準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組白云質(zhì)巖儲(chǔ)集層白云石成因

唐勇，呂正祥，何文軍，卿元華，李響，宋修章,6，楊森，曹勤明,7，錢永新，趙辛楣

（1.中國(guó)石油新疆油田公司，新疆克拉瑪依 834000；2.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，成都 610059；3.“油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 成都理工大學(xué)，成都 610059；4.中國(guó)石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依 834000；5.成都師范學(xué)院史地與旅游學(xué)院，成都 611130；6.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)公司中海油實(shí)驗(yàn)中心，天津 300450；7.中國(guó)石油化工股份有限公司西南油氣公司，成都 610041）

0 引言

準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷下二疊統(tǒng)風(fēng)城組（P1f）源內(nèi)含油氣系統(tǒng)的油氣類型主要為致密油，且主要蘊(yùn)藏在細(xì)粒白云質(zhì)巖中。如凹陷區(qū)的瑪湖28、瑪湖33等井鉆遇厚層細(xì)粒白云質(zhì)巖且油氣顯示段厚度大，并獲得高產(chǎn)工業(yè)油流；特別是在瑪湖凹陷北部實(shí)施的瑪頁 1井鉆獲白云質(zhì)巖累計(jì)厚度達(dá)235 m，且均見油氣顯示，測(cè)試日產(chǎn)油 23.33 t[1]，白云質(zhì)巖是該地區(qū)最重要的致密油有效儲(chǔ)集層[2]?，敽枷蒿L(fēng)城組白云質(zhì)巖儲(chǔ)集層形成機(jī)制不清晰制約對(duì)該類儲(chǔ)集層的有效預(yù)測(cè)與進(jìn)一步勘探[3]，其中一個(gè)關(guān)鍵制約因素就是白云石成因不明確。因此，對(duì)瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖中的白云石成因研究，有助于弄清該地區(qū)致密油儲(chǔ)集層形成機(jī)制[3]，對(duì)指導(dǎo)瑪湖凹陷致密油勘探開發(fā)有重要意義。

按湖水化學(xué)組分差異，可將陸相鹽湖（礦化度大于3.5%）劃分為碳酸鹽型（堿湖）、硫酸鹽型和氯化物型3種[4]。陸相白云巖（或白云石）主要發(fā)育于鹽湖環(huán)境[5]。鹽湖中發(fā)育大量嗜鹽細(xì)菌、藻類[4]，許多學(xué)者利用微生物白云石化模式解釋鹽湖白云石成因[6-7]。一些學(xué)者根據(jù)微生物在白云石形成過程中的作用，將其視為一種誘導(dǎo)媒介而不是獨(dú)立的白云石化模式[4,8-9]。頁巖——細(xì)粒沉積巖的典型代表，在埋深達(dá)到 1 000～1 500 m時(shí)保留的孔隙度仍超過30%[10]，湖盆蒸發(fā)形成的高濃度富Mg2+鹵水，在重力作用下沿斜坡回流使下伏沉積物發(fā)生白云石化，因此，可用回流滲透白云石化模式解釋淺埋藏期湖相白云石的成因[11]。在湖相白云巖成因研究中，準(zhǔn)同生白云石化常作為一種主要的機(jī)制[5,7,11-13]。目前埋藏白云石化通常作為早期白云石化加強(qiáng)或調(diào)整的過程[8]?，敽枷蒿L(fēng)城組是典型的陸相堿湖沉積[3]，堿性礦物（包括碳鈉鈣石、碳?xì)溻c石等）較發(fā)育，且白云石化作用廣泛，形成富含白云石的白云質(zhì)巖。關(guān)于瑪湖凹陷二疊系風(fēng)城組白云石的主要成因，目前存在3種不同的觀點(diǎn)：①準(zhǔn)同生白云石化與埋藏白云石化[14-15]。②白云石主要源于回流-滲透白云石化，埋藏白云石化對(duì)其進(jìn)一步改造[2,16]。③白云石主要與火山熱液有關(guān)[17-18]。上述3種觀點(diǎn)主要基于一般鹽湖（硫酸鹽型和氯化物型）和海相白云石形成模式解釋瑪湖凹陷風(fēng)城組白云石成因，未考慮堿湖沉積-成巖環(huán)境下白云石形成的特殊性。

一般情況下，堿湖 pH值為 9～11，總礦化度為100～350 g/L，主要陽離子有 K+、Na+、Ca2+和 Mg2+[4]，其特殊的流體地球化學(xué)條件使堿湖沉積巖具有不同于一般鹽湖的成巖演化特征[19]，且瑪湖凹陷風(fēng)城組堿湖沉積形成與周緣火山巖及同沉積火山活動(dòng)密切相關(guān)[20]，一般鹽湖白云石的形成模式難以直接用于解釋堿湖白云石的成因。同位素、微量元素和稀土元素等地球化學(xué)分析方法提高了白云石成因解釋的精度，但是，如果缺乏有效的約束條件，在分析白云石成因時(shí)則存在多解性。因此，本文以鉆井巖心、薄片分析為基礎(chǔ)，研究白云質(zhì)巖的巖石礦物學(xué)以及成巖特征，結(jié)合掃描電鏡、同位素、包裹體、X-射線衍射、元素、電子探針、能譜等測(cè)試分析手段，對(duì)白云質(zhì)巖儲(chǔ)集層中自生白云石成因進(jìn)行系統(tǒng)研究，以期為尋找優(yōu)質(zhì)白云質(zhì)巖儲(chǔ)集層提供理論支撐。

1 地質(zhì)背景

瑪湖凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣（見圖1a），面積約 6 800 km2，是準(zhǔn)噶爾盆地重要的富烴凹陷，自 20世紀(jì)80年代開始勘探以來，發(fā)現(xiàn)多個(gè)億噸級(jí)儲(chǔ)量區(qū)，是準(zhǔn)噶爾盆地近期增儲(chǔ)上產(chǎn)的主要區(qū)域[21]。早二疊世風(fēng)城組沉積期，瑪湖凹陷為一封閉湖泊，總體上為干旱—半干旱氣候，廣泛發(fā)育堿湖沉積[22]，白云質(zhì)巖（指巖樣中白云石含量超過 10%的巖石的統(tǒng)稱[2,14]）在地層中大量分布。堿湖環(huán)境一直持續(xù)到中二疊統(tǒng)夏子街組沉積晚期[23]，三疊紀(jì)末期瑪湖凹陷基本消亡[2]。研究區(qū)下二疊統(tǒng)風(fēng)城組厚 200～1 400 m，白云質(zhì)巖累計(jì)厚度為100～300 m。風(fēng)城組自下而上劃分為3段（見圖1b）：①風(fēng)一段（P1f1），厚度30～370 m，下部、中部以火山巖、凝灰?guī)r為主，上部主要為富含有機(jī)質(zhì)的泥巖和白云質(zhì)巖類互層，夾鹽巖，白云質(zhì)巖累計(jì)厚度10～235 m；②風(fēng)二段（P1f2），厚度30～650 m，以白云質(zhì)凝灰?guī)r、白云質(zhì)泥巖為主，并發(fā)育多套鹽巖，白云質(zhì)巖累計(jì)厚度5～236 m；③風(fēng)三段（P1f3），厚度30～560 m，下、中部以白云質(zhì)泥巖為主，上部以白云質(zhì)粉砂巖、泥巖為主，白云質(zhì)巖累計(jì)厚度10～128 m。白云質(zhì)巖主要分布于風(fēng)一段上部、風(fēng)二段和風(fēng)三段下部[14]。風(fēng)城組是瑪湖凹陷的主要烴源巖層和產(chǎn)油氣層[2,21]。

圖1 瑪湖凹陷構(gòu)造位置圖（a）和風(fēng)城組巖性柱狀圖（b）

2 樣品與方法

根據(jù)鉆井中白云質(zhì)巖的含油氣顯示情況，分別在瑪湖凹陷北部、中部和南部各選取含油氣顯示較好的14口井制備了164塊薄片，應(yīng)用配置有熒光發(fā)射裝置的光學(xué)顯微鏡（徠卡DM2500）進(jìn)行巖礦鑒定、成巖作用、油氣充注特征分析等。為準(zhǔn)確落實(shí)各種成巖現(xiàn)象發(fā)生的先后順序，進(jìn)一步選擇30塊樣品進(jìn)行掃描電鏡（SEM）分析，對(duì)光學(xué)顯微鏡下未能識(shí)別出的礦物進(jìn)行能譜分析（EDS），掃描電鏡儀器為CARL ZEISS EVO MA15/LS 15，能譜儀為TEAMTM XLT EDS電制冷能譜儀。針對(duì)研究區(qū)白云石賦存方式、形成期次多樣以及部分白云石晶粒細(xì)小難識(shí)別的特點(diǎn)，進(jìn)一步選取了29塊薄片進(jìn)行陰極發(fā)光（CL）分析，觀察其發(fā)光特點(diǎn)。

根據(jù)風(fēng)城組白云質(zhì)巖顆粒細(xì)、鹽類礦物在磨制薄片過程中易溶解的特點(diǎn)，利用顯微薄片觀察結(jié)果，選擇48塊發(fā)育不同賦存狀態(tài)白云石的樣品進(jìn)行礦物組成分析（XRD）[24]，儀器為D/max-2500pc型X射線衍射分析儀。在此基礎(chǔ)上，從MY1、K207、FN052等6口井選擇27個(gè)樣品進(jìn)行常量元素、微量元素檢測(cè)[25-26]，儀器為NexION 350X電感耦合等離子體質(zhì)譜儀和PW2404型X熒光光譜儀（XRF）。

根據(jù)不同白云石的晶形及其賦存方式，選擇了MY1、K207和 FN14等 5口井的 18個(gè)樣品，利用D/MAX-ⅢC型衍射儀測(cè)定白云石的有序度。為獲得自生白云石形成溫度和形成時(shí)的流體特征等，磨制了MY1、MH28和K207等6口井的8塊流體包裹體+微區(qū)碳氧同位素多用片，首先采用Linkam THMS-600冷熱臺(tái)測(cè)定其均一溫度和冰點(diǎn)溫度[27]，然后用激光取樣器采取同一白云石晶體樣品進(jìn)行質(zhì)譜儀分析[28]；同時(shí)還選取13個(gè)白云石等碳酸鹽礦物組成單一的樣品（來自MY1、MY2及FN14等7口井）進(jìn)行全巖碳氧同位素組成分析，對(duì)原位同位素組成分析進(jìn)行補(bǔ)充。

因?yàn)殒J同位素組成具有較好的年代指示特征，為更好約束碳、氧同位素組成、常量與微量元素反映的成巖流體信息，選取碳酸鹽礦物組成單一的10個(gè)白云質(zhì)巖樣品進(jìn)行微鉆取樣，采用Triton Plus熱電離同位素質(zhì)譜儀測(cè)定87Sr/86Sr值[29]。為獲得這些白云石沉淀過程中的流體化學(xué)特征，選取8個(gè)樣品進(jìn)行了共30點(diǎn)的電子探針成分分析，對(duì)具環(huán)帶生長(zhǎng)構(gòu)造的白云石在同一白云石晶體上進(jìn)行了從晶體中央到晶體邊緣的連續(xù)采樣分析，測(cè)定Al2O3、MgO和FeO等9種微區(qū)成分。

常量與微量元素、原位微區(qū)碳氧同位素組成、流體包裹體測(cè)溫、掃描電鏡（能譜）實(shí)驗(yàn)分析在中海油實(shí)驗(yàn)中心完成；全巖碳氧同位素組成測(cè)試由中國(guó)石油天然氣成藏與開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成；成都理工大學(xué)油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成了薄片制備及觀察、全巖礦物X射線衍射、白云石有序度、鍶同位素組成、陰極發(fā)光和電子探針等分析。

3 白云質(zhì)巖巖石學(xué)特征及白云石微觀特征

3.1 白云質(zhì)巖巖石學(xué)特征

瑪湖凹陷風(fēng)城組巖性復(fù)雜，主要包括陸源碎屑巖、火山巖、火山碎屑巖、白云質(zhì)巖，在凹陷區(qū)白云質(zhì)巖最為發(fā)育。風(fēng)城組白云質(zhì)巖主要包括白云質(zhì)火山碎屑巖類、白云質(zhì)砂（礫）巖類、白云質(zhì)火山熔巖類和白云質(zhì)泥巖-粉砂巖類，其中占比最高的是白云質(zhì)凝灰?guī)r類。風(fēng)城組白云質(zhì)巖主要由石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石、白云石、鹽類礦物、火山玻璃組成。自生礦物以白云石為主，方解石及其他鹽類礦物（包括碳鈉鈣石、碳酸氫鈉石、天然堿、蘇打石、硅硼鈉石等）也廣泛分布；脫?；腿芪g作用產(chǎn)生的蛋白石、石英等硅質(zhì)礦物以及自生長(zhǎng)石、沸石等鋁硅酸鹽礦物也常見。

3.2 自生白云石微觀特征

瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖中，分布最廣泛、含量最高的是半自形、半自形—自形白云石（見圖 2）。為方便對(duì)比分析，將白云石過渡晶形如他形—半自形、半自形—自形等劃歸半自形，從而將白云石晶形分為自形、半自形和他形3種。白云石晶體以微晶、粉晶、細(xì)晶為主，其中含量最高的是粉晶。白云石含量在不同類型巖石中存在較大差異，整體而言，顆粒較細(xì)的白云質(zhì)凝灰?guī)r、陸源碎屑巖中白云石含量高。白云質(zhì)凝灰?guī)r中的白云石主要以粉晶、細(xì)晶半自形白云石為主，表現(xiàn)為斑狀、團(tuán)塊狀和條帶狀等（見圖 2c—圖 2e）。在相對(duì)較粗的陸源碎屑巖中，白云石主要以他形為主，以膠結(jié)和交代顆粒形式出現(xiàn)，多表現(xiàn)為連晶狀（見圖2f）。

對(duì)比白云質(zhì)巖中主要的白云石晶形差異及其物性特點(diǎn)，反映出物性相對(duì)好的白云質(zhì)巖中主要發(fā)育半自形類白云石，而自形白云石為主的白云質(zhì)巖的孔隙度較低。因此在對(duì)瑪湖凹陷風(fēng)城組自生白云石成因分析時(shí)，重點(diǎn)針對(duì)半自形白云石。

4 白云石形成時(shí)期

白云石的形成是元素、同位素遷移和重新組合的過程，在不同成巖階段或不同成巖條件下，其遷移特征發(fā)生不同程度的變化[30]。弄清白云石的形成時(shí)期，可以約束白云石形成環(huán)境的物理、化學(xué)條件，從而更好的解釋不同成巖階段白云石的物質(zhì)來源、演化和形成機(jī)制[30]。因此，首先通過微觀分析識(shí)別出各類晶形白云石的賦存特征，明確其形成的先后順序；再通過包裹體溫度、原位氧同位素組成計(jì)算溫度，并結(jié)合熒光特征，以及烴源巖演化特征等，確定白云石的形成時(shí)期。

4.1 基于微觀賦存特征識(shí)別白云石形成序列

瑪湖凹陷風(fēng)城組微晶、粉晶半自形白云石的陰極發(fā)光以橘紅、橘紅—橘黃色為主（見圖2b、圖2d、圖2e），并且常在收縮縫及層理面附近聚集（見圖2a、圖2c）?；鹕饺蹪{及泥巖干裂形成的收縮縫，主要形成于同生—早成巖階段，說明半自形白云石主要沉淀于準(zhǔn)同生—淺埋藏期。呈充填狀、交代狀的他形白云石陰極發(fā)光以暗紅色、不發(fā)光為主（見圖2g），主要形成于中埋藏期。構(gòu)造裂縫和溶蝕孔洞中充填的細(xì)晶白云石（見圖2h），不具陰極發(fā)光（見圖2i），流體包裹體均一溫度多大于120 ℃，說明其多形成于中—深埋藏期。

圖2 瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖中白云石微觀特征

4.2 流體包裹體及氧同位素地質(zhì)溫度計(jì)測(cè)溫

利用同時(shí)獲得了均一溫度和原位氧同位素組成的8個(gè)樣品反演礦物形成時(shí)的流體氧同位素組成[31-32]。根據(jù)4個(gè)收縮縫中的方解石、白云石樣點(diǎn)δ18O值，計(jì)算得到流體δ18O值為 3.86‰～5.55‰，顯著高于二疊紀(jì)平均海水δ18O值[33]，位于油田鹵水δ18O值范圍內(nèi)[33]。取其均值 4.69‰為流體氧同位素組成來反演埋藏白云石和早期其他碳酸鹽礦物的形成溫度。4個(gè)晚期縫洞中充填粗晶白云石樣點(diǎn)的流體δ18O 值為 14.46‰～15.78‰，具有顯著偏正特點(diǎn)，接近巖漿熱液δ18O值[33]，推測(cè)主要是受到深部熱流體的影響，取其均值15.06‰反演風(fēng)城組熱液白云石的形成溫度。早期鹽類礦物（碳鈉鈣石、氯碳鈉鎂石）形成溫度為17～28 ℃（平均值為24 ℃），與研究區(qū)早二疊世干熱氣候條件以及現(xiàn)代全球暖相鹽類礦物主要分布于 16～25 ℃溫度帶[4]的特征吻合較好，說明了成巖流體氧同位素組成取值較合理。

綜合包裹體均一溫度和氧同位素組成計(jì)算溫度可知，瑪湖凹陷風(fēng)城組白云石主要形成于 60～90 ℃、90～120 ℃和120～150 ℃ 3個(gè)溫度區(qū)間（見圖3），半自形白云石主要形成溫度區(qū)間分別為 60～90 ℃和90～120 ℃。根據(jù)一些學(xué)者對(duì)埋藏環(huán)境深度的界定[34-35]以及瑪湖凹陷風(fēng)城組埋藏史[36]可知，研究區(qū) 3期白云石分別形成于中二疊世早期的淺埋藏環(huán)境、中二疊世中期的中埋藏環(huán)境和中二疊世晚期的中—深埋藏環(huán)境。半自形白云石主要形成于中二疊世早期—中期，屬于早成巖階段的沉淀礦物。

圖3 瑪湖凹陷風(fēng)城組白云石和其他碳酸鹽礦物形成溫度分布圖

4.3 基于顯微熒光推斷白云石沉淀溫度

根據(jù)瑪湖凹陷風(fēng)城組中半自形白云石流體包裹體的熒光及其溫度特征，未捕獲油氣包裹體的白云石的沉淀溫度為 58.07～69.96 ℃，其古埋深多小于1 000 m（見圖4a）；具橙黃、黃色熒光油氣包裹體的白云石（見圖4b—圖4c）沉淀溫度為86.06～97.40 ℃，對(duì)應(yīng)第Ⅰ期油氣充注；具有綠色、黃綠色熒光的油氣包裹體的白云石（見圖 4d—圖 4e）的沉淀溫度為120.9～122.8 ℃，對(duì)應(yīng)第Ⅱ期油氣充注，說明黃色熒光包裹體形成早，綠色熒光形成晚。部分半自形具有環(huán)帶狀熒光，由中部到晶體邊部，熒光由黃色向綠色變化（見圖 4f），說明其沉淀初期為烴源巖低成熟期，而晶體外圍生長(zhǎng)時(shí)，烴源巖已進(jìn)入成熟期。因此，根據(jù)風(fēng)城組半自形白云石主要為橙黃色、黃色熒光特點(diǎn)，可以間接推斷其主要形成于淺埋藏期的早成巖階段。

圖4 瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖中白云石及其共生礦物流體包裹體與熒光特征

4.4 基于白云石有序度推斷形成時(shí)期

風(fēng)城組中各類白云石的有序度分布特征為：半自形的為0.49～0.76（見圖2c），均值為0.59；他形的為0.64～0.79（見圖 2f），均值為 0.70；自形的有兩種：①低有序度（小于 0.7），有序度為 0.43；②高有序度（大于等于0.7），為0.71～0.97，平均值為0.79。根據(jù)有序度與白云石化機(jī)制的相關(guān)關(guān)系[12,31]，風(fēng)城組低有序度自形白云石、半自形白云石相當(dāng)于準(zhǔn)同生期形成，他形白云石、高有序度自形白云石相當(dāng)于中—深埋藏期形成。

綜上可知，風(fēng)城組中白云石主要形成于中二疊世早期的淺埋藏環(huán)境，其次為中二疊世中期的中埋藏環(huán)境。

5 形成白云石的物質(zhì)來源及流體演化

5.1 物質(zhì)來源

5.1.1 巖石化學(xué)成分示蹤

本次研究中觀察到的風(fēng)城組白云質(zhì)巖中的白云石均為沉淀形成，不發(fā)育陸源碎屑白云石。

瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖常量元素配分模式與中國(guó)平均中性、中—酸性巖元素配分模式相似，說明白云質(zhì)巖中碎屑物質(zhì)來源主要是中性、中—酸性火山巖（見圖5）。白云質(zhì)巖常量、微量元素配分模式與鹽湖、海相泥巖相應(yīng)配分模式相似（見圖5）；白云質(zhì)巖相對(duì)富集 Mg、Ca、Na、K 與 Li、Ni、Cu、Sr、Mo、U 元素，分析其主要原因是這些元素在風(fēng)化作用過程中遷移能力較強(qiáng)，容易在堿湖水體中聚集[37]。因此，風(fēng)城組中白云石的形成與堿湖流體具有成因聯(lián)系。

圖5 瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖常量元素（a）與微量元素（b）配分模式圖（火成巖（中國(guó)）數(shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[38-39]；鹽湖黏土數(shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[40-41]；頁巖、海相泥巖數(shù)據(jù)據(jù)文獻(xiàn)[37]）

5.1.2 同位素示蹤

風(fēng)城組中自生白云石的δ13C值與二疊系海相（咸水）碳酸鹽δ13C值[42]和古代海相白云石δ13C值[43]大致相當(dāng)，且以重碳同位素組成為主，約87%的樣品δ13C值大于0。約68%的樣品δ18O值為-8.03‰～2.38‰，與二疊系海相（咸水）碳酸鹽δ18O值[42]和古代海相白云石δ18O值[43]相近。

采用 Keith和 Weber根據(jù)δ18O、δ13C建立的古鹽度（Z）的計(jì)算公式[42]，計(jì)算得到白云石Z值為118～142，約95%的樣品Z值大于120，指示咸水環(huán)境。

利用冰點(diǎn)溫度計(jì)算得到風(fēng)城組中白云石沉淀時(shí)的溶液濃度為13.99%～20.27%[27]，也說明白云石化流體為高鹽度鹵水。

綜上可知，風(fēng)城組白云石化的流體性質(zhì)主要為高鹽度咸水。

風(fēng)城組白云石碳氧同位素組成分布范圍與國(guó)內(nèi)外現(xiàn)代和古代與受火山活動(dòng)顯著影響的堿湖碳氧同位素組成分布范圍基本一致[6,31]。風(fēng)城組大部分白云石δ18O偏負(fù)，而δ13C明顯偏正，難以用傳統(tǒng)的埋藏白云石化作用對(duì)其成因進(jìn)行合理解釋。風(fēng)城組中自生白云石δ13C值為2.07‰～5.74‰，平均值為3.69‰，接近無機(jī)碳δ13C值[33]（-9.00‰～2.70‰），遠(yuǎn)高于現(xiàn)代鹽湖同生白云石δ13C值（1.31‰）[43]（見圖 6a）及有機(jī)碳δ13C值[33]（-35.00‰～-19.40‰）。第Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期白云石δ13C值基本未發(fā)生變化（見圖6a），說明埋藏過程有機(jī)質(zhì)演化產(chǎn)生的CO2對(duì)δ13C值幾乎沒有影響。因此，風(fēng)城組自生白云石中的碳除了部分來源于堿湖沉積水體之外，火山物質(zhì)提供的富13C的CO2是碳的重要來源。

風(fēng)城組自生白云石δ18O值為-10.54‰～6.32‰，平均為-2.21‰，明顯高于現(xiàn)代鹽湖同生白云石δ18O值（-4.65‰）[43]（見圖6b）。第Ⅱ期白云石δ18O值遠(yuǎn)低于第Ⅰ期白云石δ18O值（見圖6b），反映了埋藏過程中升溫導(dǎo)致的18O虧損。第Ⅰ期白云石δ18O值一般為-4.53‰～0.63‰，代表了淺埋藏低溫條件下堿湖水體氧同位素組成，部分δ18O正值主要是因火山熱液的影響。第Ⅱ期白云石δ18O值分布區(qū)間為-8.03‰～-5.05‰，平均值為-6.60‰，主要與埋藏升溫有關(guān)。第Ⅲ期白云石δ18O 值為-10.54‰～2.38‰，平均值為-2.03‰，整體差異較大，δ18O負(fù)值主要與埋藏升溫有關(guān)，δ18O正值主要與富18O的火山物質(zhì)有關(guān)。

圖6 瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖中白云石平均δ13C值（a）與平均δ18O值（b）分布直方圖（現(xiàn)代鹽湖同生白云石δ13C、δ18O值據(jù)文獻(xiàn)[43]，N為樣品數(shù)量）

根據(jù)風(fēng)城組白云石的鍶同位素分析數(shù)據(jù)，除一個(gè)樣品外，87Sr/86Sr值均低于全球二疊紀(jì)海水及海相碳酸鹽87Sr/86Sr值[37]，遠(yuǎn)低于現(xiàn)代河流87Sr/86Sr值[32]，接近現(xiàn)今幔源鍶87Sr/86Sr值[32]（見圖7）。白云質(zhì)巖中自生白云石普遍交代火山碎屑、火山玻璃，整體繼承了火山物質(zhì)的鍶同位素組成，是造成87Sr/86Sr值接近幔源鍶的重要原因之一。

圖7 瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖中白云石與其他鍶源的87Sr/86Sr值分布圖

5.1.3 自生白云石陰極發(fā)光示蹤

瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖中白云石陰極發(fā)光顏色與白云質(zhì)巖基質(zhì)成分相關(guān)性弱，如基性、酸性巖基質(zhì)中的白云石陰極發(fā)光相似，說明其陰極發(fā)光特征主要受成巖流體控制。風(fēng)城組中最發(fā)育的充填狀、條帶狀、漂浮狀半自形白云石陰極發(fā)光主要呈橘紅、橘紅—橘黃色（見圖 2d—圖 2e），有序度低，主要形成于準(zhǔn)同生—淺埋藏期；該類白云石常具有明顯的環(huán)帶發(fā)光特征，反映了白云石在晶體生長(zhǎng)初期的流體與堿湖流體密切相關(guān)，但在其生長(zhǎng)晚期則與埋藏成巖流體關(guān)系更為密切。而呈交代、裂縫充填狀的白云石則具暗紅色，或者不發(fā)光（見圖2g、圖2i），主要是交代狀白云石繼承了火成巖的高Fe元素含量，充填裂縫的白云石與埋藏成巖過程中Fe元素的富集[32]或富含F(xiàn)e元素的火山熱液有關(guān)。

根據(jù)瑪湖凹陷風(fēng)城組白云石的氧、碳、鍶同位素組成、陰極發(fā)光以及白云質(zhì)巖的化學(xué)組成特征等，推斷風(fēng)城組白云質(zhì)巖中白云石的物質(zhì)來源主要與火山噴發(fā)物質(zhì)在準(zhǔn)同生期—淺埋藏期的蝕變有關(guān)，早期白云石也受到了堿湖流體的影響。

5.2 流體演化

風(fēng)城組中部分半自形白云石表現(xiàn)出環(huán)帶生長(zhǎng)特征（見圖8a—圖8d），由邊緣到中部MgO、MnO、SrO含量逐漸降低，SiO2、FeO、Na2O含量逐漸升高（見表1），白云石晶體邊緣則因?yàn)镕e元素含量高導(dǎo)致陰極發(fā)光猝滅[32]而不發(fā)光或者發(fā)很暗的褐黃色光（見圖8b）。SiO2、Na2O 含量升高與火山玻璃脫?；尫诺?Si4+、Na+相關(guān)，而 FeO的顯著升高與火山物質(zhì)的埋藏蝕變有關(guān)。交代狀白云石部分繼承了被交代碎屑的化學(xué)組成，但沿晶體生長(zhǎng)方向（由邊緣到中部）表現(xiàn)出與環(huán)帶狀白云石相似變化特征（見圖8e、表1）。因此，白云石沉淀初期，其流體來源主要與堿湖流體相關(guān)；隨后在埋藏過程中，大規(guī)模脫玻化作用和鋁硅酸鹽礦物的蝕變釋放出Na+、Al3+，相對(duì)晚期白云石中Na2O降低而Al2O3增加。裂縫充填白云石中最顯著的特征是鐵含量明顯高于其他白云石（見圖8f、表1），與其形成于較深埋藏環(huán)境有關(guān)。

圖8 電子探針點(diǎn)號(hào)位置及瑪湖凹陷風(fēng)城組白云石微觀特征

表1 瑪湖凹陷MY1井風(fēng)城組白云質(zhì)巖中不同產(chǎn)狀白云石電子探針數(shù)據(jù)

6 白云石成因

瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖中白云石化作用普遍，整體白云石含量較低，平均值為19.42%，反映白云石化過程中物質(zhì)來源受限，其中一個(gè)重要的限制條件就是白云石的埋藏成因。由于瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖中半自形白云石最為發(fā)育且發(fā)育半自形白云石的白云質(zhì)巖物性最好，因此，主要討論白云質(zhì)巖中半自形白云石的形成機(jī)制。為了更準(zhǔn)確的解釋瑪湖凹陷風(fēng)城組白云石成因，將不同時(shí)期的白云石微觀特征與地球化學(xué)指標(biāo)建立聯(lián)系（見表 2），克服利用單一指標(biāo)進(jìn)行解釋的模糊性。根據(jù)不同時(shí)期白云石的白云石化流體性質(zhì)、來源以及白云石化機(jī)制，建立了瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖中半自形白云石形成模式（見圖9）。

表2 瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖中不同時(shí)期白云石特征

風(fēng)城組沉積期，瑪湖凹陷為一封閉性堿湖，沉積水體中微生物極為繁盛[4]。同生期，因火山碎屑水解后釋放出Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+等，首先沉淀出碳鈉鈣石、泡堿等鹽類礦物以及文石、高鎂方解石和方解石[4,44-45]，使沉積水體中Na+、K+、Ca2+減少而相對(duì)富集Mg2+，在微生物誘導(dǎo)作用下，通過原生沉淀以及同生交代文石、高鎂方解石和方解石形成大量泥晶—微晶白云石[6,9]，主要呈分散狀分布于巖石基質(zhì)中（見圖 9a）。

準(zhǔn)同生—淺埋藏條件下，沉積物保留大量孔隙（孔隙度大于 30%）[10]，高鹽度鹵水向下滲透過程中不斷與圍巖發(fā)生反應(yīng)，火山玻璃大規(guī)模的脫?；尫懦龃罅康腘a+、Ca2+、Mg2+、Fe2+等，鹽類礦物繼續(xù)沉淀，因溫度、壓力較高，Mg2+水化程度降低，持續(xù)供給的Mg2+使同生期形成的泥晶—微晶白云石持續(xù)生長(zhǎng)，以及進(jìn)一步交代高鎂方解石、方解石和凝灰質(zhì)，形成粉晶白云石，主要呈斑塊狀、紋層狀產(chǎn)出（見圖9b）。

圖9 瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖中半自形白云石形成機(jī)制

中埋藏階段，巖石孔隙度持續(xù)降低，地層流體大幅減少，黏土礦物釋放出大量層間水[10]是該階段白云石化流體的重要補(bǔ)充；烴源巖大量排酸[10]，溶蝕巖石顆粒，玻璃質(zhì)脫?；驳玫郊訌?qiáng)。Mg2+主要來源于黏土礦物轉(zhuǎn)化、火山玻璃脫?；约昂V硅酸鹽礦物溶蝕，Na+、Ca2+以鹽類礦物、自生長(zhǎng)石等形式被除去。至該階段晚期孔隙度顯著減少，地層流體量較少以及運(yùn)移較困難，使該階段形成的白云石分布范圍較局限，主要表現(xiàn)為早期白云石的繼續(xù)生長(zhǎng)，以及白云石對(duì)凝灰質(zhì)的進(jìn)一步交代（見圖9c），白云石以粉晶、細(xì)晶為主。

中—深埋藏階段，巖石基質(zhì)已經(jīng)變得非常致密，且由于淺埋藏、中埋藏階段Mg2+的不斷消耗，難以發(fā)生大規(guī)模的白云石化，主要表現(xiàn)為局部的白云石膠結(jié)、交代，以細(xì)晶他形白云石為主。

7 結(jié)論

瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖中的白云石以半自形粉晶、細(xì)晶白云石為主，主要呈飄浮狀、條帶狀、團(tuán)塊狀等形式產(chǎn)出。風(fēng)城組致密油儲(chǔ)集層主要分布在富含半自形白云石的白云質(zhì)巖中。

瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖中白云石主要形成于中二疊世早期的準(zhǔn)同生—淺埋藏環(huán)境，其次是中二疊世中期的中埋藏環(huán)境，少量形成于中二疊世晚期的中—深埋藏環(huán)境。

瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖中，白云石化流體為堿湖沉積背景下的高鹽度咸水，Mg2+主要來源于堿湖流體以及火山噴發(fā)物的蝕變。

瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖中半自形白云石常具有環(huán)帶狀陰極發(fā)光特征，化學(xué)組成的變化與堿湖流體以及埋藏過程中風(fēng)城組火山物質(zhì)的脫?；?、成巖蝕變等相關(guān)。

準(zhǔn)同生期，Mg2+主要來源于堿湖流體，瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖中泥晶—微晶白云石通過原生沉淀以及交代文石、高鎂方解石等形成。淺埋藏期，火山玻璃脫?；尫糯罅縈g2+，粉晶白云石主要源于準(zhǔn)同生期泥晶—微晶白云石的持續(xù)生長(zhǎng)以及對(duì)方解石、凝灰質(zhì)等的交代。中埋藏期，Mg2+主要來自于黏土礦物轉(zhuǎn)化、火山玻璃脫?；约伴L(zhǎng)石等鋁硅酸鹽的溶蝕，埋藏交代形成粉晶、細(xì)晶白云石。

瑪湖凹陷風(fēng)城組白云質(zhì)巖致密儲(chǔ)集層主要發(fā)育于富含半自形白云石的白云質(zhì)巖中，因此，白云質(zhì)巖致密儲(chǔ)集層勘探應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注此類儲(chǔ)集層。