川东北飞仙关组储层结晶白云岩的形成机制与白云化模式

黄可可, 胡作维, 李小宁, 兰叶芳, 吕 杰, 黄思静

(油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059)

川东北飞仙关组储层结晶白云岩的形成机制与白云化模式

黄可可, 胡作维, 李小宁, 兰叶芳, 吕 杰, 黄思静

(油气藏地质及开发工程国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059)

川东北;飞仙关组;白云岩储层;海水白云岩化;台内热对流模式

川东北地区近年来发现了普光、罗家寨、铁山坡、渡口河等多个大中型天然气田，飞仙关组的白云岩是重要的储层。飞仙关组优质储层分布于滩坝高能环境，并广泛白云化。如果岩石没有白云化，储层质量通常也较差。各种白云岩，尤其是结晶白云岩是最主要的储层，导致川东北飞仙关组碳酸盐白云化并最终形成优质储层的成岩机制是近年来的热点研究领域之一。人们从白云化作用、碳酸盐溶解机制、硫酸盐还原作用等不同角度探讨优质白云岩储层的成因[1-17]。然而，在白云化作用、白云化机制以及白云化模式等方面，仍有一些问题没有完全解决，如：(1)作为重要储层的结晶白云岩的白云化作用的温度，是近地表温度还是中、深埋藏环境的温度。(2)结晶白云岩的白云化流体，是海水、盐度低于海水的混合水还是中、深埋藏环境的成岩流体。(3)用以解释结晶白云岩形成的机制和结晶白云岩具有较好物性的原因。本文试图根据川东北三叠系飞仙关组作为重要储层的结晶白云岩(包括用以对比的原始结构保存的粒屑白云岩)的结构、元素构成、阴极发光特征、包裹体均一化温度和碳、氧、锶同位素特征，结合晚二叠—早三叠世海水的碳、氧、锶同位素组成与演化规律，以及结晶白云岩在时间上和空间上的分布，研究其形成的流体和温度，探讨白云化机制和白云化模式，以及白云岩分布样式和限制白云岩分布区域的因素，解释这些白云岩具有较好物性的原因。

1 地质背景

川东北地区位于四川省东北部和重庆市北部，构造上属于扬子板块西北部的大巴山弧形构造带与川东高陡构造带交互重叠地区[18]，包括大巴山弧形构造带中南部和川东高陡构造带东北部。川东北地区地表和地下构造都十分复杂，这与其晚古生代以来经历了多期次、多类型的强烈拉张、挤压、推挤等构造演化密切相关[19]。川东北地区在早三叠世印度期(飞仙关组沉积大致对应时间)可分为开江—梁平台棚(盆地)、陆棚(斜坡)、台地3个基本的沉积单元，主要发育蒸发台地、局限台地、开阔台地、台地边缘滩、斜坡和盆地6类沉积相(图1)，岩石类型主要包括浅海碳酸盐岩、钙质泥岩和膏盐蒸发盐等[14,20]。

图1 川东北飞仙关组(早三叠世)古地理图Fig.1 Paleogeographic map of Northeast Sichuan Basinduring Feixianguan (Early Triassic) deposition(据文献[14]，有修改)

开江—梁平台棚对于控制四川盆地东北部三叠纪飞仙关期沉积相具有非常重要的意义[14,20,21]，其存在时间包括整个晚二叠世和早三叠世的印度阶，岩石地层涵盖川东北的上二叠统吴家坪组、长兴组和下三叠统的飞仙关组。具鲕粒结构的碳酸盐岩在台棚两侧的台地边缘都有分布，但经历强烈白云化后所形成的储层质量较好的结晶白云岩主要分布在台棚以东的(半)孤立碳酸盐台地边缘，显示开江—梁平台棚不仅控制了四川盆地东北部沉积相的分布方式，同时也进一步控制了包括白云化作用在内的碳酸盐岩的成岩作用。

2 结晶白云岩的结构

分布于四川盆地东北部三叠系飞仙关组的结晶白云岩具有如下几个主要特征：(1)或多或少地保留有被白云化的先驱岩石的鲕粒结构(图2)。(2)构成储层的主流白云岩由平直晶面半自形—自形晶白云石构成，缺乏非平直晶面的他形晶白云石，也缺乏非平直晶面鞍形晶白云石。(3)白云石晶体较小，主要分布在0.1～0.3 mm的细晶范围，中晶以上的白云石相对较少(图3)。(4)部分岩石显示出组构选择性白云化特征，鲕粒作为优先选择白云化的组构[9]。

我们可以进一步把飞仙关组的结晶白云岩分为2种不同的结构类型：一类结晶白云岩较好地保存了先驱鲕粒灰岩的结构，白云石晶体较小，主要处于细晶范围，孔隙类型仍然可以定义为粒间孔(图2-A)；另一类结晶白云岩原始鲕粒结构保存较差，白云石晶体相对较大，主要分布在细晶—中晶范围，孔隙类型主要表现为晶间孔(图2-B)。前人[9]的研究表明，两种不同结构的结晶白云岩可能与其先驱鲕粒灰岩原始海水胶结物类型有关，由镁方解石胶结的鲕粒灰岩白云化后原始结构保存较好，白云石晶体较小；而由文石胶结的鲕粒灰岩白云化后原始结构保存较差，白云石晶体较大，一些胶结物没有白云化或没有完全白云化的岩石可为此提供依据。

图2 川东北飞仙关组作为主要储集层的结晶白云岩的结构Fig.2 Fabric of crystalline dolostones which dominate the good quality reservoirs in Feixianguan Formation红色铸体片，单偏光，L2井，飞仙关组第二段。 (A)残余鲕粒结构的结晶白云岩；(B)缺乏残余鲕粒结构的结晶白云岩

图3 川东北飞仙关组结晶白云岩锶同位素组成分布直方图Fig.3 The distribution histogram of the strontium isotope composition in the crystalline dolostone

3 结晶白云岩的地球化学

前人公布了飞仙关组结晶白云岩的各种地球化学资料[8,17,23]，在元素和同位素组成上总体具有如下特征。

a.非常低的锰含量。锰的质量分数主要变化在(14～30)×10-6的一个非常小的范围内，这代表了非常低的锰含量，如巴西São Francisco盆地前寒武系Vazante组各种不同类型白云石的锰的平均质量分数高达343×10-6[22]。由于缺乏阴极发光的激活剂，这些白云岩在通常的测试条件(如12 kV, 300 A的束电压和束电流)下都不具有阴极发光或只有很弱的阴极发光。由于锰是海水中最为缺乏的元素之一，因而显示了海水或海源流体对川东北飞仙关组结晶白云岩形成过程的控制作用。

b.非常低的铁含量。铁的质量分数主要变化在(56～455)×10-6，这代表了非常低的铁含量，如巴西São Francisco盆地前寒武系Vazante组各种不同类型白云石的铁的平均质量分数高达4 822×10-6[22]。由于铁和锰在碳酸盐成岩过程中具有类似的地球化学习性(包括海水中很低的铁含量以及铁在碳酸盐矿物中的分配系数具有很大的变化范围)，因而也说明海水或海源流体对川东北飞仙关组结晶白云岩形成过程的控制作用。

c.较高的锶含量。锶的质量分数主要变化在(90～270)×10-6。白云石的锶含量很大程度上受锶在白云石中分配系数控制。由于锶在白云石中的分配系数很小(理论上只有方解石中锶含量的一半)，因而白云石的锶含量通常很低，如果岩石中白云石的质量分数>95%，其锶的质量分数很难>200 ×10-6。较高的锶含量往往说明岩石中含有较多的方解石或存在天青石等锶的单矿物。因此，对于较纯的白云岩来说，飞仙关组的结晶白云岩已不是一个低值。如巴西São Francisco盆地前寒武系Vazante组各种类型白云岩锶的平均质量分数只有48×10-6[22]。由于锶是海水中最为丰富的元素之一，因而也说明海水或海源流体对川东北飞仙关组结晶白云岩形成过程的控制作用。

d.高于同期海水的锶同位素组成和与同期海水类似的碳同位素组成。飞仙关组结晶白云岩主要分布在开江—梁平台棚以东的(半)孤立碳酸盐台地飞仙关组下部的飞1—飞2段，接近70%的样品的87Sr/86Sr比值分布在0.707 45～0.707 85之间，与飞仙关组上部地层(飞3—飞4段)所对应时间(大致相当于印度阶晚期)的海水值相当；其余样品主要分布在0.707 85～0.708 35之间，与下三叠统嘉陵江组所对应时间(大致相当于奥伦尼克阶)的海水相当(图3)。这说明比结晶白云岩先驱鲕粒灰岩沉积时间晚的非同期海水导致了鲕粒灰岩的白云化作用。在碳同位素组成上，飞仙关组结晶白云岩的δ13C值变化在1.08‰～2.37‰之间，显示出非常狭窄的变化范围，与同期海水基本一致，说明结晶白云岩的碳主要是从先驱鲕粒灰岩继承的，同时也说明白云化过程中少有其他来源碳(如来自大气CO2中的碳)的加入。

e.氧同位素及所代表的盐度。强子同等报道的飞仙关组台地边缘鲕滩白云岩的δ18O值变化在-6.73‰～-3.65‰ 之间(不含激光显微取样的数据)[23]，与黄思静等报道的作为储层的结晶白云岩的-6.38‰～-4.19‰之间的δ18O值[8]类似，都显示出非常狭窄的变化范围。川东北飞仙关组结晶白云岩很难找到可进行均一化温度分析的气-液两相包裹体，如果样品经冷冻后依然只有液相包裹体，可知这些白云石中包裹体捕获温度应在50℃左右[24,25]甚至更低。同时从结构角度来说，川东北飞仙关组的结晶白云岩由平直晶面半自形—自形晶白云石组成，缺乏非平直晶面白云石，晶体大小主要在细晶范围，也说明这些白云石主要是在较低温的环境中形成的。按白云石晶面弯曲的临界温度标准[26,27]，结晶白云岩的形成温度应<50～60℃。根据对结晶白云岩形成温度的讨论，假定这些白云石的形成温度在40～60 ℃之间，可以从白云石氧同位素组成与温度投点图(图4)中看出，川东北飞仙关组结晶白云岩白云化流体的氧同位素组成也落在了早三叠世海水的范围内。

图4 白云石氧同位素组成与温度投点图Fig.4 Crossplots of fluid-inclusion homogenization temperature against oxygen isotopic signature for dolomite等值线是与白云石平衡的水和氧同位素组成，川东北飞仙关组白云岩温度范围的确定见正文中的讨论，早三叠世海水的δ18O值按文献[28]方解石的δ18O值所对应的海水大致范围

图5 川东北飞仙关组原始结构保存的粒屑白云岩的结构Fig.5 Microphotographs of the fabric-preserved grain dolostones from Feixianguan Formation in Northeast Sichuan Basin岩石中白云石的质量分数>97%，但具非结晶结构，岩石极好地继承了先驱灰岩的结构，(A)和(B)分别为鲕粒白云岩和藻屑白云岩， L2井，飞仙关组第二段，均为单偏光

除结晶白云岩以外，四川盆地东北部飞仙关组还分布有原始结构完全保存的粒屑白云岩(典型结构如图5所示)。在一个向上变浅的剖面层序上，这类白云岩分布在结晶白云岩之上，且已完全白云化；但白云岩所具有的是一种非结晶结构，完全继承了先驱灰岩中方解石的晶体大小、形态及其他特征(图5)。在地球化学特征上，这些白云岩具有比结晶白云岩稍高的锰、铁含量，与结晶白云岩类似的锶含量；但其锶同位素比值接近同期海水，说明白云化流体基本上是由同期海水完成的。由于这些原始结构保存的粒屑白云岩的δ13C值较结晶白云岩偏负，变化在0.69‰～1.73‰之间，低于同期海水，说明其形成过程中可能存在大气CO2中碳的加入。这些白云岩具有比结晶白云岩稍高的锰、铁含量，说明它们经历了相对开放的成岩环境。

4 讨 论

4.1 白云化的流体和温度

白云化作用的流体和温度是研究白云岩成因和建立白云化模式最为重要的基础，在前文已对此作了讨论，在此进一步总结如下。

a.飞仙关组结晶白云岩极低的锰、铁含量显示海水或海源流体的特征。

b.飞仙关组结晶白云岩δ13C值与同期海水一致，说明结晶白云岩的碳可能是从先驱鲕粒灰岩继承的，白云化过程中其他来源碳(如来自大气CO2中的碳)的加入有限。

c.飞仙关组的结晶白云岩由平直晶面半自形—自形晶白云石组成，缺乏非平直晶面白云石，晶体相对较小，缺乏可进行均一化温度分析的气-液两相包裹体，其形成温度应<50～60℃。

d.按40～60℃的白云化温度，飞仙关组结晶白云岩δ18O值代表的白云化流体是早三叠世的海水。

e.反过来，根据结晶白云岩具有非常低的锰、铁含量和较高的锶含量等反映的海源液体的特征，我们也可以根据结晶白云岩δ18O值变化范围，从白云石氧同位素组成与温度投点图中估算出结晶白云岩白云化温度大致在40～60℃之间。

f.飞仙关组结晶白云岩中的87Sr/86Sr比值主要与早三叠世印度阶晚期，其次是早三叠世奥伦尼克阶海水的锶同位素组成相当，这说明比结晶白云岩先驱鲕粒灰岩沉积时间晚的非同期海水导致了鲕粒灰岩的白云化作用，白云化作用发生时飞1—飞2段的鲕粒灰岩处于埋藏深度<1 km的埋藏阶段。

4.2 飞仙关组结晶白云岩的分布及相应的环境特征

前人在飞仙关组结晶白云岩的分布方面做了较多的工作[14]，作为重要储层的飞仙关组的结晶白云岩主要分布在开江—梁平台棚以东的(半)孤立碳酸盐台地边缘的鲕粒滩坝环境(图1)，与开江—梁平台棚以西的镶边陆棚比较，台棚东、西两侧的碳酸盐台地及边缘浅滩环境的鲕粒岩存在如下差别。

a.开江—梁平台棚以西，飞仙关组沉积于与大陆毗邻的碳酸盐台地，缺乏陡峻的台地边缘；以东则为(半)孤立碳酸盐台地，具陡峻的台地边缘。台地两侧同时对海水开放，东侧(半)孤立碳酸盐台地长兴组中广泛发育放射轴状纤维状胶结物，说明台棚以东的陡峭台地边缘在长兴期就已建立，并具有数百万年与海水接触的地质条件。

b.开江—梁平台棚两侧海水的局限程度存在差别，以东的(半)孤立碳酸盐台地蒸发盐较西侧发育，从飞1—飞4段都有蒸发盐发育；而西侧仅在飞4段有厚度不大的蒸发盐(图6)。

c.开江—梁平台棚两侧鲕粒岩(也包括其他粒屑碳酸盐岩)的分布层位存在差别，西侧层位较高，主要分布在飞2段上部和飞3段；东侧层位较低，主要分布在飞1段和飞2段(图6)。由于开江—梁平台棚消失于印度阶末期，飞仙关组大致与印度阶对应，按2008年的国际地层表[29]，印度阶时限为251(±0.4)～249.5 Ma B.P.，时间间隔为1.5 Ma，最长也只有1.9 Ma。时间在碳酸盐的白云化中具有非常重要的作用，Whitaker 和Xiao的数值模拟表明，正常海水要使碳酸盐台地完全白云化，需要几百万—几十个百万年[30]。同时，很多白云化作用(如回流白云岩和一些以海水作为白云化流体的埋藏白云岩)被局限在台地范围内，四川盆地东北部飞仙关组作为储层的结晶白云岩也被局限在开江—梁平台棚以东(半)孤立碳酸盐台地边缘。因而(半)孤立碳酸盐台地存在的时间会限制结晶白云岩的发育及规模。从这一角度来说，分布层位较低的台棚以东(半)孤立碳酸盐台地的鲕粒岩具有更充足的白云化作用的时间，这是开江—梁平台棚两侧鲕粒岩的白云化的程度存在差别，即东侧的鲕粒岩强白云化、西侧弱白云化或不白云化的另一重要原因。

d.开江—梁平台棚以西更多地发育如图5所示的原始结构保存的白云岩(差储层或非储层)，岩石中白云石的晶体大小完全继承先驱石灰岩，具泥—微晶结构或不等晶结构(先驱石灰岩胶结物和粒屑具不同的晶体大小)。在台棚以东与一次相对海平面下降对应的向上变浅旋回中，结晶白云岩分布在旋回中下部，而原始结构保存的粒屑白云岩则分布在上部靠近台地顶部的位置，向上过渡为泥—微晶结构的塞卜哈白云岩，一些钻井还存在蒸发盐，说明原始结构保存的粒屑白云岩和结晶白云岩具有不同的白云化机制。

图6 川东北地区开江—梁平台棚东、西两侧沉积相对比综合柱状图Fig.6 Comprehensive column of the Feixianguan Formation on both sides of the Kaijiang-Liangping platform-shelf in Northeast Sichuan Basin(据文献[14]，有修改)

图7 四川盆地东北部飞仙关组作为储层的结晶白云岩的白云化机理示意图Fig.7 Sketch for dolomitization mechanism of crystalline dolostones which dominate the good quality reservoirs in Feixianguan Formation由于飞仙关组的结晶白云岩主要分布在开江—梁平台棚以东，因而本图显示的主要是开江—梁平台棚以东鲕粒岩的白云化模式，同时图中显示的是长周期模式，短周期与此类似。参考了文献[34]的有关图件，但本文作了实质性修改并赋予了不同的含义

4.3 白云岩形成机制与白云化模式

我们用台地内海水的热对流模式来解释开江—梁平台棚以东作为储层的结晶白云岩的形成机制(图7)。这种台内海水热对流模式包括开放、封闭和混合3种类型[31]。开放的对流单元在顶部或侧向对海水开放，并使得海水可以补充或流出，因而海水是镁的主要来源。封闭的对流单元的热对流在封闭系统中发生，要求封闭的流体自生必须要有足够的镁，比如封存的是Mg/Ca比值较高的海水，或封闭地层内部存在镁的来源；因而封闭对流单元中白云化作用相对有限，并需要地层本身具有更高渗透率和没有隔水夹层等条件。

由于结晶白云岩主要分布在开江—梁平台棚以东，因而该模式代表的是具陡峻边缘的孤立的碳酸盐台地，鲕粒岩的分布层位也较低，主要在飞1段和飞2段。根据前边的地球化学和白云岩的结构特征，可以认为白云化的主流流体是海水，温度大致为40～60℃。这些海水在时间上晚于飞1段和飞2段，主要是飞4段沉积结束前的海水，与嘉陵江组时间相当或在时间上更晚的海水对飞仙关组鲕粒岩的白云化仍然可能存在影响，但相对有限。除结晶白云岩的锶同位素组成方面的依据以外，开江—梁平台棚以东的(半)孤立碳酸盐台地的存在时间是另一重要依据。因为到奥伦尼克阶(大致与嘉陵江组对应)台棚以东的(半)孤立碳酸盐台地已经消失，流体的驱动方式由开放的对流单元过渡为封闭的对流单元，白云化作用的规模将减小。

使鲕粒岩或其他粒屑碳酸盐岩发生白云化的海水在台地内运动，对海水开放的热对流是白云化流体的主要驱动方式，包括低温海水向台地方向的运动和海水进入台地被加热后的向上垂向运动。热对流的原始驱动力是温度在空间上的差异，以下几个方面的原因使得开江—梁平台棚以东的(半)孤立碳酸盐台地存在台地内部的热对流并具有显著的白云化作用的潜力：(1)开江—梁平台棚以东的(半)孤立碳酸盐台地具有陡峻的边缘，温度较高的台地水和大洋水之间存在侧向的温度差(图7)，从而导致台地内部流体的热对流；而且(半)孤立台地两侧同时发生的海水对流更有利于白云化作用的发生。开江—梁平台棚以西镶边陆棚内部海水的对流作用相对较弱，因而白云化作用的强度也有限。(2)开江—梁平台棚以东的(半)孤立碳酸盐台地在飞仙关组就存在厚层蒸发盐，蒸发盐发育程度显著高于台棚以西的镶边陆棚(图6)。蒸发盐具有比碳酸盐更高的热导率，从而造成纵向热导率的差异并加强台地内部流体的热对流。(3)台地边缘具有原始孔隙度较高的鲕粒岩，使得温度较低的大洋水从台地边缘向台地内补充并造成台地内部流体的热对流。

我们对该模式和相应的白云化机制作如下进一步的解释。

a.由于高渗透率的鲕粒岩仅分布在台地边缘，因而海水进入台地内之后难以长距离向台地内作水平对流，台地内垂向对流大于水平对流(图8-A)。这限制了由这种对流方式形成的结晶白云岩的分布样式，白云岩主要分布在台地边缘，同时也分布在台地的中下部位置；对飞仙关组来说，更多地分布在飞1段和飞2段的位置，飞3段鲕粒没有足够时间完成白云化，因而白云岩的体积向上变小(图8-B)。

b.开江—梁平台棚以东(半)孤立碳酸盐台地边缘的结晶白云岩的形成温度大致在40～60℃之间，因而热对流的热源可以主要靠地热增温来实现。但台地内部一部分低温海水也可以通过台地下部边缘具渗透性的长兴组的礁岩进入台地，而这些海水时间上也应晚于飞1段和飞2段，海水被加温后也不会>60 ℃很多，因为这些海水不会在台地消失、嘉陵江组完全沉积后才进入台地内部。

c.与开江—梁平台棚以东(半)孤立碳酸盐台地不同的是，台棚以西是缺乏陡峻边缘的镶边陆棚，也可能是缺乏显著地貌起伏的广阔陆表海，碳酸盐地层只在台地顶部存在海水的供给和交换，通过这种开放形式的热对流形成的白云化作用规模很有限。

d.已有的研究表明，在岩石具有足够渗透率的前提下，温度的升高可提高对流通量[32]。因而存在深部热流体时，热对流的力度将特别大，这可能导致迅速而广泛的白云化。有关的实例如意大利Alps的三叠系Latemar 礁白云岩[33]和四川盆地西部二叠系的白云岩，白云化过程中海水可能被加热到了200℃以上。川东北飞仙关组的结晶白云岩的结构、氧同位素组成和包裹体均一化温度不支持具有显著高温的热流体的存在，但开江—梁平台棚以东的(半)孤立碳酸盐台地在长兴期就已存在并已发育陡峻的台地边缘，因而时间上晚于飞1段和飞2段的低温海水可能通过台地边缘具渗透性的长兴组的礁岩进入台地，这些海水被加热到60℃左右的较高温度(高于从飞1段—飞2段鲕粒岩进入台地的海水的温度)，这在一定程度上也有利于增大热对流的通量和白云化作用的效率。

e.开江—梁平台棚以东的(半)孤立碳酸盐台地消失以后，四川盆地东北部成为缺乏显著地貌起伏的广阔陆表海，开放的热对流转化为封闭的热对流。此时镁的来源一方面依赖于囚禁的海水，另一方面来自镁方解石的新生变形。由文石胶结的鲕粒岩因镁的浓度相对较低导致白云石具有更大的晶体，同时因较慢的结晶速率而具有更高的锰含量和稍强的阴极发光强度。

图8 四川盆地东北部飞仙关组(半)孤立碳酸盐台地内海水的热对流模式及白云岩的分布样式Fig.8 Model for thermal convection of fluids in the platform and the distribution pattern of dolomites(A)海水从台地下部两侧进入，被加热后主要沿垂直方向(实线箭头)对流，温度从台地下部往上逐渐降低，虚线代表等温线；(B)作为储层的结晶白云岩的分布样式，下部白云岩体的体积较大。参考了文献[34]的有关图件，但本文作了实质性修改并赋予了不同的含义

f.除热对流以外，川东北同时存在主要作为差储层或非储层的回流白云岩，并可能同时存在活跃回流和隐伏回流，活跃回流发生在台地淹没之前。由于鲕滩障壁的存在，与鲕粒岩近同期的位于台地顶部的表层水的循环严格受限，从而导致蒸发作用和向陆方向的盐度梯度，Mg/Ca比值已经提高的蒸发水由于密度增加向下流抵台地或向海流经台地沉积物(即回流作用)，并使得被高Mg/Ca比值卤水渗透的沉积物发生白云化。在一次相对海平面下降所构成的向上变浅旋回中，回流白云岩分布在旋回上部，也可以认为是分布在台地更靠近上部的位置，它们主要是原始结构保存的粒屑白云岩(图5)。在图7中，我们在台地顶部标注的是飞4段的高盐度卤水，但也包括了在飞1—飞3段中，一次相对海平面下降所构成的向上变浅旋回中的高盐度卤水，飞4段蒸发盐的存在代表了更长周期的层序级别。

g.川东北三叠系在一些局部的地方存在深部来源的富锶流体，与北西—南东向的垂直裂隙伴生。这些裂隙中充填有包裹体均一化温度在80～280℃之间的鞍形白云石(图9)、天青石、萤石和方解石，伴随围岩的天青石矿化作用并在局部地方形成了天青石矿床(另文讨论)，发现地点包括图9所示的合川三叠系，也见于川东北的元坝地区三叠系[35]。图7作为一个综合的模式给出沿可渗透断层向上运动的富锶流体，但这些深部热流体没有显示出对结晶白云岩和原始结构保存白云岩等主流白云岩白云化过程的显著影响。虽然深部热流体的存在会显著提高台地内部埋藏环境热对流的效率并使得白云岩具有更大的规模，但与天青石矿床有关的热卤水发生的时间及其与飞仙关组结晶白云岩之间的关系仍然不清楚。

h.基于前边的讨论，我们可以认为结晶白云岩和原始结构保存的粒屑白云岩具有不同的白云化机制。虽然白云化作用的镁离子都主要来自海水，但其对大气水环境的开放程度可能不同。结晶白云岩是在不对大气水环境开放，但对非同期海水开放的条件下进行的。白云化反应[34]按

2 CaCO3(固相)+Mg2+(水溶液)⟹

CaMg(CO3)2(固相)+Ca2+(水溶液)

(反应1)

进行。原始结构保存的粒屑白云岩是在对大气水环境相对开放的条件下进行的，白云化反应按

CaCO3(固相)+Mg2+(水溶液)+

(反应2)

进行。如果按白云化反应的通式

(2-x)CaCO3(固相)+Mg2+(水溶液)+

(1-x)Ca2+(水溶液)

(反应3)

图9 川东北三叠系嘉陵江组白云岩中的近垂直裂缝及充填的鞍形白云石Fig.9 The nearly vertical fracture and the saddle-dolomite fillings in the 4th member of Jialingjiang Formation, NE Sichuan(A)嘉陵江组白云岩中的近垂直裂缝，合川剖面嘉陵江组第四段；(B)裂缝及充填的鞍形白云石，注意白云石的波状消光，正交偏光

5 结 论

a.四川盆地东北部三叠系飞仙关组结晶白云岩或多或少地保留有被白云化先驱岩石的鲕粒结构，由平直晶面半自形—自形晶白云石构成，缺乏非平直晶面的他形晶，白云石晶体较小，缺乏可进行均一化温度分析的气-液两相包裹体，显示低温白云化作用的特征。

b.飞仙关组的结晶白云岩具有较低的锰、铁含量和较高的锶含量，显示海水或海源流体在白云化过程中的控制作用。

c.根据飞仙关组结晶白云岩氧同位素组成，从白云岩的结构和包裹体分析假定的40～60℃白云化温度，可知结晶白云岩的白云化流体的氧同位素组成在早三叠世海水的范围内，因而早三叠世的海水是结晶白云岩的白云化流体。

d.结晶白云岩的碳、氧、锶同位素组成说明先驱鲕粒灰岩的碳是其主要碳源，白云化流体主要是早三叠世印度阶晚期海水，其次是奥伦尼克阶海水，白云化作用发生时鲕粒灰岩处于埋藏深度<1 km的埋藏阶段，40～60℃的温度主要由地热增温提供。

e.台地内部埋藏环境的热对流模式可以较好地解释川东北飞仙关组的结晶白云岩的形成机制，开江—梁平台棚以东的(半)孤立碳酸盐台地内部的热对流具有如下几方面显著的白云化作用的潜力：(1)具陡峻的台地边缘，温度较高的台地水和大洋水之间存在侧向的温度差，孤立台地两侧同时发生的海水对流更有利于白云化作用的发生，低温大洋水主要从飞1段—飞2段的鲕粒岩，其次从长兴组的礁岩进入台地并被加温。(2)开江—梁平台棚以东的(半)孤立碳酸盐台地在飞仙关组就存在厚层蒸发盐，蒸发盐具有比碳酸盐更高的热导率，从而造成纵向热导率的差异并加强台地内部流体的热对流。(3)台地边缘具有原始孔隙度较高的鲕粒岩，使得温度较低的大洋水从台地边缘向台地内补充并造成台地内部流体的热对流。(4)开江—梁平台棚以东鲕粒岩分布层位较低(飞1段—飞2段)，台地消失前白云化作用有较为充足的时间以维持开放热对流作用的进行，台地消失后封闭的热对流作用相对次要。

f.由于高渗透率的鲕粒岩仅分布在台地边缘，海水进入台内后难于长距离向台地内作水平对流，台地内垂向对流大于水平对流，这限制了结晶白云岩的分布样式。白云岩只分布在台地边缘，同时也分布在台地的中下部位置，飞3段鲕粒没有足够时间完成白云化，结晶白云岩的体积向上变小。

g.川东北飞仙关组还存在的回流白云化作用和塞卜哈白云化作用，由此形成的白云岩主要分布在台地的上部或顶部，保留有很好的原始粒屑灰岩与泥—微晶灰岩的结构，白云化流体主要是同期海水，白云化系统相对开放，白云化流体盐度高于同期海水。

i.开江—梁平台棚以西镶边陆棚的飞仙关组虽然也发育高能环境的鲕粒灰岩或其他高能环境的粒屑灰岩，但形成结晶白云岩的条件差于台棚以东。

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Forming mechanism and dolomitization model of Triassic crystalline dolomite in Northeast Sichuan Basin, China

HUANG Ke-ke, HU Zuo-wei, LI Xiao-ning, LAN Ye-fang, LYU Jie, HUANG Si-jing

StateKeyLaboratoryofOil/GasReservoirGeologyandExploitation,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China

Sichuan Basin; Feixianguan Formation; dolomite reservoir; sea water dolomitization; thermal convection

10.3969/j.issn.1671-9727.2014.05.11

1671-9727(2014)05-0612-13

2013-05-02 [基金项目] 国家自然科学基金资助项目(41272130； 40839908)

黄可可(1983-)，女，博士，讲师，从事沉积地球化学专业的教学与科研工作, E-mail:h-k-k@yeah.net。

P588.245

A