局部白云巖化作用研究：以塔里木盆地阿克蘇地區(qū)蓬萊壩剖面鷹山組為例

譚 聰，劉 策，王銅山，李秋芬，朱 璽，付景龍，姜 華

(1.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083；2.遼寧省化工地質(zhì)勘查院有限責任公司，遼寧 錦州 121000； 3.中國石油華北油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北 任丘 062550)

0 引 言

現(xiàn)代白云巖化作用的研究始于20世紀50年代，根據(jù)白云巖化作用發(fā)生時間、位置、流體性質(zhì)的不同，前人將白云石化劃分為同生期白云石化作用、準同生-淺埋藏期白云石化作用以及中-深埋藏期白云石化作用[1-3]，這些作用形成的白云巖規(guī)模大，通常具有區(qū)域性分布的特點。小規(guī)模局部發(fā)育的白云巖的成因研究仍較少，一些學者認為局部白云巖的形成與構(gòu)造作用有關(guān)，構(gòu)造白云巖化作用被認為是埋藏白云巖化當中的一類[4-5]，通常發(fā)生在中-深埋藏條件下，富Mg2+流體沿斷裂和/或不整合面等構(gòu)造線運移，受到隔擋作用之后對圍巖進行交代進而形成白云巖。目前關(guān)于構(gòu)造白云巖化作用報道較多的是構(gòu)造-熱液白云巖化模式，其白云巖化流體來源與深部地層通常巖漿熱液活動有關(guān)，這類白云巖化模式往往與儲層的形成以及礦產(chǎn)的富集相聯(lián)系，因此在近20年間獲得了較高的關(guān)注度[6-10]。但構(gòu)造白云巖化作用的流體來源廣泛，其可能為熱流體、常溫流體甚至低溫流體，流體性質(zhì)可能為早期封存鹵水、深部地層鹵水或巖漿成因水[11-12]，這表明沿構(gòu)造線發(fā)育的白云巖化作用并不是僅與熱液活動有關(guān)，其流體性質(zhì)還需要細致厘定。

塔里木盆地臺盆區(qū)寒武系—奧陶系發(fā)育厚層白云巖，是盆地內(nèi)部的重要油氣儲集層，白云巖成因研究同時具有科研及生產(chǎn)兩方面的意義。盆地內(nèi)中下奧陶統(tǒng)鷹山組整體以灰?guī)r為主，鷹山組下段在不同區(qū)域發(fā)育有白云巖化程度不均的白云巖。前人對塔里木盆地下古生界白云巖的成因做了大量的研究工作[11-22]，但研究主要集中在寒武系及奧陶系蓬萊壩組，鷹山組內(nèi)部的白云巖化作用的研究相對較少[18-22]。本文以蓬萊壩剖面鷹山組為研究對象，通過宏觀巖石學特征描述、微觀薄片鑒定以及地球化學特征對該剖面中的白云巖化作用進行詳細分析，以期能夠豐富白云巖化研究理論。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔里木盆地是我國最大的內(nèi)陸盆地，盆地內(nèi)部發(fā)育有“三隆四坳”7個一級構(gòu)造單元[14-15](圖1)。在盆地邊緣發(fā)育有柯坪斷隆、庫魯克塔格斷隆、鐵克力克斷隆和阿爾金山斷隆4個邊緣斷隆構(gòu)造。蓬萊壩剖面構(gòu)造位置處于塔里木盆地西北部的柯坪斷隆之上(圖1)，剖面地理位置處于新疆阿克蘇西南部的肖爾布拉克東溝溝口處，剖面坐標N40°54′16.31″、E79°55′21.36″?？缕郝额^區(qū)是塔里木盆地內(nèi)部野外露頭研究的首選，受構(gòu)造隆升影響前寒武系—古生界露頭出露完整，前人已經(jīng)在此區(qū)域建立了多條經(jīng)典剖面；區(qū)內(nèi)鷹山組普遍出露，表現(xiàn)為由北向南逐漸增厚，蓬萊壩剖面一帶鷹山組厚度在140～200 m之間。柯坪地區(qū)斷裂十分發(fā)育，其中一級斷層包括柯坪塔格組斷裂、沙井子斷裂、阿合奇斷裂和喀拉玉爾滾斷裂。寒武紀—早中奧陶世時期柯坪地區(qū)為被動大陸邊緣環(huán)境，發(fā)育穩(wěn)定的碳酸鹽巖[12-14]。研究區(qū)古地理位置處在奧陶系塔西統(tǒng)一大碳酸鹽巖臺地的西北側(cè)，下奧陶統(tǒng)鷹山組沉積時期該區(qū)域的沉積環(huán)境為半局限-開闊臺地沉積[16-17]。鷹山組在研究區(qū)內(nèi)普遍出露，沉積時限大致對應(yīng)國際年代地層的弗洛階—大坪階。蓬萊壩剖面鷹山組底部與下伏蓬萊壩組呈明顯的平行不整合接觸，二者以厚度約0.4 m的紅褐色風化殼分界，鷹山組頂部受到剝蝕未見一間房組，剖面厚度95 m(圖2)。

圖1 研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖和剖面位置

圖2 實測蓬萊壩剖面沉積層序綜合柱狀圖

2 巖石學特征

蓬萊壩剖面鷹山組整體巖性以灰?guī)r為主，根據(jù)巖性、層厚以及地層的疊置樣式可以將其分為上、下兩段(圖3)。下段巖性主要為中-厚層的顆?；?guī)r，顆粒成分主要為藻球粒以及內(nèi)碎屑(圖4(a)和(b))，上段巖性主要為薄層的泥晶球?；?guī)r以及球粒泥晶灰?guī)r，顆粒含量較下段明顯減少(圖4(c))。白云巖化作用在剖面上、下端均有發(fā)育，主要集中發(fā)育于下段小型走滑斷裂及裂縫附近的顆粒灘沉積體中(圖3)，白云巖化程度差異大。根據(jù)薄片鑒定，將剖面中的白云巖(石)巖相進一步劃分為4類。

圖3 蓬萊壩剖面白云巖露頭特征

圖4 蓬萊壩剖面主要礦物鏡下特征

2.1 細-中晶白云巖

細-中晶白云巖(巖相1)發(fā)育在剖面下段緊鄰斷裂區(qū)域，白云巖化程度高，集中發(fā)育在剖面20～25 m處?？捎梅糯箸R清楚地觀察到其中的白云石晶體，局部發(fā)育小型交錯層理構(gòu)造。鏡下薄片觀察其內(nèi)部的白云石晶體呈半自形-自形，晶粒大小在150～500 μm之間，部分晶體具有典型的霧心亮邊結(jié)構(gòu)(圖4(d)和(e))。原始灰?guī)r當中的顆粒結(jié)構(gòu)被完全破壞，鏡下未見交代殘余結(jié)構(gòu)，表明白云石化作用徹底。晶體之間方解石膠結(jié)，充填孔隙不發(fā)育。

2.2 顆粒不完全白云石化的灰質(zhì)云巖

顆粒不完全白云石化的灰質(zhì)云巖(巖相2)同巖相1發(fā)育位置相同，均位于剖面下段緊鄰斷裂區(qū)域，縱向上位于巖相1下部顆粒灘沉積體中。野外放大鏡下觀察具有明顯的晶體結(jié)構(gòu)，顆粒感較強。鏡下薄片觀察發(fā)現(xiàn)白云石晶體呈細晶半自形-自形狀(圖4(f)和(g))，晶粒大小介于100～300 μm之間。晶體較為明亮，部分具有霧心亮邊結(jié)構(gòu)。顆粒之間全部被白云石晶體所膠結(jié)，大部分灰質(zhì)顆粒也被白云石所交代，孔隙不發(fā)育。

2.3 白云石充當膠結(jié)物的云質(zhì)灰?guī)r

白云石充當膠結(jié)物的云質(zhì)灰?guī)r(巖相3)主要發(fā)育層位與巖相1、2大致相當，但距離斷裂較遠。放大鏡下觀察其特征不具明顯的晶粒結(jié)構(gòu)。鏡下薄片觀察白云石主要分布于內(nèi)碎屑顆粒之間充當膠結(jié)物(圖4(h))，部分內(nèi)碎屑顆粒被白云石交代，白云石晶體為粉-細晶的它形-半自形晶。與巖相2相比，巖相3的白云石化程度較低，原始的灰質(zhì)顆粒成分被大量保留，孔隙不發(fā)育。

2.4 白云石晶體條帶狀分布的含云灰?guī)r

白云石晶體條帶狀分布的含云灰?guī)r(巖相4)主要發(fā)育在剖面上段泥晶含量較高的顆粒泥晶灰?guī)r或泥晶灰?guī)r當中。在野外放大鏡下觀察不到明顯的白云石晶體結(jié)構(gòu)，巖石斷口平滑無顆粒感。鏡下觀察發(fā)現(xiàn)白云石晶體呈自形程度較高的粉-細晶結(jié)構(gòu)(圖4(i))，晶體形態(tài)突出，沿小型裂縫、水平窗格孔及縫合線呈條帶狀不均勻漂浮于泥晶當中。此類巖中的白云石含量最低，鏡下觀察其所占視域面積普遍低于20%。

4類巖相在蓬萊剖面當中具有明顯的層位選擇性，巖相1、2、3主要發(fā)育在剖面下段的顆粒灘沉積體當中，以斷裂為中心呈透鏡狀展布，沿層橫向延展3～5 m后便過渡為正常顆?；?guī)r。橫向上具有巖相1-巖相2-巖相3-正?；?guī)r以及巖相2-巖相3-正?；?guī)r兩種巖相組合關(guān)系(圖5)。巖相4當中的白云石僅發(fā)育在剖面上段的薄層狀灰?guī)r當中，與宏觀斷裂之間沒有明顯的伴生關(guān)系，規(guī)模難以預(yù)測。

圖5 蓬萊壩剖面下段鷹山組顆粒灘沉積體內(nèi)部緊鄰斷裂部位向遠端(從左至右)沿層白云巖化程度逐漸減弱特征

3 地球化學特征

對所采集的98塊樣品進行采樣位置校正后，選取28塊樣品進行全巖樣品分析測試。其中5塊樣品屬于剖面下段巖相1—巖相3，1塊為剖面上段巖相4，2塊為下伏蓬萊壩組白云巖，其余19塊為發(fā)生白云巖化的灰?guī)r樣品。露頭樣品用清水刷凈之后，晾干，剖開，用牙鉆取其新鮮面基質(zhì)粉末，再使用瑪瑙研缽進一步研磨粉碎至200目。碳、氧同位素分析由中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所穩(wěn)定同位素地球化學實驗室測試，所采用儀器為MAT-253，使用相對國際標準VPDB之值，δ13C和δ18O的標準偏差分別優(yōu)于0.15‰和0.20‰。主微量元素及稀土元素分析由核工業(yè)北京地質(zhì)研究院分析測試研究中心測試，所采用的測試儀器型號為NexION300D 等離子體質(zhì)譜儀。

3.1 碳、氧穩(wěn)定同位素

碳、氧同位素是判斷白云巖成因時較為常用的一類參數(shù)。蓬萊壩剖面28塊樣品的碳同位素值沒有明顯的分異性，δ13C分布區(qū)間為-2.3‰～0.8‰(表1)，2塊經(jīng)白云石化改造樣品的δ13C與顆?；?guī)r以及泥晶灰?guī)r一致，表明白云巖(石)為交代成因，其內(nèi)部的碳繼承于原始的灰?guī)r，在白云巖化過程中有機碳沒有參與成巖作用。樣品氧同位素分異性非常明顯，δ18O分布范圍為-4.4‰～-15.1‰，平均值為-8.07‰(表1)。δ18O虧損較為明顯的樣品為洞穴內(nèi)部的方解除充填物以及剖面下段靠近斷裂附近的顆粒灰?guī)r，較為寬泛的δ18O值反映較寬的成巖流體溫度且其變化區(qū)間較大，埋藏成巖作用較為強烈[18]。剖面下段斷裂附近受白云巖化作用影響的巖相1—巖相3的δ18O分布區(qū)間為-3.7‰～-5.3‰，其中4塊樣品的δ18O≤-5.0‰，與同層位的正常顆?；?guī)r相比具有明顯的δ18O偏重的特點。相比較下伏的蓬萊壩組白云巖(δ18O為-5.3‰～-7.1‰)，剖面下段的鷹山組白云巖的δ18O也整體偏重，表明二者白云巖化流體存在差異(圖6)。剖面上段巖相4的δ18O與同層位的灰?guī)r之間沒有顯著區(qū)分，可能是由于內(nèi)部白云石含量較少。剖面下段斷裂周邊受白云石化作用改造的樣品并沒有表現(xiàn)出構(gòu)造-熱液白云巖所通常具有的δ18O嚴重虧損的明顯特征[8，19]，這表明蓬萊壩剖面鷹山組構(gòu)造白云巖化作用的流體并非高溫熱液。白云巖當中較重的δ18O通常表明氧同位素的分餾受到了限制，是鹽度較高的白云巖化流體的表現(xiàn)[20]，反映鷹山組下段白云巖化流體可能來源于封存在地層當中的海水。

表1 蓬萊壩剖面蓬萊壩組—鷹山組碳氧同位素測試數(shù)據(jù)

圖6 蓬萊壩剖面不同巖性碳和氧同位素組成

3.2 主量和微量元素

主量和微量元素能夠反映巖石在沉積過程中以及后期成巖改造過程中流體的性質(zhì)。剖面下段巖相1—巖相3的CaO相對含量分布于31.24%～41.69%之間，平均值為34.48%，高于白云巖中CaO的理想相對含量30.41%。MgO的相對含量分布在10.8%～18.06%之間，低于白云巖中MgO的理想相對含量21.86%(圖7，表2)。巖相4的CaO相對含量為42.23%，MgO為10.1%。下伏蓬萊壩組兩塊樣品的CaO相對值分別為32.11%和32.27%，MgO相對含量為19.91%和19.1%。鷹山組內(nèi)部白云巖相比于蓬萊壩組具有富鈣低鎂的特征，說明其白云巖化程度相對較低并且不均勻，并不是真正理想狀態(tài)下的白云巖。

表2 塔里木盆地蓬萊壩剖面鷹山組白云巖樣品主量和微量元素組成

圖7 蓬萊壩剖面受白云巖化改造樣品CaO、MgO關(guān)系圖(底圖據(jù)文獻[23])

Fe與Mn在成巖過程中逐漸富集，通常埋藏成巖作用強烈的區(qū)域的Fe與Mn的含量較高[21]，這可能是受到埋藏條件下富金屬元素的熱液作用的影響。鷹山組巖相1—巖相3的FeO相對含量分布在0.24%～0.67%之間(表2)，平均含量為0.47%，MnO相對含量分布在0.005%～0.013%之間，平均相對含量為0.011%。巖相4的FeO相對含量為0.20%，MnO含量為0.006%。下伏蓬萊壩組中的2塊白云巖樣品的FeO相對含量均小于0.10%，MnO相對值分別為0.017%和0.005%。剖面中灰?guī)r的FeO含量分布區(qū)間為0.1%～0.88%，平均值為0.41%，MnO含量分布區(qū)間為0.004%～0.024%，平均值為0.011%。原始灰?guī)r與受白云巖化流體影響的樣品之間的Fe與Mn的含量大致相當(圖8)，表明白云巖化作用流體中并不富含有典型埋藏熱液成因的金屬元素。朱東亞等2010年對塔北地區(qū)下奧陶統(tǒng)受構(gòu)造-熱液調(diào)整形成的白云巖研究顯示其中FeO的平均平均相對含量為1.917%，MnO的平均相對含量為0.323%[22]，二者相對含量均比蓬萊壩剖面鷹山組受白云巖化流體改造的樣品高，表明兩區(qū)域雖然層位大致相當，但導致白云巖化的流體性質(zhì)存在很大不同。

圖8 蓬萊壩剖面不同位置樣品Fe、Mn關(guān)系圖(a)和蓬萊壩剖面不同位置樣品Na、K關(guān)系圖(b)

在白云巖成因判別方面，Sr含量能夠指示白云巖化作用的程度和時間。通常情況下早期白云巖化白云巖的Sr含量相對較高，隨著埋藏深度的加深中-晚期的白云巖化所形成的白云巖(石)中的Sr含量較低[24]。鷹山組中受白云巖化流體改造的巖相1—巖相3的Sr含量為69.9～137 μg/g，平均含量為110.6 μg/g，巖相4的Sr含量為138 μg/g。下伏蓬萊壩組2塊白云巖樣品的Sr含量分別為147 μg/g和231 μg/g。未受白云巖化流體影響的灰?guī)r的Sr含量為95.2～270 μg/g，平均值為177.1 μg/g。從測試數(shù)據(jù)來看，鷹山組內(nèi)部受白云巖化流體改造的巖相1—巖相4的Sr含量低于原始灰?guī)r中的Sr含量，但高于晚期埋藏成巖的白云巖(Sr含量平均值為72.1 μg/g)[13]。

白云巖中Na與K的含量能夠起到對白云巖化流體鹽度判別的作用[21]。鷹山組中受白云巖化流體改造的巖相1—巖相3的Na相對含量為0.032%～0.095%，平均值為0.056%；K元素的相對含量為0.179%～0.501%，平均值為0.287%。巖相4的Na相對含量為0.044%，K相對含量為0.168%。剖面中原始灰?guī)r的Na相對含量分布為0.041%～0.101%，平均值為0.0624%；K相對含量為0.034%～0.634%，平均值為0.235%。剖面下段斷裂周邊巖相1—巖相3與原始灰?guī)r之間并沒有顯著區(qū)別，表明白云巖化流體中的鹽度與鷹山組沉積時期海水鹽度相似。巖相4的Na、K含量相比巖相1—巖相3偏低，與鷹山組原始灰?guī)r相似。

塔里木盆地下古生界沉積晚期埋藏條件下構(gòu)造熱液成因的白云巖通常具有明顯的富Fe、Mn、Zn和貧Na、K、Sr的特征。蓬萊壩剖面中鷹山組內(nèi)部圍繞發(fā)育的巖相1—巖相3元素分析數(shù)據(jù)顯示其除了具有較低的Sr含量之外，并不具備塔里木盆地典型的熱液白云巖化作用主微量元素特征，推斷其白云巖化流體可能來源于沉積過程中封存在地層中的弱-中蒸發(fā)海水而非深部富Mg2+熱液。

3.3 稀土元素

白云巖化過程是流體-巖石相互作用的過程，不同白云巖化流體具有不同的稀土特征，因此樣品稀土元素分析可以大致判斷白云巖化流體的來源，是良好的流體示蹤劑[25-27]。剖面下段靠近斷裂附近的受白云巖化流體改造的巖相1—巖相3的稀土元素含量為16.1～31.83 μg/g，平均值為22.84 μg/g，其中58%的樣品的稀土元素含量小于20 μg/g(表3)。剖面上段巖相4的稀土元素含量為11.87 μg/g。蓬萊壩組2塊白云巖樣品的稀土元素含量分別為3.76 μg/g和5.21 μg/g。相比于純白云石，在輕重稀土元素分配方面，巖相1—巖相3的輕稀土元素含量分布區(qū)間為15.7～28.6 μg/g，重稀土元素含量分布為1.77～3.51 μg/g；巖相4輕稀土元素含量為10.56 μg/g，重稀土元素含量為1.32 μg/g。上述樣品均表現(xiàn)出顯著輕稀土元素富集、重稀土元素虧損的特征。純白云石的稀土元素含量一般在幾到二十幾μg/g，當大于30 μg/g時表明受到較為強烈的蝕變作用，可能其中混入有較多的黏土成分亦可能是受到巖漿熱液的改造[28]。剖面鷹山組樣品的稀土元素含量總體高于盆地內(nèi)下奧陶統(tǒng)鉆井巖心[13，21]，但87%的樣品的稀土元素含量均小于30 μg/g。一般海水中形成的白云石的稀土元素含量小于20 μg/g，蓬萊壩組樣品較低的稀土元素含量表明其成因與正常海水有關(guān)，這點與鄭劍鋒等2014年的研究結(jié)果一致[29]。推測鷹山組樣品除后期風化作用影響外，稀土元素含量較高的原因還有兩點：(1)沉積時期更為頻繁的暴露導致黏土礦物富集造成稀土元素含量增加[30]；(2)顆粒灘沉積體埋藏成巖過程中由于原始孔滲條件好更加易于受到流體的改造從而引起稀土元素含量增加。支持兩種猜測的依據(jù)是剖面上段的巖相4受白云巖化流體改造的泥晶灰?guī)r保持了較低的稀土元素含量，表明水體較深，致密的泥晶灰?guī)r相比水體較淺、孔洞發(fā)育的顆粒灰?guī)r更加能夠在沉積及成巖時期保持其原始的地球化學成分。樣品中輕稀土元素富集、重稀土元素貧化的特征也與海水的稀土元素特征相一致，表明鷹山組的白云巖化作用與海水有關(guān)。

表3 蓬萊壩剖面鷹山組白云巖樣品稀土元素組成

白云巖化過程中溫度、壓力、pH值、Eh值以及其他成巖環(huán)境的變化會造成稀土元素的性質(zhì)以及稀土絡(luò)合物的穩(wěn)定性發(fā)生改變從而造成稀土元素的富集或者虧損[31-32]。不同氧化-還原條件下Ce以及Eu的化學行為不同會導致兩種元素的富集或虧損，從而能夠幫助判定白云巖化的氧化還原環(huán)境[32-33]。鷹山組及蓬萊壩組不同層位樣品的稀土元素配分曲線顯示其配分型式基本一致，Ce元素沒有表現(xiàn)出明顯的異常，所有樣品的Eu元素均表現(xiàn)為負異常(圖9)。通常情況下受熱液改造或熱液成因的白云巖會表現(xiàn)出明顯的Eu正異常，表明剖面中發(fā)育的白云巖以及受白云巖化流體改造的灰?guī)r的白云巖化流體并非熱液。樣品的稀土元素配分型式與趙文智等2012年所研究的塔里木盆地寒武系—奧陶系井下樣品在埋藏條件下海水白云巖化作用形成的白云巖的配分形態(tài)一致[13]。

圖9 蓬萊壩剖面受白云巖化作用改造樣品的稀土元素配分模式

4 討 論

4.1 局部白云巖成因

剖面下段鷹山組白云巖圍繞斷裂呈斑狀及團塊狀小規(guī)模分布，白云巖化程度并不均勻且沒有呈規(guī)模層狀分布，表明白云巖化時間發(fā)生在準同生成巖階段之后。多數(shù)學者認為這類產(chǎn)狀的白云巖是成巖作用中后期白云巖化流體交代作用而形成[34-35]。下伏蓬萊壩組中的白云巖呈大規(guī)模層狀分布，厚度穩(wěn)定，晶體形態(tài)為中晶的半自形，與鷹山組白云巖相比二者在晶體形態(tài)以及地球化學特征上存在著較為明顯的差異。前人研究認為，研究區(qū)內(nèi)部的蓬萊壩組白云巖化作用發(fā)生在早-中埋藏時期，白云石化流體為海水源的地層水[29，36]。剖面中鷹山組內(nèi)部的白云巖化作用主要發(fā)生在剖面下段，基質(zhì)為顆粒灘相灰?guī)r，較蓬萊壩組白云巖化的程度低。樣品的分析測試顯示，剖面下段鷹山組白云巖的碳氧同位素分餾不明顯，較蓬萊壩組白云巖明顯偏重，表現(xiàn)出蒸發(fā)性海水的特征。Fe、Mn、Sr元素含量均高于蓬萊壩組白云巖，但顯著低于前人研究的塔里木盆地深埋藏期熱液成因(改造)的白云巖。稀土元素分析結(jié)果顯示鷹山組樣品也不具有典型的Eu富集的熱液成因特征。綜合各類地球化學參數(shù)分析，鷹山組下段的白云巖化流體主要來源于封存在地層內(nèi)部的弱-中蒸發(fā)程度的海水。這類海水在常溫常壓的近地表環(huán)境下其Mg2+濃度不足以形成同生、準同生的原生白云巖，但隨埋藏深度的增大以及構(gòu)造擠壓作用的影響，溫度和壓力的升高使得其克服白云石形成的動力學屏障，白云巖化作用得以進行。

剖面上段零散漂浮于泥晶灰?guī)r中的半自形白云石，大多數(shù)學者認為這類白云石的形成具有一定選擇性[1，35，37]。泥晶灰?guī)r中一些不穩(wěn)定態(tài)或亞穩(wěn)態(tài)的碳酸鹽巖礦物被有限的白云石化流體所交代形成白云石晶核，以晶核為中心進一步生長形成自形程度較好的細晶白云石。這類交代作用通常發(fā)生在壓溶縫附近，其白云巖化流體來源于在縫合線中析出的封存地層海水，流體中的Mg2+可能來源于壓溶作用和黏土礦物轉(zhuǎn)化[38]。這類白云巖化作用的Mg2+非常有限，流體僅能夠造成縫合線或裂縫周邊的物質(zhì)化學成分進行局部調(diào)整，并且由于泥晶灰?guī)r自身的滲透率與孔隙度均較低，難以形成規(guī)模的白云巖化程度高的層狀白云巖，造成零星的白云石晶體漂浮于泥晶基質(zhì)灰?guī)r當中。另外，這類白云石的形成還可能與地層中存在的風暴或海流搬運來的細小的白云石晶體有關(guān)，早期在沉積過程中存在的白云石微粒在后期的成巖過程中被白云巖化流體進一步地改造而形成霧心亮邊結(jié)構(gòu)。

4.2 白云巖化模式

剖面下段的白云巖化流體影響的范圍主要受斷裂以及高能顆粒灘沉積相帶的控制。斷裂是白云巖化流體垂向運移的主要通道，顆粒灘相灰?guī)r良好的孔滲能力使得白云巖化流體能夠進行橫向運移。蓬萊壩剖面中的斷裂規(guī)模小，主要是一些小型的走滑斷層以及裂縫帶，并非大型上下貫通式的張扭性斷層，小型的斷裂對流體的運移能力有限，因此并沒有在鷹山組中形成大規(guī)模的白云巖。剖面下段中的白云巖化流體可能來自于下伏的蓬萊壩組，并且流體在流經(jīng)蓬萊壩組圍巖時獲得部分的Mg2+。中—晚奧陶世時期研究區(qū)柯坪斷隆由被動大陸邊緣向活動大陸邊緣轉(zhuǎn)變，強烈的構(gòu)造運動使得南天山洋閉合，形成現(xiàn)今的柯坪斷隆的雛形[39]。晚古生代至今，柯坪地區(qū)長期處在強烈的構(gòu)造活動中，造成研究區(qū)發(fā)育大量的斷層，蓬萊壩剖面便位于北東東走向的沙井子斷裂一線。板塊強烈的逆沖推覆作用造成地層中的流體沿斷裂流竄，富Mg2+流體在斷層線周邊以及斷層衍生出的裂縫帶附近交代原始灰?guī)r從而發(fā)生構(gòu)造-白云巖化作用。封存在地層中海水的Mg2+濃度決定了構(gòu)造白云巖化作用的強度。白云巖化流體進入顆粒灘灰?guī)r沉積體后由于孔隙度較高，巖-水之間相互作用的比表面積大，在斷裂周邊白云巖化速度較快，并且白云巖化程度較高(巖相1形成)，形成的白云石晶體形態(tài)為半自形。流體進一步沿層橫向流動過程中，Mg2+濃度降低，交代能力減弱，造成僅能交代顆粒之間的亮晶方解石和少部分的顆粒；由于交代過程速度降低使白云石的生長速度減緩，導致形成的白云石的自形程度較高(巖相2形成)。隨著流體中Mg2+的不斷消耗，最終流體中Mg2+的濃度相對于白云石達到欠飽和，白云巖化作用也隨之停止。剖面上段巖相4中白云石的形成與構(gòu)造運動并無直接關(guān)聯(lián)，其形成的時間應(yīng)該在淺埋藏階段，早于下段構(gòu)造白云巖化作用發(fā)生的中-深埋藏階段?？傮w上，斷層溝通上、下地層，充當白云巖化流體運移通道，在孔滲條件良好的顆粒灘體中發(fā)生白云巖化作用(圖10)。

圖10 蓬萊壩剖面構(gòu)造白云巖化模式

4.3 儲集性演化

在深部海相碳酸鹽巖地層勘探過程中，白云巖發(fā)育段通常是勘探的主要目標，這是由于白云巖的儲集性隨深度增加而衰減的速率要明顯小于灰?guī)r。我國西部三大海相碳酸鹽巖盆地中，四川盆地以及鄂爾多斯盆地在下古生界的主要儲集層均以白云巖為主，而勘探面積最大的塔里木盆地的下古生界白云巖儲層除勘探早期在北部牙哈地區(qū)找到的大型巖溶風化殼型白云巖儲層之外，其他類型白云巖儲層的勘探進展緩慢。國內(nèi)外學者對不同階段不同流體性質(zhì)的白云石化作用對儲集層的改造作用進行了深入的研究，通常認為原始沉積相帶以及后期的成巖作用是優(yōu)質(zhì)白云巖儲層能否形成的主要因素。蓬萊壩剖面下段的顆粒灘沉積體理論上在埋藏階段仍具有良好的儲集性能，其原因有4點：(1)灘相沉積體提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)；(2)潮下帶沉積環(huán)境動蕩的水體下形成了多個高頻層序下的潛在暴露面；(3)成巖后經(jīng)歷了構(gòu)造破碎作用；(4)埋藏期近似“等摩爾”的白云巖化交代作用使孔隙進一步繼承和擴大。但通過鑄體樣品觀察發(fā)現(xiàn)剖面下段無論是在原始的顆粒灰?guī)r中還是斷裂周邊的白云巖中孔隙基本不發(fā)育。原始顆?；?guī)r中早期溶蝕形成非組構(gòu)選擇性溶蝕孔洞以及裂縫均被后期形成的粗大的亮晶方解石晶體所充填，巖相1中的晶間孔也均被方解石所充填。剖面鷹山組中儲集空間的演化表明在構(gòu)造白云巖化作用發(fā)生后方解石飽和流體沿斷裂運移到剖面下段，充填了早先形成的孔隙及裂縫，造成儲層整體致密化。蓬萊壩剖面鷹山組儲集性演化的實例說明碳酸鹽巖優(yōu)質(zhì)儲層一旦形成，如果沒有烴類流體及時充注，其孔隙很難在后續(xù)的成巖演化過程得到保留。在埋深大、地層壓力高的情況下，孔隙發(fā)育的層段(部位)往往是早期成巖流體首先進入并改造的區(qū)域，有利于儲層形成；而成巖后期階段，流體在孔隙中以沉淀作用為主，對早期形成的優(yōu)質(zhì)儲層破壞顯著。

4.4 與晚期構(gòu)造-熱液白云巖化作用對比

構(gòu)造熱液白云巖化作用指的是富Mg2+深部地層熱流體沿深大斷裂向上運移并交代通道周邊的灰?guī)r而形成熱液白云巖，交代過程基本為深埋藏條件下的等摩爾交代，形成的儲集空間為方解石向白云石轉(zhuǎn)變而體積縮小形成的晶間孔，疊加了熱液流動過程中的溶蝕孔洞。通過實際勘探，這一成儲模式在北美地區(qū)的密歇根、阿拉巴契亞等多個盆地及地區(qū)得到了證實[40-41]。相比塔里木盆地下古生界碳酸鹽巖儲層，北美地區(qū)的構(gòu)造-熱液白云巖儲層具有時代新(集中于泥盆系或之后)、埋深淺的特點(埋深小于4000 m)。熱液白云巖化作用通常在埋深500～1500 m就已經(jīng)發(fā)生，地層熱水是Mg2+的主要載體。前人對塔里木盆地熱流體活動及熱液型儲層研究顯示盆地大規(guī)模的熱液活動發(fā)生在海西末期以及更晚的燕山—喜山期，此時奧陶系—寒武系地層已經(jīng)在盆地內(nèi)部進入了深埋藏階段[42-44]。深大斷裂所溝通的熱液來源于上地?；蚧祝瑹嵋盒再|(zhì)為巖漿熱液、變質(zhì)熱液、地層熱水，其中前兩者的礦物質(zhì)成分非常豐富，流體中礦物質(zhì)在溫度壓力降低后會在孔隙中析出沉淀(例如塔中地區(qū)中上奧套統(tǒng)巖漿熱液所形成的螢石充填以及古城地區(qū)中下奧陶統(tǒng)內(nèi)部的硅質(zhì)充填[45])，相比發(fā)生的等摩爾白云巖化和溶蝕作用，沉淀及充填作用更容易發(fā)生并造成原始儲層物性的降低，這也是塔里木盆下古生界地層至今沒有發(fā)現(xiàn)大規(guī)模構(gòu)造-熱液成因白云巖儲層主要原因之一。

蓬萊壩剖面中的構(gòu)造白云巖化作用代表了沿小型的斷層或破碎帶進行的白云巖化作用。白云巖化流體可能是淺層熱流體也可能是常溫流體，流體性質(zhì)主要為地層鹵水或海水。相比晚期的構(gòu)造-熱液作用，這類構(gòu)造白云巖化作用發(fā)生時間相對較早，流體中的礦物質(zhì)成分含量低，沉淀充填作用弱，雖然受流體體積及Mg2+濃度限制對儲集層改造規(guī)模有限，但不會對儲層產(chǎn)生顯著的破壞作用。原始儲集物性良好的顆粒灘沉積相在埋藏條件下疊加構(gòu)造白云巖化作用使得原始孔隙得到了繼承和進一步擴大，是在深埋條件下尋找內(nèi)幕型儲層的有利區(qū)域。

5 結(jié) 論

(1)蓬萊壩剖面鷹山組中劃分出4類受白云巖化流體改造的巖相。細-中晶白云巖、顆粒不完全白云石化的灰質(zhì)云巖以及白云石充當膠結(jié)物的云質(zhì)灰?guī)r分布于剖面下段，圍繞斷裂發(fā)育，是典型的受構(gòu)造控制的白云巖化作用。白云石晶體條帶狀分布的含云灰?guī)r，分布于剖面上段的泥晶灰?guī)r的縫合線及裂縫周圍邊，不與宏觀斷裂相伴生。

(2)系統(tǒng)的地球化學分析發(fā)現(xiàn)，細-中晶白云巖、顆粒不完全白云石化的灰質(zhì)云巖以及白云石充當膠結(jié)物的云質(zhì)灰?guī)r的白云巖化流體性質(zhì)為弱-中蒸發(fā)程度的地層內(nèi)部海水源流體，剖面下段的構(gòu)造白云巖化作用在中等埋深條件進行，不屬于深大斷裂控制的構(gòu)造-熱液白云巖化范疇。白云石晶體條帶狀分布的含云灰?guī)r白云巖化作用發(fā)生在淺埋藏期，主要是由圍巖及地層水Mg2+調(diào)整富集而形成。

(3)原始的顆粒灘沉積體良好的孔滲條件使白云巖化流體進入地層后可以發(fā)生橫向運移，由于流體中Mg2+的逐漸消耗造成未能形成大面積的層狀白云巖。顆粒灘沉積體以斷裂為中心在橫向上形成了細-中晶白云巖-顆粒不完全白云石化的灰質(zhì)云巖-白云石充當膠結(jié)物的云質(zhì)灰?guī)r及顆粒不完全白云石化的灰質(zhì)云巖-白云石充當膠結(jié)物的云質(zhì)灰?guī)r兩類組合形式。

(4)中-深埋藏條件下進行的構(gòu)造白云巖化作用受白云巖化流體中Mg2+含量所限基本是以“等摩爾”的交代作用為主，原始顆粒灘相中的孔隙得以保存和擴大。埋藏條件下形成的孔隙若沒有及時被油氣充注，很容易被后期流體充填破壞。