徐守成，李國蓉,張小青，吳亞軍，景小燕，劉遠(yuǎn)洋

(1.中國石化 西南油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610041；2.成都理工大學(xué)，油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室,四川 成都 610059)

川東北元壩地區(qū)長興組生物礁白云巖成因機(jī)理

徐守成1，李國蓉2,張小青1，吳亞軍1，景小燕1，劉遠(yuǎn)洋1

(1.中國石化 西南油氣分公司 勘探開發(fā)研究院，四川 成都 610041；2.成都理工大學(xué)，油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室,四川 成都 610059)

上二疊統(tǒng)長興組白云巖為川東北元壩氣田生物礁氣藏主要儲層巖石類型。長興組生物礁白云巖儲層形成主要由白云石化作用和溶蝕作用影響控制。為了揭示生物礁白云巖成因機(jī)理，通過長興組巖心觀察、白云巖巖相學(xué)特征分析與地球化學(xué)特征分析多方法結(jié)合,對白云巖的不同白云石類型及特征進(jìn)行了深入研究，明確了白云巖儲層的白云石化作用類型和期次。長興組生物礁白云巖儲層白云石化類型可劃分為4類，主要為同生期高鹽度條件蒸發(fā)白云石化作用及回流滲透白云石化作用、淺埋藏白云石化作用、早成巖期熱液白云石化作用，這3期白云化作用控制了元壩地區(qū)長興組生物礁白云巖儲層質(zhì)量和分布。

白云石化作用；成因機(jī)理；生物礁白云巖；長興組；元壩地區(qū);四川盆地

川東北元壩地區(qū)長興組臺緣生物礁勘探開發(fā)取得了重大突破，提交天然氣探明儲量1 943.1×108m3，對元壩氣田全面評價與產(chǎn)能建設(shè)，并建成了國內(nèi)首個超深生物礁大氣田。對于本地區(qū)長興組氣藏白云巖儲層成因機(jī)制，存在不同的認(rèn)識，主要涉及白云石化作用和溶蝕作用兩個方面。在白云石化成因研究方面，國內(nèi)一些學(xué)者提出了一系列不同的白云石化模式。如蒸發(fā)白云石化和鹵水滲透回流白云石化[1]、混合水白云石化、埋藏白云石化[2]等和正常海水白云石化模式[3]，這些前期研究成果極大地促進(jìn)了對元壩地區(qū)白云巖成因機(jī)理的認(rèn)識，但是也存在一些異議。隨著元壩地區(qū)長興組氣藏開發(fā)的全面展開，需要對生物礁白云巖的白云石化成因期次及模式進(jìn)行深入總結(jié)歸納，以便為長興組氣藏的高效開發(fā)提供地質(zhì)理論和實際指導(dǎo)。

本文充分利用元壩地區(qū)長興組生物礁帶上15口鉆井的巖心和巖屑資料，利用白云巖巖相學(xué)特征與地球化學(xué)特征分析，對區(qū)內(nèi)長興組白云巖的白云石類型及特征進(jìn)行了深入研究，進(jìn)一步明確了長興組生物礁白云巖的白云石化作用類型和期次，探討了生物礁白云巖成因機(jī)理，尤其首次發(fā)現(xiàn)并提出本地區(qū)的早成巖期熱液白云石化作用，是對元壩地區(qū)長興組白云巖成因類型的重要補(bǔ)充。

1 地質(zhì)背景

元壩氣田構(gòu)造位置位于四川盆地川北坳陷與川中低緩構(gòu)造帶結(jié)合部，西北與九龍山背斜構(gòu)造帶相接，東北與通南巴構(gòu)造帶相鄰，南部與川中低緩構(gòu)造帶相連。整體具有埋藏超深、構(gòu)造較平緩、斷裂欠發(fā)育的特征(圖1)。

晚二疊世長興期，元壩地區(qū)位于上揚子地臺，上揚子地臺處于古特斯洋東緣，具有發(fā)育生物礁的優(yōu)越古地理環(huán)境。目前，二疊系長興組生物礁主要分布于川東北開江-梁平海槽西緣，普光地區(qū)位于其東緣。長興早期為緩坡型碳酸鹽臺地沉積，晚期為臺地邊緣生物礁灘沉積，在開闊臺地內(nèi)發(fā)育點礁和臺內(nèi)灘沉積，有利沉積相為臺緣生物礁相，呈條帶狀分布于北部地區(qū)。礁相儲層發(fā)育于礁頂(蓋)和礁后，礁前相對較差[4]。儲層整體表現(xiàn)為“縱向不同類型儲層不等厚互層、橫向連通性差、平面厚度變化大”的強(qiáng)非均質(zhì)性特點[5]。

2 生物礁白云巖巖相學(xué)特征

儲層巖石類型有(溶孔)殘余生屑晶粒白云巖、(溶孔)晶粒白云巖、(溶孔)藻粘結(jié)微粉晶白云巖、生物礁白云巖、灰質(zhì)白云巖。儲層儲集空間類型主要為晶間孔和晶間溶孔，其次為不規(guī)則溶孔及溶洞，少量粒間溶孔、粒內(nèi)溶孔、鑄模孔、微裂縫。儲層總體屬于低孔、中低滲儲層，平均孔隙度為4.87%，平均滲透率0.51×10-3μm2。具有中排驅(qū)壓力和孔喉分選差的特征，孔喉組合主要為中孔細(xì)喉型，殘余生屑白云巖和晶粒白云巖孔隙結(jié)構(gòu)好。

白云石化作用是元壩長興組儲層形成的基礎(chǔ)，不同白云石化作用類型的表現(xiàn)形式就是不同的白云石類型，通過對不同白云石類型特征分析，認(rèn)為區(qū)內(nèi)長興組除了發(fā)育同生期高鹽度條件下的微晶白云石、粉-細(xì)晶白云石，淺埋藏成因的粉-細(xì)晶自形白云石外，還存在一期早成巖期熱液白云石化作用形成的白云石，該期熱液白云石分為3種形式，分別是粉-細(xì)晶臟白云石、中粗晶臟白云石和鞍狀白云石。

圖1 川東北元壩地區(qū)構(gòu)造位置Fig.1 Structural location of Yuanba area,northeastern Sichuan Basin

2.1 微晶白云石

白云石晶體細(xì)小，表面臟，結(jié)構(gòu)較為均一，局部可見鹽膏假晶形態(tài)，晶間孔不發(fā)育，巖石相對致密；可見巖石整體由微晶白云石組成構(gòu)成微晶云巖、藻粘結(jié)云巖、顆粒云巖，也可見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2a,b)。此類白云石僅交代改造微晶灰泥、生屑顆粒、藻粘結(jié)微晶、生物礁骨架等沉積組分。

該類白云石在陰極射線發(fā)光顏色為弱暗紅色光(圖2c,d)，電子探針分析：MnO為0.01%,Na2O為0.07%,MgO為19.36%,CaO為33.85%。為同生期高鹽度條件下蒸發(fā)白云石化作用形成[6-8]。

圖2 元壩地區(qū)長興組不同類型白云石巖相學(xué)特征Fig.2 Petrographic characteristics of different types of dolomites in the Changxing Formation,Yuanba areaa.微晶白云石，可見鹽膏假晶，元壩103H井，埋深6 790 m，單偏光；b.微晶白云石呈斑塊狀分布，元壩271井，埋深6 336 m，單偏光；c.微晶白云石均勻分布，元壩271井，埋深6 325.60 m，單偏光；d.微晶白云石陰極發(fā)光呈弱暗紅色，元壩271井，埋深6 325.60 m，陰極發(fā)光；e.粉晶它形白云石呈斑狀分布，元壩104井，埋深6 705.50 m，單偏光；f.細(xì)晶它形臟白云石呈，元壩27井，埋深6 294.41 m，單偏光；g.粉-細(xì)晶它形白云石，元壩28井，埋深6 803.44 m，單偏光；h.粉-細(xì)晶它形白云石陰極發(fā)光呈暗紅色光，元壩28井，埋深6 803.44 m，陰極發(fā)光；i.分散狀粉-細(xì)晶自形白云石，元壩11井，埋深6 774.03 m，單偏光；j.粉細(xì)晶自形白云石，元壩104井，埋深6 708.94 m，，單偏光；k.細(xì)晶自形白云石，少量半自形，元壩29井，埋深6 642.50 m，單偏光；l.細(xì)晶自形白云石陰極發(fā)光呈暗玫瑰紅色，局部晶體邊緣為亮紅色光環(huán)邊，元壩29井，埋深6 642.50 m，陰極發(fā)光

2.2 粉-細(xì)晶它形白云石

此類白云石主要呈條帶或斑狀分布、以及構(gòu)成白云巖；白云石晶體從粉晶到細(xì)晶，晶體自形程度普遍較差，呈它形晶，晶體表面普遍較臟，個別保留了原來顆粒結(jié)構(gòu)的陰影，晶體之間為鑲嵌狀接觸(圖2e,f)。此類白云石僅交代微晶灰泥、生屑顆粒、藻粘結(jié)微晶、生物礁骨架等沉積組分。

該類白云石的陰極發(fā)光特征與微晶白云石相近，發(fā)暗紅色光(圖2g,h)，電子探針分析：MnO為0.01%,Na2O為0.06%,MgO為20.66%,CaO為31.64%。為同生期高鹽度條件回流滲透白云石化作用形成[5-8]。

2.3 粉-細(xì)晶自形白云石

此類白云石在區(qū)內(nèi)長興組碳酸鹽巖中最為常見，其在巖石中可呈整體云化、斑狀分布、分散狀分布、偶見分布等4種產(chǎn)狀形式存在，分散狀分布、斑狀分布是此類白云石在巖石中的主要產(chǎn)出形式(圖2i)，部分層段以整體云化形式產(chǎn)出(圖2j)；白云石多呈自形晶，部分為半自形晶，多為粉-細(xì)晶級，常見晶間孔和晶間溶孔發(fā)育，部分孔洞中可見灰質(zhì)和瀝青等殘余；白云石可交代微晶灰泥、生屑顆粒、藻粘結(jié)微晶等沉積組分和生屑粒間膠結(jié)物。

該類白云石陰極發(fā)光呈現(xiàn)出暗玫瑰紅色的特征，局部晶體邊緣為亮紅色光的環(huán)邊，可能是受到熱液作用改造而形成(圖2k,l)。電子探針分析：MnO為0.05%,Na2O為0.02%,MgO為23.78%,CaO為32.09%。為淺埋藏白云石作用形成[5-8]。

2.4 熱液白云石

此類白云石在區(qū)內(nèi)長興組碳酸鹽巖常見，具體表現(xiàn)為：生物礁灰?guī)r骨架間孔洞海底膠結(jié)物末端熱液白云石的沉淀和交代(圖3a,d)、溶蝕孔洞邊緣熱液白云石的生長、不規(guī)則熱液白云石斑塊的發(fā)育(圖3b)、生物體腔內(nèi)的交代等(圖3c)。從晶體特征上表現(xiàn)為3種細(xì)分類型，第一類是粉-細(xì)晶白云石，與前述粉-細(xì)晶它形臟白云石明顯不同，晶形怪異，局部具弧形晶面，表面較臟，實為晶體較細(xì)小的鞍狀白云石[9]；第二類是中-粗晶臟白云石，晶體大小集中在0.25 mm到1 mm之間，晶形較差，多呈它形，局部呈自形-半自形，表面較臟，正交偏光下具弱波狀消光特征(圖3e)；第三類是典型的鞍狀白云石，晶體較粗大，可達(dá)中-粗-巨晶，晶面彎曲或弧形特征清楚，正交偏光下波狀消光特征典型[10](圖3f)。

該類白云石陰極射線發(fā)光特征明顯有別于前面所述的3類白云石，前3類白云石發(fā)光暗，此類白云石均發(fā)光強(qiáng)，呈桔紅色-亮桔紅色光(圖4a—h)。

圖3 元壩地區(qū)長興組熱液成因白云石的微觀巖石學(xué)特征Fig.3 Microscopic petrologic characteristics of hydrothermal dolomites in the Changxing Formation,Yuanba area

a.生物礁灰?guī)r骨架間孔洞海底膠結(jié)物末端熱液白云石，元壩107井，埋深6 624.20 m，單偏光；b.不規(guī)則熱液白云石斑塊，元壩28井，埋深6 806.48 m，單偏光；c.生物體腔內(nèi)的交代粉晶白云石，元壩271井，埋深6 325.60 m，單偏光；d.海底膠結(jié)物末端熱液白云石，元壩102井，埋深6 776.69 m，單偏光；e.它形中-粗晶臟白云石，元壩22井，埋深6 566.97 m，單偏光；f.鞍狀白云石，可達(dá)中-粗-巨晶，晶面彎曲或弧形特征清楚，元壩271井，埋深6 434 m，單偏光。

圖4 元壩地區(qū)長興組熱液成因白云石的陰極發(fā)光特征Fig.4 Cathodeluminescence characteristics of hydrothermal dolomites in the Changxing Formation,Yuanba area

a,e.生物體腔內(nèi)的交代粉晶白云石陰極發(fā)光呈桔紅色，元壩271井，埋深6 325.60 m，a為單偏光,e為陰極發(fā)光；b，f.溶蝕孔洞邊緣熱液白云石的陰極發(fā)光呈亮桔紅色，方解石充填孔隙，不發(fā)光，元壩10井，埋深7 026.20.60 m，b為單偏光,f為陰極發(fā)光；c，g.溶蝕孔洞邊緣熱液白云石的陰極發(fā)光呈亮桔紅色，元壩123井，埋深6 997.46 m，c為單偏光,g為陰極發(fā)光；d，h.它形—半自形中晶臟白云石的陰極發(fā)光呈亮桔紅色，元壩102井，埋深6 724.55 m，d為單偏光,h為陰極發(fā)光。

根據(jù)此類白云石其后受到第二期溶蝕作用(與有機(jī)酸性水有關(guān)的溶蝕作用)的改造，形成于液態(tài)石油充注之前，此期成巖作用屬于早成巖期的成巖作用。結(jié)合此期熱液白云石與川西北地區(qū)中二疊統(tǒng)內(nèi)部受峨眉地裂運動影響的熱液白云石的陰極發(fā)光特征具有相似性，可以認(rèn)為長興組熱液白云石形成可能與受峨眉地裂運動影響的巖漿期后熱液作用有關(guān)[11]。

3 生物礁白云巖地球化學(xué)特征

3.1 白云石的有序度特征

本次研究分未受熱液改造的白云石(微晶白云石、粉-細(xì)晶他形臟白云石、粉-細(xì)晶自形白云石)以及熱液成因及改造的白云石(粉-細(xì)晶白云石、中-粗晶白云石)等5種類型，作出白云石X-衍射有序度分布特征圖(圖5)。

微晶白云石有序度值為0.54～0.58，平均值為0.56，揭示其形成于蒸發(fā)環(huán)境，有序度低。粉-細(xì)晶它形臟白云石有序度低，為0.56～0.75，其平均值為0.64，表征其成巖環(huán)境與微晶白云石相似，仍是高鹽度環(huán)境條件下快速白云化作用的產(chǎn)物。未受熱液改造的粉-細(xì)晶級自形白云石有序度相對較高，在0.70～1.00變化，平均值為0.852，為淺埋藏成巖環(huán)境。

熱液改造的粉-細(xì)晶白云石有序度相對于未受熱液改造的粉-細(xì)晶它形和自形白云石有所升高，變化范圍大，其可在0.61～0.99內(nèi)變化，平均值為0.78。熱液成因的中粗晶白云石，有序度較高，介于0.67～0.96，平均值為0.82；這與廣元西北鄉(xiāng)剖面中二疊統(tǒng)典型熱液成因的中-粗晶白云石及鞍狀白云石的有序度極其相似，后者有序度在0.68～0.90內(nèi)變化，平均值為0.80[12]。分析認(rèn)為在熱液作用過程中，白云石形成或先成的白云石重結(jié)晶改造，白云石結(jié)晶溫度較高，但Mg2+供給不充分，結(jié)晶速度慢，故形成較高有序度的白云石。熱液作用有助于提高白云石的有序度。

3.2 白云石的碳、氧同位素組成特征

本次根據(jù)不同的白云石成因類型選送元壩長興組白云巖全巖碳氧同位素分析40個樣品，激光碳氧同位素分析5個樣品。

微晶白云石δ13C(PDB)為1.56‰～2.32‰，平均值為2.05‰，δ18O(PDB)值為-3.32‰～-3.87‰，平均值為-3.61‰；粉-細(xì)晶它形臟白云石δ13C(PDB)為2.07‰～5.56‰，平均值為4.17‰，δ18O(PDB)值為-4.67‰～-5.85‰，平均值為-5.29‰(圖6)。微晶白云石和粉-細(xì)晶它形臟白云石的δ13C和δ18O值與長興期正常海水相近，δ13C(PDB)為2.52‰～4.11‰，平均值為3.22‰；δ18O(PDB)值為-4.23‰～-6.98‰ ，平均值為-5.74‰(圖6)[13-14]。表明白云石化流體為海水蒸發(fā)濃縮形成的高鹽度水體，微晶白云石受微生物作用影響呈現(xiàn)δ13C值偏輕[14-15]。

未受到熱液改造或熱液改造較弱的粉-細(xì)晶自形白云石的分析結(jié)果，其δ13C(PDB)值在3.64‰～4.82‰，平均值為4.23‰，明顯較前述微晶白云石的δ13C值高，與粉-細(xì)晶它形臟白云石大體相當(dāng)；δ18O(PDB)值為-5.17‰～-5.80‰，平均值為-5.49‰(圖6)，相對于前述粉-細(xì)晶它形臟白云石進(jìn)一步有所降低，但降低幅度較小，揭示了白云石化流體為封存的高鹽度海水，δ18O值降低與溫度升高有關(guān)，但由于其δ18O值相對于粉-細(xì)晶它形臟白云石沒有較大幅度的降低，揭示了它們在埋藏深度和埋藏溫度上沒有大的變化，由粉-細(xì)晶它形臟白云石—粉-細(xì)晶自形白云石，可能是一個連續(xù)白云石化作用的過程(圖7)，與普光地區(qū)長興組白云巖的成因一致。與普光地區(qū)長興組白云巖的碳氧穩(wěn)定同位素組成具有較好的相似性，后者δ13C(PDB)值在1.70‰～3.00‰范圍，平均值為2.45‰，δ18O(PDB)值為-3.60‰～-5.60‰，平均值為-5.00‰[16]。

受熱液改造的粉-細(xì)晶白云石δ13C(PDB)值為2.87‰～5.04‰，平均值為4.30‰，δ18O(PDB)值為-4.75‰～-7.27‰，平均值為-5.40‰，與粉-細(xì)晶它形臟白云石和粉-細(xì)晶自形白云石碳氧同位素非常相似，具有大范圍重疊(圖7)，表明先成的的不同類型白云石發(fā)生程度不一的熱液重結(jié)晶作用，并繼承了改造前白云石的碳氧同位素特征。

中-粗晶白云石δ13C(PDB)值為2.03‰～3.08‰，平均值為2.69‰；δ18O(PDB)值為-5.15‰～-7.95‰，平均值為-6.07‰。相對上述各類型白云石(微晶白云石除外)的δ13C值呈明顯偏輕趨勢，同時δ18O值亦呈偏輕趨勢(圖6，圖7)。與川北廣元西北鄉(xiāng)中二疊統(tǒng)碳酸鹽巖中的中-粗晶白云石的δ18O值變化特征具有相似性，中-粗晶白云石的δ18O(PDB)值在-6.09‰～-7.09‰，平均值為-6.51‰。結(jié)合中-粗晶白云石包裹體均一法溫度測定結(jié)果，對區(qū)內(nèi)長興組中-粗晶白云石的成巖流體的δ18O值進(jìn)行了恢復(fù)，白云石化流體的δ18O(SMOW)值為11.00‰～13.00‰,與廣元西北鄉(xiāng)中二疊統(tǒng)中-粗晶白云石的成巖流體的δ18O值相近(圖8)，指明這種熱液白云石化流體是與二疊紀(jì)峨眉地裂運動有關(guān)的巖漿期后熱液流體[12]。

熱液來源的白云石化流體中的氧同位素同時受到溫度和鹽度的影響。熱液成因白云石的δ18O值與同期海水δ18O同位素值相比，白云石化流體的δ18O值，熱液改造的δ18O值和基質(zhì)白云石的δ18O值重疊較多，前者的包裹體溫度高而且鹽度高，可能與高鹽度對氧同位素?zé)岱逐s的仰制有關(guān)，尤其是在超咸鹵水中，有可能掩蓋真實的熱液成因信息[12,15，17-18]。

圖6 元壩地區(qū)長興組不同類型白云石碳、氧同位素特征Fig.6 Carbon and oxygen isotope characteristics of different dolomites in the Changxing Formation,Yuanba areaa.不同類型白云石碳同位素特征；b.不同類型白云石氧同位素特征

圖7 元壩地區(qū)長興組不同類型白云石碳-氧同位素交會圖Fig.7 δ13C versus δ18O cross-plot for different dolomites in the Changxing Formation,Yuanba area

3.3 白云石的稀土元素組成特征

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，特別是識別熱液作用的重要標(biāo)志，通常，稀土元素Eu正異常、Ce負(fù)異常指示了高溫?zé)嵋鹤饔玫陌l(fā)生[19-20]。

本次研究通過陰極發(fā)光與稀土元素分析結(jié)果的對比分析對白云石的稀土元素組成進(jìn)行歸類，進(jìn)而以球粒隕石為標(biāo)準(zhǔn)對測試數(shù)據(jù)作標(biāo)準(zhǔn)化處理并繪制出不同類型白云石與微晶灰?guī)r的稀土元素配分模式圖，同時結(jié)合Eu、 Ce特征以及∑REE值分析成巖流體和形成環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn)不同類型白云石的稀土元素組成有差異，它們的成巖流體性質(zhì)不一樣。

圖8 元壩地區(qū)長興組鞍狀白云石的白云石化流體性質(zhì)恢復(fù)Fig.8 Dolomitizing fluids characteristics reconstruction of saddle dolomites in the Changxing Formation,Yuanba area

3.3.1 微晶白云石

長興組未受熱液改造的微晶白云石與微晶灰?guī)r稀土元素配分模式及元素組成對比(圖9a)，可見此類微晶白云石與微晶灰?guī)r∑REE值較為相似，配分模式曲線基本一致，呈平緩型分布，LREE相對弱富集，HREE相對弱虧損，Ce和Eu均呈負(fù)異常的特征。表征其成巖流體為正常海水或經(jīng)蒸發(fā)濃縮的海水，故而對海水稀土元素組成具有一定的繼承性，僅重稀土呈現(xiàn)少量虧損。

3.3.2 粉-細(xì)晶它形白云石

未受熱液改造和受熱液改造的粉-細(xì)晶它形白云石稀土元素組成及分配模式圖(圖9b,e)，該類樣品中，共有15個粉-細(xì)晶他形臟白云石，其中8個樣品受熱液改造,由于熱液作用影響稀土元素出現(xiàn)差異性.未受熱液改造的樣品∑REE值略有下降，配分模式與正常海相微晶灰?guī)r較為相似，LREE弱富集，HREE弱虧損，Ce和Eu均為負(fù)異常，表明成巖流體為正常海水或為經(jīng)蒸發(fā)濃縮但較微晶白云石低的海水。受熱液改造的樣品REE特征呈現(xiàn)差異，表現(xiàn)為Eu為正異常，結(jié)合該層天青石等熱液礦物的發(fā)現(xiàn)，也證實了受到后期熱液的改造。

3.3.3 粉-細(xì)晶自形白云石

未受熱液改造和受熱液改造的粉-細(xì)晶自形白云石稀土元素組成及分配模式圖(圖9c,f)，該類樣品中，共有7件自形白云石樣品，其REE元素組成、配分模式及Ce和Eu異常特征亦表現(xiàn)為兩種特征：其中未受熱液改造的4個白云石樣品表現(xiàn)為與微晶灰?guī)r相似的LREE弱富集，HREE弱虧損，Ce和Eu為負(fù)異常的特征，表明成巖流體為海水或與海水相似的地層水。受到熱液改造的4個樣品配分模式曲線呈現(xiàn)明顯的差異，最明顯的差異為Eu和Sm呈現(xiàn)正異常，結(jié)合對應(yīng)井段白云石陰極發(fā)光特征，表明為熱液作用改造的反映。

圖9 元壩地區(qū)長興組不同類型白云石稀土元素配分模式Fig.9 REE distributing patterns of different types of dolomites in the Changxing Formation,Yuanba areaa.微晶白云石(未受熱液改造)；b.粉-細(xì)晶它形白云石(未受熱液改造)；c.粉-細(xì)晶自形白云石(未受熱液改造)；d.中-粗晶白云石；e.粉-細(xì)晶它形白云石(受熱液改造)；f.粉-細(xì)晶自形白云石(受熱液改造)

3.3.4 中-粗晶白云石

中粗晶白云石稀土元素組成及分配模式圖(圖9d)，本次分析的5件中粗晶白云石樣品，其REE元素組成、配分模式及Ce、Eu異常特征與正常海相微晶灰?guī)r具有明顯的差異性，微晶灰?guī)r配分模式曲線相對更為平滑，而中粗晶白云石Eu正異常明顯，揭示該類型白云石化流體為巖漿熱液或巖漿期后熱液。

3.4 白云石的包裹體特征

流體包裹體是在主礦物結(jié)晶生長過程中被捕獲在晶體缺陷中，立即被繼續(xù)生長的主礦物所封閉的成巖流體。因此，包裹體保存了原始成巖流體的信息和物理化學(xué)條件。流體包裹體主要被用來確定成巖古溫度和成巖流體性質(zhì)，從而恢復(fù)成巖環(huán)境、分析成巖演化過程。在包裹體研究中最常用的是均一溫度(Th)和鹽度。通過冰點溫度(Tm)測試，再利用NaCl等效溶液鹽度換算公式估算成巖流體的鹽度。

通過對元壩地區(qū)長興組白云巖10個樣品53個氣液兩相包裹體進(jìn)行了均一溫度(Th)測定，以及16個冰點溫度(Tm)測試。不同類型白云石包裹體均一溫度差距較大。細(xì)晶白云石包裹體均一溫度分布在63.3～76.5 ℃，而且其鹽度平均5.16%。由于二疊系海水的鹽度平均值大概為4.4% NaCl(陳軒，2012)，因此可以看出該期白云石化流體為淺埋藏階段封存的地層水，鹽度值略高于同期海水，細(xì)晶白云石為淺埋藏條件下的低鹽度緩慢結(jié)晶過程。熱液成因白云石，包裹體均一溫度變化區(qū)間在100～140,140～200和220～240 ℃，以100～140 ℃范圍為主(圖10a)。白云石鹽度范圍為：8.55%～19.45%，平均13.00%，是同期海水鹽度的3倍。長興期元壩地區(qū)海水溫度為35 ℃，地溫梯度為317 ℃/km計算[12]，埋深2 000 m左右對應(yīng)的溫度約為100 ℃，已經(jīng)處于生烴的初期階段。而白云石與瀝青的充填序列為：細(xì)晶白云石—熱液成因中粗晶白云石—瀝青，說明熱液成因中粗晶白云石的形成時間早于油氣的充注時間。故該階段白云石化流體為地層外部的高溫?zé)嵋毫黧w加入形成的超咸鹵水。

廣元西北鄉(xiāng)中二疊統(tǒng)棲霞組白云石包裹體均一溫度在90～250 ℃范圍內(nèi)變化，平均值為154 ℃，主要溫度區(qū)間分布在110～190 ℃。鞍狀白云石具有最高的包裹體均一溫度，主要在96～250 ℃變化，平均值為156 ℃，最高可達(dá)250 ℃(圖10b)，為典型受峨眉地裂運動控制與玄武巖噴發(fā)巖漿活動有關(guān)的熱液成因白云石的包裹體均一溫度分布特征，元壩地區(qū)長興組熱液白云石的包裹體均一法溫度分布與之極其相似，可能也指明熱液流體性質(zhì)及來源與峨眉地裂運動控制的玄武巖噴發(fā)巖漿活動有關(guān)[21-23]。

4 白云巖成因機(jī)理

依據(jù)前述元壩長興組白云巖儲層的白云石類型及巖相學(xué)特征認(rèn)識、白云石地球化學(xué)特征與白云石化流體性質(zhì)分析與恢復(fù)。結(jié)合本地區(qū)長興組儲層的沉積相特征[24]、成藏演化史與成巖作用史[24-25]，總結(jié)出了本地區(qū)的白云巖成因機(jī)理模式，包括同生期高鹽度蒸發(fā)白云石化及回流滲透白云石化作用模式、早成巖期淺埋藏白云石化模式、早成巖期熱液白云石化模式。

4.1 同生期高鹽度蒸發(fā)及回流滲透白云石化作用模式

晚二疊世長興期，位于生物礁灘體、潮坪頂部的微晶白云石可與石膏、硬石膏假晶共生，其僅交代原始沉積組分，并且可被后期成巖作用改造，此時成巖流體鹽度較高，Mg2+供給充分，白云石化流體為濃縮海水，揭示沉積環(huán)境為蒸發(fā)環(huán)境，可定為同生期蒸發(fā)泵白云石化的產(chǎn)物，由蒸發(fā)作用驅(qū)動形成毛細(xì)管作用帶，導(dǎo)致海水不斷地向上運動，被吸至沉積物內(nèi)，產(chǎn)生毛細(xì)管蒸發(fā)作用，先期沉積的未經(jīng)壓實的細(xì)粒方解石，后期經(jīng)濃縮的海水改造為白云石，模式圖見圖11。

粉-細(xì)晶它形白云石交代特征與微晶白云石相似，在礁灘體、潮坪、灘間(礁間)均可發(fā)育，分析認(rèn)為該類白云石為同生期滲透回流的產(chǎn)物，由于與海水的連通性不好，在蒸發(fā)作用下形成高鹽度水體，富Mg2+的水體密度較大，水體將在重力作用下向下運動，滲透進(jìn)入到生物礁、生屑灘、潮坪碳酸鈣沉積物的下部及灘間、礁間沉積物中，使這些沉積物發(fā)生白云石化，模式圖見圖11。

圖10 元壩地區(qū)長興組熱液成因白云石流體包裹體均一溫度分布直方圖Fig.10 Histogram showing the homogenization temperatures of fluid inclusions from hydrothermal dolomites of the Changxing Formation in Yuanba areaa.元壩長興組熱液成因白云石；b.廣元西北鄉(xiāng)中二疊統(tǒng)鞍形白云石

圖11 元壩地區(qū)長興組同生期高鹽度蒸發(fā)及回流滲透白云石化作用模式Fig.11 Model of syngenetic evaporative and seepage-reflux dolomitization under high salinity in the Changxing Formation,Yuanba area

4.2 早成巖期淺埋藏白云石化模式

晚二疊世長興期到早三疊世末，粉-細(xì)晶自形白云石交代原巖類型多樣，可在生物礁灰?guī)r、藻粘結(jié)灰?guī)r、生屑灰?guī)r、生屑微晶灰?guī)r等中發(fā)育，不僅交代沉積組分，還交代早期成巖組分。該類白云石形成于Mg2+相對不足，成巖流體為海水或與海水相似的高鹽度地層水，由于上覆地層的壓實作用，地層水在弱固結(jié)的沉積物中運動而發(fā)生白云石化，由于Mg2+供給相對不足，白云石結(jié)晶緩慢，形成自形程度較好的白云石晶體，并致白云石往往呈斑狀、分散狀或偶見分布[26]。具體模式見圖12。

4.3 早成巖期熱液白云石化模式

元壩地區(qū)長興組熱液成因白云石表現(xiàn)形式多樣，主要為生物礁灰?guī)r骨架間孔洞海底膠結(jié)物末端熱液白云石的沉淀和交代、生物體腔內(nèi)的交代、溶蝕孔洞邊緣熱液白云石的生長、不規(guī)則熱液白云石斑塊的發(fā)育，該期熱液作用形成的時間較早且持續(xù)時間較長,從晚二疊世至早三疊世末，為峨眉地裂運動期，此時張性斷裂活動表現(xiàn)最強(qiáng)，同時伴隨著大范圍峨眉山玄武巖的噴發(fā)，研究區(qū)古熱流值達(dá)到最高峰，與巖漿活動有關(guān)的富鎂超咸熱鹵水沿著張性斷裂體系進(jìn)入長興組地層中，富鎂超咸熱鹵水實質(zhì)上是上升熱液與地層流體的混合物，Mg2+來源于上升熱液和地層內(nèi)部流體，流體運動不僅限于斷裂附近，可在較廣大的范圍內(nèi)活動，因此，形成較為廣泛分布的熱液成因的粉-細(xì)晶白云石和中粗晶白云石等[27]，具體模式見圖13。

5 結(jié)論

1) 元壩地區(qū)長興組生物礁白云巖的不同類型白云石具有不同的巖相學(xué)、有序度、碳氧同位素、稀土元素等特征，反映了不同成巖階段白云石化流體導(dǎo)致的白云石化作用。

圖12 元壩地區(qū)長興組早成巖期淺埋藏白云石化作用模式Fig.12 Model of shallow burial dolomitization in early diagenetic stage in the Changxing Formation,Yuanba area

圖13 元壩地區(qū)長興組早成巖期熱液白云石化作用模式Fig.13 Model of hydrothermal dolomitization in early diagenetic stage in the Changxing Formation,Yuanba area

2) 同生期高鹽度蒸發(fā)和回流滲透白云石化作用、淺埋藏白云石化作用和早成巖期熱液白云石化作用形成的白云巖控制了長興組生物礁白云巖儲層質(zhì)量和分布。

3) 早成巖期熱液白云石化作用的白云石化流體來源于峨眉地裂運動期間的玄武巖噴發(fā)巖漿活動有關(guān)的富鎂超咸熱鹵水。

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(編輯 張亞雄)

Genetic mechanism of reefal dolostones of the Changxing Formation in Yuanba area,northeastern Sichuan Basin

Xu Shoucheng1,Li Guorong2,Zhang Xiaoqing1,Wu Yajun1,Jing Xiaoyan1,Liu Yuanyang1

(1.ExplorationandProductionResearchInstitute,SouthwestOilandGasCompany，SINOPEC，Chengdu,Sichuan610041，China；2.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation，ChengduUniversityofTechnology，Chengdu,Sichuan610059，China)

Dolostones of the Upper Permian Changxing Formation are the major reservoir rock type of the bioherm gas pool in Yuanba area,Northeastern Sichuan Basin.The formation of the reefal dolostone reservoir in the Changxing Formation is principally influenced by both dolomitization and dissolution.In order to reveal the genetic mechanism of bioherm dolostone,core observation,petrographic and geochemical analyses were integrated to study different types of dolomites and their characteristics of the Changxing Formation dolostone and determine the types and stages of dolomitization of the dolostone reservoir.Four types of dolomitization were identified,including syngenetic evaporative dolomitization and seepage-reflux dolomitization under high salinity,shallow burial dolomitisation and hydrothermal dolomitization of early diagenesis.The three stages of dolomitization control the quality and distribution of the reefal dolostone reservoirs of the Changxing Formation in Yuanba area.

dolomitization,genetic mechanism,reefal dolostone,Changxing Formation,Yuanba area,Sichuan Basin

2017-02-10;

2017-07-10。

徐守成(1982—)，男，碩士、工程師，碳酸鹽巖儲層地質(zhì)學(xué)。E-mail:xushoucheng2@163.com。

國家科技重大專項(2016ZX05017-005)。

0253-9985(2017)04-0729-12

10.11743/ogg20170410

TE122.1

A