3.1.1 硅质热液活动特征

野外踏勘发现, 研究区东南部茅口组硅质热液活动比西北部活跃。以丰都地区乌羊坝剖面为例, 整个茅口组的硅质热液活动都非常活跃, 自下向上具有明显规律: (1)茅口组下部见数层单层厚3~10 cm的薄层硅质岩, 夹于中— 厚层泥晶灰岩、生物碎屑灰岩、白云质灰岩之间; (2)向上迅速转变为大量断续的、顺层或穿层状硅质结核分布较多的密集层(图 2), 结核呈椭圆状、拉长“ 蝌蚪状” 、不规则空心环状等, 其中空心环状的环内岩性与围岩一致(图 3-A, 3-B), 围岩发生一定程度的白云化作用; (3)之上的热液产物转化为黑色硅质团块与白色不规则状碳酸盐矿物团块共存, 呈“ 雪片状” 或“ 星点状” 零散分布于围岩之中, 同时围岩白云化作用明显增强, 层面见“ 刀砍纹” (图 3-C, 3-D); (4)再向上, 硅质团块逐渐消失, 只剩下不规则的碳酸盐矿物团块, 主要成分为粗晶方解石和白云石, 厚约30 m; (5)到了茅口组上部, 又恢复为正常的中— 厚层灰岩, 现代岩溶作用发育, 常见顺层溶洞; (6)在近茅口组顶部, 硅质热液矿物重现, 但规模小得多, 表现为先是数层黑色薄层硅质岩, 随后变为“ 星点状” 穿层发育的硅质团块, 与茅口组下部硅质热液活动特点类似。

图 3

Fig.3

Figure Option ViewDownloadNew Window

图 3 四川盆地东部中二叠统茅口组热液矿物组合特征 A— 乌羊坝剖面, 茅口组下部中、厚层灰岩夹薄层硅质岩和硅质条带; B— 乌羊坝剖面, 茅口组下部薄层硅质岩上方密集分布的顺层、穿层状(红色箭头所指)硅质结核(Si), 部分结核为空心状; C— 乌羊坝剖面, 茅口组中部黑色硅质结核和白色不规则碳酸盐矿物团块, 它们呈“ 雪片状” 分布于围岩中; D— 乌羊坝剖面, 白色碳酸盐团块(Cal)和硅质结核(Si), 碳酸盐团块由粗晶方解石和白云石组成, 围岩发生白云化作用, 可见“ 刀砍纹” 发育; E— 回龙场剖面, 茅口组三段白色碳酸盐团块和黑色燧石结核(Si), 围岩也发生了白云化作用, 为细晶白云岩; F— 回龙场剖面, 茅三段白色碳酸盐团块和黑色硅质结核(Si), 硅质团块被浅色碳酸盐脉体切割呈角砾状, 细脉向上与白色碳酸盐团块沟通; G— FL8井, 茅三段灰岩中的薄层硅质岩(Si), 单层厚2~3 cm, 在5486~5510.75 m, 围岩为深灰色细晶白云岩, 见大量白色、浅黄色粗晶方解石和白云石充填或半充填在交织状构造裂缝中, 残留的裂缝孔隙是良好的天然气赋存空间Fig.3 Features of hydrothermal mineral assemblages of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin

这种硅质→ 硅质+碳酸盐→ 碳酸盐→ 硅质的热液活动规律在回龙场剖面也有充分体现。该剖面茅一段见薄层硅质岩和硅质结核, 然后转为硅质团块与大量“ 雪片状” 碳酸盐矿物团块共存(图 3-E, 3-F)、围岩强烈白云化作用, 再向上硅质团块、碳酸盐团块依次消失, 直到茅三段顶部重又出现零星黑色硅质结核(图 2)。在研究区西北部的广安地区二崖剖面和黄孔槽剖面, 硅质热液活动则比较微弱, 多分布于茅一段(图 2)。

FL8井岩心观察亦发现, 茅口组硅质热液活动主要表现为黑色硅质条带、硅质团块夹于碳酸盐岩之中(图 3-G), 硅质条带单层厚2~3 cm。除此之外, 个别层段还出现微晶石英与方解石或白云石各占一定比例的混合沉积, 这导致岩石非常坚硬致密。

3.1.2 以碳酸盐矿物为主的热液活动特征

以碳酸盐矿物为主的热液活动在全区都非常活跃, 表现为白色、浅黄色碳酸盐团块以及网状、交织状碳酸盐脉, 由粗晶方解石和白云石构成。此类热液活动通常也伴随着围岩强烈的白云化作用。

在研究区东南部乌羊坝剖面和回龙场剖面茅三段中, 见大量“ 雪片状” 不规则碳酸盐团块分布于围岩中, 野外特征非常明显, 即它们先与黑色硅质团块伴生, 后过渡为单独的碳酸盐团块, 且不同成分的热液团块之间有细脉沟通(图 3-C, 3-F)。受热液活动影响, 围岩发生了白云化作用, 形成厚约40 m的细晶白云岩。

在研究区西北部二崖剖面、黄孔槽剖面和中部的FL8井区, 热液活动主要表现为茅三段内部发育凌乱的、交织状的碳酸盐脉(图 3-G; 图 4-A, 4-G), 大量不规则张性构造裂缝被粗晶白云石和方解石充填或半充填, 偶尔伴生有黄铁矿和闪锌矿等。由于张性裂缝过于发育, 围岩被切割呈角砾状构造(图 4-D至4-G), 这是热液活动的典型标志。同时, 强烈的白云化作用使围岩形成了厚度超过20 m的中晶、细晶白云岩, 这些白云岩岩性疏松, 白云石晶间孔发育(图 4-D, 4-E, 4-F), 显著改善了围岩的储集性能。

图 4

Fig.4

Figure Option ViewDownloadNew Window

图 4 四川盆地东部中二叠统茅口组碳酸盐脉和玄武岩脉特征 A— 华蓥山二崖剖面, 茅口组, 灰色碳酸盐岩中见白色热液碳酸盐团块和穿层的碳酸盐脉; B— 华蓥山黄孔槽剖面, 茅口组, 灰岩内可见网状、 交织状白色碳酸盐(方解石、 白云石均有)脉体; C— 华蓥山二崖剖面, 茅一段, 灰岩中的碳酸盐脉体; D-F— 华蓥山二崖剖面, 茅三段, 交织状张性构造裂缝发育, 充填或半充填热液碳酸盐矿物, 脉体将围岩切割呈角砾状, 围岩为细晶白云岩, 晶间孔发育, 与半充填的张开裂缝一起形成了有效的天然气储集空间; G— 华蓥山黄孔槽剖面, 茅三段, 白云质灰岩内网状碳酸盐脉; H— 华蓥山黄孔槽剖面, 侵入到茅口组顶部和龙潭组下部的深灰绿色玄武岩, 与围岩呈明显的侵入接触关系, 左上角灰黄色为茅口组风化壳; I— 黄孔槽剖面, 玄武岩气孔发育Fig.4 Features of carbonate veins and basalt vein of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin

此外, 在华蓥山黄孔槽剖面还见到茅口组顶部、龙潭组下部杂色泥岩中侵入1套厚约50 m的玄武岩体(图 4-H)。该岩体呈深灰绿色、具粗玄结构、底部致密块状、顶部发育气孔和杏仁构造(图 4-I), 说明龙潭早期研究区发生过火山活动。

3.2.1 与热液成因有关的结构构造

热液流体沿着断裂系统或不整合面向上运移, 遇到上覆隔挡层会沿着构造薄弱的地方流动, 并在此过程中形成一些与热液成因有关的岩石组构, 这些特殊的结构构造可以指示热液活动的痕迹。

1)不规则网状张性破裂缝。研究区茅三段热液活动层段的裂缝系统异常发育, 见大量杂乱、交织、不规则状张性构造破裂缝, 网状裂缝通常被粗晶方解石、白云石充填或半充填, 形成构造热液脉体(图 4-A, 4-B, 4-G)。同时, 构造热液脉的发育与围岩的白云化作用密切相关, 白云化作用改造后的围岩以细晶、中晶白云岩为主, 白云石的雾心亮边和晶间孔较为发育, 与半充填的张裂缝一起有效改善了储集层物性, 形成研究区最具潜力的天然气储集层(图 4-D)。

2)角砾状构造。角砾状构造在热液白云岩储集层中非常普遍(Davies and Smith Jr, 2006), 常与断裂和裂缝系统伴生。在构造破裂的基础上, 深部流体上涌产生的水力压裂作用可进一步扩大裂缝的规模(李先福等, 2001; Katz et al., 2006; 潘文庆等, 2013)。研究区茅口组张性构造裂缝大量发育, 将围岩切割成大小不一的角砾状, 砾石成分为细晶、中晶白云岩, 角砾间充填热液白云石和方解石(图 4-D, 4-E, 4-F)。

3.2.2 热液矿物组合特征

Stoffregen(1987)和Inoue(1995)曾提出, 由于矿物成因具有多解性, 以某种矿物来反映该地区的热液流体活动是不够准确的, 但矿物组合可以相对客观地反映热液活动特征。通过野外和室内镜下观察, 认为研究区茅口组热液活动相关矿物主要包括微晶石英、方解石、白云石、黄铁矿、闪锌矿和白铁矿等, 它们共形成4种矿物组合。

1)微晶石英+碳酸盐矿物组合。这是研究区常见的矿物组合之一, 为硅质岩的主要矿物成分, 由微晶石英和少量白云石或方解石组成(图 5-A, 5-B)。微晶石英和碳酸盐矿物含量的比例时有变化, 若微晶石英含量超过50%, 常构成含灰硅质岩或含云硅质岩; 当碳酸盐矿物含量超过50%时, 则形成硅质白云岩或硅质灰岩。若含白云石, 则白云石多以细晶为主, 呈自形的菱形晶散落于微晶石英中, 化石非常稀少(图 5-A)。镜下观察还发现一些硅质结核中除微晶石英外, 还有硅化或部分硅化的化石碎片, 包括底栖有孔虫、双壳类、腕足类、介形类等, 其与围岩(生物碎屑灰岩)的化石类型一致, 且化石壳体和内部常有残余方解石(图 5-B), 表明硅质结核可能形成于沉积期后或成岩期。

图 5

Fig.5

Figure Option ViewDownloadNew Window

图 5 四川盆地东部中二叠统茅口组热液矿物组合 A— 乌羊坝剖面, 茅口组, 含云硅质岩, 与“ 雪片状” 碳酸盐团块共生, 由微晶石英(Si)和白云石(Dol)组成, 白云石呈自形晶, 单偏光; B— 丰都回龙场剖面, 茅口组, 含灰硅质结核, 由微晶石英和方解石组成, 含大量部分硅化的生物化石, 包括底栖有孔虫、 介形虫、 双壳类等, 单偏光; C— FL8井, 茅三段, 5490.03 m, 黄铁矿+白云石组合, 细晶白云石(Dol)粒间充填黑色黄铁矿(Pyr), 单偏光; D— FL8井, 茅三段, 5490.03 m, 与照片C同视域, 反射光照片, 黄铁矿呈亮黄色; E— FL8井, 茅三段, 5490.03 m, 粗晶白云石(Dol)+粗晶方解石(Cal)+黄铁矿 (Pyr)+闪锌矿(Sph)组合充填在裂缝中, 蓝色为残余裂缝孔隙, 单偏光; F— FL8井, 茅三段, 5490.03 m, 与照片E同视域, 反射光照片Fig.5 Hydrothermal mineral assemblages of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin

2)硫化物组合。此类组合仅见于钻井样品, 包括黄铁矿、白铁矿、闪锌矿等, 以黄铁矿最为常见, 作为胶结物充填于细晶白云石粒间(图 5-C, 5-D)。此类白云石的自形程度常好于其他层段, 以自形— 半自形为主, 表明以硫化物为主的低温热液活动有助于调整围岩中白云石的晶形。

3)碳酸盐矿物+硫化物组合。此类组合也仅见于钻井样品, 主要分布于张性构造裂缝的脉体中, 包括白云石、方解石、黄铁矿和闪锌矿。碳酸盐矿物晶体粗大, 可达厘米级, 其中白云石分布在裂缝壁两侧, 发育弯曲晶面和解理、雾心亮边、鞍状双晶等, 而方解石常充填在裂缝中间, 无色透明, 菱形解理和聚片双晶发育。碳酸盐矿物的产状表明, 裂缝中方解石的形成晚于白云石。硫化物含量很低, 闪锌矿与黄铁矿具有密切的共生关系(图 5-E, 5-F), 很少单独产出, 其中闪锌矿镜下为褐绿色, 发育1组或2组解理, 常见于低温热液成因矿床。

4)碳酸盐矿物组合。这是研究区茅口组最普遍、含量最高的热液矿物组合, 构成“ 雪片状” 碳酸盐团块和张性裂缝充填物, 矿物成分主要为粗晶、巨晶方解石和白云石。镜下特征与第3类热液矿物组合中的碳酸盐矿物一致, 白云石呈粗晶、鞍状双晶发育, 分布在裂缝壁两侧或孔洞壁, 是从富镁热液流体中结晶的产物, 具有典型构造热液白云石的特征(图 6-A至6-E)。

图 6

Fig.6

Figure Option ViewDownloadNew Window

图 6 四川盆地东部中二叠统茅口组热液碳酸盐矿物组合显微特征 A— 二崖剖面, 茅三段, 热液碳酸盐脉, 由粗晶白云石(Dol)和方解石(Cal)组成, 方解石呈浅红色, 白云石不染色, 铸体染色薄片; B— 二崖剖面, 茅三段, 粗晶热液白云石脉, 发育鞍状双晶(SD), 蓝色部分为孔隙, 铸体薄片; C— FL8井, 茅三段, 5492.3 m, 热液白云石和方解石脉, 白云石呈黄褐色, 具鞍状双晶和弯曲晶面, 方解石透明洁净; D— FL8井, 与照片C同视域, 热液白云石发暗褐色至暗橙色光, 方解石呈暗褐色, 阴极发光; E— 回龙场剖面, 茅三段, “ 雪片状” 碳酸盐团块, 白云石发育鞍状双晶(SD), 红色为方解石(Cal), 铸体染色薄片; F— 二崖剖面, 茅三段, 网状张裂缝发育, 部分充填方解石(红色), 残留缝(蓝色)改善了围岩的储集性能, 铸体染色薄片。除D为阴极发光外, 其他照片均为单偏光Fig.6 Microscopic characteristics of hydrothermal carbonate mineral assemblages of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin

方解石分布在裂缝或孔洞中间(图 6-A, 6-C, 6-D), 形成时间晚于白云石, 反映其沉淀时流体中Mg²⁺已经基本耗尽。阴极发光照片中, 白云石呈暗褐色光到橙红色光, 隐约可见环带, 方解石则为暗褐色光甚至不发光(图 6-D)。有些裂缝仅部分充填矿物, 残余的缝、洞内见有机质或沥青(图 6-B, 6-F), 裂缝、孔、洞之间互相沟通, 使围岩的储集性能得到很大改善。

4.1.1 硅质岩主量元素特征

电子探针分析表明, 研究区茅口组硅质团块除含SiO₂外, 还相对富Sr、Al, 贫Ti、K、P、Cr、Ni, 且Mn、Fe、Ca、Mg含量变化幅度大(表 1)。其中, SiO₂含量为95.724%~99.979%, 平均98.60%; Al₂O₃的含量介于0.010%~0.416%之间, 平均为0.17%; SrO的含量介于0.205%~0.339%之间, 平均0.28%。硅质岩Al-Fe-Mn三端元图(图 7-A)中, 硅质岩数据非常分散, 仅少数位于热水沉积区, 很多位于非热水区及空白区域。SiO₂与Al₂O₃、CaO及FeO等的相关性较差(图 7-B, 7-C, 7-D), 仅钻井样品和回龙场剖面样品的数据点相对集中, 二崖剖面的数据非常零散, 暗示硅质热液的来源复杂。

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 四川盆地东部中二叠统茅口组硅质团块的电子探针主量元素分析(wt%) Table 1 Main elements of EPMA of cherts of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin(wt%) 样品来源 样品编号 SiO2 CaO TiO2 MgO Al2O3 MnO FeO SrO K2O Na2O Cr2O3 总量 钻 井 EY1-05-003 98.968 0.097 0.043 — 0.026 0.004 0.107 0.205 0.011 — 0.031 99.492 EY1-05-005 99.422 0.038 — 0.004 0.162 0.023 0.050 0.287 0.027 — — 100.013 EY1-05-008 99.281 0.018 — — 0.010 — 0.021 0.256 0.009 0.008 0.038 99.641 EY1-05-009 98.820 0.006 — 0.011 0.210 0.021 0.002 0.332 0.001 0.044 — 99.447 FL8-11-001 99.979 0.033 — 0.011 0.091 — — 0.258 0.011 0.014 — 100.397 二崖剖面 ERY1-10-002 98.755 0.014 0.026 0.003 0.104 0.040 — 0.284 — 0.028 — 99.254 ERY1-10-003 96.718 0.022 — — 0.021 0.031 — 0.270 — 0.056 0.008 97.126 ERY1-10-004 97.906 0.020 0.006 0.018 0.063 0.040 0.019 0.293 — — 0.036 98.401 ERY1-10-005 98.096 — — — 0.032 — 0.004 0.321 — 0.022 — 98.475 ERY1-10-006 99.331 — 0.004 — 0.067 0.025 0.013 0.267 0.008 0.034 — 99.749 ERY1-10-007 99.253 — 0.030 0.004 0.102 — — 0.251 — — — 99.640 ERY1-10-008 99.212 — — — 0.025 0.010 0.015 0.296 0.017 — 0.042 99.617 ERY1-10-009 96.727 — — 0.020 0.427 0.027 — 0.300 0.076 — 0.019 97.596 ERY2-29-032 99.550 0.682 — 0.027 0.198 0.048 0.079 0.339 — 0.108 — 101.031 ERY2-29-034 95.724 0.515 — 0.330 1.650 — 0.400 0.276 — 0.097 — 98.992 回龙场剖面 HLCH-71-001 98.364 — 0.018 0.011 0.014 — 0.002 0.240 — 0.039 0.010 98.698 HLCH-71-002 99.161 0.034 — — 0.017 — 0.050 0.246 — 0.011 — 99.519 HLCH-71-003 99.491 — — — 0.031 0.031 — 0.268 — — — 99.821 HLCH-71-004 98.209 — — 0.016 — 0.033 0.017 0.287 — 0.073 0.010 98.645 HLCH-71-005 99.075 0.020 — — — 0.031 — 0.308 0.067 0.034 — 99.535 HLCH-71-006 98.455 0.042 — — 0.012 — 0.002 0.266 0.034 0.017 — 98.828 注: FeO代表全铁含量, 下同。

表 1 四川盆地东部中二叠统茅口组硅质团块的电子探针主量元素分析(wt%) Table 1 Main elements of EPMA of cherts of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin(wt%)

4.1.2 硫化物主量元素特征

电子探针分析表明, 黄铁矿中硫含量介于51.215%~55.502%之间, 平均值为53.89%, 略高于黄铁矿中硫的标准计量(53.45%); Fe含量介于46.058%~46.879%之间, 平均46.39%, 略低于黄铁矿中Fe的标准质量分数(46.55%)。此外, 黄铁矿还含有少量Se、Zn、Au等, Pb、As、Ni的含量很低且分布不均匀(表 2)。

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 四川盆地东部中二叠统茅口组FL8井硫化物电子探针主量元素分析(wt%) Table 2 Major element concentrations of sulfides of the middle Permian Maokou Formation from Well FL8 of eastern Sichuan Basin(wt%) 样品编号 矿物 S Fe Zn Au Pb Se As Cu Ni 总量 Zn/Fe FL8-11-001 黄铁矿 54.003 46.585 0.014 0.058 — 0.008 0.020 0.003 0.008 100.699 — FL8-11-003 黄铁矿 51.215 46.149 0.122 0.029 0.031 0.032 — 0.027 — 97.605 — FL8-11-004 黄铁矿 55.502 46.879 — — — 0.026 — — — 102.407 — FL8-18-001 黄铁矿 53.347 46.302 0.001 — — 0.148 — 0.015 — 99.813 — FL8-18-002 黄铁矿 55.369 46.058 — 0.115 — 0.215 — — — 101.757 — FL8-25-001 闪锌矿 33.787 6.781 60.292 0.065 — — — 0.007 0.049 100.981 9 FL8-25-002 闪锌矿 33.320 6.035 59.657 0.194 — — 0.011 0.028 0.026 99.271 10 FL8-25-003 闪锌矿 33.851 8.547 58.107 — — — — 0.036 0.004 100.545 7 FL8-25-004 闪锌矿 32.600 4.239 61.957 0.033 — — — — — 98.829 15 FL8-25-005 闪锌矿 33.387 5.771 61.197 0.080 — — — — — 100.435 11

表 2 四川盆地东部中二叠统茅口组FL8井硫化物电子探针主量元素分析(wt%) Table 2 Major element concentrations of sulfides of the middle Permian Maokou Formation from Well FL8 of eastern Sichuan Basin(wt%)

闪锌矿中硫含量介于32.600%~33.851%之间, 平均33.34%, 也略高于闪锌矿中硫的标准计量(32.89%); Zn含量介于58.107%~61.957%之间, 平均60.24%。闪锌矿还表现出富Fe(4.239%~8.547%, 平均6.28%)和贫Pb、Se、As的特点, 并含有少量Au、Cu和Ni(表 2)。

图 7

Fig.7

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 7 四川盆地东部中二叠统茅口组硅质团块主量元素之间的关系 A— 硅质团块的Al-Fe-Mn三角图(底图来自Adachi et al., 1986); B— 硅质团块SiO2与Al2O3含量相关图; C— 硅质团块SiO2与CaO含量相关图; D— 硅质团块SiO2与FeO含量相关图Fig.7 Correlation among main elements of cherts of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin

4.1.3 热液碳酸盐矿物主量元素特征

电子探针分析表明, 研究区白云石脉和“ 雪片状” 白云石团块中CaO含量介于29.853%~33.369%之间、平均32.08%, MgO含量介于20.680%~22.292%之间、平均21.82%, 均持平或略高于白云石标准计量(CaO=30.39%, MgO=21.87%, 表 3, 图 8-A)。脉白云石有序度介于0.65~1.0之间, 平均0.75, 总体为中等偏高, 个别样品中白云石完全有序。

表 3

Table 3

表 3(Table 3)

表 3 四川盆地东部中二叠统茅口组热液碳酸盐矿物电子探针主量元素分析(wt%) Table 3 Major element concentrations of hydrothermal carbonate minerals of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin(wt%) 样品来源 样品编号 热液矿物组合 CaO MgO SrO Al2O3 MnO FeO SiO2 P2O5 TiO2 SO3 NiO 总量 钻 井 FL8-18-005 白云石脉 31.068 22.094 0.065 0.033 0.019 0.091 0.008 0.048 — 0.009 — 53.435 FL8-18-006 29.853 20.680 0.088 0.007 0.023 0.030 — — — — — 50.681 FL8-18-009 方解石脉 61.938 0.331 0.233 0.019 0.027 — — 0.006 0.039 — 0.030 62.623 FL8-18-010 61.967 0.350 0.185 — — — — 0.040 — — 0.010 62.552 黄孔槽 剖面 HYS-02-001 玄武岩 气孔充填物 58.038 0.296 0.218 — 1.164 1.394 — 0.012 — 0.068 — 61.190 HYS-02-002 57.311 0.359 0.185 — 1.177 1.489 — 0.056 — 0.069 0.031 60.677 二崖剖面 ERY2-D-156-025 白云石脉 32.538 22.028 — 0.011 — — 0.003 0.020 0.042 — — 54.642 ERY2-D-156-026 32.077 21.977 0.087 0.046 0.002 — 0.007 0.020 — 0.009 0.021 54.246 ERY2-D-156-027 32.404 21.774 — 0.404 — 0.006 0.003 — — — 0.029 54.620 ERY2-D-156-034 方解石脉 64.009 0.232 — 0.001 0.055 0.027 — 0.063 — 0.013 — 64.400 ERY2-D-156-035 63.786 0.104 0.078 0.026 0.023 — — — 0.025 — — 64.042 ERY2-D-156-036 59.270 0.265 0.045 — — — — 0.006 0.021 — — 59.607 ERY2-D-196-024 白云石脉 32.739 21.587 — 0.066 0.048 — 0.007 — — — 0.012 54.459 ERY2-D-196-025 30.975 21.619 0.004 0.614 0.063 0.023 0.007 0.034 0.004 0.038 — 53.381 ERY2-D-196-030 方解石脉 59.759 0.477 0.027 0.008 0.032 — 0.024 0.057 0.013 0.018 0.048 60.463 ERY2-D-196-031 59.019 0.314 0.008 0.003 0.011 — — 0.006 0.057 0.018 — 59.436 回龙场剖面 HLCH-C-89-027 白云石团块 32.278 22.034 0.039 0.087 0.019 — 0.005 — — 0.014 — 54.476 HLCH-C-89-030 31.828 22.292 — 0.210 0.013 — — — — — — 54.343 HLCH-C-89-031 32.514 21.860 — 0.594 0.046 — 0.039 — — 0.052 0.013 55.118 HLCH-C-89-033 方解石团块 58.790 0.057 0.022 0.008 — — — 0.025 — 0.013 — 58.915 HLCH-C-89-034 61.648 0.247 — 0.009 — — 0.012 0.019 — — 0.004 61.939 HLCH-C-89-035 60.171 0.069 0.022 0.010 — 0.021 — 0.089 — 0.049 — 60.431 HLCH-C-98-002 白云石团块 33.369 22.255 — 0.019 0.044 — 0.008 0.094 — 0.080 — 55.869 HLCH-C-98-003 32.735 22.260 — 0.025 0.017 0.010 0.044 0.027 — 0.118 — 55.236 HLCH-C-98-004 32.744 22.020 — 0.173 — — 0.035 0.007 0.010 0.047 — 55.036 HLCH-C-98-011 方解石团块 62.770 0.091 0.068 0.007 — — 0.037 0.032 0.004 — 0.042 63.051 HLCH-C-98-012 64.473 0.176 0.096 0.326 0.044 0.021 0.013 — 0.017 0.022 — 65.188

表 3 四川盆地东部中二叠统茅口组热液碳酸盐矿物电子探针主量元素分析(wt%) Table 3 Major element concentrations of hydrothermal carbonate minerals of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin(wt%)

图 8

Fig.8

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 8 四川盆地东部中二叠统茅口组热液碳酸盐矿物主量元素之间的关系 A— 白云石脉和白云石团块CaO与MgO关系图, 白云石CaO标准计量为30.39%, MgO标准计量为21.87%; B— 热液碳酸盐矿物CaO与SrO含量关系图; C— 热液碳酸盐矿物CaO与MnO含量关系图; D— 热液碳酸盐矿物CaO与FeO含量关系图Fig.8 Correlation among main elements of hydrothermal carbonate minerals of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin

热液方解石和玄武岩气孔充填方解石的CaO含量介于57.311%~64.473%之间, 平均60.92%, 也高于标准计量(56%)。 热液白云石具有贫Si、 Al、 Fe、 Mn、 P、 Ti、 Ni等特征(表 3), SrO含量变化幅度大, 且低于黄孔槽剖面玄武岩气孔充填方解石SrO含量(图 8-B)。 值得注意的是, 黄孔槽剖面玄武岩气孔充填方解石的MnO、 FeO含量明显高于茅口组热液方解石和白云石(图 8-C, 8-D)。

4.2.1 硫化物的微量元素和稀土元素特征

激光原位分析表明, 钻井样品中黄铁矿和闪锌矿的主量、微量和稀土元素的丰度和类型均有很大差异, 黄铁矿中元素的种类和丰度远高于闪锌矿。

黄铁矿除了富集主量元素Na、Mg、Al、Si和K(平均972.96 μ g/g)外, 还富集Cr(平均217.17 μ g/g)、Ni(平均165.63 μ g/g)、Pb(平均139.91 μ g/g)等, 贫Li、Be、Sc、V、Co、Ga、Ge、As、Rb、Y、Zr、Nb、Mo、Cd、Sb、Cs、Hf、Ta、W、Tl、Bi、Th、U等(表 4)。稀土元素方面, 黄铁矿中稀土元素总量偏低, 介于2.90~7.86 μ g/g之间, 平均4.63 μ g/g; 具有Ce/Ce^* 总体正偏(0.77~1.53)、Eu/Eu^* 负偏(0.43和0.61)的特征, 暗示其可能形成于相对还原的中低温(< 250 ℃)环境中。在稀土元素和微量元素分布图(图 9-A, 9-B)上, 黄铁矿的稀土元素曲线呈相对微弱右倾特征, 微量元素曲线呈现出相对富集U和Pb、贫Nb和Ti的特征。

表 4

Table 4

表 4(Table 4)

表 4 四川盆地东部FL8井中二叠统茅口组硫化物微量元素和稀土元素含量(μ g/g) Table 4 Trace and rare earth elements in sulfides of the middle Permian Maokou Formation from Well FL8 of eastern Sichuan Basin(μ g/g) 样品 编号 FL8-11 -001 FL8-11 -002 FL8-11 -003 FL8-25 -001 FL8-25 -002 FL8-25 -003 FL8-25 -004 样品 编号 FL8-11 -001 FL8-11 -002 FL8-11 -003 FL8-25 -001 FL8-25 -002 FL8-25 -003 FL8-25 -004 矿物 名称 黄铁矿 黄铁矿 黄铁矿 闪锌矿 闪锌矿 闪锌矿 闪锌矿 矿物 名称 黄铁矿 黄铁矿 黄铁矿 闪锌矿 闪锌矿 闪锌矿 闪锌矿 Li 1.097 0.707 2.108 0.173 0.041 0.124 0.406 Cs 0.090 — 0.118 — 0.018 0.036 0.046 Be 0.067 0.125 — 0.008 0.004 — — Ba 9.420 5.950 22.370 0.025 0.051 — 0.038 Na 9382.14 6151.50 24045.38 6.790 3.200 6.610 31.500 La 0.620 0.875 1.562 — — — — Mg 3412.68 20813.67 10864.040 18.380 38.830 0.560 12.400 Ce 1.649 1.142 4.300 — — — — Al 1168.18 675.050 2659.85 — — — — Pr 0.102 0.112 0.248 — — — — Si 33789.29 20207.81 81796.17 359.090 331.900 401.530 411.900 Nd 0.410 0.464 0.942 — — — — P 16.760 39.19 25.93 9.780 8.970 10.470 11.280 Sm 0.076 0.060 0.163 0.008 0.007 0.007 0.007 K 757.46 516.32 1645.09 6.590 6.740 9.250 12.870 Eu 0.014 0.030 0.036 — — 0.002 — Sc 0.212 0.128 0.430 — — — — Gd 0.123 — 0.202 — — — — Ti 25.52 15.870 58.040 0.940 0.990 0.970 1.050 Tb 0.007 0.016 0.018 0.001 0.002 — — V 1.396 2.740 2.510 — — — — Dy 0.055 0.077 0.140 — — 0.001 0.002 Cr 335.99 183.020 132.500 — — 0.540 3.730 Ho 0.010 0.017 0.023 0.000 0.001 — — Mn 6.330 19.770 14.220 12.700 2.406 3.820 14.600 Er 0.041 0.046 0.096 0.002 — 0.002 — Co 0.470 3.840 0.580 — 0.153 — 0.183 Tm 0.005 0.005 0.047 — — 0.001 0.000 Ni 130.28 270.280 96.320 0.382 0.131 — 0.715 Yb 0.029 0.046 0.075 0.002 — — 0.003 Cu 11.02 19.630 7.760 80.650 44.570 98.860 187.040 Lu 0.004 0.007 0.012 — 0.001 — — Ga 0.414 0.240 0.641 16.540 6.530 6.600 10.210 Hf 0.113 0.062 0.255 — — — — Ge 5.800 6.170 5.190 67.320 94.220 151.880 185.380 Ta 0.008 — 0.042 0.001 0.000 — 0.000 As 7.690 14.520 3.520 0.327 — — 0.492 W 0.062 0.038 0.401 — — — — Se 75.320 75.460 12.960 8.990 1.570 2.190 4.470 Tl 2.330 2.290 1.904 0.062 0.032 0.060 0.122 Rb 2.400 1.166 4.860 0.071 0.062 0.069 0.088 Pb 234.080 116.600 69.060 5.820 13.740 24.130 32.140 Sr 20.490 35.400 25.950 0.087 0.127 0.114 0.824 Bi 0.254 0.190 0.080 0.005 0.004 0.004 — Y 0.433 0.713 1.031 — — 0.004 — Th 0.122 0.089 0.336 — — — — Zr 4.560 2.870 11.210 — — — 0.663 U 0.702 0.584 0.965 — — — — Nb 0.073 0.047 0.234 — — 0.003 — 􀰐REE 3.14 2.90 7.86 0.01 0.01 0.01 0.01 Mo 16.490 4.550 1.092 0.043 — — 0.374 Ce/Ce* 1.46 0.77 1.53 — — — — Cd 3.610 0.856 0.716 1698.88 1297.27 1060.20 1683.30 Eu/Eu* 0.43 0.61 — — — — Sb 3.020 4.640 0.858 0.256 — — 0.190 Zn/Cd — — — 355 460 548 368 注: Ce/Ce* =CeN/(0.5LaN+0.5PrN); Eu/Eu* =EuN/(0.5SmN+0.5GdN), 球粒陨石标准化(Sun和McDonough, 1989)。

表 4 四川盆地东部FL8井中二叠统茅口组硫化物微量元素和稀土元素含量(μ g/g) Table 4 Trace and rare earth elements in sulfides of the middle Permian Maokou Formation from Well FL8 of eastern Sichuan Basin(μ g/g)

图 9

Fig.9

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 9 四川盆地东部中二叠统茅口组热液矿物稀土配分曲线和微量元素蛛网图 A— 黄铁矿稀土元素分布图(球粒陨石标准化, 据Sun和McDonough, 1989); B— 黄铁矿微量元素分布图(原始地幔标准化, 据Sun和McDonough, 1989); C— 热液碳酸盐矿物稀土元素REE+Y分布图(北美页岩标准化, 据Gromet 等, 1984); D— 热液碳酸盐矿物微量元素分布图(北美页岩标准化, 据Gromet等, 1984)Fig.9 Trace elements cobweb diagram and REE distribution patterns of hydrothermal minerals of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin

研究区茅口组闪锌矿中, Si(平均376.11 μ g/g)、Cu(平均102.78 μ g/g)、Ge(平均124.70 μ g/g)、Cd(平均1434.91 μ g/g)的含量相对较高, 其他大多数微量元素含量均很低。绝大多数稀土元素含量都低于检测下限, 稀土元素总量为0.01 μ g/g(表 4)。

闪锌矿中的微量元素含量和比值与其形成温度有密切关系。 高温条件下, 闪锌矿晶格中Zn²⁺很容易被Fe、 Mn、 In等元素离子替换; 而温度降低时, Cd、 Ga、 Ge等则容易在闪锌矿中富集(刘英俊等, 1984)。 张辉善等(2018)认为, 高温型闪锌矿富Fe(一般Fe> 10%), 低温型闪锌矿则相对贫Fe(一般Fe< 2%)。 闪锌矿的Zn/Cd值也能反映成矿时温度环境: Zn/Cd> 500, 对应高温环境; Zn/Cd< 100, 反映低温环境; 中等温度条件下, Zn/Cd值在100~500之间(刘英俊等, 1984; 周家喜等, 2009)。 此外, 闪锌矿的Zn/Fe值与成矿温度呈负相关关系: Zn/Fe< 10, 代表中偏高温环境(250~300 ℃); Zn/Fe=10~100, 为中温环境(150~250 ℃); Zn/Fe> 100, 为低温环境(< 150 ℃, 余琼华等, 1987)。 研究区FL8井茅口组脉体中闪锌矿的Cd和Ge含量明显高于其他微量元素, Fe含量平均6.28%, Zn/Cd值为355~548(表 4)、 平均值为368, Zn/Fe值介于7~15之间(表 2)、 平均值为10, 均表明闪锌矿可能形成于中等温度(150~250 ℃)条件下。

4.2.2 热液碳酸盐矿物微量元素和稀土元素特征

脉状、“ 雪片状” 碳酸盐矿物微量元素总体呈现富集Na、K、Sr等活动性元素的特点, 其他微量元素丰度很低, 多数不超过10 μ g/g(表 5)。其中Na含量变化非常大, 钻井样品和二崖剖面的方解石脉Na丰度很低, 有淡水方解石的特点, 而黄孔槽剖面玄武岩气孔中充填方解石和热液白云石脉的Na丰度较高。碳酸盐矿物的稀土元素总量普遍偏低, 白云石脉稀土总量介于1.75~6.23 μ g/g, 方解石脉稀土元素总量介于9.6~12.8 μ g/g之间, 都低于玄武岩气孔充填方解石稀土总量(55.96~69.42 μ g/g, 表 5)。此外, 碳酸盐矿物Ce/Ce^* 值普遍负偏(< 1), 介于0.2~0.7之间; Eu/Eu^* 值变化较大, 但总体正偏(> 1), 介于0.79~5.34之间, 表明矿物形成温度条件宽泛, 总体来看, 其形成于氧化条件为主的相对高温环境。

表 5

Table 5

表 5(Table 5)

表 5 四川盆地东部中二叠统茅口组热液碳酸盐矿物微量元素和稀土元素含量(μ g/g) Table 5 Trace and rare earth elements content of hydrothermal carbonate minerals of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin(μ g/g) 样品来源 钻井 黄孔槽剖面 二崖剖面 回龙场剖面 样品编号 FL8-18-001 FL8-18-003 HYS-02-002 HYS-02-007 ERY2-193-004 ERY2-193-006 ERY2-193-007 HLCH-89-001 HLCH-C-98-003 矿物名称 白云石 方解石 玄武岩气孔 充填方解石 玄武岩气孔 充填方解石 白云石 白云石 方解石 白云石 白云石 Li 0.143 — 0.753 0.157 0.173 0.199 0.061 1.115 0.165 Be 0.068 — 13.100 3.020 0.020 0.048 0.012 0.112 0.039 Na 84.950 8.470 269.850 117.810 148.600 117.420 6.320 29484.310 189.390 K 17.940 6.030 36.600 8.600 25.910 18.900 8.280 2387.170 11.220 Sc — 0.048 0.165 1.761 0.037 0.078 0.045 0.895 0.024 Ti 0.174 — 2.350 15.290 1.490 2.190 0.950 33.950 0.535 V 0.103 0.621 4.760 15.140 8.610 16.400 8.320 2.670 3.650 Cr 0.400 0.620 1.620 0.500 4.730 10.770 1.880 12.180 4.260 Co 0.243 0.383 105.130 4.840 0.229 0.206 0.340 0.278 0.223 Ni — 0.252 47.780 1.610 0.604 0.397 0.595 1.380 0.251 Cu 0.079 0.083 0.250 0.115 0.239 — — 0.257 — Zn 0.135 0.063 26.230 6.150 0.173 0.612 1.210 1.310 0.524 Ga 0.047 0.048 1.510 1.076 0.041 0.027 0.091 0.674 0.057 Sr 44.790 1103.180 908.790 906.790 46.450 47.660 66.190 61.970 183.050 Y 2.492 2.305 10.680 12.000 1.527 2.347 20.020 2.256 0.848 Zr — — 3.180 — 0.135 1.741 0.784 20.870 0.040 Nb — — 0.442 0.211 — 0.009 — 0.171 — Mo 0.010 0.005 1.000 0.154 0.031 0.028 0.010 0.381 — Ba 0.226 0.119 9.610 8.810 0.273 0.332 0.285 99.710 2.120 La 1.697 5.440 17.930 21.660 0.492 0.615 2.280 1.661 0.726 Ce 1.013 1.504 21.250 26.510 0.372 0.604 2.520 2.145 0.273 Pr 0.280 0.361 2.017 2.350 0.065 0.082 0.480 0.269 0.059 Nd 1.090 1.346 7.670 8.630 0.275 0.379 2.430 1.090 0.213 Sm 0.213 0.167 1.230 1.530 0.075 0.076 0.602 0.201 0.037 Eu 0.152 0.244 0.384 0.479 0.020 0.026 0.203 0.063 0.010 Gd 0.189 0.247 1.810 2.040 0.066 0.114 1.070 0.267 0.047 Tb 0.031 0.027 0.229 0.309 0.019 0.027 0.176 0.028 0.007 Dy 0.212 0.140 1.312 1.810 0.129 0.232 1.420 0.179 0.049 Ho 0.051 0.026 0.245 0.388 0.031 0.062 0.333 0.051 0.011 Er 0.108 0.061 0.701 1.102 0.101 0.191 0.790 0.110 0.026 Tm 0.017 0.005 0.130 0.212 0.013 0.024 0.065 0.023 0.003 Yb 0.100 0.027 0.873 2.040 0.082 0.158 0.388 0.123 0.017 Lu 0.016 0.004 0.175 0.360 0.011 0.020 0.039 0.017 0.003 Hf — — 0.540 — — 0.029 0.010 0.479 — Pb — — 1.172 1.500 0.024 0.013 — 0.789 0.016 Th — 0.002 — 0.012 0.012 0.022 0.048 0.431 0.003 U — 0.015 0.008 0.038 1.360 1.550 119.950 1.183 2.950 􀰐REE 5.17 9.60 55.96 69.42 1.75 2.61 12.80 6.23 1.48 P2O5 0.341 0.201 0.77 0.80 0.46 0.60 0.56 0.74 0.27 SO3 3.462 5.342 0.79 1.22 1.27 1.25 1.10 1.22 1.12 NiO 493 903 44 31 50 38 60 44 79 注: “ 1” 为Ce/Ce* 值, “ 2” 为Eu/Eu* 值, “ 3” 为Y/Ho值。

表 5 四川盆地东部中二叠统茅口组热液碳酸盐矿物微量元素和稀土元素含量(μ g/g) Table 5 Trace and rare earth elements content of hydrothermal carbonate minerals of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin(μ g/g)

碳酸盐矿物北美页岩标准化的稀土元素配分曲线较为平坦且微弱右倾, 轻、重稀土元素分馏不明显(图 9-C), Y具明显的正异常。北美页岩标准化的微量元素曲线图则显示出相对富U和Sr、贫Ti的特征(图 9-D)。

研究区与热液碳酸盐脉共生的含硫矿物以黄铁矿和闪锌矿为主, 未见硫酸盐矿物。FL8井黄铁矿原位硫同位素 δ34Sv-CDT值介于-3.91‰ ~-4.48‰ 之间, 闪锌矿原位硫同位素 δ34Sv-CDT值介于-5.2‰ ~-6.87‰ 之间。现代大洋中脊附近热液型硫化物中硫的来源大致有3个(Seal, 2006): (1)来自于围岩的淋滤作用, 围岩既包括岩浆岩也包括沉积物; (2)来自于亚铁硅酸盐和氧化物的相互作用, 或与有机质相互作用而产生的海水硫酸盐热化学还原作用; (3)来自于细菌硫酸盐还原作用形成的沉积物中硫化物的淋滤作用。每一类来源均有独特的硫同位素组成, 与洋中脊玄武岩有关的 δ ³⁴S 平均值大致为-0.7‰ ± 0.8‰ (Sakai et al., 1984), 现代海水通过与磁铁矿之间的热化学还原作用可产生 δ ³⁴S 高达15‰ 的H₂S(Janecky and Shanks, 1988), 而与细菌硫酸盐还原反应的生物成因硫化物则常具有较大的同位素分馏效应, 并且产生异常负偏的δ ³⁴S(Seal, 2006)。研究区黄铁矿和闪锌矿硫同位素与基性火山岩的硫同位素相比略微偏负, 且变化幅度不大, 推测硫同位素组成有混源的可能。一方面, 硫同位素靠近基性岩浆岩中硫化物的同位素值, 表明其形成时受到了基性岩浆岩(很可能与峨眉玄武岩的活动有关)中硫化物的影响; 另一方面, 硫同位素的略微负偏还说明微生物硫酸盐还原作用也可能参与了热液脉中硫化物的形成。

显微镜下, 在研究区茅口组微晶石英、热液方解石、热液白云石中发现了丰富的流体包裹体, 尤以方解石脉中流体包裹体数量最多, 其中孤立状、无色透明的气— 液两相盐水包裹体被认为可能属原生成因(图 10-A, 10-B, 10-C)。微晶石英中流体包裹体的均一温度介于80.3~100.9 ℃之间; 方解石脉和方解石团块中流体包裹体的均一温度介于66.8~294.3 ℃之间, 其中约73%的流体包裹体均一温度介于100~200 ℃之间; 白云石脉和白云石团块中流体包裹体的均一温度介于54.7~231.6 ℃之间(图 10-D)。碳酸盐矿物的包裹体均一温度反映了非常宽泛的温度变化范围, 少数位于高温区(> 200 ℃), 大多数集中在100~200 ℃之间的中等温度范围。

从碳酸盐矿物流体包裹体均一温度与碳酸盐矿物Na含量变化的相关性来看(图 10-E), 方解石脉的Na含量很低, 而白云石脉中Na含量相对略高。随着方解石脉中流体包裹体均一温度升高, Na含量有逐渐降低的趋势, 呈现出淡水方解石的特征。然而, 对于白云石脉而言, 随着均一温度的升高, Na含量却有逐渐增加的趋势, 而且不同白云石脉中Na元素丰度可以出现数量级般的差异(表 5), 说明白云石在形成过程中需要较高的盐度条件, 但是高盐度并不是其形成的必要条件。包裹体均一温度与碳酸盐矿物稀土元素Eu/Eu^* 值的正异常(图 9-C)、闪锌矿微量元素含量和比值所反映出的温度条件基本一致, 可以作为研究区发生热液流体活动最有利的直接证据。

图 10

Fig.10

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 10 四川盆地东部中二叠统茅口组热液矿物中流体包裹体特征及均一温度 A— 回龙场剖面茅口组硅质(微晶石英)团块中的气— 液两相流体包裹体(箭头); B— 二崖剖面茅口组白云石脉中的气— 液两相流体包裹体(箭头); C— 回龙场剖面茅口组方解石脉中的气— 液两相流体包裹体(箭头); D— 硅质团块、热液白云石脉、热液方解石脉和团块中流体包裹体均一温度直方图; E— 热液白云石脉与热液方解石中流体包裹体均一温度与Na含量关系图Fig.10 Fluid inclusions in hydrothermal minerals and diagram of homogenization temperatures of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin

华蓥山黄孔槽剖面龙潭组底部的玄武岩体在喷发时间和构造背景上与峨眉地幔柱有成因联系, 岩体规模不大, 分布零星, 是裂隙式喷发的产物(图 4-H), 可见茅口组的热液活动属于与断裂、岩浆活动有关的热液体系。峨眉地幔柱活动期, 研究区基底断裂再次活化, 在茅口组内部产生大量张性构造裂缝, 为流体运移提供了有效通道, 因此, 张性和走滑断层活动引发的构造破裂作用是热液活动产生的先决条件。随着岩浆相关热液和浅层地下水的涌入, 裂缝内发生流体与围岩之间的水— 岩反应和物质交换, 导致矿物沉淀及围岩的白云化作用。研究区茅口组自下而上丰富的热液矿物组合类型, 表明热液活动具有幕式特征(图 11)。

图 11

Fig.11

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 11 四川盆地东部中二叠统茅口组热液活动模式简图Fig.11 Sketch diagram of hydrothermal activities of the middle Permian Maokou Formation in eastern Sichuan Basin

根据野外观察, 茅口组沉积时期热液活动大致有3期, 早期和晚期以硅质热液活动为主, 两者之间是以碳酸盐矿物为主的热液活动。野外剖面中首先看到硅质岩和硅质团块的密集发育, 然后过渡为硅质团块与“ 雪片状” 碳酸盐团块共存、热液碳酸盐团块, 最后复又转为硅质团块。而且, 硅质岩除了顺层发育外, 还形成大量穿层的硅质结核和不规则团块, 其很可能保留了当时的热液活动状态(图 3-B, 3-D)。这种独特形态与周新平等(2012)报道的四川盆地北部旺苍双汇地区吴家坪组“ 下渗” 状热水硅质团块非常相似。当硅质团块与碳酸盐团块共存时, 硅质团块往往被碳酸盐脉切割成角砾状, 碳酸盐脉向上延伸与“ 雪片状” 碳酸盐团块沟通(图 3-H), 也说明硅质热液活动略早于以碳酸盐为主的热液活动。镜下观察可见, 部分含化石硅质结核中化石钙质壳体被微晶石英交代, 说明硅质热液活动晚于围岩沉积物和化石的形成。据此, 推测研究区茅口组热液活动发生于茅口组沉积期后不久, 其中碳酸盐型热液活动总体上晚于硅质热液活动。

野外和镜下也见到茅口组内部网状纵横交错的张性热液碳酸盐脉常被压溶缝合线切割, 说明张性构造裂缝的产生和矿物的充填早于埋藏成岩期的压溶作用。脉体充填矿物成分也有明显期次, 具鞍状双晶的热液白云石形成早, 分布在裂缝壁两侧, 而脉体中间的亮晶方解石形成较晚。此外, 热液碳酸盐脉大量发育的层段围岩有明显的白云化作用, 白云石的晶间孔和半充填碳酸盐脉中的残余孔隙显著提高了围岩的储集性能, 这是茅口组白云岩储集层形成的主要原因。

一般而言, 硅质岩SiO₂来源主要有3个, 分别是生物来源、陆源富硅沉积物及洋底火山热液(Adachi et al., 1986)。研究区硅质团块中Al-Fe-Mn三角图上的样品点分布非常零散, 仅少数落在洋底热水沉积硅质岩区, 很多样品的SiO₂落在非热水沉积区及空白区, 并表现出高Al特点(图 7-A), 反映硅质来源除了有深部火山热液之外, 更多的还是陆源硅的参与。同时, SiO₂与Al₂O₃、CaO、FeO等的相关图(图 7-B至7-D)也显示出相同特征, 说明硅质来源具有多源性特征。这种硅质来源的多样性与林良彪等(2010)报道的重庆石柱地区茅口组热水沉积黑色薄层硅质岩的SiO₂来源有一定的相似性。研究区中、晚二叠世总体处于相对浅水碳酸盐岩台地、缓坡及海陆交互环境, 并非典型的洋底扩张中心高热环境, 因此富硅热液进入茅口组之前, 流体很可能先沿着断裂和裂缝与途经围岩进行物质成分交换, 下伏地层陆源沉积物中SiO₂淋滤溶出后与热液硅混合在一起, 从而使茅口组硅质岩的化学成分呈现出混源特征(图 11)。

火山岩气孔充填物常被认为是流体(大气水、地层水、成岩流体等)与原岩发生水— 岩反应的产物(刘万洙等, 2010; 候明才等, 2013), 其成分常携带原岩信息。将黄孔槽剖面玄武岩气孔内充填的方解石与茅口组热液方解石、白云石相比, 发现主量元素和微量元素既有差异, 也有共性, 具体表现为: (1)玄武岩气孔充填方解石的MnO、FeO含量明显高于后者。当流体与玄武岩发生水— 岩反应后, 富含Mn、Fe、Mg、Ca等离子的流体会被带出原岩, Mn、Fe的迁移能力弱于Mg、Ca等活动性离子, 当它们达到过饱和时, 会优先沉淀在临近的气孔中, 因此气孔方解石的Mn、Fe含量明显高于脉体中充填的碳酸盐矿物; (2)3类矿物CaO含量均高于标准计量, 反映出源区的富钙特征。研究区下伏石炭系和中下二叠统发育厚层海相石灰岩和白云质灰岩, 当热液流体或浅层地下水沿着裂缝系统上涌或下渗时, 水— 岩反应可以使下伏围岩中Ca、Mg等活动性离子在淋滤作用下溶出, 使流体表现出富钙特征; (3)3类碳酸盐矿物的微量元素均有相对富U和Sr、贫Ti等特征, 表明流体成分有成因联系; 热液碳酸盐矿物Ce/Ce^* 明显负异常, Eu/Eu^* 以正异常为主, 表明矿物形成于富氧较高温环境; (4)热液碳酸盐矿物稀土元素总量很低, 方解石脉Na丰度很低, 具淡水方解石的特点, 可能有以大气降水为主的浅层地下水参与; (5)3类碳酸盐矿物均呈现明显Y正异常。Y与稀土元素Ho的地球化学性质相似, 但是在水溶液中, Ho吸附于悬浮微粒的能力是Y的2倍, 因此, 远离陆源物质影响的海水Y/Ho值通常大于44, 而太古代页岩Y/Ho值约为27(Bau 和 Dulski, 1995)。研究区3类碳酸盐矿物Y/Ho值介于31~90之间, 平均58, 表明热液流体相对洁净, 缺乏悬浮组分; (6)与碳酸盐脉共生的硫化物硫同位素显示出硫源受到微生物和基性岩浆岩的共同影响。由此可见, 研究区以碳酸盐矿物为主的热液流体也有混源特征, 热液流体不仅与峨眉山地幔柱岩浆活动有一定关系, 还有富钙浅层地下水的参与。

闪锌矿富Cd、弱贫Fe、Zn/Cd值介于355~548之间、Zn/Fe值介于7~15之间, 反映其形成于中等温度(150~250 ℃)条件下。碳酸盐脉及硅质团块中原生流体包裹体均一温度变化范围非常宽泛(54.7~294.3 ℃), 主体介于100~200 ℃之间, 与闪锌矿推测出的温度范围有重叠。宽泛的均一温度反映了裂缝中流体微环境物理性质的动态变化, 也可能是不同源区流体的起源位置及混合程度的差异造成的。