川西北中二叠统栖霞组白云岩成因探讨

王 丹 （中石油煤层气有限责任公司，北京100013；长江大学地球科学学院，湖北 荆州434023）

袁 苗 （中国石油大学 （北京）地球科学学院，北京102249）

段文浩 （中石油煤层气有限责任公司，北京100013）

徐中波 （中海石油 （中国）有限公司天津分公司，天津300452）

何幼斌 （长江大学地球科学学院，湖北 荆州434023）

川西北中二叠统栖霞组白云岩成因探讨

王 丹 （中石油煤层气有限责任公司，北京100013；长江大学地球科学学院，湖北 荆州434023）

袁 苗 （中国石油大学 （北京）地球科学学院，北京102249）

段文浩 （中石油煤层气有限责任公司，北京100013）

徐中波 （中海石油 （中国）有限公司天津分公司，天津300452）

何幼斌 （长江大学地球科学学院，湖北 荆州434023）

川西北地区中二叠统栖霞组中上部不同程度发育细晶－粗晶的白云岩、灰质白云岩和白云质石灰岩，是该地区有利的储集层。前人对该类白云岩的成因认识有大气淡水与海水混合成因、埋藏成因和“玄武岩淋滤化”作用成因等3种。根据野外及室内薄片观察，结合阴极发光、碳氧同位素、地球化学等分析资料以及区域地质特征，综合分析认为该类白云岩是由埋藏白云石化作用形成的。

白云岩；白云石化；埋藏成因；栖霞组；川西北

川西北广元旺苍－朝天－江油一带的中二叠统栖霞组中上部发育细晶－粗晶的白云岩、灰质白云岩和白云质石灰岩，孔隙发育 （图1），具有良好的油气储集性能，是四川盆地中二叠统的主要勘探层位。目前，对该类白云岩成因主要有以下几种看法：①大气淡水与海水混合成因［1，2］；②埋藏成因［3］；③ “玄武岩淋滤化”作用成因［4］。笔者依据该区10条剖面的野外观察和薄片室内观察，并结合阴极发光、碳氧同位素、地球化学等分析资料以及区域地质特征，对该区白云石的成因进行了分析。

图1 埋藏白云岩化特征

1 白云岩特征

1.1 宏观分布特征

川西北中二叠统发育的白云岩主要分布在栖霞组中上部，一般以云斑石灰岩中云斑的形式出现。浅灰色块状云斑石灰岩的风化面发育刀砍纹 （图2（a））。云斑在新鲜断面上呈土黄色，一般几厘米至二十几厘米，垂直层面向下不规则分布 （图2（b）），局部为灰质白云岩；白云岩所占的比例不大，一般总厚度小于岩层总厚度的10%，从下部向上白云化作用有逐渐变强的趋势；云斑石灰岩整体厚度各剖面分布不均，且横向上分布不稳定，难以追踪对比；白云石斑块之间的交代残余石灰岩中含蜓类、珊瑚、腕足类、腹足类和海百合等化石，为狭盐性、狭温性生物，说明石灰岩沉积时的海水为正常盐度海水，且在该剖面及附近未发现暴露的痕迹 （如间断面、钙结壳等）。因此，从宏观上可以判断其与咸化海水白云化机制和混合水白云化机制无关［5］。

图2 埋藏白云岩化的细晶白云岩特征

1.2 镜下特征

白云石以粉晶－细晶为主，少量为中晶，多为半自形晶－自形晶，部分晶体表面污浊，多无环带 （图1（a）），少量具有波状消光和机械双晶；白云石内部可见方解石残余，晶粒之间含少量氧化铁颗粒，氧化铁可能是出露地表之后被氧化的结果，说明其生成的环境应为还原环境。混合水成因的白云具有交代彻底，晶粒愈粗大愈洁净愈 “成层”的特征，砂糖状白云岩就是该类型的白云岩进一步发展的结果。

在阴极发光显微镜下，白云石发紫色光、暗紫色光或暗光 （图3），与Fe2＋含量较高、Mn2＋含量较低有关［6］，同样说明其生成的环境应为还原环境。而混合水成因白云岩的阴极发光以紫红色、蓝紫色为主，部分为橘红色，方解石呈暗红色或橙黄色，因此，可以判断该白云岩不是混合水成因的。

1.3 地球化学特征

从表1可以看出，白云岩的微量元素中，除了Fe含量稍高之外，其余含量一般比较低，说明在白云石的形成过程中，出现了微量元素的流失或者是石灰岩在白云石化作用时介质含盐量低。其次，微量元素中Sr含量为32.7～255μg/g，与现代海相白云石的Sr含量500～800μg/g、现代方解石的Sr含量1000～1200μg/g、古代方解石的Sr含量400～700μg/g相比，含量很低；而埋藏成因的白云岩Sr含量66～170μg/g，混合水成因的白云岩Sr含量为70～250μg/g，所以与白云化过程中Sr的流失有关或为淡水白云化成因［4］。再次，从微量元素对比表 （表2）可见，Sr/Ba＝7.16～70.44［7］、B/Ga＝6.32～72.92、Fe/Mn＝1.50～20.73均较高，反映出形成时的介质为海水或咸水［3］。

图3 埋藏白云岩化的细晶白云岩镜下特征

表1 川西北地区中二叠统栖霞组白云石微量元素分析数据表

表2 川西北地区中二叠统栖霞组白云石中微量元素部分数据对比分析表

对该区栖霞组白云岩的碳、氧同位素进行了分析，结果见表3。浅灰色细晶云斑石灰岩中δ13C为0.790‰～5.065‰，平均2.886‰。δ18O为－8.556‰～－2.216‰，平均－5.760‰，δ18O值偏低，其主要原因不是由于淡水作用的结果，而是主要与形成时的地层温度较高有关［4，8］，因为高温对δ18O的影响远比淡水作用强烈。δ13C值远高于混合水白云化成因值－2.00‰，反映白云石形成时没有或很少有淡水或有机质的参与［4］。利用将δ13C、δ18O二者结合起来指示古盐度的公式计算得Z＝128.92～137.67＞120，为海相成因的石灰岩。将δ13C和δ18O的值代入公式［9］：T＝16.9－4.38（δ13C－δ18O）＋0.10（δ13C－δ18O）2，计算出白云石的古温度T＝88.10～137.50℃，平均114.66℃ （表3），反映其成岩温度较高。混合水成因白云岩生成时是达不到这种温度的。

表3 川西北地区栖霞阶白云岩中的δ13C、δ18 O分析统计表

1.4 包体均一温度

该区白云岩中原生包体发育，何幼斌等［3］对其用均一法测定其形成温度为101～206℃；而白云岩晶间孔内充填的方解石晶体中的均一温度为50～84℃。说明白云石形成时的介质温度较高，为埋藏条件下形成的，而不是近地表条件下形成的。

2 白云石成因

前人对川西北中二叠统栖霞组白云岩的成因主要有3种看法：大气淡水与海水混合成因、埋藏成因和 “玄武岩淋滤化”作用成因。根据前述白云岩特征，结合区域地质背景，笔者认为该区栖霞组白云岩为埋藏白云石化作用的产物。

白云岩在成因问题主要考虑两个方面的问题：一是Mg2＋的来源问题；二是白云石形成的环境问题［10］。而对于埋藏成因的白云石还应该考虑介质运移的通道和形成时的温度因素。

该区白云石化作用中Mg2＋来源有以下几种：①粘土矿物蚀变［3］提供Mg2＋；②有机质即文石或高镁方解石质生物或石灰岩的压溶作用［3］提供Mg2＋；③下伏石炭系地层中未完全交代的高镁地下水提供Mg2＋；④上覆峨眉山玄武岩［4］提供Mg2＋等。笔者研究认为②是栖霞组顶部云斑石灰岩中Mg2＋的主要来源。

中二叠世栖霞期，川西北地区主要沉积物为生屑石灰岩。当它们被埋藏到一定深度且满足白云石化的条件 （只要是Mg2＋的供应）时，就会发生白云石化作用。但该区栖霞组均被埋藏到地下一定深度，但白云石化的程度和白云石在岩石中所占的比例并不是很高，笔者认为主要是Mg2＋的供应不充足。

综上，笔者认为主要由文石或高镁方解石质生物或石灰岩的压溶作用所提供的Mg2＋存在于碳酸盐岩地下水中，在埋藏作用引起的压力差的情况下，聚集到孔隙度较高或者裂缝较发育的栖霞组顶部的石灰岩段流通，同时由于区域性的峨眉山玄武岩喷发引起的局部异常高温，使得该段岩石部分被白云石交代。

［1］张荫本.四川盆地二叠系地层中的白云岩化 ［J］.石油学报，1982，（1）：29～33.

［2］陈明启.川西南下二叠阳新统白云岩成因探讨 ［J］.沉积学报，1989，7（2）：45～50.

［3］何幼斌，冯增昭.四川盆地及其周缘中二叠统细－粗晶白云岩成因探讨 ［J］.江汉石油学院学报，1996，18（4）：15～19.

［4］金振奎，冯增昭.滇东－川西中二叠统白云岩的形成机理 ［J］.沉积学报，1999，17（3）：383～389.

［5］何幼斌，王文广.沉积岩与沉积相 ［M］.北京：石油工业出版社，2006.

［6］刘洁，皇甫红英.碳酸盐矿物的阴极发光与微量元素的关系 ［J］.沉积与特提斯地质，2000，20（3）：71～76.

［7］何宏，彭苏萍.巴楚寒武－奥陶系碳酸盐岩微量元素及沉积环境 ［J］.新疆石灰岩地质，2004，25（6）：631～633.

［8］王英华，黄志诚，王国忠.中下扬子区海相碳酸盐岩成岩作用研究 ［M］.北京：科学技术文献出版社，1991.74～106.

［9］张秀莲.碳酸盐岩中氧、碳稳定同位素与古盐度、古水温的关系 ［J］.沉积学报，1985，3（4）：17～30.

［10］覃建雄.白云岩化研究的新进展 ［J］.地质科技情报，1992，11 （2）：23～27.

The Dolostone Origin of Qixia Formation in Middle Permian of Northwest Sichuan

WANG Dan，YUAN Miao，DUAN Wen－hao，XU Zhong－bo，HE You－bin（First Author's Address：Coalbed Methane Company Limited，PetroChina，Beijing100013，China；College of Geosciences，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

There developed some fine to coarse dolostones，lime－dolomites and dolomitic limestones in the Middle Permian Qixia Formation of northwest Sichuan Area，which were good reservoirs in Sichuan Basin.Previous research results showed that three kinds of genetic interpretations were obtained，such as mixing－zone dolomitization in freshwater lens，burial dolomitization and basalt leaching.Based on the data of field observation，optic features，cathodoluminescence，carbon and oxygen isotopes，trace element analyses，homogenized temperatures of fluid inclusions and field geologic data，it is indicated by comprehensive analysis that the dolostones are considered to be resulted from burial dolomitization.

dolostone；dolomitization；buried genesis；Qixia Formation；Northwest Sichuan

TE122.2

A

1000－9752（2011）06－0046－04

2010－07－12

王丹 （1982－），男，2004年长江大学毕业，硕士，助理工程师，现主要从事煤层气勘探研究工作。

［编辑］ 宋换新