連井剖面Fig.12 Dolomite thickness profile for well GS001-X45-GS128 in Gaoshiti area,Qixia Formation

同時，研究區(qū)存在鞍形白云石和螢石等典型熱液礦物，局部發(fā)育的連續(xù)性較差的白云巖，其分布可能受構(gòu)造、熱液的控制。斷裂活動是形成熱液白云巖的關(guān)鍵，以斷裂為通道的熱流體可以與盆地中的灰?guī)r發(fā)生反應(yīng)，為其提供成巖流體及成巖所需的能量[35]。研究區(qū)斷裂主要表現(xiàn)為高角度小斷距，以走滑斷裂為主，這些斷裂一方面對四川盆地峨眉山玄武巖巖漿噴涌提供了快速通道，使得斷裂帶及周緣地區(qū)的巖漿活動相對增加，另一方面促進了熱液流體的運移，為白云巖化提供了通道[36]。

5 白云巖成因機制

5.1 白云巖化流體驅(qū)動機制

基于前人資料，研究區(qū)富Mg2+流體的供應(yīng)可能有以下來源[9,35]：1）富含高鎂方解石質(zhì)的生物（鏡下見棘皮類）在埋藏成巖過程中可以析出Mg2+；2）殘留地層水中可能含有較多的Mg2+；3）峨眉山玄武巖噴發(fā)有可能增加與火山巖體有連通性的斷裂附近地層水中的Mg2+濃度。結(jié)合當時峨眉山玄武巖噴發(fā)的構(gòu)造背景[37]，推測玄武巖噴發(fā)所形成的上揚地臺整體的熱異常為白云巖化提供了能量與溫度，地層中的殘余海水為白云巖化作用提供Mg2+，富鎂的流體在壓力和熱對流的雙重影響下進行遷移，促進白云巖化流體的運移。

與此同時，地球化學(xué)數(shù)據(jù)顯示埋藏白云石化過程可能還受到局部高溫的影響。由于峨眉山地幔柱的活動，一系列基底斷裂被重新活化，尤其是貫穿四川盆地中部北東向基底深大斷裂帶發(fā)育，在緊鄰磨溪108 井發(fā)現(xiàn)有多條根部斷至基底的深大走滑斷層[23,38]。深部富鎂流體沿深大斷裂進入棲霞組地層時優(yōu)先選擇作用于孔隙性較好的灘相顆粒灰?guī)r，產(chǎn)生熱液白云石化。

5.2 白云巖成因模式

磨溪—高石梯地區(qū)棲霞組沉積環(huán)境為碳酸鹽巖開闊臺地，未見暴露環(huán)境[4]。同時，研究區(qū)白云巖中缺乏蒸發(fā)環(huán)境標志，因此其白云巖化流體不能用蒸發(fā)泵作用或滲透回流白云巖化來解釋。另外，地球化學(xué)證據(jù)顯示白云巖未受大氣淡水的影響，排除混合水白云巖化模式。根據(jù)前述白云巖的巖石學(xué)和地球化學(xué)特征，結(jié)合白云巖化過程中不同的控制因素，研究區(qū)細晶、細—中晶白云巖、灰質(zhì)云巖的白云石化流體為海水來源，從灰?guī)r到白云巖Sr含量明顯減少，且Mn含量有所增加，說明灰?guī)r經(jīng)過一定的成巖作用被交代形成白云巖，是埋藏條件下地層中富Mg2+的流體交代孔隙型顆?；?guī)r而成，為埋藏成因白云巖化。鞍狀白云巖是由深源熱液流體上涌提供能量，由海水提供鎂離子來發(fā)生白云石化作用。

基于研究區(qū)不同類型白云巖的成因特征，并結(jié)合區(qū)內(nèi)中二疊統(tǒng)的地質(zhì)背景和斷裂構(gòu)造發(fā)育特征，可以將川中磨溪—高石梯地區(qū)白云巖成因概括為以埋藏云化為主，局部地區(qū)鞍形白云石的形成遭受了后期不同程度的熱液改造作用（圖13）。棲霞組早期沉積的孔隙度較高的生物碎屑顆?；?guī)r為埋藏期白云巖化提供了物質(zhì)基礎(chǔ)和流體滲流的通道，白云石化流體主要來自埋藏地層中保存的二疊紀海水，并且是灰?guī)r經(jīng)過一段時間的成巖作用形成。另外，在基底斷裂發(fā)育部位，深源熱液在峨眉地裂運動中沿高角度裂縫上涌并充填在裂縫與溶洞縫隙之間，形成熱液白云石化。

圖13 研究區(qū)白云巖化成因模式圖Fig.13 Genetic model of dolomitization in the study area

6 結(jié)論

通過系統(tǒng)分析川中磨溪—高石梯地區(qū)棲霞組灘相不同類型白云巖的巖石學(xué)和地球化學(xué)特征，并結(jié)合顆粒灘類型、構(gòu)造背景等特征，總結(jié)研究區(qū)灘相中差異白云石化機理，得出以下認識。

（1）磨溪—高石梯地區(qū)棲霞組白云巖中白云石以細晶為主，中晶和粗晶次之，存在部分云化不徹底的灰質(zhì)云巖以及熱液成因的鞍狀白云石。白云石晶形多為半自形—自形，部分具有明顯的殘余顆粒結(jié)構(gòu)，表明原始巖性為顆粒灰?guī)r。

（2）細晶、細—中晶白云巖、灰質(zhì)云巖的陰極發(fā)光整體較暗，呈暗紅色至紅色，白云石晶體邊緣呈斑駁狀亮紅色。白云巖的稀土元素配分模式、87Sr/86Sr比值、δ13C 值均表明白云石化流體為海水來源，從灰?guī)r到白云巖Sr含量明顯減少且Mn含量有所增加，說明灰?guī)r經(jīng)過一定的成巖作用被交代形成白云巖，該類白云巖為埋藏條件下地層中富Mg2+的流體交代孔隙型顆?；?guī)r而成。

（3）中—粗晶白云巖的陰極發(fā)光呈紅色，具明顯環(huán)帶特征，且具高的Mn含量、低Sr/Ba比值及明顯銪的正異常，87Sr/86Sr 比值高于同期海水值，δ18O 值在-8.06‰～-8.52‰，為顆?；?guī)r在埋藏期受持續(xù)、充足的云化流體供給而成。較高的包裹體均一溫度和δ18O 值偏負均指示埋藏白云巖化作用過程還受到局部高溫的影響，局部地區(qū)鞍形白云石的形成遭受了后期不同程度的熱液改造作用。

致謝 感謝兩位審稿專家和編輯在論文內(nèi)容、結(jié)構(gòu)和討論部分提供的寶貴建議和意見，同時感謝康沛泉、蘆剛、陳培、龍運宏在野外樣品采集中提供的幫助。