四川盆地东北部地区(以下简称为川东北地区)是该盆地天然气最富集的地区之一(图 1)，也是当前中国海相碳酸盐岩油气藏最重要的勘探领域(马永生等，2005a).已经发现的普光、大湾、元坝、铁山坡、渡口河、罗家寨和龙岗等构造都具备大型和特大型气田规模，产气层主要为下三叠统飞仙关组白云化程度很高的鲕粒和晶粒白云岩(图 2).已有的众多研究成果证明飞仙关组白云岩储层的形成和演化受沉积环境与成岩作用共同控制，已提出众多白云岩储层成因模式，其中应用最为广泛的是混合水白云化模式(穆曙光等，1994；王一刚等，2002；蔡勋育等，2005；陈更生等，2005；马永生等，2005b；苏立萍等，2005；魏国齐等，2005；赵文智等，2006；李吉君等，2008).部分研究者将颗粒结构保存完整的鲕粒白云岩确定为渗透回流或混合水白云化产物，而颗粒结构消失的晶粒白云岩则归为埋藏白云化产物(苏立萍等，2005；黄思静等，2009).作者在论证了飞仙关组白云岩储层为多期次、多阶段埋藏白云化产物的基础上(郑荣才等, 2008a, 2008b, 2009b)，补充了部分Fe、Mn、Sr微量元素, 碳、氧、锶稳定同位素和流体包裹体分析新资料，对飞仙关组白云岩成因和成岩系统划分进行了更深入研究，探讨埋藏白云化过程的水-岩反应序列和研究意义，为进一步探索飞仙关组白云岩储层分布规律和提高储层预测精度奠定基础.

图  1  川东北早三叠世飞仙关期岩相古地理及沉积模式

Fig.  1.  Feixianguan age lithofacies and palaeogeography and the sedimentary model of Northeast Sichuan basin

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图  2  不同成因和成岩阶段的白云化作用产物和白云岩结构演化图谱(所有照片对角线长3.75 mm)

a.纹层状泥-微晶白云岩，MB3井，T₁f¹，普通薄片(+)；b.膏质微晶白云岩，板条状硬石膏微斑晶呈纹层状分布，P3井，T₁f¹，普通薄片(+)；c.残余灰质亮晶鲕粒白云岩，鲕粒优先选择性白云化，由很脏的自形粉-细晶白云石组成，方解石胶结物的栉壳状等厚环边结构保存良好，组成鲕粒的白云石有交代环边胶结物的现象，LJ6井，T₁f²，染色薄片(-)；d.亮晶鲕粒白云岩，鲕粒由很脏的微晶白云石组成，核心大部分重结晶为自形的细晶，等厚环边胶结物白云化为粒状亮晶，鲕粒间保存有较多原生粒间孔，LJ6井，T₁f²，井深3 926.0 m，普通薄片(+)；e.溶孔亮晶鲕粒白云岩，鲕粒由很脏的自形粉晶白云石组成，胶结物为洁净明亮的栉壳状亮晶白云石，鲕粒有强烈的选择性溶蚀作用，溶蚀后失去支撑的环边胶结物被压实变形和破裂成碎屑状，部分溶孔内充填有少量细小溶蚀残渣，LJ6井，T₁f²，染色薄片(-)；f.粉-细晶鲕粒白云岩，鲕粒和等厚环边胶结物都由具雾心亮边结构的粉-细晶白云石组成，鲕内和鲕间的晶间孔和晶间溶孔都较发育，孔隙中充填有少量炭化沥青，PG2井，铸体薄片(-)；g.残余鲕粒粉-细晶白云岩，重结晶后的残余鲕粒和等厚环边胶结结构清晰，部分鲕粒内保存有残余微-粉晶结构和不洁物，不洁净的鲕粒选择性溶解作用强烈，形成众多铸模孔，铸模孔内由原地生长的异形白云石组成示底构造，PG2井，T₁f²，铸体薄片(-)；h.残余鲕粒粉-细晶白云岩，鮞粒的粒间溶孔、粒内溶孔、铸模孔都非常发育，铸模孔内充填少量溶蚀碎屑和晶屑组成的示底构造，LG2井，T₁f²，铸体薄片(-)；i.中-粗晶白云岩，主要由具雾心亮边结构的自形白云石组成，偶具残余鲕粒结构，晶间孔和晶间溶孔非常发育，充填有炭化沥青，PG6井，T₁f²，铸体薄片(-)；j.细-中晶白云岩，晶间孔、晶间溶孔和超大溶孔都非常发育，P02井，T₁f¹，铸体薄片(-)；k.碎裂化白云岩，碎裂化和重结晶的白云石晶体大小不均匀，裂缝和沿裂缝的溶蚀作用非常发育，孔、缝内充填有炭化沥青，PG6井，T₁f²，铸体薄片(-)；l.碎裂化白云岩，沿裂缝发育的超大溶蚀孔洞，溶蚀孔洞内被溶蚀白云石晶屑、异形白云石和自生石英晶体(Q)充填，PG6井，T₁f²，铸体薄片(-)

Fig.  2.  Sketch map of the product and evolvement process of different burial diagenetic dolomitization

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1.   飞仙关组沉积背景

下三叠统飞仙关组在川东北地区连续分布，下伏地层为上二叠统长兴组，上覆地层为下三叠统嘉陵江组，底、顶均呈平行不整合接触关系.岩性主要为深灰色、灰色薄-中层状泥质灰岩、微晶灰岩与鲕粒灰岩、鲕粒白云岩、晶粒白云岩和藻纹层白云岩互层组合，上部夹膏质泥-微晶白云岩和膏盐岩.已有研究成果证明晚三叠世飞仙关期具有深水台盆与浅水台地交替的展布格局(图 1)，其中浅水台地可进一步划分为台地前缘斜坡、台地边缘鲕滩、开阔台地、台内鲕滩、局限台地和蒸发台地等沉积相带(郑荣才等，2009a；荣辉等, 2010).有利储层发育的相带主要为台地边缘鲕滩和开阔台地台内鲕滩，此二相带于川东北地区都具有大面积分布的特点.垂向上在飞仙关组飞二段和飞三段中发育有多套厚度较大的优质鲕粒和晶粒白云岩储层, 以及飞四段以膏质泥-微晶白云岩与膏盐岩互层组合为主的、封闭性极好的区域性致密盖层，具备形成特大型气田的优越储-盖组合条件.

2.   飞仙关组白云岩岩石学特征

2.1   白云岩结构-成因类型

川东北地区飞仙关组白云岩按结构-成因特征，可将岩石类型主要划分为以下2种.

2.1.1   准同生白云岩

准同生白云岩是飞仙关组最常见的成因类型，具有典型泥-微晶结构、藻纹层和藻团粒结构、局部含硬石膏斑晶或具硬石膏连生嵌晶胶结结构等，岩性为泥-微晶白云岩(图 2a)、含硬石膏或与硬石膏互层产出的膏质泥-微晶白云岩(图 2b)、膏质藻团粒微晶白云岩，常见条带状、干裂、硬石膏斑晶、钙结壳等潮间-潮上带暴露标志(郑荣才等，2008a).分布于蒸发作用强烈的萨勃哈环境，其成因没争议，所有研究者都用蒸发泵白云化模式加以解释.

2.1.2   成岩埋藏白云岩

飞仙关组储层主要为原始结构遭到不同程度破坏的埋藏白云岩(郑荣才等，2009a)，按白云岩的结构和白云石矿物学特征，可细分为原始结构保存完好的鲕粒白云岩(图 2c、2d、2e)、原始结构被不同程度破坏的残余鲕粒白云岩(图 2f、2g、2h)、原始结构几近消失的晶粒白云岩(图 2i、2j)、被强烈构造破裂改造的碎裂化白云岩(图 2k、2l) 这4种结构-成因类型(郑荣才等, 2008a, 2009a).

2.2   成岩作用特征

2.2.1   成岩环境、作用类型和阶段划分

川东北地区飞仙关组碳酸盐岩成岩作用类型众多(图 3)，按国家标准(SY/T5478-2003)可划分为准同生阶段海底海水潜流成岩环境和近地表蒸发成岩环境，早至晚成岩阶段浅埋藏至深埋藏成岩环境，以及仍处于深埋藏状态的构造隆升成岩环境.图 3综合了各个成岩环境和成岩阶段常见的成岩作用方式、组合类型和演化序列.从图 3中可以看出，在成岩作用与储层发育的关系中以胶结、压实和压溶作用对储层的破坏性最大，而对储层发育起建设性作用的有埋藏白云化、溶蚀、破裂和TSR等成岩作用.因篇幅有限，以下仅讨论与储层发育关系最为密切和争议最大的成岩期埋藏白云岩.

图  3  川东北地区飞仙关组成岩阶段划分和模式

Fig.  3.  Diagenetic stage dividing and pattern of Feixianguan Formation in Northeast Sichuan basin

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2.2.2   各成岩阶段埋藏白云岩成因特征

按原始结构保存状况、白云石晶体大小和成岩组构演化，可识别出4个成岩期次的埋藏白云岩.

(1) 早成岩阶段埋藏白云岩.以鲕粒和等厚环边胶结结构保存都很好的亮晶鲕粒白云岩(图 2c、2d、2e)为主，鲕粒被很脏的自形粉-细晶白云石交代，环边白云石大部分保存有栉壳结构，局部残余的灰质亮晶鲕粒白云岩中仍保存有等厚环边方解石胶结物(图 2c).此类型以鲕粒优先白云化、被选择性溶解，以及粒间、粒内溶孔非常发育为主要特征，溶孔往往充填有少量溶蚀残渣(图 2e).白云石Mg/Ca的摩尔分数比值和有序度都略微高于准同生白云石，而低于其他样品(表 1)，反映该阶段白云化发生在浅埋藏成岩环境，白云化流体具有类似萨勃哈环境的高盐度卤水性质.

表  1  飞仙关组各成岩阶段白云石X衍射分析数据

Table  Supplementary Table   Comparison of XRD of different diagenetic dolomites in Feixianguan Formation

成因类型	样品数	Mg/Ca		有序度
		变化范围	平均值	变化范围	平均值
准同生白云石	2	0.910~0.949	0.930	0.55~0.59	0.570
早成岩埋藏白云石	2	0.946~0.950	0.949	0.51~0.63	0.580
中成岩埋藏白云石	10	0.883~0.980	0.939	0.66~0.96	0.812
晚成岩埋藏白云石	6	0.934~0.970	0.946	0.67~0.87	0.728
碎裂重结晶白云石	3	0.934~1.000	0.971	0.73~0.97	0.880
注：Mg/Ca为摩尔分数比；样品采自普光和罗家寨气田；样品分析由中石油西南油气田分公司石油地质测试中心承担，检测设备.D/MAX-ⅢC型X射线衍射仪；试验条件.温度15~25 ℃，湿度≤70%RH；检测标准.JCPDS-ICDD.

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(2) 中成岩阶段埋藏白云岩.以发育原始结构被不同程度破坏的残余鲕粒粉-细晶白云岩为主(图 2f、2g、2h)，残余鲕粒由较脏的但具雾心亮边结构的半自形-自形粉-细晶白云石组成，含较多不洁物包裹体，胶结物几乎都重结晶为粒状亮晶而消失等厚环边结构.此类型以白云石晶粒加大、晶形变好和鲕粒结构逐渐消失的组构变化，以及晶间孔和晶间溶孔较发育为重要特征(图 2f).另一显著特征是含有不洁物包裹体的鲕粒往往被选择性溶解而形成众多粒内溶孔和铸模孔，铸模孔中常充填有少量溶蚀碎屑和晶屑组成的示底构造(图 2h)，或由异形白云石原地生长堆积形成可示底的晶簇(图 2g)，孔壁附有少量炭化沥青薄膜，局部充填有富Sr热液方解石(Sr含量可高达0.3%~0.5%)及天青石，显示该成岩阶段经历了强烈热液溶蚀、重结晶和充填改造.白云石Mg/Ca的摩尔分数比值与早成岩阶段白云石相近而有序度远高于后者，反映了流体仍具有高盐度性质，其相对早成岩阶段白云石有更强烈的重结晶加大作用.据充填该期次溶洞的2件次生石英样品的ESR测年结果为103.2~110.1 Ma(郑荣才等，2008a)，相当于早白垩世晚期，按川东北地区飞仙关组至下白垩统累积地层厚度，可确定该期次埋藏白云化和深部溶蚀作用发生在5 000~5 500 m深度范围.

(3) 晚成岩阶段埋藏白云岩.以发育原始结构几乎消失殆尽的细-粗晶白云岩为主，偶见残余鲕粒结构(图 2i)，白云石具有极好的菱面体晶形和雾心亮边结构，溶蚀作用强烈，相关的晶间溶孔、超大溶孔和溶洞更加发育(图 2j)，溶蚀孔、洞内普遍充填有炭渣状沥青和孔壁附有炭化沥青薄膜，局部也充填有少量天青石、富Sr热液方解石和次生石英晶簇.白云石Mg/Ca的摩尔分数比值略高于中成岩埋藏白云石而有序度略偏低(表 1)，反映了该阶段白云石在高盐度的流体中具有更快的结晶生长速度，与该期次白云化发生在埋藏更深，温度、压力更高的成岩环境有关.据充填该期次溶洞的2件次生石英样品ESR测年结果96.5 Ma(郑荣才等，2008a)，相当于晚白垩世早期，按川东北地区飞仙关组至上白垩统累积地层厚度，可确定该期次埋藏白云化和深部溶蚀作用发生在5 500~7 000 m深度范围.

(4) 碎裂化白云岩.川东北地区飞仙关组白云岩储层以普遍发育与构造有关的碎裂化作用为又一显著特点，储层往往被密集发育的构造裂缝切割成碎块状，显微镜下也可见白云石被构造微裂缝切割成大小不均匀的晶屑状(图 2h、2i)，与碎裂化作用相伴的是广泛发育与TSR有关的富H₂S热液的强烈溶蚀(张水昌等，2006)、重结晶和局部硅化等作用，溶缝和溶孔内也普遍充填有炭渣状沥青和次生石英(图 2i)，在罗家寨气田飞仙关组白云岩储层裂缝中偶见由TSR形成的自然硫充填现象(张水昌等，2006).白云石Mg/Ca的摩尔分数比值和有序度为所有样品最高值(表 1)，反映该时期成岩流体最有利于白云石沉淀和重结晶.据充填溶裂缝的2件次生石英样品的ESR测年结果13.8~23.2 Ma(郑荣才等，2008a)，恰与川东北地区喜山早期晚时最为强烈的构造隆升期和断裂活动期相吻合，可确定碎裂化作用发生在相当于喜山早期晚时的区域性构造隆升过程中.

2.3   各类白云岩地球化学特征

利用海相碳酸盐岩微量元素和稳定同位素地球化学方法，研究全球海平面变化、层序地层、古环境，成岩演化历史和流体性质等地质问题，国内已积累了不少成功实例(李儒峰和刘本培, 1996；郑荣才等, 1997, 2008a, 2008b, 2009b；黄思静等, 2007, 2009).为深入了解川东北地区飞仙关组白云岩储层形成演化过程中的流体性质、流体来源及其对储层发育的影响，对各成岩阶段白云岩开展了系统的锶、铁、锰微量元素和碳、氧、锶稳定同位素地球化学特征研究.样品取自新鲜钻井岩芯，经镜下薄片检测和去杂质、去有机质处理，以保证按结构-成因分类的样品可靠性与代表性，样品件数、分布状况和分析结果如表 2所示.

2.3.1   锶、铁、锰微量元素地球化学特征

飞仙关组各成岩阶段白云岩锶、铁、锰含量非常相似，与代表同期海水的泥-微晶灰岩比较，具有很高的铁、较高的锶和很低的锰含量(表 2)，此特征说明成岩过程中文石的新生变形、脱Sr和多期次白云化与溶蚀作用，都发生在具有较强还原性、缺乏大陆淡水影响的封闭性成岩环境中(黄思静等, 2007, 2009).

表  2  飞仙关组各成岩阶段白云岩锶、铁、锰含量和碳、氧、锶同位素组成特征

Table  Supplementary Table   The abundance of Fe, Mn, Sr and the distribution of carbon, oxygen, strontium isotope of different diagenetic dolostones in Feixianguan Formation

成因类型	Sr(%)	Fe(%)	Mn(%)	δ13C(‰，PDB)	δ18O(‰，PDB)	87Sr/86Sr
微晶灰岩	11件样品均值	11件样品均值	11件样品均值	3件样品均值	3件样品均值	11件样品均值
	0.191	0.113	0.005 2	4.929	-5.317	0.707 252
准同生白云岩	2件样品均值	2件样品均值	2件样品均值	3件样品均值	3件样品均值	2件样品均值
	0.026	0.16	0.003 0	2.406	-3.095	0.708 028
早成岩埋藏白云岩	2件样品均值	2件样品均值	2件样品均值	2件样品均值	2件样品均值	2件样品均值
	0.013	0.265	0.005 0	2.136	-3.137	0.707 443
中成岩埋藏白云岩	10件样品均值	10件样品均值	10件样品均值	3件样品均值	3件样品均值	10件样品均值
	0.012	0.143	0.004 0	2.181	-3.450	0.707 514
晚成岩埋藏白云岩	4件样品均值	4件样品均值	4件样品均值	4件样品均值	4件样品均值	4件样品均值
	0.020	0.285	0.004 5	3.227	-3.607	0.707 278
碎裂化白云岩	2件样品均值	2件样品均值	2件样品均值	3件样品均值	3件样品均值	3件样品均值
	0.012	0.276	0.005 8	2.131	-3.702	0.707 263
注：样品采自普光和罗家寨气田；Fe、Mn、Sr由中国地质科学院成都矿产综合利用研究所测试中心分析，测试仪器为2000DV(编号：1-44-40)，检测依据为Y/T05-1996《ICP广谱法》；C、O同位素由中石油西南油气田分公司石油地质测试中心分析，测试仪器为MAT252气体同位素质谱仪，实验条件温度22 ℃，湿度50%，检测依据为SY/T6039-94，分析误差碳同位素为0.002‰~0.014‰，氧同位素为0.004‰~0.02‰；Sr同位素由成都理工大学同位素实验室分析，测试仪器为MAT261同位素质谱仪，样品制备和化学流程按国际规范进行溶样和阳离子交换柱分离纯化，实验温度22 ℃，湿度50%，检测依据为美国国家标准局标准样品NBS987.

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2.3.2   碳、氧同位素地球化学特征

飞仙关组各成岩阶段白云岩碳、氧同位素组成和变化趋势具有较强规律性(表 2)，具体有以下3个特点：(1)与代表同期海水的泥-微晶灰岩比较，δ¹³C偏负而δ¹⁸O偏正；(2)与代表同期蒸发浓缩孔隙卤水的准同生白云岩比较，δ¹³C值非常接近而δ¹⁸O值略偏负；(3)伴随成岩强度加大，各成岩阶段白云岩的δ¹³C和δ¹⁸O出现同步负偏移演化趋势.以上特征证明了埋藏白云化作用发生在继承性发展演化的成岩流体系统中.

2.3.3   锶同位素地球化学特征

飞仙关组各成岩阶段白云岩的Sr同位素组成特征可归结为如下几个方面：

(1) 包括海相微晶灰岩和各类白云岩在内的32件样品的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值变化范围为0.706 428~0.709 300，覆盖了全球早三叠世Sr同位素的分布范围0.707 650~0.707 810(Mcarthur and Thirl-wall，2000)，也覆盖了川东北早三叠世海水Sr同位素分布范围0.707 330~0.707 383(黄思静等，2007).所有样品的平均值为0.707 656，很接近全球早三叠世海水的平均值0.707 743(图 4)，略高于川东北地区早三叠世海水的平均值0.707 350和本次研究分析的飞仙关组海相微晶灰岩的平均值0.707 252，从总体上看，具备全球及川东北地区早三叠世海水Sr同位素组成基本特征.

图  4  飞仙关组白云岩锶同位素变化范围及均值

A.全球早三叠世海相碳酸盐岩；B.川东被地区海相泥-微晶灰岩；C.所有白云岩样品；D.准同生白云岩；E.早成岩阶段埋藏白云岩；F.中成岩阶段埋藏白云岩；G.晚成岩阶段埋藏白云岩；H.碎裂化白云岩(注：A样品据McArthur et al., 2001资料；B~H样品为本项目分析)

Fig.  4.  Histogram for mean ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr average value of all kinds of carbonate rocks in Feixianguan Formation

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(2) 准同生白云岩⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值变化范围最大为0.706 755~0.709 300，明显高于飞仙关组海相微晶灰岩0.706 428~0.707 507的变化范围(图 4)，其平均值(0.708 028)比海相微晶灰岩平均值(0.707 252)高0.000 776，此差值与波斯湾阿布扎比现代萨勃哈准同生白云岩⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值高于同期其他正常海相碳酸盐沉积物0.000 5~0.001 0的分析结果相一致(Müller et al., 1990).

(3) 与海相微晶灰岩和准同生微晶白云岩比较，埋藏白云岩的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值变化范围为0.707 278~0.707 514，平均值为0.707 427，介于前两者之间(表 2和图 4)，此特征表明埋藏白云岩在成因上与海相灰岩和准同生白云岩存在一定的亲缘性.

(4) 各成岩阶段埋藏白云岩⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值的组成特征也略有差别，特点为(图 4)：早成岩阶段白云岩⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值变化范围很小(0.707 052~0.707 834)，平均值(0.707 443)较接近准同生白云岩；中成岩阶段白云岩⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值变化范围很大(0.706 592~0.708 857)，平均值(0.707 514)与早成岩阶段白云岩基本一致；晚成岩阶段白云岩⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值变化范围最小(0.706 755~0.707 562)，平均值较小(0.707 278)，明显低于前几类白云岩，但与微晶灰岩较接近；最晚期的碎裂化白云岩⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值变化范围(0.706 901~0.707 539)和平均值(0.707 263)都与晚成岩阶段白云岩较一致，相对前几类白云岩⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值更加接近海相微晶灰岩.

2.4   流体包裹体特征

充填溶洞和溶裂缝的富Sr热液方解石和天青石中气液两相有机流体包裹体都非常发育，大小为5~12 μm²，大都呈混暗的浑圆状，气/液比介于8%~10%之间，荧光镜下液态烃发黄白色荧光，显示烃类化合物具有较高热演化程度.出现3个均一温度峰值分布区(图 5)，可代表先后3个热演化期：一期相当于中成岩阶段B期至晚成岩阶段A期，均一温度为120~140 ℃，平均值132 ℃；二期相当晚成岩阶段B期早时，均一温度为170~200 ℃，平均值185 ℃；三期相当晚成岩阶段B期晚时的构造隆升初期，均一温度达最高的220 ℃.此特征显示了储层在多期次白云化、重结晶和溶蚀等成岩改造过程中，同时经历了三期热演化和油气充注成藏历史.据曹宏(私人通信，2005)对未分成岩阶段的白云石流体包裹体统测结果，均一温度主要集中在70~155 ℃之间，最高达180 ℃，平均值为128 ℃，盐度(NaCl的含量)为5.0%~11.0%，也具有伴随成岩强度加大，均一温度和盐度逐渐增高的变化趋势，最高均一温度和盐度的测点都出现在最晚期的碎裂化白云岩中，与本文研究结果和所得认识基本一致.

图  5  储层含烃包裹体均一温度与油气充注期次

注：所有样品为作者采集，在中国石油大学石油天然气成藏机理教育部重点实验室测试，仪器为英国Linkam公司产THMSG600型显微冷热台

Fig.  5.  Homogenization temperatures of hydrocarbon-bearing fluid inclusions of dolomite reservoirs

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3.   成岩系统划分和流体性质讨论

沉积盆地中流体来源、性质及其与岩石相互作用的过程和产物，是当前地质学界难度最大的前缘研究热点之一.基于成岩作用与储层之间的时-空耦合与匹配关系(李忠等，2006a)，综合上述各成岩阶段白云岩结构与地球化学特征所反映的成岩环境、成岩方式、成岩序列和成岩流体性质，从盆地大尺度的成岩作用研究角度出发，按“水文体制”与相对应的地质作用过程以及水-岩反应序列与产物，以流体来源和性质作为划分成岩系统的依据(李忠等，2006b)，可将川东北地区飞仙关组各成岩阶段白云化过程划分为4个相对独立的、但又继承性发展演化的成岩系统，即准同生阶段海源孔隙卤水成岩系统、早-中成岩阶段地层压实热卤水成岩系统、晚成岩阶段地层压实热卤水与深部热液混合热卤水成岩系统和构造阶段油田热卤水成岩系统.

3.1   蒸发浓缩海源孔隙卤水成岩系统

飞仙关组准同生成岩阶段白云化作用，发生在近地表成岩环境的蒸发浓缩海源孔隙水成岩系统中，白云化流体具有低温高盐度性质，产物主要为含石膏和石盐的泥-微晶白云岩和相间互层组合的膏盐岩，与阿布扎比现代萨勃哈极端干旱炎热气候条件和准同生白云化环境非常相似.此系统虽然缺乏大气水和混合水参与白云化的证据，但并不排除此二类流体参与早期胶结和溶蚀等作用.

3.2   地层压实热卤水成岩系统

飞仙关组早-中成岩阶段的白云化发生在浅-中等深度埋藏环境的压实热卤水成岩系统中，产物主要为原始粒屑结构保存良好和溶蚀作用较为强烈的鲕粒白云岩和残余鲕粒白云岩，白云化流体来源于地层中比正常海水更富Sr和具有更高盐度的海源孔隙卤水，并具有热液性质，有如下几点证据：(1)锶、铁、锰微量元素和碳、氧、锶同位素的地球化学特征类同准同生白云岩(表 2)，相互间具有很强亲缘性；(2)由早至中成岩阶段白云岩结构的渐变性(图 2c~2h)，对应于锶、铁、锰微量元素与碳、氧、锶同位素地球化学特征的相似性，说明从成岩早期至中期的浅埋藏到中深埋藏成岩环境的白云化过程始终处在相对封闭的、但继承性发展演化的流体系统中；(3)鲕粒白云岩具有围绕蒸发台地膏盐坪分布的特点(图 6)，从产状上可判断鲕滩是最早接受蒸发台地相地层压实热卤水的聚集场所和疏导体，因此极有利于埋藏白云化.川东北地区飞四段以石膏为主的巨厚蒸发岩系，无疑可提供足够的地层压实卤水，造成围绕蒸发台地分布的鲕滩强烈埋藏白云化，形成广泛发育的鲕粒白云岩储层；(4)包括中-晚成岩阶段在内的热液矿物流体包裹体测试结果，具有成岩强度加大，均一化温度和盐度逐渐增高的变化趋势，证实埋藏白云化流体具备热卤水性质.

图  6  川东北飞二段鲕粒白云岩与膏盐岩厚度关系

1.钻井；2.地表剖面；3.地名；4.鲕粒和颗粒白云岩等厚线；5.膏盐层等厚线；6.鲕粒和颗粒白云岩分布区；7.膏盐层分布区

Fig.  6.  Relationship between oolitic dolostone isopach map and salty rock isopach map of member 2 of Feixianguan Formation in easten of Northeast Sichuan basin

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3.3   混合热卤水成岩系统

飞仙关组晚成岩阶段白云化发生在深埋藏环境的压实热卤水与深部热液混合而成的热卤水成岩系统中，产物主要为原始粒屑结构基本消失的晶粒白云岩，白云化流体为源于飞仙关组本身压实源的高盐度海源孔隙水与来自深部有机热液的混合流体，流体性质与储层发育关系有如下几个特点：

(1) 在中-粗晶白云岩中仍可见到清晰的残余鲕粒结构(图 2i)，说明中-粗晶白云岩是在早-中成岩阶段具残余鲕粒结构白云岩基础上进一步强烈重结晶而成.

(2) 锶、铁、锰微量元素和碳、氧同位素地球化学特征与准同生白云岩和早-中成岩阶段埋藏白云岩相似，锶同位素明显低于前几类白云岩而略微高于海相微晶灰岩，此特征反映白云化流体除了来源于地层中高盐度海源孔隙水之外，还应存在属于深部温压水系统的，沿控相基底断裂和不整合面等疏导体系运移的其他热液来源(图 7)，流体中较低的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值可能是深部热液运移过程中对正常海相微晶灰岩(或其他具有低⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值的基岩)进行溶蚀时获得相对较低的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr组分，再与具有较高⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值的海源孔隙水演化而来的热液发生混合，致使流体中⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值总体下降有关，因此，在此混合热液条件下重结晶和沉淀的白云岩具有略高于正常海相微晶灰岩但又略低于早-中成岩阶段埋藏白云岩的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值.

图  7  飞仙关组成岩埋藏白云岩化成因模式(据马永生，2007)

1.蒸发岩系致密盖层；2.碳酸盐盖层；3.鲕粒白云岩储层；4.礁白云岩储层；5.含煤碳酸盐烃源岩系；6.含煤碎屑岩系；7.红层碎屑岩系；8.逆断层；9.不整合面；10.深部热液运移路径；11.压榨卤水运移路径

Fig.  7.  Genesis model of burial dolomitization in Feixianguan, Northeast Sichuan basin

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(3) 与该阶段白云化和溶蚀作用相伴生，在溶蚀孔、洞中开始普遍出现次生石英的沉淀，同样也证实了存在较成岩环境温度更高的富硅热液，此特征也是确定存在深部热液来源的重要依据之一.

(4) 充填该阶段溶蚀孔、洞的富Sr热液方解石普遍含气液两相有机包裹体，均一温度为120~140 ℃，平均值为132 ℃，液态烃具有反映较高热演化程度的黄白色荧光，反映深部来源的热液同时具备载烃有机热液性质.

(5) 溶蚀孔、洞、缝普遍充填有渣状炭化沥青, 表明这些空间曾经被液态烃充注，也可作为深部载烃热液和油气沿基底断裂和不整合面等疏导体系运移、聚集和先后参与该阶段成岩作用的重要证据.

3.4   油田热卤水成岩系统

川东北地区飞仙关组漫长的晚成岩阶段成岩作用从早侏罗世一直可延续至晚白垩世的深埋藏阶段，有机质热演化由成熟、高成熟到过成熟，对应的R_o值从1.16%递增为2.130%；期间发生过多次深部载烃热液溶蚀、油气充注和均一化过程，实际上此过程也是油驱水的液态烃聚集成藏过程，封存在油藏中的混合热卤水逐渐演化为正常的油田热卤水，相关的成岩系统也由混合热卤水成岩系统进入油田热卤水成岩系统.至晚成岩阶段晚时伴随构造隆升与碎裂化作用，“油藏”发生二次裂解向“气藏”转化，优质白云岩储层的演化也由“成油窗阶段”进入“成气窗阶段”(赵文智等，2006)，溶蚀孔、洞、缝中普遍充填的渣状炭化沥青可视为该阶段“油藏”二次裂解向“气藏”转化过程的标志性产物，与此相对应的流体性质及其对储层的改造作用有如下几个方面：

(1) 由于油田热卤水是封存在油藏中的混合热卤水在相对封闭的环境中原地均一化和继续热演化作用的结果，因此，成岩流体的地球化学性质在很大的程度上继承了混合热卤水的基本特征，如晚成岩阶段成岩白云岩与构造隆升阶段的碎裂化白云岩具有相似的锶、铁、锰微量元素和锶稳定同位素特征(表 2)，而矿物结构和热演化程度更高，以白云石具有更高的Mg/Ca的摩尔分数比值和有序度(表 1)，以及更高的均一温度(图 5)和盐度为显著特征，其δ¹³C和δ¹⁸O的负偏移趋势也更明显.

(2) 该系统成岩方式除表现为沿断裂活动带发育的强烈构造碎裂化、重结晶、硫酸盐热化学反应(TSR)和溶蚀作用之外，硅化和次生石英充填溶蚀孔、洞、缝的现象也很常见，偶见金属硫化物矿物，反映有来自深部基底的富硅热液混入，成岩流体兼具以油田卤水为主的混合热液性质.

(3) 在此成岩系统中，由于油气田范围内储层中大部分孔隙受油气充注影响，在油气藏进入强烈构造隆升碎裂化阶段之前，被封存在油气藏中的油田水可动量很少，孔隙中油膜(或沥青膜)的存在致使水-岩反应趋于停止而有效地阻止了各种成岩作用发生(赵文智等，2006)，因此，该时期的白云岩在基本保持晚成岩阶段各项储层参数的基础上，孔、渗、饱等物性参数进一步得到了改善.

(4) 飞仙关组达到最大深埋(5 500~7 000 m)和最高地层温度(130~190 ℃)的改造之后，进入晚燕山－早喜山构造运动期；川东北地区受大巴山向盆地方向冲断和褶皱构造活动影响，从晚白垩世开始至始新世，整体进入区域性大幅度构造隆升变形阶段；由褶皱和断裂作用造成储层白云岩普遍发生碎裂化，并促使富含SO₂^4-的油田水和天然气不断沿继承性活动的控相基底断裂和不整合面组成的疏导体系及其两侧碎裂化白云岩中的溶蚀孔、洞、缝扩散(图 7)，烃类与流体中SO₂^4-发生TSR反应，一方面消耗气藏中烃类和流体中SO₂^4-，致使富SO₂^4-的油田水转化为CaCl₂型封闭水，另一方面产生大量酸性气体H₂S、CO₂和自然硫，同时于溶蚀孔、洞、缝中沉淀少量次生石英、自然硫和造成局部基质岩的硅化.

(5) 由TSR产生的酸性气体在高温条件下并不能对固相碳酸盐生产溶蚀作用，而只有在构造隆升阶段的减压降温过程中，其溶于沿泄压带运移的油田卤水形成强酸性热液后才可对储层中的碳酸盐矿物，特别是白云石进行强烈溶蚀，使原有孔隙被不断溶蚀扩大而产生更多更大的新生溶蚀孔、洞、缝，在此基础上形成飞仙关组优质鲕滩白云岩储层和富含H₂S气体的高效气藏(赵文智等，2006).

4.   结语

(1) 按结构-成因特征，可将川东北地区飞仙关组白云岩划分为准同生白云岩和成岩埋藏白云岩2种成因类型，其中成岩埋藏白云岩可进一步划分为原始结构保存完好的鲕粒白云岩、原始结构被不同程度破坏的残余鲕粒白云岩、原始结构几近消失的晶粒白云岩和碎裂化白云岩4种结构渐变、连续演化的基本类型.

(2) 从盆地大尺度成岩作用角度出发，按“水文体制”可将川东北地区飞仙关组白云化过程划分为准同生阶段孔隙卤水成岩系统、早-中成岩阶段地层压实热卤水成岩系统、晚成岩阶段混合热卤水成岩系统和构造隆升阶段油田热卤水(或混合热液)成岩系统.各成岩系统流体来源、性质和演化既有亲缘性也有差异性，水-岩相互作用过程的成岩作用方式、产物和组合特征有较大差别.

(3) 从盆地尺度出发，继承性活动的控相基底断裂与不整合面组成的疏导体系是控制各个成岩系统与储层在时间-空间上耦合与匹配关系的主导因素，与储层发育密切相关的各成岩系统成岩方式可归结为如下3点：(1)早-中成岩阶段地层压实热卤水成岩系统主要为连续埋藏白云化、重结晶和溶蚀作用，奠定了储层发育基础；(2)晚成岩阶段混合热卤水成岩系统主要为进一步重结晶和溶蚀作用，扩大了储层分布范围和提高了储层质量；(3)构造隆升期油田热卤水成岩系统主要为TSR和减压降温过程中的倒退式溶蚀作用，是形成川东北地区飞仙关组优质鲕滩相白云岩储层和高效气藏的关键.