郭艷波　任冠雄　葉朝陽(yáng)　周遠(yuǎn)志　秦啟榮

摘 要：白云巖地層對(duì)成巖環(huán)境具有較高的敏感性，使得其在長(zhǎng)期沉積和埋藏的地質(zhì)歷史時(shí)期極易受到各種成巖作用的改造，進(jìn)而能形成良好的儲(chǔ)層。但是，白云巖問(wèn)題至今都是困擾國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重要科學(xué)問(wèn)題，其成因尚未有明確定論。以四川盆地東部寒武系洗象池組為研究對(duì)象，通過(guò)鉆井、野外露頭、巖心、薄片以及地球化學(xué)分析等資料和手段，探討白云巖的成因。通過(guò)研究區(qū)白云巖的稀土元素可以看出，其成巖流體來(lái)源主要為海水。研究區(qū)洗象池沉積期，受蒸發(fā)作用以及海平面頻繁變化的影響，孔隙水不斷向空中散發(fā)，同時(shí)海水又通過(guò)毛細(xì)管作用不斷補(bǔ)充到沉積物的顆粒之間，導(dǎo)致孔隙水鹽度增高，沉淀出石膏。石膏的沉淀使孔隙水或者表層積水Mg/Ca比率大大增加，形成高鎂粒間水，進(jìn)而交代其他碳酸鹽巖礦物，形成白云巖。

關(guān)鍵詞：洗象池組;四川盆地東部;白云巖成因;白云巖化作用

中圖分類號(hào)：P581 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2021）34-0-03

Research on the Genesis of Dolomites in the Cambrian Xixiangchi Formation

in the Eastern Sichuan Basin

GUO Yanbo REN Guanxiong YE Chaoyang ZHOU Yuanzhi QIN Qirong

（1.Chongqing Gas Mine， Petro China Southwest Oil&Gas Field Company， Chongqing 400021;

2.School of Geosciences and Technology， Southwest Petroleum University， Chengdu Sichuan 610500）

Abstract： The dolomite strata is quite sensitive to the diagenetic environment. Based on such a feature， during the long-term sedimentation and burial geological history， the dolomite strata was extremely susceptible to various diagenesis transformations， which was conducive to the formation of good reservoirs. However， the dolomite problem has been an important scientific topic that challenges scholars at home and abroad， and there is still no clear conclusion on the cause of dolomite formation. Focusing on the Cambrian Xixiangchi Formation in the eastern Sichuan Basin as the research object， based on data and method such as drilling， field outcrops， cores， slices， and geochemical analysis， this study explored the genesis of the dolomites in that area. The results of a comprehensive study showed that the main source of diagenetic fluids was seawater. During the sedimentation period of the Xixiangchi in the study area， affected by evaporation and frequent changes in sea level， pore water continued to evaporate into the air， and at the same time， seawater was continuously filled between the particles of the sediment through capillary action. That caused the salinity of the pore water to increase， and gypsum was deposited. The precipitation of gypsum greatly increased the Mg/Ca ratio in pore water or surface water， forming high-magnesium intergranular water， which in turn replaced other carbonate minerals and formed dolomite.

Keywords： Xixiangchi Formation;east Sichuan Basin;genesis of dolomites;dolomitization

四川盆地東部寒武系洗象池組在多口井獲得工業(yè)氣流，具有良好的天然氣勘探潛力?？碧綄?shí)踐與資料表明，四川盆地東部寒武系洗象池組儲(chǔ)層主要發(fā)育在白云巖中，白云巖為儲(chǔ)層形成奠定了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，利用鉆井、野外露頭、巖心、薄片等相關(guān)資料，結(jié)合碳、氧同位素等實(shí)驗(yàn)分析手段，對(duì)四川盆地東部寒武系洗象池組白云巖的成因進(jìn)行研究，為四川盆地東部寒武系洗象池組的進(jìn)一步勘探開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

四川盆地東部是指華鎣山以東、七躍山以西、大巴山以南、大婁山以北的地區(qū)，即四川省中東部和重慶市東北部。研究區(qū)由北東-南西向條形高陡背斜和開(kāi)闊的丘陵平壩相間組成，縱向上發(fā)育3套構(gòu)造層組合，各構(gòu)造層構(gòu)造特征存在顯著差異[1-2]。上構(gòu)造層（侏羅系-中三疊統(tǒng)雷口坡組）褶皺變形表現(xiàn)為向斜地區(qū)陡，甚至直立倒轉(zhuǎn)，背斜核部剝蝕較為嚴(yán)重，保存條件較差。研究區(qū)寒武系洗象池組處于中構(gòu)造層中（下三疊統(tǒng)-寒武系），構(gòu)造層內(nèi)斷層極為發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜，圈閉規(guī)模小，志留系發(fā)育厚層泥頁(yè)巖為次級(jí)滑脫層，不同時(shí)期斷層發(fā)育具有明顯的分層性。下構(gòu)造層（寒武系以下地層）變形相對(duì)較弱，構(gòu)造穩(wěn)定、具備大型隆起背景。構(gòu)造形態(tài)相對(duì)簡(jiǎn)單，斷層不發(fā)育。

2 巖石學(xué)特征

2.1 泥晶白云巖

該類型白云巖以半自形-他形為主，晶體間鑲嵌接觸。該類型白云巖常與膏鹽巖呈互層狀或夾層狀的產(chǎn)出關(guān)系。微觀鏡下可見(jiàn)到微細(xì)藻紋層結(jié)構(gòu)和膏鹽礦物鑄?？椎陌l(fā)育，表明該類型白云巖應(yīng)是干旱氣候條件下早期白云巖化作用的產(chǎn)物[3]，如圖1（a）所示。

2.2 顆粒白云巖

研究區(qū)發(fā)育的顆粒白云巖中的顆粒類型主要包括砂屑、鮞粒以及少量的礫屑，部分顆粒具有藻黏結(jié)的特征。顆粒的含量一般為70%～80%。砂屑、礫屑形態(tài)不規(guī)則。鮞粒形態(tài)較為規(guī)則，多為次圓-圓狀。鮞粒結(jié)構(gòu)較為清晰，大小一般為0.2～1.0 mm且相對(duì)均一，如圖1（b）所示。

2.3 晶粒白云巖

根據(jù)晶粒的大小，可將研究區(qū)晶粒白云巖劃分為粉晶白云巖、細(xì)晶白云巖、中晶白云巖以及不等晶白云巖。粉晶白云巖較為細(xì)小，一般為0.03～0.05 mm，晶形以半自形-自形為主，如圖1（c）所示;細(xì)晶白云巖粒徑一般為0.05～0.25 mm，相比粉晶白云巖晶體較為粗大，晶形從他形、半自形到自形均有發(fā)育，如圖1（d）所示;中晶白云巖和不等晶白云巖主要由他形-半自形白云巖構(gòu)成，晶體間呈緊密的鑲嵌接觸，儲(chǔ)集性能差，分別如圖1（e）、圖1（f）所示。

3 白云巖成因分析

眾所周知，白云巖化作用的產(chǎn)生需要富含高M(jìn)g的流體，因此富含高M(jìn)g的流體來(lái)源就成為白云巖化作用的核心問(wèn)題。根據(jù)前人的研究，白云巖化作用所需要的富含高M(jìn)g的流體來(lái)源主要有以下幾種[4-5]：海水;海水與殘留地層水的混合水;泥巖受到壓實(shí)作用產(chǎn)生的富鎂離子流體;熱液流體。綜合以上看來(lái)，白云巖化作用的流體來(lái)源相對(duì)復(fù)雜。

地球化學(xué)證據(jù)顯示，研究區(qū)洗象池組細(xì)晶白云巖、中晶白云巖和不等晶白云巖的δO值相較于同時(shí)期海水的δO值偏負(fù)（晚寒武世海水δO值為-10‰～-7‰），如圖2所示。根據(jù)PDB標(biāo)準(zhǔn)，四川盆地東部寒武系洗象池組白云巖δC值和δO值數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

此種特征似乎表明，中晶白云巖和不等晶白云巖受到了后期熱液流體的影響，流體來(lái)源應(yīng)為熱液流體[6]。但深部熱液的流體通常會(huì)通過(guò)深部大型斷裂發(fā)生運(yùn)移，進(jìn)而對(duì)周圍的巖石和礦物產(chǎn)生白云巖化作用，而研究區(qū)內(nèi)未有大型的深部斷裂形成。此外，研究區(qū)并未有熱液白云巖、石英、螢石、綠泥石、閃鋅礦、重晶石、硬石膏等典型的熱液礦物及其組合發(fā)育[7-8]。因此，研究區(qū)的白云巖化作用的流體來(lái)源并不是深部熱液流體，而部分白云巖具有受到后期熱液流體的表現(xiàn)，是由白云巖在埋藏過(guò)程中面臨的重結(jié)晶作用和其他成巖作用的再平衡作用而導(dǎo)致的[9-10]。

根據(jù)上文的分析，四川盆地寒武系洗象池組白云巖化作用的流體來(lái)源為海水。四川盆地寒武系洗象池組沉積環(huán)境為局限臺(tái)地，可見(jiàn)到大量暴露蒸發(fā)的環(huán)境標(biāo)志，如干裂構(gòu)造、鳥(niǎo)眼孔構(gòu)造以及膏鹽巖等。因此，研究區(qū)洗象池組白云巖應(yīng)解釋為早期蒸發(fā)泵和滲透回流白云巖化作用，研究區(qū)白云巖的特點(diǎn)也證實(shí)了此種解釋。研究區(qū)的白云巖多呈厚層狀分布，絕大部分為細(xì)小的泥-粉晶白云巖，細(xì)-中晶白云巖發(fā)育較少，細(xì)-中晶白云巖多是后期經(jīng)歷了重結(jié)晶作用而形成。研究區(qū)洗象池沉積期，受蒸發(fā)作用和海平面頻繁變化的影響，孔隙水不斷向空中散發(fā)，同時(shí)海水又通過(guò)毛細(xì)管作用不斷補(bǔ)充到沉積物的顆粒之間，導(dǎo)致孔隙水鹽度增高，沉淀出石膏。石膏的沉淀使孔隙水或者表層積水Mg/Ca比率大大增加，形成高鎂粒間水，進(jìn)而交代其他碳酸鹽巖礦物，形成白云巖。由于高鎂粒間水的相對(duì)密度較大，當(dāng)高鎂粒間水對(duì)表層沉積物的白云巖化基本完成時(shí)，就會(huì)向下回流滲透，與下部的碳酸鈣沉積物相接觸，發(fā)生白云巖化作用，進(jìn)而形成白云巖，如圖3所示。

4 結(jié)論

①四川盆地東部寒武系洗象池組主要發(fā)育具有原巖結(jié)構(gòu)的泥晶白云巖和顆粒白云巖以及原巖結(jié)構(gòu)無(wú)法識(shí)別的晶粒白云巖。

②四川盆地東部寒武系洗象池組白云巖的成巖流體來(lái)源為海水。部分白云巖的δO值具有熱液流體來(lái)源的表現(xiàn)，這是由于白云巖在埋藏過(guò)程中受到了重結(jié)晶作用和其他成巖作用的再平衡作用。

③四川盆地寒武系洗象池組白云巖的成因應(yīng)該解釋為早期蒸發(fā)泵和滲透回流白云巖化作用。研究區(qū)洗象池沉積期，受蒸發(fā)作用和海平面頻繁變化的影響，形成高鎂粒間水，進(jìn)而交代其他碳酸鹽巖礦物，形成白云巖。

參考文獻(xiàn)：

[1]王晶，潘政屹，張娟，等.四川盆地川東地區(qū)勘探潛力分析[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2020（17）：176-178.

[2]王宗秀，李春麟，李會(huì)軍，等.川東-武陵地區(qū)構(gòu)造格局及演化[J].地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)，2019（5）：827-839.

[3]雷和金，李國(guó)蓉，高魚(yú)偉，等.四川盆地南部寒武系白云巖地球化學(xué)特征與形成機(jī)制[J].海相油氣地質(zhì)，2016（3）：39-47.

[4]劉樹(shù)根，黃文明，張長(zhǎng)俊，等.四川盆地白云巖成因的研究現(xiàn)狀及存在問(wèn)題[J].巖性油氣藏，2008（2）：6-15.

[5]YANG X F，HUANG X，WANG X Z，et al.Origin of crystal dolomite and its reservoirs formation mechanism in Xixiangchi Formation， Upper Cambrian in southeastern Sichuan Basin[J].Carbonates and Evaporites，2019（34）：1537-1549.

[6]PROKOPH A，SHIELDS G A，VEIZER J.Compilation and time-series analysis of a marine carbonate δO，δ13C，87Sr/86Sr and δ34S database through Earth history[J].Earth Science Reviews，2008（3）：113-133.

[7]鄔鐵，謝淑云，張殿偉，等.川南地區(qū)燈影組白云巖地球化學(xué)特征及流體來(lái)源[J].石油與天然氣地質(zhì)，2016（5）：721-730.

[8]MCLENNAN S M.Rare earth elements in sedimentary rocks：iInfluence of provenance and sedimentary process[J].Review of Mineralogy，1989（1）：169-200.

[9]劉志波，邢鳳存，胡華蕊，等.四川盆地下奧陶統(tǒng)桐梓組白云巖多元成因[J].地球科學(xué)，2021（2）：583-599.

[10]方少仙，侯方浩，董兆雄.上震旦統(tǒng)燈影組中非疊層石生態(tài)系蘭細(xì)菌白云巖[J].沉積學(xué)報(bào)，2003（1）：96-105.