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四川盆地在经历了多个阶段的勘探后，截至2020年初，全盆地共有28个工业油气产层，其天然气探明储量约3.96×1012 m3，常规天然气剩余量约16.73×1012 m3（Hong Taiyuan et al.，2021），天然气的勘探开发仍在稳步发展。在其三叠系飞仙关组的勘探开发过程中，自21世纪初期在开江-梁平海槽东侧长兴组—飞仙关组台缘礁滩部署的普光1井获得42.00×104 m3/d的高产工业气流，从而发现普光特大型气田以来，普光气田累计生产混合气已达950.18×108 m3，而后又部署了元坝1井、龙岗1井等井位，发现铁山坡等3个大型气田，龙岗等4个中型气田，形成了环开江-梁平海槽气田群，气田以鲕粒白云岩为主要储集层，已获探明地质储量6316×108 m3（Ma Yongsheng et al.，2010; Ma Xinhua et al.，2019; Hu Dongfeng et al.，2021），表明开江-梁平海槽周缘下三叠统飞仙关组台缘礁滩相白云岩储层具有较大的开发潜力。
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白云岩储层的成因及云化机制一直是学者关注的重点和焦点，不同学者总结出了包括蒸发泵作用、渗透回流作用和混合水作用等8种模式解释白云岩成因（Liu Shugen et al.，2008）。近年有关四川盆地白云岩形成机制的研究成果较为丰硕，主要包括:① 对于不同的沉积相带控制下白云岩的成因模式进行了系统地归类和判别（表1）（Vahrenkamp et al.，1994; Chen Daizhao，2008; He Yunlan et al.，2010; Wang Maolin et al.，2013; Zou Zuoyuan et al.，2020）。② 白云石化模式的研究由定性到定量转变，以质量守恒技术等建模方法为基础，对成岩流体的流动及Mg2+等物质的迁移进行模拟，从而预测白云石化作用的范围和白云岩的分布（Whitaker et al.，2010; Huang Qingyu et al.，2015）。另外也有学者建立了基于Mg同位素的数值模型用于模拟并追踪海水或流动水体的沉积环境下云化过程的Mg同位素地球化学特征（Ning Meng et al.，2018）。③ 对部分白云石化模式进行了限定和扩展，主要包括限定了混合水白云石化的适用范围，扩展了构造-热液白云石化和渗透回流白云石化在不同的流体类型和构造背景中适用性（Whitaker et al.，1990; Sun et al.，1994; Westphal et al.，2004; Katz et al.，2006; Xing Fengcun et al.，2011）。本次研究中白云岩的岩石学特征则与渗透回流模式所对应的特征相一致，白云岩多为细晶白云岩且常见原岩结构的保留。
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近年川东地区下三叠统飞仙关组获得的天然气储量90%以上都来源于白云岩储层（Wang Yigang et al.，2007），针对川东开江-梁平海槽两侧区域白云岩储层的研究工作多围绕元坝、普光、宣汉等构造展开，而大竹—开江地区滩相白云岩储层成因的研究则相对薄弱。针对该地区白云岩的岩石组构、云化流体性质、来源及其对孔隙发育演化的影响等还未见系统分析。本文旨在通过对该地区白云岩储集岩的显微特征、阴极发光特征进行总结，结合微区原位主微量元素、锶同位素特征以及部分流体包裹体均一温度等证据，讨论研究区白云石的类型、形成机制及分布规律，揭示白云岩储层的物性和孔隙演化特征，从而为川东北地区下三叠统飞仙关组的勘探提供借鉴。
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1 区域地质背景
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川东大竹—开江地区包含四川省达州市大竹县、开江县以及重庆市垫江县、梁平县等地区，研究区南起垫江，北至开江，西接大竹，东临梁平，勘探面积近3700 km2。从区域构造上看，其位于四川盆地东部的川东高陡构造带，北东部处于大巴山弧前褶皱带与川东北中陡构造带交汇处（Wang Siyi，2006）。其中主要包括双家坝、檀木场、沙坪场、龙门等平行排列成带的北东向构造（图1）。
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研究区飞仙关组与下伏长兴组整合接触，自下而上分为飞一段—飞四段，是受二叠纪长兴期构造-沉积格局控制的一套以海相碳酸盐岩沉积为主的地层（Yao Cheng，2013）。在飞一段沉积期，研究区为南西—北东向的开阔台地—台地边缘—斜坡—海槽沉积格局，岩性以泥页岩、泥质泥晶灰岩为主，仅在双家坝和西河口构造一带见小规模发育的鲕粒滩（图2）。飞二段沉积期是最主要的成滩期，也是研究区内白云石化最广泛发育的时期，随着海平面逐渐下降，飞一段沉积期台缘带边界逐渐向北东方向迁移，研究区内沉积格局在飞二段沉积中—晚期演化为半局限—开阔台地沉积（图3）。由于鲕滩向北东方向的进积和垂向加积作用形成障壁，发育滩间膏质潟湖、云质潟湖等局限环境，先前发育斜坡-海槽相带的位置在飞二段沉积末期—飞三段沉积早期基本被填平补齐。在飞三段及飞四段沉积期，研究区地层厚度稳定，沉积格局由开阔台地演化为蒸发台地。
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图1 研究区位置及地层综合柱状图（角图据Ma Yongsheng et al.，2010）
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Fig.1 Location and comprehensive stratigraphic histogram of the study area (after Ma Yongsheng et al., 2010)
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1 —泥晶灰岩; 2—泥晶白云岩; 3—泥岩; 4—泥质白云岩; 5—泥质灰岩; 6—鲕粒灰岩; 7—鲕粒白云岩; 8—云质鲕粒灰岩; 9—粉晶白云岩; 10—石膏岩; 11—构造; 12—含气构造; 13—已发现气藏; 14—断层; 15—钻井; 16—产气井; 17—斜坡-海槽; 18—研究区
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1 —micritic limestone; 2—mud-crystal dolomite; 3—mudstone; 4—argillaceous dolomite; 5—argillaceous limestone; 6—oolitic limestone; 7—oolitic dolomite; 8—dolomitic oolitic limestone; 9—powder-crystal dolomite; 10—anhydrite; 11—structure; 12—gas-bearing structure; 13—discovered gas reservoir; 14—fault; 15—well; 16—gas-producing well; 17—slope-trough; 18—study area
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2 白云岩的分布
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前人研究成果表明，飞仙关组发育大规模生物礁滩，高孔、高渗的鲕粒白云岩提供了优质的储集空间（Wang Yigang et al.，2002），其上覆膏盐岩发育加之川东北地区充足的气源条件使得川东飞仙关组储层将作为四川盆地关键的勘探接替区域（Zhang Shuichang et al.，2006），因此对该地区飞仙关组白云岩成因及分布规律的认识对油气勘探开发至关重要。
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川东大竹—开江地区在飞一段沉积晚期—飞二段沉积早期仅双家坝构造区域内可见发育少量白云岩（图2），随着飞二段沉积中—晚期滩体向北东方向的进积作用和垂向的加积作用，在纵向上多以云质亮晶鲕粒灰岩及亮晶鲕粒白云岩的形式发育在飞二段中上部滩相地层中。但在天东100井及天东5-1井一带飞二段顶部发育潟湖环境，则可见膏质白云岩及泥晶白云岩等低能沉积环境中发育的白云岩（图4）。平面上，如图3，位于研究区西南的西河口-沙坪场构造在飞二段沉积中期为开阔台地相带，主要发育点滩，通过镜下薄片观察，此区域白云石化作用弱—不发育，滩体多发育亮晶鲕粒灰岩、含云亮晶鲕粒灰岩等岩类; 而在飞二段沉积晚期，以研究区中部龙门-双家坝构造为代表的半局限—开阔台地相带内发育的颗粒滩体中，白云石化作用较强，白云石分布广、厚度大，多发育泥—粉晶白云岩、含灰残余鲕粒白云岩等白云岩类型，是研究区白云石的主要分布区域，表明白云岩的分布特征与相带分布密切相关。
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图2 川东大竹—开江地区飞一段沉积晚期—飞二段沉积早期岩相古地理图
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Fig.2 Diagram of deposition facies during the time for the late stage of the First Member to the early stage of the Second Member of Feixianguan Formation in Dazhu-Kaijiang, eastern Sichuan basin
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1 —开阔台地; 2—台地边缘; 3—斜坡; 4—海槽; 5—灰质潟湖; 6—台内鲕粒滩; 7—台缘鲕粒滩; 8—相边界; 9—钻井; 10—产气井; 11—连井剖面; 12—研究区
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1 —open platform; 2—platform margin; 3—slope; 4—trough; 5—lime lagoon; 6—intra-platform oolitic shoal; 7—platform margin oolitic shoal; 8—sedimentary facies boundary; 9—well; 10—gas-producing well; 11—cross well profile; 12—study area
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3 实验方法和技术
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本文选取川东大竹—开江地区龙门、双家坝等构造飞仙关组二段的钻井取芯样品，主要进行了薄片观察、阴极发光、微区原位主微量元素、锶同位素及流体包裹体分析，从而对储集岩现今组构、白云石化流体来源及性质、成藏期次进行了判定。其中薄片观察、沥青含量估算及孔隙度实测在成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室完成，所使用的偏光显微镜型号为LEICA-DM2500P，实测孔隙度样品为岩芯柱塞样; 在西南石油大学完成阴极发光实验，使用CL8200 MK5阴极发光显微镜; 包裹体测温在北京核工业地质研究院完成，实验运用LINKAM THMS600型冷热台。
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本文白云岩不同组构的主微量元素含量及87Sr/86Sr比值是通过碳酸盐岩激光剥蚀电感耦合等离子体质谱技术（LA-ICP-MS）中的单点原位微区测试获得的，其相较于传统的溶液法更便捷、对样品破坏极小。该实验在武汉上谱分析科技有限责任公司完成，其激光剥蚀器和质谱仪型号分别为相干193 nm准分子激光剥蚀系统（GeoLas HD）和多接收质谱 MC-ICP-MS（Neptune Plus）质谱仪。
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图3 川东大竹—开江地区飞二段沉积中—晚期岩相古地理图
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Fig.3 Diagram of deposition facies during the time for the middle to the late stage of the Second Member of Feixianguan Formation in Dazhu-Kaijiang, eastern Sichuan basin
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1 —开阔台地; 2—台地边缘; 3—斜坡; 4—海槽; 5—灰质潟湖; 6—膏质潟湖; 7—云质潟湖; 8—早—中期台内鲕粒滩; 9—中—晚期台内鲕粒滩; 10—早—中期台缘边界; 11—相边界; 12—钻井; 13—产气井; 14—连井剖面; 15—研究区
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1 —open platform; 2—platform margin; 3—slope; 4—trough; 5—lime lagoon; 6—gypsum lagoon; 7—dolomitic lagoon; 8—early-middle period of intra-platform oolitic shoal; 9—middle-late period of intra-platform oolitic shoal; 10—early-middle period of platform margin boundary; 11—sedimentary facies boundary; 12—well; 13—gas-producing well; 14—cross well profile; 15—study area
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4 白云岩的岩石学特征
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川东大竹—开江地区飞二段岩性主要为鲕粒灰岩、鲕粒白云岩、云质鲕粒灰岩等，白云岩多发育于飞二段沉积中期—晚期滩相地层中（图5）。
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飞二段白云岩主要包括粉晶、细晶白云石交代鲕粒形成的（残余）鲕粒白云岩（图6a~c）或完全交代鲕粒所形成的粉—细晶白云岩等（图6f、g），此类型白云岩孔隙较发育，多为粒间溶孔、晶间孔及晶间溶孔; 在部分井区飞二段顶部也可见纹层状泥晶白云岩分布（图6h）; 同时，在相对较弱的白云石化作用下则会出现细晶自形白云石交代鲕粒或砂屑，形成含云或云质颗粒灰岩等过渡岩类（图6i）。
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4.1（残余）颗粒白云岩
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残余结构是原岩中的颗粒受到白云石化作用的改造，颗粒结构为强白云石化作用而消失所形成的，一般可见鲕粒轮廓和圈层幻影（Hou Donglin，2019）。研究区内该岩石类型中的颗粒多为鲕粒，含量一般为65%~80%，分选、磨圆度较好，其直径一般介于0.1~0.6 mm之间（图6a~d），在镜下观察，颗粒部分多由泥—粉晶白云石构成，可见颗粒幻影，发育晶间溶孔、粒间及粒内溶孔等多种储集空间类型（图6g）。同时偶见残余砂、砾屑白云岩，其中砂、砾屑含量约为50%~70%，被半自形粉晶白云石交代（图6e）。
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图4 川东大竹一开江地区天东 32 井一天东 3 井飞仙关组沉积相对比及白云岩发育关系图（岩性填充色为黄色的层段为飞二段白云石化发育层段）
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Fig.4 Sedimentary facies and dolostone corresponding diagram of Feixianguan Formation of well TD32-well TD3 in Dazhu-Kaijiang, eastern Sichuan basin (the position of dolomitization occurred is highlighted)
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1一砂屑灰岩; 2一鲕粒灰岩; 3一泥唱灰岩； 4一含泥灰岩; 5一泥质灰岩; 6一泥岩; 7一粉唱白云岩; 8一泥唱白云岩; 9一泥质白云岩; 10一膏质白云岩; 11一石享岩; 12一灰质白云岩; 13一云质灰岩; 14一云质鲕粒灰岩; 15一鲕粒白云岩; 16一㴚石结核灰岩; 17一蒸发台地; 18一开阔台地；19一半局限-开阔台地; 20-台地边缘; 21一斜坡-海槽; 22一鲕粒滩；23一宫质潟湖; 24一云质潟湖；25一砂屑滩；26-气层；27一含气层; 28一差气层
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1 —calcarenite; 2—oolitic limestone; 3-micritic limestone; 4-marl-bearing limestone; 5-argillaceous limestone; 6-mudstone; 7-powder-crystal dolomite; 8-mud-crystal dolomite; 9-argillaceous dolomite; 10-gypseous dolomite; 11—anhydrite; 12—limy dolomite; 13-dolomitic limestone; 14—dolomitic oolitic limestone; 15-oolitic dolomite; 16-chert limestones; 17—evaporative platform; 18-open platform; 19—semi-restricted-open platform; 20-platform margin; 21—slope-trough; 22—oolitic shoal; 23—-gypsum lagoon; 24—dolomitic lagoon; 25—arenstritic shoal; 26—-gas reservoir; 27—gas-bearing interval; 28-bad gas reservoir
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图5 川东大竹—开江地区七里58井下三叠统飞二段中部取芯段（3560~3612 m）地层综合柱状图
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Fig.5 The comprehensive stratigraphic core section of the middle stage of the Second Member of Feixianguan Formation of Lower Trassic of well QL58 (3560~3612 m) in Dazhu-Kaijiang, eastern Sichuan basin
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1 —粉晶白云岩; 2—鲕粒灰岩; 3—砂屑灰岩; 4—鲕粒白云岩; 5—云质鲕粒灰岩; 6—泥晶灰岩; 7—膏质白云岩
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1 —powder-crystal dolomite; 2—oolitic limestone; 3—calcarenite; 4—oolitic dolomite; 5—dolomitic oolitic limestone; 6—micritic limestone; 7—gypseous dolomite
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4.2 晶粒白云岩
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研究区内的晶粒白云岩按照晶粒大小可分为细晶白云岩、粉晶白云岩和泥晶白云岩。细晶、粉晶白云岩是白云石化较为彻底的产物，其原岩多为鲕粒灰岩，见残余结构或残余颗粒幻影，粒径多分布于0.1~0.2 mm，晶间孔、晶间溶孔发育，储集性能较好（图6g）。而泥晶白云岩是由粒径小于0.0039 mm的泥晶白云石组成（图6h），较为致密，孔隙、裂缝不发育，对储层的贡献较小，该类岩石形成于水动力条件相对较弱、较为局限的沉积环境。
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4.3 白云石的类型
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通过对研究区的薄片观察，飞仙关组二段发育的白云石晶形多为半自形—自形，按照岩石组构和产状主要分为四种白云石类型:① 交代鲕粒内灰泥的细—中晶白云石（图7a）; ② 完全交代鲕粒的泥—粉晶白云石（图7c）; ③ 铸模孔中充填的细晶白云石（图7e）; ④ 充填于粒间孔中的中—粗晶白云石（图7g）。以上各种类型白云石在阴极射线下均为暗红光—不发光（图7b、d、f、h），表明研究区内白云石多形成于低Mn、较还原的环境中。
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图6 川东大竹—开江地区飞二段白云岩类型及储集空间特征
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Fig.6 Types of dolostone and pore space in the Second Member of Feixianguan Formation in Dazhu-Kaijiang, eastern Sichuan basin
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（a）—含灰残余鲕粒粉晶白云岩，白云石晶间附着少量沥青，10×2.5（-），七里51井，3851.4 m;（b）—残余鲕粒粉晶白云岩，发育粒间孔，10×2.5（-），七里51井，3855.18 m;（c）—残余鲕粒粉晶白云岩，发育粒间孔，部分晶粒外附着沥青，10×2.5（-），七里51井，3859.32 m;（d）—灰质残余鲕粒白云岩，铸模孔较发育，10×5（-），七里58井，3588.71 m;（e）—含灰残余砾屑白云岩，10×5（-），天东102井，3821.06 m;（f）—粉晶白云岩，可见晶间孔，沥青附着于孔壁，10×5（-），七里52井，3945.69 m;（g）—含灰粉—细晶白云岩，白云石晶粒外附着沥青，晶粒间发育残余溶蚀孔隙，10×2.5（-），天东100井，3819.98 m;（h）—纹层状泥晶白云岩，偶见顺层分布的残余鲕粒，10×2.5（-），天东102井，3827.39 m;（i）—含云亮晶鲕粒灰岩，见少量粉晶白云石交代鲕粒，10×5（-），凉东3井，3269 m; 以上薄片照片红色部分均为被茜素红染色的方解石，蓝色部分为孔隙铸体
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(a) —calcite-bearing residual oolitic powder-crystal dolomite, bitumen attachs to the edge of intercrystal pores, 10×2.5 (-) , well QL51, 3851.4 m; (b) —residual oolitic powder-crystal dolomite, intergranular pores are well-developed, 10×2.5 (-) , well QL51, 3855.18 m; (c) —residual oolitic powder-crystal dolomite, intergranular pores are well-developed, the edge of some dolomites is stained by bitumen, 10×2.5 (-) , well QL51, 3859.32 m; (d) —calcite residual oolitic dolomite, mould pores are well-developed, 10×5 (-) , well QL58, 3588.71 m; (e) —calcite-bearing residual dolorudite, 10×5 (-) , well TD102, 3821.06 m; (f) —powder-crystal dolomite, intercrystal pores are well-developed and stained by bitumen, 10×5 (-) , well QL52, 3945.69 m; (g) —calcite-bearing powder or fine-crystal dolomite, bitumen attaches to the edge of dolomites and residual dissolved pores are well-developed, 10×2.5 (-) , well TD100, 3819.98 m; (h) —laminated mud-crystal dolomite, parallelly-deposited residual ooids are sporadic, 10×2.5 (-) , well TD102, 3827.39 m; (i) —dolomite-bearing sparry oolitic limestone, few ooids are replaced by powder-crystal dolomites, 10×5 (-) , well LD3, 3269 m; red parts in pictures above refer to calcites stained by alizarin red and blue parts refer to pores
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5 白云石的形成机制
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5.1 白云石的地球化学特征
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在不同成岩环境下，碳酸盐岩中各主微量元素和稳定的同位素会发生迁移、分馏等从而显示出不同的特征，故为探讨川东大竹—开江地区下三叠统飞仙关组二段白云岩的形成机制，本文对不同类型白云石的主微量元素及锶同位素特征进行了分析。
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图7 川东大竹—开江地区飞二段主要白云石类型及阴极发光特征
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Fig.7 The main types of dolomite and its CL characteristics in the Second Member of Feixianguan Formation in Dazhu-Kaijiang, eastern Sichuan basin
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（a）—含鲕粒泥晶白云岩，细—中晶白云石交代鲕粒，10×5（-），七里58井，3565.44 m;（b）—（a）对应的阴极发光，白云石和方解石胶结物在阴极射线下为暗红光—不发光;（c）—粉晶白云岩，10×5（-），天东102井，3843.95 m;（d）—（c）对应的阴极发光，粉晶白云石在阴极射线下为暗红光;（e）—泥晶鲕粒白云岩，铸模孔发育，可见细晶白云石充填，10×5（-），天东102井，3827.5 m;（f）—（e）对应的阴极发光，铸模孔内的细晶白云石及泥晶白云石基质在阴极射线下为暗红光;（g）—亮晶鲕粒白云岩，原岩结构保留完全，发育粒间孔，充填粗晶白云石及沥青，10×5（-），七里58井，3587.25 m;（h）—（g）对应的阴极发光，泥晶白云石基质及粒间孔充填的粗晶白云石在阴极射线下为暗红光; 绿色点位为微区原位主微量元素分析测点
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(a) —oolite-bearing micrite dolomite, ooids are replaced by fine or medium crystal dolomites, 10×5 (-) , well QL58, 3565.44 m; (b) —cathodoluminescence of (a) , dolomites and calcite cement show dull-red or non-luminance cathodoluminescence; (c) —powder-crystal dolomite, 10×5 (-) , well TD102, 3843.95 m; (d) —cathodoluminescence of (c) , powdery dolomites show dull-red cathodoluminescence; (e) —micrite oolitic dolomite, mould pores are well-developed and filled with fine-crystal dolomite, 10×5 (-) , well TD102, 3827.5 m; (f) —cathodoluminescence of (e) , fine-crystal dolomites in mould pores and the micritic dolomite matrix show dull-red cathodoluminescence; (g) —sparry oolitic dolomite, structure of the original rock is retained, intergranular pores are well-developed and filled with coarse-grained dolomites and bitumen, 10×5 (-) , well QL58, 3587.25 m; (h) —cathodoluminescence of (g) , coarse-grained dolomites developed in intergranular pores and the micritic dolomite matrix show dull-red cathodoluminescence; green spots refer to test points of laser micro-area LA-ICP-MS analysis
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5.1.1 白云石主微量元素特征
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通过对研究区飞仙关组二段各类型白云石微区原位主微量元素分析显示（表2），其Na含量分布于64.77×10-6~380.00×10-6之间，平均含量为180.98×10-6; K含量分布于16.93×10-6~220×10-6，平均含量为92.19×10-6，总体表现出盐度较高的特征。Sr含量相对稳定，分布于55.27×10-6~256.73×10-6，平均含量为144.83×10-6，虽然其含量主要受白云石的晶体化学习性控制而不能直接作为判断其白云石化流体的来源，但仍可以结合Fe、Mn含量等为分析云化流体来源提供支撑（Hu Zuowei，2010）。
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Fe、Mn元素是大气淡水中重要的组成部分，飞仙关组二段的白云石中，Fe含量分布于55.33×10-6~4990.43×10-6，平均含量为1195.25×10-6; Mn含量分布于7.44×10-6~62.9×10-6，平均含量为28.62×10-6，Fe、Mn元素含量具有一定的正相关性，相关系数约为0.41，这说明Fe、Mn元素具有同源性，但部分类型白云石Fe、Mn含量偏高的特征说明也有非同源Fe、Mn元素加入（Hu Zuowei，2010）。其中含鲕粒泥晶白云岩中交代鲕粒的细晶白云石（图7a）及泥晶鲕粒白云岩铸模孔中充填的中—粗晶白云石（图7e）Fe、Mn含量最高，Fe平均含量分别为4646.46×10-6及1091.50×10-6，Mn平均含量分别为38.46×10-6及55.30×10-6，而两种类型的白云岩中与海水关系最为密切的泥晶白云石基质Fe平均含量为979.75×10-6、Mn平均含量为42.61×10-6，同样代表了同期云化流体的特征。在前人的研究中，有数据表明川东地区飞仙关组Fe、Mn含量显著高于其他类型白云石的泥晶白云石，其δ18O值大致变化在-2‰~-5‰，具有大气淡水和海水的混合流体特征（Huang Sijing et al.，2009），结合在成岩过程中，大气淡水具有更高Fe、Mn含量的特点（Dong Jie，2018），本文认为含鲕粒泥晶白云岩及泥晶鲕粒白云岩鲕粒内充填的白云石是同生—准同生期暴露地表溶蚀鲕粒后，在能量相对较低的环境下由大气淡水和海水的混合流体白云石化形成的，从而导致其Fe、Mn含量偏高，但其他元素相对变化幅度较小的特征显示其中仍以海源流体为主，而这两者之间Fe、Mn的差异是由于前者沉积环境更为还原（Dong Jie，2018），水动力条件更弱，这也与两者岩石学特征的差异相符。另一方面，细晶白云岩（图7c）和原始结构保存较好的亮晶鲕粒白云岩（图7g）Fe、Mn含量明显低于前两者，且Mn/Sr值分布在0.04~0.15之间，表现了其云化流体显著贫Fe、Mn、相对富Sr的海水特征。
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5.1.2 白云石锶同位素特征
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碳酸盐岩矿物的锶同位素组成（87Sr/86Sr值）因其在不同的物理和化学等条件下不发生同位素分馏作用的特点而越发广泛地被用于推测成岩流体来源（Aberg et al.，1995）。研究区各类白云石中（表3），泥晶白云石基质的87Sr/86Sr值分布在0.707257~0.708269，细晶白云岩中的细晶白云石87Sr/86Sr值分布在0.707416~0.708305，交代鲕粒核部的细晶白云石的87Sr/86Sr值分布在0.707320~0.707648，粒间孔充填的中—粗晶白云石的87Sr/86Sr值分布在0.707598~0.707607，铸模孔中充填的中晶白云石87Sr/86Sr值在0.707111~0.707231之间。全球早三叠世（250~243.5 Ma）海水的87Sr/86Sr值范围为0.7071~0.7078（Burke et al.，1982; Korte et al.，2003），平均值为0.7075，而前人对四川盆地东北部飞二段的成岩流体组成分析后的结果显示准同生期白云岩的87Sr/86Sr值为0.706755~0.709300（Huang Sijing et al.，2006; Zhen Rongcai et al.，2009），这与双家坝构造飞二段的白云石锶同位素的比值较为接近，这也表明研究区白云石的形成均与早三叠世同期海水有关，而前文提到的大气淡水的参与是由于其极低的Sr含量而没有对87Sr/86Sr值产生明显影响（Huang Sijing et al.，2009）。
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5.2 白云石化模式
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通过单井对比分析，飞二段沉积早期台地边缘颗粒滩主要发育在双家坝构造区域内（图2），平均厚度约为30~60 m，其中七里52井、58井区飞二段云化作用较强，发育鲕粒白云岩、粉晶白云岩等白云岩类（图6f），而开阔台地仅见凉东3井区附近飞二段有零星白云石交代鲕粒（图6i）。
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在飞二段沉积中—晚期，龙门构造一带，滩体垂向加积及向海槽进积的趋势明显（图4），在此过程中云化的颗粒滩在纵向上的发育位置呈阶梯状抬升，受到此过程中滩体加积和进积作用产生的障壁的控制，天东9等井区飞二段顶部发育石膏以及白云岩（图4）。就天东9井而言，飞二段沉积晚期明显存在高盐度局限环境:① 发育纹层状粉晶—泥晶白云岩，表明水体较为安静，能量低（图8a）; ② 见针状石膏、板状石膏，纹层中发育顺层石膏（图8b、c）; ③ 鲕粒铸模孔及鲕粒间充填石膏（图8d）。该井飞二段沉积晚期3542~3568 m井段从下至上可见膏质白云岩、云质亮晶砂屑灰岩、泥质白云岩以及泥粉晶白云岩的岩性组合，均可作为飞二段沉积晚期高盐度局限环境发育的标志（图4）。由以上结果可以看出，不同相带的白云石化程度不同，飞二段沉积早期台地边缘颗粒滩中云化作用的富镁流体来源为飞仙关期同期海水，七里52井、七里58井飞二段中部交代鲕粒灰泥的白云石87Sr/86Sr值为0.707320~0.707648（表3），处于早三叠世飞仙关期全球海水的锶同位素曲线的演化范围内。障壁产生的原因主要为颗粒滩的垂向加积和进积作用形成的滩后潟湖，该潟湖为灰质潟湖，其位置位于七里16井区，也即是台缘带鲕粒滩的西侧，该较为局限的灰质潟湖为云化作用提供了Mg2+来源（图9a）。岩石学特征表明，七里51井、七里52井飞二段发育残余鲕粒粉晶白云岩、粉晶白云岩等云化的颗粒岩类和晶粒白云岩类（图6a~c、f）。而同期处于开阔台地的凉东3井区飞仙关组云化作用较弱，多发育含云亮晶鲕粒灰岩（图6i）等岩类，说明颗粒滩的建造作用形成较为局限的滩后潟湖环境为云化作用提供了较好的条件。
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图8 川东龙门构造天东9井飞二段顶部局限环境下微观岩性特征
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Fig.8 The microscopic characteristics of the rocks from restricted environment on the top of the Second Member of Feixianguan Formation in well TD9 in Longmen structure, eastern Sichuan basin
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（a）—含灰纹层状泥晶白云岩，红色部分为被茜素红染色的方解石，10×2.5（-），3546.43 m;（b）—泥晶白云岩，偶见少量顺层发育的石膏，10×2.5（+），3548.33 m;（c）—含膏泥晶白云岩，见顺层发育的石膏和针状石膏，10×2.5（+），3560.31 m;（d）—膏质鲕粒白云岩，见鲕粒铸模孔中充填石膏及粒间的针状石膏，10×2.5（+），3556.81 m
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(a) —laminated calcite-bearing mud-crystal dolomite, the red part is calcite stained by alizarin red, 10×2.5 (-) , 3546.43 m; (b) —mud-crystal dolomite, parallelly-deposited gypsum is sporadic, 10×2.5 (+) , 3548.33 m; (c) —gypsodolomite, parallelly-deposited gypsum and needle-shaped gypsum can be found, 10×2.5 (+) , 3560.31 m; (d) —gypseous oolitic dolomite, the oolitic mould pore filled with gypsum and the needle-shaped gypsum is in the intergranular spaces, 10×2.5 (+) , 3556.81 m
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前人的研究表明，白云石化作用过程中渗透回流的接收单元较高的孔隙度、渗透率是发生该类型白云石化作用的重要先决条件（Moore，2001）。七里58井区鲕粒滩的镜下特征显示其铸模孔等孔隙空间发育，受大气淡水淋滤改造强烈（图6d、e），因此为高盐度卤水的渗透回流提供了通道。而同属台缘鲕粒滩的七里24井区单井资料显示其飞二段沉积早期鲕粒灰岩单层厚度不足10 m，且与泥晶灰岩相伴生，不利于云化流体的渗透回流，因此并未发生白云石化作用。
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至飞二段沉积中—晚期，天东110井、天东5-1井、天东9井飞二段上部白云岩与石膏相伴生的特征明显，发育膏质潟湖（图4、图8b~d），其水体中富镁流体的渗透回流为鲕粒滩的白云石化作用提供了较好的条件; 位于天东100井、天东102井飞二段上部则发育纹层状泥晶白云岩等低能环境下的白云岩沉积（图4、图6h），同样可以认为天东100井区的白云石化流体来自于该区域飞二段上部的云质潟湖。以上云化作用形成的含云颗粒灰岩、颗粒白云岩以及晶粒白云岩的锶同位素比值范围在0.707111~0.708305之间（表3），也指示了云化流体来源为飞仙关期海水（图9b）。而前文所提到的含鲕粒泥晶白云岩及泥晶鲕粒白云岩发育于飞二段沉积中期，其鲕粒内的细晶白云石显示出高Fe、Mn而其他元素变化相对较小的特点，本文则认为是处于一种低能沉积环境在大气淡水和海水的混合流体作用下发生白云石化，但综合区内白云岩岩石学及分布特征，此类流体并不是主要的白云石化流体来源。
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上述分析表明，飞二段沉积早期和中—晚期颗粒滩中发育的白云石大多是在同生—准同生期由高盐度卤水渗透回流产生的白云石化，规模云化流体主要为颗粒滩进积和加积作用所形成的局限环境所提供。结合研究区飞二段各类白云石地球化学特征，晶粒白云岩和原始结构保存较好的亮晶鲕粒白云岩其白云石化流体为同生—准同生期海源流体，而更为低能环境下形成的白云石其云化流体则为同期大气淡水与海水的混合流体，但此类流体仍以海源流体为主且并不是区内白云石化流体的主要来源。
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6 白云岩储层孔隙演化
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6.1 储集空间类型及储层物性特征
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根据川东大竹—开江地区飞仙关组二段岩石薄片观察，可见主要储集空间为粒间孔（图6a~c）、铸模孔（图6d）和晶间孔（图6f、g）等孔隙，裂缝不发育。
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图9 川东大竹—开江地区飞二段台缘颗粒滩和半局限—开阔台地颗粒滩白云石化作用模式图
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Fig.9 Dolomitization models of platform margin granular shoal and semi-restricted-open platform in the Second Member of Feixianguan Formation in Dazhu-Kaijiang, eastern Sichuan basin
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（a）—飞二段早期台缘颗粒滩和开阔台地颗粒滩白云石化作用模式;（b）—飞二段沉积中—晚期半局限—开阔台地颗粒滩白云石化作用模式; 1—鲕粒灰岩; 2—鲕粒白云岩; 3—泥晶灰岩; 4—泥质灰岩; 5—泥晶白云岩; 6—膏质白云岩
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(a) —dolomitization models of granular shoal in platform margin and platform during the early stage of the Second Member of Feixianguan Formation; (b) —dolomitization models of granular shoal in semi-restricted-open platform during the middle to late stage of the Second Member of Feixianguan Formation; 1—oolitic limestone; 2—oolitic dolomite; 3—micritic limestone; 4—argillaceous limestone; 5—mud-crystal dolomite; 6—gypseous dolomite
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为研究控制孔隙发育的因素，对本文研究区内天东100井、七里58井及七里52井飞二段的孔隙度（φ）进行了测试。以研究区中部双家坝构造七里58井飞二段172个样品的孔隙度测试结果为例（图5、表4），其取芯段孔隙度范围为0.31%~11.7%，其中φ＜2%的样品占75%，主要岩性为亮晶鲕粒灰岩，孔隙类型为粒间（溶）孔及粒内溶孔; 2%＜φ＜6%的样品占17.4%，分布在3593.91~3597.73 m，主要岩性为亮晶鲕粒白云岩及粉晶白云岩，发育晶间（溶）孔; 6%＜φ＜12%的样品占7.6%，分布在3586.52~3589.63 m，主要岩性为亮晶鲕粒白云岩，粒间（溶）孔，粒内溶孔等孔隙发育且可见沥青充填部分孔隙（图6d、图7g）。
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可以看出，被白云石化作用改造越彻底的层段，孔隙越发育; 另一方面，白云岩发育层段沥青含量约2%~8%，除去被沥青所占据的孔隙空间，也就是油气充注发生前白云岩储层段孔隙度可达到10%~17%（图5），同时其余各井孔隙度测试与测井解释结果皆表明其孔隙发育层段及油气显示层段同白云岩分布层段有较好的一致性（表4、图4），可见云化流体对储层的改造极为明显。即在早期大气淡水淋滤的基础之上，发生渗透回流的高盐度卤水对鲕粒等原始沉积物进行改造，在部分鲕粒粒间孔得到保留的情况下产生大量白云石晶间孔，从而为优质储层的形成打下良好基础。
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6.2 储层孔隙演化
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白云石化作用与孔隙成因之间的关系一直是白云岩储层研究的热点和难点，早期认为白云岩储层中晶间孔主要是由于白云石化过程中的摩尔置换导致岩石体积减小而产生（Murray，1960; Warren，2000; Korte et al.，2003）。经学者们进一步研究，在白云石交代方解石之后，如果仍有云化流体的持续供给，则会发生白云石胶结作用等破坏性成岩作用，从而提出白云石化作用对于储层并不完全是建设性的（Weyl，1960）。例如对南佛罗里达州新生代地层的研究表明，其中白云岩储层与邻层灰岩储层的孔隙度相近甚至更低（Schmoker et al.，1982; Halley et al.，1983）; 博内尔岛上新世—更新世白云岩中也存在类似情况（Lucia，1994）; 因此有学者认为白云石化作用并不是产生储集空间的根本原因，之所以白云岩孔隙更发育，是因为其对灰岩孔隙有着更好的继承作用（Lucia，2004），加之白云岩在深埋藏条件下有更好地抗压实性，孔隙得以较好地保存。
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以双家坝、龙门构造飞二段晶粒白云岩段为例，其原岩为鲕粒灰岩，形成于海底环境中，沉积时方解石矿物形成松散的鲕粒，颗粒间为原生粒间孔，孔隙度约30%~40%（图10a），同时发生泥晶化作用以及第一期胶结作用。随着海平面变化，滩体暴露地表并被大气淡水溶蚀，发生第一期溶蚀作用，形成粒内溶孔，但多被方解石充填; 随着海平面变化且伴随颗粒滩进积、加积作用，使得沉积环境变得局限，发生渗透回流云化，形成粉—细晶白云石并交代鲕粒内部方解石。此时粒内溶孔被方解石和白云石晶粒充填，且大部分粒间孔被纤状方解石胶结物充填（图10b），孔隙度降至15%~20%，孔隙类型主要为晶间孔、粒内溶孔、残余原生粒间孔等。
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在中三叠世—晚三叠世的早成岩阶段，飞仙关组埋深0~2000 m（Zeng Bing，2019），浅埋藏环境中，早期岩石发生第二期栉壳状胶结作用，同时压实压溶作用使得鲕粒发生变形甚至破碎（图10c），虽然白云石化作用加强了岩石的抗压实性，但孔隙度仍进一步下降至约10%，主要孔隙类型为残余粒间孔。
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在侏罗纪—早白垩世中成岩阶段，飞仙关组埋深2000~4000 m，随着埋深增加，温度升高，地层压力增大，烃类开始成熟，主要发生第三期粒状胶结作用，生油前第二期埋藏溶蚀作用。此时岩性已由鲕粒灰岩变为晶粒白云岩，形成大量晶间孔以及白云石晶模孔（图10d），但多被方解石及少量沥青充填（图10e），孔隙度降低至约7%，主要孔隙类型为晶间（溶）孔。
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在中—晚白垩世的深埋藏环境中，飞仙关组埋深4000~6000 m，岩石发生局部的第四期胶结作用和第三期生气期埋藏溶蚀作用，形成了晶间孔以及部分沥青收缩孔，这一过程使孔隙度增至10%~12%。
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在晚白垩世以来的喜马拉雅期构造运动抬升埋藏环境中，由于喜马拉雅运动的影响，飞仙关组地层阶段性抬升，并由此产生一定量的裂缝，但研究区发育裂缝较少，且裂缝多被晚期方解石充填，但可见第四期溶蚀作用的发育而形成晶间溶孔（图10f），使得龙门构造飞二段现今孔隙度最高可达20.81%，双家坝构造飞二段现今孔隙度最高可达11.7%（表4）。为了更好地反映飞仙关组的油气充注时间，对大竹—开江地区飞二段具有代表性的鲕粒白云岩段进行了流体包裹体分析。可识别出三期包裹体，第Ⅰ期包裹体为主要发育在浅埋藏期粒状方解石胶结物中的气液两相盐水包裹体，该期矿物主要发育在沥青之前，均一温度为94~95℃，代表盐水流体的充注（图10g）。第Ⅱ期包裹体发育在鲕粒内的粉晶方解石中，这类方解石发育在沥青之前，经历过重结晶作用，捕获气液两相含烃盐水包裹体，均一温度为130~137℃，代表了原油裂解天然气（图10h）。第Ⅲ期包裹体发育在鲕粒间溶孔中的块状晶方解石中，可见气烃包裹体，与其共生的气液两相盐水包裹体的均一温度为148℃，代表天然气的充注和成藏（图10i）。通过以上分析显示，该地区飞二段可识别出两期油气成藏，第I期为液态烃的充注，粒间晶间溶孔中的沥青即为古油藏中的原油裂解的标志; 第Ⅱ期为天然气成藏，主要被沥青之后的鲕粒间晶间孔中块状晶方解石所记录，且溶蚀作用的发育与油气充注的匹配关系较好。
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图10 川东大竹—开江地区飞仙关组二段细晶白云岩成岩及孔隙演化序列
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Fig.10 Diagenesis and pore evolution of fine-crystal dolostone from the Second Member of Feixianguan Formation in Dazhu-Kaijiang, eastern Sichuan basin
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通过以上分析可以看出，研究区飞二段白云石化是通过形成大量晶间孔及一定程度上增强白云岩抗压实性等形式来改善储层物性的，虽然晶间孔未能完全得以保存且储层仍会因压实压溶作用而减少孔隙，但白云石化仍使得其中大部分孔隙得到保留并为储集层的进一步成岩作用及油气充注提供了良好的基础。因此，白云石化作用对研究区内飞二段储层的发育具有重要意义。
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7 结论
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本文基于川东大竹—开江地区飞仙关组二段岩石薄片观察及连井剖面对比等手段，结合阴极发光、微区原位主微量元素分析、锶同位素及流体包裹体分析等实验结果，对研究区白云石的类型、分布、形成机制及白云岩储层的孔隙演化进行讨论，取得主要认识如下:
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（1）川东大竹—开江地区下三叠统白云岩主要在飞仙关组二段沉积中—晚期发育于龙门-双家坝构造区域，受沉积相控制，其主要以残余鲕粒白云岩及粉—细晶白云岩的组构分布在该区域的滩相储层中; 而飞二段沉积早期仅在双家坝构造区域发育少量白云岩。
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（2）研究区飞二段储层孔隙类型主要为粒间孔、铸模孔和晶间孔等，裂缝不发育。龙门构造储层孔隙度分布在1.3%~20.81%，双家坝构造储层孔隙度分布在1.65%~11.7%，孔隙发育层段及油气显示层段与白云岩的分布一致性较好，主要岩性为细晶白云岩、（残余）鲕粒白云岩等。
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（3）研究区飞二段白云石类型多样，主要包括交代鲕粒内灰泥的细—中晶白云石、完全交代鲕粒的泥—粉晶白云石、铸模孔中充填的细晶白云石以及充填于粒间孔中的中—粗晶白云石等，其白云石化模式多为高盐度卤水渗透回流模式，白云石化流体的主要来源为飞仙关组同时期的高盐度卤水，白云石化的时间为同生—准同生期。但部分在相对低能环境下形成的白云石如含鲕粒泥晶白云岩中白云石的云化流体则是海水和大气淡水的混合流体，但仍以海源流体为主且并非区内白云化流体的主要来源。
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（4）研究区飞二段储层在白云石化作用下产生了大量晶间孔，同时一定程度上增加了储层的抗压实性，使得大部分孔隙得以保留，为储集岩后期的成岩改造及油气充注提供了良好的基础。流体包裹体证据显示，可识别出液态烃及天然气充注且至少发育两期油气成藏，液态烃充注前的酸性流体第II期溶蚀形成的晶间（溶）孔为原油聚集提供了孔隙空间; 天然气充注前第III期溶蚀形成的晶间溶孔及沥青收缩孔等孔隙则为天然气聚集提供了仓储空间，溶蚀作用的发育与油气充注匹配关系较好。
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摘要
近年在四川盆地开江-梁平海槽周缘下三叠统飞仙关组的勘探开发中,已发现普光、七里北、龙门等气田,获探明储量6316×108 m3,展现出较大勘探潜力,其中储集层段主要为鲕滩相白云岩储层。为探讨该区域白云石化作用及其对储层发育的控制,本文以薄片观察及连井剖面对比等手段为基础,结合阴极发光、微区原位主微量元素、锶同位素及流体包裹体分析,对研究区白云石的类型、分布、形成机制及白云岩储层的孔隙演化进行了讨论。川东大竹—开江地区飞仙关组二段岩石类型主要有泥晶灰岩、颗粒灰岩及白云岩;白云岩主要包括残余颗粒白云岩和晶粒白云岩,过渡岩类如云质颗粒灰岩同样较为常见,而颗粒灰岩和白云岩的发育及分布主要受沉积相带控制。在飞一段沉积晚期—飞二段沉积早期,研究区西南部沙坪场构造一带为开阔台地沉积,鲕粒滩呈点状分布且白云石化程度相对较弱;随着飞二段沉积中晚期鲕粒滩向海槽方向的进积作用,形成滩后或滩间的局限环境,双家坝-龙门构造一带鲕粒滩白云石化作用增强,形成了分布范围广、厚度大的白云岩发育区。区内白云石在阴极射线下为暗红光—不发光,为同生—准同生期高盐度卤水渗透回流交代下的产物。云化流体主要为飞仙关组同期海水,部分形成于相对低能环境的白云岩云化流体是海水与大气淡水的混合流体,但仍以海水为主且不是白云石化流体的主要来源。Mg2+主要由飞二段沉积早期鲕粒滩的垂向加积作用形成的滩后灰质潟湖以及飞二段沉积中—晚期鲕粒滩加积及进积作用所形成的膏质潟湖和云质潟湖等局限环境提供。研究区飞仙关组二段储集岩中主要的储集空间为粒间孔、铸模孔及晶间孔等孔隙,裂缝不发育。结合成岩及孔隙演化序列以及流体包裹体的分析认为,孔隙发育与白云岩分布有较好的一致性,白云石一定程度上增加了储集岩的抗压实性,其晶间孔为烃类的充注提供了储集空间,因此白云石化作用为储层的发育提供了良好的基础。该地区飞二段储集岩中识别出液态烃及天然气充注,说明至少存在两期油气成藏,而孔隙发育与油气充注同样具有较好的耦合关系。
Abstract
The Northern Qili and Longmen gas fields, with proven reserves of 6316×108 m3 and great exploration potential, have been discovered the recent exploration of the Lower Triassic Feixianguan Formation around Kaijiang-Liangping trough in Sichuan basin, Puguang. The reservoir interval is mainly composed of dolomites from oolitic shoal. To explore the regional dolomitization and its control over the reservoir development, this paper analyzes the types, distribution, formation mechanism of dolomites and the pore evolution of the dolomite reservoirs in the study area based on thin section observations, well-tie correlation combined with cathodoluminescence, in-situ LA-ICP-MS major and trace elements strontium isotope and fluid inclusion analyses. The rock types of the second member of the Feixianguan Formation in the Dazhu-Kaijiang area of eastern Sichuan basin mainly include micritic limestone, grainstone and dolomite which mainly includes residual granular dolomite and crystalline dolomite, and transitional rocks such as dolomitic granular limestone are also common. The development and distribution of granular limestone and dolomite are mainly controlled by sedimentary facies. In the interval from the late stage of the first member of the Feixianguan deposition to the early stage of the second member, the southwest region of the study area like Shapingchang structure was an open platform facies deposit, and the oolitic shoals are sporadic, the degree of dolomitization is also weak. With the progradation and aggradation of the oolitic shoals in the middle to late stage of the second member of the Feixianguan Formation, a restricted environment is formed between or behind the oolitic shoals. As a result, the degree of dolomitization in the oolitic shoals in the Shuangjiaba-Longmen structure is enhanced, forming a widely distributed and thickly deposited dolomite area. The dolomites in the study area mainly show dull-red or non-luminance cathodoluminescence under cathode rays, and are the products of high salinity brine by infiltration and circumfluence in contemporaneous and penecontemporaneous period. The dolomitization fluid was mainly seawater at the time for the Feixianguan deposition. However, the dolomitization fluid of the dolomite that formed in a restricted environment is a mixture of meteoric freshwater and dominantly seawater. The Mg2+ is mainly provided by lime lagoon formed by the aggradation of the oolitic shoals in the early stage of the second member of the Feixianguan Formation, and by the lime lagoon and dolomitic lagoon formed by the progradation and aggradation of the oolitic shoals in the middle to the late stage of the second member of the Feixianguan Formation. The main reservoir spaces in reservoir rocks of the second member of the Feixianguan Formation in the study area are intergranular pores, mould pores and intergranular pores, and fractures are not developed. A combination of diagenetic sequence, pore evolution and fluid inclusion analysis shows great consistency between pore abundance and dolomite distribution. As compaction resistance increases, intercrystalline pores in dolomite accommodate hydrocarbon charging, providing a good base for reservoir development. Liquid and gaseous hydrocarbon are identified in the reservoir rocks from the second member of the Feixianguan Formation, indicating there are at least two stages of hydrocarbon accumulation, and pore development and hydrocarbon charging also have a good coupling relationship.
