碳酸盐岩—蒸发岩共生体系在全球范围内广泛分布，其油气储量约占全球碳酸盐岩油气总储量的47%（刘朝全和姜学峰，2017）。碳酸盐岩—蒸发岩共生体系形成的储盖组合在油气勘探中具有重要地位（徐文世等，2005；李勇，2006；Kendall et al.，2009；钟逸斯等，2022）。四川盆地碳酸盐岩—蒸发岩组合主要分布于下三叠统和寒武统（李凌等，2012；王文楷等，2017；Wang et al.，2022），众多学者在对上述层位共生体系油气储层的研究中取得了一定的进展和成果，发现了规模不等的气藏。李凌等（2012）分析了四川盆地雷口坡组的碳酸盐岩—蒸发岩共生体系，认为膏盐岩为水下浓缩成因，共生体系的发育受到了四川盆地构造运动的影响，沉积中心出现迁移；胡安平等（2019）对四川盆地雷口坡组剖面进行研究，认为古气候与碳酸盐岩—膏盐岩沉积体系关系密切，微生物白云岩上覆膏盐岩的岩石组合序列属于优质储层；王纪煊（2023）认为川东及周缘地区寒武系白云岩—蒸发岩共生体系的发育主要受控于三种因素：持续的海退、局限闭塞的古环境和炎热干旱的古气候，建立了共生体系的发育演化模式。在深层超深层的寒武纪地层，共生体系发育的上寒武统洗象池组和下寒武统龙王庙组同样取得了勘探发现和大量研究进展（胡忠贵等，2020；王纪煊等，2024）。但对于碳酸盐岩—蒸发岩共生体系的形成环境、沉积过程和发育模式等关键地质问题，尚缺乏深入和系统的分析研究。因此，开展碳酸盐岩—蒸发岩共生体系的综合研究不仅具有重要的理论意义，而且对四川盆地超深层海相碳酸盐岩油气勘探具有重要的实际意义（胡忠贵等，2020；王纪煊等，2024）。

海相蒸发岩体系最重要的因素是碳酸盐岩与蒸发岩矿物的共同关联（Moore and Wade，2013）。蒸发岩的赋存状态及其与碳酸盐的联系主要分为两种类型：（1）浸染状蒸发岩在碳酸盐内部（Warren，2006）；（2）与碳酸盐岩伴生的块状蒸发岩。在水位降低或盆地隔离时期，与碳酸盐相关的大块蒸发岩沉积发生在靠近次盆地中心的地方，这主要受气候变化和海平面波动的控制（Warren，2006）。在海侵时期，水体盐度趋于正常，沉积物以碳酸盐岩为主，而在高水位体系域HST或LST的蒸发阶段，盐—石膏岩沉积，由于蒸发导致盐度升高，因此水质量体积减小（Warren，2010）。Abrantes et al.（2016）研究了Parnaiba盆地的二叠纪含石膏矿床。含石膏矿床被解释为内陆sabkha环境中含盐泥滩和含盐盆地的浅湖环境。López-Quirós et al.（2016）描述了托尔托尼亚的格拉纳达盆地（西班牙东南）。该研究清楚地表明成岩历史与盆地演化之间的密切联系。成岩过程与主要的地球动力学事件有关，包括导致蒸发岩沉积的盆地约束，以及几个时期的沉降和隆起。

四川盆地东部寒武系高台组沉积时期主要为碳酸盐岩局限台地沉积环境，发育碳酸盐岩与蒸发岩交互的旋回性沉积层，也可称为碳酸盐岩与蒸发岩共生的沉积体系。高台组储集层的非均质性较强，岩性主要为粉细晶白云岩（王纪煊等，2024）。与华北地块和塔里木地块相比，具有其独特的沉积特征，尤其是其中厚层海相碳酸盐岩与石膏岩类蒸发岩共生的形成，仍缺乏对其成因的明确认识。

以四川盆地东部寒武系高台组为目的层位，在综合分析碳酸盐岩—蒸发岩共生体系岩石学特征的基础上，分析岩石组合序列特征，结合碳氧同位素、Fe与Mn含量及S同位素组成数据，深入探讨共生体系沉积时期的主控因素，并进一步分析共生体系在各种因素影响下的演化模式，以期对高台组碳酸盐岩—蒸发岩共生体系沉积和演化形成规律性认识及对高台组油气资源勘探提供研究思路和理论指导。

四川盆地东部地区构造位置属于中隆高陡构造区的东部，发育一系列隔挡式褶皱带和隔槽式褶皱带（图1a；胡忠贵等，2020；王纪煊等，2024），包括华蓥山断裂、齐岳山断裂和恩施断裂（图1b）。研究区地层发育较为完整，除泥盆系缺失外，从震旦系到第四系均有发育。其中寒武系、二叠系、三叠系和侏罗系均属于研究区重要的油气储集层系。三叠系的雷口坡组（李凌等，2012；王文楷等，2017）、嘉陵江组和寒武系均存在碳酸盐岩—蒸发岩共生体系的沉积和发育（张琼，2021；Wang et al.，2022），本文主要研究层位为寒武系高台组（图1c）。

图  1  （a）研究区构造分区图；（b）研究区构造剖面图（Yan et al.，2003；胡召齐等，2009）；（c）地层综合柱状图（黄涵宇，2018）

Figure 1.  (a) Tectonic zoning map of the study area; (b) tectonic section of the study area (Yan et al., 2003; Hu et al., 2009); (c) stratigraphic composite bar chart (Huang, 2018)

研究区高台组沉积时期发育混积台地和碳酸盐局限台地，局部地区为蒸发潟湖相沉积；岩性为一套陆源碎屑岩、碳酸盐岩和蒸发岩共存的沉积组合，因含有紫红色的泥岩、砂岩及白云岩，高台组素有寒武系“上红层”之称（胡忠贵等，2023；王纪煊等，2024）。

在高台组采集了106块碳酸盐样品，均来自楼探1井，主要包括白云岩、灰岩和石膏岩等碳酸盐岩与蒸发岩类。样品用长江大学地球科学学院实验中心的同位素比质谱仪（型号：DELTAVAdvantage），依据《有机物和碳酸盐岩碳、氧同位素分析方法》SY/T5238—2008，在温度26 ℃和湿度60%RH的环境条件下，对74块样品（5 450~5 960 m）进行碳氧同位素分析（表1），对32块样品（6 491~6 496 m）测定Fe、Mn微量元素和S同位素组成（表2）。δ¹³C误差±0.005‰，δ¹⁸O误差±0.032‰，δ³⁴S误差±0.05‰，Mn元素分析误差±0.003‰，Fe元素误差±0.07‰。

将样品用去离子水冲洗掉矿物表面黏附的泥质等杂质。通过低温烘干后用玛瑙研钵研磨，将样品过孔径为70 μm的尼龙筛之后，置于干燥器内干燥并冷却至常温。称取0.1 g样品，放入PTFE消解内罐中，加入混合酸，置于石墨加热器上80 ℃加热。反应结束后，冷却至常温进行密封，放入微波消解仪内。根据消解程序，启动仪器加热。结束后，将PTFE消解内罐置于石墨加热器上，加入混合酸反复加热至近干。加入4 mL硝酸，用纯水稀释定容，于ICP-AES仪器设定的条件下上机测试（李佳等，2023）。

研究区寒武系高台组沉积环境主要为碳酸盐局限台地，发育混积潮坪、潮坪、潟湖、台内滩沉积亚相（胡忠贵等，2023；王纪煊等，2024）。与石膏岩共生的碳酸盐岩主要包括泥晶灰岩和泥晶白云岩。钻井岩心薄片和剖面露头薄片资料表明，研究区寒武系高台组晶粒较细的泥晶级的碳酸盐岩均有石膏赋存，赋存状态以石膏胶结物和石膏晶体为主（图2，3）。

图  2  碳酸盐岩—蒸发岩共生体系白云岩镜下特征

Figure 2.  Photomicrographs of dolomite in the carbonate-evaporite syngenetic system

图  3  碳酸盐岩—蒸发岩共生体系蒸发岩镜下特征

Figure 3.  Photomicrographs of evaporites in the carbonatite-evaporite syngenetic system

与石膏岩共生的泥晶级灰岩主要包括含石膏泥晶砂屑灰岩（图2a，b）、泥晶灰岩（图2c）、泥晶白云质灰岩（图2d）、含石膏泥晶含白云灰岩（图2e）和石膏质泥晶藻砂屑灰岩（图2f）。

与石膏岩共生的白云岩以泥晶级白云岩为主，含少量的细粉晶白云岩，主要包括细粉晶白云岩（图2g，h）、含石膏泥晶白云岩（图2i，j）、石膏质白云岩（图2k）和含石膏砂屑白云岩（图2l）。

研究区蒸发岩以石膏岩为主，发育少量盐岩。蒸发岩及赋存的围岩具有块状构造和平行层理构造，填隙物多以碳酸盐泥、白云石胶结、方解石胶结和石膏胶结为主。镜下观察到石膏团块的分选较差，磨圆以次棱—次圆状为主，基于蒸发岩的赋存特征和围岩状态分为四类（表3），主要包括厚层状盐岩，层状石膏岩，石膏团块，石膏胶结物（图3）。

根据前人划分共生体系岩性组合序列方法对研究区进行研究（胡忠贵等，2023），认为四川盆地东部高台组发育五种碳酸盐岩—蒸发岩共生体系岩石组合序列（表4、图4），包括碳酸盐岩与蒸发岩互层（A）、蒸发岩夹碳酸盐岩（B）、蒸发岩上覆碳酸盐岩（C）、碳酸盐岩上覆蒸发岩（D）、碳酸盐岩夹蒸发岩（E）。

图  4  碳酸盐岩—蒸发岩共生体系岩石组合序列

Figure 4.  Assemblages of carbonate⁃evaporite syngenetic system

碳酸盐岩与蒸发岩互层（A）：是研究区共生体系中常见的一种，蒸发岩或碳酸盐岩的厚度在两者厚度总和的40%~60%，岩性主要包括石膏岩、白云质石膏岩、泥晶白云岩、粉晶白云岩和石膏质白云岩。

蒸发岩夹碳酸盐岩（B）：蒸发岩厚度大于两者厚度总和的80%，碳酸盐岩厚度小于两者厚度总和的80%，岩性主要包括石膏质白云岩、石膏岩、盐岩、白云质石膏岩和泥晶白云岩。

蒸发岩上覆碳酸盐岩（C）：岩性主要包括，砂砾屑白云岩、鲕粒白云岩、粉晶白云岩、鲕粒灰岩、石膏岩、白云质石膏岩和白云质灰岩。

碳酸盐岩上覆蒸发岩（D）：岩性主要包括泥晶白云岩、石膏岩、鲕粒白云岩、砂屑白云岩、白云质石膏岩和石膏质白云岩。

碳酸盐岩夹蒸发岩（E）：碳酸盐岩厚度大于两者厚度总和的80%，蒸发岩厚度小于两者厚度总和的80%，岩性主要包括泥晶白云岩、石膏质白云岩、砂屑白云岩、石膏岩、砂质白云岩和白云质石膏岩。

依据岩性组合、测井曲线及前人成果在高台组三级层序内划分出6个四级层序（SSQ1~SSQ6），在层序格架内对共生体系岩石组合序列类型进行了划分（图5），并结合相关资料编制了层序格架内岩石组合序列的平面展布图（图6）。

图  5  碳酸盐岩—蒸发岩共生体系连井特征

Figure 5.  Characteristics of connected wells in the carbonate⁃evaporite syngenetic system

图  6  碳酸盐岩—蒸发岩共生体系平面特征

Figure 6.  Planar characteristics of the carbonate⁃evaporite syngenetic system

研究表明，SSQ1沉积时期，碳酸盐岩与蒸发岩互层分布在研究区北部，单个组合序列的厚度和规模均较小，碳酸盐岩夹蒸发岩呈带状分布在研究区东部；SSQ2沉积时期，蒸发岩上覆碳酸盐岩分布在研究区东北部，碳酸盐岩夹蒸发岩分布在研究区东北部和南部；SSQ3沉积时期，蒸发岩夹碳酸盐岩分布在研究区东部，厚度和规模均较大，碳酸盐岩与蒸发岩互层分布在研究区内部，碳酸盐岩夹蒸发岩分布在研究区东北部；SSQ4沉积时期，蒸发岩上覆碳酸盐岩在研究区内广泛分布，厚度和规模均较大，东北部发育规模和厚度较小的碳酸盐岩与蒸发岩互层；SSQ5沉积时期，碳酸盐岩与蒸发岩互层、蒸发岩夹碳酸盐岩和蒸发岩上覆碳酸盐岩呈星点状分布于研究区的东部、南部和北部；SSQ6沉积时期，碳酸盐岩与蒸发岩互层和碳酸盐岩上覆蒸发岩呈星点状分布于研究区的内部，碳酸盐岩夹蒸发岩呈带状分布在研究区东部。总体上，四川盆地东部高台组碳酸盐岩—蒸发岩共生体系岩石组合序列在平面上均表现出东北—西南向的展布特征。

古老的碳酸盐岩在后生作用的过程中会由于成岩蚀变作用对沉积时期的海水信息造成影响，导致氧同位素降低（曲长胜等，2017）。当δ¹⁸O<-5‰时，样品保留的原始数据部分受到破坏；δ¹⁸O<-10‰时，样品保留的原始数据已基本不能使用（Kaufman and Knoll，1995；Zhu et al.，2006；Li et al.，2009），所以使用数据时排除δ¹⁸O<-10‰的样品数据。根据碳氧同位素的相关性也可以判断保留的原始海水信息是否受到了成岩蚀变的破坏（Horacek et al.，2007）：即若碳氧同位素存在相关性，则数据无效；若碳氧同位素相关性较差，则说明样品受到成岩蚀变的破坏较小，数据有效。

高台组样品碳氧同位素测试结果显示（表1），δ¹⁸O值介于-11.42‰~-7.93‰（共15个样品低于-10‰），平均值为-9.47‰，主要介于-9.00‰~-8.00‰（图7a），表明样品的δ¹⁸O数据有效。δ¹³C值介于-3.98‰~3.91‰，平均值为1.45‰，主要介于-1.00‰~3.00‰（图7a）。同时，碳氧同位素数据的相关性较差，相关系数为0.024 9（图7b），说明所选样品略微遭受成岩蚀变，但仍具有代表性，其携带信息有效可用。

图  7  四川盆地东部高台组碳酸盐岩—蒸发岩碳氧同位素值关系图

Figure 7.  Carbonate⁃evaporite C and O isotope relationship, Gaotai Formation, eastern Sichuan Basin

1） 古盐度分析

前人研究表明，原始海水盐度的增加会造成δ¹³C、δ¹⁸O值的增加（Clayton and Epstein，1958；Clayton and Degens，1959），结合前人对碳氧同位素与盐度间的盐度指数（Z）计算公式（Li et al.，2009）：

即当Z>120时，为海相碳酸盐岩；Z<120时，为陆相碳酸盐岩（Keith and Weber，1964；陈荣坤，1994；罗顺社和汪凯明，2010）。四川盆地东部高台组古盐度Ｚ值计算结果见表3，其变化曲线与δ¹³C值变化曲线相似，相关系数为0.994 4（图8）。Z值介于114.60~130.67，平均值为125.55，绝大多数Z值高于120，且δ¹³C值大于-2‰，说明四川盆地东部高台组沉积期整体处于陆表海环境，当时主要环境为盐度较大的海水—咸化海水环境。

图  8  四川盆地东部高台组碳酸盐岩—蒸发岩δ¹³Ｃ⁃Ｚ值关系图

Figure 8.  δ¹³C vs. Z in carbonatite⁃evaporites, Gaotai Formation, eastern Sichuan Basin

2） 古温度分析

原始海水温度对碳酸盐岩碳氧同位素有重要影响（陈荣坤，1994；杜洋等，2016），温度对δ¹⁸O值影响较大，结合前人对氧同位素与古温度间的温度指数（T）计算公式（罗贝维等，2013）：

通过以第四纪海相碳酸盐岩的δ¹⁸O平均值-1.2‰为标准进行年代校正（δ¹⁸O平均值-（-1.2‰）=δ¹⁸O），用实测值与年代校正中δ¹⁸O值相减，即可得到公式中的δ¹⁸O_CaCO3校正。结果显示高台组古海水温度介于23.10 ℃~40.64 ℃，平均温度为30.54 ℃，表明高台组沉积时期研究区为温暖或炎热的古气候。

海相碳酸盐岩中的Fe、Mn质量分数与成岩作用强度和埋藏深度相关（Meng et al.，2019）。Fe、Mn质量分数越高，埋藏越浅，成岩作用强度越低。高台组样品Fe、Mn微量元素数据显示（表2、图9），Fe值分布在366.39×10^-5~6 352.09×10^-5，平均值为1 766.65×10^-5，主要介于0~2 000×10^-5；Mn值分布在13.71×10^-5~45.15×10^-5，平均值为25.26×10^-5，主要介于10^-5~30×10^-5。

图  9  四川盆地东部高台组楼探1井Fe、Mn含量及S同位素组成（δ³⁴S）特征

Figure 9.  Characteristics of Fe and Mn contents and S isotopic composition (δ³⁴S) in the well LT1, Gaotai Formation, eastern Sichuan Basin

四川东北长兴组—飞仙关组碳酸盐岩中的Fe、Mn质量分数平均值为55.64×10^-5和6.10×10^-5（马永生，2015）；塔北地区寒武系下丘里塔格群碳酸盐岩中除缝洞充填物的Fe、Mn质量分数平均值为161.736 5×10^-5和9.122 1×10^-5（李斌等，2019）；川中南部寒武系碳酸盐岩中Fe、Mn质量分数平均值分别为650.29×10^-5和46.83×10^-5（图10a；刘丽红等，2017）。四川盆地东部高台组碳酸盐岩铁和锰质量分数具有比川东北长兴组—飞仙关组、塔北地区寒武系下丘里塔格群更高的特征；四川盆地东部高台组碳酸盐岩铁质量分数高于四川盆地中南部寒武系白云岩，锰质量分数略低，显示研究区高台组碳酸盐岩—蒸发岩共生体系经历了与大气水有关的相对开放体系中的成岩作用。研究区高台组碳酸盐岩—蒸发岩具有与川中南部寒武系碳酸盐岩相近的微量元素组成，说明其经历了相似的成岩作用过程。在表生暴露环境下的萨布哈模式下，受到大气降水的影响，沉积水体具有相对较高的Fe、Mn质量分数（表2、图10a）。

图  10  四川盆地东部与其他盆地Fe、Mn含量及S同位素组成（δ³⁴S）特征

Figure 10.  Characteristics of Fe and Mn contents and S isotopic composition (δ³⁴S) in the eastern Sichuan Basin and other basins

此次获得四川盆地东部高台组碳酸盐岩—蒸发岩共生样品的δ³⁴S值介于13.6‰~25.3‰，平均值为19.3‰，主要介于16.0‰~21.0‰（表2、图9）。最大值和最小值相差11.7‰，说明其物质来源或沉积环境波动较大（李庆宽等，2018；赵海彤等，2018；郑希民等，2019）。同期寒武系海水δ³⁴S的数值在30‰至45‰之间波动（Meng et al.，2019），研究区δ³⁴S值明显小于缺氧环境中海水的δ³⁴S值和其他同期盆地碳酸盐岩的δ³⁴S值，且仅有一个值大于25‰（图10b），表明高台组形成过程中，水体的氧化程度较高，厌氧细菌的还原作用微弱，其对石膏硫同位素的分馏作用贡献甚微。研究区碳酸盐岩—蒸发岩共生体系主体发育于“红层”中，反映沉积环境的氧化还原电位较高，不利于硫酸盐还原菌的生存，这种开放的沉积环境体现了共生体系沉积期盆地规模大、物源为海水的特征，同时受到大气降水加强水体氧化的影响。这可能就是研究区δ³⁴S值相对较低的原因。

通过对研究区20口钻井高台组碳酸盐岩与蒸发岩薄片观察，基于碳酸盐岩与蒸发岩的组合形式和蒸发岩的不同赋存状态，通过对碳酸盐岩—蒸发岩共生体系地球化学特征及地质意义进行研究，分析沉积过程与演化模式。前人认为共生体系中的碳酸盐岩—蒸发岩共生体系仅发育于水体相对局限的沉积环境，主要包括两种类型：（1）碳酸盐台岩地边缘局限—蒸发台地的潮坪—潮上带；（2）碳酸盐岩台地屏障后的潮坪和潟湖（徐安娜等，2016；文华国等，2021；Wang et al.，2022）。“潮坪萨布哈模式”和“水下浓缩沉积模式”是浅层碳酸盐岩—蒸发岩共生体系发育的两种重要模式（文华国等，2021）。

四川盆地东部地区高台组沉积时期表现为开放的氧化环境，沉积环境为碳酸盐岩局限台地，以潮坪、潟湖等沉积亚相为主，海水的盐度较高，气候条件表现为炎热干旱，同时受到大气降水的影响。在海平面相对较低的时期，气温高，沉积物中的孔隙水持续蒸发，在此阶段形成蒸发岩，部分蒸发岩在沉积过程中受到大气降水的影响开始溶解；在海平面相对较高的时期，随着海水的补给，沉积物孔隙水中的盐度降低，有利于碳酸盐岩的沉积，海平面周期性的上升和下降形成了碳酸盐岩—蒸发岩共生体系。在此背景下，共生体系的发育可分为两个阶段：（1）海平面下降时期蒸发岩—白云岩沉积阶段；（2）海平面上升时期白云岩—蒸发岩—灰岩沉积阶段。不同的沉积阶段导致蒸发岩的形态特征不同，可分为厚层状、层状、团块状和胶结物（图11）。

图  11  四川盆地东部高台组碳酸盐岩—蒸发岩共生体系沉积过程

Figure 11.  Sedimentation process of carbonatite⁃evaporite syngenetic system, Gaotai Formation, eastern Sichuan Basin

蒸发岩的特征表现为厚层状、层状、团块状形态。厚层状蒸发岩具块状结构特征，层厚一般大于5 cm，主要表现为纯石膏岩或盐岩，不含或少含过渡类型的碳酸盐岩，反映了水动力较差的氧化还原环境；层状蒸发岩具水平层理特征，层厚为0.01~5 cm，主要表现为相对厚的蒸发岩夹纹层状碳酸盐岩；团块状蒸发岩具斑块状特征，团块直径多小于0.01 cm，围岩一般为泥晶级碳酸盐岩，团块状蒸发岩的分选差，磨圆多为棱角状（图10）。

研究区沉积环境为局限碳酸盐台地，在海平面相对较低的时期，气温高，潟湖中的水体持续蒸发，导致潟湖的盐度增加，待其浓度达到石膏或盐岩的结晶程度时，蒸发岩出现沉淀。长期干旱炎热的气候条件和局限的潟湖环境有利于厚层状蒸发岩的发育，岩石组合序列上表现为碳酸盐岩—石膏—盐岩的特征，发育模式多表现为“水下浓缩沉积模式”（图11a）。

在潮坪—潮上带，沉积物中的孔隙水在干旱炎热的气候条件下持续蒸发，在此阶段强烈的蒸发作用导致海水浓度的提高，蒸发岩开始出现沉淀，同时提高了潮上带沉积物粒间水的Mg/Ca值（Xue et al.，2020），高的Mg/Ca值导致下覆文石或方解石发生白云石化。长时间的白云石化作用消耗了沉积物粒间水的Mg/Ca值，Ca²⁺浓度提高，富含Ca²⁺的孔隙流体又会为蒸发岩的形成提供重要的物质基础（Evans and Nunn，1989）。部分蒸发岩在沉积过程中受到大气降水的影响出现溶解和断裂的现象。岩石组合序列上表现为蒸发岩—碳酸盐岩—蒸发岩—碳酸盐岩互层式的特征，发育模式多表现为“潮坪萨布哈模式”（图11b）。

蒸发岩的特征表现为团块状和胶结物形态。团块状蒸发岩具斑点状特征，围岩一般为泥晶级碳酸盐岩，分选较差磨圆多为次棱角状；蒸发岩胶结物具散点状特征，无固定形状，围岩为泥晶级碳酸盐岩或颗粒碳酸盐岩（图11）。

研究区总体表现为炎热干旱的沉积环境，海平面的相对上升有利于碳酸盐岩的发育，海水和大气降水的双重补给使潟湖水体和孔隙水的盐度下降，不利于蒸发岩的发育甚至使前期形成的蒸发岩出现断裂和溶解，导致蒸发岩以团块状和胶结物的形式赋存在碳酸盐岩中。岩石组合序列上表现为碳酸盐岩—蒸发岩—碳酸盐岩夹层式的特征，发育模式多表现为“潮坪萨布哈模式”（图11c）。

伴随着周期性的海水快速流入和退出，在局限萨布哈盐水的潟湖或潮坪等氧化还原环境中，炎热干旱气候，导致在海平面下降时期发生准同生蒸发岩的沉积和准同生碳酸盐岩的白云石化作用；在海平面上升时期，受到大气降水的影响发生同生蒸发岩的断裂溶解和准同生碳酸盐岩的沉积，导致了碳酸盐岩—蒸发岩共生体系在研究区的广泛发育。

在地球化学分析揭示的古气候、古海洋环境信息的基础上，结合共生体系岩石组合序列岩石学特征、层序格架内分布和体系域内的平面展布特征，对共生体系成因模式进行研究，并对共生体系沉积机理进行了分析（图12）。

图  12  四川盆地东部高台组碳酸盐岩—蒸发岩共生体系沉积机理

Figure 12.  Sedimentation mechanism of carbonatite⁃evaporite syngenetic system, Gaotai Formation, eastern Sichuan Basin

四川盆地东部地区高台组时期，属于海退背景。在沉积早期，海平面上升，颗粒滩体退积，碳酸盐局限台地处于海平面以下，研究区低部位发育进积或加积的灰岩，西部高部位蒸发强烈，由于毛细管浓缩作用或回流渗透作用存在少量含膏白云岩的沉积，该时期共生体系极少发育（图12a）。在高位域中期，海平面下降，颗粒滩体进积，研究区低部位发育灰岩，滩间发育潟湖沉积蒸发岩，与下覆碳酸盐岩形成蒸发岩上覆碳酸盐岩的组合序列；滩后与潟湖之间形成的微高地由于属于暴露强蒸发环境沉积蒸发岩，后由于Ca/Mg比例失衡，富Mg²⁺流体在毛细管浓缩作用下形成白云岩，形成碳酸盐岩与蒸发岩互层的组合序列；潟湖在强蒸发环境下沉积巨厚石膏岩，潟湖湖面逐渐降低与石膏岩大致平齐，在毛细管浓缩作用下形成薄层白云岩，湖底灰岩、石膏岩与薄层白云岩形成碳酸盐岩夹蒸发岩的组合序列；潟湖后高地在强蒸发环境下沉积石膏岩，与下伏白云岩形成碳酸盐岩上覆蒸发岩的组合序列（图11b）。在沉积中期，海平面略上升，颗粒滩体加积，研究区低部位发育灰岩，加积的滩体与下伏石膏岩组成了碳酸盐岩上覆蒸发岩的组合序列；海平面的略上升为滩后与潟湖间的白云岩沉积提供了充足的空间和物源，在毛细管浓缩作用下发育白云岩，导致白云岩增厚与上期形成的岩石组合序列组合形成了碳酸盐岩夹蒸发岩组合序列；海平面的略上升同样也为潟湖的石膏岩沉积提供了充足的空间和物源，形成的石膏岩与上期形成的岩石组合序列组合形成了蒸发岩夹碳酸盐岩组合序列；潟湖后高地没有得到海水空间和物源的补给，可能由于在暴露环境中，受大气降水影响出现石膏岩的溶解（图12c）。在沉积晚期，海平面大幅下降，颗粒滩体进积，研究区低部位发育灰岩，滩后潟湖形成的石膏岩与下伏灰岩组合形成蒸发岩上覆碳酸盐岩的岩石组合序列；滩间潟湖沉积的石膏岩与上期的岩石组合序列形成了碳酸盐岩与蒸发岩互层组合序列；滩后与潟湖间的白云岩由于毛细管浓缩作用出现沉积与上期形成的岩石组合序列组合形成了碳酸盐岩夹蒸发岩组合序列；潟湖与湖后高地由于处在暴露环境中，未受到海水补给和保护，可能受大气降水影响出现石膏岩的溶解（图12d）。总之，碳酸盐岩—蒸发岩共生体系岩石组合序列的发育是海平面周期升降运动、滩体障壁作用、干旱炎热的气候和较大海水盐度综合作用的结果。

通过对研究区碳酸盐岩与蒸发岩的组合形式和蒸发岩的赋存状态，基于沉积过程与沉积模式及岩相古地理，对共生体系的演化模式进行探讨。

前人认为海相碳酸盐岩—蒸发岩共生体系主要发育在萨布哈、潟湖或潮坪等暴露蒸发环境（Pan and Erwin，2002；Yang et al.，2017；Hauck et al.，2018），部分发育在碳酸盐斜坡（张琼，2021）。四川盆地东部地区高台组沉积环境主要表现为碳酸盐岩和陆源碎屑岩混合沉积的局限台地相沉积。高台组早期，研究区经历一次相对较长时间的海退，研究区西部主要发育混积潮坪亚相，东部发育潮坪亚相；高台组中期，研究区经历一次短暂的海退，西部发育的混积潮坪亚相范围减小，研究区主要发育潮坪亚相，持续的蒸发环境导致大规模的膏质潮坪沉积，也促进了膏质潟湖的发育；高台组晚期由于兴凯运动的加剧、持续性的海退和古隆起的影响，研究区西部部分地层受到剥蚀（胡忠贵等，2023；王纪煊等，2024）。

海相碳酸盐岩的成分和矿物学证据显示，寒武纪时期海水与现代海水成分截然不同，属于富Ca²⁺低SO42-的“方解石海”（Meng et al.，2018），高Ca和高盐度的海水是碳酸盐岩—蒸发岩共生体系发育的主要物质来源。海平面上升时相对开放的沉积环境和海平面下降时半封闭的沉积环境快速交替，为共生体系的沉积提供了物质保障和环境条件。寒武系干旱炎热的古气候更是催化了共生体系的发育。

碳酸盐岩—蒸发岩共生体系的岩石组合序列揭示了不同海平面条件与沉积过程。海平面下降时期蒸发岩—白云岩沉积阶段存在两个沉积模式，在潟湖表现为“水下浓缩沉积模式”，在潮坪表现为“萨布哈模式”；海平面上升时期白云岩—蒸发岩—灰岩沉积阶段主要表现为“潮坪萨布哈模式”（图13）。

图  13  四川盆地东部高台组碳酸盐岩—蒸发岩共生体系沉积演化模式

Figure 13.  Sedimentary evolutionary pattern of carbonatite⁃evaporite syngenetic system, Gaotai Formation, eastern Sichuan Basin

海平面下降时期气候干旱，大气降水减少，海水补给较少，蒸发作用剧烈，局限台地中潟湖和潮坪中的水分快速蒸发，蒸发岩矿物析出，在潟湖中形成厚层状蒸发岩、潮坪中形成层状蒸发岩，蒸发岩的形成导致流体富Mg²⁺促进了碳酸盐岩的发育。随着靠近海岸线，强蒸发沉积环境逐渐减弱，不利于蒸发岩的发育。从局限台地潮坪的潟湖—蒸发潮坪环境到开阔台地环境，蒸发岩呈现不同的赋存状态，依次为厚层状、层状、团块状和胶结物形态，主要发育蒸发岩上覆碳酸盐岩、碳酸盐岩与蒸发岩互层、蒸发岩夹碳酸盐岩和碳酸盐岩上覆蒸发岩的岩石组合序列。

海平面上升时期气候相对湿润，存在大气降水补给，主要是海水补给，大气降水和海水补给对该时期蒸发岩的发育起到了一定的破坏作用。此时期水分的补给和蒸发的相对减弱，导致沉积水体的蒸发岩矿物含量相对较低，厚层状、层状和团块状蒸发岩发育较少，膏质通常以团块状中的斑点状或散点状胶结物的形式存在。该时期主要表现为含膏质胶结物的碳酸盐岩沉积，与海平面下降时期发育的碳酸盐岩—蒸发岩共生体系多组合为碳酸盐岩夹蒸发岩和蒸发岩上覆碳酸盐岩的岩石组合序列。

富Ca²⁺低SO42-的“方解石海”和干旱气候条件下碳酸盐岩—蒸发岩共生体系沉积模式以海平面的波动上升下降循环往复为特征，形成了各种不同样式的蒸发岩赋存状态和共生体系岩石组合序列，代表了研究区干旱与湿润气候条件的循环变化，体现海平面控制下共生体系沉积模式的演化，为海相蒸发环境碳酸盐岩—蒸发岩共生体系沉积模式提供了新的思路与认识。

（1） 四川盆地东部地区高台组碳酸盐岩—蒸发岩共生体系五类岩石组合序列包括：碳酸盐岩与蒸发岩互层（A），蒸发岩夹碳酸盐岩（B），蒸发岩上覆碳酸盐岩（C），碳酸盐岩上覆蒸发岩（D），碳酸盐岩夹蒸发岩（E）。共生体系主要发育在研究区中部和南部，岩石组合序列连续性较好，在垂向上和平面上的变化快。

（2） 研究区绝大多数Z值大于120，且δ¹³Ｃ值大于-2‰；古海水温度介于23.10 ℃~40.64 ℃，平均温度为30.54 ℃，较高的Fe值（平均值1 766.65×10^-5）、Mn值（平均值为25.26×10^-5）和较低的S同位素值（平均值为19.3‰），表明高台组沉积环境为温暖或炎热的古气候和咸化海水环境，水体氧化程度较高，经历了与大气水有关的相对开放体系中的成岩作用。

（3） 富Ca²⁺低SO42-的“方解石海”、干旱炎热的气候条件、半开放半封闭的沉积环境和海平面的上升下降循环形成了不同的蒸发岩赋存状态和共生体系岩石组合序列，共生体系的发育可分为两个阶段：海平面下降时期蒸发岩—白云岩沉积阶段、海平面上升时期白云岩—蒸发岩—灰岩沉积阶段。存在两个沉积模式，在潟湖表现为“水下浓缩沉积模式”，在潮坪表现为“萨布哈模式”。