沉積相帶控制下的白云巖成因模式及判別特征

鄒佐元， 向 芳,2*， 沈 昕， 康東雅

(1.成都理工大學沉積地質研究院，成都 610059；2.成都理工大學油氣藏地質及開發工程國家重點實驗室，成都 610059)

灰巖發生白云石化作用后，由于方解石向白云石轉變過程中的減體積效應，增加了巖石中的儲集空間，利于白云巖成為良好的油氣儲層，歷來成為人們研究的重點和熱點。近年來，隨著四川盆地、塔里木盆地和鄂爾多斯盆地及其他地區油氣資源的勘探與開發取得了重大突破，白云巖的地位顯得越發重要與突出。前人通過對白云巖的巖石學特征和沉積地球化學特征(包括主量元素和微量元素，稀土元素，C、O穩定同位素，有序度，陰極發光，包裹體均一溫度與鹽度)等方面的研究提出了白云巖的成因模式和分析了白云巖縱向和橫向上的分布規律，對油氣資源進行儲量預測和后續的勘探開發奠定了重要的理論基礎。

白云巖成因具有多種模式，包括蒸發泵模式、滲透回流模式、混合水模式、埋藏模式、熱液模式、微生物白云石化模式等。前人對白云巖成因模式的研究主要集中在Mg2+來源、白云石化流體運移機制及其適用性等方面[1- 6]，而對白云巖成因模式與沉積相帶之間的關系總結研究甚少。研究發現不同白云巖成因模式可適用于不同的沉積相。前人探究某區域油氣分布規律時，主要是在地質背景的基礎上通過白云巖巖石學特征及地球化學特征進行分析來確定白云巖成因模式，但很少較為全面地針對沉積相帶與白云巖成因模式關系進行分析。研究表明，熱液模式與區域構造運動[7-9]、火山運動[10-12]和變質作用[13]有關，與沉積相相關度較小；混合水模式仍然具有爭論性，受到較多的質疑[6，14-15]；蒸發泵模式、滲透回流模式、埋藏模式及微生物模式的概念和形成機理經過前人不斷地總結和完善，已經取得了較為統一的認可。因此，主要對蒸發泵模式、滲透回流模式、埋藏模式和微生物模式這4種白云巖成因模式形成的沉積相帶及其判別特征進行綜述。

1 白云巖成因模式與沉積相帶的關系

1.1 蒸發泵模式

蒸發泵模式適用于白云石化作用深度小于500 m的強烈蒸發環境[4-5]。該模式下的白云巖可發育于海岸帶蒸發潮坪的潮間-潮上帶和瀉湖環境[16-19]，但以潮坪環境較為普遍。由于強烈持續的蒸發作用，海水通過毛細血管作用而上升至潮坪和瀉湖并不斷濃縮，形成高鹽度的富鎂鹵水并交代潮坪、瀉湖中的文石泥和泥晶高鎂方解石，最終形成白云巖，模式示意圖(圖1)[16，19-22]。

圖1 蒸發泵模式白云巖巖石學特征及模式示意圖[16，19-22]Fig.1 Petrological characteristics and schematic diagram of evaporative pump model dolomite[16，19-22]

1.1.1 潮坪相帶中的白云巖巖石學特征

蒸發泵模式適用于海岸帶蒸發潮坪的潮上帶和潮間帶環境，常年暴露，在蒸發環境下所產生的白云石十分細小，以泥晶及微晶為主，部分為粉晶，如波斯灣南部和西部邊緣的潮坪環境[23]、川東-渝北地區黃龍組等[24-27]；四川盆地東北部飛仙關組、長興組等[28-31]；鄂爾多斯盆地蘇東地區馬家溝組等[20，32]；渤海灣盆地南堡凹陷中-下寒武統饅頭組-毛莊組等[33]；塔里木盆地沙依里克組與阿瓦塔格組等[16，21，34-36]。潮坪環境形成的巖石中大都含有藻類、黏土、石膏。巖石由于在蒸發環境下常年暴露，所以巖石顏色可為紅褐色、褐灰色、黃白色等。結構大小較為均一，自形程度相對較低，多為半自形-他形。孔隙不發育，因此巖石相對致密。白云石多呈粒狀鑲嵌結構，晶間泥質含量高，晶間還充填有有機質和方解石等雜質。少見生物擾動構造，同時也少見生物化石。此類巖石往往還保存著較多的原始沉積結構和構造特征，如紋層構造[圖1(b)]，此外還可見蒸發作用導致的鳥眼[圖1(c)]、縫合線、泥裂[圖1(d)]等潮坪環境下形成的經典蒸發暴露構造。白云石常與石膏、硬石膏假晶共生，晶體為針狀、板狀等，鏡下可見硬石膏由于溶蝕作用被溶解形成的膏?？譡圖1(e)]。由石膏形成的膏巖與白云巖整體上的關系來看：縱向上，膏巖由下以斑塊狀或結核狀分布于白云巖中，至上逐漸增多連接成與白云巖互層的薄層；橫向上，膏巖與白云巖呈相變或過渡關系。

1.1.2 瀉湖相帶中的白云巖巖石學特征

蒸發泵模式在瀉湖環境下與在潮坪環境下形成的白云石結構大致相同，白云石晶粒同樣相對較細，以泥-微晶為主，但少見粉晶結構，如塔里木盆地下古生界巴楚-英買力地區[16]、扎格羅斯盆地下白堊統Qamchuqa組[17]、鄂爾多斯盆地馬家溝組[19]、四川盆地東北部地區飛仙關組和長興組等[22，30]。自形程度主要為他形，部分相對較好，可為半自形。巖石顏色以灰色、深灰色為主，同樣少見生物，孔隙不發育。構造以水平或變形紋層[圖1(f)]為主，泥質含量少。水體較深的瀉湖環境中，石膏、石鹽在干熱的氣候環境下由于瀉湖高鹽度水體的蒸發而不斷發生沉淀，并且與白云石化作用交替進行，導致白云巖與膏巖、鹽巖共生[圖1(g)]。雖然瀉湖環境與潮坪環境同樣都有膏巖的產生，但瀉湖環境中的膏巖較厚，常呈較厚的層狀或較大的透鏡體狀；共生的鹽巖厚度常可達數十米甚至上百米，且瀉湖環境下形成的白云巖中沒有暴露蒸發環境產生的鳥眼、干裂等構造。

1.2 滲透回流模式

潮坪和瀉湖蒸發濃縮的咸化海水密度較大，一部分在潮坪、瀉湖表層發生發生白云石化作用形成蒸發泵模式白云巖，一部分在重力的作用下向下伏的地層回流滲透而發生白云石化作用形成滲透回流模式白云巖，因此滲透回流模式是蒸發泵模式的延伸與演變[1，3，37]。滲透回流模式同樣發生于潮坪和相對封閉的瀉湖[圖2(a)]，但白云石化作用深度較蒸發泵模式更深，深度一般小于700 m[4-5]。另外該模式還適用于開闊臺地淺灘環境[38- 40],如圖3(a)、圖3(b)所示。從圖3(a)和圖3(b)可以看出，①、②為海平面上升之前形成的沉積地層，③為當海平面上升，形成以懸浮灰泥沉積為主的水體較深的開闊臺地淺灘，當海平面下降，生物在陽光及營養充足的條件下大量繁殖，原開闊臺地淺灘形成富含生屑及生物潛穴的灰泥。當海平面再次下降，并經過埋藏成巖改造，淺埋藏環境沉積區形成潮坪并發生蒸發泵白云石化作用，剩余的濃縮海水在重力的作用下繼續滲透回流至開闊臺地淺灘上部環境并發生白云石化作用，從下至上依次形成開闊臺地淺灘滲透回流模式白云巖沉積地層[圖3(b)中④]和潮坪蒸發泵模式白云巖沉積地層[圖3(b)中⑤]。

圖2 滲透回流模式中潮坪和瀉湖中白云巖巖石學特征及模式示意圖[33-34,36,41]Fig.2 Petrological characteristics and schematic diagrams of dolomite in tidal flat and lagoon seepage reflux model[33-34,36,41]

圖3 滲透回流模式開闊臺地淺灘相白云巖巖石學特征及模式示意圖[38,40]Fig.3 Petrological characteristics and schematic diagram of dolomite in open platform shoal facies seepage reflux model[38,40]

1.2.1 潮坪相帶中的白云巖巖石學特征

滲透回流模式和蒸發泵模式雖然同樣都發生于潮坪環境，但滲透回流模式的深度較深，大多處于潮間帶下部-潮下帶環境，白云石化作用略微加強，結晶程度高，該沉積相下產生的白云石晶體晶粒較大，以粉晶為主，部分為泥晶或者細晶，如德國Zechstein盆地的潮坪環境[42]、四川盆地嘉陵江組二段[43]和四川盆地東部寒武系龍王廟組等[41]；鄂爾多斯盆地蘇格里氣田奧陶系馬家溝組等[44]；渤海灣盆地南堡凹陷中-下寒武統饅頭組-毛莊組等[33]。晶體的自形程度偏低，呈自形-半自形粉晶結構[圖2(b)]，白云巖中含大量石膏，孔隙度不高，原生孔隙可被硬石膏填充，孔隙類型為殘余粒間孔、晶間孔、晶間溶孔、鑄?？椎萚圖2(c)]。白云石化作用進行不徹底，常保留原巖結構[圖2(d)]。在白云巖和膏巖的關系方面與蒸發泵模式具有相似性，即在縱向上與膏巖互層，橫向上與膏巖相變。

1.2.2 瀉湖相帶中的白云巖巖石學特征

滲透回流模式在瀉湖環境下使原石灰巖發生白云石化，形成的白云石以粉晶及細晶為主，如西得克薩斯地區二疊紀瀉湖[45]；塔里木盆地寒武系玉爾吐絲組-阿瓦塔格組等[21，34-36]；華北臺地中北部寒武-奧陶系等[46]；四川盆地雷口坡組等[21，47- 49]。自形程度較潮坪環境下的白云石偏好，為自形-半自形。巖石顏色為深灰色、灰色。白云石晶體致密，晶間孔隙不發育，常見石膏、石鹽等蒸發鹽類礦物充填晶間微孔隙[圖2(e)]，但不充填鑄?？?。保留有部分原生結構，如顆粒結構、藻紋層結構等[圖2(f)]，同時也保留了部分被石膏充填的原生粒間孔及藻格架孔[圖2(g)]。

1.2.3 開闊臺地淺灘相帶中的白云巖巖石學特征

滲透回流模式在開闊臺地淺灘形成的白云石主要為粉晶及細晶，但總體上比前兩者的白云石晶粒粗，還可見部分白云石為中晶，如鄂爾多斯盆地馬家溝組五5亞段[38-39]；塔里木盆地西北緣通古孜布隆剖面下奧陶統蓬萊壩組[40]等。白云石自形程度較高，主要為半自形-自形結構，發育霧心亮邊結構和少量環帶狀結構[圖3(c)～圖3(e)]。在該模式下可形成灰斑白云巖和白云斑灰巖，灰斑白云巖是由于殘余灰質呈斑狀分布而形成；白云斑灰巖基質常呈灰色或者深灰色并具生物鉆孔特征[圖3(f)～圖3(g)]，灰巖基質中常見介形蟲、三葉蟲、棘皮類等生物化石碎片和碎屑[圖3(h)]。從一個沉積旋回中來看，高濃縮海水向下逐漸減少，因此，白云斑灰巖位于最下部，向上白云石粒徑逐漸增大，白云斑逐漸增加相互連接甚至連接成片，最后轉變為灰斑白云巖。

1.3 埋藏模式

埋藏模式所處深度大，白云石化作用深度一般在2 000～3 000 m，甚至更深[4-5]，隨著深度的增加，形成了高溫高壓的還原環境，壓實作用和重結晶作用加強，白云石晶體晶粒加粗。埋藏模式白云巖可形成于臺內灘和臺地邊緣(包括臺地邊緣淺灘和臺地邊緣生物礁),如圖4(a)所示，兩者具有一個的共同特點：灰巖層具有高孔隙性和高滲透性，因此有利于富鎂流體在孔隙性和滲透性高的臺地邊緣和臺內灘內流動和進行白云石化。

圖4 埋藏模式白云巖巖石學特征及模式示意圖[20，26，34，50]Fig.4 Petrological characteristics and schematic diagram of burial model dolomite[20，26，34，50]

埋藏模式可適用四川盆地東部石炭系黃龍組等[26，47]和四川盆地中部長興組等[50]；鄂爾多斯盆地蘇東地區馬家溝組等[20]；塔里木盆地丘里塔格組和蓬萊壩組等[21，34-35，51]。灘相原巖為顆?；規r，隨著埋藏深度的加深和白云石化作用的持續加強，白云石結晶程度逐漸提高，白云石的分布狀況由選擇性交代顆?；規r或沿縫合線零星分布于灰巖中的晶體較細的白云石逐漸富集，結晶體逐漸加粗，最終呈現為連續層狀分布[圖4(b)、圖4(c)]。白云石的接觸關系也隨著埋藏深度逐漸變得緊密，由不接觸或點-線接觸轉變為鑲嵌接觸。重結晶作用明顯，整體上，形成的白云石晶粒粗大，以粉-中晶為主[圖4(d)]，最粗的白云石可達粗晶。晶形以半自形-自行為主，常與反映還原環境的黃鐵礦共生，具有環帶狀次生加大邊和霧心亮邊結構。孔隙類型主要為晶間孔和晶間溶孔[圖4(e)]。隨著白云石晶粒逐漸增大，白云巖中的殘余結構逐漸減少[圖4(f)]，反映白云石化作用逐漸加強。部分可見霧心亮邊結構，較純的白云石中孔隙類型主要為晶間孔，常被淡水方解石或瀝青充填[圖4(g)]，局部發育溶蝕孔縫。

1.4 微生物模式

圖5 微生物模式示意圖[53]Fig.5 Diagram of microbial model[53]

1997年，Vasconcelos等[52]提出微生物白云石化模式時表明在瀉湖或鹽湖環境下可以沉淀出白云石如圖5所示。瀉湖或鹽湖湖底富含有機質黑色淤泥，蒸發作用使缺氧的瀉湖或鹽湖水體鹽度升高，同時提升了硫酸鹽和Mg含量，并以鎂方解石或者鈣白云石沉淀下來，黑色淤泥中的微生物活動使這些碳酸鹽巖沉淀并埋藏[53]。近年來，隨著微生物白云石化模式研究的不斷發展，有學者認為潮坪環境下也能沉淀出微生物白云石[54- 60]。此外，微生物模式與潮坪、瀉湖沉積相帶中的蒸發泵模式、滲透回流模式常常相伴生[6，16-17，61]。促進白云石沉淀的微生物主要有細菌(尤其是藍細菌)、真菌、小型藻菌和原生生物等[62]。

潮坪環境和瀉湖環境均可形成微生物白云石，潮坪環境如意大利南部北Calabria上三疊統Dolomia Principale組[55]、塔里木盆地奇格布拉克組、肖爾布拉克組、沙依里克組、阿瓦塔格組等[63- 69]；四川盆地燈影組和雷口坡組等[70-74]；瀉湖或鹽湖環境如巴西Lagoa Vermelha海岸瀉湖[52]、新疆烏魯木齊地區蘆草溝組[75-76]；內蒙古吉布胡郎圖諾爾鹽湖[77]。微生物模式可形成鏡下易于識別的疊層石白云巖、凝塊石白云巖、枝狀石白云巖、泡沫綿層白云巖、核形石白云巖、球粒白云巖等特殊的微生物白云巖，此外還可以通過掃描電鏡觀察到球狀、啞鈴狀、半球狀或者花椰菜狀白云石顆粒。

2 白云巖成因模式的巖石學特征對比

不同的白云巖成因模式可發生在相同或不同的沉積相帶，所形成的白云石和白云巖也相應的具有相同和不同的巖石粒度大小(表1)。蒸發泵模式、滲透回流模式、埋藏模式的白云石化作用發生的沉積相所在相對深度逐漸加深，溫度和壓力也逐漸增加，最后形成高溫高壓的還原環境，形成的白云石從整體上來看最明顯的特征是：晶體晶粒逐漸加大，由泥-微晶逐漸變成細-中晶，甚至是粗晶，自形程度由低變高，由他形變成自形。

表1 不同模式下白云石粒度特征Table 1 Particle size characteristics of dolomite in different models

注：√表示不同白云巖成因模式在不同沉積相帶控制下可形成的白云石粒度。

蒸發泵模式雖然都以半自形-他形的泥-微晶為主，并形成少量粉晶，但是潮坪環境和瀉湖環境兩者之間還是有較大的區別。潮坪環境常受潮汐作用和蒸發作用影響，因此形成的白云巖常具有鳥眼、干裂、藻跡等淺水暴露構造，瀉湖環境則無。潮坪和瀉湖環境都與膏巖共生，但是與潮坪共生的石膏在縱向上由下至上逐漸增多、白云巖逐漸減少，中部的石膏以斑塊狀或結核狀石膏為主，上部以薄層狀為主；與瀉湖共生的石膏較厚，在縱向上主要以層狀或者較大的透鏡體產出，白云巖以薄層狀產出。

滲透回流模式是蒸發泵模式的延伸與演變，雖同樣在潮坪和瀉湖環境下可形成白云石，但是由于白云石化作用深度不同，滲透回流模式在此兩者的環境下形成的白云石晶體晶粒較大，可達細晶，潮坪環境下只能形成少量泥晶白云石。此外，該模式下的白云巖常保留原巖結構，具有霧心亮邊結構，蒸發泵模式下的白云巖則不具備該特征。在開闊臺地淺灘環境下形成的白云石晶體晶粒較粗，呈斑狀分布的白云石可形成白云斑灰巖，連片甚至相互聯通的白云石可形成灰斑白云巖，兩者具有明顯的生物鉆孔特征，灰巖基質中還可見生物化石的碎片和碎屑。可利用以上特點將滲透回流模式發生的潮坪、瀉湖、開闊臺地淺灘這三個沉積相兩兩區分。

埋藏模式發育于臺地邊緣，白云石化作用深度大，重結晶現象明顯，所形成的白云石晶體晶粒大，可達粗晶，多數具霧心亮邊結構和環帶狀次生加大邊，伴生有反映還原環境的黃鐵礦。在孔隙方面除了發育晶間溶孔和晶間孔，還發育由于進入埋藏環境而發生壓溶作用所產生的溶蝕縫洞。

微生物模式可適用于潮坪和瀉湖或鹽湖環境，形成的微生物白云巖形態特殊，在鏡下易于識別其結構特征。此外，通過掃描電鏡還可觀察到球狀、啞鈴狀、半球狀或者花椰菜狀白云石顆粒。

3 白云巖成因模式的地球化學特征對比

通過巖石學特征可以區別相同模式下的不同沉積相帶，而沉積地球化學特征可區別相同沉積相帶下所對應的不同白云巖成因模式。因此，可利用有序度和Mg/Ca、主量元素、微量元素、陰極發光及C、O同位素來加以區分。由于微生物白云巖其沉積巖石學特征明顯區別于其他模式白云巖，因此不對微生物模式白云巖沉積地球化學特征加以討論。

3.1 有序度和Mg/Ca

蒸發泵模式與滲透回流模式兩者的沉積環境相似，均適用于潮坪和瀉湖環境，白云石化作用進行得快而不徹底，形成的巖石顆粒細小，兩者成巖流體具有一致性，因此均具有較低的有序度和Mg/Ca，滲透回流模式的有序度和Mg/Ca與蒸發泵模式的有序度和Mg/Ca相比相近或略高。埋藏模式的深度遠大于蒸發泵模式和滲透回流模式，因此有序度和Mg/Ca高，例如四川盆地東部黃龍組，如表2所示。和四川盆地東北部飛仙關組，如表3所示。蒸發泵模式形成的泥-微晶白云石的有序度和Mg/Ca較低，表明地表或近地表干熱的蒸發環境下白云石化快而不徹底，埋藏模式下形成的粉-細晶白云石比蒸發泵模式形成的白云石的有序度和Mg/Ca高，表明高溫高壓的埋藏環境白云石化慢而徹底。

表2 四川盆地東部黃龍組白云巖有序度和Mg/Ca[26]Table 2 Dolomite order degree and Mg/Ca of Huanglong Formation in Eastern Sichuan Basin[26]

表3 四川盆地東北部飛仙關組白云巖有序度和Mg/Ca[28]Table 3 Dolomite order degree and Mg/Ca of Feixianguan Formation in Northeast Sichuan Basin[28]

3.2 主量元素

白云巖MgO-CaO交會圖版，主要用來解釋白云巖的成因及交代程度。白云石直接沉淀形成，則MgO-CaO線性正相關；白云石由交代或重結晶作用形成，則MgO-CaO線性負相關。從塔里木盆地寒武-奧陶系白云巖儲層(圖6)可以看出，蒸發泵模式白云巖在 MgO-CaO關系圖上線性正相關，反映白云巖是沉積成因。滲透回流模式白云巖在MgO-CaO關系圖上線性負相關，反映白云巖是交代成因。埋藏模式白云巖在MgO-CaO關系圖上線性負相關，反映白云石是交代或重結晶成因。

圖6 塔里木盆地寒武-奧陶系白云巖儲層MgO-CaO交會圖[21]Fig.6 MgO-CaO cross-plot of Cambrian-Ordovician dolomite reservoir in Tarim Basin[21]

3.3 微量元素

用于解釋白云石成因模式的微量元素主要包括Fe、Mn、Sr、Na 等。海水富含Sr、Na，所以在地表或近地表的環境下隨著海水的蒸發作用加強，蒸發泵模式和滲透回流模式在高鹽度環境下形成的白云石Sr、Na含量高，由于蒸發泵模式和滲透回流模式發生白云石化作用的深度相差不大，因此Sr、Na含量相近；海水中Fe、Mn 含量很低，因為在埋藏條件下的高溫高壓還原環境才能以Fe2+與Mg2+的形式進入白云石晶格。所以，埋藏環境下的白云石中Fe、Mn 含量高，并隨著成巖作用強度的增加，含量也呈現增加趨勢，而地表或近地表環境下Fe、Mn 含量低[51，78]。

如鄂爾多斯盆地蘇東地區馬家溝組五段5亞段(表4)。蒸發泵模式下形成的白云巖Sr、Na的含量一般比埋藏模式下形成的白云巖Sr、Na的含量高，而埋藏模式下形成的白云巖的Fe、Mn 含量一般比蒸發泵模式下形成的白云巖的Fe、Mn 含量高。

3.4 陰極發光

陰極發光強弱、顏色等特征與和Fe、Mn元素的含量以及比例關系密切，而Fe、Mn元素的含量及比例與沉積相有關。Fe、Mn元素二者之一含量較少時不利于白云石的陰極發光，雖然Fe是白云石陰極發光的猝滅劑，Mn是白云石陰極發光的激活劑，但二者缺一不可[28]。潮坪、瀉湖等近地表條件下發生白云石化時,Fe、Mn處于氧化環境為高價狀態,高價的Fe和Mn不能進入白云石晶格中,陰極射線下白云石不發光或發弱光，埋藏條件下的還原環境中，Fe、Mn處于低價狀態，可以進入白云石晶格中，陰極射線下白云石發光明顯[79]，如圖7所示。

表4 鄂爾多斯盆地蘇東地區馬家溝組五段5亞段白云巖微量元素[20]Table 4 Trace elements in dolomite of the 5th member and 5th submember of Majiagou Formation in the Sudong area, Ordos Basin[20]

圖7 不同模式白云石陰極發光特征圖[34，36，40]Fig.7 Characteristic charts of dolomite cathode luminescence in different models[34，36，40]

蒸發泵模式下形成的白云石在陰極射線下整體基本不發光或發暗褐色的弱光[圖7(a)]，這是因為在地表或近地表的蒸發環境中Sr、Na元素含量高，而Fe、Mn元素含量低。

滲透回流模式與蒸發泵模式的沉積相具有相似性，雖然埋藏深度更大，但仍然屬于地表或近地表環境，因此形成的白云石在陰極射線下發光比蒸發泵模式的白云石發光略強，少數不發光，多數發暗褐色光[圖7(b)]。

埋藏模式下形成的白云石在陰極射線發暗紅色-亮紅色光，在交代粒屑結構的白云石中，保存了較好的顆粒形態，陰極發光為明顯的亮紅色光，反映原巖為顆?；規r，此外在白云石邊部可見薄且具有較強的環帶狀陰極發光環邊[圖7(c)]，反映了交代作用的存在。

3.5 C、O同位素

白云石的C、O同位素主要受鹽度和溫度的影響，其中δ13C受溫度影響小，受沉積期流體鹽度的影響大，當強烈的海水蒸發作用導致海水鹽度增加時，δ13C相偏正的方向遷移；δ18O受溫度和鹽度的影響大，當強烈的海水蒸發作用導致海水鹽度增加時向偏正的方向遷移，受淡水稀釋和埋深環境的高溫影響時向偏負的方向遷移。其中δ13C偏移范圍小，δ18O偏移的范圍大，如塔里木盆地寒武-奧陶系(圖8)和川南地區震旦系燈影組(圖9)，川南地區震旦系燈影組中，微晶白云石為蒸發泵模式下形成，粉-細晶白云石為滲透回流模式下形成，細晶、中-粗晶白云石為埋藏模式下形成。

圖8 塔里木盆地寒武-奧陶系白云石δ18O、δ13C變化圖[35]Fig.8 Variation map of dolomite δ18O and δ13C in Cambrian-Ordovician in Tarim Basin[35]

圖9 川南地區震旦系燈影組δ18O、δ13C變化圖[80]Fig.9 Variation map of Sinian Dengying Formation δ18O and δ13C in southern Sichuan Basin[80]

蒸發泵模式白云石是在地表或近地表潮坪、瀉湖環境海水強烈蒸發濃縮條件下形成，白云石化過程中沒有淡水的加入，所以δ18O和δ13C偏正。塔里木盆地白云石δ18O變化范圍為-4‰～-7‰，δ13C值變化范圍為-2‰～2‰，整體向正方向偏移。川南地區燈影組白云石δ18O為-1.29‰～-4.52‰，δ13C為1.95‰～7.82‰，整體向正方向偏移。塔里木盆地的蒸發泵模式白云石的δ18O和δ13C比滲透回流模式白云石的偏負，這可能是由于采集的樣品緊鄰潛山面并在埋藏過程中受到溫度、大氣淡水等因素影響，但總體上的特征基本不變。

滲透回流模式也形成于潮坪、瀉湖環境，所以δ18O和δ13C較為偏正。塔里木地區白云石δ18O變化范圍為0～7‰，δ13C變化范圍為0～4‰，整體向正方向偏移。川南地區燈影組白云石δ18O相對較低，為-4.94‰～-8.51‰；δ13C值為0.83‰～5.36‰，整體向正方向偏移。與蒸發泵模式白云石相比，在白云石形成過程中，滲透回流模式適用深度較深，導致溫度比蒸發泵模式適用深度的溫度略高，因此此類白云石的δ18O、δ13C較蒸發泵模式白云石的δ18O、δ13C偏負。

埋藏模式適用于臺地邊緣和臺內灘，當無外來流體侵入時δ13C較為偏負，當有淡水混入時，δ13C偏負程度較大，但整體上來看要比蒸發泵模式和滲透回流模式偏負。δ18O受溫度變化明顯，在深埋藏環境下，δ18O明顯偏負[50]。塔里木盆地白云石δ18O偏負，為-4‰～-10‰，δ13C為-3‰～2‰，整體向負方向偏移。川南地區燈影組白云石細晶白云石δ18O為-10.17‰～-11.95‰；δ13C為0.45‰～4.43‰。中-粗晶白云 石δ18O為-8.95‰～-13.32‰；δ13C為1.61‰～4.96‰ 隨著埋藏深度增加，白云石晶粒也逐漸變粗，δ18O、δ13C整體向負方向偏移。與前兩種模式相比，埋藏模式白云石形成深度明顯加深，在高溫高壓的還條件下，形成顆粒也逐漸加粗，δ18O、δ13C明顯偏負。

4 結論

得出不同沉積相帶控制下的白云巖成因模式及判別特征如下。

(1)蒸發泵模式可發育于潮坪和瀉湖環境，以潮坪環境較為常見。白云石以半自形-他形的泥-微晶為主，并形成少量粉晶，潮坪環境形成的白云巖常具有鳥眼、干裂、藻跡等淺水暴露構造，瀉湖環境則無；兩種環境下的白云巖與膏巖共生的產狀不同，與潮坪共生的石膏在縱向上由下至上逐漸增多、白云巖逐漸減少，與瀉湖共生的石膏較厚，在縱向上主要以層狀或者較大的透鏡體產出。

(2)滲透回流模式是蒸發泵模式的延伸與演變，可發育于潮坪、瀉湖環境和開闊臺地淺灘。潮坪和瀉湖環境的白云石晶體晶粒較蒸發泵模式的大，可達細晶，常保留原巖結構；開闊臺地淺灘環境下形成的白云石具有明顯的生物鉆孔特征，灰巖基質中還可見生物化石的碎片和碎屑。

(3)埋藏模式以發生白云石化作用的深度明顯區別于其他模式，發育于臺地邊緣和發臺內灘，大多伴生反映還原環境的黃鐵礦，重結晶現象明顯，所形成的白云石晶體晶粒大，具有壓溶作用產生的溶蝕孔縫。臺地邊緣的白云石晶體晶粒不等，以粉晶、細晶及中晶為主，臺內灘形成的白云石晶體晶粒主要為細晶、中晶及粗晶。

(4)微生物模式與蒸發泵模式和滲透回流模式時常相伴生，同樣發育于潮坪和瀉湖環境，形成疊層石白云巖類、凝塊石白云巖類、泡沫綿層白云巖類、枝狀石白云巖類、核形石白云巖和球狀白云巖等微生物白云巖，形態特征明顯區別于前三者白云石的特征。

(5)蒸發泵模式到埋藏模式埋藏深度逐漸加深，結晶速率逐漸減慢，白云石化程度逐漸徹底，各模式有序度和Mg/Ca逐漸增加；蒸發泵模式白云石為沉積成因，MgO-CaO線性正相關，滲透回流模式和埋藏模式白云巖為交代和重結晶成因，MgO-CaO線性負相關；蒸發泵模式和滲透回流模式白云巖為蒸發環境海水濃縮沉積形成，富含Na、Sr元素，缺乏Fe、Mn微量元素，埋藏模式則相反；蒸發泵模式白云巖到埋藏模式白云巖在陰極射線下，由不發光或發弱光轉變為發亮光且具有環帶狀亮邊，蒸發泵模式和滲透回流模式白云巖δ18O、δ13C偏正，埋藏模式白云巖δ18O、δ13C明顯偏負。