中二叠统栖霞组白云岩为四川盆地重要的油气勘探对象。川西南地区平探1井在中二叠统栖霞组滩相白云岩储层钻遇工业气流^[1]，A1井在栖霞组钻遇39 m优质白云岩储层，蜂窝状和顺层状溶蚀孔洞发育，均证实了栖霞组白云岩具有良好的勘探潜力。明确栖霞组白云岩成因对规模储层分布预测具有重要意义。学者们对该区域栖霞组白云岩的研究多集中在沉积背景、成岩环境、孔隙演化和白云岩化模式等方面，对其成因认识也提出了多种观点，如：渗透回流成因^[2]、混合水成因^[3-4]、埋藏成因^[5-6]以及构造热液成因^[7-8]等，但仍未达成统一。目前，主流观点认为该套白云岩形成机制为埋藏期的热液白云石化作用，鞍形白云石发育^[9]且稀土元素具Eu正异常^[10]，缝洞中可见萤石、黄铁矿和石英等热液矿物组合，包裹体均一温度高于正常地层埋藏温度等特征都指示该套白云岩可能为热液成因，成岩流体为深部热液，并认为白云岩主要沿基底断裂分布^[11]，离断裂越近厚度越大，往盆地内部厚度减小。然而，随着勘探实践的不断深入，多口已钻井在远离断裂带的盆地内部钻遇了厚层白云岩，这表明栖霞组白云岩的分布很可能与以往的认识不同。另有学者研究发现，当温度高于250 ℃时，以海水为成岩流体的白云石中也可能出现Eu正异常^[12]，推测栖霞组白云石Eu正异常并非完全由深部热液引起，特别是前期研究多基于全岩样品数据，代表性和准确性均较低，未能区分不同结构白云石的地化特征，无法明确主要的白云石化成因，只能笼统地归纳为“受多期白云石化作用叠加控制”。因此，有必要结合白云岩最新研究成果对其成因展开分析，甄选出主要的白云岩类型及主导成因机制。

利用川西南地区A1井和A2井的岩心、薄片和阴极发光等资料，在明确岩石学特征的基础上，利用原位微区激光剥蚀实验技术获取亮晶颗粒灰岩胶结物、不同结构白云石微量元素及稀土元素，结合碳氧同位素和包裹体测温特征，探讨栖霞组白云岩的成因机制，以期为加快该区白云岩气藏的勘探与开发奠定基础。

四川盆地中二叠统栖霞组沉积期，沉积环境、古构造和古气候相对稳定，海平面变化由早期快速上升变为晚期相对缓慢下降^[13]，水体变浅为生物大量繁殖提供了有利条件，促使大量生屑滩沿缓坡坡折带发育，形成“一带一环” ^[14]。由于栖霞期处于冰期—间冰期过渡时期，水温较低，且生物过量繁殖，导致区内周期性缺氧，从而限制了生物礁体的形成和生长，不具备形成大型生物建造的条件。研究区位于川西南低陡构造带西北部（图 1a），铁山—威远穹隆带构造西南部，处于威远大型穹窿背斜与铁山大型背斜之间。栖霞组沉积期为碳酸盐岩内缓坡沉积环境，内—中缓坡的分界线位于苍溪—南充—威远一线附近。研究区发育多层叠置生屑滩，厚度差异大，横向连续性较差，区域上西北部微古地貌高地生屑滩厚度大于东南部地区。根据岩性和电性特征，可将栖霞组自下而上划分为栖一段和栖二段，栖一段主要发育深灰色灰岩、泥质灰岩和白云岩，底部与梁山组整合接触；栖二段相对较薄，岩性主要为灰色灰岩，少量白云质灰岩和灰质白云岩（图 1b）。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 川西南地区构造位置及沉积相展布（a）和中二叠统岩性地层综合柱状图（b） Fig. 1 Tectonic location and sedimentary facies distribution(a)and stratigraphic column of Middle Permian(b)of southwestern Sichuan Basin

钻井标定研究区白云岩发育段的地震响应特征主要为中—强波谷反射（图 2），结合地震相、古地貌、振幅和分量属性分析，白云岩边界清楚，向构造高部位尖灭。根据白云岩的地震反射特征，开展定量白云岩储层预测，结果显示优质储层平面上主要分布在研究区西北角A1井区，其次为东南角A2井区，储层厚度为30~70 m。

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 川西南地区中二叠统栖霞组白云岩地震反射剖面 Fig. 2 Seismic reflection section of dolomites of Middle Permian Qixia Formation in southwestern Sichuan Basin

将川西南地区A1井和A2井中二叠统栖霞组取心样品制备成普通薄片16件，铸体薄片22件，阴极发光薄片20件。薄片、铸体薄片和阴极发光实验均在中国石油化工股份公司西南油气分公司地质中心实验室完成。铸体薄片采用蓝色环氧化树脂注入孔隙，薄片和铸体薄片观察及拍照实验仪器为Nikon LV100 NPOL。阴极发光实验仪器为CL8200.MS，测试条件为电压10~15 kV，束电流200~300 μA，曝光时间6 s。

碳酸盐岩样品中不同结构白云石、微亮晶方解石、陆源碎屑和生物碎屑的地球化学元素含量差异较大^[15]。最新研究表明原始沉积的亮晶胶结物可以很好地继承沉积期海水性质^[16]，通过激光剥蚀获取的灰岩颗粒间方解石胶结物微量元素及稀土元素能够代表原始海水信息，可作为白云岩成因分析的参照标准。为了准确获取不同结构白云石和方解石等组分携带的信息以区分原始沉积信号和成岩改造信号，在西南石油大学碳酸盐岩沉积-成岩地球化学实验室对A1井和A2井共6件样品的亮晶方解石胶结物和不同结构白云石，进行了微量元素和稀土元素原位微区激光剥蚀实验（LA-ICP-MS）。激光束斑的直径和频率分别为60 μm和5 Hz ^[17]，微量元素含量处理时采用玻璃标准物质BHVO-2G，BCR-2G和BIR-1G均进行了多外标无内标校正^[18]。该实验可在一定程度上避免不同组分间信息的相互干扰，准确反映不同组构元素含量的特征和差异。白云石测试点位选自A1井5件样品，共测试17个点，亮晶方解石胶结物测试点位选自A2井的1件样品，共测试3个点。

碳氧同位素和包裹体测试在四川省科源工程技术测试中心完成。碳氧同位素组成全岩样品使用牙钻钻取5 g/件，使用MAT-253稳定同位素质谱仪测试。实验流程如下：将碳酸盐岩样品粉末装入密封反应瓶，用高纯氦气进行排空处理后，注入6~8滴无水磷酸，恒温70.00 ℃反应1 h，过程中释放出的CO₂由氦气流带入同位素质谱仪进行测试。包裹体测试采用Axio Scope. A1 Pol & LINKAM THMS600型冷热台，测试温度为-196.00~600.00 ℃，温度精度为0.01 ℃，加热或冷冻速率为0.01~150.00 ℃/min。

川西南地区中二叠统栖霞组灰岩以生屑灰岩为主（图 3a），腕足、单体珊瑚、板状珊瑚等化石个体保存较完整，生物体腔被方解石全充填。岩性较致密，局部发育针状孔隙和溶蚀孔洞，溶洞大小较悬殊（0.10 cm×0.15 cm~1.60 cm×3.00 cm），多被粗晶白云石或方解石全充填。多条高角度缝具溶蚀扩大现象，缝宽为1~6 mm，被方解石全充填，水平缝则多保存至今，为有效储集空间和运移通道。

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 川西南地区A2井中二叠统栖霞组灰岩特征 Fig. 3 Characteristics of limestones of Middle Permian Qixia Formation of well A2 in southwestern Sichuan Basin

镜下观察发现，栖霞组灰岩主要为颗粒结构的亮晶砂屑灰岩（图 3b）；生物种类较多，可见有孔虫、介形虫和蠕孔藻等；砂屑为生屑泥晶化形成，推测形成于缓坡坡折带高能颗粒滩环境，阴极发光下几乎不发光；发育少量粒间溶孔、生物体腔孔和裂缝。

研究区栖霞组基质白云岩主要为细—中晶白云岩，蜂窝状针孔密集发育（图 4a），受溶蚀改造明显（图 4b），发育大量溶洞和溶塌角砾，溶洞大小悬殊（6.00 cm×5.00 cm~0.30 cm×0.20 cm），被粗晶白云石（图 4c）、巨晶方解石、沥青和黄铁矿半充填，洞底见0.30 cm×0.60 cm~3.00 cm×1.00 cm的溶塌角砾，角砾为细—中晶白云岩。局部发育斑马构造白云岩，深灰色细晶白云岩与灰白色鞍形白云岩近似雁列式排列，溶蚀孔洞发育（图 4d）。高角度缝欠发育，部分岩心水平裂缝密集发育，呈酥饼状。

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 川西南地区A1井中二叠统栖霞组白云岩宏微观特征 （a）针孔白云岩，3 575.45 m；（b）溶蚀作用改造白云岩，3 577.27 m；（c）鞍形白云石充填溶洞，3 579.40 m；（d）斑马构造白云岩，3 575.39 m；（e）细—中晶白云岩，，3 576.40 m；（f）粉—细晶白云岩，3 576.08 m；（g）图（e）阴极发光照片，发暗红色光；（h）图（f）阴极发光照片，发暗红色光；（i）白云石发光程度不同，菱形晶体核心基本不发光，3 575.01 m，阴极发光照片；（j）白云石发光程度不同，晶体核心基本不发光3 576.30 m，阴极发光照片；（k）晶间孔，3 575.04 m；（l）晶间溶孔，3 576.88 m；（m）细—中晶白云岩，溶蚀孔洞，3 580.62 m；（n）鞍形白云石，3 578.10 m；（o）图（n）阴极发光照片，发暗红色光 Fig. 4 Macro and micro characteristics of dolomites of Middle Permian Qixia Formation of well A1 in southwestern Sichuan Basin

镜下观察发现，白云岩储层主要发育细—中晶白云岩（图 4e），少量粉—细晶白云岩（图 4f）和鞍形白云石。白云石晶体多为自形—半自形晶，晶面较为平直，以线接触居多。原岩经历了强烈的交代作用改造，其前驱沉积物较难辨认。阴极发光下，不同结构白云石整体发暗红色光（图 4g，4h），部分保留残余颗粒结构的白云石具亮色环边（图 4i，4j）。中晶白云岩发育大量晶间（溶）孔（图 4k，4l），部分受溶蚀作用改造为不规则溶孔，孔隙边缘被溶蚀呈港湾状（图 4m），可见鞍形白云石、黄铁矿、有机质等半充填。鞍形白云石晶面较脏，多为他形晶（图 4n），阴极发光图像显示其发光性并没有表现出热液成因白云石发亮红色光的特征，而是与基质白云岩一致，发暗红色光（图 4o）。

白云石化作用的核心是成岩流体与岩石相互作用的过程^[19]，微量元素和稀土元素在成岩作用的过程中会发生水岩交换、迁移、分馏等，可为白云岩成因机制研究提供重要的地球化学信息。

Fe，Mn，Sr，Na，Ba等微量元素作为碳酸盐岩沉积和成岩环境指示标志，在不同成因的白云岩中的含量不同^[20]。海水中Fe，Mn含量低，沉积物进入埋藏环境后，在压实压溶过程中，白云石能与成岩流体进行长时间水岩反应和物质交换，蚀变作用越强，Fe和Mn的含量越高^[21]，而Sr含量会在成岩过程中降低^[22-23]。

根据川西南地区中二叠统栖霞组LA-ICP-MS测试显示（表 1）：①1个方解石胶结物岩样中3个测试点的Fe，Mn含量均较低，平均质量分数分别为756.99 μg/g和18.35 μg/g，Mn/Sr值平均仅为0.06，表明灰岩较好的保存了原始海水信息，这与其阴极发光下几乎不发光特征相吻合。②4个晶粒白云岩岩样17个测试点的Fe含量波动较大，质量分数为446.12~1218.52 μg/g，平均为753.81 μg/g，其中3个细晶白云石测试点中Fe含量明显高于方解石胶结物，可能是白云石所处滩间海还原环境有黄铁矿沉积导致；2个鞍形白云石岩样的Fe平均质量分数为731.91 μg/g，略低于方解石胶结物。③除1个鞍形白云石样品与方解石胶结物Mn含量相当外，其余白云石中Mn含量明显更高，质量分数为22.72~89.82 μg/g；Sr含量则明显偏低，仅为20.61~82.66 μg/g，而方解石中Sr平均质量分数达302.35 μg/g，这与白云石化作用以及Sr在白云石中具有相对较低的分配系数有关。④粉晶白云石、细晶白云石和中晶白云石中Fe的平均质量分数分别为641.21 μg/g，892.54 μg/g和579.62 μμg/g，Mn的平均质量分数分别为33.54 μg/g，34.57 μg/g和52.70 μg/g，整体上看，Fe，Mn含量随白云石化程度加深而增加，表现出协同性升高的特征，说明粉晶白云石、细晶白云石和中晶白云石具有相同成因；粉晶、细晶、中晶白云石中Mn/Sr值均具有较大的变化范围，随着白云石晶体的增大，Mn/Sr值亦增大，分别为0.74，0.82和1.74，表明成岩作用的增强。

表 1(Table 1)

表 1 川西南地区中二叠统栖霞组碳酸盐岩微量元素特征 Table 1 Trace elements characteristics of carbonate rocks of Middle Permian Qixia Formation in southwestern Sichuan Basin 岩石类型 样品 ω（微量元素）/（μg·g-1） 微量元素特征 Fe Mn Sr Ba Mn/Sr Sr/Ba 范围 均值 范围 均值 7-1 748.21 18.63 254.01 1.26 方解石胶结物 7-2 758.36 18.44 319.78 1.31 0.05~0.07 0.06 201.89~243.51 222.86 7-3 764.40 17.97 333.25 1.49 粉晶白云石 150-1 589.46 23.31 43.06 3.46 0.54~1.02 0.74 7.21~14.67 11.90 150-2 662.68 32.50 45.24 3.08 150-4 545.53 33.52 48.31 3.63 105-5 767.17 44.84 43.98 6.10 150-6 493.60 32.16 46.46 2.58 150-7 765.87 44.27 39.42 1.83 细晶白云石 150-8 1 218.52 28.04 47.46 5.06 0.59~1.12 0.82 8.77~21.57 13.09 152-1 1 003.38 41.30 41.23 4.70 152-6 981.31 27.07 37.44 4.84 中晶白云石 158-3 608.60 22.72 42.32 64.92 0.54~3.06 1.74 2.33~64.92 28.64 158-10 514.82 89.82 29.39 41.96 159-11 769.39 55.71 20.61 23.53 159-15 680.27 59.77 29.52 22.85 162-16 458.52 50.07 25.66 16.27 162-19 446.12 38.10 23.84 2.33 鞍形白云石 152-9 760.97 15.76 82.66 568.06 0.19~1.72 0.72 0.15~0.88 0.52 152-11 702.85 76.20 44.33 50.62

下载CSV 表 1 川西南地区中二叠统栖霞组碳酸盐岩微量元素特征 Table 1 Trace elements characteristics of carbonate rocks of Middle Permian Qixia Formation in southwestern Sichuan Basin

（1）总稀土含量（ΣREE）

对研究区中二叠统栖霞组6个岩样20个测试点进行稀土元素检测，总稀土含量很低，在方解石胶结物、粉晶白云石、细晶白云石、中晶白云石和鞍形白云石中平均值分别为1.16 μg/g，3.47 μg/g，3.23 μg/g，1.75 μg/g和1.68 μg/g；白云石总稀土含量高于方解石胶结物；粉晶白云石总稀土含量最高，表明在沉积、成岩早期粉晶白云石的形成过程（早期白云石化作用）更容易富集稀土元素；细晶—中晶白云石与鞍形白云石可能受重结晶作用或后期白云石化流体的影响，稀土元素逐渐流失，稀土含量逐渐降低（表 2）。

表 2(Table 2)

表 2 川西南地区中二叠统栖霞组碳酸盐岩稀土含量统计 Table 2 Rare earth element mass fraction of carbonate rocks of Middle Permian Qixia Formation in southwestern Sichuan Basin  μg/g 岩石类型 样品 LREE HREE ΣREE La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Y Ho Er Tm Yb Lu 方解石胶结物 7-1 0.10 0.18 0.020 0.08 0.02 0.01 0.03 0.01 0.04 0.81 0.01 0.04 0.01 0.03 0.01 1.40 7-2 0.09 0.16 0.016 0.08 0.02 0.01 0.02 0.01 0.03 0.70 0.01 0.03 0.01 0.04 0.01 1.24 7-3 0.06 0.12 0.010 0.05 0.01 0.01 0.02 0.01 0.02 0.55 0.01 0.02 0.01 0.02 0.01 0.93 粉晶白云石 150-1 0.51 1.17 0.140 0.51 0.09 0.02 0.10 0.01 0.07 0.63 0.02 0.05 0.01 0.04 0.01 3.38 150-2 0.55 1.33 0.150 0.59 0.10 0.02 0.11 0.02 0.09 0.80 0.02 0.05 0.01 0.04 0.01 3.89 150-4 0.51 1.24 0.140 0.56 0.12 0.02 0.10 0.01 0.09 0.71 0.02 0.05 0.01 0.04 0.01 3.63 150-5 0.42 0.99 0.120 0.44 0.08 0.01 0.08 0.01 0.08 0.67 0.02 0.05 0.01 0.04 0.01 3.03 细晶白云石 150-6 0.45 1.07 0.120 0.52 0.10 0.02 0.09 0.01 0.09 0.72 0.02 0.05 0.01 0.05 0.01 3.33 150-7 0.35 0.91 0.110 0.43 0.10 0.01 0.10 0.01 0.10 0.90 0.02 0.07 0.01 0.08 0.01 3.21 150-8 0.60 1.56 0.160 0.68 0.13 0.03 0.09 0.02 0.08 0.76 0.02 0.05 0.01 0.05 0.01 4.25 152-1 0.35 0.72 0.090 0.36 0.050 0.01 0.10 0.01 0.08 0.87 0.02 0.05 0.01 0.06 0.01 2.79 152-6 0.28 0.67 0.080 0.31 0.08 0.01 0.07 0.01 0.08 0.80 0.02 0.05 0.01 0.05 0.01 2.53 中晶白云石 158-3 0.18 0.35 0.040 0.14 0.04 0.01 0.05 0.01 0.06 0.99 0.02 0.05 0.01 0.04 0.01 2.00 158-10 0.13 0.28 0.030 0.13 0.03 0.01 0.03 0.01 0.04 0.63 0.01 0.04 0.01 0.03 0.01 1.42 159-11 0.23 0.46 0.050 0.20 0.04 0.01 0.05 0.01 0.06 0.90 0.01 0.04 0.01 0.05 0.01 2.13 159-15 0.24 0.46 0.060 0.21 0.05 0.01 0.05 0.01 0.06 0.94 0.01 0.05 0.01 0.04 0.01 2.21 162-16 0.16 0.26 0.030 0.12 0.032 0.01 0.03 0.01 0.04 0.63 0.01 0.04 0.01 0.03 0.01 1.42 162-19 0.15 0.26 0.030 0.11 0.02 0.01 0.04 0.01 0.04 0.64 0.01 0.03 0.01 0.03 0.01 1.40 鞍形白云石 152-9 0.16 0.33 0.040 0.16 0.03 0.06 0.04 0.01 0.04 0.45 0.01 0.03 0.01 0.02 0.01 1.40 152-11 0.23 0.54 0.070 0.25 0.06 0.02 0.06 0.01 0.06 0.58 0.01 0.04 0.01 0.04 0.01 1.99

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（2）Ce和Eu异常

Ce和Eu异常常被用作沉积环境恢复及流体性质判别的指示剂，Ce主要用来判断沉积物沉积时上覆水体的氧化还原性质，氧化条件下易形成难溶于水且迁移能力差的Ce⁴⁺吸附在沉积物表面，使沉积物Ce表现为正异常。Eu的正异常一般由富正Eu异常的热液流体参与白云岩化作用时引起，热液阻碍了灰岩中Eu的丢失。研究区中二叠统栖霞组方解石胶结物、粉晶白云石、细晶白云石、中晶白云石和鞍形白云石样品中δCe的平均值分别为0.94，1.03，1.04，0.92和0.97（表 3）。颗粒灰岩方解石胶结物表现为Ce的轻微负异常，这与内缓坡栖霞组高位体系域时期浅水区生屑滩导致的半局限沉积环境相吻合，生屑滩沉积水体为弱氧化性质。中晶白云石的δCe与方解石胶结物相似，Ce轻微负异常，较好继承了原始颗粒灰岩的稀土元素（REE）特征，后期可能受到过氧化流体的影响与改造。粉晶白云石和细晶白云石显示出Ce微弱正异常，推测为半局限浅水区的滩间海沉积，白云石化流体呈强还原性特征。

表 3(Table 3)

表 3 川西南地区中二叠统栖霞组碳酸盐岩稀土元素特征 Table 3 Rare earth element features of carbonate rocks of Middle Permian Qixia Formation in southwestern Sichuan Basin 岩石类型 数据点/个 ∑LREE/∑HREE δCe δEu Y/Ho 范围 均值 范围 均值 范围 均值 范围 均值 方解石胶结物 3 0.43~0.48 0.45 0.92~0.97 0.94 0.78~0.98 0.86 78.08~88.45 83.57 粉晶白云石 4 2.45~3.03 2.79 1.01~1.05 1.03 0.69~0.98 0.85 37.69~43.62 41.14 细晶白云石 5 1.45~2.47 2.08 0.91~1.14 1.04 0.69~1.06 0.83 36.36~49.60 42.99 中晶白云石 6 0.68~0.97 0.85 0.84~0.98 0.92 0.85~1.13 1.00 58.11~72.16 66.20 鞍形白云石 2 1.47~1.67 1.57 0.93~1.01 0.97 1.35~7.65 4.50 47.49~49.21 48.35

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栖霞组方解石胶结物、粉晶白云石、细晶白云石、中晶白云石和鞍形白云石样品中δEu的平均值分别为0.86，0.85，0.83，1.00和4.50（表 3）。除鞍形白云石岩样外，其余碳酸盐岩矿物岩样均未表现出明显的Eu正异常，说明鞍形白云石与晶粒白云石具有不同的白云石化流体来源。

（3）稀土元素配型模式

将研究区碳酸盐岩样品REE数据进行澳大利亚后太古宙页岩（PAAS）标准化处理，结果显示各碳酸盐矿物稀土配型模式存在明显差异（图 5，表 3）：①方解石胶结物表现出较为典型的现代海水稀土配型特征（图 5b），即轻稀土（LREE）亏损、重稀土（HREE）富集（∑LREE/∑HREE均值为0.45），La正异常、Ce弱负异常、Y正异常以及极高的Y/Ho值（均值为83.57），成岩流体表现出明显的海水信号特征。②中晶白云石总稀土含量高于方解石胶结物，但配型模式形态一致（图 5b，5e），二者有较强可对比性，中晶白云岩为颗粒灰岩交代而成。③粉晶白云石和细晶白云石稀土配型特征几乎一致（图 5c，5d），二者总稀土含量明显高于其他白云石，REE分布曲线左倾幅度明显变小，LREE整体被抬升（∑LREE/∑HREE均值＞2），稀土配型模式趋于平坦，说明白云石化过程中LREE逐渐迁移贫化，白云石化作用程度加深，LREE含量逐渐降低。④鞍形白云石与中晶白云石具有相似的稀土配型特征（图 5f），但Eu明显正异常，δEu均值达4.50。

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 川西南地区中二叠统栖霞组不同类型碳酸盐岩稀土元素配型模式 Fig. 5 Matching model of rare earth elements of different types of carbonate rocks of Middle Permian Qixia Formation in southwestern Sichuan Basin

关于四川盆地中二叠统栖霞组白云的岩形成时间尚存争议，学者们采用裂缝或缝合线与白云石晶粒切割关系^{[3, 24]}、宏微观成岩组构直接的交叉切割特征^[25]、孔洞中胶结充填物特征及其形成时间研究^[26]、包裹体测温恢复古地温梯度^[27]等方法来厘定白云岩的形成时间。栖霞组沉积期，生屑滩受高频海平面变化影响，接受准同生期暴露溶蚀，溶蚀过程自一个旋回顶部暴露开始，直至下一高频旋回初始海泛结束，溶蚀充填物为离解的基岩白云石颗粒（图 6a），颗粒棱角分明，堆积疏松，溶蚀孔洞与围岩界面模糊（图 6b），可见缝合线切割基岩白云石晶粒（图 6c），产出关系表明白云石形成于缝合线形成之前。目前普遍认为缝合线的出现代表着浅埋藏的开始（500~1 000 m）^[28]，说明主体白云石化作用在浅埋藏期前就已经发生。显微镜下观察可见中晶白云石晶间孔被炭质沥青充填（图 6d），说明白云岩的形成早于油气充注。本次研究根据对A1井埋藏史的恢复，认为栖霞组下伏筇竹寺组烃源岩生烃高峰期在中三叠世末期（图 7），推测栖霞组细—中晶白云岩的形成时间至少要早于中三叠世末期。

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 川西南地区A1井中二叠统栖霞组白云石化作用微观照片 （a）细—中晶白云岩，溶塌角砾充填溶缝，3 576.88 m；（b）细—中晶白云岩，溶蚀孔洞，3 576.08 m；（c）缝合线切割白云石晶粒，3 579.74 m；（d）有机质充填晶间孔，3 576.98 m Fig. 6 Microphotographs showing dolomitization of Middle Permian Qixia Formation of well A1 in southwestern Sichuan Basin

图 7

Fig. 7

下载原图 图 7 川西南地区A1井中二叠统栖霞组埋藏史曲线 Fig. 7 Burial history curve of Middle Permian Qixia Formation of well A1 in southwestern Sichuan Basin

研究区不同结构白云石样品阴极发光下主要发暗红色光，稀土元素分析（参见表 3）认为，中晶白云石与方解石胶结物稀土元素分配形态基本一致，均表现为Ce微弱负异常和具有较高的Y/Ho值（均值为66.20），说明白云岩形成于近地表成岩环境，云化流体主要为含氧量较低的浪基面附近的海源流体。样品158-03和159-15为中晶白云石亮边部分，2个样品δEu值分别为1.13和1.09，均大于方解石胶结物（δEu平均值0.86），但远小于鞍形白云石（δEu平均值4.50），说明在中晶白云石化流体中可能混入了少量参与过深部循环的流体，导致了Eu轻微正异常。粉晶白云石和细晶白云石样品中Ce均表现为微弱正异常，δCe均值分别为1.03和1.04，推测该类白云岩形成于弱还原沉积环境，云化流体为相对贫氧的滩间海海源流体。鞍形白云石Eu表现为明显正异常，说明鞍形白云石成岩流体除了海水外，可能还有后期热液的参与。

微量元素测试显示（参见表 1），方解石胶结物、粉晶白云石、细晶白云石和中晶白云石Sr/Ba值均大于1，为海相沉积，成岩流体为海源流体且海水咸度较大，而鞍形白云石Sr/Ba值小于1，可能与后期热液混入有关。另外，不同结构白云石Mn/Sr值都远小于2，说明白云石化流体保留了较强的海水信号^[29]，并且Ba含量较低（参见表 1），平均质量分数小于20.00 μg/g，也指示深部热液不是白云石化的主要流体。因此，可以推断同时期海源流体为白云石化的主要流体。中二叠世具有“文石海”背景，海水中Mg²⁺含量较高^[30]，提供了白云石化过程所需的Mg²⁺，但准同生期海水温度难以达到突破白云石化所需动力学屏障的临界值，峨眉山大火成岩省岩浆活动为方解石向白云石转换提供了有利高温条件^[31]。

通过白云石岩石学、阴极发光、微量元素和稀土元素特征研究，认为研究区白云石经历了3期白云石化作用改造：

（1）准同生期回流渗透白云石化。根据对研究区二叠统栖霞组4个灰岩、7个白云岩岩样的碳氧同位素组成分析（图 8），白云岩δ¹³C为3.6‰~4.8‰，平均为4.2‰，δ¹⁸O为-5.9‰~-3.2‰，平均为-4.6‰，而同期灰岩δ¹³C为3.3‰~4.3‰，平均3.9‰，δ¹⁸O为-12.8‰~-11.3 ‰，平均为-12.2 ‰。白云岩碳氧同位素相较于同期海水明显正偏移，说明白云岩形成于具一定蒸发背景的半局限水体当中。目前，尚未在研究区栖霞组发现蒸发矿物，这可能与流体Mg/Ca值达到了白云石化作用浓度，但还没达到蒸发矿物沉淀浓度有关。该认识较好地支撑了川中地区下寒武统龙王庙组白云岩的成因研究^[22]。栖霞组内部发育多个高频向上变浅沉积序列，可引起浅滩叠置迁移^[25]。在多次海退过程中，叠置迁移浅滩形成的隆凹微古地貌对海水封隔阻断，使得沿坡折带发育的生屑滩滩间存在局部蒸发受限环境，形成浓缩咸化海水，并对滩间海沉积物进行白云石化作用，形成粉—细晶白云岩。与此同时，在重力及盐度梯度的作用下，浓缩咸化海水在生屑颗粒滩内发生回流渗透白云石化，形成早期细—中晶白云岩（图 9a）。该期白云石化后，到早期成岩作用阶段仍保留了大量的储集空间。

图 8

Fig. 8

下载原图 图 8 川西南地区中二叠统栖霞组灰岩及白云岩碳氧同位素交会图 Fig. 8 Cross plot of carbon and oxygen isotope of limestones and dolomites of Middle Permian Qixia Formation in southwestern Sichuan Basin

图 9

Fig. 9

下载原图 图 9 川西南地区中二叠统栖霞组白云岩演化模式 Fig. 9 Evolution model of dolomites of Middle Permian Qixia Formation in southwestern Sichuan Basin

（2）浅埋藏白云石化。研究区栖霞组在早期成岩作用阶段及之后的浅埋藏期成岩作用阶段（257±3~263±5 Ma）^[32]，峨眉山大火成岩省岩浆活动强烈，为上扬子及外围地区提供大区域异常高热流场^[33]，沉积物和地层中束缚海水受火山岩岩浆活动影响而温度升高，进一步改造先期白云岩，表现为阴极发光下自形、半自形和他形白云石外缘亮边的发育（图 9b）。对A1井栖霞组细—中晶白云石和缝洞充填白云石胶结物样品进行流体包裹体测温，细—中晶白云石包裹体均一温度为116.00~158.00 ℃，平均为131.90 ℃，白云石胶结物包裹体均一温度为108.00~131.00 ℃，平均为116.81 ℃，证实白云石形成环境具高温背景^[25]。

（3）热液白云石化。热液作用以热液矿物充填胶结为主，鞍形白云石沿溶蚀孔洞和裂缝壁生长，热液的侵入可作为足够储集空间发育的信号，其对栖霞组储集空间以破坏为主（图 9c）。鞍形白云石包裹体均一温度比晶粒白云石更低，可能是因为峨眉山大火成岩省岩浆活动初期为地层提供了较高温度，形成的晶粒白云石中流体包裹体温度较高，随着岩浆与地层和地层中束缚海水的不断作用，发生热对流，虽能沉淀出鞍形白云石，但较之前温度有所降低。

（1）川西南地区中二叠统栖霞组白云岩以细—中晶白云岩为主，其次为粉—细晶白云岩，并伴生粗晶鞍形白云石。细—中晶白云岩继承了颗粒灰岩方解石胶结物稀土配型模式，为半局限水体动荡环境下的颗粒灰岩交代而成；粉—细晶白云岩具有较高∑REE值、Ce微弱正异常、LREE整体抬升的平坦稀土配型形态，为滩间海半局限水体安静环境下的泥晶灰岩或粒泥灰岩交代而成。

（2）川西南地区中二叠统栖霞组沉积期为半局限封隔蒸发环境，准同生期回流渗透白云石化作用形成白云岩主体，早成岩—浅埋藏期峨眉山大火成岩省岩浆剧烈活动提供有利高温条件，孔隙水与先期白云岩进一步进行水岩作用，使得形成的雾心亮边白云岩具有较高包裹体温度，埋藏期深部热液在裂缝中沉淀出鞍形白云石。

（3）川西南地区中二叠统栖霞组细—中晶白云岩白云石化流体主要是沉积物或地层中束缚的准同生期海水，热液后期虽参与改造，但不是关键成岩流体。