川西南地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組白云巖儲(chǔ)層特征及成因

李 蓉，蘇成鵬，賈霍甫，石國(guó)山，林 輝，李素華

（1.中國(guó)石化西南油氣分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，成都 610041；2.中國(guó)石化西南油氣分公司地質(zhì)中心實(shí)驗(yàn)室，成都 610081）

0 引言

中二疊統(tǒng)棲霞組白云巖為四川盆地重要的油氣勘探對(duì)象。川西南地區(qū)平探1 井在中二疊統(tǒng)棲霞組灘相白云巖儲(chǔ)層鉆遇工業(yè)氣流［1］，A1 井在棲霞組鉆遇39 m 優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層，蜂窩狀和順層狀溶蝕孔洞發(fā)育，均證實(shí)了棲霞組白云巖具有良好的勘探潛力。明確棲霞組白云巖成因?qū)σ?guī)模儲(chǔ)層分布預(yù)測(cè)具有重要意義。學(xué)者們對(duì)該區(qū)域棲霞組白云巖的研究多集中在沉積背景、成巖環(huán)境、孔隙演化和白云巖化模式等方面，對(duì)其成因認(rèn)識(shí)也提出了多種觀(guān)點(diǎn)，如：滲透回流成因［2］、混合水成因［3-4］、埋藏成因［5-6］以及構(gòu)造熱液成因［7-8］等，但仍未達(dá)成統(tǒng)一。目前，主流觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為該套白云巖形成機(jī)制為埋藏期的熱液白云石化作用，鞍形白云石發(fā)育［9］且稀土元素具Eu 正異常［10］，縫洞中可見(jiàn)螢石、黃鐵礦和石英等熱液礦物組合，包裹體均一溫度高于正常地層埋藏溫度等特征都指示該套白云巖可能為熱液成因，成巖流體為深部熱液，并認(rèn)為白云巖主要沿基底斷裂分布［11］，離斷裂越近厚度越大，往盆地內(nèi)部厚度減小。然而，隨著勘探實(shí)踐的不斷深入，多口已鉆井在遠(yuǎn)離斷裂帶的盆地內(nèi)部鉆遇了厚層白云巖，這表明棲霞組白云巖的分布很可能與以往的認(rèn)識(shí)不同。另有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度高于250°C 時(shí)，以海水為成巖流體的白云石中也可能出現(xiàn)Eu 正異常［12］，推測(cè)棲霞組白云石Eu 正異常并非完全由深部熱液引起，特別是前期研究多基于全巖樣品數(shù)據(jù)，代表性和準(zhǔn)確性均較低，未能區(qū)分不同結(jié)構(gòu)白云石的地化特征，無(wú)法明確主要的白云石化成因，只能籠統(tǒng)地歸納為“受多期白云石化作用疊加控制”。因此，有必要結(jié)合白云巖最新研究成果對(duì)其成因展開(kāi)分析，甄選出主要的白云巖類(lèi)型及主導(dǎo)成因機(jī)制。

利用川西南地區(qū)A1 井和A2 井的巖心、薄片和陰極發(fā)光等資料，在明確巖石學(xué)特征的基礎(chǔ)上，利用原位微區(qū)激光剝蝕實(shí)驗(yàn)技術(shù)獲取亮晶顆粒灰?guī)r膠結(jié)物、不同結(jié)構(gòu)白云石微量元素及稀土元素，結(jié)合碳氧同位素和包裹體測(cè)溫特征，探討棲霞組白云巖的成因機(jī)制，以期為加快該區(qū)白云巖氣藏的勘探與開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1 地質(zhì)背景

四川盆地中二疊統(tǒng)棲霞組沉積期，沉積環(huán)境、古構(gòu)造和古氣候相對(duì)穩(wěn)定，海平面變化由早期快速上升變?yōu)橥砥谙鄬?duì)緩慢下降［13］，水體變淺為生物大量繁殖提供了有利條件，促使大量生屑灘沿緩坡坡折帶發(fā)育，形成“一帶一環(huán)”［14］。由于棲霞期處于冰期—間冰期過(guò)渡時(shí)期，水溫較低，且生物過(guò)量繁殖，導(dǎo)致區(qū)內(nèi)周期性缺氧，從而限制了生物礁體的形成和生長(zhǎng)，不具備形成大型生物建造的條件。研究區(qū)位于川西南低陡構(gòu)造帶西北部（圖1a），鐵山—威遠(yuǎn)穹隆帶構(gòu)造西南部，處于威遠(yuǎn)大型穹窿背斜與鐵山大型背斜之間。棲霞組沉積期為碳酸鹽巖內(nèi)緩坡沉積環(huán)境，內(nèi)—中緩坡的分界線(xiàn)位于蒼溪—南充—威遠(yuǎn)一線(xiàn)附近。研究區(qū)發(fā)育多層疊置生屑灘，厚度差異大，橫向連續(xù)性較差，區(qū)域上西北部微古地貌高地生屑灘厚度大于東南部地區(qū)。根據(jù)巖性和電性特征，可將棲霞組自下而上劃分為棲一段和棲二段，棲一段主要發(fā)育深灰色灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r和白云巖，底部與梁山組整合接觸；棲二段相對(duì)較薄，巖性主要為灰色灰?guī)r，少量白云質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)白云巖（圖1b）。

圖1 川西南地區(qū)構(gòu)造位置及沉積相展布（a）和中二疊統(tǒng)巖性地層綜合柱狀圖（b）Fig.1 Tectonic location and sedimentary facies distribution（a）and stratigraphic column of Middle Permian（b）of southwestern Sichuan Basin

鉆井標(biāo)定研究區(qū)白云巖發(fā)育段的地震響應(yīng)特征主要為中—強(qiáng)波谷反射（圖2），結(jié)合地震相、古地貌、振幅和分量屬性分析，白云巖邊界清楚，向構(gòu)造高部位尖滅。根據(jù)白云巖的地震反射特征，開(kāi)展定量白云巖儲(chǔ)層預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層平面上主要分布在研究區(qū)西北角A1 井區(qū)，其次為東南角A2 井區(qū)，儲(chǔ)層厚度為30～70 m。

圖2 川西南地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組白云巖地震反射剖面Fig.2 Seismic reflection section of dolomites of Middle Permian Qixia Formation in southwestern Sichuan Basin

2 測(cè)試方法

將川西南地區(qū)A1 井和A2 井中二疊統(tǒng)棲霞組取心樣品制備成普通薄片16 件，鑄體薄片22 件，陰極發(fā)光薄片20 件。薄片、鑄體薄片和陰極發(fā)光實(shí)驗(yàn)均在中國(guó)石油化工股份公司西南油氣分公司地質(zhì)中心實(shí)驗(yàn)室完成。鑄體薄片采用藍(lán)色環(huán)氧化樹(shù)脂注入孔隙，薄片和鑄體薄片觀(guān)察及拍照實(shí)驗(yàn)儀器為Nikon LV100 NPOL。陰極發(fā)光實(shí)驗(yàn)儀器為CL8200.MS，測(cè)試條件為電壓10～15 kV，束電流200～300 μA，曝光時(shí)間6 s。

碳酸鹽巖樣品中不同結(jié)構(gòu)白云石、微亮晶方解石、陸源碎屑和生物碎屑的地球化學(xué)元素含量差異較大［15］。最新研究表明原始沉積的亮晶膠結(jié)物可以很好地繼承沉積期海水性質(zhì)［16］，通過(guò)激光剝蝕獲取的灰?guī)r顆粒間方解石膠結(jié)物微量元素及稀土元素能夠代表原始海水信息，可作為白云巖成因分析的參照標(biāo)準(zhǔn)。為了準(zhǔn)確獲取不同結(jié)構(gòu)白云石和方解石等組分?jǐn)y帶的信息以區(qū)分原始沉積信號(hào)和成巖改造信號(hào)，在西南石油大學(xué)碳酸鹽巖沉積-成巖地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)A1 井和A2 井共6 件樣品的亮晶方解石膠結(jié)物和不同結(jié)構(gòu)白云石，進(jìn)行了微量元素和稀土元素原位微區(qū)激光剝蝕實(shí)驗(yàn)（LA-ICP-MS）。激光束斑的直徑和頻率分別為60 μm 和5 Hz［17］，微量元素含量處理時(shí)采用玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)BHVO-2G，BCR-2G 和BIR-1G 均進(jìn)行了多外標(biāo)無(wú)內(nèi)標(biāo)校正［18］。該實(shí)驗(yàn)可在一定程度上避免不同組分間信息的相互干擾，準(zhǔn)確反映不同組構(gòu)元素含量的特征和差異。白云石測(cè)試點(diǎn)位選自A1 井5 件樣品，共測(cè)試17 個(gè)點(diǎn)，亮晶方解石膠結(jié)物測(cè)試點(diǎn)位選自A2 井的1 件樣品，共測(cè)試3 個(gè)點(diǎn)。

碳氧同位素和包裹體測(cè)試在四川省科源工程技術(shù)測(cè)試中心完成。碳氧同位素組成全巖樣品使用牙鉆鉆取5 g/件，使用MAT-253 穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀測(cè)試。實(shí)驗(yàn)流程如下：將碳酸鹽巖樣品粉末裝入密封反應(yīng)瓶，用高純氦氣進(jìn)行排空處理后，注入6～8 滴無(wú)水磷酸，恒溫70.00 ℃反應(yīng)1 h，過(guò)程中釋放出的CO2由氦氣流帶入同位素質(zhì)譜儀進(jìn)行測(cè)試。包裹體測(cè)試采用Axio Scope.A1 Pol&LINKAM THMS600 型冷熱臺(tái)，測(cè)試溫度為-196.00～600.00 ℃，溫度精度為0.01 ℃，加熱或冷凍速率為0.01～150.00 ℃/min。

3 巖石學(xué)特征

3.1 灰?guī)r

川西南地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組灰?guī)r以生屑灰?guī)r為主（圖3a），腕足、單體珊瑚、板狀珊瑚等化石個(gè)體保存較完整，生物體腔被方解石全充填。巖性較致密，局部發(fā)育針狀孔隙和溶蝕孔洞，溶洞大小較懸殊（0.10 cm×0.15 cm～1.60 cm×3.00 cm），多被粗晶白云石或方解石全充填。多條高角度縫具溶蝕擴(kuò)大現(xiàn)象，縫寬為1～6 mm，被方解石全充填，水平縫則多保存至今，為有效儲(chǔ)集空間和運(yùn)移通道。

鏡下觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，棲霞組灰?guī)r主要為顆粒結(jié)構(gòu)的亮晶砂屑灰?guī)r（圖3b）；生物種類(lèi)較多，可見(jiàn)有孔蟲(chóng)、介形蟲(chóng)和蠕孔藻等；砂屑為生屑泥晶化形成，推測(cè)形成于緩坡坡折帶高能顆粒灘環(huán)境，陰極發(fā)光下幾乎不發(fā)光；發(fā)育少量粒間溶孔、生物體腔孔和裂縫。

圖3 川西南地區(qū)A2 井中二疊統(tǒng)棲霞組灰?guī)r特征Fig.3 Characteristics of limestones of Middle Permian Qixia Formation of well A2 in southwestern Sichuan Basin

3.2 白云巖

研究區(qū)棲霞組基質(zhì)白云巖主要為細(xì)—中晶白云巖，蜂窩狀針孔密集發(fā)育（圖4a），受溶蝕改造明顯（圖4b），發(fā)育大量溶洞和溶塌角礫，溶洞大小懸殊（6.00 cm×5.00 cm～0.30 cm×0.20 cm），被粗晶白云石（圖4c）、巨晶方解石、瀝青和黃鐵礦半充填，洞底見(jiàn)0.30 cm×0.60 cm～3.00 cm×1.00 cm 的溶塌角礫，角礫為細(xì)—中晶白云巖。局部發(fā)育斑馬構(gòu)造白云巖，深灰色細(xì)晶白云巖與灰白色鞍形白云巖近似雁列式排列，溶蝕孔洞發(fā)育（圖4d）。高角度縫欠發(fā)育，部分巖心水平裂縫密集發(fā)育，呈酥餅狀。

鏡下觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，白云巖儲(chǔ)層主要發(fā)育細(xì)—中晶白云巖（圖4e），少量粉—細(xì)晶白云巖（圖4f）和鞍形白云石。白云石晶體多為自形—半自形晶，晶面較為平直，以線(xiàn)接觸居多。原巖經(jīng)歷了強(qiáng)烈的交代作用改造，其前驅(qū)沉積物較難辨認(rèn)。陰極發(fā)光下，不同結(jié)構(gòu)白云石整體發(fā)暗紅色光（圖4g，4h），部分保留殘余顆粒結(jié)構(gòu)的白云石具亮色環(huán)邊（圖4i，4j）。中晶白云巖發(fā)育大量晶間（溶）孔（圖4k，4l），部分受溶蝕作用改造為不規(guī)則溶孔，孔隙邊緣被溶蝕呈港灣狀（圖4m），可見(jiàn)鞍形白云石、黃鐵礦、有機(jī)質(zhì)等半充填。鞍形白云石晶面較臟，多為他形晶（圖4n），陰極發(fā)光圖像顯示其發(fā)光性并沒(méi)有表現(xiàn)出熱液成因白云石發(fā)亮紅色光的特征，而是與基質(zhì)白云巖一致，發(fā)暗紅色光（圖4o）。

圖4 川西南地區(qū)A1 井中二疊統(tǒng)棲霞組白云巖宏微觀(guān)特征（a）針孔白云巖，3 575.45 m；（b）溶蝕作用改造白云巖，3 577.27 m；（c）鞍形白云石充填溶洞，3 579.40 m；（d）斑馬構(gòu)造白云巖，3 575.39 m；（e）細(xì)—中晶白云巖，，3 576.40 m；（f）粉—細(xì)晶白云巖，3 576.08 m；（g）圖（e）陰極發(fā)光照片，發(fā)暗紅色光；（h）圖（f）陰極發(fā)光照片，發(fā)暗紅色光；（i）白云石發(fā)光程度不同，菱形晶體核心基本不發(fā)光，3 575.01 m，陰極發(fā)光照片；（j）白云石發(fā)光程度不同，晶體核心基本不發(fā)光3 576.30 m，陰極發(fā)光照片；（k）晶間孔，3 575.04 m；（l）晶間溶孔，3 576.88 m；（m）細(xì)—中晶白云巖，溶蝕孔洞，3 580.62 m；（n）鞍形白云石，3 578.10 m；（o）圖（n）陰極發(fā)光照片，發(fā)暗紅色光Fig.4 Macro and micro characteristics of dolomites of Middle Permian Qixia Formation of well A1 in southwestern Sichuan Basin

4 地球化學(xué)特征

白云石化作用的核心是成巖流體與巖石相互作用的過(guò)程［19］，微量元素和稀土元素在成巖作用的過(guò)程中會(huì)發(fā)生水巖交換、遷移、分餾等，可為白云巖成因機(jī)制研究提供重要的地球化學(xué)信息。

4.1 微量元素

Fe，Mn，Sr，Na，Ba 等微量元素作為碳酸鹽巖沉積和成巖環(huán)境指示標(biāo)志，在不同成因的白云巖中的含量不同［20］。海水中Fe，Mn 含量低，沉積物進(jìn)入埋藏環(huán)境后，在壓實(shí)壓溶過(guò)程中，白云石能與成巖流體進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間水巖反應(yīng)和物質(zhì)交換，蝕變作用越強(qiáng)，F(xiàn)e 和Mn 的含量越高［21］，而Sr 含量會(huì)在成巖過(guò)程中降低［22-23］。

根據(jù)川西南地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組LA-ICP-MS測(cè)試顯示（表1）：①1 個(gè)方解石膠結(jié)物巖樣中3 個(gè)測(cè)試點(diǎn)的Fe，Mn 含量均較低，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為756.99 μg/g 和18.35 μg/g，Mn/Sr 值平均僅為0.06，表明灰?guī)r較好的保存了原始海水信息，這與其陰極發(fā)光下幾乎不發(fā)光特征相吻合。②4 個(gè)晶粒白云巖巖樣17 個(gè)測(cè)試點(diǎn)的Fe 含量波動(dòng)較大，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為446.12～1218.52 μg/g，平均為753.81 μg/g，其中3個(gè)細(xì)晶白云石測(cè)試點(diǎn)中Fe 含量明顯高于方解石膠結(jié)物，可能是白云石所處灘間海還原環(huán)境有黃鐵礦沉積導(dǎo)致；2 個(gè)鞍形白云石巖樣的Fe 平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為731.91 μg/g，略低于方解石膠結(jié)物。③除1 個(gè)鞍形白云石樣品與方解石膠結(jié)物Mn 含量相當(dāng)外，其余白云石中Mn 含量明顯更高，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22.72～89.82 μg/g；Sr 含量則明顯偏低，僅為20.61～82.66 μg/g，而方解石中Sr 平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)302.35 μg/g，這與白云石化作用以及Sr 在白云石中具有相對(duì)較低的分配系數(shù)有關(guān)。④粉晶白云石、細(xì)晶白云石和中晶白云石中Fe 的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為641.21 μg/g，892.54 μg/g 和579.62 μμg/g，Mn 的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為33.54 μg/g，34.57 μg/g和52.70 μg/g，整體上看，F(xiàn)e，Mn 含量隨白云石化程度加深而增加，表現(xiàn)出協(xié)同性升高的特征，說(shuō)明粉晶白云石、細(xì)晶白云石和中晶白云石具有相同成因；粉晶、細(xì)晶、中晶白云石中Mn/Sr 值均具有較大的變化范圍，隨著白云石晶體的增大，Mn/Sr 值亦增大，分別為0.74，0.82 和1.74，表明成巖作用的增強(qiáng)。

表1 川西南地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組碳酸鹽巖微量元素特征Table 1 Trace elements characteristics of carbonate rocks of Middle Permian Qixia Formation in southwestern Sichuan Basin

4.2 稀土元素

（1）總稀土含量（ΣREE）

對(duì)研究區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組6 個(gè)巖樣20 個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行稀土元素檢測(cè)，總稀土含量很低，在方解石膠結(jié)物、粉晶白云石、細(xì)晶白云石、中晶白云石和鞍形白云石中平均值分別為1.16 μg/g，3.47 μg/g，3.23 μg/g，1.75 μg/g 和1.68 μg/g；白云石總稀土含量高于方解石膠結(jié)物；粉晶白云石總稀土含量最高，表明在沉積、成巖早期粉晶白云石的形成過(guò)程（早期白云石化作用）更容易富集稀土元素；細(xì)晶—中晶白云石與鞍形白云石可能受重結(jié)晶作用或后期白云石化流體的影響，稀土元素逐漸流失，稀土含量逐漸降低（表2）。

表2 川西南地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組碳酸鹽巖稀土含量統(tǒng)計(jì)Table 2 Rare earth element mass fraction of carbonate rocks of Middle Permian Qixia Formation in southwestern Sichuan Basin

（2）Ce 和Eu 異常

Ce 和Eu 異常常被用作沉積環(huán)境恢復(fù)及流體性質(zhì)判別的指示劑，Ce 主要用來(lái)判斷沉積物沉積時(shí)上覆水體的氧化還原性質(zhì)，氧化條件下易形成難溶于水且遷移能力差的Ce4+吸附在沉積物表面，使沉積物Ce 表現(xiàn)為正異常。Eu 的正異常一般由富正Eu 異常的熱液流體參與白云巖化作用時(shí)引起，熱液阻礙了灰?guī)r中Eu 的丟失。研究區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組方解石膠結(jié)物、粉晶白云石、細(xì)晶白云石、中晶白云石和鞍形白云石樣品中δCe 的平均值分別為0.94，1.03，1.04，0.92 和0.97（表3）。顆?；?guī)r方解石膠結(jié)物表現(xiàn)為Ce 的輕微負(fù)異常，這與內(nèi)緩坡棲霞組高位體系域時(shí)期淺水區(qū)生屑灘導(dǎo)致的半局限沉積環(huán)境相吻合，生屑灘沉積水體為弱氧化性質(zhì)。中晶白云石的δCe 與方解石膠結(jié)物相似，Ce 輕微負(fù)異常，較好繼承了原始顆?；?guī)r的稀土元素（REE）特征，后期可能受到過(guò)氧化流體的影響與改造。粉晶白云石和細(xì)晶白云石顯示出Ce 微弱正異常，推測(cè)為半局限淺水區(qū)的灘間海沉積，白云石化流體呈強(qiáng)還原性特征。

表3 川西南地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組碳酸鹽巖稀土元素特征Table 3 Rare earth element features of carbonate rocks of Middle Permian Qixia Formation in southwestern Sichuan Basin

棲霞組方解石膠結(jié)物、粉晶白云石、細(xì)晶白云石、中晶白云石和鞍形白云石樣品中δEu 的平均值分別為0.86，0.85，0.83，1.00 和4.50（表3）。除鞍形白云石巖樣外，其余碳酸鹽巖礦物巖樣均未表現(xiàn)出明顯的Eu 正異常，說(shuō)明鞍形白云石與晶粒白云石具有不同的白云石化流體來(lái)源。

（3）稀土元素配型模式

將研究區(qū)碳酸鹽巖樣品REE 數(shù)據(jù)進(jìn)行澳大利亞后太古宙頁(yè)巖（PAAS）標(biāo)準(zhǔn)化處理，結(jié)果顯示各碳酸鹽礦物稀土配型模式存在明顯差異（圖5，表3）：①方解石膠結(jié)物表現(xiàn)出較為典型的現(xiàn)代海水稀土配型特征（圖5b），即輕稀土（LREE）虧損、重稀土（HREE）富集（∑LREE/∑HREE 均值為0.45），La 正異常、Ce弱負(fù)異常、Y 正異常以及極高的Y/Ho 值（均值為83.57），成巖流體表現(xiàn)出明顯的海水信號(hào)特征。②中晶白云石總稀土含量高于方解石膠結(jié)物，但配型模式形態(tài)一致（圖5b，5e），二者有較強(qiáng)可對(duì)比性，中晶白云巖為顆粒灰?guī)r交代而成。③粉晶白云石和細(xì)晶白云石稀土配型特征幾乎一致（圖5c，5d），二者總稀土含量明顯高于其他白云石，REE分布曲線(xiàn)左傾幅度明顯變小，LREE 整體被抬升（∑LREE/∑HREE均值＞2），稀土配型模式趨于平坦，說(shuō)明白云石化過(guò)程中LREE 逐漸遷移貧化，白云石化作用程度加深，LREE 含量逐漸降低。④鞍形白云石與中晶白云石具有相似的稀土配型特征（圖5f），但Eu 明顯正異常，δEu 均值達(dá)4.50。

圖5 川西南地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組不同類(lèi)型碳酸鹽巖稀土元素配型模式Fig.5 Matching model of rare earth elements of different types of carbonate rocks of Middle Permian Qixia Formation in southwestern Sichuan Basin

5 白云巖成因

5.1 白云石化時(shí)間序列

關(guān)于四川盆地中二疊統(tǒng)棲霞組白云的巖形成時(shí)間尚存爭(zhēng)議，學(xué)者們采用裂縫或縫合線(xiàn)與白云石晶粒切割關(guān)系［3，24］、宏微觀(guān)成巖組構(gòu)直接的交叉切割特征［25］、孔洞中膠結(jié)充填物特征及其形成時(shí)間研究［26］、包裹體測(cè)溫恢復(fù)古地溫梯度［27］等方法來(lái)厘定白云巖的形成時(shí)間。棲霞組沉積期，生屑灘受高頻海平面變化影響，接受準(zhǔn)同生期暴露溶蝕，溶蝕過(guò)程自一個(gè)旋回頂部暴露開(kāi)始，直至下一高頻旋回初始海泛結(jié)束，溶蝕充填物為離解的基巖白云石顆粒（圖6a），顆粒棱角分明，堆積疏松，溶蝕孔洞與圍巖界面模糊（圖6b），可見(jiàn)縫合線(xiàn)切割基巖白云石晶粒（圖6c），產(chǎn)出關(guān)系表明白云石形成于縫合線(xiàn)形成之前。目前普遍認(rèn)為縫合線(xiàn)的出現(xiàn)代表著淺埋藏的開(kāi)始（500～1 000 m）［28］，說(shuō)明主體白云石化作用在淺埋藏期前就已經(jīng)發(fā)生。顯微鏡下觀(guān)察可見(jiàn)中晶白云石晶間孔被炭質(zhì)瀝青充填（圖6d），說(shuō)明白云巖的形成早于油氣充注。本次研究根據(jù)對(duì)A1 井埋藏史的恢復(fù)，認(rèn)為棲霞組下伏筇竹寺組烴源巖生烴高峰期在中三疊世末期（圖7），推測(cè)棲霞組細(xì)—中晶白云巖的形成時(shí)間至少要早于中三疊世末期。

圖6 川西南地區(qū)A1 井中二疊統(tǒng)棲霞組白云石化作用微觀(guān)照片（a）細(xì)—中晶白云巖，溶塌角礫充填溶縫，3 576.88 m；（b）細(xì)—中晶白云巖，溶蝕孔洞，3 576.08 m；（c）縫合線(xiàn)切割白云石晶粒，3 579.74 m；（d）有機(jī)質(zhì)充填晶間孔，3 576.98 mFig.6 Microphotographs showing dolomitization of Middle Permian Qixia Formation of well A1 in southwestern Sichuan Basin

圖7 川西南地區(qū)A1 井中二疊統(tǒng)棲霞組埋藏史曲線(xiàn)Fig.7 Burial history curve of Middle Permian Qixia Formation of well A1 in southwestern Sichuan Basin

5.2 白云巖成巖流體

研究區(qū)不同結(jié)構(gòu)白云石樣品陰極發(fā)光下主要發(fā)暗紅色光，稀土元素分析（參見(jiàn)表3）認(rèn)為，中晶白云石與方解石膠結(jié)物稀土元素分配形態(tài)基本一致，均表現(xiàn)為Ce 微弱負(fù)異常和具有較高的Y/Ho值（均值為66.20），說(shuō)明白云巖形成于近地表成巖環(huán)境，云化流體主要為含氧量較低的浪基面附近的海源流體。樣品158-03 和159-15 為中晶白云石亮邊部分，2 個(gè)樣品δEu 值分別為1.13 和1.09，均大于方解石膠結(jié)物（δEu 平均值0.86），但遠(yuǎn)小于鞍形白云石（δEu 平均值4.50），說(shuō)明在中晶白云石化流體中可能混入了少量參與過(guò)深部循環(huán)的流體，導(dǎo)致了Eu 輕微正異常。粉晶白云石和細(xì)晶白云石樣品中Ce 均表現(xiàn)為微弱正異常，δCe 均值分別為1.03 和1.04，推測(cè)該類(lèi)白云巖形成于弱還原沉積環(huán)境，云化流體為相對(duì)貧氧的灘間海海源流體。鞍形白云石Eu 表現(xiàn)為明顯正異常，說(shuō)明鞍形白云石成巖流體除了海水外，可能還有后期熱液的參與。

微量元素測(cè)試顯示（參見(jiàn)表1），方解石膠結(jié)物、粉晶白云石、細(xì)晶白云石和中晶白云石Sr/Ba 值均大于1，為海相沉積，成巖流體為海源流體且海水咸度較大，而鞍形白云石Sr/Ba 值小于1，可能與后期熱液混入有關(guān)。另外，不同結(jié)構(gòu)白云石Mn/Sr 值都遠(yuǎn)小于2，說(shuō)明白云石化流體保留了較強(qiáng)的海水信號(hào)［29］，并且Ba 含量較低（參見(jiàn)表1），平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于20.00 μg/g，也指示深部熱液不是白云石化的主要流體。因此，可以推斷同時(shí)期海源流體為白云石化的主要流體。中二疊世具有“文石?！北尘埃Ｋ蠱g2+含量較高［30］，提供了白云石化過(guò)程所需的Mg2+，但準(zhǔn)同生期海水溫度難以達(dá)到突破白云石化所需動(dòng)力學(xué)屏障的臨界值，峨眉山大火成巖省巖漿活動(dòng)為方解石向白云石轉(zhuǎn)換提供了有利高溫條件［31］。

5.3 白云石化模式

通過(guò)白云石巖石學(xué)、陰極發(fā)光、微量元素和稀土元素特征研究，認(rèn)為研究區(qū)白云石經(jīng)歷了3 期白云石化作用改造：

（1）準(zhǔn)同生期回流滲透白云石化。根據(jù)對(duì)研究區(qū)二疊統(tǒng)棲霞組4 個(gè)灰?guī)r、7 個(gè)白云巖巖樣的碳氧同位素組成分析（圖8），白云巖δ13C 為3.6‰～4.8‰，平均為4.2‰，δ18O 為-5.9‰～-3.2‰，平均為-4.6‰，而同期灰?guī)rδ13C 為3.3‰～4.3‰，平均3.9‰，δ18O為-12.8‰～-11.3‰，平均為-12.2‰。白云巖碳氧同位素相較于同期海水明顯正偏移，說(shuō)明白云巖形成于具一定蒸發(fā)背景的半局限水體當(dāng)中。目前，尚未在研究區(qū)棲霞組發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)礦物，這可能與流體Mg/Ca 值達(dá)到了白云石化作用濃度，但還沒(méi)達(dá)到蒸發(fā)礦物沉淀濃度有關(guān)。該認(rèn)識(shí)較好地支撐了川中地區(qū)下寒武統(tǒng)龍王廟組白云巖的成因研究［22］。棲霞組內(nèi)部發(fā)育多個(gè)高頻向上變淺沉積序列，可引起淺灘疊置遷移［25］。在多次海退過(guò)程中，疊置遷移淺灘形成的隆凹微古地貌對(duì)海水封隔阻斷，使得沿坡折帶發(fā)育的生屑灘灘間存在局部蒸發(fā)受限環(huán)境，形成濃縮咸化海水，并對(duì)灘間海沉積物進(jìn)行白云石化作用，形成粉—細(xì)晶白云巖。與此同時(shí)，在重力及鹽度梯度的作用下，濃縮咸化海水在生屑顆粒灘內(nèi)發(fā)生回流滲透白云石化，形成早期細(xì)—中晶白云巖（圖9a）。該期白云石化后，到早期成巖作用階段仍保留了大量的儲(chǔ)集空間。

圖8 川西南地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組灰?guī)r及白云巖碳氧同位素交會(huì)圖Fig.8 Cross plot of carbon and oxygen isotope of limestones and dolomites of Middle Permian Qixia Formation in southwestern Sichuan Basin

（2）淺埋藏白云石化。研究區(qū)棲霞組在早期成巖作用階段及之后的淺埋藏期成巖作用階段（257±3～263±5 Ma）［32］，峨眉山大火成巖省巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，為上揚(yáng)子及外圍地區(qū)提供大區(qū)域異常高熱流場(chǎng)［33］，沉積物和地層中束縛海水受火山巖巖漿活動(dòng)影響而溫度升高，進(jìn)一步改造先期白云巖，表現(xiàn)為陰極發(fā)光下自形、半自形和他形白云石外緣亮邊的發(fā)育（圖9b）。對(duì)A1 井棲霞組細(xì)—中晶白云石和縫洞充填白云石膠結(jié)物樣品進(jìn)行流體包裹體測(cè)溫，細(xì)—中晶白云石包裹體均一溫度為116.00～158.00 ℃，平均為131.90 ℃，白云石膠結(jié)物包裹體均一溫度為108.00～131.00 ℃，平均為116.81 ℃，證實(shí)白云石形成環(huán)境具高溫背景［25］。

（3）熱液白云石化。熱液作用以熱液礦物充填膠結(jié)為主，鞍形白云石沿溶蝕孔洞和裂縫壁生長(zhǎng)，熱液的侵入可作為足夠儲(chǔ)集空間發(fā)育的信號(hào)，其對(duì)棲霞組儲(chǔ)集空間以破壞為主（圖9c）。鞍形白云石包裹體均一溫度比晶粒白云石更低，可能是因?yàn)槎朊忌酱蠡鸪蓭r省巖漿活動(dòng)初期為地層提供了較高溫度，形成的晶粒白云石中流體包裹體溫度較高，隨著巖漿與地層和地層中束縛海水的不斷作用，發(fā)生熱對(duì)流，雖能沉淀出鞍形白云石，但較之前溫度有所降低。

圖9 川西南地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組白云巖演化模式Fig.9 Evolution model of dolomites of Middle Permian Qixia Formation in southwestern Sichuan Basin

6 結(jié)論

（1）川西南地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組白云巖以細(xì)—中晶白云巖為主，其次為粉—細(xì)晶白云巖，并伴生粗晶鞍形白云石。細(xì)—中晶白云巖繼承了顆?；?guī)r方解石膠結(jié)物稀土配型模式，為半局限水體動(dòng)蕩環(huán)境下的顆?；?guī)r交代而成；粉—細(xì)晶白云巖具有較高∑REE 值、Ce 微弱正異常、LREE 整體抬升的平坦稀土配型形態(tài)，為灘間海半局限水體安靜環(huán)境下的泥晶灰?guī)r或粒泥灰?guī)r交代而成。

（2）川西南地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組沉積期為半局限封隔蒸發(fā)環(huán)境，準(zhǔn)同生期回流滲透白云石化作用形成白云巖主體，早成巖—淺埋藏期峨眉山大火成巖省巖漿劇烈活動(dòng)提供有利高溫條件，孔隙水與先期白云巖進(jìn)一步進(jìn)行水巖作用，使得形成的霧心亮邊白云巖具有較高包裹體溫度，埋藏期深部熱液在裂縫中沉淀出鞍形白云石。

（3）川西南地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組細(xì)—中晶白云巖白云石化流體主要是沉積物或地層中束縛的準(zhǔn)同生期海水，熱液后期雖參與改造，但不是關(guān)鍵成巖流體。