四川盆地東部寒武系洗象池組白云巖成因研究

郭艷波　任冠雄　葉朝陽　周遠志　秦啟榮

摘 要：白云巖地層對成巖環境具有較高的敏感性，使得其在長期沉積和埋藏的地質歷史時期極易受到各種成巖作用的改造，進而能形成良好的儲層。但是，白云巖問題至今都是困擾國內外學者的重要科學問題，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象，通過鉆井、野外露頭、巖心、薄片以及地球化學分析等資料和手段，探討白云巖的成因。通過研究區白云巖的稀土元素可以看出，其成巖流體來源主要為海水。研究區洗象池沉積期，受蒸發作用以及海平面頻繁變化的影響，孔隙水不斷向空中散發，同時海水又通過毛細管作用不斷補充到沉積物的顆粒之間，導致孔隙水鹽度增高，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，進而交代其他碳酸鹽巖礦物，形成白云巖。

關鍵詞：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：P581 文獻標識碼：A 文章編號：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氣流，具有良好的天然氣勘探潛力。勘探實踐與資料表明，四川盆地東部寒武系洗象池組儲層主要發育在白云巖中，白云巖為儲層形成奠定了重要的物質基礎。因此，利用鉆井、野外露頭、巖心、薄片等相關資料，結合碳、氧同位素等實驗分析手段，對四川盆地東部寒武系洗象池組白云巖的成因進行研究，為四川盆地東部寒武系洗象池組的進一步勘探開發提供依據。

1 區域地質概況

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，即四川省中東部和重慶市東北部。研究區由北東-南西向條形高陡背斜和開闊的丘陵平壩相間組成，縱向上發育3套構造層組合，各構造層構造特征存在顯著差異[1-2]。上構造層（侏羅系-中三疊統雷口坡組）褶皺變形表現為向斜地區陡，甚至直立倒轉，背斜核部剝蝕較為嚴重，保存條件較差。研究區寒武系洗象池組處于中構造層中（下三疊統-寒武系），構造層內斷層極為發育，構造復雜，圈閉規模小，志留系發育厚層泥頁巖為次級滑脫層，不同時期斷層發育具有明顯的分層性。下構造層（寒武系以下地層）變形相對較弱，構造穩定、具備大型隆起背景。構造形態相對簡單，斷層不發育。

2 巖石學特征

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出關系。微觀鏡下可見到微細藻紋層結構和膏鹽礦物鑄模孔的發育，表明該類型白云巖應是干旱氣候條件下早期白云巖化作用的產物[3]，如圖1（a）所示。

2.2 顆粒白云巖

研究區發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的特征。顆粒的含量一般為70%～80%。砂屑、礫屑形態不規則。鮞粒形態較為規則，多為次圓-圓狀。鮞粒結構較為清晰，大小一般為0.2～1.0 mm且相對均一，如圖1（b）所示。

2.3 晶粒白云巖

根據晶粒的大小，可將研究區晶粒白云巖劃分為粉晶白云巖、細晶白云巖、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-半自形白云巖構成，晶體間呈緊密的鑲嵌接觸，儲集性能差，分別如圖1（e）、圖1（f）所示。

3 白云巖成因分析

眾所周知，白云巖化作用的產生需要富含高Mg的流體，因此富含高Mg的流體來源就成為白云巖化作用的核心問題。根據前人的研究，白云巖化作用所需要的富含高Mg的流體來源主要有以下幾種[4-5]：海水;海水與殘留地層水的混合水;泥巖受到壓實作用產生的富鎂離子流體;熱液流體。綜合以上看來，白云巖化作用的流體來源相對復雜。

地球化學證據顯示，研究區洗象池組細晶白云巖、中晶白云巖和不等晶白云巖的δO值相較于同時期海水的δO值偏負（晚寒武世海水δO值為-10‰～-7‰），如圖2所示。根據PDB標準，四川盆地東部寒武系洗象池組白云巖δC值和δO值數據見表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，流體來源應為熱液流體[6]。但深部熱液的流體通常會通過深部大型斷裂發生運移，進而對周圍的巖石和礦物產生白云巖化作用，而研究區內未有大型的深部斷裂形成。此外，研究區并未有熱液白云巖、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育[7-8]。因此，研究區的白云巖化作用的流體來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，是由白云巖在埋藏過程中面臨的重結晶作用和其他成巖作用的再平衡作用而導致的[9-10]。

根據上文的分析，四川盆地寒武系洗象池組白云巖化作用的流體來源為海水。四川盆地寒武系洗象池組沉積環境為局限臺地，可見到大量暴露蒸發的環境標志，如干裂構造、鳥眼孔構造以及膏鹽巖等。因此，研究區洗象池組白云巖應解釋為早期蒸發泵和滲透回流白云巖化作用，研究區白云巖的特點也證實了此種解釋。研究區的白云巖多呈厚層狀分布，絕大部分為細小的泥-粉晶白云巖，細-中晶白云巖發育較少，細-中晶白云巖多是后期經歷了重結晶作用而形成。研究區洗象池沉積期，受蒸發作用和海平面頻繁變化的影響，孔隙水不斷向空中散發，同時海水又通過毛細管作用不斷補充到沉積物的顆粒之間，導致孔隙水鹽度增高，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密度較大，當高鎂粒間水對表層沉積物的白云巖化基本完成時，就會向下回流滲透，與下部的碳酸鈣沉積物相接觸，發生白云巖化作用，進而形成白云巖，如圖3所示。

4 結論

①四川盆地東部寒武系洗象池組主要發育具有原巖結構的泥晶白云巖和顆粒白云巖以及原巖結構無法識別的晶粒白云巖。

②四川盆地東部寒武系洗象池組白云巖的成巖流體來源為海水。部分白云巖的δO值具有熱液流體來源的表現，這是由于白云巖在埋藏過程中受到了重結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該解釋為早期蒸發泵和滲透回流白云巖化作用。研究區洗象池沉積期，受蒸發作用和海平面頻繁變化的影響，形成高鎂粒間水，進而交代其他碳酸鹽巖礦物，形成白云巖。

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