孟萬斌 武恒志 李國(guó)蓉 張小青 呂正祥

1．油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610059

2．中國(guó)石化西南油氣分公司，成都 610041

3．中國(guó)石化西南油氣分公司勘探開發(fā)研究院，成都 610041

4．成都理工大學(xué)能源學(xué)院，成都 610059

碳酸鹽巖儲(chǔ)層是油氣勘探領(lǐng)域極為重要的一類儲(chǔ)層，世界上超過60%的油氣產(chǎn)量都來自碳酸鹽儲(chǔ)層，其中多半是白云巖儲(chǔ)層(馬永生等，2007)。四川盆地東北部是中國(guó)近年來油氣重點(diǎn)勘探地區(qū)，上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組－下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組發(fā)育的礁灘白云巖儲(chǔ)層是該區(qū)油氣的主力儲(chǔ)層之一(Ma et al．，2007，2008)。元壩地區(qū)長(zhǎng)興組儲(chǔ)層主要為臺(tái)地邊緣淺灘相及臺(tái)地邊緣礁灘相沉積，儲(chǔ)層巖性以亮晶生屑灰?guī)r及亮晶生屑白云巖為主，儲(chǔ)層物性較好(郭彤樓，2011)，詳細(xì)研究白云石化作用機(jī)制及其對(duì)儲(chǔ)層發(fā)育的影響，對(duì)該區(qū)進(jìn)一步勘探將起到很好的指導(dǎo)作用。

1 地質(zhì)背景

元壩地區(qū)位于四川盆地北部，蒼溪、旺蒼、巴中市交匯區(qū)域。該區(qū)在構(gòu)造上屬于川中平緩褶皺帶北緣的一部分，位于龍門山北段前緣、九龍山背斜構(gòu)造帶南翼、通南巴背斜構(gòu)造帶西南側(cè)，地層產(chǎn)狀平緩，構(gòu)造變形弱。

關(guān)于長(zhǎng)興組時(shí)期的沉積格局，目前仍有分歧。王一剛等(2005，2006a，b，2009)認(rèn)為，川東北地區(qū)自長(zhǎng)興組時(shí)期發(fā)育與鄂西海盆相連的“開江－梁平海槽”，其北部與深水陸棚相連，海槽兩側(cè)發(fā)育臺(tái)地。馬永生等(2006a，b，2007)則認(rèn)為這一海槽并不存在，它只是水體相對(duì)較深的碳酸鹽巖緩坡，長(zhǎng)興組只是水體相對(duì)臺(tái)地較深的“臺(tái)棚”環(huán)境產(chǎn)物，臺(tái)棚西南向臺(tái)地具有開闊海臺(tái)地性質(zhì)，東北向臺(tái)地具有局限臺(tái)地性質(zhì)。顯然，無論是“海槽”論者，還是“臺(tái)棚”或“陸棚”論者，他們均認(rèn)為旺蒼－巴中－宣漢－開江－梁平這一相對(duì)較深水區(qū)域向東南方向僅延伸至梁平附近，未與更東南邊的鄂西海槽(海盆)貫通，在東南方向，四川盆地西部碳酸鹽臺(tái)地與東北部的臺(tái)地是連在一起的。通過對(duì)有關(guān)區(qū)調(diào)資料、鉆井資料和地震資料的查閱和分析，開江－梁平這一區(qū)域長(zhǎng)興組－飛仙關(guān)組的沉積物反映出水體明顯較鄂西海槽(海盆)區(qū)域淺。結(jié)合前人(馬永生等，2006a，b，2007)的研究成果，本文認(rèn)為使用“陸棚”來描述它較為適宜。元壩地區(qū)處于開江－梁平臺(tái)棚體系的西北部，橫跨了西部臺(tái)地內(nèi)部－臺(tái)地邊緣－斜坡－陸棚等沉積相帶部位(圖1)。

元壩地區(qū)二疊紀(jì)地層發(fā)育較為齊全，由下而上包括了下二疊統(tǒng)梁山組、中二疊統(tǒng)棲霞組和茅口組、上二疊統(tǒng)吳家坪組和長(zhǎng)興組。長(zhǎng)興組與下伏吳家坪組和上覆飛仙關(guān)組之間呈整合接觸，是上二疊統(tǒng)上部的一套淺海臺(tái)地相碳酸鹽巖地層，厚度200～300m，以微晶灰?guī)r、生物碎屑灰?guī)r、礁灰?guī)r、白云巖發(fā)育為特征。

表1 元壩地區(qū)長(zhǎng)興組不同類型白云石的X衍射有序度分析結(jié)果Table 1 XRD of different dolomites in the Changxing Formation in Yuanba area

2 白云石礦物學(xué)特征

元壩地區(qū)長(zhǎng)興組發(fā)育微晶白云石(巖)、粉－中晶他形白云石、粉－中晶自形白云石、異形白云石等四種類型。

2．1 微晶白云石(巖)特征

此類白云石在區(qū)內(nèi)長(zhǎng)興組碳酸鹽巖中較為少見，白云石晶體細(xì)小，巖石整體由微晶白云石組成構(gòu)成微晶云巖(圖2a)，也可以是微晶白云石在巖石中呈斑狀富集形成微晶白云石條帶或斑塊(圖2b)，但以斑塊狀分布為主。巖石可受到縫合線和各期破裂作用裂縫的切割以及各期溶蝕作用的改造。白云石有序度介于0．46～0．64，平均值為0．556(表1)，顯示出有序度低的特征，表明白云石化作用發(fā)生于高鹽度環(huán)境，是一個(gè)快速結(jié)晶的過程。

2．2 粉－中晶他形白云石特征

此類白云石在區(qū)內(nèi)長(zhǎng)興組碳酸鹽巖中常見，白云石晶體可由粉晶到中晶級(jí)，晶體自形程度普遍較差，多呈他形晶，晶體表面普遍較臟，個(gè)別保留了原來顆粒結(jié)構(gòu)的陰影，晶體之間往往為鑲嵌狀接觸(圖2c，d)。白云石晶體仍可受到縫合線、裂縫以及溶蝕作用的改造。白云石有序度介于0．51～0．95，但主要在0．51 ～0．75 范圍內(nèi)變化，平均值為 0．678，有序度較低(表1)，表明此類白云石仍是高鹽度環(huán)境下成巖作用的產(chǎn)物，白云石結(jié)晶速度仍然較快。

圖1 四川盆地北部上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組時(shí)期沉積格局及研究區(qū)位置圖Fig．1 Study area and sedimentary framework of the Upper Permian Changxing Formation in the norhthern Sichuan Basin

圖2 元壩地區(qū)長(zhǎng)興組中常見白云石類型圖譜(a)－微晶云巖，白云石化作用完全徹底YB204－13(2/65);(b)－砂屑微晶云巖，發(fā)育成巖縫，YB2－6(2/18);(c)－粉晶云巖，由粉晶他形白云石組成，發(fā)育縫狀溶蝕孔洞，邊緣有細(xì)晶自形白云石生長(zhǎng)，YB9－7(3/27);(d)－生屑云巖，發(fā)育粉－中晶他形白云石，白云石化后海百合碎片保持原始形態(tài)，YB27－8(2/21);(e)－粉－細(xì)晶云巖，由粉－細(xì)晶自形白云石組成，溶蝕孔洞發(fā)育，YB29－2(5/18);(f)－藻粘結(jié)云巖，粘結(jié)部位為微晶白云石，窗狀孔部位為粉晶自形白云石，YB101－3(30/30);(g)－藻粘結(jié)灰?guī)r，具弱波狀消光的異形白云石呈斑狀分布，YB22－4(9/90);(h)－粉－中晶云巖，溶蝕孔洞邊緣發(fā)育波狀消光異形白云石，YB102－7(2/21)．除照片(g)為正交偏光外，其余均為單偏光Fig．2 Thin section photomicrographs for common dolomites in the Changxing Formation of the Yuanba area

表2 元壩地區(qū)長(zhǎng)興組白云石碳、氧穩(wěn)定同位素分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 2 Carbon and oxygen isotope values of different dolomites in the Changxing Fromation of the Yuanba area

2．3 粉－中晶自形白云石特征

此類白云石在區(qū)內(nèi)長(zhǎng)興組碳酸鹽巖中最為常見。白云石以分散狀、斑狀為主要產(chǎn)出形式，也可呈整體云化、偶見分布等形式存在。白云石晶體多呈自形晶，部分為半自形晶，晶體較粗，多為粉－細(xì)晶級(jí)，部分達(dá)中晶級(jí)，表面較臟或較干凈、或顯霧心亮邊結(jié)構(gòu)(圖2e，f)。白云石可交代改造膠結(jié)物方解石及縫洞充填的方解石，被縫合線及三期構(gòu)造破裂作用及裂縫充填方解石切割，被第二期、第三期溶蝕作用改造。白云石有序度介于0．70 ～0．98，平均值為0．863，有序度較高(表1)，表明此類白云石可能形成于鹽度較低環(huán)境條件下，白云石結(jié)晶速度較為緩慢。

2．4 異形白云石特征

此類白云石在區(qū)內(nèi)長(zhǎng)興組部分井段見到，白云石在巖石中可呈斑狀、分散狀、偶見等三種形式存在，但以斑狀分布最為常見。白云石晶體大小差別較大，可達(dá)粉晶－粗晶級(jí)，部分晶體晶面弧形特征清楚，表面較干凈，正交光下具波狀消光或弱波狀消光特征(圖2g，h)。

3 白云石(巖)地球化學(xué)特征

3．1 碳、氧穩(wěn)定同位素組成特征

據(jù)45件樣品碳、氧同位素分析結(jié)果(表2)，長(zhǎng)興組白云石的碳、氧同位素具有以下特點(diǎn):

一是δ13C(PDB標(biāo)準(zhǔn)，下同)值均為正值且普遍較高。三種白云石(巖)的平均值分別為 2．65‰、4．23‰和 3．83‰，它們與同時(shí)期的正常海相灰?guī)r背景值(3．156‰)(黨錄瑞等，2011)較為接近或略高，揭示了白云石的碳來源于長(zhǎng)興組時(shí)期的正常海水或者高鹽度海水，或者來源于長(zhǎng)興組海相碳酸鹽巖地層本身，缺乏有機(jī)質(zhì)氧化產(chǎn)生的輕CO2和大氣淡水的加入。

二是白云石的δ18O(PDB標(biāo)準(zhǔn)，下同)值總體較高，且由微晶白云石→粉－中晶他形白云石→粉－中晶自形白云石，δ18O值逐漸降低，但差距較小。長(zhǎng)興組白云石的δ18O值在－5．85‰ ～ －3．32‰范圍，主要在 －6‰ ～ －5‰?yún)^(qū)間，變化范圍狹窄，平均值為－5．19‰;長(zhǎng)興組正常海相微晶灰?guī)r的δ18O 值為 －6．30‰ ～ －4．79‰，平均值為 －5．68‰。白云石的δ18O值與同時(shí)期的正常海相灰?guī)r背景值仍非常接近，表明白云石形成與正常海水、高鹽度海水，或者與正常海水、高鹽度海水相似的地層水條件下，而且成巖環(huán)境溫度不高。

Keith and Wbber(1964)(轉(zhuǎn)引自郭金春等，2008)用δ13CPDB和δ18OPDB結(jié)合指示古鹽度，即用公式Z(鹽度指數(shù))=2．048(δ13CPDB+50)+0．498(δ18OPDB+50)計(jì)算 Z 值，Z ＞120為海相，Z＜120為陸相。本次研究利用區(qū)內(nèi)長(zhǎng)興組白云石的碳、氧同位素分析結(jié)果進(jìn)行了Z值計(jì)算，結(jié)果表明Z值在128．57 ～136．02，均大于 120，也說明成巖流體為海水或與海水性質(zhì)相似的地層水。

利用碳酸鹽礦物氧同位素溫度計(jì)算公式T1=13．85－4．54δ18OPDB+0．04(δ18OPDB)2(余志偉，1999)計(jì)算的長(zhǎng)興組白云石的形成溫度在29．38～41．81℃范圍內(nèi)變化，也表明白云石形成溫度不高，白云石化是發(fā)生在地表、近地表，或者非常淺的埋藏環(huán)境中。

上述白云石碳氧同位素特征反映出微晶白云石是在蒸發(fā)條件下鹽度更高的環(huán)境中形成;粉－中晶他形白云石、粉－中晶自形白云石是在鹽度正?；蚵愿叩沫h(huán)境中形成，而粉－中晶自形白云石即使是在埋藏成巖環(huán)境中形成，但埋藏深度也非常淺;由微晶白云石→粉－中晶他形白云石→粉－中晶自形白云石可能是一個(gè)沉積埋藏過程中多階段白云石化作用的產(chǎn)物。

3．2 鍶同位素組成特征

根據(jù)黃思靜等(2011，2012)的研究，四川盆地上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組正常海相碳酸鹽巖的鍶同位素值非常低，在0．707048～0．707112范圍內(nèi)變化。

39件白云石和微晶灰?guī)r樣品的鍶同位素地球化學(xué)特征表現(xiàn)出較為復(fù)雜的特征(表3):①2個(gè)正常海相微晶灰?guī)r樣品87Sr/86Sr比 值 為 0．706576 ～ 0．707713，平 均 值 為0．707145，處于同期海水87Sr/86Sr比值范圍，樣品的巖石學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)樣品缺乏后期改造特征，因此該值可以作為區(qū)內(nèi)長(zhǎng)興組正常海相碳酸鹽巖的鍶同位素背景值。②2個(gè)微晶白云石樣品的鍶同位素值為0．707480和0．708314(平均值為0．707897)，與長(zhǎng)興組正常海相微晶灰?guī)r鍶同位素背景值較為接近，表明其繼承或保存了同生期海水白云石化的鍶同位素值特征。③25個(gè)粉－中晶他形白云石或以其為主的樣品和9個(gè)粉－中晶自形白云石或以其為主的樣品的87Sr/86Sr比值變化有三種情況。第一種是87Sr/86Sr比值小于0．706000，兩類巖石樣品的平均值分別為0．705337和0．705104，其鍶同位素值較低，結(jié)合巖石學(xué)特征，這些層段或相鄰層段受到熱液作用的改造。第二種是87Sr/86Sr比值介于0．706000～0．710000，兩類巖石樣品的平均值分別為 0．707134 和0．707351，與長(zhǎng)興組正常海相微晶灰?guī)r的鍶同位素背景值非常接近，是同生期海水白云石化鍶同位素特征的反映，它們形成于與長(zhǎng)興組海水相似的地層水環(huán)境中。第三種是87Sr/86Sr比值大于0．710000，鍶同位素值較高，兩類巖石樣品的平均值分別為0．714747和0．713152，暗示還另有盆地內(nèi)部碎屑巖地層熱液流體對(duì)長(zhǎng)興組白云巖進(jìn)行過改造。

表3 元壩地區(qū)長(zhǎng)興組不同類型白云石鍶同位素分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)Table 3 Strontium isotope values of different dolomites in the Changxing Formation of the Yuanba area

圖3 元壩地區(qū)長(zhǎng)興組白云石稀土元素組成及配分模式(a)－微晶白云石類;(b)－粉－中晶他形白云石;(c)－溶蝕孔洞較發(fā)育的粉－中晶他形白云石;(d)－粉－中晶自形白云石Fig．3 REE patterns of different dolomites in the Changxing Formation of the Yuanba area

總之，鍶同位素分析結(jié)果揭示出區(qū)內(nèi)長(zhǎng)興組的微晶白云石、粉－中晶他形白云石、粉－中晶自形白云石都是在長(zhǎng)興組正常海水或者與長(zhǎng)興組正常海水相似的地層水環(huán)境中形成的，但形成后又遭受過深部熱液或者盆地內(nèi)部碎屑巖地層熱液的改造作用。

3．3 稀土元素組成及配分模式

巖石或礦物中的稀土元素組成往往是成巖流體及物質(zhì)來源、形成環(huán)境的指示劑，特別是識(shí)別熱液作用的重要標(biāo)志。稀土元素Eu正異常、Ce負(fù)異常通常指示了高溫?zé)嵋鹤饔玫陌l(fā)生(丁振舉等，2000;馮勝斌等，2007;胡文塇等，2010)。

利用長(zhǎng)興組41件白云巖及白云石斑塊樣品的稀土元素分析結(jié)果，以球粒隕石為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各樣品的稀土元素?cái)?shù)據(jù)作圖，并與正常海相微晶灰?guī)r的結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)不同類型白云石的稀土元素組成具有明顯的差異(圖3)。

①微晶白云石類的稀土元素組成及配分模式特征與長(zhǎng)興組正常海相微晶灰?guī)r相似，可相對(duì)于球粒隕石貧稀土元素或富稀土元素，具有相對(duì)富集輕稀土元素、貧重稀土元素、略顯Ce負(fù)異常特征(圖3a)，揭示了此類白云石是在正常海水環(huán)境或者海水濃縮環(huán)境中形成。在海相環(huán)境中沉積成巖的灰?guī)r，除了重稀土有少量虧損外，較好地保存了原始海水的稀土元素配分型式(Webb and Kamber，2000;Kamber and Webb，2001)。②粉－中晶他形白云石類的稀土元素組成及配分模式也與正常海相微晶灰?guī)r相似，但絕大多數(shù)樣品相對(duì)于球粒隕石貧稀土元素，顯示出相對(duì)富集輕稀土元素、貧重稀土元素、Ce負(fù)異常的特征(圖3b，c)，揭示此類白云石應(yīng)是在正常海水或者濃縮海水環(huán)境中形成的。而個(gè)別粉－中晶他形白云石樣品，與前述特征有一定差異，突出表現(xiàn)在Eu、Sm正異常，Ce負(fù)異常，結(jié)合該層段存在熱液成因天青石等礦物，認(rèn)為它們是粉－中晶他形白云石后期遭受深部熱液作用改造的反映。③粉－中晶自形白云石也具有兩種稀土元素組成及配分模式(圖3d)，有2個(gè)樣品的稀土元素組成與正常海相微晶灰?guī)r相似，相對(duì)于球粒隕石貧稀土元素，曲線較平滑，略顯相對(duì)富集輕稀土元素、貧重稀土元素特征，揭示了其是正常海水環(huán)境或與正常海水環(huán)境相似的地層水環(huán)境成巖作用的產(chǎn)物。然而，大多數(shù)樣品雖仍顯示出相對(duì)球粒隕石貧稀土元素，但曲線特征及配分模式明顯不同于正常海相微晶灰?guī)r，突出表現(xiàn)在具有Eu、Sm正異常，Ce弱負(fù)異常特征，結(jié)合這些井段或相鄰井段存在熱液成因礦物的現(xiàn)象，認(rèn)為它們是粉－中晶自形白云石形成后受到熱液改造的響應(yīng)特征。

綜上所述，稀土元素分析揭示出區(qū)內(nèi)長(zhǎng)興組白云石主要是在濃縮海水環(huán)境、正常海水環(huán)境、或者與正常海水相似的地層水環(huán)境中形成的，并在形成后遭受過熱液地質(zhì)作用的改造。

4 白云石化作用機(jī)制與模式

4．1 白云石化作用與層序、沉積相的關(guān)系

4．1．1 長(zhǎng)興組白云石化作用與層序的關(guān)系分析

通過分析白云巖分布與三級(jí)層序的關(guān)系以及不同類型白云石與高頻層序的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)興組白云石化作用與層序的關(guān)系具有以下特點(diǎn):①白云巖及其白云石化作用主要在高位體系域發(fā)育(圖4);②不同類型的白云石與高頻層序的關(guān)系不一致(圖5)。微晶白云石主要在五級(jí)層序的上部發(fā)育，其次是在五級(jí)層序的中部發(fā)育;粉－中晶他形白云石和粉－中晶自形白云石在五級(jí)層序的上部和中部都優(yōu)勢(shì)發(fā)育，但也可以延續(xù)到五級(jí)層序的下部;而異形白云石與五級(jí)層序不存在特定的關(guān)系。

4．1．2 長(zhǎng)興組白云石化與沉積相帶的關(guān)系

圖4 元壩地區(qū)長(zhǎng)興組白云巖及白云石化作用在三級(jí)層序體系域中發(fā)育情況統(tǒng)計(jì)Fig．4 Dolomites and dolomitization distribution in different system tracts

圖5 元壩地區(qū)長(zhǎng)興組不同類型白云石與高頻層序的關(guān)系Fig．5 The relationships of dolomite types with highfrequency sequence

認(rèn)識(shí)白云石化與沉積相帶的關(guān)系，有助于對(duì)白云巖成因機(jī)制的認(rèn)識(shí)和對(duì)白云巖發(fā)育分布的預(yù)測(cè)。元壩地區(qū)白云巖發(fā)育分布與沉積相帶具有以下關(guān)系:

①白云巖主要在臺(tái)地相區(qū)發(fā)育，但與沉積相關(guān)系復(fù)雜。已有的鉆井揭示長(zhǎng)興組白云巖主要在臺(tái)地區(qū)發(fā)育，一般臺(tái)地邊緣白云巖厚度較大，臺(tái)地內(nèi)部白云巖厚度較小，但也存在著非均質(zhì)性和復(fù)雜性。②不同類型白云石與沉積微相的關(guān)系存在明顯差異。微晶白云石發(fā)育在生物礁、生屑灘、潮坪等沉積微相中，其中潮坪微相最有利于微晶白云石的發(fā)育。粉－中晶他形白云石發(fā)育在生物礁、生屑灘、潮坪、灘間、礁間微相中，生屑灘及灘間微相是最有利的沉積微相。粉－中晶自形白云石在生物礁、生屑灘、灘間、潮坪等沉積微相中發(fā)育，生屑灘及灘間微相最有利于粉－中晶自形白云石的發(fā)育。異形白云石在生物礁、生屑灘、灘間、礁間、潮坪微相中都有出現(xiàn)，但主要在生物礁及潮坪相沉積物中發(fā)育。

圖6 長(zhǎng)興組白云石化模式Fig．6 Dolomitization models of the Changxing Formation

4．2 長(zhǎng)興組白云石化作用機(jī)制與模式

4．2．1 微晶白云石的形成機(jī)制與模式

微晶白云石的巖石學(xué)特征和地球化學(xué)特征揭示了其形成于鹽度高的濃縮海水、地表或近地表低溫條件下的早期成巖作用階段，五級(jí)層序中上部的潮坪、生物礁、生屑灘部位是有利于微晶白云石化作用發(fā)生的部位。因此，可用同生期蒸發(fā)泵白云石化模式來解釋該類白云石的形成(圖6a)。進(jìn)入五級(jí)層序中上部時(shí)期，隨著海平面不斷降低，礁灘的不斷生長(zhǎng)并部分出露海面，在局部形成潮坪環(huán)境，海水通過毛細(xì)管作用向生屑灘頂部、生物礁頂部、潮坪沉積物滲透運(yùn)動(dòng)，并發(fā)生蒸發(fā)濃縮，導(dǎo)致白云石化作用發(fā)生并形成微晶白云石。

4．2．2 粉－中晶他形白云石的形成機(jī)制與模式

巖石學(xué)特征表明，粉－中晶他形白云石形成于同生期的成巖作用階段，其地球化學(xué)特征揭示，白云石作用發(fā)生于鹽度較高或正常、地表或近地表低溫條件。該類白云石在五級(jí)層序的上部和中部?jī)?yōu)勢(shì)發(fā)育，在五級(jí)層序下部也較為發(fā)育，在生物礁、生屑灘、灘間、礁間、潮坪等部位均可發(fā)育。這些特征表明它們是同生期蒸發(fā)泵白云石化形成的微晶白云石經(jīng)埋藏階段重結(jié)晶作用的結(jié)果;而生物礁、生屑灘及潮坪下部及灘間、礁間部位的粉－中晶他形白云石則是滲透回流白云石化作用的結(jié)果(圖6b)。在五級(jí)層序甚或六級(jí)層序的中晚期，在生物礁、生屑灘、潮坪沉積物上部發(fā)生蒸發(fā)泵白云石化作用的同時(shí)，由于環(huán)境受限，蒸發(fā)作用強(qiáng)，水體鹽度增高、比重增大，水體在重力作用下向下運(yùn)動(dòng)，滲透進(jìn)入到生物礁、生屑灘、潮坪沉積物的下部及灘間、礁間沉積物中，導(dǎo)致這些沉積物發(fā)生白云石化，由于成巖介質(zhì)鹽度較高，白云石化速度較快，因而形成的白云石往往晶形不好，表面較臟。

4．2．3 粉－中晶自形白云石的形成機(jī)制與模式

粉－中晶自形白云石的巖石學(xué)特征和地球化學(xué)特征揭示，該類白云石形成于成巖早期階段流體性質(zhì)與長(zhǎng)興組正常海水相近或鹽度稍高、埋藏較淺的環(huán)境，白云石化作用可能是一個(gè)與滲透回流白云石化相連續(xù)的過程(圖6c)。白云石化發(fā)生于沉積物剛剛沉積后的淺埋藏過程中，成巖流體為沉積物中封存于孔隙中的海水，可以是正常鹽度海水或者與滲透回流白云石化流體相似的海水，鎂離子來源于封存海水和由文石、高鎂方解石穩(wěn)定化過程中釋放出來的鎂離子，壓實(shí)作用驅(qū)動(dòng)孔隙水流體在沉積物中滲透運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致沉積物發(fā)生白云石化。由于鎂離子的供給受到一定限制，白云石化作用過程緩慢且往往不徹底，從而形成晶形較好的白云石，并呈整體云化、斑狀分布、分散狀分布、偶見分布等多種產(chǎn)狀。

圖7 元壩地區(qū)長(zhǎng)興組白云巖孔隙度、滲透率分布直方圖Fig．7 Porosity and permeability histogram of the dolomites in the Changxing Formation of the Yuanba area

4．2．4 異形白云石的形成機(jī)制與模式

異形白云石的產(chǎn)出狀態(tài)和時(shí)空分布與其他幾類白云石的分布、長(zhǎng)興組的層序和沉積相之間沒有密切的關(guān)系，揭示了該類白云石的形成是成巖晚期的一次成巖事件，成巖流體來源于長(zhǎng)興組地層外部，流體來源及其性質(zhì)與其他三類白云石明顯不同。異形白云石通常被認(rèn)為是熱液地質(zhì)作用的產(chǎn)物，結(jié)合區(qū)內(nèi)長(zhǎng)興組地層溶蝕孔洞內(nèi)見有石英、天青石等典型熱液礦物的沉淀和交代現(xiàn)象，元素分析揭示部分樣品Sr、Ba含量異常高，第二期構(gòu)造裂縫方解石、溶蝕縫洞方解石、自形和異形白云石、受改造的他形白云石和微晶灰?guī)r均顯示了Eu正異常、Ce負(fù)異常特征，也指示了區(qū)內(nèi)長(zhǎng)興組碳酸鹽巖地層遭受過熱液地質(zhì)作用的改造，而有關(guān)白云石(白云巖)或灰?guī)r的鍶同位素值既有明顯低于長(zhǎng)興組正常海相微晶灰?guī)r的，也有明顯高于長(zhǎng)興組正常海相微晶灰?guī)r的，則暗示了這種外部來源熱液既有地幔深部來源，又有盆地內(nèi)部碎屑巖地層來源。因此，可以認(rèn)為異形白云石由成巖晚期熱液地質(zhì)作用機(jī)制形成(圖6d)。伴隨著燕山運(yùn)動(dòng)的發(fā)生，斷裂及裂縫系統(tǒng)及其減壓帶的形成，地下深部流體或盆地內(nèi)部碎屑巖地層流體沿?cái)嗔押土芽p通道進(jìn)入到長(zhǎng)興組碳酸鹽巖地層，進(jìn)而沿著先前的孔洞縫系統(tǒng)進(jìn)行滲透流動(dòng)，導(dǎo)致異形白云石的形成，并伴隨石英、天青石、方解石的沉淀和交代作用，還可能產(chǎn)生熱液溶蝕作用并形成溶蝕孔、洞、縫。

4．3 長(zhǎng)興組白云石化作用與儲(chǔ)滲空間的形成

白云石化作用被認(rèn)為有利于儲(chǔ)層儲(chǔ)滲空間的形成，是碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育的建設(shè)性因素，白云巖往往構(gòu)成一類重要的優(yōu)質(zhì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層。或因白云石化作用是一個(gè)巖石體積減小或孔隙體積增加的作用過程(Murray，1960;Weyl，1960;Lucia and Major，1994;Sun，1995)，或因白云石化機(jī)制與成巖環(huán)境所控制的溶蝕作用(Runnells，1969;Badiozamani，1973;Hardie，1987;Warren，2000)，或者白云巖層抗壓能力較強(qiáng)，有利于先期孔隙的保存，相同深度條件下，白云石化灰?guī)r及白云巖相對(duì)于灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r有更高的孔隙度(Purser et al．，1994;Brown 1997)。

已有的觀察及研究表明，元壩地區(qū)長(zhǎng)興組儲(chǔ)層及儲(chǔ)滲空間主要在白云巖及白云石斑塊部位優(yōu)勢(shì)發(fā)育，揭示了白云石化作用是區(qū)內(nèi)長(zhǎng)興組優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的重要基礎(chǔ)。據(jù)巖芯樣品統(tǒng)計(jì)，區(qū)內(nèi)長(zhǎng)興組白云巖孔隙度主要分布在5% ～10%區(qū)間，其次在2% ～5%區(qū)間;滲透率主要分布在0．1×10－3μm2～10×10－3μm2區(qū)間，其次在 0．001 ×10－3μm2～0．1 ×10－3μm2區(qū)間(圖7)，反映了區(qū)內(nèi)長(zhǎng)興組白云巖儲(chǔ)層孔滲性較好。區(qū)內(nèi)長(zhǎng)興組在同生期發(fā)育蒸發(fā)泵和滲透回流白云石化，并由此影響了沉積物孔隙水的性質(zhì)，影響淺埋藏白云石化作用的發(fā)育和分布，導(dǎo)致不同成因類型白云石在一個(gè)統(tǒng)一的區(qū)域內(nèi)共存分布，形成白云巖和白云石斑塊，這些白云石化本身有利于晶間孔等儲(chǔ)滲空間的形成，使其早期就有相對(duì)較好的儲(chǔ)滲條件，有利于后期具溶蝕能力的流體發(fā)生溶蝕作用;另外，中深埋藏條件下，白云石的溶解速率大于方解石，強(qiáng)烈的重結(jié)晶作用和溶蝕作用使得巖石形成大量的次生孔隙(王瑞華等，2007)，從而形成很好的儲(chǔ)層。

5 結(jié)論

(1)元壩地區(qū)長(zhǎng)興組發(fā)育微晶白云石(巖)、粉－中晶他形白云石、粉－中晶自形白云石、異形白云石等四種白云石類型。

(2)長(zhǎng)興組微晶白云石(巖)、粉－中晶他形白云石、粉－中晶自形白云石主要是在濃縮海水環(huán)境、正常海水環(huán)境、或者與正常海水相似的地層水環(huán)境中形成的，并在形成后遭受過熱液地質(zhì)作用的改造。由微晶白云石→粉－中晶他形白云石→粉－中晶自形白云石是一個(gè)沉積埋藏過程中多階段白云石化作用的產(chǎn)物。

(3)各種不同類型的白云石由不同的機(jī)制形成，微晶白云石由同生期蒸發(fā)泵白云石化作用形成，粉－中晶他形白云石由同生期滲透回流白云石化作用形成，粉－中晶自形白云石由成巖早期淺埋藏狀態(tài)下地層水白云石化作用形成，異形白云石是成巖晚期熱液白云石化作用的產(chǎn)物。

(4)本區(qū)白云石化作用有利于早期儲(chǔ)滲空間和后期次生孔隙的形成，因此是有利于長(zhǎng)興組儲(chǔ)層發(fā)育的建設(shè)性成巖作用。

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