川东北元坝地区长兴组生物礁白云岩成因机理

徐守成，李国蓉,张小青，吴亚军，景小燕，刘远洋

(1.中国石化 西南油气分公司 勘探开发研究院，四川 成都 610041；2.成都理工大学，油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川 成都 610059)

川东北元坝地区长兴组生物礁白云岩成因机理

徐守成1，李国蓉2,张小青1，吴亚军1，景小燕1，刘远洋1

(1.中国石化 西南油气分公司 勘探开发研究院，四川 成都 610041；2.成都理工大学，油气藏地质及开发工程国家重点实验室,四川 成都 610059)

上二叠统长兴组白云岩为川东北元坝气田生物礁气藏主要储层岩石类型。长兴组生物礁白云岩储层形成主要由白云石化作用和溶蚀作用影响控制。为了揭示生物礁白云岩成因机理，通过长兴组岩心观察、白云岩岩相学特征分析与地球化学特征分析多方法结合,对白云岩的不同白云石类型及特征进行了深入研究，明确了白云岩储层的白云石化作用类型和期次。长兴组生物礁白云岩储层白云石化类型可划分为4类，主要为同生期高盐度条件蒸发白云石化作用及回流渗透白云石化作用、浅埋藏白云石化作用、早成岩期热液白云石化作用，这3期白云化作用控制了元坝地区长兴组生物礁白云岩储层质量和分布。

白云石化作用；成因机理；生物礁白云岩；长兴组；元坝地区;四川盆地

川东北元坝地区长兴组台缘生物礁勘探开发取得了重大突破，提交天然气探明储量1 943.1×108m3，对元坝气田全面评价与产能建设，并建成了国内首个超深生物礁大气田。对于本地区长兴组气藏白云岩储层成因机制，存在不同的认识，主要涉及白云石化作用和溶蚀作用两个方面。在白云石化成因研究方面，国内一些学者提出了一系列不同的白云石化模式。如蒸发白云石化和卤水渗透回流白云石化[1]、混合水白云石化、埋藏白云石化[2]等和正常海水白云石化模式[3]，这些前期研究成果极大地促进了对元坝地区白云岩成因机理的认识，但是也存在一些异议。随着元坝地区长兴组气藏开发的全面展开，需要对生物礁白云岩的白云石化成因期次及模式进行深入总结归纳，以便为长兴组气藏的高效开发提供地质理论和实际指导。

本文充分利用元坝地区长兴组生物礁带上15口钻井的岩心和岩屑资料，利用白云岩岩相学特征与地球化学特征分析，对区内长兴组白云岩的白云石类型及特征进行了深入研究，进一步明确了长兴组生物礁白云岩的白云石化作用类型和期次，探讨了生物礁白云岩成因机理，尤其首次发现并提出本地区的早成岩期热液白云石化作用，是对元坝地区长兴组白云岩成因类型的重要补充。

1 地质背景

元坝气田构造位置位于四川盆地川北坳陷与川中低缓构造带结合部，西北与九龙山背斜构造带相接，东北与通南巴构造带相邻，南部与川中低缓构造带相连。整体具有埋藏超深、构造较平缓、断裂欠发育的特征(图1)。

晚二叠世长兴期，元坝地区位于上扬子地台，上扬子地台处于古特斯洋东缘，具有发育生物礁的优越古地理环境。目前，二叠系长兴组生物礁主要分布于川东北开江-梁平海槽西缘，普光地区位于其东缘。长兴早期为缓坡型碳酸盐台地沉积，晚期为台地边缘生物礁滩沉积，在开阔台地内发育点礁和台内滩沉积，有利沉积相为台缘生物礁相，呈条带状分布于北部地区。礁相储层发育于礁顶(盖)和礁后，礁前相对较差[4]。储层整体表现为“纵向不同类型储层不等厚互层、横向连通性差、平面厚度变化大”的强非均质性特点[5]。

2 生物礁白云岩岩相学特征

储层岩石类型有(溶孔)残余生屑晶粒白云岩、(溶孔)晶粒白云岩、(溶孔)藻粘结微粉晶白云岩、生物礁白云岩、灰质白云岩。储层储集空间类型主要为晶间孔和晶间溶孔，其次为不规则溶孔及溶洞，少量粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔、微裂缝。储层总体属于低孔、中低渗储层，平均孔隙度为4.87%，平均渗透率0.51×10-3μm2。具有中排驱压力和孔喉分选差的特征，孔喉组合主要为中孔细喉型，残余生屑白云岩和晶粒白云岩孔隙结构好。

白云石化作用是元坝长兴组储层形成的基础，不同白云石化作用类型的表现形式就是不同的白云石类型，通过对不同白云石类型特征分析，认为区内长兴组除了发育同生期高盐度条件下的微晶白云石、粉-细晶白云石，浅埋藏成因的粉-细晶自形白云石外，还存在一期早成岩期热液白云石化作用形成的白云石，该期热液白云石分为3种形式，分别是粉-细晶脏白云石、中粗晶脏白云石和鞍状白云石。

图1 川东北元坝地区构造位置Fig.1 Structural location of Yuanba area,northeastern Sichuan Basin

2.1 微晶白云石

白云石晶体细小，表面脏，结构较为均一，局部可见盐膏假晶形态，晶间孔不发育，岩石相对致密；可见岩石整体由微晶白云石组成构成微晶云岩、藻粘结云岩、颗粒云岩，也可见微晶白云石在岩石中呈斑状富集形成微晶白云石条带或斑块(图2a,b)。此类白云石仅交代改造微晶灰泥、生屑颗粒、藻粘结微晶、生物礁骨架等沉积组分。

该类白云石在阴极射线发光颜色为弱暗红色光(图2c,d)，电子探针分析：MnO为0.01%,Na2O为0.07%,MgO为19.36%,CaO为33.85%。为同生期高盐度条件下蒸发白云石化作用形成[6-8]。

图2 元坝地区长兴组不同类型白云石岩相学特征Fig.2 Petrographic characteristics of different types of dolomites in the Changxing Formation,Yuanba areaa.微晶白云石，可见盐膏假晶，元坝103H井，埋深6 790 m，单偏光；b.微晶白云石呈斑块状分布，元坝271井，埋深6 336 m，单偏光；c.微晶白云石均匀分布，元坝271井，埋深6 325.60 m，单偏光；d.微晶白云石阴极发光呈弱暗红色，元坝271井，埋深6 325.60 m，阴极发光；e.粉晶它形白云石呈斑状分布，元坝104井，埋深6 705.50 m，单偏光；f.细晶它形脏白云石呈，元坝27井，埋深6 294.41 m，单偏光；g.粉-细晶它形白云石，元坝28井，埋深6 803.44 m，单偏光；h.粉-细晶它形白云石阴极发光呈暗红色光，元坝28井，埋深6 803.44 m，阴极发光；i.分散状粉-细晶自形白云石，元坝11井，埋深6 774.03 m，单偏光；j.粉细晶自形白云石，元坝104井，埋深6 708.94 m，，单偏光；k.细晶自形白云石，少量半自形，元坝29井，埋深6 642.50 m，单偏光；l.细晶自形白云石阴极发光呈暗玫瑰红色，局部晶体边缘为亮红色光环边，元坝29井，埋深6 642.50 m，阴极发光

2.2 粉-细晶它形白云石

此类白云石主要呈条带或斑状分布、以及构成白云岩；白云石晶体从粉晶到细晶，晶体自形程度普遍较差，呈它形晶，晶体表面普遍较脏，个别保留了原来颗粒结构的阴影，晶体之间为镶嵌状接触(图2e,f)。此类白云石仅交代微晶灰泥、生屑颗粒、藻粘结微晶、生物礁骨架等沉积组分。

该类白云石的阴极发光特征与微晶白云石相近，发暗红色光(图2g,h)，电子探针分析：MnO为0.01%,Na2O为0.06%,MgO为20.66%,CaO为31.64%。为同生期高盐度条件回流渗透白云石化作用形成[5-8]。

2.3 粉-细晶自形白云石

此类白云石在区内长兴组碳酸盐岩中最为常见，其在岩石中可呈整体云化、斑状分布、分散状分布、偶见分布等4种产状形式存在，分散状分布、斑状分布是此类白云石在岩石中的主要产出形式(图2i)，部分层段以整体云化形式产出(图2j)；白云石多呈自形晶，部分为半自形晶，多为粉-细晶级，常见晶间孔和晶间溶孔发育，部分孔洞中可见灰质和沥青等残余；白云石可交代微晶灰泥、生屑颗粒、藻粘结微晶等沉积组分和生屑粒间胶结物。

该类白云石阴极发光呈现出暗玫瑰红色的特征，局部晶体边缘为亮红色光的环边，可能是受到热液作用改造而形成(图2k,l)。电子探针分析：MnO为0.05%,Na2O为0.02%,MgO为23.78%,CaO为32.09%。为浅埋藏白云石作用形成[5-8]。

2.4 热液白云石

此类白云石在区内长兴组碳酸盐岩常见，具体表现为：生物礁灰岩骨架间孔洞海底胶结物末端热液白云石的沉淀和交代(图3a,d)、溶蚀孔洞边缘热液白云石的生长、不规则热液白云石斑块的发育(图3b)、生物体腔内的交代等(图3c)。从晶体特征上表现为3种细分类型，第一类是粉-细晶白云石，与前述粉-细晶它形脏白云石明显不同，晶形怪异，局部具弧形晶面，表面较脏，实为晶体较细小的鞍状白云石[9]；第二类是中-粗晶脏白云石，晶体大小集中在0.25 mm到1 mm之间，晶形较差，多呈它形，局部呈自形-半自形，表面较脏，正交偏光下具弱波状消光特征(图3e)；第三类是典型的鞍状白云石，晶体较粗大，可达中-粗-巨晶，晶面弯曲或弧形特征清楚，正交偏光下波状消光特征典型[10](图3f)。

该类白云石阴极射线发光特征明显有别于前面所述的3类白云石，前3类白云石发光暗，此类白云石均发光强，呈桔红色-亮桔红色光(图4a—h)。

图3 元坝地区长兴组热液成因白云石的微观岩石学特征Fig.3 Microscopic petrologic characteristics of hydrothermal dolomites in the Changxing Formation,Yuanba area

a.生物礁灰岩骨架间孔洞海底胶结物末端热液白云石，元坝107井，埋深6 624.20 m，单偏光；b.不规则热液白云石斑块，元坝28井，埋深6 806.48 m，单偏光；c.生物体腔内的交代粉晶白云石，元坝271井，埋深6 325.60 m，单偏光；d.海底胶结物末端热液白云石，元坝102井，埋深6 776.69 m，单偏光；e.它形中-粗晶脏白云石，元坝22井，埋深6 566.97 m，单偏光；f.鞍状白云石，可达中-粗-巨晶，晶面弯曲或弧形特征清楚，元坝271井，埋深6 434 m，单偏光。

图4 元坝地区长兴组热液成因白云石的阴极发光特征Fig.4 Cathodeluminescence characteristics of hydrothermal dolomites in the Changxing Formation,Yuanba area

a,e.生物体腔内的交代粉晶白云石阴极发光呈桔红色，元坝271井，埋深6 325.60 m，a为单偏光,e为阴极发光；b，f.溶蚀孔洞边缘热液白云石的阴极发光呈亮桔红色，方解石充填孔隙，不发光，元坝10井，埋深7 026.20.60 m，b为单偏光,f为阴极发光；c，g.溶蚀孔洞边缘热液白云石的阴极发光呈亮桔红色，元坝123井，埋深6 997.46 m，c为单偏光,g为阴极发光；d，h.它形—半自形中晶脏白云石的阴极发光呈亮桔红色，元坝102井，埋深6 724.55 m，d为单偏光,h为阴极发光。

根据此类白云石其后受到第二期溶蚀作用(与有机酸性水有关的溶蚀作用)的改造，形成于液态石油充注之前，此期成岩作用属于早成岩期的成岩作用。结合此期热液白云石与川西北地区中二叠统内部受峨眉地裂运动影响的热液白云石的阴极发光特征具有相似性，可以认为长兴组热液白云石形成可能与受峨眉地裂运动影响的岩浆期后热液作用有关[11]。

3 生物礁白云岩地球化学特征

3.1 白云石的有序度特征

本次研究分未受热液改造的白云石(微晶白云石、粉-细晶他形脏白云石、粉-细晶自形白云石)以及热液成因及改造的白云石(粉-细晶白云石、中-粗晶白云石)等5种类型，作出白云石X-衍射有序度分布特征图(图5)。

微晶白云石有序度值为0.54～0.58，平均值为0.56，揭示其形成于蒸发环境，有序度低。粉-细晶它形脏白云石有序度低，为0.56～0.75，其平均值为0.64，表征其成岩环境与微晶白云石相似，仍是高盐度环境条件下快速白云化作用的产物。未受热液改造的粉-细晶级自形白云石有序度相对较高，在0.70～1.00变化，平均值为0.852，为浅埋藏成岩环境。

热液改造的粉-细晶白云石有序度相对于未受热液改造的粉-细晶它形和自形白云石有所升高，变化范围大，其可在0.61～0.99内变化，平均值为0.78。热液成因的中粗晶白云石，有序度较高，介于0.67～0.96，平均值为0.82；这与广元西北乡剖面中二叠统典型热液成因的中-粗晶白云石及鞍状白云石的有序度极其相似，后者有序度在0.68～0.90内变化，平均值为0.80[12]。分析认为在热液作用过程中，白云石形成或先成的白云石重结晶改造，白云石结晶温度较高，但Mg2+供给不充分，结晶速度慢，故形成较高有序度的白云石。热液作用有助于提高白云石的有序度。

3.2 白云石的碳、氧同位素组成特征

本次根据不同的白云石成因类型选送元坝长兴组白云岩全岩碳氧同位素分析40个样品，激光碳氧同位素分析5个样品。

微晶白云石δ13C(PDB)为1.56‰～2.32‰，平均值为2.05‰，δ18O(PDB)值为-3.32‰～-3.87‰，平均值为-3.61‰；粉-细晶它形脏白云石δ13C(PDB)为2.07‰～5.56‰，平均值为4.17‰，δ18O(PDB)值为-4.67‰～-5.85‰，平均值为-5.29‰(图6)。微晶白云石和粉-细晶它形脏白云石的δ13C和δ18O值与长兴期正常海水相近，δ13C(PDB)为2.52‰～4.11‰，平均值为3.22‰；δ18O(PDB)值为-4.23‰～-6.98‰ ，平均值为-5.74‰(图6)[13-14]。表明白云石化流体为海水蒸发浓缩形成的高盐度水体，微晶白云石受微生物作用影响呈现δ13C值偏轻[14-15]。

未受到热液改造或热液改造较弱的粉-细晶自形白云石的分析结果，其δ13C(PDB)值在3.64‰～4.82‰，平均值为4.23‰，明显较前述微晶白云石的δ13C值高，与粉-细晶它形脏白云石大体相当；δ18O(PDB)值为-5.17‰～-5.80‰，平均值为-5.49‰(图6)，相对于前述粉-细晶它形脏白云石进一步有所降低，但降低幅度较小，揭示了白云石化流体为封存的高盐度海水，δ18O值降低与温度升高有关，但由于其δ18O值相对于粉-细晶它形脏白云石没有较大幅度的降低，揭示了它们在埋藏深度和埋藏温度上没有大的变化，由粉-细晶它形脏白云石—粉-细晶自形白云石，可能是一个连续白云石化作用的过程(图7)，与普光地区长兴组白云岩的成因一致。与普光地区长兴组白云岩的碳氧稳定同位素组成具有较好的相似性，后者δ13C(PDB)值在1.70‰～3.00‰范围，平均值为2.45‰，δ18O(PDB)值为-3.60‰～-5.60‰，平均值为-5.00‰[16]。

受热液改造的粉-细晶白云石δ13C(PDB)值为2.87‰～5.04‰，平均值为4.30‰，δ18O(PDB)值为-4.75‰～-7.27‰，平均值为-5.40‰，与粉-细晶它形脏白云石和粉-细晶自形白云石碳氧同位素非常相似，具有大范围重叠(图7)，表明先成的的不同类型白云石发生程度不一的热液重结晶作用，并继承了改造前白云石的碳氧同位素特征。

中-粗晶白云石δ13C(PDB)值为2.03‰～3.08‰，平均值为2.69‰；δ18O(PDB)值为-5.15‰～-7.95‰，平均值为-6.07‰。相对上述各类型白云石(微晶白云石除外)的δ13C值呈明显偏轻趋势，同时δ18O值亦呈偏轻趋势(图6，图7)。与川北广元西北乡中二叠统碳酸盐岩中的中-粗晶白云石的δ18O值变化特征具有相似性，中-粗晶白云石的δ18O(PDB)值在-6.09‰～-7.09‰，平均值为-6.51‰。结合中-粗晶白云石包裹体均一法温度测定结果，对区内长兴组中-粗晶白云石的成岩流体的δ18O值进行了恢复，白云石化流体的δ18O(SMOW)值为11.00‰～13.00‰,与广元西北乡中二叠统中-粗晶白云石的成岩流体的δ18O值相近(图8)，指明这种热液白云石化流体是与二叠纪峨眉地裂运动有关的岩浆期后热液流体[12]。

热液来源的白云石化流体中的氧同位素同时受到温度和盐度的影响。热液成因白云石的δ18O值与同期海水δ18O同位素值相比，白云石化流体的δ18O值，热液改造的δ18O值和基质白云石的δ18O值重叠较多，前者的包裹体温度高而且盐度高，可能与高盐度对氧同位素热分馏的仰制有关，尤其是在超咸卤水中，有可能掩盖真实的热液成因信息[12,15，17-18]。

图6 元坝地区长兴组不同类型白云石碳、氧同位素特征Fig.6 Carbon and oxygen isotope characteristics of different dolomites in the Changxing Formation,Yuanba areaa.不同类型白云石碳同位素特征；b.不同类型白云石氧同位素特征

图7 元坝地区长兴组不同类型白云石碳-氧同位素交会图Fig.7 δ13C versus δ18O cross-plot for different dolomites in the Changxing Formation,Yuanba area

3.3 白云石的稀土元素组成特征

岩石或矿物中的稀土元素组成往往是成岩流体及物质来源、形成环境的指示剂，特别是识别热液作用的重要标志，通常，稀土元素Eu正异常、Ce负异常指示了高温热液作用的发生[19-20]。

本次研究通过阴极发光与稀土元素分析结果的对比分析对白云石的稀土元素组成进行归类，进而以球粒陨石为标准对测试数据作标准化处理并绘制出不同类型白云石与微晶灰岩的稀土元素配分模式图，同时结合Eu、 Ce特征以及∑REE值分析成岩流体和形成环境。研究发现不同类型白云石的稀土元素组成有差异，它们的成岩流体性质不一样。

图8 元坝地区长兴组鞍状白云石的白云石化流体性质恢复Fig.8 Dolomitizing fluids characteristics reconstruction of saddle dolomites in the Changxing Formation,Yuanba area

3.3.1 微晶白云石

长兴组未受热液改造的微晶白云石与微晶灰岩稀土元素配分模式及元素组成对比(图9a)，可见此类微晶白云石与微晶灰岩∑REE值较为相似，配分模式曲线基本一致，呈平缓型分布，LREE相对弱富集，HREE相对弱亏损，Ce和Eu均呈负异常的特征。表征其成岩流体为正常海水或经蒸发浓缩的海水，故而对海水稀土元素组成具有一定的继承性，仅重稀土呈现少量亏损。

3.3.2 粉-细晶它形白云石

未受热液改造和受热液改造的粉-细晶它形白云石稀土元素组成及分配模式图(图9b,e)，该类样品中，共有15个粉-细晶他形脏白云石，其中8个样品受热液改造,由于热液作用影响稀土元素出现差异性.未受热液改造的样品∑REE值略有下降，配分模式与正常海相微晶灰岩较为相似，LREE弱富集，HREE弱亏损，Ce和Eu均为负异常，表明成岩流体为正常海水或为经蒸发浓缩但较微晶白云石低的海水。受热液改造的样品REE特征呈现差异，表现为Eu为正异常，结合该层天青石等热液矿物的发现，也证实了受到后期热液的改造。

3.3.3 粉-细晶自形白云石

未受热液改造和受热液改造的粉-细晶自形白云石稀土元素组成及分配模式图(图9c,f)，该类样品中，共有7件自形白云石样品，其REE元素组成、配分模式及Ce和Eu异常特征亦表现为两种特征：其中未受热液改造的4个白云石样品表现为与微晶灰岩相似的LREE弱富集，HREE弱亏损，Ce和Eu为负异常的特征，表明成岩流体为海水或与海水相似的地层水。受到热液改造的4个样品配分模式曲线呈现明显的差异，最明显的差异为Eu和Sm呈现正异常，结合对应井段白云石阴极发光特征，表明为热液作用改造的反映。

图9 元坝地区长兴组不同类型白云石稀土元素配分模式Fig.9 REE distributing patterns of different types of dolomites in the Changxing Formation,Yuanba areaa.微晶白云石(未受热液改造)；b.粉-细晶它形白云石(未受热液改造)；c.粉-细晶自形白云石(未受热液改造)；d.中-粗晶白云石；e.粉-细晶它形白云石(受热液改造)；f.粉-细晶自形白云石(受热液改造)

3.3.4 中-粗晶白云石

中粗晶白云石稀土元素组成及分配模式图(图9d)，本次分析的5件中粗晶白云石样品，其REE元素组成、配分模式及Ce、Eu异常特征与正常海相微晶灰岩具有明显的差异性，微晶灰岩配分模式曲线相对更为平滑，而中粗晶白云石Eu正异常明显，揭示该类型白云石化流体为岩浆热液或岩浆期后热液。

3.4 白云石的包裹体特征

流体包裹体是在主矿物结晶生长过程中被捕获在晶体缺陷中，立即被继续生长的主矿物所封闭的成岩流体。因此，包裹体保存了原始成岩流体的信息和物理化学条件。流体包裹体主要被用来确定成岩古温度和成岩流体性质，从而恢复成岩环境、分析成岩演化过程。在包裹体研究中最常用的是均一温度(Th)和盐度。通过冰点温度(Tm)测试，再利用NaCl等效溶液盐度换算公式估算成岩流体的盐度。

通过对元坝地区长兴组白云岩10个样品53个气液两相包裹体进行了均一温度(Th)测定，以及16个冰点温度(Tm)测试。不同类型白云石包裹体均一温度差距较大。细晶白云石包裹体均一温度分布在63.3～76.5 ℃，而且其盐度平均5.16%。由于二叠系海水的盐度平均值大概为4.4% NaCl(陈轩，2012)，因此可以看出该期白云石化流体为浅埋藏阶段封存的地层水，盐度值略高于同期海水，细晶白云石为浅埋藏条件下的低盐度缓慢结晶过程。热液成因白云石，包裹体均一温度变化区间在100～140,140～200和220～240 ℃，以100～140 ℃范围为主(图10a)。白云石盐度范围为：8.55%～19.45%，平均13.00%，是同期海水盐度的3倍。长兴期元坝地区海水温度为35 ℃，地温梯度为317 ℃/km计算[12]，埋深2 000 m左右对应的温度约为100 ℃，已经处于生烃的初期阶段。而白云石与沥青的充填序列为：细晶白云石—热液成因中粗晶白云石—沥青，说明热液成因中粗晶白云石的形成时间早于油气的充注时间。故该阶段白云石化流体为地层外部的高温热液流体加入形成的超咸卤水。

广元西北乡中二叠统栖霞组白云石包裹体均一温度在90～250 ℃范围内变化，平均值为154 ℃，主要温度区间分布在110～190 ℃。鞍状白云石具有最高的包裹体均一温度，主要在96～250 ℃变化，平均值为156 ℃，最高可达250 ℃(图10b)，为典型受峨眉地裂运动控制与玄武岩喷发岩浆活动有关的热液成因白云石的包裹体均一温度分布特征，元坝地区长兴组热液白云石的包裹体均一法温度分布与之极其相似，可能也指明热液流体性质及来源与峨眉地裂运动控制的玄武岩喷发岩浆活动有关[21-23]。

4 白云岩成因机理

依据前述元坝长兴组白云岩储层的白云石类型及岩相学特征认识、白云石地球化学特征与白云石化流体性质分析与恢复。结合本地区长兴组储层的沉积相特征[24]、成藏演化史与成岩作用史[24-25]，总结出了本地区的白云岩成因机理模式，包括同生期高盐度蒸发白云石化及回流渗透白云石化作用模式、早成岩期浅埋藏白云石化模式、早成岩期热液白云石化模式。

4.1 同生期高盐度蒸发及回流渗透白云石化作用模式

晚二叠世长兴期，位于生物礁滩体、潮坪顶部的微晶白云石可与石膏、硬石膏假晶共生，其仅交代原始沉积组分，并且可被后期成岩作用改造，此时成岩流体盐度较高，Mg2+供给充分，白云石化流体为浓缩海水，揭示沉积环境为蒸发环境，可定为同生期蒸发泵白云石化的产物，由蒸发作用驱动形成毛细管作用带，导致海水不断地向上运动，被吸至沉积物内，产生毛细管蒸发作用，先期沉积的未经压实的细粒方解石，后期经浓缩的海水改造为白云石，模式图见图11。

粉-细晶它形白云石交代特征与微晶白云石相似，在礁滩体、潮坪、滩间(礁间)均可发育，分析认为该类白云石为同生期渗透回流的产物，由于与海水的连通性不好，在蒸发作用下形成高盐度水体，富Mg2+的水体密度较大，水体将在重力作用下向下运动，渗透进入到生物礁、生屑滩、潮坪碳酸钙沉积物的下部及滩间、礁间沉积物中，使这些沉积物发生白云石化，模式图见图11。

图10 元坝地区长兴组热液成因白云石流体包裹体均一温度分布直方图Fig.10 Histogram showing the homogenization temperatures of fluid inclusions from hydrothermal dolomites of the Changxing Formation in Yuanba areaa.元坝长兴组热液成因白云石；b.广元西北乡中二叠统鞍形白云石

图11 元坝地区长兴组同生期高盐度蒸发及回流渗透白云石化作用模式Fig.11 Model of syngenetic evaporative and seepage-reflux dolomitization under high salinity in the Changxing Formation,Yuanba area

4.2 早成岩期浅埋藏白云石化模式

晚二叠世长兴期到早三叠世末，粉-细晶自形白云石交代原岩类型多样，可在生物礁灰岩、藻粘结灰岩、生屑灰岩、生屑微晶灰岩等中发育，不仅交代沉积组分，还交代早期成岩组分。该类白云石形成于Mg2+相对不足，成岩流体为海水或与海水相似的高盐度地层水，由于上覆地层的压实作用，地层水在弱固结的沉积物中运动而发生白云石化，由于Mg2+供给相对不足，白云石结晶缓慢，形成自形程度较好的白云石晶体，并致白云石往往呈斑状、分散状或偶见分布[26]。具体模式见图12。

4.3 早成岩期热液白云石化模式

元坝地区长兴组热液成因白云石表现形式多样，主要为生物礁灰岩骨架间孔洞海底胶结物末端热液白云石的沉淀和交代、生物体腔内的交代、溶蚀孔洞边缘热液白云石的生长、不规则热液白云石斑块的发育，该期热液作用形成的时间较早且持续时间较长,从晚二叠世至早三叠世末，为峨眉地裂运动期，此时张性断裂活动表现最强，同时伴随着大范围峨眉山玄武岩的喷发，研究区古热流值达到最高峰，与岩浆活动有关的富镁超咸热卤水沿着张性断裂体系进入长兴组地层中，富镁超咸热卤水实质上是上升热液与地层流体的混合物，Mg2+来源于上升热液和地层内部流体，流体运动不仅限于断裂附近，可在较广大的范围内活动，因此，形成较为广泛分布的热液成因的粉-细晶白云石和中粗晶白云石等[27]，具体模式见图13。

5 结论

1) 元坝地区长兴组生物礁白云岩的不同类型白云石具有不同的岩相学、有序度、碳氧同位素、稀土元素等特征，反映了不同成岩阶段白云石化流体导致的白云石化作用。

图12 元坝地区长兴组早成岩期浅埋藏白云石化作用模式Fig.12 Model of shallow burial dolomitization in early diagenetic stage in the Changxing Formation,Yuanba area

图13 元坝地区长兴组早成岩期热液白云石化作用模式Fig.13 Model of hydrothermal dolomitization in early diagenetic stage in the Changxing Formation,Yuanba area

2) 同生期高盐度蒸发和回流渗透白云石化作用、浅埋藏白云石化作用和早成岩期热液白云石化作用形成的白云岩控制了长兴组生物礁白云岩储层质量和分布。

3) 早成岩期热液白云石化作用的白云石化流体来源于峨眉地裂运动期间的玄武岩喷发岩浆活动有关的富镁超咸热卤水。

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(编辑 张亚雄)

Genetic mechanism of reefal dolostones of the Changxing Formation in Yuanba area,northeastern Sichuan Basin

Xu Shoucheng1,Li Guorong2,Zhang Xiaoqing1,Wu Yajun1,Jing Xiaoyan1,Liu Yuanyang1

(1.ExplorationandProductionResearchInstitute,SouthwestOilandGasCompany，SINOPEC，Chengdu,Sichuan610041，China；2.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitation，ChengduUniversityofTechnology，Chengdu,Sichuan610059，China)

Dolostones of the Upper Permian Changxing Formation are the major reservoir rock type of the bioherm gas pool in Yuanba area,Northeastern Sichuan Basin.The formation of the reefal dolostone reservoir in the Changxing Formation is principally influenced by both dolomitization and dissolution.In order to reveal the genetic mechanism of bioherm dolostone,core observation,petrographic and geochemical analyses were integrated to study different types of dolomites and their characteristics of the Changxing Formation dolostone and determine the types and stages of dolomitization of the dolostone reservoir.Four types of dolomitization were identified,including syngenetic evaporative dolomitization and seepage-reflux dolomitization under high salinity,shallow burial dolomitisation and hydrothermal dolomitization of early diagenesis.The three stages of dolomitization control the quality and distribution of the reefal dolostone reservoirs of the Changxing Formation in Yuanba area.

dolomitization,genetic mechanism,reefal dolostone,Changxing Formation,Yuanba area,Sichuan Basin

2017-02-10;

2017-07-10。

徐守成(1982—)，男，硕士、工程师，碳酸盐岩储层地质学。E-mail:xushoucheng2@163.com。

国家科技重大专项(2016ZX05017-005)。

0253-9985(2017)04-0729-12

10.11743/ogg20170410

TE122.1

A