基于富镁黏土矿物转化的埋藏白云石化：以四川盆地中二叠统茅口组白云岩为例

【作者】 金鑫； 宋金民； 刘树根； 罗平；

【机构】 油气藏地质及开发工程全国重点实验室(成都理工大学)； 西华大学； 中国石油天然气股份有限公司勘探开发研究院；

【摘要】 白云石化作用在全世界范围内得到了广泛的研究,但埋藏白云石化作用一直以来饱受争议。四川盆地中二叠统茅口组具有特殊的富镁黏土(海泡石-滑石)沉积为重新认识埋藏白云石化过程提供了独特的契机。本研究以四川盆地中二叠统茅口组白云岩为研究对象,通过野外剖面实测、岩心观察、薄片鉴定,主/微量元素、碳/氧/锶同位素、团簇同位素及流体包裹体测温等技术方法,建立了基于富镁黏土矿物转化的埋藏白云石化模式。研究结果表明,四川盆地中二叠统为凉水沉积(5～15℃),岩石结构多为灰泥支撑,不含鲕粒、砂屑等非骨架颗粒,不发育膏岩,缺乏早期胶结物;盆地内部发育克拉通内凹陷,凹陷内沉积含海泡石(滑石)层系(40～60 m);中二叠统茅口组白云岩可根据结构-成因类型划分为:残余生屑粉-细晶-直面-自形-半自形白云岩(Md1)、粉-细晶-直面-自形-半自形白云岩(Md2)和细-中晶-直面-自形-半自形白云岩(Md3)和中-粗晶-曲面-它形白云岩(Md4)四个大类,其中Md2与Md3可进一步划分出粉-细晶-直面-自形-半自形"雾心亮边"白云岩(Md2-1)和细-中晶-直面-自形-半自形"雾心亮边"白云岩(Md3-1)两个亚类;Md1发育规模较小(约占5%),其地球化学结果表明其在浅埋藏阶段交代成因,流体来源于同期海水;Md2和Md3发育规模较大(约占55%),具有"高Fe、Mn、Si、低Na、Sr、Mg/Ca",δCe值较高,碳-氧-锶同位素与稀土元素表现出与海泡石同源特征,团簇同位素与包裹体均一温度较高,表明其在中-深埋藏阶段形成,白云石化流体为海泡石成岩转化水;Md2-1和Md3-1发育规模较小(约占35%),主/微量元素、碳/氧/锶同位素表现出海泡石同源特征,"亮边"较"雾心"包裹体均一温度高,δEu值>1,表示亮边为热液成因;Md4发育规模较小(约占5%),具有"高Fe、Mn和Si、低Na、Sr、Mg/Ca"的特征,碳-氧-锶同位素与稀土元素表现出海泡石同源特征,团簇同位素与包裹体均一温度最高,δEu值略>1,指示具有热液叠加。在此基础上,建立了茅口组白云岩发育模式。茅口组白云岩成因主要受凹陷内海泡石黏土矿物转化(海泡石向滑石转换、海泡石溶解等)控制,白云岩形成于不同埋藏阶段:浅埋藏阶段的近凹陷白云岩(Md1)由封存海水交代形成;中-深埋藏阶段的近凹陷的Md2和Md3主要受控于海泡石成岩转化释放的富镁流体,Md2-1和Md3-1主要受控于海泡石成岩转化释放的富镁流体与少量热液流体叠加;晚期热液活动加剧,进一步形成Md4。更多还原