王 丹 （中石油煤層氣有限責(zé)任公司，北京100013；長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

袁 苗 （中國石油大學(xué) （北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京102249）

段文浩 （中石油煤層氣有限責(zé)任公司，北京100013）

徐中波 （中海石油 （中國）有限公司天津分公司，天津300452）

何幼斌 （長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

川西北中二疊統(tǒng)棲霞組白云巖成因探討

王 丹 （中石油煤層氣有限責(zé)任公司，北京100013；長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

袁 苗 （中國石油大學(xué) （北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京102249）

段文浩 （中石油煤層氣有限責(zé)任公司，北京100013）

徐中波 （中海石油 （中國）有限公司天津分公司，天津300452）

何幼斌 （長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

川西北地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組中上部不同程度發(fā)育細晶－粗晶的白云巖、灰質(zhì)白云巖和白云質(zhì)石灰?guī)r，是該地區(qū)有利的儲集層。前人對該類白云巖的成因認識有大氣淡水與海水混合成因、埋藏成因和“玄武巖淋濾化”作用成因等3種。根據(jù)野外及室內(nèi)薄片觀察，結(jié)合陰極發(fā)光、碳氧同位素、地球化學(xué)等分析資料以及區(qū)域地質(zhì)特征，綜合分析認為該類白云巖是由埋藏白云石化作用形成的。

白云巖；白云石化；埋藏成因；棲霞組；川西北

川西北廣元旺蒼－朝天－江油一帶的中二疊統(tǒng)棲霞組中上部發(fā)育細晶－粗晶的白云巖、灰質(zhì)白云巖和白云質(zhì)石灰?guī)r，孔隙發(fā)育 （圖1），具有良好的油氣儲集性能，是四川盆地中二疊統(tǒng)的主要勘探層位。目前，對該類白云巖成因主要有以下幾種看法：①大氣淡水與海水混合成因［1，2］；②埋藏成因［3］；③ “玄武巖淋濾化”作用成因［4］。筆者依據(jù)該區(qū)10條剖面的野外觀察和薄片室內(nèi)觀察，并結(jié)合陰極發(fā)光、碳氧同位素、地球化學(xué)等分析資料以及區(qū)域地質(zhì)特征，對該區(qū)白云石的成因進行了分析。

圖1 埋藏白云巖化特征

1 白云巖特征

1.1 宏觀分布特征

川西北中二疊統(tǒng)發(fā)育的白云巖主要分布在棲霞組中上部，一般以云斑石灰?guī)r中云斑的形式出現(xiàn)。淺灰色塊狀云斑石灰?guī)r的風(fēng)化面發(fā)育刀砍紋 （圖2（a））。云斑在新鮮斷面上呈土黃色，一般幾厘米至二十幾厘米，垂直層面向下不規(guī)則分布 （圖2（b）），局部為灰質(zhì)白云巖；白云巖所占的比例不大，一般總厚度小于巖層總厚度的10%，從下部向上白云化作用有逐漸變強的趨勢；云斑石灰?guī)r整體厚度各剖面分布不均，且橫向上分布不穩(wěn)定，難以追蹤對比；白云石斑塊之間的交代殘余石灰?guī)r中含蜓類、珊瑚、腕足類、腹足類和海百合等化石，為狹鹽性、狹溫性生物，說明石灰?guī)r沉積時的海水為正常鹽度海水，且在該剖面及附近未發(fā)現(xiàn)暴露的痕跡 （如間斷面、鈣結(jié)殼等）。因此，從宏觀上可以判斷其與咸化海水白云化機制和混合水白云化機制無關(guān)［5］。

圖2 埋藏白云巖化的細晶白云巖特征

1.2 鏡下特征

白云石以粉晶－細晶為主，少量為中晶，多為半自形晶－自形晶，部分晶體表面污濁，多無環(huán)帶 （圖1（a）），少量具有波狀消光和機械雙晶；白云石內(nèi)部可見方解石殘余，晶粒之間含少量氧化鐵顆粒，氧化鐵可能是出露地表之后被氧化的結(jié)果，說明其生成的環(huán)境應(yīng)為還原環(huán)境。混合水成因的白云具有交代徹底，晶粒愈粗大愈潔凈愈 “成層”的特征，砂糖狀白云巖就是該類型的白云巖進一步發(fā)展的結(jié)果。

在陰極發(fā)光顯微鏡下，白云石發(fā)紫色光、暗紫色光或暗光 （圖3），與Fe2＋含量較高、Mn2＋含量較低有關(guān)［6］，同樣說明其生成的環(huán)境應(yīng)為還原環(huán)境。而混合水成因白云巖的陰極發(fā)光以紫紅色、藍紫色為主，部分為橘紅色，方解石呈暗紅色或橙黃色，因此，可以判斷該白云巖不是混合水成因的。

1.3 地球化學(xué)特征

從表1可以看出，白云巖的微量元素中，除了Fe含量稍高之外，其余含量一般比較低，說明在白云石的形成過程中，出現(xiàn)了微量元素的流失或者是石灰?guī)r在白云石化作用時介質(zhì)含鹽量低。其次，微量元素中Sr含量為32.7～255μg/g，與現(xiàn)代海相白云石的Sr含量500～800μg/g、現(xiàn)代方解石的Sr含量1000～1200μg/g、古代方解石的Sr含量400～700μg/g相比，含量很低；而埋藏成因的白云巖Sr含量66～170μg/g，混合水成因的白云巖Sr含量為70～250μg/g，所以與白云化過程中Sr的流失有關(guān)或為淡水白云化成因［4］。再次，從微量元素對比表 （表2）可見，Sr/Ba＝7.16～70.44［7］、B/Ga＝6.32～72.92、Fe/Mn＝1.50～20.73均較高，反映出形成時的介質(zhì)為海水或咸水［3］。

圖3 埋藏白云巖化的細晶白云巖鏡下特征

表1 川西北地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組白云石微量元素分析數(shù)據(jù)表

表2 川西北地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組白云石中微量元素部分數(shù)據(jù)對比分析表

對該區(qū)棲霞組白云巖的碳、氧同位素進行了分析，結(jié)果見表3。淺灰色細晶云斑石灰?guī)r中δ13C為0.790‰～5.065‰，平均2.886‰。δ18O為－8.556‰～－2.216‰，平均－5.760‰，δ18O值偏低，其主要原因不是由于淡水作用的結(jié)果，而是主要與形成時的地層溫度較高有關(guān)［4，8］，因為高溫對δ18O的影響遠比淡水作用強烈。δ13C值遠高于混合水白云化成因值－2.00‰，反映白云石形成時沒有或很少有淡水或有機質(zhì)的參與［4］。利用將δ13C、δ18O二者結(jié)合起來指示古鹽度的公式計算得Z＝128.92～137.67＞120，為海相成因的石灰?guī)r。將δ13C和δ18O的值代入公式［9］：T＝16.9－4.38（δ13C－δ18O）＋0.10（δ13C－δ18O）2，計算出白云石的古溫度T＝88.10～137.50℃，平均114.66℃ （表3），反映其成巖溫度較高?；旌纤梢虬自茙r生成時是達不到這種溫度的。

表3 川西北地區(qū)棲霞階白云巖中的δ13C、δ18 O分析統(tǒng)計表

1.4 包體均一溫度

該區(qū)白云巖中原生包體發(fā)育，何幼斌等［3］對其用均一法測定其形成溫度為101～206℃；而白云巖晶間孔內(nèi)充填的方解石晶體中的均一溫度為50～84℃。說明白云石形成時的介質(zhì)溫度較高，為埋藏條件下形成的，而不是近地表條件下形成的。

2 白云石成因

前人對川西北中二疊統(tǒng)棲霞組白云巖的成因主要有3種看法：大氣淡水與海水混合成因、埋藏成因和 “玄武巖淋濾化”作用成因。根據(jù)前述白云巖特征，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景，筆者認為該區(qū)棲霞組白云巖為埋藏白云石化作用的產(chǎn)物。

白云巖在成因問題主要考慮兩個方面的問題：一是Mg2＋的來源問題；二是白云石形成的環(huán)境問題［10］。而對于埋藏成因的白云石還應(yīng)該考慮介質(zhì)運移的通道和形成時的溫度因素。

該區(qū)白云石化作用中Mg2＋來源有以下幾種：①粘土礦物蝕變［3］提供Mg2＋；②有機質(zhì)即文石或高鎂方解石質(zhì)生物或石灰?guī)r的壓溶作用［3］提供Mg2＋；③下伏石炭系地層中未完全交代的高鎂地下水提供Mg2＋；④上覆峨眉山玄武巖［4］提供Mg2＋等。筆者研究認為②是棲霞組頂部云斑石灰?guī)r中Mg2＋的主要來源。

中二疊世棲霞期，川西北地區(qū)主要沉積物為生屑石灰?guī)r。當(dāng)它們被埋藏到一定深度且滿足白云石化的條件 （只要是Mg2＋的供應(yīng)）時，就會發(fā)生白云石化作用。但該區(qū)棲霞組均被埋藏到地下一定深度，但白云石化的程度和白云石在巖石中所占的比例并不是很高，筆者認為主要是Mg2＋的供應(yīng)不充足。

綜上，筆者認為主要由文石或高鎂方解石質(zhì)生物或石灰?guī)r的壓溶作用所提供的Mg2＋存在于碳酸鹽巖地下水中，在埋藏作用引起的壓力差的情況下，聚集到孔隙度較高或者裂縫較發(fā)育的棲霞組頂部的石灰?guī)r段流通，同時由于區(qū)域性的峨眉山玄武巖噴發(fā)引起的局部異常高溫，使得該段巖石部分被白云石交代。

［1］張蔭本.四川盆地二疊系地層中的白云巖化 ［J］.石油學(xué)報，1982，（1）：29～33.

［2］陳明啟.川西南下二疊陽新統(tǒng)白云巖成因探討 ［J］.沉積學(xué)報，1989，7（2）：45～50.

［3］何幼斌，馮增昭.四川盆地及其周緣中二疊統(tǒng)細－粗晶白云巖成因探討 ［J］.江漢石油學(xué)院學(xué)報，1996，18（4）：15～19.

［4］金振奎，馮增昭.滇東－川西中二疊統(tǒng)白云巖的形成機理 ［J］.沉積學(xué)報，1999，17（3）：383～389.

［5］何幼斌，王文廣.沉積巖與沉積相 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2006.

［6］劉潔，皇甫紅英.碳酸鹽礦物的陰極發(fā)光與微量元素的關(guān)系 ［J］.沉積與特提斯地質(zhì)，2000，20（3）：71～76.

［7］何宏，彭蘇萍.巴楚寒武－奧陶系碳酸鹽巖微量元素及沉積環(huán)境 ［J］.新疆石灰?guī)r地質(zhì)，2004，25（6）：631～633.

［8］王英華，黃志誠，王國忠.中下?lián)P子區(qū)海相碳酸鹽巖成巖作用研究 ［M］.北京：科學(xué)技術(shù)文獻出版社，1991.74～106.

［9］張秀蓮.碳酸鹽巖中氧、碳穩(wěn)定同位素與古鹽度、古水溫的關(guān)系 ［J］.沉積學(xué)報，1985，3（4）：17～30.

［10］覃建雄.白云巖化研究的新進展 ［J］.地質(zhì)科技情報，1992，11 （2）：23～27.

The Dolostone Origin of Qixia Formation in Middle Permian of Northwest Sichuan

WANG Dan，YUAN Miao，DUAN Wen－h(huán)ao，XU Zhong－bo，HE You－bin（First Author's Address：Coalbed Methane Company Limited，PetroChina，Beijing100013，China；College of Geosciences，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

There developed some fine to coarse dolostones，lime－dolomites and dolomitic limestones in the Middle Permian Qixia Formation of northwest Sichuan Area，which were good reservoirs in Sichuan Basin.Previous research results showed that three kinds of genetic interpretations were obtained，such as mixing－zone dolomitization in freshwater lens，burial dolomitization and basalt leaching.Based on the data of field observation，optic features，cathodoluminescence，carbon and oxygen isotopes，trace element analyses，homogenized temperatures of fluid inclusions and field geologic data，it is indicated by comprehensive analysis that the dolostones are considered to be resulted from burial dolomitization.

dolostone；dolomitization；buried genesis；Qixia Formation；Northwest Sichuan

TE122.2

A

1000－9752（2011）06－0046－04

2010－07－12

王丹 （1982－），男，2004年長江大學(xué)畢業(yè)，碩士，助理工程師，現(xiàn)主要從事煤層氣勘探研究工作。

［編輯］ 宋換新