表生岩溶系统中浅埋藏构造-热液白云岩成因

吴昌明　杨明江

摘要：基于岩石学及地球化学特征，把四川盆地中部中二叠统茅口组白云岩分为半自形硅质细晶白云岩和他形镶嵌状白云岩两类，并对其成因作对比研究。成因分析发现，茅口组白云岩的形成具有成岩作用复杂性、流体来源混合性，输导通道多样性的特征，茅口组在浅埋藏下还原性逐渐增强，受龙潭期海源和幔源热液影响下，疏松多孔洞的碳酸盐砂云化形成半自形白云石，部分热量充足区域的灰岩原岩和角砾发生白云岩化，形成他形镶嵌状白云石，从而形成了两类岩石学和地球化学特征差异明显的白云岩。

关键词：川中地区，岩溶，热液，成因机制

引言

四川盆地中二叠统茅口组一直为油气开发的热点层位，其中白云岩储集层在试采中屡屡获得高产工业气流，反映出这类储集层巨大的开发价值和勘探空间。对于中二叠统白云岩成因机制学者们提出了一系列观点，其中最引人关注的便是构造-热液成因，但过去对茅口组热液白云岩成因研究过多地关注了断裂体系和热液运移，对岩溶作用及其产物考虑不多，并且常将二者割裂开分别研究的。因此，笔者充分利用资料丰富、研究程度相对较高的四川盆地川中地区，探讨该类白云岩的成因机制与油气储层意义。

1.地质概况

中二叠统茅口组与瓜德鲁普阶（Guadalupian）相对应，其顶以与上覆龙潭组平行不整合接触，其底和栖霞组整合接触。区内茅口组白云岩发育于茅二段，区内普遍存在巖溶现象，包括溶沟、溶洞、岩溶角砾岩等;角砾间为碳酸盐砂，或被风化壳成因的铝土质充填。区内岩溶系统产物的云化程度不相一致，某些厚层白云岩云化较为彻底，其间角砾和角砾间充填物均被云化，并有典型的热液成因鞍马状白云石充填残余孔隙，但仍可见未云化的角砾残余。云化程度较低的岩溶系统角砾与溶洞均未云化，而角砾间的碳酸盐砂云化形成白云岩，且硅质含量较高。

2.白云岩成因

综合区内白云岩的宏微观岩石学特征，可将白云岩分为半自形细晶白云岩、他形镶嵌状细晶白云两类。半自形白云岩与其他两类岩石相比，其硅质含量较高，反映该类白云岩受后期成岩流体改造较大，可能是热液环境影响下的产物。因此，本文主要把这两类白云岩作对比分析，并根据地球化学特征与灰岩原岩对比讨论。

2.1白云石化通道

白云岩分布与基底断裂有关，区内发育沟通基底的走滑断层使深部幔源流体向上贯入茅口组成为可能，成为白云石化流体的纵向运移通道。此外，白云岩的分布还与岩溶系统密切相关，岩溶作用下会使原岩产生大量次生孔隙，从而为后期的白云石化流体提供重要的横向输导通道。受晚二叠张裂运动和海侵的影响，岩溶系统可能与断裂体系发生耦合，共同成为白云岩化流体的输导空间，使不同来源、性质的流体混合成为可能。

2.2白云石化流体

2.2.1稀土元素特征

他形镶嵌状细晶白云岩稀土元素特征为稀土元素总量（∑REE）偏低、重稀土（HREE）富集、轻稀土（LREE）亏损的左倾型分模式，并与灰岩原岩的稀土元素特征相似，表明该类白云石与灰岩原岩具有继承关系，可反映同期海水特征。此外，该类白云岩还具有Ce相对亏损的特征，可能为成岩环境还原性逐步增强的原因所致。随着龙潭组的沉积，茅口组在浅埋藏下还原性逐渐增强，岩溶系统与断裂体系可能沟通了龙潭早期海源流体，伴随着大量海水的稀释，使得热液作用不充分，因此该类云岩云化程度较弱，稀土配分模式改变较少。

半自形的硅质细晶云岩稀土元素特征表现稀土元素总量（∑REE）相对较高、轻稀土富集、重稀土相对偏低的特征，指示该类白云岩成因主要受热液影响。热液对孔渗条件更好的岩溶系统产物改造影响更大，多孔的碳酸盐砂富含孔隙，可成为热液运移及改造的优势区，从而形成云化程度较彻底的半自形硅质细晶云岩，Ce的亏损特征消失也可作为受热液影响的佐证。

2.2.2碳、氧同位素特征

茅口组灰岩原岩与同期海水相比，δ18O值和碳同位素均比偏低。δ13C值出现偏负特征，反映出茅口沉积后受强烈的淡水改造特征，并在茅口组顶部普遍形成一层铝土质风化壳。δ18O值负偏可指示灰岩受到后期高温热液环境所致的同位素热分馏效应的影响。由此推测灰岩原岩遭受后期表生岩溶和高温热液改造。

对岩溶系统中的半自形硅质细晶白云岩、他形镶嵌状细晶白云岩做δ18O、δ13C分析，结果表明，两者的δ13C值均高于茅口组灰岩原岩。通常，蒸发相沉积环境中形成的高盐度卤水具有较高δ13C值，但研究区缺乏该类沉积环境，那造成δ13C值偏高的原因可能为热液环境所具有的增温效应所致。对于氧同位素而言，两类白云岩表现出明显的不同，他形镶嵌状细晶白云岩δ18O值和灰岩相似，部分样品δ18O值较小，表明该类白云岩总体继承了灰岩原岩的同位素特征，且受到热液环境下的同位素热分馏效应影响，导致部分围岩和岩溶角砾在热液作用下云化，形成他形镶嵌状细晶白云岩。与灰岩原岩相比，半自形硅质细晶白云岩的δ18O值较高，笔者认为，造成该类云岩δ18O值增高的原因可能是受到他源高δ18O流体混入，而残余空隙较为发育的半自形硅质细晶白云岩受到该流体的改造更为显著，这也证明了早期岩溶系统产物可成为后期成岩流体输送运移的重要通道。

3.结论

综上所述，茅口组白云岩的形成具有成岩作用复杂性、流体来源混合性，输导通道多样性的特征。茅口末期经历了大气淡水表生岩溶作用，而不同的岩溶产物为后期流体提供不一样通道。疏松多孔洞的岩溶碳酸盐砂云化受幔源和海源流体的影响，后期又受热液和他源富含18O的流体改造，从而形成半自形—自形白云石。茅口组在浅埋藏下还原性逐渐增强，受龙潭期海源和热液的的影响，部分热量充足区域的灰岩原岩和角砾发生白云岩化，形成他形镶嵌状白云石，因热液作用导致部分原岩致密化，较致密的他形镶嵌状细晶白云受流体叠合改造较弱，故形成了两类地化特征不同的白云岩。

参考文献：

[1]吴悦.四川盆地川中地区二叠系茅口组岩溶储层特征研究[C].西安石油大学，2019.

[2]戴晓峰，冯周，王锦芳.川中茅口组岩溶储层地球物理特征及勘探潜力[J].石油地球物理勘探，2017，176-185.

作者简介：吴昌明，男，六盘水师范学院。

（作者信息：六盘水师范学院）