錢一雄 武恒志 周凌方 黃康俊 鄧美洲 李勇 董少峰 王瓊仙

1. 中國石化石油勘探開發(fā)研究院無錫石油地質研究所，無錫 214151 2. 中國石化國際勘探開發(fā)公司，北京 100083 3. 西北大學地質學系，西安 710069 4. 中國石化西南油氣分公司石油勘探開發(fā)研究院，成都 610081

白云巖儲集體在油氣勘探中占據(jù)了十分重要的位置。為更好地預測其時空分布，需要對白云巖成因進行研究(Lumsden and Caudle， 2001； Braithwasiteetal.，2004；Machel，2004；Swartetal.，2005；沈安江等，2008；羅平等，2013)。白云石化成因模式較多，包括了微生物誘導下的原生(Vasconcelosetal.，1995；Vasconcelos and McKenzie, 1997；Sanz-Monteroetal.,2006；Robertsetal., 2013；Petrashetal.，2017)、準同生的薩勃哈(Friedman and Sanders，1967； Mülleretal., 1990；Mazzulloetal., 1995)、蒸發(fā)泵-滲透回流(Adams and Rhodes，1960；Soreghanetal.，2000; Luczaj and Goldstein, 2000)、中-深埋藏壓實、熱對流、地形與構造擠壓、伸展與走滑有關的噴流型、熱液白云巖等模式(Machel，2000；Davies and Smith，2006)。所謂的“白云石問題”的核心是闡明高Mg/Ca流體的來源，如何克服鎂離子成核過程中“動力學”障礙，闡明流體的源-匯關系，水文驅動以及時空分布等問題(Adams and Rhodes，1960；Deckker and Last, 1988；Braithwasiteetal.， 2004；梅冥相，2012；錢一雄等，2012；陳代釗和錢一雄，2017；甯濛等，2018)。

川西中三疊統(tǒng)雷口坡組已有十多年的油氣勘探史。它是一套以潮坪、潟湖相的云巖、灰云巖以及含膏巖層系。其殘留厚度為600～1000m，埋藏一般大于5000m，發(fā)育多種類型的儲集體(沈安江等，2008；陳莉瓊等，2010；李凌等，2012；呂玉珍等，2013)。前人均認為本區(qū)下三疊統(tǒng)飛仙關組、中三疊統(tǒng)雷口坡組白云巖屬于準同生期白云巖化成因(沈安江等，2008；王一等，2009；鄭榮才等， 2009)。大面積分布的白云巖往往與古海洋環(huán)境、沉積作用(尤其是膏巖)、海平面及高頻層序界面變化、古氣候等有關(黃思靜等，2005, 2006, 2007；李凌等，2012)。不同沉積微相中白云巖成因研究有助于深化對儲集體的形成機理及時空分布的認識；在此，將膏鹽湖、局限潟湖及潮坪相的白云巖成因作為本文聚焦點。

本文鑒于對中國石化西南油氣分公司鉆遇川西雷口坡組的主要探井、部分實測剖面的巖相學及地球化學研究成果而成。探井有新深1(XS1)、龍深1(LS1)、回龍(HL1)、潼深1 (TS1)、孝深1(XQS1)、彭州1(PZ1)、都深1(DS1)、鴨深1(YS1)和羊深1(SYS1)等9口探井(圖1a)。在沉積微相分析基礎上，借助于陰極發(fā)光、有序度等分析資料，先按不同類型的白云石產狀、結構形態(tài)分類；再綜合運用包括碳氧、鍶、鎂同位素、微區(qū)碳氧同位素、元素地球化學等進行成因分析。文中討論了白云石先驅物類型、白云巖過程中元素分異、流體性質、氧化還原條件以及白云巖形成時間等因素，嘗試提出了雷口坡組三段上亞段與雷口坡組四段 “超鹽度、堿性淺潟湖中的“薩勃哈-微生物誘導”、潮坪及局限潟湖“蒸發(fā)泵-滲透回流白云石過程”并存的成因地質模式。

圖1 研究區(qū)及探井的位置圖(a)和地層綜合柱狀圖及海平面相對變化圖(b) Fig.1 The figure shows the location of studies area and wells, delineating the distribution of gypsum or salt-bearing stratigraphy (a) and comprehensive stratigraphic column with a relative sea-level change of the third and fourth member of Leikoupo Formation of The Middle Triassic in NW Sichuan Basin (b)

1 沉積特征

川西的中三疊統(tǒng)雷口坡組可劃分出四個巖性段(黃東等，2011)，底部“綠豆巖”與嘉五段含膏云巖段為平行不整合接觸。其中，雷口坡組一段(簡稱雷一段T2l1)為局限潟湖、潟湖及潮坪沉積；雷口坡組二段(簡稱雷二段T2l2)為局限、開闊潟湖、潮坪、障壁或灘壩沉積；川西臺緣帶、開闊潟湖中的潮間-潮下帶上部的凝塊-藻紋層、疊層石等微生物巖發(fā)育。雷口坡組三段(簡稱雷三段T2l3)發(fā)育了潟湖、潮坪、灘相沉積，局部含生屑的灘相、微生物席較為發(fā)育。雷口坡組四段(簡稱雷四段T2l4)可細分三個亞段：雷四中亞段(T2l4(2))和下亞段(T2l4(1))均為膏鹽巖-膏云巖為主的潟湖沉積；上亞段又進一步劃分為上儲層段(T2l41-2(3))及下儲層段(T2l43-4(3))：下儲層段為臺緣帶至局限臺地的潮間-潮下帶上部的微生物巖、顆粒巖構成的灘(礁)和微生物席；上儲層段為局限-開闊臺地的弱云化含藻球粒、生屑泥晶灰?guī)r沉積；屬于高位體系域(HST)、并向上部過渡為進積體系(TST)，頂部與天井山組(T2t) 開闊臺地中臺內灘的含生屑、鮞?；?guī)r呈平行假整合接觸(圖1b)。

2 分析方法

本次室內工作主要包括：薄片和鑄體共401件；陰極發(fā)光共123件；白云石有序度186件；掃描電鏡63件；碳氧同位素250件(含微區(qū))；鍶同位素153件；常量、微量及稀土元素地球化學分析74件；鎂同位素42件。

陰極發(fā)光鑒定是在中國石化石油勘探開發(fā)研究院構造與沉積儲層實驗室完成。所用儀器為BLM-3RX型陰極發(fā)光儀，電壓10～20kV，0.5～1mA,濕度<70%,真空度0.03mbar。

掃描電鏡分析是在中國地質大學(北京)的生物地質與環(huán)境地質國家重點實驗室完成。

白云石有序度分析由成都理工大學油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室完成。使用儀器為D/max-2500型X射線衍射儀，陰極靶電壓40kV，電流40mA,連續(xù)掃描角度為20°～40°；有序度δ=I(015)/I(010)。

碳氧穩(wěn)定同位素由國家地質實驗測試中心礦床所完成。采用McCrea(1950)100%正磷酸法和Finngan-MAT252氣體質譜儀，分析精度±0.2‰。首先將樣品置溫箱中烘干,然后在真空中與 100 %的正磷酸反應,平衡溫度50℃，平衡時間24h。CO2氣體的碳、 氧同位素測定由質譜計MAT251EM；國際標準V-SMOW，分析精度±0.2‰；微區(qū)碳氧同位素采樣的牙鉆鉆頭直徑為1mm, 并標定為對應(原位)陰極發(fā)光圖像、將鉆取樣品再研磨至小于200目,方法同上，分析由中國科學院地質與地球物理研究所完成。

鍶同位素是由核工業(yè)地質研究院測試中心完成。采用儀器為ISOPROBET熱電離質譜儀，測量精度優(yōu)于3×10-6。

鎂同位素分析分兩步進行：①通過陽離子交換柱對樣品分離純化；②純化的鎂溶液由中國地質大學(北京)同位素地球化學實驗室完成。利用Neptune多接收電感合等離子體質譜儀(MC-ICPMS)，采用溶液法 “樣品-標樣交叉”技術進行校正(Tipperetal.，2008)；采用δxMg=[(xMg/24Mg)樣品/(xMg/24Mg)DSM3-1]×1000表示測試結果，其中x代表25或26，DSM3為國際標樣。測試數(shù)據(jù)的精度為0.1‰(2SD)

巖石化學是由中國地質科學研究院地球物理地球化學研究所完成。樣品在研磨成粉末前用去離子水清洗；清洗后研磨至200目以下。常量元素中Ca采用X射線熒光光譜法(XRF) 測定(本次分析中，未測SiO2)。Hg和As采用原子熒光光譜法(CV-AFS)測定。其它常量、微量元素和稀土元素分析由等離子體質譜法(ICP-MS)和等離子體光譜法 (ICP-OES)測定。標樣為GSD-5、6、13，常量元素分析誤差小于0.1%，微量元素分析誤差(包括稀土)±1×10-6。

圖2 雷三段與雷四段的含膏泥晶云巖、藻云巖(疊層石)及膏巖圖版(a) HL1, 4 30-38/60，T2l4(2)，雞肋狀-梅花狀-團塊狀膏質的泥晶云巖、灰白色呈塑性變形的膏巖和深灰色含膏泥晶云巖；(b) LS1, 11(82/88)-11(69/88), T2l43-4(3)，紋層狀-半球形疊層石(LH-LLH-S)、角礫狀含膏質團塊的凝塊云巖;(c) XS1：2 31-38/44, T2l43-4(3)，膏巖和殘余藻球粒的粉晶云巖，似層狀溶蝕孔洞; (d) SYS1：4 1-4/60, T2l41-2(3)，殘余藻紋層的粉晶云巖Fig.2 Photograph of the gypsum or anhydrite-bearing finely dolomites, algae-dolomites (stromatolites) and anhydrocks occurred the third and fourth member of Leikoupo Formation in cores of wells of NW Sichuan Basin

圖3 雷三與雷四段的含膏泥晶AD0 (a)、泥粉晶白云巖D1 (b)及微生物云巖MD (c)有序度分布Fig.3 Photograph showing the distribution of sequentiality of dolomites of anhydrite-bearing finely dolomites AD0 (a), finely and microcrystalline dolomite D1 (b) and microbially dolomites MD (c)

3 分析結果

3.1 巖石學

鉆井揭示雷口坡組三段-四段巖性組合自下而上依次為：①膏巖、與膏巖互層的泥晶云巖，分布于雷三段(T2l3)、雷四中亞段(T2l4(2))、雷四上亞段的下儲層段(T2l43-4(3))；②殘余藻云巖、粉晶云巖夾微生物灰?guī)r、灰云巖及含膏質(角礫)泥粉晶云巖和少量粉細晶云巖；分布于雷四上亞段的下儲層段，常見去云化；③含球粒、生屑泥晶灰?guī)r，夾微生物灰?guī)r、泥粉晶云巖、藻球粒云巖、灰質泥粉晶云巖和弱云化灰?guī)r，分布于雷四上亞段的上儲層段(T2l41-2(3))(圖2)。

參考Sibley and Gregg(1987)白云巖的結構分類方案，即自形(euhedral，簡縮為e)、半自形(subhedral簡縮為s)、他形(anhedral簡縮為a)以及組合方式(P-e、P-s、P-s-Non-a或Non-a)，并考慮鞍形(Sad)、膠結物中(P-c)及斑晶結構(P-p或Non-p)白云巖。同時考慮到研究區(qū)白云巖的不同產狀，如殘余藻結構的泥粉晶云巖的十分常見，除形態(tài)、晶體大小外，盡量根據(jù)其組構(如殘留藻結構、交代、鑲嵌方式、礦物共生等)，F(xiàn)e和Mn元素含量(CL)等(Wheeleretal., 1999；Jones, 2005；Sanz-Monteroetal., 2006)，從而進行如下劃分：

(1)先按晶體大小，分為：泥晶D0、泥粉晶D1、粉細晶D2；(2)再按殘余藻結構進一步命名，將具有細菌、藻類捕獲或黏結作用的暫劃為微生物云巖(MD)；(3)按殘留藻結構，如D0又進一步分為：紋層或黏結(D01)、藻球粒(D02)、藻鮞粒及藻(砂)屑或凝塊(D03)； (4)若與石膏伴生，則加前綴“A”；灰云巖或云化灰?guī)r，分別加修綴C或D。對膠結物或孔洞充填物，限于篇幅，不在此討論。研究區(qū)白云巖較為常見有：

①與石膏伴生的泥晶云巖AD0：半自形為主、次之為他形或自形。大小范圍為<1μm ～15μm,一般為1～5μm。它常與硬石膏、天青石、菱鎂礦、螢石及黏土礦物等共生，以發(fā)暗紫色、暗紫紅、藍紫色為特征、少量發(fā)玫瑰紅、橙紅或暗橙黃紅等(CL)。主要分布于T2l4(2)和T2l3，有序度δ平均為0.63(樣本數(shù)N=30,δ=0.54～0.84)(圖3a)。

圖4 川西地區(qū)中三疊統(tǒng)雷口坡組雷3段-雷4段的不同類型白云巖(石)類型圖版(a、b) HL1-007, 4692.00m，T2l4(2)，藻紋層泥晶云巖與膏巖互層，AD01發(fā)玫瑰紅(CL)，硬石膏(Anh)不發(fā)光；(c) TS1-020, 5843.20m, T2l4(2)，含膏質、天青石泥粉晶云巖AD0、AD1，天青石Cel=50～100μm，斑塊狀Anh=20～200μm，以Dol、Anh和Cel順序結晶; (d) PZ1-017，5820.51m, T2l43-4(3),粉晶白云巖D1，30～50μm，半自形、霧心亮邊，發(fā)紫橙紅(CL),BC-晶間孔； (e、f) SYS1-099,6194.03m， T2l43-4(3),含灰殘余藻球粒粉晶云巖CD12，半自形， 5～50μm，去云化占5%～8%(C1不發(fā)光)，D12發(fā)較暗紫紅、邊緣較亮，孔洞C2方解石發(fā)橙黃紅,螢石(Flu)發(fā)藍光； (g) SYS1-085,6190.94m, T2l43-4(3)，半自形、直面粒狀鑲嵌狀的粉細晶云巖D2，20～110μm， Por-孔隙，Vug-溶洞; (h、i) SYS1-230 6225.15m，T2l43-4(3)，藻凝塊灰質云巖(MD-CD3)，凝塊CD3發(fā)中強紫紅、亮紫紅、孔洞C1方解石發(fā)較暗桔紅或不發(fā)光、少許長石(Pl)發(fā)藍光、黃光，F(xiàn)C為纖狀膠結物，Bit(瀝青)不發(fā)光、Cla(黏土)發(fā)暗藍色光； (j) SYS1-6189.32m， T2l43-4(3)，疊層石(半球形SH) 云巖(MD-CD01)，沿橫張裂隙發(fā)生了去云化(DC1)，纖狀膠結(FC)，茜素紅染色； (k) SYS1-6228.65m, T2l43-4(3)，殘余“海綿狀-泡沫狀”含灰藻云巖(MD-CD3)，纖狀、粒狀及等厚(FC、GC和IC)膠結，溶孔洞(Vug)； (l) YS1(5766.72)-CS-6, 5766.42m, T2l43-4(3)，樹枝石或凝塊云巖(MD)，Arb-樹枝狀，B泡沫狀孔洞；(m) SYS1-177，6214.36m, T2l43-4(3)，有孔蟲藻黏結含云灰?guī)r(DC-MC)，發(fā)育分支狀生物鉆孔-鈣質細管及生物擾動，BCM微生物-有機質-黏土礦物；(n) DS1-014，6175.50m, T2l41-2(3)，含云泥晶灰?guī)r(DC)，自形(ED)、半自形狀交代D1或D2，20～100μm; (o) SYS1-6194.42m, T2l43-4(3)，含灰粉細晶云巖(CD1-CD2)，半自形-自形ED， 10～120μm，沿晶體中心發(fā)生去云化(DC1)、呈“蠅翅狀”，茜素紅染色Fig.4 Various dolomite phases under plane-polarized light (PPL), cathodoluminescence (CL) and SEM in the third and fourth members of Leikoupo Formation

圖5 川西雷四段部分井取芯段不同類型白云巖分布(a)取芯段及剖面中潮坪、潟湖向上變淺米級序列(組合)(b)在圖5b中，a-h為潮坪環(huán)境的潮下(上部)至潮上帶巖石類型；i-l代表了潟湖的主要巖石類型.圖例見圖1Fig.5 The distribution of different types dolomites in coring of wells (a) and schematic diagrams for shallowing upward depositional unite with metre-scale cycles of sequences for the tidal flat and lagoon environment (b) in the coring of wells and geological profiles of Leikoupo Formation

②泥晶云巖D0：半自形為主、次之為自形、他形。大小可分為1～10μm和10～20μm。常見殘余藻紋層或球粒結構，發(fā)暗紫色、紫紅、玫瑰紅、橙紅等(CL)。分布廣、有序度δ平均為0.59(樣本數(shù)N=20,δ=0.42～0.83)。

③泥粉晶云巖D1：半自形、自形為主、他形次之。大小可分成以下區(qū)間：10～30μm、20～50μm及20～<100μm。常見窗格構造、殘余藻結構，如藻紋層、藻黏結、球粒、團粒或凝塊等。有少量有孔蟲、介形等生屑。去云化、去膏化較普遍，發(fā)橙紅、紫紅、玫瑰紅及暗紫色為主、少量發(fā)暗橙黃紅、亮橙紅(圖4d-f)。有序度δ平均為0.68(樣本數(shù)N=41,δ=0.48～0.99)、變化較大(圖3b)；分布最廣。

④粉細晶云巖D2： 自形、半自形為主。大小為20～120μm，個別樣品可達150μm。陰極發(fā)光受伴(共)生礦物的影響，即在含膏層系中(T2l4(2)和T2l3)，發(fā)暗紫色、暗紫紅、藍紫色為主；在含灰云巖中(T2l41-2(3))，發(fā)橙紅、黃橙紅或暗橙紅；發(fā)育殘余藻結構(T2l43-4(3))中發(fā)暗紫紅、玫瑰紅、橙紅為主。平均有序度δ為0.68(樣本數(shù)N=23,δ=0.51～0.92)，有序度稍高。分布層位較廣、但不常見(圖4g)。

⑤微生物白云巖MD：Riding(2000)按照宏觀組構，微生物碳酸鹽巖劃分出疊層石、凝塊石、核形石微生物巖等 (圖4h-m)。其發(fā)光性類似于④。平均有序度δ為0.60(樣本數(shù)N=40,δ=0.40～0.99)。主要分布T2l43-4(3)和 T2l4(2)。其中， LS1井的T2l4(2)中 的含膏質藻球粒、藻紋層及凝塊云巖中，發(fā)藍紫、紫紅光(CL)； 8件樣品有序度δ>0.70(δ=0.71～0.99)，占樣品數(shù)的1/2(圖3c)。

⑥含云的藻灰?guī)rDC、灰質藻云巖CD：指殘存保留了各種藻結構，如藻絲體、球?；蚰龎K。根據(jù)選擇性白云巖化(或去白云巖化)強弱，又劃分出云質藻灰?guī)r(DC)和灰質藻云巖(CD)(圖4m-4o)。以交代殘余結構中的自形、半自形粉晶-粉細晶云巖為主；發(fā)暗紫、紫紅、黃橙紅、粉紅等(CL)；平均有序度δ為0.63(樣本數(shù)N=32,δ=0.51～0.82)。主要分布于T2l41-2(3)中。

⑦去云化泥粉晶云巖(DD0-DD1)、粉晶云巖(DD1)：一般為半自形-自形晶。往往沿白云石晶體中心發(fā)生去云化，具有“蚊蠅翅狀”的結構(圖4o)。發(fā)紫紅色、橙紅、玫瑰紅、暗橙紅；他形方解石不發(fā)光或發(fā)橙黃紅色光(圖4f)。主要分布于T2l43-4(3)。

不難看出，研究區(qū)的白云巖類型較多(圖4、圖5a)，但多以泥、泥粉晶云巖為主。殘余藻結構明顯；以暗紫色、暗紫紅、藍紫色為主、少量發(fā)玫瑰紅、橙紅的陰極發(fā)光為特征。有序度變化范圍大、總體較低；重結晶作用弱、為進一步利用碳(氧)同位素以及元素地球化學進行成因分析創(chuàng)造了有利的條件。

3.2 沉積微相及其組合

簡而言之， 碳酸鹽巖微相是描述沉積學和古生物學綜合特征、進行巖石分類與沉積環(huán)境解釋的有力工具(Flügel，2004)。鑲邊臺地(26種)及緩坡臺地模式(30種)中標準微相是以灰?guī)r為主，較少涉及白云巖。對比發(fā)現(xiàn)：川西雷口坡組中標準微相有：(1)無紋層似球粒顆?；?guī)r及泥微晶云巖，遞變紋層SMF16(如XQS1-021，5740.50m)；(2)含腕足的藻球粒泥微晶灰?guī)r、含核形石的凝塊巖-集合粒顆?；?guī)rSMF17(如SYS1-6122.83m；SYS1-6192.55m；SYS1-239，6227.02m)；(3)含有孔蟲(球瓣蟲)的藻球粒-凝塊灰?guī)rSFM18(如DS1-007，6178.10m)；(4)皺紋狀-半球狀(SH-LLH)疊層石灰?guī)rSFM20(如SYS1-6189.32m，YS1-5728.45m，LS1, 6001.60～6000.00m, LLH-C和LLH-S疊層石)；(5)發(fā)育窗格孔的藻黏結巖SMF21(SYS1-6226.54m)和(6)紋層狀蒸發(fā)鹽-泥晶云巖SMF25(如HL1-007, 4692.00m)。

不難看出：上述微相主要發(fā)育于蒸發(fā)潟湖、局限臺地，少數(shù)為開闊臺地。是否存在鑲邊臺緣帶的沉積微相有爭議。如碎屑支撐的單礦物灰?guī)r角礫巖SMF13、苔蘚蟲灰?guī)rSMF7、含腹足藻球?；?guī)r中SMF8、含有被包殼和被磨蝕骨屑顆粒的生屑灰泥質的顆?；?guī)r(有孔蟲+腕足+棘皮)(SMF10-11)等微相的認識意見不一，不在此討論。

不同沉積微相中的白云巖類型不同(Soreghanetal.，2000)。含膏泥晶云巖AD0一般出現(xiàn)于潟湖、潮上帶；泥晶云巖D0分布較廣泛，潟湖以及潮坪相中均可見；粉晶云巖D1主要分布于潮坪的潮間至潮下帶，也有分布于潟湖、潮上帶；粉細晶云巖D2較少見，一般發(fā)育于潮間至潮下帶；微生物云巖MD主要發(fā)育于潮間至潮下上部或潟湖的微生物席、灘相中，潮上帶偶見；云質灰?guī)r或灰質云巖發(fā)育于潮下帶及潟湖中(圖5a)。

在潮坪沉積中根據(jù)巖性、結構構造和古生物特征等，由深變淺，大致可劃分出：a潮下顆粒灘-潮間的微生物礁(席)；b潮下上部的灘相與潮間的微生物席；c潮下上部微生物灘與潮間的白云巖；d潮間的顆粒灘相與潮上白云巖；e潮間的顆粒灘相與潮上含泥白云巖； f潮間微生物灘與潮上白云巖；g潮間微生物席、潮上帶的膏巖與云巖，發(fā)育沉積間斷與大氣淡水作用，偶見泥裂；h潮間的微生物灘與潮上含泥白云巖，沉積間斷及大氣淡水作用，發(fā)育鈣華。在潟湖沉積環(huán)境中；主要發(fā)育了：i潮下上部微生物灘、席和潮間的微生物席(似球粒云巖)以及潮上的膏巖(鹽巖)及云巖,經歷了相對水深的潟湖至蒸發(fā)的淺潟湖相對完整的過程；j蒸發(fā)的淺潟湖的膏云巖至高潮期海水補給的似球粒云巖；k 與j相似，上部發(fā)育薄層的微生物藻類(巖)；l蒸發(fā)的淺潟湖中的含膏云巖，可見垮塌現(xiàn)象(圖5b)。

3.3 碳、氧、鍶及鎂同位素

前人(Kaufmanetal.，1993)研究表明δ18OPDB<-5‰，碳酸鹽巖可能已遭受蝕變；δ18OPDB<-10‰時，指示發(fā)生了強烈的蝕變,樣品中硫、碳同位素數(shù)據(jù)不能使用。全巖氧同位素分析結果表明(表1):182件中103件樣品δ18OPDB<-5.0‰，71件樣品為-8.1‰<δ18OPDB<-5.0‰，且大多數(shù)為-6.5‰<δ18OPDB<-5.0‰?？紤]樣品δ13CPDB平均為2.0‰(僅有5件為負值)，白云巖與灰?guī)r氧同位素的差異(3‰±1‰，Majoretal., 1992),據(jù)此認為絕大多數(shù)樣品保留了原始海水信息。

圖6 雷三與雷四段不同類型白云巖中的氧和碳(a)、鍶和氧(b)同位素分布及鍶與鍶同位素關系圖(c)Fig.6 Carbon isotope vs. oxygen isotope (a), strontium isotope vs. oxygen isotope (b) and content of strontium vs. strontium isotope (c) crossplots of the different dolomities in the third and fourth members of Leikoupo FormationThe gray box indicates the values of Triassic sea waters from Veizer et al. (1999)

對不同類型的白云巖的196件的碳、氧同位素的統(tǒng)計可見(表1)：不同類型的白云巖δ13CPDB平均值具有以下特征：D2>MD>D1>CD>AD0>D0;δ18OPDB平均值AD0>D0>D2>MD>D1>CD?？傮w來看，泥晶云巖或含膏泥晶云巖δ13CPDB和δ18OPDB相對較低，更接近當時全球海水平均值(δ13CPDB=2‰，δ18OPDB=-0.8‰～-0.5‰；Geskeetal., 2012)；泥粉晶云巖、粉細晶云巖及灰云巖的δ13CPDB相對較高、δ18OPDB相對負偏，指示稍高的結晶與埋藏溫度或成巖流體性質稍有差異(Swartetal., 2005)；AD0、D0相對高δ18OPDB，更接近高鹽度環(huán)境和間隔有潮濕氣候條件(Majoretal.，1992)；擬或為有機成因和微生物席。與匈牙利三疊紀微生物席中云巖相似δ18OPDB(0.5‰～1.60‰，Hipsetal., 2015)。

由表1可見，含膏質泥晶云巖(AD0)、泥晶云巖(D0)、微生物云巖(MD)的87Sr/86Sr平均值與中三疊世的海水87Sr/86Sr (0.7076～0.7080)(Vahrenkamp and Swart，1990；黃思靜等，2005, 2006)相同。少數(shù)樣品87Sr/86Sr>0.7080 (AD0中3件、 D03中3件和MD中6件，分別占1/9、1/5和2/7)；而泥粉晶、粉細晶白云巖87Sr/86Sr平均值>0.7080，占樣品1/2左右 (D1中17件、 D2中11件)。87Sr/86Sr與鍶含量呈弱的反比關系(圖6c);含灰云巖、含云灰?guī)r則介于兩者之間；87Sr/86Sr平均值：D1>D2>CD>MD>D0>AD0，與對應的δ18OPDB平均值的變化趨勢相反(圖6b)，反映出陸源鍶(放射性)的影響依次減弱、流體性質不同(Vahrenkamp and Swart，1990； Majoretal., 1992； Machel, 2000；Comptonetal., 2001； Swartetal., 2005； Halversonetal., 2007; Geskeetal., 2012)

3.4 鎂同位素

δ26Mg平均值為MD>D1>AD0>CD>D2>D0。其中，泥晶云巖、粉細晶云巖、含灰云巖以及含膏泥晶云巖中的δ26Mg平均值較低，較為接近(-2.124‰～-1.956‰)。在微生物云巖中，若將凝塊與藻紋層和藻黏結云巖分開， 4件凝塊云巖中的δ26Mg平均值為-1.705‰(-1.807‰～-1.607‰)，相對較高，反映出顆粒大小影響δ26Mg值。泥粉晶云巖δ26Mg平均值(-1.827‰)較高、變化范圍較大(-1.883‰～-1.525‰)；粉細晶云巖平均值較低(-2.034‰)、變化范圍也較大(-2.241‰～-1.737‰)。

4 元素地球化學

前人提出,可采用Mn≦300×10-6，F(xiàn)e≦3000×10-6和Sr/Mn>0.5～2.0等指標來判定碳酸鹽巖樣品的保存及成巖改造強度(Denisonetal., 1994)。在74件巖石化學樣品中(表2)，僅有1件樣品的Mn=690×10-6(>300×10-6)，絕大多數(shù)樣品40×10-61.5，指示了成巖流體改造相對較弱。

由表2及圖7a可見，不同類型中云巖中的常量組成中SiO2、Al2O3和TiO2含量相對較低；但含膏質泥晶云巖(AD0)相對較高，SiO2、Al2O3和TiO2的平均值達2.6%、0.37%和0.028%。這與顯微鏡、掃描電鏡特征較為一致，。即白云巖中含微量的石英、長石、黏土礦物、金紅石等礦物。Fe2O3為0.22%～0.38%(平均為0.231%)、FeO為0.18%～0.31%；稍低于碳酸鹽巖的平均值(0.38%)。除微生物云巖(MD)、泥晶云巖(D0)外稍高外，其它類型白云巖中MnO相差不大，平均含量(范圍)依次為：D0 69×10-6(40×10-6～190×10-6)>MD 62×10-6(40×10-6～90×10-6)>AD0 58×10-6(40×10-6～110×10-6)>D1 54×10-6(40×10-6～90×10-6)>CD 53×10-6(10×10-6～90×10-6)>D2 52×10-6(40×10-6～70×10-6)。反映出沉積水體較淺、相差不大；已知富含文石的淺水中貧Mn(<20×10-6)；富含方解石的較深水碳酸鹽巖Mn含量可大于1%(劉英俊等,1984;Tribovillardetal., 2006)。泥粉晶(D1)、粉細晶(D2)及微生物云巖(MD)中，反映鹽度或堿性程度Na2O、K2O含量相差不大，但含膏質泥晶云巖(AD0)及泥晶云巖(D0)中相對較高(圖7a)。

表2雷三與雷四段不同類型白云巖常量(wt%)和部分微量元素(×10-6)及比值的平均值及其變化范圍

Table 2 The average values and variation range of major elements (wt%), minor elements (×10-6) data and ratios of different dolomites in the third and fourth members of Leikoupo Formation

白云巖類型含膏泥晶云巖AD0(N=8)泥晶云巖D0(N=8)泥粉晶云巖D1(N=15)粉細晶云巖D2(N=6)微生物云巖MD(N=20)含灰云巖CD(N=17)SiO22.60(0.40～4.66)0.89(0.30～1.93)1.01(0.52～2.85)1.24(0.40～2.87)0.91(0.33～1.57)0.83(0.53～1.12)Al2O30.37(0.01～1.28)0.16(0.07～0.47)0.14(0.08～0.35)0.16(0.03～0.30)0.17(0.03～0.67)0.13(0.08～0.17)Fe2O30.26(0.05～0.63)0.22(0.13～0.45)0.24(0.14～0.38)0.28(0.10～0.44)0.38(0.093～0.680)0.29(0.16～0.46)FeO0.21(0.02～0.52)0.18(0.11～0.38)0.19(0.12～0.31)0.22(0.02～0.35)0.31(0.002～0.570)0.22(0.13～0.36)MgO20.90(0.05～0.63)20.44(19.80～21.60)20.14(15.80～21.55)20.64(20.34～20.99)20.34(18.90～21.70)19.00(15.80～21.4)CaO29.96(29.62～30.88)31.32(30.37～32.19)31.69(30.7～32.9)31.29(30.25～31.74)31.55(29.02～32.94)33.10(30.63～33.07)Na2O0.040(0.004～0.085)0.046(0.023～0.103)0.030(0.002～0.060)0.028(0.002～0.085)0.025(0.002～0.047)0.024(0.012～0.051)K2O0.180(0.013～0.66)0.040(0.015～0.115)0.045(0.013～0.063)0.064(0.014～0.203)0.048(0.013～0.234)0.031(0.014～0.048)MnO0.006(0.004～0.011)0.007(0.004～0.019)0.005(0.004～0.009)0.005(0.004～0.007)0.006(0.004～0.008)0.006(0.004～0.010)TiO20.028(0.011～0.065)0.019(0.014～0.038)0.018(0.01～0.036)0.017(0.010～0.029)0.023(0.011～0.0410.018(0.012～0.026)P2O50.0076(0.001～0.019)0.0060(0.001～0.014)0.0070(0.006～0.012)0.0070(0.006～0.008)0.0070(0.006～0.014)0.0060(0.001～0.009)LOI44.70(42.97～46.43)46.36(45.77～46.79)46.00(44.60～46.60)45.75(42.97～46.62)45.68(45.02～46.80)15.91(45.13～46.86)B5.5(4.6～6.5)3.9(3.6～4.0)4.5(3.97～4.74)8.4(7.2～9.6)7.2(2.8～18.0)4.2(2.52～5.05)Rb3.5(0.33～15.7)1.1(0.37～3.23)1.0(0.33～1.48)1.6(0.30～3.80)0.9(0.36～2.04)0.8(0.36～1.48)Sr370.3(67.2～26783)155.6(93.7～7295)147.7(74.5～262.0)143.5(77.0～304.0)123.4(72.3～23834)135.2(52.0～377.0)Ba67.0(13.7～185.0)87.3(15.7～188.0)131.0(18.0～268.0)51.9(32.0～126.0)152.0(32.0～1437)146.0(22.0～408.0)V20.3(10.5～42.3)20.2(12.9～38.1)16.7(7.7～31.6)16.5(11.2～21.3)16.7(10.2～24.1)18.8(11.9～29.4)Cr4.1(0.12～9.30)4.0(2.50～8.16)3.4(1.5～6.4)3.6(2.3～6.4)3.1(0.12～8.10)2.9(1.2～6.4)Co1.0(0.66～2.04)1.1(0.67～1.68)1.13(0.77～1.74)1.14(0.94～1.28)1.3(0.66～1.92)1.0(0.8～1.8)Ni11.0(9.7～12.9)15.0(9.9～27.5)12.4(5.8～27.8)15.3(6.2～30.2)16.9(8.2～27.7)13.8(8.2～25.2)Cu6.9(1.4～10.9)8.9(1.9～22.3)12.0(1.67～39.0)10.9(2.4～25.3)4.4(1.36～21.8)4.7(1.9～11.3)Zn4.9(1.6～8.2)7.8(2.94～18.9)7.8(3.3～17.7)7.7(4.1～13.4)6.4(2.2～12.4)5.4(2.5～11.2)Mo2.8(0.47～7.55)7.2(2.0～22.2)6.4(1.7～18.1)20.9(3.13～657.00)8.0(0.90～5.06)5.7(1.0～7.8)Th0.29(0.023～0.740)0.19(0.06～0.59)0.15(0.05～0.28)0.20(0.05～0.36)0.14(0.03～0.35)0.13(0.07～0.23)U3.9(0.13～7.38)5.1(2.48～8.86)4.2(1.44～5.70)6.3(4.6～10.1)4.4(1.0～10.1)5.0(2.1～6.6)

續(xù)表2

Continued Table 2

白云石類型含膏泥晶云巖AD0(N=8)泥晶云巖D0(N=8)泥粉晶云巖D1(N=15)粉細晶云巖D2(N=6)微生物云巖MD(N=20)含灰云巖CD(N=17)Y0.95(0.15～2.3)0.42(0.24～0.88)0.36(0.15～0.90)0.39(0.12～0.58)0.50(0.08～1.77)0.27(0.13～0.46)Na2O+K2O0.22(0.018～0.70)0.085(0.030～0.170)0.075(0.023～0.191)0.092(0.019～0.288)0.073(0.020～0.111)0.055(0.031～0.088)Mg/Ca0.83(0.80～0.85)0.78(0.75～0.84)0.75(0.51～0.83)0.79(0.77～0.82)0.77(0.67～0.84)0.68(0.51～0.84)FeO/Fe2O30.81(0.43～0.86)0.82(0.77～0.88)0.79(0.68～0.86)0.79(0.21～0.88)0.84(0.02～0.90)0.78(0.68～0.84)MnO/(FeO+Fe2O3)0.011(0.009～0.136)0.016(0.011～0.022)0.013(0.009～0.020)0.010(0.008～0.034)0.010(0.005～0.042)0.013(0.005～0.020)Fe3+/Fe2+2.05(0.83～2.46)2.19(2.04～2.34)2.30(2.10～2.65)2.20(1.73～2.54)2.13(1.67～2.34)2.30(2.14～2.64)Fe/Mn124.4(20.4～169.3)92.4(63.6～121.9)119.4(65.8～168.4)137.5(68.5～191.1)159.8(67.0～299.0)113.1(74.3～287.4)Sr/Ba5.99(2.73～128.8)3.74(0.72～98.10)2.37(0.34～6.28)3.60(0.90～8.60)1.43(0.07～5.50)1.37(0.18～15.10)Rb/K12.7(5.65～15.70)17.0(10.8～22.0)15.8(7.2～21.6)19.3(6.6～35.6)18.8(1.62～41.12)16.3(5.6～22.8)Ni/Co11.3(6.3～16.1)13.7(9.8～17.0)11.4(3.2～16.4)12.9(6.5～23.8)13.6(9.5～16.4)13.2(9.9～22.8)V/Cr5.48(1.74～84.68)5.56(2.55～7.61)5.58(1.74～7.40)5.46(1.74～7.93)6.15(1.26～84.68)7.69(2.39～16.80)(Cu+Mo)/Zn2.30(1.34～3.46)2.03(1.34～2.86)2.37(0.78～6.34)6.05(2.06～63.15)2.43(0.60～12.93)2.12(0.63～2.88)U/Th22.7(4.50～53.71)35.6(15.0～60.4)33.1(15.3～66.8)42.1(18.2～102.6)40.8(12.73～90.7)41.4(24.4～64.2)Fe2++Mn2++Zn2+1771(849～4138)1461(890～3121)1538(972～2475)1824(819～2781)2536(819～4510)1792(1052～2842)Sr2++Ba2+243(87.7～26962)253(117～7369)279(125～760)195(116～339)333(137～24019)277(152～543)Rb+Sr+Ba247.0(88.2～26964)254.8(118.7～7370)279.7(130.1～761.5)196.9(116.0～343.0)333.5(138.0～24019)311.7(152.6～543.8)K++Mg2++Ca2++Na+34.3(33.8～35.1)34.8(33.9～35.2)35.1(34.6～36.0)34.9(34.6～35.3)34.9(32.4～35.7)35.3(34.5～36.0)Cu+Ni+Co+Mo+Mn+P136(69.7～266.1)140(74.3～301.1)130(103.0～236.0)251(117.0～781.0)138(70.0～193.0)120(75.0～156.0)Fe+Al+Ti0.95(0.45～2.68)0.62(0.40～1.45)0.65(0.36～1.04)0.75(0.25～1.03)0.97(0.27～1.76)0.72(0.42～1.11)Sc+Y+REE8.28(2.07～20.50)3.94(2.46～8.01)3.90(1.14～8.08)4.00(2.30～5.40)4.30(1.70～11.70)3.10(1.70～4.60)Mn+Fe+Cr+Co+V+Mo+U+Cu+Zn1809(881～4189)1506(919～3201)1581(1012～2530)1988(1396～2815)2573(878～4550)1829(1094～2878)Cd+Mo+Mn+Co+Cu+Ba+Sr303(134～27017)334(204～7409)340(169～811)375(223～821)397(220～24054)335(206～633)REE6.7(1.85～17.11)3.0(1.60～6.40)3.1(1.11～7.14)3.2(1.86～4.42)3.2 (1.23～9.36)2.3(1.23～3.89)LREE/HREE3.2(0.30～4.90)3.4(1.99～5.07)4.3(2.49～7.11)4.0(2.94～6.40)3.3(0.30～5.03)3.8(2.30～7.10)δEu0.54(0.28～0.86)0.64(0.39～0.98)0.51(0.10～1.10)0.45(0.19～0.62)0.56(0.18～0.87)0.63(0.13～1.09)δCe0.87(0.76～0.95)0.83(0.78～0.90)0.78(0.68～0.85)0.81(0.69～0.90)0.82(0.72～0.90)0.82(0.68～0.89)

圖7 雷三與雷四段不同類型白云巖部分常量元素、變化范圍和Mg/Ca (a)和反映氣候、沉積水深等參數(shù)(b)Fig.7 The content and variation range of some major element, Mg/Ca (a) and parameters indicating climate and water depth (b) for different dolomites in the third and fourth members of Leikoupo Formation

含云膏巖、含膏質泥晶云巖(AD0)和泥晶云巖(D0)等9件樣品具有高含鍶(Sr=2074×10-6～26783×10-6)，主要分布于雷四的中亞段(HL1、LS1、TS1井)、少量于雷三段、雷四上亞段的下儲層段(SYS1)，且與天青石、石膏等伴生。由于文石與天青石(SrSO4)均為9次配位，易形成液相混溶體(劉英俊等, 1984)。在排除獨立鍶礦物后(天青石)樣品的鍶含量平均值： AD0為370.3×10-6，明顯高于其它類型，反映出咸化海水的特點。Sr、Rb平均含量具有：AD0>D0>D1>D2>MD>CD，也指示了AD0、 D0的海水蒸發(fā)程度相對較高。

指示海水來源、水深的B平均含量為3.9×10-6～8.4×10-6, 且D2>MD>AD0>D1>CD>D0；比海水的平均值(4.5×10-6)呈略低或稍高，但比一般蒸發(fā)巖高(0.1×10-6～1.0×10-6)(鄭永飛和陳江峰，2000)。

膏質泥晶云巖(AD0)稀土總量(ΣREE)平均值較高(6.7×10-6)；灰質云巖CD(2.3×10-6)較低。其它類型白云巖的平均稀土值差別小反映了白云巖在形成過程中，稀土元素不易遷移的特征。

反映碳酸鹽巖生產力的營養(yǎng)水平的元素及水深的V平均含量：AD0>D0>CD>MD>D1>D2；Cr平均含量：AD0>D0>D2>D1>MD>CD。既反映生產力的營養(yǎng)元素水平或水深，又指示熱水活動的Ba(劉英俊等，1984)的平均含量：MD>CD>D1>D0>AD0>D2。Ba與Sr物理化學性質相似，常以泥質、硫酸鋇(重晶石)或氧化錳相聯(lián)系; 但上述不同類型的白云巖中，Ba含量與鍶、錳含量并不相關；因此，微生物云巖MD或灰云巖CD相對高的Mn含量，推測與細菌與藻類微生物活動有關。指示熱液(水)活動Ni平均含量為MD>D2>D0>CD>D1>AD0；Zn平均含量為D0=D1>D2>MD>CD>AD0； U的平均含量為：D2>D0>CD>MD>D1>AD0(表2)。

在元素比值或其它參數(shù)中反映氣候條件的FeO/Fe2O3<1,且具有MD>D0>AD0>D2=D1>CD； MnO/(FeO+Fe2O3)<1, D0>CD=D1>AD0>D2=MD；均反映了干旱、炎熱以及較淺水的特征(圖7b)。反映白云巖化程度及水深的Mg/Ca： AD0>D2>D0>MD>D1>CD。指示海水來源(正常海水中：Rb/K>12、Sr/Ba>1，Tribovillardetal., 2006) 的Sr/Ba的平均值：AD0>D0>D2>D1>MD>CD(圖7a)。AD0 較高的Sr/Ba值(表2，圖7b)，顯然為咸化潟湖的特征(Tribovillardetal., 2006)。在重結晶或白云巖化過程中(從非化學構式至化學構式)Sr/Ba降低明顯(Land，1980)。反映水深的U/Th平均值：D2>CD>MD>D0>D1>AD0(圖7b)。

不同類型白云巖的δCe平均值介于0.78～0.87之間， AD0>D0>MD=CD>D2>D1，總體呈無或弱負鈰異常。輕重稀土分異LREE/HREE：D1>D2>CD>D0>MD>AD0。其中，MD以及AD0輕稀土相對虧損，既可能因硅質陸屑、鐵氧化物、含磷礦物等虧損造成，更可能指示了保存的海水(Loopeetal., 2013)。

綜上所述，AD0或部分MD、少量D0主要代表了咸化海水，相對富營養(yǎng)、細菌與藻類微生物活動強的環(huán)境的產物；具有發(fā)育文石或原白云石結構的環(huán)境。D2代表的水體相對稍深、溫度稍高環(huán)境，但總體為干旱、炎熱的較淺水沉積環(huán)境。

綜上所述，不同類型白云巖有以下特點：

(1)研究區(qū)的白云石類型較多，大致可劃分三類：一是與膏(鹽)巖伴生的含膏泥晶云巖(AD0)；其二殘留各種藻結構的泥晶(D0)、泥粉晶(D1)和粉細晶云巖(D2)以及部分微生物云巖(MD)；其三是存在交代結構灰云巖(將去云化、云質灰?guī)r暫歸入此類)。

(2)白云石晶體大小變化大，可劃分出三類：一是含膏泥晶云巖(AD0)、泥晶(D0)為主，分別<5μm和<10μm～20μm；二是泥粉晶、粉晶云巖或少量粉細晶云巖，大小分別<30μm、50μm或120μm；三是凝塊、核形石或藻紋層(疊層石)等； 陰極發(fā)光以暗紫色、暗紫紅、藍紫色為主、少量發(fā)玫瑰紅、橙紅；鐵、錳含量相對較低、且變化不大，平均有序度較低，但變化范圍較大。

(3)白云石主要發(fā)育于潮坪、潟湖二大類環(huán)境，存在廣鹽、超鹽度的介質條件；一是以高鎂方解石、文石、原白云石、白云石或菱鎂礦、軟石膏為主；另一種以高鎂方解石、文石、硬石膏以及相對富硅、鋁質(鈉長石、石英、玉髓等出現(xiàn))的高堿性環(huán)境；AD0主要代表較淺的、富堿、高鹽度、弱還原的潟湖環(huán)境(薩勃哈沉積)；D0、D1、部分D2(部分CD0、CD1，代表為干旱為主、間隔潮濕的氣候環(huán)境下的潮坪環(huán)境。

(4)不同類型的白云巖中δ13CPDB、δ26Mg相差不大，δ13CPDB接近三疊紀的海水平均值(δ13CPDB=2‰)，含膏質泥晶云巖(AD0)的87Sr/86Sr平均值與當時中三疊世海水 (0.7076～0.7078)接近。其中，4件含膏泥晶云巖AD0、D0、MD的δ13CPDB平均為-0.325‰ (-2.9‰～1.0‰)、δ18OPDB平均為-5.38‰ (-5.60‰～-5.20‰)，δ26Mg=-2.124‰，負偏現(xiàn)象明顯，可能繼承了部分細菌、藻類降解形成有機碳源(δ13CPDB)特征(Comptonetal., 2001；Sanz-Monteroetal., 2006)。另外，膠結物及早期溶孔方解石中出現(xiàn)了δ13CPDB=-15.5‰～-10.25‰，也佐證這一推斷。少量異常高的87Sr/86Sr白云巖的存在，反映出地層水(或地下水)參與了白云巖形成過程(Comptonetal., 2001；鄭榮才等，2009)。在不同類型白云巖、膠結物與溶孔充填物中，均存在δ18OPDB>0.5(少數(shù)達1.0‰～2.70‰)的樣品，反映了白云巖形成與蒸發(fā)地表水沉淀作用有關(Comptonetal., 2001)，擬或為微生物席有機成因，即在干旱氣候為主導、頻繁出現(xiàn)沉積間斷的環(huán)境中，有助于膏溶及微晶白云石形成，以及微生物誘導下的白云石的沉淀作用(Sanz-Monteroetal., 2006)。

(5)去云化的灰云巖(CD0-CD1)Mg/Ca、Sr、B、Na2O+K2O、δ18OPDB、ΣREE等均比其它類型的白云巖低，但87Sr/86Sr、δCe、CaO及Fe2O3相對較高，指示了早期成巖中經歷了短期的潮濕氣候以及大氣淡水作用。

5 討論

鄭榮才等(2009)指出：川西下三疊統(tǒng)飛仙關組發(fā)育了一套膏云巖沉積，對其準同生期強烈蒸發(fā)的潟湖、潮坪環(huán)境下的白云巖成因無大爭議。哪么雷口坡組三段及雷四段是否存在“文石?！被颉拔⑸镎T導白云巖”？不同亞微相中白云巖(化)的流體性質、介質條件是否相似？大規(guī)模的白云巖(化)發(fā)育階段及時間？另外，白云巖形成受沉積和成巖環(huán)境中的生物化學、物理化學等多因素控制，地球化學指標的有效性、多解性也需值得重視。

先簡單回顧一下滲透回流白云巖形成機制。Adams and Rhodes(1960)首次提出回流滲透白云巖成因模式。即通過強烈的海水蒸發(fā)泵作用，孔隙流體中鎂/鈣比升高、由鹽度差異驅動流體向下、側向流動，文石和方解石灰泥沉積物產生白云巖(化)。近期研究對此模式進行了改進(Saller and Henderson, 2001; Machel, 2004; Whitakeretal., 2004; Rameil, 2008; 袁鑫鵬和劉建波，2012)。強調了氣候對白云巖類型的影響(Balogetal., 1999; Warren，2000; Vandeginsteand John，2012)，解釋了近源分布的極細泥粉晶白云石，遠端白云石晶徑增大原因(Wahlman，2010)。細分了臺地內中等鹽度的回流滲透作用，認為存在“活躍”及“隱伏”回流。并明確了地形梯度 (topographic head-driven) 型、密度(density-driven) 型和擠壓驅動 (compaction-driven)等 3 種水動力機制(Saller and Henderson, 2001; Machel, 2004; Whitakeretal., 2004)。由于存在過度白云巖化現(xiàn)象 (overdolomitization)，不會出現(xiàn)“由上至下、巖層孔隙度逐漸降低”現(xiàn)象。

5.1 白云石前驅物

白云巖形成前驅物中主要為方解石或文石型。礦物構型直接影響了白云石究竟是交代、還是準穩(wěn)態(tài)的快速轉化過程。方解石型易被原子半徑小于Ca2+(1.06?) 類質同像替代，如Cd2+(1.03?)、Mn2+(0.91?)、Fe2+(0.86?)、Zn2+(0.83?)或Mg2+(0.78?)；文石型易被較大離子如Sr2+(1.27?)和Ba2+(1.43?)替代(劉英俊等，1984)。因此，可利用白云石中上述元素相對含量來判斷白云巖交代的前驅物的類型、進而推測其白云巖形成過程。

圖8 雷三與雷四段不同類型白云巖中Mn2++Fe2++Zn2+與Sr2++Ba2+關系Fig.8 Mn2++Fe2++Zn2+vs. Sr2++Ba2+for different dolomites in the third and fourth members of Leikoupo Formation

圖9 雷三與雷四段不同類型白云巖中易遷移、可遷移、弱遷移元素的平均值及變化范圍Fig.9 The content and variation range for easily migratable, migratable and weakly migratable elements for different dolomites in the third and fourth members of Leikoupo Formation

從Mn2++Fe2++Zn2+與Sr2++Ba2+的平均值和變化范圍分析(表2、圖8)：含膏質泥晶云巖(AD0)呈較好的指數(shù)的線性相關，指示白云巖前驅物極有可能為“文石型”；而排除了天青石礦物存在的部分樣品外，部分泥晶云巖(D0)以及微生物云巖MD中， Sr2++Ba2+>Mn2++Fe2++Zn2+，反映出前驅物可能為“文石型”。但絕大多數(shù)樣品Sr2++Ba2+

5.2 白云巖形成過程中的元素遷移

如前述，反映白云巖成因特征有Mg/Ca、有序度、晶體大小、結構及同位素特征。在此，利用不同白云巖(化)成因中的部分元素含量的變化，厘定白云石形成過程。基本原理是不同元素在流體中的可遷移性不同。即親石的大半徑陽離子Rb、K、Sr、Ba與Mg、Ca、Na等在流體中容易遷移；Cu、Ni、Co、Mo、Mn、P、S可遷移；弱遷移元素有Fe、Al、Ti、Sc、Y、REE等(劉英俊等，1984)。在上述不同類型白云巖中：易遷移元素(Rb+Sr+Ba)平均值：MD>CD>D1>D0>AD0>D2；易遷移元素(K++Mg++Ca+Na)平均值為CD>D1>MD>D2>D0>AD0?？蛇w移元素(Cu+Ni+Co+Mo+Mn+P)的平均值：D2>D0>MD>AD0>D1>CD。弱遷移元素及氧化物Fe2O3+FeO+Al2O3+TiO2平均值：MD>AD0>D2>CD>D1>D0；Sc+Y+REE平均值為AD0>MD>D2>D1>D0>CD(圖9)。因此， MD或AD0保留較多的相對惰性的元素，反映出原生的特點， D1或D2易遷移元素含量較低，指示白云石過程中的流體-巖石作用程度相對較高。

5.3 鎂同位素指示白云巖流體性質

從前述的常量中Na、K以及B、Sr、Rb微量元素含量以及Rb/K、Sr/Ba反映出至少有二種的環(huán)境，(1)AD0為高鹽度的咸化潟湖；(2)微生物云巖MD、灰云巖CD為偏咸的正?；蛑械塞}度環(huán)境。

現(xiàn)今海水由較為均一鎂同位素組成。δ26Mg=-0.87‰～-0.75‰ (n=25) ；陸地水變化較大，δ26Mg=-2.93‰±1.13‰ (n=217)；碳酸鹽巖中則輕鎂同位素：δ26Mg=-4.84‰～-1.00‰ (平均為-3.09±2.66‰, n=40) (朱祥坤等，2013)。不同類型白云巖δ26Mg值與晶體大小有關(Lavoieetal., 2014)：泥微晶云巖(4～5μm)δ26Mg=-1.92±0.30‰，粉細晶云巖(50～150μm)δ26Mg=-1.75±0.34‰，鞍形白云巖(≥500μm)δ26Mg=-1.58±0.31‰。

δ26Mg受其源匯、溶解與沉淀(一般認為早期比晚期白云石δ26Mg要輕)、非平衡狀態(tài)下分餾、結晶速率及晶體大小等因素影響(Shirokovaetal., 2011; Lietal., 2012; Mavromatisetal., 2012, 2013; Azmyetal., 2013; Fantle and Higgins, 2014; Lavoieetal., 2014; Geskeetal., 2015)。主要與流體性質及晶體大小有關(Geskeetal., 2015)。

研究區(qū)不同類型白云巖變化區(qū)間比同類型的變化范圍小，從AD0、D0、D1、D2、MD 至 CD，δ26Mg平均值呈“之”變化(圖10)。MD、D1平均值相對高一些，但D2較低，反映出δ26Mg不僅僅受晶體大小影響；一般來說，AD0或MD先結晶出，但其δ26Mg平均值且高于D2對應值，即不完全僅受結晶順序的控制；同時，也不隨流體遷移方向δ26Mg逐漸變正(流動水模擬AF)(甯濛等，2018)。

圖10 雷三與雷四段不同類型白云巖δ26Mg平均值及變化范圍Fig.10 The content and variation range for δ26Mg for different dolomites in the third and fourth members of Leikoupo Formation

圖11 雷三與雷四段不同類型白云巖鎂同位素對氧同位素(a)和鍶同位素(b)關系圖Fig.11 Magnesium isotope vs. oxygen isotope (a) and strontium isotope (b) crossplots of the different dolomities in the third and fourth members of Leikoupo Formation

下面利用鎂同位素值δ26Mg與δ18OPDB、δ26Mg與87Sr/86Sr(圖11)和Sr含量與87Sr/86Sr協(xié)同變化對流體性質的識別。

泥粉晶或粉細晶云巖δ26Mg與δ18OPDB呈弱的負相關(圖11a)，由于δ26Mg不受溫度影響(Tipperetal., 2008; Nash and Mclaren, 2007; Lietal., 2010;朱祥坤等,2013)，可推斷白云巖形成中有不同的鎂同位素的流體輸入，或半封閉體系下的同位素分餾效應導致(Higgins and Schrag，2010)。泥晶云巖、含膏泥晶云巖δ26Mg與δ18OPDB呈弱正相關(圖11a)，且Sr含量與87Sr/86Sr呈弱的負相關性(圖6c);說明白云巖Mg的來源相似、主要受控于海水蒸發(fā)程度；δ26Mg與87Sr/86Sr呈弱負相關的協(xié)同關系(圖11b)，指示了流體來源、結晶順序或快速白云巖形成的影響。由于鎂同位素分餾系數(shù)不受溶液pH、Mg、CO32-以及生物量、含藍細菌等影響(Mavromatisetal., 2012, 2013)。其 “生物效應”明顯(Lietal., 2010；Mavromatisetal., 2012)。原生或準同生中“原白云石失穩(wěn)、快速白云化”過程，可造成了白云石的δ26Mg較低(Shirokovaetal., 2010)。而發(fā)生于揚子地區(qū)二疊紀未至早三疊世生物絕滅事件(黃思靜等，2005, 2006)，古環(huán)境、氣候環(huán)境的狀態(tài)(包括高CO2分壓、 強溫室效應、海平面變化等)造成生物新陳代謝、能量消耗增大，如較淺潟湖中的蒸發(fā)海水中的含氧量降低，有利于藍細菌生長、鈣化作用和微生物介導下原生白云巖形成(Vasconcelosetal.,1995；Vasconcelos and McKenzie，1997; Perri and Tucker，2007)。

圖12 雷三與雷四段不同類型白云巖中氧化還原條件指標的均值與變化范圍Fig.12 The content and variation range for indicators of redox conditions of different dolomites in the third and fourth members of Leikoupo Formation

5.4 介質中堿度(pH)

如前述，雷三段、雷四中、下亞段中的膏巖、含膏云巖、微生物席(包括似球粒云巖等)發(fā)育及組合指示了普遍潟湖環(huán)境。無論是廣鹽或高鹽度的潮坪、還是超鹽度的潟湖，流體成份都由輸入的流體成份和蒸發(fā)程度而定。在此，參考了湖相中存在的三種典型的蒸發(fā)途徑(二種中性、一種堿性)。HCO3-含量視為堿度，根據(jù)溶液中的HCO3-含量與Ca2++Mg2+比值而定。以高鎂方解石、文石、原白云石、白云石或菱鎂礦、軟石膏為主的中性海水的濃縮途徑；或是高鎂方解石、文石、硬石膏以及相對富硅、鋁質(鈉長石、石英、玉髓出現(xiàn))的堿性環(huán)境(Nash and Mclaren, 2007)。根據(jù)礦物組合、含膏質泥晶云巖(AD0)以及微生物云巖(MD)相對較高Si、Al和Ti(表2)等判斷，上述二種環(huán)境出現(xiàn)于雷三段、雷四段，蒸發(fā)作用導致堿性環(huán)境；藻席中的藍細菌有助于從無定形至晶體的石英中過濾及攝取Si (Nash and Mclaren, 2007)。

5.5 介質的氧化還原條件

沉積巖中元素及其比值(如Ni/Co、V/Cr、Ni/V 、U/Th、Cu+Mo/Zn、S/C)、DOP(黃鐵礦Fe/總Fe)、稀土元素δCe、微生物類型及總量等均可反映介質的氧化還原條件。但上述多數(shù)指標，不但受物源區(qū)(構造背景)、沉積速率和環(huán)境等多因素控制(Mir, 2015)；且多適于細粒沉積物或碎屑巖中的環(huán)境判識(Land, 1980；Jones and Manning, 1994；Corkeronetal., 2012；Loopeetal., 2013；G?betal., 2013)。

Jones and Manning (1994)認為隨著氧化程度逐漸增加，Ni/Co、V/Cr和V/(V+Ni)的比值均逐漸下降。Ni/Co=5代表氧化；5-7為厭氧條件；>7為次氧化至還原條件。V常富集于還原環(huán)境中卟啉有機絡合物、黏土礦物中。Cr僅與碎屑礦物中分餾作用有關。高V/Cr 代表了還原環(huán)境。較高U含量常與含氧量較低的海相有關。U/Th也可作為氧化還原條件的指示劑。變價的Fe是直接氧化還原的指示劑。在缺氧環(huán)境中 (H2S存在), Cu比Zn更易沉淀。若初始沉積為氧化環(huán)境、隨后埋藏為缺氧， Cu與Zn含量幾乎不變；但Cu螯合作用可能降低其含量，H2S 流體中大量存在Mo可作為補償；因此，高Cu/Zn (Cu+Mo/Zn)指示還原環(huán)境。

由表2與圖12可見不同類型白云巖中的Ni/Co的平均值：D0>MD>CD>D2>D1>AD0。V/Cr的平均值：CD>MD>D1>D0>AD0>D2。Cu+Mo/Zn的平均值：MD>D1>AD0>D2>CD>D0。U/Th的平均值：D2>CD>MD>D0>D1>AD0。Fe3+/Fe2+平均值為：CD>D1>D2>D0>MD>AD0。Mn+Fe+Cr+Co+V+Mo+U+Cu+Zn平均值為：MD>D2>CD>AD0>D1>D0?？傮w為相對氧化的環(huán)境。若以最低的Fe3+/Fe2+(AD0)作為氧化程度判識指標，具有相似的氧化還原指向意義僅有Mn+Fe+Cr+Co+V+Mo+U+Cu+Zn，其次為Cu+Mo/Zn平均值。而反映水體深度(微量元素富集程度)(Cd+Mo+Mn+Co+Cu+Ba+Sr)：MD>D2>D1>CD>D0>AD0，除了富堿、高鹽度的潟湖中AD0外，相對水深與氧化還原條件的指標對應性較好。而Ni/Co、V/Cr或U/Th的平均值所指示氧化趨勢完全不同；反映出生物、物理化學過程為主的碳酸鹽巖沉積和成巖過程不同于以物理過程為主的碎屑巖。微生物或細菌可通過吸附、表面溶解、氧化還原反應、生物降解等過程，影響前者的pH、Eh及其微量元素行為。

5.6 白云巖形成的時間估算

為進一步詮釋白云巖形成機理，需要估算其發(fā)生的地質時間。如圖1b,雷三與雷四段各類白云巖最大厚度約為500m。

表3 1000L正常海水中(鹽度為35‰)蒸發(fā)產物的組成(Nash and Mclaren, 2007)及計算的離子含量

Table 3 Evaporation sequence and the weights of the major precipitated phases and calculated values for various irons in 1000L typical seawater (35‰)

結晶順序含量(g/kg)CaSO42-MgNaKClBrBCO32-H+CaCO30.110.04400.066CaSO41.20.35290.8471NaCl26.910.576116.3239NaBr0.030.00670.0233MgBr20.090.01180.0782MgSO42.251.80000.4500KCl0.70.36940.3306MgCl23.180.81082.3692H3BO30.010.00170.0004854H2SO40.020.0196230.0196合計34.380.39692.66671.272610.58280.369419.02370.10150.00170.0660.0200773

膏巖與白云巖比例約為1:5。

假設1000L正常鹽度海水中，海水中的硫酸根以石膏、鎂離子以白云石(忽略少量天青石、菱鎂礦、雜鹵石、軟鉀鎂礬、潟利鹽及碳氫鎂石等)沉淀(Nash and Mclaren, 2007)，充分的海水循環(huán)、干旱氣候(年蒸發(fā)量為5000～10000mm)等條件，估算一下500m厚白云巖形成需要的時間。沉淀1m3白云巖(CaMg[CO3]理想結構，MgO占21.86%；比重為2.85g/cm3)需要的Mg=2850kg×[0.2186×(24/40)]=373.806kg；在一年內、1m3體積中，通過純蒸發(fā)可提供Mg為6.363～12.726g(表3)。因此，1m3白云巖沉淀約需要58746.7年～29373.4年；500m3需要約2.937～1.469Myr。類似地，1m3硬石膏需要127888.4年～63944.2年提供SO42-，100m3為1.279Ma～0.639Ma。雷口坡組大致相當于中三疊世中拉迪尼亞階(Ladinian)，地質年代從237 Ma至228 Ma(9Myr)；因此，蒸發(fā)回流云化過程在中三疊世內可實現(xiàn)，即準同生期或早期形成(Rameil，2008)。

從表3可見，單純依據(jù)海水蒸發(fā)，并不能同時滿足白云巖和石膏形成所需Ca離子濃度。石膏的晶出雖可提高溶液中Mg/Ca；但大量觀察與實驗表明，膏巖往往是繼方解石(或白云巖)同時或稍后沉淀。這也是滲透回流需要反復循環(huán)的蒸發(fā)、交代先前富含方解石的軟泥或灰?guī)r，才能產生大規(guī)模白云巖(化)的原因。

在鹽巖未晶出前，大量游離的Na+、K+、Cl-、CO32-無疑是滲透-回流的重要動力源之一(電解質或助溶劑作用)。無論是潮坪或超鹽度的潟湖，白云巖均不是在完全封閉的物理化學體系形成的。短期海侵及海平面變化、風暴提供的大量海水補給以及短期潮濕氣候的大氣降水或陸源碎屑的加入，強烈溫室效應以及微生物作用等， “互溶溶液的蒸餾效應”(精餾過程)，均對蒸發(fā)-回流中白云石形成過程產生較大的影響。

5.7 白云巖化模式

如前述，白云石先驅物多為方解石型，AD0、D0或MD中少量為文石結構或原白云石型。隨著石膏的沉淀，富鎂鹵水回流于早先沉積層、即包括下伏潮坪沉積、海侵體系域沉積期灰?guī)r間(如雷4上亞段上儲層段的云化)。微生物白云巖(MD)或含膏質泥晶云巖(AD0)保留了較高含量惰性元素，泥粉晶云巖和粉細晶云巖(D2)中易遷移元素含量較低。從D2至D1、至D0和AD0， Sr、Na微量元素以及δ18O穩(wěn)定同位素逐漸增加，87Sr/86Sr降低，δ26Mg的“之“變化，均指示滲透回流作用的流體遷移方向以及白云(巖)化過程。無論是從雷三與雷四段白云巖規(guī)模與分布、巖石類型、微相組合與分布、還是同位素或地球化學特征均顯示了曾發(fā)生了薩勃哈、回流滲透白云巖以及或微生物誘導的云化作用。

根據(jù)圖1b及圖5可劃分三類：①大套膏巖中夾薄層的泥晶云巖(D0或AD0)；②頂部含膏的多種類型白云巖(D0、D1、MD原始藻結構保存較好以及少量D2和③不含膏的各種類型白云巖(除了AD0外)；大致對應于海平面最低、正常至稍低和較高的情形；其估算鹽度分別為超高(存在鹽巖)、中等(37‰～140‰)(Machel, 2004；袁鑫鵬和劉建波，2012)或正常或微咸環(huán)境。以干旱為主、間隔有潮濕氣候下，受鹽度梯度(密度)、局部地形(地貌)差異(對流體補給、體系的封閉性影響)以及沉積微相組合及空間分布(結構與構造、原始孔滲性等)等在薩勃哈、滲透回流白云巖成因中起了關鍵作用。

圖13 川西雷口坡組的雷三至雷四段白云巖化模式及不同類型白云巖分布Fig.13 Schematic model of reflux and Sabakha dolomitization and distribution for of different dolomites in the third and fourth members of Leikoupo Formation

綜上所述，白云巖成因模式中有以下特征：(1)有障壁(由微生物礁灘構成)的陸棚潟湖(包括相對水深的“深潟湖”或較淺的“淺潟湖”)；(2)存在孔滲性、水動力不同的帶,側向連續(xù)性好(如微生物藻席)至較差的巖性(相)變化帶(部分顆粒灘)，如云巖保留較好原始藻結構，阻礙了廣泛重結晶作用，如潮間-部分淺水潮下帶的微生物巖；(3)海平面頻繁的小幅升降，但總體相對穩(wěn)定；多期次的沉積間斷，適合于文石或微生物巖發(fā)育的局域地形、分隔的地貌；雷四段晚期海平面上升，致使雷四上亞段的上儲層段的潮間-潮下帶大多未發(fā)生白云化，在薄層的白云巖段內，出現(xiàn)粒度有差異明顯的不同類型白云巖(泥晶(≤4μm)及粉細晶云巖(50～100μm),較粗的可解釋為滲透回流作用的側向遠端產物；(4)與一般薩勃哈、滲透回流的白云巖化模式有相似、也有不同特點，即以淺潟湖 “薩勃哈-微生物有機成因”、局限潟湖、臺地邊緣及潮坪“受薩勃哈流體驅動下的滲透-回流白云巖”成因地質模式(圖13)。

6 結論

(1)川西雷口坡組雷三至雷四段包括有含膏的泥晶云巖、泥晶云巖、泥粉晶云巖、粉細晶云巖、微生物云巖、云質灰?guī)r及灰質云巖等不同類型的白云巖；

(2)不同類型白云巖的平均有序度， 鐵和錳含量均較低，δ13CPDB、87Sr/86Sr平均值接近中三疊世的全球海水平均值，δ18OPDB為弱負偏移或正漂移，主要受埋藏、蒸發(fā)過程或微生物席有機作用等影響；δ26Mg相對較低且呈“之”變化，來源相似，從AD0、D0至D1、D2，δ26Mg、87Sr/86Sr總體呈上升趨勢、而Sr、易遷移元素含量減小，反映了白云巖化程度升高;

(3)白云石形成于干燥炎熱、偶夾潮濕氣候、以氧化-弱還原為主的淺水潮坪及潟湖(咸化)環(huán)境；前驅物以方解石型為主、少量為文石、原白云石結構，可劃出淺潟湖的“薩勃哈”、局限潟湖“微生物云化”、臺地邊緣及環(huán)潮坪“蒸發(fā)泵-密度差驅動及巖(亞微)相控制的“滲透-回流白云石化”，估算的白云石化過程可在中三疊世內完成。

(4)白云巖成因主要受向上變淺的米級旋回序列、干燥炎熱為主偶夾潮濕氣候和古地貌以及古水文等因素影響。

致謝感謝陳代釗及李忠研究員提出了建議性的修改意見。