王勇，施澤進，孟興平，劉沛杰，田亞銘，Qing Hairuo

1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，成都 610059

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，成都 610059

3.Department of Geology，University of Regina，SK Canada，S4S 0A2

0 引言

白云巖是一種常見的碳酸鹽巖，但其成因卻一直是學(xué)者們討論的焦點。一方面由于白云巖成因本身的復(fù)雜性，另一方面是由于白云巖對于油氣勘探有著特殊的意義。目前已經(jīng)建立了很多很多模式，這些模式包括回流滲透模式[1-2]、混合水模式[3-4]、薩布哈模式[5-6]、熱液白云巖模式[7]等，目前這些模式廣泛地被用來解釋世界各地的白云巖成因問題[8-12]。

近些年來，關(guān)于白云巖成因問題，有兩個值得關(guān)注的進展：1）低溫下人工合成白云石獲得成功。白云石自發(fā)現(xiàn)以來，很長一段時間人們不能在常溫常壓條件下合成白云石，這構(gòu)成了所謂的“白云巖問題”的主體內(nèi)容。最早的真正意義上的低溫白云石合成案例為Vasconceloset al.[13]1995年在硫酸鹽還原細菌的作用下，成功合成了白云石，此后，人們相繼發(fā)現(xiàn)了很多微生物[13-17]可以克服白云石形成的動力學(xué)障礙，誘導(dǎo)合成白云石。低溫條件下成功合成白云石，為“白云巖問題”的解決帶來了新的希望。2）混合水白云巖化模式受到了質(zhì)疑?；旌纤自茙r化模式自提出以來，得到了廣泛地應(yīng)用，但同時，也有學(xué)者不斷提出質(zhì)疑[18-19]。最直接質(zhì)疑來自Luczaj[19]對Wisconsin arch 碳酸鹽巖的重新研究。Wisconsin arch 碳酸鹽巖是經(jīng)典的混合水白云巖化模式提出的地方，然而Luczaj[19]對其重新研究后認為這些白云巖并不總是分布在高部位，并且有較高的包裹體均一溫度，綜合其他地球化學(xué)數(shù)據(jù)認為該地區(qū)的白云巖實際上是熱液白云巖化的結(jié)果。

盡管如此，學(xué)者們并不認為混合帶沒有形成白云石的能力[20-22]，只是其形成規(guī)模較小，且通常只能分布在臺地邊緣及附近。因此，混合水白云巖化模式依然作為一種重要的模式來解釋一些地區(qū)的白云巖成因。黃思靜等[20]對川東北飛仙關(guān)組白云巖的地球化學(xué)特征分析后認為，飛仙關(guān)組微晶白云巖和具原始結(jié)構(gòu)的粒屑白云巖主要分布在沉積旋回的中上部，且具有高Mn 含量和低溫度的特征，認為混合水白云巖化仍然是比較合理的解釋；Liet al.[22]以及Cooperet al.[23]對西班牙東南部Almeria 盆地中新世白云巖研究后認為，上升的大氣淡水與中鹽度海水的混合是其白云巖化的重要原因，并通過計算機模擬計算證實這種上升流的白云巖化潛力要明顯高于傳統(tǒng)的模式（大氣淡水向下滲透，與海水混合），該模式豐富了混合水白云巖化的模型；Heet al.[24]將碘元素的沉積記錄引入到碳酸鹽巖成因分析中來，認為中國南方揚子地塊的蓋白云巖的形成過程中，也存在大氣淡水與海水混合的情況；此外，Sumrallet al.[25]對混合帶模型進行了修改，在模型中加入了促進白云石化的微生物過程，用來解釋波多黎各莫納島（Isla de Mona）的白云巖成因。他認為混合帶鹽躍層的條件將有利于利用密度界面上收集的有機物和從含鹽地下水中提取的硫酸鹽作為能源來維持活性的微生物群落存在和發(fā)展，而硫酸鹽還原菌的存在將更好地克服白云巖形成過程中的動力學(xué)障礙，使得白云巖化作用更加容易發(fā)生。將微生物作用引入到混合水白云巖化模型中，為混合水白云巖化機理的解釋提供了一個全新的視角，可能對混合水白云巖化機理的解釋帶來深遠的影響。

四川盆地龍王廟組2012年在磨溪8井獲高產(chǎn)氣流，取得重大突破[26-27]。龍王廟組的勘探突破帶動了學(xué)者們的研究熱情，2012 年后出現(xiàn)了大量的研究成果，這些成果主要集中在沉積相[28-30]、儲層控制因素[27,31-32]及油氣云聚規(guī)律[33-36]等方面。任影等[36]分析了川東地區(qū)的14 件白云巖的地球化學(xué)數(shù)據(jù)，認為龍王廟組白云巖的成因主要為回流滲透白云巖。楊雪飛等[27]對川中龍王廟組的儲層成巖作用進行了分析，認為白云巖化作用主要與高鹽度水體的回流滲透有關(guān)。目前對龍王廟組白云巖的成因基本上有了比較統(tǒng)一的認識：龍王廟組白云巖主要為回流滲透成因的白云巖[27,36-38]。然而，我們在對四川盆地東南的土河場剖面和南山坪剖面進行研究時，認為這兩者的剖面結(jié)構(gòu)及地球化學(xué)特征與其他剖面有明顯的差別，這兩處的白云巖并不具備回流滲透白云巖形成的地質(zhì)條件。通過野外調(diào)查及室內(nèi)分析，我們認為土河場下部的白云巖為埋藏白云巖，而南山坪上部的白云巖則為混合水成因的白云巖。

1 地質(zhì)背景

四川盆地是中國最重要的含油氣盆地之一[39]，盆地縱向上發(fā)育了中生界陸相成藏系統(tǒng)、上古生界海相成藏系統(tǒng)及下古生界海相成藏系統(tǒng)三大成藏系統(tǒng)，有效勘探面積18×104km2[40]。目前盆地內(nèi)已經(jīng)建成普光、廣安、元壩及合川等多個大型氣田，是中國最主要的天然氣生產(chǎn)基地[41-42]。四川盆地構(gòu)造上位于楊子地臺的西北部，為楊子地臺的次級構(gòu)造單元[43],盆地周緣被多個造山帶所圍繞。研究目標層位龍王廟組為下古生界成藏系統(tǒng)中的一個重要地層單元，是該成藏系統(tǒng)中的主要儲集層之一。

四川盆地龍王廟期發(fā)育連陸碳酸鹽巖臺地—斜坡—盆地沉積體系[30]、碳酸鹽巖臺地體系是龍王廟組沉積主體，整體呈北東—南西向展布。碳酸鹽臺地沉積，可劃分為局限—蒸發(fā)臺地、半局限—局限臺地、臺緣帶和混積潮坪4 個相及臺內(nèi)灘、臺緣灘及局限潟湖等多個亞相，并以局限—蒸發(fā)臺地相和半局限—局限臺地最為發(fā)育[30,38]。四川盆地東南緣大部分地區(qū)位于半局限臺地和蒸發(fā)臺地相帶中。本文所涉及到的兩個主要剖面為土河剖面和南山坪剖面（圖1）。土河剖面位于四川盆地的南緣，主體位于半局限—局限臺地沉積相帶中。南山坪剖面位于四川盆地的東緣，主體位于斜坡相帶（靠近臺地邊緣一側(cè)）中。

2 方法及結(jié)果

本文樣品主要采自四川盆地東南部的5 條剖面（圖1），共計90 余件。在野外對龍王廟組進行了詳細地觀察及描述，對所采的樣品在野外進行初步命名。到實驗室后，所有樣品都進行了薄片制作，在鏡下進行了詳細的巖礦鑒定，確保樣品巖性的準確性。在薄片鑒定后，選取有代表性的樣品60件，用蒸餾水沖洗三次，晾干后在瑪瑙研缽上將其磨至200 目以下，進行碳氧同位素測試，選取39件進行常量元素和微量元素分析，選取17件樣品進行包裹體薄片制樣，并開展了包裹體均一溫度及鹽度測試分析工作。

圖1 四川盆地及周緣龍王廟組沉積相展布及剖面位置圖（據(jù)文獻[30]修改）Fig.1 Map of sedimentary facies in Longwangmiao Formation in all areas studied (modified from reference[30])

常量元素（Na、Al、Fe）測試完成于成都理工大學(xué)礦產(chǎn)資源化學(xué)四川省高校重點實驗室，樣品經(jīng)稱重、硝解及定容后上機測試，所用儀器為ICP-OES，分析流程用標樣GSS-1 和GSS-3 監(jiān)測，測試精度優(yōu)于10%。微量元素（Mn、Sr、U）測試分析完成于成都理工大學(xué)地球化學(xué)實驗室，所用儀器為美國PerkinElmer 公司Elan DRC-e ICP-MS，分析過程用標樣GSS-1、GSS-3、GSR-4和GSD-9監(jiān)測，元素含量相對誤差優(yōu)于10%，測試結(jié)果統(tǒng)計于表1。碳氧同位素完成于成都理工大學(xué)地球化學(xué)實驗室，所用儀器為MAT253 氣體穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀。樣品經(jīng)烘箱烘干后，在70 ℃的真空系統(tǒng)中與純磷酸反應(yīng)2 h，收集氣體進行碳、氧同位素測試分析。所得數(shù)值的千分差以VPDB標準計算，分析精度優(yōu)于0.3‰，測試結(jié)果列于表2。包裹體測試完成于里賈納大學(xué)地質(zhì)系流體實驗室。樣品經(jīng)制樣，兩面剖光后（厚度約100 μm），上機測試，具體測試方法與Zhenget al.[44]相同。

表1 研究區(qū)龍王廟組元素分析統(tǒng)計表Table 1 Element analysis in the study area,Longwangmiao Formation

表2 研究區(qū)龍王廟組碳酸鹽巖碳、氧同位素測試結(jié)果Table 2 Carbon and oxygen isotope analyses of carbonate rocks in the study area,Longwangmiao Formation

3 野外及鏡下觀察

四川盆地東南緣龍王廟組中下部以一套中—厚層狀灰色灰?guī)r為主，上部則以白云巖為主（圖2a、圖3a，b）?；?guī)r中鮞粒、內(nèi)碎屑、球粒、豆粒等各種顆粒結(jié)構(gòu)常見（圖3c，d），部分地層發(fā)生不均勻白云巖化（圖3e），局部可見疊層石發(fā)育（圖3f）?；?guī)r中裂縫較發(fā)育，裂縫近垂直于地層，多被方解石充填（圖3g）。上部為顆粒白云巖夾較均一的塊狀白云巖，顏色以灰色、淺灰色為主。在龍王廟組的頂部往往發(fā)育一套厚度5 m 左右的黃灰色、淺灰色的微晶白云巖，局部含泥質(zhì)較重。在微晶白云巖中可見少量膏溶孔及膏溶角礫巖（圖3h）。

圖2 川東南地區(qū)龍王廟組巖性柱狀圖（a）川東南地區(qū)龍王廟組典型巖性組合特征；（b）土河場剖面龍王廟組巖性組合特征；（c）南山場剖面龍王廟組巖性組合特征Fig.2 Lithological sketch of Longwangmiao Formation in southeastern Sichuan Basin

圖3 川東南地區(qū)龍王廟組野外露頭照片（a）龍王廟組厚層狀塊狀灰?guī)r，土河場剖面；（b）龍王廟組細晶白云巖，可見溶蝕、孔洞，巖孔剖面；（c）龍王廟組鮞?；?guī)r，鮞粒1～3 mm,巖孔剖面；（d）龍王廟組中的內(nèi)碎屑灰?guī)r，內(nèi)碎屑多為不規(guī)則球形及長條形，巖孔剖面；（e）龍王廟組的不均勻白云巖化，表面風(fēng)化后，白云質(zhì)呈不規(guī)則條帶狀突起，土河場剖面；（f）龍王廟組中部的疊層石，巖孔剖面；（g）龍王廟組下部灰?guī)r，垂直裂縫發(fā)育，被方解石填充，土河場剖面；（h）龍王廟組頂部微晶白云巖，白云巖中見膏溶角礫，巖孔剖面Fig.3 Outcrop photographs of Longwangmiao Formation in southeastern Sichuan

本文所研究的兩個剖面總體符合上述特點，但存在特別之處：1）土河場剖面的白云巖，不像其他剖面只分布在上部，其下部也發(fā)育了一套厚約50 m 的白云巖（本文所講的土河場白云巖指的是土河場剖面下部的白云巖，全文同），白云巖呈厚層塊狀，晶粒以細晶為主（圖4a，b）；2）南山坪整體以較均一的薄—中層微晶灰?guī)r為主（圖4c、圖5d），顆粒結(jié)構(gòu)不發(fā)育，且其上部的白云巖厚度較小，總厚度不超過40 m（圖2c、圖4e），且沒有發(fā)育微晶白云巖，而是一層厚約20 m的致密泥質(zhì)灰?guī)r（圖4f）。

圖4 土河場及南山坪剖面野外露頭照片（a）土河場下部塊狀白云巖；（b）土河場塊狀白云巖，表面風(fēng)化后顯凸凹不平狀；（c）南山坪底部薄—中層狀灰?guī)r；（d）南山坪中部薄層—中層狀灰?guī)r；（e）南山坪上部的白云巖；（f）南山坪頂部薄層狀泥質(zhì)灰?guī)rFig.4 Outcrop photographs of Tuhechang and Nanshanping sections

顯微鏡下，川東南地區(qū)龍王廟組白云巖主要為粉晶白云巖，局部少量陸源碎屑（圖5a）及殘余顆粒結(jié)構(gòu)（圖5b）；土河場剖面白云巖以細—中晶白云巖為主，晶體多為平直晶面半自型—自型結(jié)構(gòu)，原始結(jié)構(gòu)完全消失（圖5c，d）。在陰極射線下，晶體邊界清楚，可見輕微的環(huán)帶結(jié)構(gòu)（圖5e）。南山坪剖面的白云巖則以粉—細晶它型白云石為主（圖5f，g，i），白云巖中溶蝕作用相對發(fā)育，晶間溶孔及溶蝕孔隙較常見（圖5g，i）,陰極射線下發(fā)暗紅或暗褐色光，晶體間的邊界不清楚或呈細小的團塊狀（圖5h，j）。

圖5 龍王廟組巖性顯微特征（a）粉晶白云巖，含少量陸源碎屑，巖孔剖面；（b）粉晶白云巖，隱約可見殘余顆粒結(jié)構(gòu)，巖孔剖面；（c）細晶白云巖，白云石晶間可見殘余瀝青，土河場剖面；（d）細晶白云巖，可見少量晶間孔，土河場剖面；（e）與d同一視域，陰極發(fā)光顯示白云石晶面平直，呈半自型結(jié)構(gòu)；（f）粉晶白云巖，呈它型結(jié)構(gòu)，南山坪剖面；（g）細晶白云巖，可見晶間溶孔，晶型以它型結(jié)構(gòu)為主，少量半自型結(jié)構(gòu)，南山坪剖面；（h）與g同一視域，陰極射線下發(fā)褐色光，晶體邊界不清楚，局部呈團塊狀；（i）粉晶白云巖，溶蝕孔隙發(fā)育，晶型以它型為主，南山坪剖面；（j）與i同一視域，陰極射線下發(fā)團塊狀暗褐色光Fig.5 Microscopic lithological characteristics of Longwangmiao Formation

4 討論

前已述及，土河場剖面和南山坪剖面的白云巖，其分布位置及地層結(jié)構(gòu)有其獨特的地方。結(jié)合室內(nèi)測試分析資料，我們認為土河場白云巖和南山坪的白云巖成因并不同于四川盆地及周邊其他大多數(shù)白云巖。土河場白云巖為埋藏白云巖化的產(chǎn)物，而南山坪白云巖則是混合水白云巖化的產(chǎn)物。

4.1 土河洋白云巖埋藏白云巖化證據(jù)

4.1.1 主量元素

土河場的白云巖具有普遍高的Fe 元素含量，并且Fe 元素的含量和Mn 元素的含量有較好的相關(guān)性（圖6a）。由于碳酸鹽巖的成巖過程是一個Fe元素和Mn 元素的獲取過程，但Fe 和Mn 元素只能在還原環(huán)境中進入碳酸鹽礦物晶格中[45-48]。因此后期的成巖作用越強烈，F(xiàn)e和Mn元素的含量會越高。由于龍王廟組普遍含有較高的陸源物質(zhì)，而陸源物質(zhì)相對海水是富集Fe 元素的。因此該區(qū)微晶灰?guī)r（通常認為其受到后期成巖作用的改造比較弱）中Fe 元素與Al元素具有較高的相關(guān)性（圖6b），但Fe 與Mn 元素的相關(guān)性卻很低（圖6c）。這表明成巖改造較弱的碳酸鹽巖中的Fe 元素主要來自陸源物質(zhì)，而非后期的成巖過程中進入碳酸鹽巖晶格中的。因為如果是在后期的成巖過程中進入到碳酸鹽巖中的，F(xiàn)e和Mn元素會同時進入，它們之間應(yīng)該有較好的相關(guān)性。研究區(qū)龍王廟組中的晶粒白云巖，普遍被認為是同生期回流滲透白云巖化的產(chǎn)物[27,36-38]，我們對這些白云巖做了詳細的野外調(diào)查和室內(nèi)分析[47]，贊同這樣的觀點。這些晶粒白云巖處于近地表或淺埋藏環(huán)境，因此Fe 和Mn 元素是不能進入碳酸鹽礦物晶格的，但Fe元素可以在沉積的時候和陸源物質(zhì)一起沉積到碳酸鹽巖中。從散點圖中看出，研究區(qū)白云巖的Fe 元素和Al 元素有一定的相關(guān)性（圖6d），但Fe 元素和Mn 元素的相關(guān)性則很弱（圖6e）。而土河場的白云巖，其Fe元素和Mn元素有明顯的相關(guān)性，但Fe元素和Al 元素則有較弱的相關(guān)性，這意味土河場白云巖中的Fe和Mn主要是在后期成巖過程中獲得的，而非來自陸源碎屑。

圖6 川東南地區(qū)及土河場龍王廟組碳酸鹽巖元素地球化學(xué)散點圖（a）土河場白云巖Mn元素和Fe元素散點圖；（b）研究區(qū)域內(nèi)微晶灰?guī)rFe元素和Al元素散點圖；（c）研究區(qū)域內(nèi)微晶灰?guī)rFe元素和Mn元素散點圖；（d）研究區(qū)域內(nèi)白云巖Fe元素和Al元素散點圖；（e）研究區(qū)域內(nèi)白云巖Fe元素和Mn元素散點圖Fig.6 Scatter gram of element geochemistry of carbonate rocks in southeastern Sichuan Basin and Tuhechang Longwangmiao Formation

4.1.2 碳氧同位素

從碳氧同位素來看，土河場白云巖的氧同位素明顯低于其他剖面白云巖的氧同位素（圖7），平均值約為-8.18‰。氧同位素對溫度和鹽度是敏感的[48-51]，高溫度和低鹽度都可以造成碳酸鹽巖氧同位素向負偏移。但從Na元素來看，土河場白云巖的Na元素并不比川東南地區(qū)的白云巖低，反而是略高于川東南地區(qū)的白云巖（表1）。由于Na元素的高低可以反映流體的鹽度的高低[52-54]，因此土河場白云巖化流體的鹽度并不比研究區(qū)的低，白云巖的低氧同位素值，應(yīng)該是反映了其形成于相對較高的溫度環(huán)境。這也意味著土河場白云巖是在較大埋深的情況下形成的，而其碳同位素偏正則可能是全球性的碳同位素漂移引起的[55]。

圖7 川東南地區(qū)龍王廟組白云巖及土河場、南山坪剖面白云巖散點圖Fig.7 Scattergram of Longwangmiao Formation dolomite in southeastern Sichuan Basin and dolomite of Tuhechang and Nanshanping sections

4.1.3 流體包裹體

更直接的證據(jù)來自包裹體的相關(guān)測試。包裹體在龍王廟組其他剖面很少，我們在其他剖面的白云巖中沒有找到可以用來測試的包裹體，而在土河場剖面中則發(fā)現(xiàn)了相對較多的包裹體（圖8）。這些包裹體大多較小，但仍然可以找到一些可用于測試的包裹體。土河場中的包裹體大多呈團簇狀出現(xiàn)，形狀不規(guī)則（圖8）。測試結(jié)果顯示，土河場白云石中的包裹體均一溫度比較高，分布范圍較廣（105.4 ℃～266.5 ℃）。主要集中在兩個區(qū)域（圖9），一個為140 ℃～160 ℃，另一個為180 ℃～200 ℃，最高溫度超過260 ℃。顯示土河場白云巖可能主要形成于溫度為140 ℃～160 ℃和180 ℃～200 ℃的環(huán)境中。其冰點溫度為-1.7 ℃～-16.9 ℃，對應(yīng)的鹽度為2.9～20.15（wt.%），主要集中在2.9～4.34之間。表明土河場白云巖形成的流體可能主要為古海水（現(xiàn)代海水的鹽度約為3.5%）。較寬的均一溫度和鹽度表明土河場白云巖形成時或形成后處于相對復(fù)雜的外部環(huán)境。

圖8 土河場白云巖包裹體照片F(xiàn)ig.8 Photograph of Tuhechang dolomite inclusions

圖9 包裹體均一溫度分布直方圖Fig.9 Histogram of homogenization temperature distribution in Tuhechang dolomite inclusions

龍王廟組其他剖面的白云巖則主要分布在上部，主要是因為其他地區(qū)的白云巖主要為回流滲透成因，這些回流的流體主要來自龍王廟組沉積晚期的潟湖中，因此白云巖化作用是自上而下發(fā)生的，致使白云巖主要分布在上部。而土河場的白云巖則主要分布在龍王廟組的下部，其上還有大量沒有被白云巖化的灰?guī)r存在，因此，從白云巖化的過程和機制上來看，顯然土河場的白云巖成因不同于其他剖面的白云巖，并非回流滲透白云巖化的產(chǎn)物。綜上所述，土河場剖面的白云巖形成溫度較高，有較高的Fe元素和Mn 元素含量，且主要分布在龍王廟組的下部，反映了其為埋藏白云巖的特點。

4.2 南山坪白云巖混合水白云巖化證據(jù)

4.2.1 鹽度

南山坪白云巖具有較低的鹽度。由于龍王廟組碳酸鹽巖普遍含有陸源物質(zhì)，而部分陸源物質(zhì)中含有Na元素（如斜長石），因此在分析碳酸鹽巖的Na元素含量是應(yīng)盡量避免陸源物質(zhì)的影響。從各剖面的Na元素和Al元素的散點圖可以看出，兩種元素具有較高的正相關(guān)性（圖10a），這表明陸源物質(zhì)確實明顯影響了龍王廟組的地球化學(xué)特征。對各個剖面的Na元素和Al 元素含量進行擬合后（圖10b～d），可得一線性擬合方程，這一方程的截距則代表了沒有陸源物質(zhì)（Al元素含量為零）時，碳酸鹽巖中的Na元素含量。從擬合方程可以得到盆地東南部的微晶灰?guī)r和白云巖（除土河場及南山坪外）、土河場白云巖及南山坪白云巖的Na元素含量分別為121.3，133.4，152.8和109.3。由于龍王廟白云巖主要為蒸發(fā)濃縮回流滲透白云巖，因此，白云巖的Na 元素含量普遍高于灰?guī)r。但南山坪處的白云巖的Na 元素含量則低于灰?guī)r的含量，這意味著南山坪白云巖形成環(huán)境的鹽度低于當時海水的鹽度。

圖10 研究區(qū)及土河場、南山坪剖面碳酸鹽巖Na 元素及Al 元素擬合曲線（a）川東南地區(qū)微晶灰?guī)r；（b）川東南地區(qū)白云巖；（c）土河場白云巖；（d）南山坪白云巖Fig.10 Na and Al curves of best fit for carbonate rocks in the study area,Tuhechang and Nanshanping sections

4.2.2 氧同位素

來自氧同位素的證據(jù)。由于南山坪剖面的沉積環(huán)境于其他剖面完全不同，主要處于斜坡相中，其沉積物的氧同位素在一定程度上受沉積環(huán)境的影響。因此將南山坪白云巖和其他剖面的白云巖進行對比是不合適的。我們分析了南山坪剖面的微晶灰?guī)r碳氧同位素，通過成巖蝕變判斷，南山坪的微晶灰?guī)r基本沒有受成巖蝕變的改變，因此，微晶灰?guī)r可以代表當時沉積時的地球化學(xué)特征。測試結(jié)果顯示（表2），微晶灰?guī)r的碳同位素為0.19～2.17（平均值為0.95），δ18O 為-9.43～-6.24（平均值為-7.65），而南山坪白云巖的碳同位素為-0.29～1.30（平均值為0.19），δ18O 為-7.00～-3.81（平均值為-5.91）。

對氧同位素來說，由于白云巖和灰?guī)r存在分餾差異，在相同的溶液中，形成的白云石要比方解石更富集18O[56-57]。Vasconceloset al.[56]2005 年通過在低溫條件下合成白云石的方法，建立起了白云石和水溶液的氧同位素分餾方程，該方程顯示，白云石比方解石富集2.6‰的18O。我們?nèi)?.5‰代表這一分餾差異，對白云巖的氧同位素進行矯正。矯正后的白云巖氧同位素為-8.41‰，明顯低于微晶灰?guī)r的氧同位素值（圖11）。氧同位素主要受溫度和鹽度的影響，但由于白云巖的先驅(qū)礦物和微晶灰?guī)r沉積于同一地點相同的沉積環(huán)境，因此，其沉積時的溫度是相似的，這意味著白云巖的低氧同位素應(yīng)該主要是由于鹽度較低造成的，也印證了南山坪白云巖形成于混合水環(huán)境中。

圖11 南山坪碳氧同位素散點圖（同位素分餾矯正后）Fig.11 Carbon and oxygen isotope scatter plots for Nanshanping (corrected by isotope fraction)

4.2.3 U元素

南山坪白云巖中，存在一明顯的U元素的富集過程。元素分析結(jié)果顯示，南山坪白云巖中的U元素含量較高，比其他其他剖面的白云巖高出一個數(shù)量級（表1、圖12）。由于U 元素在氧化環(huán)境中容易被活化，隨氧化性流體遷移，當環(huán)境變?yōu)檫€原環(huán)境時，其就會被還原為4價U沉淀下來。因此，在南山坪剖面白云巖中應(yīng)該存在這樣一個氧化還原的過程。這一過程可以很好地用大氣降水向下緩慢流動的過程解釋。四川盆地在龍王廟沉積期，區(qū)內(nèi)發(fā)生小幅度的差異性升降運動，形成不對稱半地塹與地壘相間的東南低、西北高的古地貌格局[58-59]。龍王廟末期，海平面下降，這些地壘露出海面，形成孤島或島弧，這些孤島或島弧接受大氣降水的補給，在水勢差和兩邊致密層隔擋層的共同作用下，大氣水能向下滲透較大的距離。大氣水向下滲透的過程中，氧化沿途的U元素，隨著向下運移距離的增加，逐漸變?yōu)檫€原環(huán)境，此時U元素開始被還原，以沉淀物的形式逐步富集，這是造成南山坪白云巖U元素含量較高的主要原因，這一過程正好可以與混合水白云巖化的過程對應(yīng)起來。此外，南山坪白云巖中溶蝕孔隙較發(fā)育（圖5g，i），也顯示了其經(jīng)歷了較明顯的淡水淋濾作用。

圖12 川東南地區(qū)龍王廟組碳酸鹽巖U 元素含量直方圖Fig.12 Uranium content of carbonate rocks of Longwangmiao Formation in southeastern Sichuan Basin

4.2.4 巖相特征

南山坪剖面結(jié)構(gòu)不同于其他剖面，沒有形成回流滲透白云巖的必要條件。野外調(diào)查顯示，無論時川西北還時川東南地區(qū)，絕大多數(shù)剖面頂部都為一層厚度為5 m左右的微晶白云巖（圖2a，b），這層微晶白云巖記錄了龍王廟末期廣泛發(fā)育的潟湖相沉積事件，潟湖中高鹽度海水向下回流滲透是龍王廟組大多數(shù)白云巖形成的主要機制。而南山坪頂部則為一套致密的微晶灰?guī)r（圖2a），也就是說處于臺地邊緣—斜坡相沉積區(qū)的南山坪地區(qū)，其不具備形成潟湖相的條件，也就不具備形成回流滲透的條件。因此，南山坪剖面的白云巖難以用回流滲透機制來解釋。

這里必須再次強調(diào)的是，雖然目前混合水白云巖化受到強烈的質(zhì)疑，但質(zhì)疑的焦點并不在混合水條件下能否形成白云巖，而在其形成規(guī)模。學(xué)者們并沒有否認混合水條件下可以形成白云巖[20-23]，因此在特定的環(huán)境下，混合水白云巖化可能仍然是白云巖形成的主要機制。從掌握的資料資料狀況來看，混合水白云巖化模式是解釋南山坪地區(qū)的白云巖成因的最佳選擇。

川東南地區(qū)龍王廟組碳酸鹽巖普遍致密，而南山坪剖面和土河場剖面的白云巖具有相對較好的物性，在鏡下也可以見到明顯的孔隙存在，尤其是土河場剖面中，晶間孔和晶間溶孔普遍發(fā)育，且大多數(shù)孔隙中可見到殘存的瀝青。因此，埋藏白云巖化和混合水白云巖化對于川東南地區(qū)龍王廟組儲層相對不發(fā)育的區(qū)域具有重要的意義。

5 結(jié)論

四川盆地龍王廟組白云巖主要為回流滲透成因，但東南部土河場剖面和南山坪剖面具有不同于其他剖面的地層結(jié)構(gòu)和地球化學(xué)特征，其形成機制有別于其他地區(qū)的白云巖。土河場剖面的白云巖主要分布在龍王廟組下部，不具備形成回流滲透白云巖的地質(zhì)條件，其白云巖有較高的Fe元素和Mn元素含量，代表了其形成于較大埋深的還原環(huán)境中，明顯偏負的氧同位素組成反映了其形成于較高溫度環(huán)境中，包裹體均一溫度也顯示其形成于110 ℃以上的高溫環(huán)境，這些證據(jù)均指示土河場白云巖形成于埋藏環(huán)境。南山坪剖面的白云巖主要分布在龍王廟組的上部，其剖面結(jié)構(gòu)不同于其他剖面的微晶白云巖+晶粒白云巖+灰?guī)r的結(jié)構(gòu)，而是微晶灰?guī)r+晶粒白云巖+微晶灰?guī)r的結(jié)構(gòu)，沒有蒸發(fā)濃縮環(huán)境下的產(chǎn)物——微晶白云巖，不能用回流滲透作用在解釋其成因。南山坪白云巖具有較低的Na 元素含量，意味著其鹽度低于正常海水的鹽度，另外南山坪白云巖具有較高的U元素含量，顯示其有氧化性流體的混入，印證了南山坪白云巖形成過程中有大氣降水的混入。盡管混合水白云巖化模式受到了質(zhì)疑，但我們認為南山坪白云巖用混合水模式解釋仍然是較合理的解釋。

致謝 成都理工大學(xué)劉自亮副教授和鄧昆副教授參加了野外工作，龔曉欣及譚謙博士參與數(shù)據(jù)整理及薄片鑒定等工作，在此一并表示感謝！