四川盆地东部寒武系洗象池组白云岩成因研究

郭艳波　任冠雄　叶朝阳　周远志　秦启荣

摘 要：白云岩地层对成岩环境具有较高的敏感性，使得其在长期沉积和埋藏的地质历史时期极易受到各种成岩作用的改造，进而能形成良好的储层。但是，白云岩问题至今都是困扰国内外学者的重要科学问题，其成因尚未有明确定论。以四川盆地东部寒武系洗象池组为研究对象，通过钻井、野外露头、岩心、薄片以及地球化学分析等资料和手段，探讨白云岩的成因。通过研究区白云岩的稀土元素可以看出，其成岩流体来源主要为海水。研究区洗象池沉积期，受蒸发作用以及海平面频繁变化的影响，孔隙水不断向空中散发，同时海水又通过毛细管作用不断补充到沉积物的颗粒之间，导致孔隙水盐度增高，沉淀出石膏。石膏的沉淀使孔隙水或者表层积水Mg/Ca比率大大增加，形成高镁粒间水，进而交代其他碳酸盐岩矿物，形成白云岩。

关键词：洗象池组;四川盆地东部;白云岩成因;白云岩化作用

中图分类号：P581 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）34-0-03

Research on the Genesis of Dolomites in the Cambrian Xixiangchi Formation

in the Eastern Sichuan Basin

GUO Yanbo REN Guanxiong YE Chaoyang ZHOU Yuanzhi QIN Qirong

（1.Chongqing Gas Mine， Petro China Southwest Oil&Gas Field Company， Chongqing 400021;

2.School of Geosciences and Technology， Southwest Petroleum University， Chengdu Sichuan 610500）

Abstract： The dolomite strata is quite sensitive to the diagenetic environment. Based on such a feature， during the long-term sedimentation and burial geological history， the dolomite strata was extremely susceptible to various diagenesis transformations， which was conducive to the formation of good reservoirs. However， the dolomite problem has been an important scientific topic that challenges scholars at home and abroad， and there is still no clear conclusion on the cause of dolomite formation. Focusing on the Cambrian Xixiangchi Formation in the eastern Sichuan Basin as the research object， based on data and method such as drilling， field outcrops， cores， slices， and geochemical analysis， this study explored the genesis of the dolomites in that area. The results of a comprehensive study showed that the main source of diagenetic fluids was seawater. During the sedimentation period of the Xixiangchi in the study area， affected by evaporation and frequent changes in sea level， pore water continued to evaporate into the air， and at the same time， seawater was continuously filled between the particles of the sediment through capillary action. That caused the salinity of the pore water to increase， and gypsum was deposited. The precipitation of gypsum greatly increased the Mg/Ca ratio in pore water or surface water， forming high-magnesium intergranular water， which in turn replaced other carbonate minerals and formed dolomite.

Keywords： Xixiangchi Formation;east Sichuan Basin;genesis of dolomites;dolomitization

四川盆地東部寒武系洗象池组在多口井获得工业气流，具有良好的天然气勘探潜力。勘探实践与资料表明，四川盆地东部寒武系洗象池组储层主要发育在白云岩中，白云岩为储层形成奠定了重要的物质基础。因此，利用钻井、野外露头、岩心、薄片等相关资料，结合碳、氧同位素等实验分析手段，对四川盆地东部寒武系洗象池组白云岩的成因进行研究，为四川盆地东部寒武系洗象池组的进一步勘探开发提供依据。

1 区域地质概况

四川盆地东部是指华蓥山以东、七跃山以西、大巴山以南、大娄山以北的地区，即四川省中东部和重庆市东北部。研究区由北东-南西向条形高陡背斜和开阔的丘陵平坝相间组成，纵向上发育3套构造层组合，各构造层构造特征存在显著差异[1-2]。上构造层（侏罗系-中三叠统雷口坡组）褶皱变形表现为向斜地区陡，甚至直立倒转，背斜核部剥蚀较为严重，保存条件较差。研究区寒武系洗象池组处于中构造层中（下三叠统-寒武系），构造层内断层极为发育，构造复杂，圈闭规模小，志留系发育厚层泥页岩为次级滑脱层，不同时期断层发育具有明显的分层性。下构造层（寒武系以下地层）变形相对较弱，构造稳定、具备大型隆起背景。构造形态相对简单，断层不发育。

2 岩石学特征

2.1 泥晶白云岩

该类型白云岩以半自形-他形为主，晶体间镶嵌接触。该类型白云岩常与膏盐岩呈互层状或夹层状的产出关系。微观镜下可见到微细藻纹层结构和膏盐矿物铸模孔的发育，表明该类型白云岩应是干旱气候条件下早期白云岩化作用的产物[3]，如图1（a）所示。

2.2 颗粒白云岩

研究区发育的颗粒白云岩中的颗粒类型主要包括砂屑、鲕粒以及少量的砾屑，部分颗粒具有藻黏结的特征。颗粒的含量一般为70%～80%。砂屑、砾屑形态不规则。鲕粒形态较为规则，多为次圆-圆状。鲕粒结构较为清晰，大小一般为0.2～1.0 mm且相对均一，如图1（b）所示。

2.3 晶粒白云岩

根据晶粒的大小，可将研究区晶粒白云岩划分为粉晶白云岩、细晶白云岩、中晶白云岩以及不等晶白云岩。粉晶白云岩较为细小，一般为0.03～0.05 mm，晶形以半自形-自形为主，如图1（c）所示;细晶白云岩粒径一般为0.05～0.25 mm，相比粉晶白云岩晶体较为粗大，晶形从他形、半自形到自形均有发育，如图1（d）所示;中晶白云岩和不等晶白云岩主要由他形-半自形白云岩构成，晶体间呈紧密的镶嵌接触，储集性能差，分别如图1（e）、图1（f）所示。

3 白云岩成因分析

众所周知，白云岩化作用的产生需要富含高Mg的流体，因此富含高Mg的流体来源就成为白云岩化作用的核心问题。根据前人的研究，白云岩化作用所需要的富含高Mg的流体来源主要有以下几种[4-5]：海水;海水与残留地层水的混合水;泥岩受到压实作用产生的富镁离子流体;热液流体。综合以上看来，白云岩化作用的流体来源相对复杂。

地球化学证据显示，研究区洗象池组细晶白云岩、中晶白云岩和不等晶白云岩的δO值相较于同时期海水的δO值偏负（晚寒武世海水δO值为-10‰～-7‰），如图2所示。根据PDB标准，四川盆地东部寒武系洗象池组白云岩δC值和δO值数据见表1。

此种特征似乎表明，中晶白云岩和不等晶白云岩受到了后期热液流体的影响，流体来源应为热液流体[6]。但深部热液的流体通常会通过深部大型断裂发生运移，进而对周围的岩石和矿物产生白云岩化作用，而研究区内未有大型的深部断裂形成。此外，研究区并未有热液白云岩、石英、萤石、绿泥石、闪锌矿、重晶石、硬石膏等典型的热液矿物及其组合发育[7-8]。因此，研究区的白云岩化作用的流体来源并不是深部热液流体，而部分白云岩具有受到后期热液流体的表现，是由白云岩在埋藏过程中面临的重结晶作用和其他成岩作用的再平衡作用而导致的[9-10]。

根据上文的分析，四川盆地寒武系洗象池组白云岩化作用的流体来源为海水。四川盆地寒武系洗象池组沉积环境为局限台地，可见到大量暴露蒸发的环境标志，如干裂构造、鸟眼孔构造以及膏盐岩等。因此，研究区洗象池组白云岩应解释为早期蒸发泵和渗透回流白云岩化作用，研究区白云岩的特点也证实了此种解释。研究区的白云岩多呈厚层状分布，绝大部分为细小的泥-粉晶白云岩，细-中晶白云岩发育较少，细-中晶白云岩多是后期经历了重结晶作用而形成。研究区洗象池沉积期，受蒸发作用和海平面频繁变化的影响，孔隙水不断向空中散发，同时海水又通过毛细管作用不断补充到沉积物的颗粒之间，导致孔隙水盐度增高，沉淀出石膏。石膏的沉淀使孔隙水或者表层积水Mg/Ca比率大大增加，形成高镁粒间水，进而交代其他碳酸盐岩矿物，形成白云岩。由于高镁粒间水的相对密度较大，当高镁粒间水对表层沉积物的白云岩化基本完成时，就会向下回流渗透，与下部的碳酸钙沉积物相接触，发生白云岩化作用，进而形成白云岩，如图3所示。

4 结论

①四川盆地东部寒武系洗象池组主要发育具有原岩结构的泥晶白云岩和颗粒白云岩以及原岩结构无法识别的晶粒白云岩。

②四川盆地东部寒武系洗象池组白云岩的成岩流体来源为海水。部分白云岩的δO值具有热液流体来源的表现，这是由于白云岩在埋藏过程中受到了重结晶作用和其他成岩作用的再平衡作用。

③四川盆地寒武系洗象池组白云岩的成因应该解释为早期蒸发泵和渗透回流白云岩化作用。研究区洗象池沉积期，受蒸发作用和海平面频繁变化的影响，形成高镁粒间水，进而交代其他碳酸盐岩矿物，形成白云岩。

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