表生巖溶系統中淺埋藏構造-熱液白云巖成因

吳昌明　楊明江

摘要：基于巖石學及地球化學特征，把四川盆地中部中二疊統茅口組白云巖分為半自形硅質細晶白云巖和他形鑲嵌狀白云巖兩類，并對其成因作對比研究。成因分析發現，茅口組白云巖的形成具有成巖作用復雜性、流體來源混合性，輸導通道多樣性的特征，茅口組在淺埋藏下還原性逐漸增強，受龍潭期海源和幔源熱液影響下，疏松多孔洞的碳酸鹽砂云化形成半自形白云石，部分熱量充足區域的灰巖原巖和角礫發生白云巖化，形成他形鑲嵌狀白云石，從而形成了兩類巖石學和地球化學特征差異明顯的白云巖。

關鍵詞：川中地區，巖溶，熱液，成因機制

引言

四川盆地中二疊統茅口組一直為油氣開發的熱點層位，其中白云巖儲集層在試采中屢屢獲得高產工業氣流，反映出這類儲集層巨大的開發價值和勘探空間。對于中二疊統白云巖成因機制學者們提出了一系列觀點，其中最引人關注的便是構造-熱液成因，但過去對茅口組熱液白云巖成因研究過多地關注了斷裂體系和熱液運移，對巖溶作用及其產物考慮不多，并且常將二者割裂開分別研究的。因此，筆者充分利用資料豐富、研究程度相對較高的四川盆地川中地區，探討該類白云巖的成因機制與油氣儲層意義。

1.地質概況

中二疊統茅口組與瓜德魯普階（Guadalupian）相對應，其頂以與上覆龍潭組平行不整合接觸，其底和棲霞組整合接觸。區內茅口組白云巖發育于茅二段，區內普遍存在巖溶現象，包括溶溝、溶洞、巖溶角礫巖等;角礫間為碳酸鹽砂，或被風化殼成因的鋁土質充填。區內巖溶系統產物的云化程度不相一致，某些厚層白云巖云化較為徹底，其間角礫和角礫間充填物均被云化，并有典型的熱液成因鞍馬狀白云石充填殘余孔隙，但仍可見未云化的角礫殘余。云化程度較低的巖溶系統角礫與溶洞均未云化，而角礫間的碳酸鹽砂云化形成白云巖，且硅質含量較高。

2.白云巖成因

綜合區內白云巖的宏微觀巖石學特征，可將白云巖分為半自形細晶白云巖、他形鑲嵌狀細晶白云兩類。半自形白云巖與其他兩類巖石相比，其硅質含量較高，反映該類白云巖受后期成巖流體改造較大，可能是熱液環境影響下的產物。因此，本文主要把這兩類白云巖作對比分析，并根據地球化學特征與灰巖原巖對比討論。

2.1白云石化通道

白云巖分布與基底斷裂有關，區內發育溝通基底的走滑斷層使深部幔源流體向上貫入茅口組成為可能，成為白云石化流體的縱向運移通道。此外，白云巖的分布還與巖溶系統密切相關，巖溶作用下會使原巖產生大量次生孔隙，從而為后期的白云石化流體提供重要的橫向輸導通道。受晚二疊張裂運動和海侵的影響，巖溶系統可能與斷裂體系發生耦合，共同成為白云巖化流體的輸導空間，使不同來源、性質的流體混合成為可能。

2.2白云石化流體

2.2.1稀土元素特征

他形鑲嵌狀細晶白云巖稀土元素特征為稀土元素總量（∑REE）偏低、重稀土（HREE）富集、輕稀土（LREE）虧損的左傾型分模式，并與灰巖原巖的稀土元素特征相似，表明該類白云石與灰巖原巖具有繼承關系，可反映同期海水特征。此外，該類白云巖還具有Ce相對虧損的特征，可能為成巖環境還原性逐步增強的原因所致。隨著龍潭組的沉積，茅口組在淺埋藏下還原性逐漸增強，巖溶系統與斷裂體系可能溝通了龍潭早期海源流體，伴隨著大量海水的稀釋，使得熱液作用不充分，因此該類云巖云化程度較弱，稀土配分模式改變較少。

半自形的硅質細晶云巖稀土元素特征表現稀土元素總量（∑REE）相對較高、輕稀土富集、重稀土相對偏低的特征，指示該類白云巖成因主要受熱液影響。熱液對孔滲條件更好的巖溶系統產物改造影響更大，多孔的碳酸鹽砂富含孔隙，可成為熱液運移及改造的優勢區，從而形成云化程度較徹底的半自形硅質細晶云巖，Ce的虧損特征消失也可作為受熱液影響的佐證。

2.2.2碳、氧同位素特征

茅口組灰巖原巖與同期海水相比，δ18O值和碳同位素均比偏低。δ13C值出現偏負特征，反映出茅口沉積后受強烈的淡水改造特征，并在茅口組頂部普遍形成一層鋁土質風化殼。δ18O值負偏可指示灰巖受到后期高溫熱液環境所致的同位素熱分餾效應的影響。由此推測灰巖原巖遭受后期表生巖溶和高溫熱液改造。

對巖溶系統中的半自形硅質細晶白云巖、他形鑲嵌狀細晶白云巖做δ18O、δ13C分析，結果表明，兩者的δ13C值均高于茅口組灰巖原巖。通常，蒸發相沉積環境中形成的高鹽度鹵水具有較高δ13C值，但研究區缺乏該類沉積環境，那造成δ13C值偏高的原因可能為熱液環境所具有的增溫效應所致。對于氧同位素而言，兩類白云巖表現出明顯的不同，他形鑲嵌狀細晶白云巖δ18O值和灰巖相似，部分樣品δ18O值較小，表明該類白云巖總體繼承了灰巖原巖的同位素特征，且受到熱液環境下的同位素熱分餾效應影響，導致部分圍巖和巖溶角礫在熱液作用下云化，形成他形鑲嵌狀細晶白云巖。與灰巖原巖相比，半自形硅質細晶白云巖的δ18O值較高，筆者認為，造成該類云巖δ18O值增高的原因可能是受到他源高δ18O流體混入，而殘余空隙較為發育的半自形硅質細晶白云巖受到該流體的改造更為顯著，這也證明了早期巖溶系統產物可成為后期成巖流體輸送運移的重要通道。

3.結論

綜上所述，茅口組白云巖的形成具有成巖作用復雜性、流體來源混合性，輸導通道多樣性的特征。茅口末期經歷了大氣淡水表生巖溶作用，而不同的巖溶產物為后期流體提供不一樣通道。疏松多孔洞的巖溶碳酸鹽砂云化受幔源和海源流體的影響，后期又受熱液和他源富含18O的流體改造，從而形成半自形—自形白云石。茅口組在淺埋藏下還原性逐漸增強，受龍潭期海源和熱液的的影響，部分熱量充足區域的灰巖原巖和角礫發生白云巖化，形成他形鑲嵌狀白云石，因熱液作用導致部分原巖致密化，較致密的他形鑲嵌狀細晶白云受流體疊合改造較弱，故形成了兩類地化特征不同的白云巖。

參考文獻：

[1]吳悅.四川盆地川中地區二疊系茅口組巖溶儲層特征研究[C].西安石油大學，2019.

[2]戴曉峰，馮周，王錦芳.川中茅口組巖溶儲層地球物理特征及勘探潛力[J].石油地球物理勘探，2017，176-185.

作者簡介：吳昌明，男，六盤水師范學院。

（作者信息：六盤水師范學院）