四川盆地东部中二叠统茅口组热液活动特征*

李 红 王良军 柳益群 曾 韬 张冬冬 李文厚周鼎武 杨 康 董杨坤 彭毅峰

1 西北大学地质学系/大陆动力学国家重点实验室，陕西西安 710069 2 中国石化勘探分公司，四川成都 610041 3 山东科技大学地球科学与工程学院，山东青岛 266590

四川盆地中二叠统茅口组白云岩储集层一直是天然气的热点勘探领域，近年来屡获高产气藏，显示出巨大的资源潜力。 然而，这套白云岩的成因机理历来存在争议，存在海水—淡水混合作用(张荫本，1982； 陈明启，1989)、 埋藏白云化作用(何幼斌和和冯增昭，1996)、 玄武岩风化淋滤作用(金振奎和冯增昭，1999)、 埋藏热液作用(王运生和金以钟，1997)、 构造热液作用(刘树根等，2008； 蒋裕强，2018)、 构造热液与岩溶综合作用(陈轩等，2012)及热水沉积作用(李毅等，2013； 汪华等，2014)等多种观点。 近年来，随着相关研究的持续开展和逐步深入，构造热液白云化作用逐渐成为茅口组白云岩成因的主流观点。 根据野外露头和钻井岩心观察，茅口组除发生构造热液白云化作用外，其他类型的热液活动也非常活跃，但关于热液流体的类型、 起源及其对围岩改造等方面的研究仍然相对薄弱，因此加强四川盆地茅口组热液活动的综合研究，有助于更好地评价和预测其对天然气储集层的影响。

图 1 四川盆地断裂分布及研究区地质简图(据殷积峰等，2013；略有修改)Fig.1 Fault distribution in Sichuan Basin and geological map of research area(modified from Yin et al.，2013)

1 区域地质背景

研究区位于四川盆地东部广安至丰都一带，构造位置属于川东高陡褶皱带，区内被数条北东—南西向断裂与北西—南东向断裂切割呈“棋盘格”状(图 1)。西界华蓥山基底断裂呈北东—南西向，最早可能形成于晋宁期，后经加里东期至喜马拉雅期等多期构造运动的改造，在古生代以张性活动为主，对川东沉积建造和构造变形具有明显的控制作用(徐世荣和徐锦华，1986；周荣军等，1997；王赞军等，2018)。北西—南东向的15#断裂也被认为具有基底断裂属性，在地震剖面上，它向下贯穿基底，具右行走滑性质，上部发育负花状构造并消失于上二叠统。中二叠世末，与峨眉地幔柱喷发相关的岩浆活动引发中上扬子地台产生广泛张裂活动和差异抬升，区内基底断裂被激活，为岩浆和热液流体的运移提供了通道，例如，华蓥山构造轴部及川东高陡带背斜有较多钻井被多次报道发现玄武岩喷溢以及辉绿岩等浅层侵入岩体(童崇光，1992，2000；罗志立，2009；朱传庆等，2010)。

研究区中二叠统自下至上包括栖霞组和茅口组，上二叠统包括吴家坪组(龙潭组)和长兴组。茅口组与下伏栖霞组为整合接触或局部平行不整合接触，与上覆吴家坪组(龙潭组)为平行不整合接触。茅口组发育远离陆源的台地或缓坡碳酸盐岩，化石丰富，不含或仅在底部含少量黑色纹层状泥质灰岩和钙质页岩夹层，顶部可见数米厚的风化壳(图 2)。根据区内茅口组岩性组合和测井曲线特征，自下而上将茅口组分为3段： 茅一段为纹层状灰黑色泥质灰岩夹中层生物碎屑灰岩，俗称“眼皮状、眼球状灰岩”；茅二段以中层、厚层灰色生物碎屑灰岩为主，暗色纹层明显减少；茅三段为厚层、巨厚层白云岩、白云质灰岩和生物碎屑灰岩等(图 2)。

图 2 四川盆地东部中二叠统茅口组热液矿物分布特征对比Fig.2 Correlation of distribution of hydrothermal minerals of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin

2 样品采集及测试

本次研究涉及4条野外剖面和2口钻井，4条剖面分别为广安地区华蓥山二崖剖面和黄孔槽剖面、 丰都地区回龙场剖面和乌羊坝剖面，钻井为FL8井(5490.3～5512.55im)和EY1井(4138.4～4149.9￣￣m)。 采集的样品包括硅质团块、 粗晶方解石脉、 白云石脉和玄武岩气孔充填方解石。

样品阴极发光、电子探针、原位微量和稀土元素、原位硫同位素、流体包裹体测温等分析均在西北大学大陆动力学国家重点实验室完成。电子探针用于矿物主量元素分析，仪器由日本电子(JEOL)生产，型号为JXA-8230。激光原位微量、稀土元素分析依LA-ICP-MS方法执行，实验细节及实验条件见Liu 等(2007)。黄铁矿和闪锌矿原位硫同位素分析采用激光剥蚀—多接收等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)分析方法，实验细节及实验条件见Bao等(2017)。流体包裹体测温在两面抛光薄片上进行，显微冷热台型号为Linkam THMS600，温度控制范围为-196～600i℃，冷热台温度稳定性和测量精度为±0.1i℃。

3 热液活动特征

茅口组热液活动在野外表现为2大类： 第1类为硅质热液活动，表现为硅质结核、团块和薄层硅质岩，茅一段和茅三段常见；第2类为以碳酸盐矿物为主的构造热液活动，形成热液方解石和白云石，它们充填在网状的张性构造裂缝中或呈“雪片状”团块分散于围岩中，偶尔有少量金属硫化物(黄铁矿、白铁矿、闪锌矿等)伴生，同时伴有围岩不同程度的白云化作用，茅三段常见。构造热液碳酸盐脉不发育的层段，围岩的白云化作用少见且微弱(图 2)。

3.1 热液活动分布特征

3.1.1 硅质热液活动特征

野外踏勘发现，研究区东南部茅口组硅质热液活动比西北部活跃。以丰都地区乌羊坝剖面为例，整个茅口组的硅质热液活动都非常活跃，自下向上具有明显规律： (1)茅口组下部见数层单层厚3～10icm的薄层硅质岩，夹于中—厚层泥晶灰岩、生物碎屑灰岩、白云质灰岩之间；(2)向上迅速转变为大量断续的、顺层或穿层状硅质结核分布较多的密集层(图 2)，结核呈椭圆状、拉长“蝌蚪状”、不规则空心环状等，其中空心环状的环内岩性与围岩一致(图 3-A，3-B)，围岩发生一定程度的白云化作用；(3)之上的热液产物转化为黑色硅质团块与白色不规则状碳酸盐矿物团块共存，呈“雪片状”或“星点状”零散分布于围岩之中，同时围岩白云化作用明显增强，层面见“刀砍纹”(图 3-C，3-D)；(4)再向上，硅质团块逐渐消失，只剩下不规则的碳酸盐矿物团块，主要成分为粗晶方解石和白云石，厚约30im；(5)到了茅口组上部，又恢复为正常的中—厚层灰岩，现代岩溶作用发育，常见顺层溶洞；(6)在近茅口组顶部，硅质热液矿物重现，但规模小得多，表现为先是数层黑色薄层硅质岩，随后变为“星点状”穿层发育的硅质团块，与茅口组下部硅质热液活动特点类似。

这种硅质→硅质+碳酸盐→碳酸盐→硅质的热液活动规律在回龙场剖面也有充分体现。该剖面茅一段见薄层硅质岩和硅质结核，然后转为硅质团块与大量“雪片状”碳酸盐矿物团块共存(图 3-E，3-F)、围岩强烈白云化作用，再向上硅质团块、碳酸盐团块依次消失，直到茅三段顶部重又出现零星黑色硅质结核(图 2)。在研究区西北部的广安地区二崖剖面和黄孔槽剖面，硅质热液活动则比较微弱，多分布于茅一段(图 2)。

FL8井岩心观察亦发现，茅口组硅质热液活动主要表现为黑色硅质条带、硅质团块夹于碳酸盐岩之中(图 3-G)，硅质条带单层厚2～3icm。除此之外，个别层段还出现微晶石英与方解石或白云石各占一定比例的混合沉积，这导致岩石非常坚硬致密。

3.1.2 以碳酸盐矿物为主的热液活动特征

以碳酸盐矿物为主的热液活动在全区都非常活跃，表现为白色、浅黄色碳酸盐团块以及网状、交织状碳酸盐脉，由粗晶方解石和白云石构成。此类热液活动通常也伴随着围岩强烈的白云化作用。

在研究区东南部乌羊坝剖面和回龙场剖面茅三段中，见大量“雪片状”不规则碳酸盐团块分布于围岩中，野外特征非常明显，即它们先与黑色硅质团块伴生，后过渡为单独的碳酸盐团块，且不同成分的热液团块之间有细脉沟通(图 3-C，3-F)。受热液活动影响，围岩发生了白云化作用，形成厚约40im的细晶白云岩。

在研究区西北部二崖剖面、黄孔槽剖面和中部的FL8井区，热液活动主要表现为茅三段内部发育凌乱的、交织状的碳酸盐脉(图 3-G；图 4-A，4-G)，大量不规则张性构造裂缝被粗晶白云石和方解石充填或半充填，偶尔伴生有黄铁矿和闪锌矿等。由于张性裂缝过于发育，围岩被切割呈角砾状构造(图 4-D至4-G)，这是热液活动的典型标志。同时，强烈的白云化作用使围岩形成了厚度超过20im的中晶、细晶白云岩，这些白云岩岩性疏松，白云石晶间孔发育(图 4-D，4-E，4-F)，显著改善了围岩的储集性能。

此外，在华蓥山黄孔槽剖面还见到茅口组顶部、龙潭组下部杂色泥岩中侵入1套厚约50im的玄武岩体(图 4-H)。该岩体呈深灰绿色、具粗玄结构、底部致密块状、顶部发育气孔和杏仁构造(图 4-I)，说明龙潭早期研究区发生过火山活动。

A—乌羊坝剖面，茅口组下部中、厚层灰岩夹薄层硅质岩和硅质条带； B—乌羊坝剖面，茅口组下部薄层硅质岩上方密集分布的顺层、穿层状(红色箭头所指)硅质结核(Si)，部分结核为空心状； C—乌羊坝剖面，茅口组中部黑色硅质结核和白色不规则碳酸盐矿物团块，它们呈“雪片状”分布于围岩中； D—乌羊坝剖面，白色碳酸盐团块(Cal)和硅质结核(Si)，碳酸盐团块由粗晶方解石和白云石组成，围岩发生白云化作用，可见“刀砍纹”发育； E—回龙场剖面，茅口组三段白色碳酸盐团块和黑色燧石结核(Si)，围岩也发生了白云化作用，为细晶白云岩； F—回龙场剖面，茅三段白色碳酸盐团块和黑色硅质结核(Si)，硅质团块被浅色碳酸盐脉体切割呈角砾状，细脉向上与白色碳酸盐团块沟通； G—FL8井，茅三段灰岩中的薄层硅质岩(Si)，单层厚2～3icm，在5486～5510.75im，围岩为深灰色细晶白云岩，见 大量白色、浅黄色粗晶方解石和白云石充填或半充填在交织状构造裂缝中，残留的裂缝孔隙是良好的天然气赋存空间图 3 四川盆地东部中二叠统茅口组热液矿物组合特征Fig.3 Features of hydrothermal mineral assemblages of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin

A—华蓥山二崖剖面，茅口组，灰色碳酸盐岩中见白色热液碳酸盐团块和穿层的碳酸盐脉； B—华蓥山黄孔槽剖面，茅口组，灰岩内可见网状、 交织状白色碳酸盐(方解石、 白云石均有)脉体； C—华蓥山二崖剖面，茅一段，灰岩中的碳酸盐脉体； D-F—华蓥山二崖剖面，茅三段，交织状张性构造裂缝发育，充填或半充填热液碳酸盐矿物，脉体将围岩切割呈角砾状，围岩为细晶白云岩，晶间孔发育，与半充填的张开裂缝一起形成了有效的天然气储集空间； G—华蓥山黄孔槽剖面，茅三段，白云质灰岩内网状碳酸盐脉； H—华蓥山黄孔槽剖面，侵入到茅口组 顶部和龙潭组下部的深灰绿色玄武岩，与围岩呈明显的侵入接触关系，左上角灰黄色为茅口组风化壳； I—黄孔槽剖面，玄武岩气孔发育图 4 四川盆地东部中二叠统茅口组碳酸盐脉和玄武岩脉特征Fig.4 Features of carbonate veins and basalt vein of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin

3.2 热液活动的岩石学特征及矿物组合

3.2.1 与热液成因有关的结构构造

热液流体沿着断裂系统或不整合面向上运移，遇到上覆隔挡层会沿着构造薄弱的地方流动，并在此过程中形成一些与热液成因有关的岩石组构，这些特殊的结构构造可以指示热液活动的痕迹。

1)不规则网状张性破裂缝。研究区茅三段热液活动层段的裂缝系统异常发育，见大量杂乱、交织、不规则状张性构造破裂缝，网状裂缝通常被粗晶方解石、白云石充填或半充填，形成构造热液脉体(图 4-A，4-B，4-G)。同时，构造热液脉的发育与围岩的白云化作用密切相关，白云化作用改造后的围岩以细晶、中晶白云岩为主，白云石的雾心亮边和晶间孔较为发育，与半充填的张裂缝一起有效改善了储集层物性，形成研究区最具潜力的天然气储集层(图 4-D)。

2)角砾状构造。角砾状构造在热液白云岩储集层中非常普遍(Davies and Smith Jr，2006)，常与断裂和裂缝系统伴生。在构造破裂的基础上，深部流体上涌产生的水力压裂作用可进一步扩大裂缝的规模(李先福等，2001；Katzetal.，2006；潘文庆等，2013)。研究区茅口组张性构造裂缝大量发育，将围岩切割成大小不一的角砾状，砾石成分为细晶、中晶白云岩，角砾间充填热液白云石和方解石(图 4-D，4-E，4-F)。

3.2.2 热液矿物组合特征

Stoffregen(1987)和Inoue(1995)曾提出，由于矿物成因具有多解性，以某种矿物来反映该地区的热液流体活动是不够准确的，但矿物组合可以相对客观地反映热液活动特征。通过野外和室内镜下观察，认为研究区茅口组热液活动相关矿物主要包括微晶石英、方解石、白云石、黄铁矿、闪锌矿和白铁矿等，它们共形成4种矿物组合。

1)微晶石英+碳酸盐矿物组合。这是研究区常见的矿物组合之一，为硅质岩的主要矿物成分，由微晶石英和少量白云石或方解石组成(图 5-A，5-B)。微晶石英和碳酸盐矿物含量的比例时有变化，若微晶石英含量超过50%，常构成含灰硅质岩或含云硅质岩；当碳酸盐矿物含量超过50%时，则形成硅质白云岩或硅质灰岩。若含白云石，则白云石多以细晶为主，呈自形的菱形晶散落于微晶石英中，化石非常稀少(图 5-A)。镜下观察还发现一些硅质结核中除微晶石英外，还有硅化或部分硅化的化石碎片，包括底栖有孔虫、双壳类、腕足类、介形类等，其与围岩(生物碎屑灰岩)的化石类型一致，且化石壳体和内部常有残余方解石(图 5-B)，表明硅质结核可能形成于沉积期后或成岩期。

2)硫化物组合。此类组合仅见于钻井样品，包括黄铁矿、白铁矿、闪锌矿等，以黄铁矿最为常见，作为胶结物充填于细晶白云石粒间(图 5-C，5-D)。此类白云石的自形程度常好于其他层段，以自形—半自形为主，表明以硫化物为主的低温热液活动有助于调整围岩中白云石的晶形。

3)碳酸盐矿物+硫化物组合。此类组合也仅见于钻井样品，主要分布于张性构造裂缝的脉体中，包括白云石、方解石、黄铁矿和闪锌矿。碳酸盐矿物晶体粗大，可达厘米级，其中白云石分布在裂缝壁两侧，发育弯曲晶面和解理、雾心亮边、鞍状双晶等，而方解石常充填在裂缝中间，无色透明，菱形解理和聚片双晶发育。碳酸盐矿物的产状表明，裂缝中方解石的形成晚于白云石。硫化物含量很低，闪锌矿与黄铁矿具有密切的共生关系(图 5-E，5-F)，很少单独产出，其中闪锌矿镜下为褐绿色，发育1组或2组解理，常见于低温热液成因矿床。

A—乌羊坝剖面，茅口组，含云硅质岩，与“雪片状”碳酸盐团块共生，由微晶石英(Si)和白云石(Dol)组成，白云石呈自形晶，单偏光； B—丰都回龙场剖面，茅口组，含灰硅质结核，由微晶石英和方解石组成，含大量部分硅化的生物化石，包括底栖有孔虫、 介形虫、 双壳类等，单偏光； C—FL8井，茅三段，5490.03im，黄铁矿+白云石组合，细晶白云石(Dol)粒间充填黑色黄铁矿(Pyr)，单偏光； D—FL8井，茅三段，5490.03im，与照片C同视域，反射光照片，黄铁矿呈亮黄色； E—FL8井，茅三段，5490.03im，粗晶白云石(Dol)+粗晶方解石(Cal)+黄铁矿 (Pyr)+闪锌矿(Sph)组合充填在裂缝中，蓝色为残余裂缝孔隙，单偏光； F—FL8井，茅三段，5490.03im，与照片E同视域，反射光照片图 5 四川盆地东部中二叠统茅口组热液矿物组合Fig.5 Hydrothermal mineral assemblages of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin

4)碳酸盐矿物组合。这是研究区茅口组最普遍、含量最高的热液矿物组合，构成“雪片状”碳酸盐团块和张性裂缝充填物，矿物成分主要为粗晶、巨晶方解石和白云石。镜下特征与第3类热液矿物组合中的碳酸盐矿物一致，白云石呈粗晶、鞍状双晶发育，分布在裂缝壁两侧或孔洞壁，是从富镁热液流体中结晶的产物，具有典型构造热液白云石的特征(图 6-A至6-E)。方解石分布在裂缝或孔洞中间(图 6-A，6-C，6-D)，形成时间晚于白云石，反映其沉淀时流体中Mg2+已经基本耗尽。阴极发光照片中，白云石呈暗褐色光到橙红色光，隐约可见环带，方解石则为暗褐色光甚至不发光(图 6-D)。有些裂缝仅部分充填矿物，残余的缝、洞内见有机质或沥青(图 6-B，6-F)，裂缝、孔、洞之间互相沟通，使围岩的储集性能得到很大改善。

4 热液矿物的地球化学特征

4.1 主量元素特征

4.1.1 硅质岩主量元素特征

电子探针分析表明，研究区茅口组硅质团块除含SiO2外，还相对富Sr、Al，贫Ti、K、P、Cr、Ni，且Mn、Fe、Ca、Mg含量变化幅度大(表 1)。其中，SiO2含量为95.724%～99.979%，平均98.60%；Al2O3的含量介于0.010%～0.416%之间，平均为0.17%；SrO的含量介于0.205%～0.339%之间，平均0.28%。硅质岩Al-Fe-Mn三端元图(图 7-A)中，硅质岩数据非常分散，仅少数位于热水沉积区，很多位于非热水区及空白区域。SiO2与Al2O3、CaO及FeO等的相关性较差(图 7-B，7-C，7-D)，仅钻井样品和回龙场剖面样品的数据点相对集中，二崖剖面的数据非常零散，暗示硅质热液的来源复杂。

4.1.2 硫化物主量元素特征

电子探针分析表明，黄铁矿中硫含量介于51.215%～55.502%之间，平均值为53.89%，略高于黄铁矿中硫的标准计量(53.45%)；Fe含量介于46.058%～46.879%之间，平均46.39%，略低于黄铁矿中Fe的标准质量分数(46.55%)。此外，黄铁矿还含有少量Se、Zn、Au等，Pb、As、Ni的含量很低且分布不均匀(表 2)。

A—二崖剖面，茅三段，热液碳酸盐脉，由粗晶白云石(Dol)和方解石(Cal)组成，方解石呈浅红色，白云石不染色，铸体染色薄片；B—二崖剖面，茅三段，粗晶热液白云石脉，发育鞍状双晶(SD)，蓝色部分为孔隙，铸体薄片；C—FL8井，茅三段，5492.3im，热液白云石和方解石脉，白云石呈黄褐色，具鞍状双晶和弯曲晶面，方解石透明洁净；D—FL8井，与照片C同视域，热液白云石发暗褐色至暗橙色光，方解石呈暗褐色，阴极发光；E—回龙场剖面，茅三段，“雪片状”碳酸盐团块，白云石发育鞍状双晶(SD)，红色为方解石(Cal)，铸体染色薄片；F—二崖剖面，茅三段，网状张裂缝发育，部分充填方解石(红色)，残留缝(蓝色)改善了围岩的储集性能， 铸体染色薄片。除D为阴极发光外，其他照片均为单偏光图 6 四川盆地东部中二叠统茅口组热液碳酸盐矿物组合显微特征Fig.6 Microscopic characteristics of hydrothermal carbonate mineral assemblages of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin

表 1 四川盆地东部中二叠统茅口组硅质团块的电子探针主量元素分析(wt%)Table1 Main elements of EPMA of cherts of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin(wt%)

闪锌矿中硫含量介于32.600%～33.851%之间，平均33.34%，也略高于闪锌矿中硫的标准计量(32.89%)；Zn含量介于58.107%～61.957%之间，平均60.24%。闪锌矿还表现出富Fe(4.239%～8.547%，平均6.28%)和贫Pb、Se、As的特点，并含有少量Au、Cu和Ni(表 2)。

A—硅质团块的Al-Fe-Mn三角图(底图来自Adachi et al.，1986)；B—硅质团块SiO2与Al2O3含量相关图；C—硅质团块SiO2与CaO含量相关图；D—硅质团块SiO2与FeO含量相关图图 7 四川盆地东部中二叠统茅口组硅质团块主量元素之间的关系Fig.7 Correlation among main elements of cherts of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin

表 2 四川盆地东部中二叠统茅口组FL8井硫化物电子探针主量元素分析(wt%)Table2 Major element concentrations of sulfides of the middle Permian Maokou Formation from Well FL8 of eastern Sichuan Basin(wt%)

表 3 四川盆地东部中二叠统茅口组热液碳酸盐矿物电子探针主量元素分析(wt%)Table3 Major element concentrations of hydrothermal carbonate minerals of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin(wt%)

A—白云石脉和白云石团块CaO与MgO关系图，白云石CaO标准计量为30.39%，MgO标准计量为21.87%；B—热液碳酸盐矿物CaO与SrO含量关系图；C—热液碳酸盐矿物CaO与MnO含量关系图；D—热液碳酸盐矿物CaO与FeO含量关系图图 8 四川盆地东部中二叠统茅口组热液碳酸盐矿物主量元素之间的关系Fig.8 Correlation among main elements of hydrothermal carbonate minerals of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin

A—黄铁矿稀土元素分布图(球粒陨石标准化，据Sun和McDonough，1989)；B—黄铁矿微量元素分布图(原始地幔标准化，据Sun和McDonough，1989)；C—热液碳酸盐矿物稀土元素REE+Y分布图(北美页岩标准化，据Gromet 等，1984)；D—热液碳酸盐矿物 微量元素分布图(北美页岩标准化，据Gromet等，1984)图 9 四川盆地东部中二叠统茅口组热液矿物稀土配分曲线和微量元素蛛网图Fig.9 Trace elements cobweb diagram and REE distribution patterns of hydrothermal minerals of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin

表 5 四川盆地东部中二叠统茅口组热液碳酸盐矿物微量元素和稀土元素含量(μg/g)Table5 Trace and rare earth elements content of hydrothermal carbonate minerals of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin(μg/g)

4.1.3 热液碳酸盐矿物主量元素特征

电子探针分析表明，研究区白云石脉和“雪片状”白云石团块中CaO含量介于29.853%～33.369%之间、平均32.08%，MgO含量介于20.680%～22.292%之间、平均21.82%，均持平或略高于白云石标准计量(CaO=30.39%，MgO=21.87%，表 3，图 8-A)。脉白云石有序度介于0.65～1.0之间，平均0.75，总体为中等偏高，个别样品中白云石完全有序。

热液方解石和玄武岩气孔充填方解石的CaO含量介于57.311%～64.473%之间，平均60.92%，也高于标准计量(56%)。 热液白云石具有贫Si、 Al、 Fe、 Mn、 P、 Ti、 Ni等特征(表 3)，SrO含量变化幅度大，且低于黄孔槽剖面玄武岩气孔充填方解石SrO含量(图 8-B)。 值得注意的是，黄孔槽剖面玄武岩气孔充填方解石的MnO、 FeO含量明显高于茅口组热液方解石和白云石(图 8-C，8-D)。

4.2 微量元素及稀土元素特征

4.2.1 硫化物的微量元素和稀土元素特征

激光原位分析表明，钻井样品中黄铁矿和闪锌矿的主量、微量和稀土元素的丰度和类型均有很大差异，黄铁矿中元素的种类和丰度远高于闪锌矿。

研究区茅口组闪锌矿中，Si(平均376.11 μg/g)、Cu(平均102.78 μg/g)、Ge(平均124.70 μg/g)、Cd(平均1434.91 μg/g)的含量相对较高，其他大多数微量元素含量均很低。绝大多数稀土元素含量都低于检测下限，稀土元素总量为0.01 μg/g(表 4)。

4.2.2 热液碳酸盐矿物微量元素和稀土元素特征

碳酸盐矿物北美页岩标准化的稀土元素配分曲线较为平坦且微弱右倾，轻、重稀土元素分馏不明显(图 9-C)，Y具明显的正异常。北美页岩标准化的微量元素曲线图则显示出相对富U和Sr、贫Ti的特征(图 9-D)。

4.3 硫化物的硫同位素组成

研究区与热液碳酸盐脉共生的含硫矿物以黄铁矿和闪锌矿为主，未见硫酸盐矿物。FL8井黄铁矿原位硫同位素δ34Sv-CDT值介于-3.91‰～-4.48‰之间，闪锌矿原位硫同位素δ34Sv-CDT值介于-5.2‰～-6.87‰之间。现代大洋中脊附近热液型硫化物中硫的来源大致有3个(Seal，2006): (1)来自于围岩的淋滤作用，围岩既包括岩浆岩也包括沉积物；(2)来自于亚铁硅酸盐和氧化物的相互作用，或与有机质相互作用而产生的海水硫酸盐热化学还原作用；(3)来自于细菌硫酸盐还原作用形成的沉积物中硫化物的淋滤作用。每一类来源均有独特的硫同位素组成，与洋中脊玄武岩有关的δ34S 平均值大致为-0.7‰±0.8‰(Sakaietal.，1984)，现代海水通过与磁铁矿之间的热化学还原作用可产生δ34S 高达15‰的H2S(Janecky and Shanks，1988)，而与细菌硫酸盐还原反应的生物成因硫化物则常具有较大的同位素分馏效应，并且产生异常负偏的δ34S(Seal，2006)。研究区黄铁矿和闪锌矿硫同位素与基性火山岩的硫同位素相比略微偏负，且变化幅度不大，推测硫同位素组成有混源的可能。一方面，硫同位素靠近基性岩浆岩中硫化物的同位素值，表明其形成时受到了基性岩浆岩(很可能与峨眉玄武岩的活动有关)中硫化物的影响；另一方面，硫同位素的略微负偏还说明微生物硫酸盐还原作用也可能参与了热液脉中硫化物的形成。

A—回龙场剖面茅口组硅质(微晶石英)团块中的气—液两相流体包裹体(箭头)；B—二崖剖面茅口组白云石脉中的气—液两相流体包裹体(箭头)；C—回龙场剖面茅口组方解石脉中的气—液两相流体包裹体(箭头)；D—硅质团块、热液白云石脉、热液方解石脉和团块 中流体包裹体均一温度直方图；E—热液白云石脉与热液方解石中流体包裹体均一温度与Na含量关系图图 10 四川盆地东部中二叠统茅口组热液矿物中流体包裹体特征及均一温度Fig.10 Fluid inclusions in hydrothermal minerals and diagram of homogenization temperatures of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin

图 11 四川盆地东部中二叠统茅口组热液活动模式简图Fig.11 Sketch diagram of hydrothermal activities of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin

4.4 流体包裹体特征

从碳酸盐矿物流体包裹体均一温度与碳酸盐矿物Na含量变化的相关性来看(图 10-E)，方解石脉的Na含量很低，而白云石脉中Na含量相对略高。随着方解石脉中流体包裹体均一温度升高，Na含量有逐渐降低的趋势，呈现出淡水方解石的特征。然而，对于白云石脉而言，随着均一温度的升高，Na含量却有逐渐增加的趋势，而且不同白云石脉中Na元素丰度可以出现数量级般的差异(表 5)，说明白云石在形成过程中需要较高的盐度条件，但是高盐度并不是其形成的必要条件。包裹体均一温度与碳酸盐矿物稀土元素Eu/Eu*值的正异常(图 9-C)、闪锌矿微量元素含量和比值所反映出的温度条件基本一致，可以作为研究区发生热液流体活动最有利的直接证据。

5 讨论

5.1 热液活动期次

华蓥山黄孔槽剖面龙潭组底部的玄武岩体在喷发时间和构造背景上与峨眉地幔柱有成因联系，岩体规模不大，分布零星，是裂隙式喷发的产物(图 4-H)，可见茅口组的热液活动属于与断裂、岩浆活动有关的热液体系。峨眉地幔柱活动期，研究区基底断裂再次活化，在茅口组内部产生大量张性构造裂缝，为流体运移提供了有效通道，因此，张性和走滑断层活动引发的构造破裂作用是热液活动产生的先决条件。随着岩浆相关热液和浅层地下水的涌入，裂缝内发生流体与围岩之间的水—岩反应和物质交换，导致矿物沉淀及围岩的白云化作用。研究区茅口组自下而上丰富的热液矿物组合类型，表明热液活动具有幕式特征(图 11)。

根据野外观察，茅口组沉积时期热液活动大致有3期，早期和晚期以硅质热液活动为主，两者之间是以碳酸盐矿物为主的热液活动。野外剖面中首先看到硅质岩和硅质团块的密集发育，然后过渡为硅质团块与“雪片状”碳酸盐团块共存、热液碳酸盐团块，最后复又转为硅质团块。而且，硅质岩除了顺层发育外，还形成大量穿层的硅质结核和不规则团块，其很可能保留了当时的热液活动状态(图 3-B，3-D)。这种独特形态与周新平等(2012)报道的四川盆地北部旺苍双汇地区吴家坪组“下渗”状热水硅质团块非常相似。当硅质团块与碳酸盐团块共存时，硅质团块往往被碳酸盐脉切割成角砾状，碳酸盐脉向上延伸与“雪片状”碳酸盐团块沟通(图 3-H)，也说明硅质热液活动略早于以碳酸盐为主的热液活动。镜下观察可见，部分含化石硅质结核中化石钙质壳体被微晶石英交代，说明硅质热液活动晚于围岩沉积物和化石的形成。据此，推测研究区茅口组热液活动发生于茅口组沉积期后不久，其中碳酸盐型热液活动总体上晚于硅质热液活动。

野外和镜下也见到茅口组内部网状纵横交错的张性热液碳酸盐脉常被压溶缝合线切割，说明张性构造裂缝的产生和矿物的充填早于埋藏成岩期的压溶作用。脉体充填矿物成分也有明显期次，具鞍状双晶的热液白云石形成早，分布在裂缝壁两侧，而脉体中间的亮晶方解石形成较晚。此外，热液碳酸盐脉大量发育的层段围岩有明显的白云化作用，白云石的晶间孔和半充填碳酸盐脉中的残余孔隙显著提高了围岩的储集性能，这是茅口组白云岩储集层形成的主要原因。

5.2 热液活动的物质来源

一般而言，硅质岩SiO2来源主要有3个，分别是生物来源、陆源富硅沉积物及洋底火山热液(Adachietal.，1986)。研究区硅质团块中Al-Fe-Mn三角图上的样品点分布非常零散，仅少数落在洋底热水沉积硅质岩区，很多样品的SiO2落在非热水沉积区及空白区，并表现出高Al特点(图 7-A)，反映硅质来源除了有深部火山热液之外，更多的还是陆源硅的参与。同时，SiO2与Al2O3、CaO、FeO等的相关图(图 7-B至7-D)也显示出相同特征，说明硅质来源具有多源性特征。这种硅质来源的多样性与林良彪等(2010)报道的重庆石柱地区茅口组热水沉积黑色薄层硅质岩的SiO2来源有一定的相似性。研究区中、晚二叠世总体处于相对浅水碳酸盐岩台地、缓坡及海陆交互环境，并非典型的洋底扩张中心高热环境，因此富硅热液进入茅口组之前，流体很可能先沿着断裂和裂缝与途经围岩进行物质成分交换，下伏地层陆源沉积物中SiO2淋滤溶出后与热液硅混合在一起，从而使茅口组硅质岩的化学成分呈现出混源特征(图 11)。

火山岩气孔充填物常被认为是流体(大气水、地层水、成岩流体等)与原岩发生水—岩反应的产物(刘万洙等，2010；候明才等，2013)，其成分常携带原岩信息。将黄孔槽剖面玄武岩气孔内充填的方解石与茅口组热液方解石、白云石相比，发现主量元素和微量元素既有差异，也有共性，具体表现为： (1)玄武岩气孔充填方解石的MnO、FeO含量明显高于后者。当流体与玄武岩发生水—岩反应后，富含Mn、Fe、Mg、Ca等离子的流体会被带出原岩，Mn、Fe的迁移能力弱于Mg、Ca等活动性离子，当它们达到过饱和时，会优先沉淀在临近的气孔中，因此气孔方解石的Mn、Fe含量明显高于脉体中充填的碳酸盐矿物； (2)3类矿物CaO含量均高于标准计量，反映出源区的富钙特征。研究区下伏石炭系和中下二叠统发育厚层海相石灰岩和白云质灰岩，当热液流体或浅层地下水沿着裂缝系统上涌或下渗时，水—岩反应可以使下伏围岩中Ca、Mg等活动性离子在淋滤作用下溶出，使流体表现出富钙特征； (3)3类碳酸盐矿物的微量元素均有相对富U和Sr、贫Ti等特征，表明流体成分有成因联系； 热液碳酸盐矿物Ce/Ce*明显负异常，Eu/Eu*以正异常为主，表明矿物形成于富氧较高温环境； (4)热液碳酸盐矿物稀土元素总量很低，方解石脉Na丰度很低，具淡水方解石的特点，可能有以大气降水为主的浅层地下水参与； (5)3类碳酸盐矿物均呈现明显Y正异常。Y与稀土元素Ho的地球化学性质相似，但是在水溶液中，Ho吸附于悬浮微粒的能力是Y的2倍，因此，远离陆源物质影响的海水Y/Ho值通常大于44，而太古代页岩Y/Ho值约为27(Bau 和 Dulski，1995)。研究区3类碳酸盐矿物Y/Ho值介于31～90之间，平均58，表明热液流体相对洁净，缺乏悬浮组分； (6)与碳酸盐脉共生的硫化物硫同位素显示出硫源受到微生物和基性岩浆岩的共同影响。由此可见，研究区以碳酸盐矿物为主的热液流体也有混源特征，热液流体不仅与峨眉山地幔柱岩浆活动有一定关系，还有富钙浅层地下水的参与。

6 结论

1)四川盆地东部中二叠统茅口组存在丰富的热液流体活动，表现为薄层硅质岩、硅质团块和交织状碳酸盐脉或“雪片状”碳酸盐团块2大类，有时可伴生少量金属硫化物。热液活动具有期次性，穿层状硅质结核和团块的首次出现常指示热液活动的开始，中期为碳酸盐型热液活动，晚期再次转为硅质热液活动。热液活动发生在茅口组沉积后不久，早于埋藏成岩期压溶作用。

2)茅口组内大量的张性构造裂缝为热液活动提供了通道。构造破裂作用和以碳酸盐为主的热液活动，对围岩的白云化作用以及缝、洞、晶间孔的产生起到了建设性作用，有效改善了白云岩储集层的物性。

3)硅质岩、碳酸盐矿物和硫化物的地球化学特征表明热液具有混源特征。硅质热液的SiO2组成既有热液硅也有陆源硅，黄铁矿、闪锌矿的硫源受到了微生物和基性岩浆岩的共同影响，而以碳酸盐矿物为主的热液流体除了包含火山活动相关流体外，还有富钙地下水的参与。

4)闪锌矿的微量元素含量和比值反映了其形成于中温热液条件下；碳酸盐脉Eu/Eu*介于0.79～5.34之间，硅质岩和碳酸盐流体包裹体均一温度变化于54.7～294.3i℃之间，都反映了宽泛的形成温度，表明裂缝中流体微环境的物理性质是动态变化的，也可能是不同源区流体的起源位置及混合程度的差异造成的。

致谢衷心感谢2位匿名审稿专家提出的宝贵建议和修改意见。论文的野外和室内工作还得到了潘磊工程师、李让彬工程师、王庆波工程师、翟立国硕士、杨文强博士、陈开运博士和弓化栋工程师的支持和协助，在此谨致谢忱。