近期,四川盆地中二叠统茅口组白云岩储层勘探不断取得突破,但其白云岩的类型与成因备受争议。以川西地区典型钻井和露头剖面的茅口组二段(茅二段)白云岩为研究对象,基于岩石薄片鉴定,主量/微量元素、碳/氧/锶同位素和稀土元素测定及流体包裹体测温等技术分析,划分出白云岩类型,建立了2类3期白云石化作用模式。研究结果表明:根据产状和结构,川西地区茅二段可分为与灰岩呈层状/斑状伴生的粉晶白云岩、与硅质结核/硅质条带伴生的粉晶白云岩、薄层状粉晶白云岩、中层状细晶白云岩、厚层块状细晶—中晶白云岩和中晶—粗晶白云岩。与灰岩伴生的粉晶白云岩、与硅质伴生的粉晶白云岩和薄层状粉晶白云岩的δ¹³C、δ¹⁸O、⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值处于中二叠世海水范围内,稀土元素具有Ce正异常,流体包裹体均一温度为111.0~136.9℃;相较于同期海水,中层状细晶白云岩、厚层块状细晶—中晶白云岩的δ¹⁸O偏负,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值偏高,稀土元素具有Ce正异常,流体包裹体均一温度为121.9~147.6℃;中晶—粗晶白云岩的δ¹³C、δ¹⁸O显著偏负,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr比值显著偏高,稀土元素具有明显Eu正异常,流体包裹体均一温度为153.2~189.2℃。川西地区中二叠统茅二段白云岩为相控型海泡石成岩转化水白云石化作用成因,高能颗粒滩相区是白云石化作用的主要发育区域,不同类型的白云岩形成于海泡石不同成岩转化阶段释放的成岩转化水。前述3类粉晶白云岩形成于海泡石成岩转化初期释放的少量成岩转化水,2类细晶—中晶白云岩形成于海泡石成岩转化高峰期释放的足量成岩转化水,中晶—粗晶白云岩形成于构造-热液活动期受热液改造的成岩转化水。相控型海泡石成岩转化水白云石化作用模式可为茅口组白云岩储层的预测提供参考。