松遼盆地白云巖沉積環(huán)境及成因機(jī)理

付秀麗，蒙啟安，文政，白月，高波，蘇楊鑫

1.東北石油大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，黑龍江大慶 163318

2.大慶油田有限責(zé)任公司勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712

0 引言

國(guó)內(nèi)外對(duì)于白云巖的沉積環(huán)境和成因機(jī)理的研究一直是地學(xué)界比較熱門的話題，為海相白云巖儲(chǔ)層研究提供了關(guān)鍵理論基礎(chǔ)[1-2]，國(guó)內(nèi)在四川盆地、塔里木盆地及鄂爾多斯盆地等都發(fā)現(xiàn)了海相白云巖儲(chǔ)層[3-4]，并對(duì)其成因機(jī)制有了比較深入的認(rèn)識(shí)[5]。與海相白云巖相比，我國(guó)湖相區(qū)，特別是半深湖—深湖相區(qū)沉積的白云巖分布相對(duì)局限，且多分布在中生代或者新生代地層[6-7]，在渤海灣盆地沙河街組、四川盆地下侏羅統(tǒng)自流井組、柴達(dá)木盆地的古近系下干柴溝組、鄂爾多斯盆地的三疊系延長(zhǎng)組、準(zhǔn)噶爾盆地的二疊系蘆草溝組均有不同程度的發(fā)現(xiàn)[8]。由于湖相白云巖巖性復(fù)雜，儲(chǔ)層致密，規(guī)模較小，研究程度遠(yuǎn)不如海相白云巖，對(duì)其沉積環(huán)境及成因模式需要更多的案例研究，進(jìn)行進(jìn)一步的理論歸納總結(jié)。

湖相白云巖作為致密儲(chǔ)層類型，具有晶體細(xì)小、泥質(zhì)含量高等特點(diǎn)，在松遼盆地油氣儲(chǔ)層勘探過程中，時(shí)有發(fā)現(xiàn)[9-10]。前人在松遼盆地上白堊統(tǒng)嫩江組一二段深湖—半深湖相也有白云巖發(fā)現(xiàn)，認(rèn)為松遼盆地嫩江組白云巖是在鹽度較高的條件中形成的結(jié)核白云巖，為海水一淡水混合成因[11]，也有學(xué)者認(rèn)為是準(zhǔn)同生期被交代的產(chǎn)物，其形成機(jī)制是在晚白堊世松遼盆地海侵背景下Mg在準(zhǔn)同生期交代由濁積事件、介形蟲滅絕事件所產(chǎn)生的泥灰?guī)r沉積而成[12]。但對(duì)于松遼盆地青山口組湖相白云巖研究較少，尚未對(duì)其沉積環(huán)境及成因模式進(jìn)行系統(tǒng)的研究。本文以松遼盆地野外地質(zhì)剖面和盆地內(nèi)多口鉆井取心資料觀察描述為基礎(chǔ)，通過沉積組構(gòu)和地球化學(xué)綜合分析，分析了松遼盆地青山口組湖相區(qū)白云巖的沉積環(huán)境特征，探討了湖相區(qū)白云巖的成因模式，為進(jìn)一步分析細(xì)粒巖的沉積環(huán)境及有機(jī)質(zhì)富集提供重要支撐。

1 地質(zhì)背景

松遼盆地位于中國(guó)東北部，是當(dāng)今世界上最大的典型陸相沉積盆地之一。松遼盆地長(zhǎng)750 km，寬330～370 km，總面積26×104km2。盆地分為六個(gè)構(gòu)造單元：北部?jī)A沒區(qū)、中央坳陷區(qū)、東北隆起區(qū)、東南隆起區(qū)、西南隆起區(qū)和西部斜坡區(qū)（圖1）。主要產(chǎn)油氣區(qū)為中央坳陷區(qū)，包括大慶背斜、齊家—古龍凹陷、三肇凹陷、長(zhǎng)嶺凹陷和朝陽溝階地。

圖1 松遼盆地構(gòu)造位置[13]Ⅰ.齊家—古龍凹陷；Ⅱ.大慶長(zhǎng)垣；Ⅲ.三肇凹陷Fig.1 Tectonic location of Songliao Basin[13]Ⅰ.Qijia-Gulong Sag;II.Daqing placanticline;III.Sanzhao Sag

松遼盆地的形成和發(fā)展經(jīng)歷了同裂陷、裂后熱沉降和大規(guī)模構(gòu)造反轉(zhuǎn)3個(gè)發(fā)展演化階段，形成了同裂陷層序和坳陷層序兩套沉積層序[13-14]。同裂陷層經(jīng)歷了火石嶺組的火山噴發(fā)、沙河子組和營(yíng)城組時(shí)期的斷陷沉積作用、沙河子組末期和營(yíng)城組末期的構(gòu)造反轉(zhuǎn)和抬升剝蝕和其后的沉陷作用、反轉(zhuǎn)作用的改造。坳陷層序構(gòu)造的發(fā)育過程經(jīng)歷了兩大階段四個(gè)主要的發(fā)展時(shí)期，即登婁庫(kù)組—嫩江組盆地整體沉降（熱沉降為主）階段，四方臺(tái)組到第四紀(jì)盆地收縮和反轉(zhuǎn)階段（圖2a）。

圖2 松遼盆地（a）及青山口組（b）地層綜合柱狀圖K2qn.青山口組；K2y.姚家組；K2qn1.青一段；K2qn2.青二段；K2qn3.青三段；K2y1.姚一段Fig.2 Stratigraphic column of Songliao Basin (a) and the Qingshankou Formation (b)K2qn.Qingshankou Formation;K2y.Yaojia Formation;K2qn1.First member of the Qingshankou Formation;K2qn2.Second member of the Qingshankou Formation;K2qn3.Third member of the Qingshankou Formation;K2y1.First member of the Yaojia Formation

已發(fā)現(xiàn)油氣主要分布在白堊系泉頭組—嫩江組及深層營(yíng)城—沙河子組地層，姚家組的葡萄花油層、薩爾圖油層和青山口組的高臺(tái)子油層為松遼盆地北部中淺層主力油層，其次為泉頭組的扶余油層、嫩江組的黑帝廟油層，深層天然氣主要發(fā)育在營(yíng)城組和沙河子組[13]。松遼盆地青山口組屬于坳陷層序，是盆地首次湖泛形成的地層，發(fā)育了以湖相和三角洲相為主的沉積體系[15-17]。青山口組從下到上分為青一段、青二段和青三段（圖2b），其中青一段沉積時(shí)期盆地湖盆面積達(dá)到最大，中央坳陷區(qū)以深湖相沉積為主，巖性主要為灰色、灰黑色泥巖和黑色頁(yè)巖沉積，中間夾有薄層白云巖、灰?guī)r或泥質(zhì)粉砂巖，泥巖累計(jì)沉積厚度60～120 m。相關(guān)學(xué)者先后在松遼盆地姚家站嫩江組野外露頭、李家沱子青山口組野外露頭上觀察到多期次薄層狀碳酸鹽巖沉積，鮞粒灰?guī)r、介殼灰?guī)r、疊層石灰?guī)r、泥晶白云巖在空間上成層分布，并認(rèn)為嫩江組可能受到海侵的影響，呈薄層狀?yuàn)A于大套黑色或灰黑色泥巖中間[11-12]。青山口組也有溝鞭藻、疊層石、海綠石、微體古生物等化石發(fā)現(xiàn)，一些學(xué)者根據(jù)以上證據(jù)也認(rèn)為可能存在海侵事件[18-19]。

2 樣品和研究方法

通過松遼盆地野外露頭和盆地內(nèi)取心井的觀察描述，選取青山口鄉(xiāng)邢家店青一段白云巖露頭樣品、盆地內(nèi)A1井、A2井、A3井、A4井和A5井等5口典型井的巖心樣品，進(jìn)行薄片鑒定、X衍射全巖礦物成分、微量元素、稀土元素、碳氧同位素、陰極發(fā)光及場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡等分析測(cè)試。

薄片觀察實(shí)驗(yàn)采用Zeiss Axio Image Z1偏光顯微鏡，利用錐光觀察技術(shù)進(jìn)行分析；全巖礦物分析采用D8AA25 X 射線衍射儀，焦斑大小0.4 mm×12 mm，利用測(cè)角儀進(jìn)行礦物掃描；場(chǎng)發(fā)射電鏡采用Quanta450掃描電鏡，通過BSE-EDS能譜得到礦物分布圖；常量元素采用Axios PW4400/40 全自動(dòng)波長(zhǎng)色散X 射線熒光光譜儀；微量和稀土元素采用ICP-MS-X-Series-2進(jìn)行測(cè)試。碳氧同位素用磷酸處理后采用isoprime 100 JB629 進(jìn)行測(cè)試，精度誤差±0.05‰，室溫環(huán)境下進(jìn)行。

3 結(jié)果

3.1 巖石學(xué)特征

3.1.1 巖石類型及組構(gòu)

野外露頭觀察表明松遼盆地白云巖主要有層狀白云巖和透鏡狀白云巖兩種類型（圖3～5）。層狀白云巖平面上具有準(zhǔn)連續(xù)分布特征，透鏡狀呈年糕狀分布（圖3）。巖心觀察和鏡下薄片鑒定表明，白云巖礦物組成顆粒普遍偏細(xì)，顏色以灰黑色、灰色為主（圖4），以泥晶結(jié)構(gòu)或者含介屑泥晶結(jié)構(gòu)為主（圖5），發(fā)育泥晶白云巖，同時(shí)還有極少部分含泥粉晶云巖和含介屑泥晶白云巖。

圖3 白云巖分布特征野外地質(zhì)剖面Fig.3 Distribution characteristics and field geological profile of lacustrine dolomite

圖4 不同類型白云巖巖心特征（a）泥晶白云巖，A2井，深度2 351.2 m，呈透鏡狀分布；（b）泥晶白云巖，A2井，2 313.7 m，呈層狀分布Fig.4 Core characteristics of dolomite types(a) argillaceous dolomite,well A2,2 351.2 m,lenticular distribution;(b) argillaceous dolomite,well A2,2 313.7 m,distributed in layers

泥晶白云巖：泥晶結(jié)構(gòu)，由泥晶白云石、泥質(zhì)、生物碎屑組成，泥質(zhì)具重結(jié)晶，定向分布（圖5）。礦物組分為白云石，占比一般在80%以上，方解石占比小于10%，黏土礦物占比一般小于10%；結(jié)構(gòu)組分泥晶占比95%～85%，生物碎屑占比不超過10%，泥質(zhì)占比不超過5%。

含泥泥晶云巖：含泥泥晶結(jié)構(gòu)，礦物組分為白云石，占比85%～95%，黃鐵礦占比不超過3%；黏土占比5%～12%。在松遼盆地東南部青山口鄉(xiāng)邢家店青山口組也有層狀粉晶云巖發(fā)育，巖石主要由白云石、少量泥質(zhì)、方解石組成。粉晶結(jié)構(gòu)，半自形白云石呈鑲嵌狀緊密排列，少量泥質(zhì)分布于白云石晶間。巖石裂縫發(fā)育，縱橫交錯(cuò)，先后被泥質(zhì)、中—細(xì)晶白云石、方解石充填，僅殘留少量空隙。

含介屑泥晶白云巖：含介屑泥晶結(jié)構(gòu)，由泥晶白云石、介屑、泥質(zhì)、粉砂顆粒和介屑組成；深紅色介屑多順層分布，部分被黃鐵礦交代；泥質(zhì)具重結(jié)晶并定向分布，粉砂顆粒分布不均；巖石具紋層構(gòu)造。礦物組分為白云石，占比75%，方解石占比25%；結(jié)構(gòu)組分泥晶占比75%，碎屑占比17%，泥質(zhì)占比8%。

3.1.2 礦物學(xué)特征

X射線衍射全巖礦物分析結(jié)果表明，松遼盆地湖相區(qū)白云巖礦物成分主要為鐵白云石、黏土礦物，其次為石英、斜長(zhǎng)石和黃鐵礦。松遼盆地整體鐵白云石含量為54.5%～96.6%，平均為73.1%，黏土礦物含量為1.1%～21.3%，平均為9.5%，石英含量為0.7%～26.2%，平均為10.6%（附表1）。

附表1 全巖礦物分析表(%)Attached table 1 Analysis of whole rock minerals (%)

齊家—古龍地區(qū)白云巖以泥晶白云巖為主，全巖礦物成分鐵白云石含量為54.5%～96.6%，平均69.8%，黏土礦物含量為1.2%～21.3%，平均為11.1%，石英含量為0.7%～26.2%，平均為12.4%；青二段鐵白云石含量為55.6%～96.3%，平均為77.3%，黏土礦物含量為1.1%～19.3%，平均為7.5%，石英含量為0.7%～14.7%，平均為8.4%。

大慶長(zhǎng)垣及以東地區(qū)泥晶白云巖鐵白云石含量為52.1%～86.6%，平均為69.2%，黏土礦物含量為5.8%～16.7%，平均為9.8%，石英含量為3.6%～27.8%，平均為16.3%。青二段鐵白云石含量為74.5%～76.6%，平均為76%，黏土礦物含量為10.6%～11.3%，平均為10.95%，石英含量為8.8%～9.9%，平均為9.35%。

3.1.3 形貌學(xué)特征

薄片顯微分析表明，層狀和透鏡狀白云巖中白云石呈他形或半自形，白云石呈泥晶結(jié)構(gòu)，半自形鑲嵌狀分布。泥質(zhì)具重結(jié)晶分布于白云石間。見砂質(zhì)零星分布。熒光照射下透鏡狀泥晶白云巖不發(fā)熒光，場(chǎng)發(fā)射電鏡下可見白云石具明顯多期成因，見半自形—次圓形菱形霧心白云石及含亮邊的白云巖。亮邊白云石能譜分析顯示含鐵，全巖分析為鐵白云石（圖6、附表1）。層狀白云巖有明顯的熒光顯示，陰極發(fā)光顯示橘紅色。層狀白云巖中白云石具泥晶結(jié)構(gòu)，自形鑲嵌狀分布，場(chǎng)發(fā)射電鏡下亦可見白云石多期成因，自形白云石加大邊中能譜打點(diǎn)顯示含有O、Mg、C、Ca、Fe、Na 等物質(zhì),白云石加大亮邊含鐵，為鐵白云石，內(nèi)部暗色白云石鐵含量極低（圖6）。場(chǎng)發(fā)射電鏡顯示兩種類型的白云巖都由暗色白云石和外部亮邊的白云巖組成，暗色白云石鐵含量極低，外部亮邊白云巖鐵含量較高，說明松遼盆地白云巖至少存在兩期成因。

圖6 泥晶白云巖薄片及場(chǎng)發(fā)射電鏡微觀特征（A2 井）（a）透鏡狀泥晶白云巖，2 351.2 m，單偏光；（b）透鏡狀泥晶白云巖，2 351.2 m，場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡；（c）層狀泥晶白云巖，2 313.7 m，呈層狀分布,單偏光；（d）層狀泥晶白云巖，2 313.7 m，呈層狀分布,場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡Fig.6 Microscopic characteristics of argillaceous dolomite thin section and field emission electron microscope (well A2)(a) lenticular micritic dolomite,2 351.2 m,single polarization;(b) lenticular micritic dolomite,2 351.2 m,field emission scanning electron microscope;(c) layered micritic dolomite,2 313.7 m,distributed in layers,single polarization;(d) layered micritic dolomite,2 313.7 m,distributed in layers,field emission scanning electron microscope

3.2 地球化學(xué)特征

3.2.1 常量元素特征

該區(qū)泥晶白云巖中常量元素以CaO、SiO2、MgO為主，其次為Al2O3和Fe2O3。其中w（CaO）變化范圍在11.29%～32.51%，平均為25.45%；w（SiO2）變化范圍在2.34%～37.60%，平均為17.61%；w（MgO）變化范圍在6.84%～17.00%，平均為11.66%；w（Al2O3）變化范圍在1.26%～18.73%，平均為7.80%；w（Fe2O3）變化范圍在3.21%～9.78%，平均為6.64%。另外還含有少量的P2O5、Na2O、K2O、MnO 等常量礦物。w（MnO）為0.2%（圖7、附表2）。

附表2 常量元素分析數(shù)據(jù)表(%)Attached table 2 Constant element analysis (%)

圖7 青山口組湖相區(qū)白云巖常量元素分布餅狀圖Fig.7 Major element distribution of dolomites in the lacustrine area of the Qingshankou Formation

3.2.2 微量元素及其組合特征

微量元素分析表明，該區(qū)泥晶白云巖微量元素以Sr、Ba、V、Zn、B、Li元素為主，其次為少量的Cr、Cu、Ni、Ga、Co等。其中w（Sr）變化范圍在（170～843.9）×10-6，平均為475.6×10-6；w（Ba）變化范圍在（121.1～382.9）×10-6，平均為243.3×10-6，其中w（V）變化范圍在（45.4～147.7）×10-6，平均為105.6×10-6，w（Zn）變化范圍在（22.2～133.0）×10-6，平均為91.2×10-6，其中w（B）變化范圍在（13.9～147.7）×10-6，平均為59.2×10-6，w（Li）變化范圍在（13.8～89.9）×10-6，平均為52.8×10-6；w（Sr/Cu）變化范圍在（4.8～115.9）×10-6，平均為34.9×10-6。w（Sr）/w（Ba）變化范圍在（0.87～3.95）×10-6，平均為1.97×10-6。w（V/（V+Ni））變化范圍在（0.72～0.87）×10-6，平均為0.81×10-6（圖8、附表3）。

圖8 白云巖微量元素平均值含量直方圖（樣品數(shù)N=52）Fig.8 Average content of trace elements in dolomites in the lacustrine area (number of samples N=52)

3.2.3 碳氧同位素特征

前人研究證實(shí)，年代越新、受后期改造越弱的巖石，其碳同位素和氧同位素值與原始沉積時(shí)碳氧同位素值越接近，尤其是中生代以后的樣品應(yīng)用碳酸鹽巖碳氧同位素分析沉積環(huán)境較為有效。松遼盆地湖相區(qū)白云巖樣品的w（Mn）/w（Sr）值平均為1.6，小于3，說明測(cè)試樣品沒有或者僅受到弱成巖作用的影響，可以代表沉積環(huán)境的原始地球化學(xué)特征值[20]。松遼盆地青山口組湖相白云巖的碳同位素δ13C 值介于2.2‰～15.2‰，平均為8.0‰；氧同位素δ18O 值介于-16.8‰～-6.5‰，平均為-10.5‰。古龍地區(qū)湖相區(qū)白云巖相對(duì)于三肇地區(qū)白云巖具有氧偏正、碳偏負(fù)的特征（附表3）。根據(jù)Keithet al.[21]提出的經(jīng)驗(yàn)公式，利用碳氧同位素分析結(jié)果計(jì)算青山口組湖相區(qū)白云巖形成的古溫度介于45 ℃～101.5 ℃，平均為67.0 ℃，古鹽度介于17.95%～28.27%，平均為24.10%；古鹽度指數(shù)Z介于123.4～154.1，平均為137.5（附表4）。

附表4 碳氧同位素分析表Attached table 4 Carbon and oxygen isotope analysis

3.2.4 稀土元素分配模式

稀土元素分析數(shù)據(jù)顯示，ΣREE 值介于（26.99～175.60）×10-6，平均為103.98×10-6；δEu 值介于0.58～1.12，平均為0.76（圖9）。δCe值介于0.89～1.22，平均為1.04，ΣREE 值介于（26.99～175.60）×10-6，反映了ΣREE具有較大的變化范圍且總量較高、具有明顯的δEu 負(fù)異常的稀土元素配分模式。其中輕稀土元素LREE值介于（17.79～143.25）×10-6，平均為80.55×10-6；重稀土元素HREE（HREE:Gd-Lu），值介于（7.20～39.66）×10-6，平均為23.43×10-6，LREE/HREE、（La/Yb）N、（La/Sm）N和（Gb/Yb）N、平均值分別為3.30、13.22、5.02和2.44，反映了輕、重稀土元素具有較強(qiáng)的分異現(xiàn)象。輕稀土元素LREE明顯富集，重稀土元素HREE相對(duì)虧損，整體反映出輕稀土元素相對(duì)富集的分配模式特征（圖10、附表5），反映了缺氧熱水環(huán)境，與其在深湖相泥巖中呈夾層分布的地質(zhì)特征吻合。

圖9 青山口組泥晶白云巖稀土元素散點(diǎn)圖Fig.9 Rare earth element (REE) scatter diagram of argillaceous dolomite in the Qingshankou Formation

圖10 松遼盆地青山口組白云巖稀土元素配分模式及特征下圖橫坐標(biāo)從左到右分別對(duì)應(yīng)附表5中的A3-155至A3-269共21個(gè)樣品Fig.10 REE distribution pattern and characteristics of dolomite from the Qingshankou Formation in Songliao BasinThe abscissa in the lower figure corresponds to a total of 21 samples from A3-155 to A3-269 in attached table 5 from left to right

4 討論

4.1 古沉積環(huán)境

根據(jù)白云巖微量元素及其組合參數(shù)特征、碳氧同位素特征、稀土元素分布特征等來綜合研究青山口組湖相區(qū)白云巖沉積環(huán)境。

在現(xiàn)代和古代湖泊環(huán)境中，w（Sr）/w（Ba）值均與鹽度呈正相關(guān)，是判別古鹽度的靈敏標(biāo)志[22-23]，并且認(rèn)為w（Sr）/w（Ba）值大于1，指示咸水環(huán)境沉積；其w（Sr）/w（Ba）值小于1，指示淡水環(huán)境沉積。w（Sr）/w（Ba）普遍大于1（附表3），說明白云巖整體形成于咸水沉積環(huán)境。

根據(jù)前人研究認(rèn)為Z 值大于120 是咸水標(biāo)志，小于120為淡水環(huán)境[21]。松遼盆地白云巖Z值平均為138.8，整體都大于120，代表了白云巖沉積時(shí)水體為咸水環(huán)境。微量元素w（Sr）/w（Ba）比值和碳氧同位素特征同時(shí)揭示了松遼盆地湖相區(qū)白云巖形成于咸水沉積水體環(huán)境。

輕稀土元素LREE 明顯富集，重稀土元素HREE相對(duì)虧損，反映了缺氧熱水環(huán)境，與其在深湖相泥巖中呈夾層分布的地質(zhì)特征吻合。松遼盆地青山口組白云巖沉積時(shí)期，整體的環(huán)境背景為湖相沉積，但存在短暫咸水的沉積水體，在半深湖—深湖相缺氧及相對(duì)封閉環(huán)境廣泛發(fā)育的地質(zhì)背景下沉積了大面積的層狀或透鏡狀湖相白云巖。

4.2 構(gòu)造環(huán)境

前人研究表明松遼盆地上白堊統(tǒng)沉積初期青山口組處于微弱伸展階段，地震剖面上以正斷層為顯著特征；整體快速熱沉降，形成統(tǒng)一的大型湖盆，發(fā)育巨厚的深湖相暗色泥巖[24-25]，發(fā)生過2～3 期構(gòu)造事件，在巖心上可見震積巖、液化砂脈及凝灰?guī)r（圖11），這些認(rèn)識(shí)前人也多有論述，如在松遼盆地青山口組發(fā)現(xiàn)不同類型的重力流砂體[26-27]，松科1 井南孔的巖心精細(xì)描述里也有夾于暗色泥巖中的震積巖和凝灰?guī)r，并認(rèn)為其成因與火山活動(dòng)有關(guān)[28]，這些成果都揭示了當(dāng)時(shí)的地殼處于相對(duì)活躍時(shí)期，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)和火山活動(dòng)也間斷性爆發(fā)。構(gòu)造運(yùn)動(dòng)發(fā)生時(shí)，為巖漿上涌和熱液形成提供了通道和地質(zhì)背景，而熱液活動(dòng)為白云巖沉積帶來了豐富的Ca、Si、Fe、Mg、Al、Na 等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，為湖相區(qū)泥巖中大面積發(fā)育的層狀泥晶白云巖和透鏡狀白云巖沉積提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，熱液活動(dòng)和整體快速熱沉降為白云巖的快速成巖演化奠定了良好的構(gòu)造環(huán)境背景。

圖11 松遼盆地青山口組構(gòu)造活動(dòng)巖心照片（a）B4井，K2qn1，凝灰?guī)r，1 982.01 m；（b）B2井，K2qn1，2 386.00 m，凝灰?guī)r；（c）B3井，K2qn2，1 995.58 m，滑動(dòng)巖；（d）B1井，K2qn2，2 189.60～2 190.20 m，震積巖Fig.11 Photos of active tectonic cores of the Qingshankou Formation in Songliao Basin(a) well B4,K2qn1,volcanic ash,1 982.01 m;(b) well B2,K2qn1,2 386.00 m;volcanic ash;(c) well B3,K2qn2,1 995.58 m,sliding rock;(d) well B1,K2qn2,2 189.60-2 190.20 m,seismolite

4.3 成因機(jī)理

4.3.1 原生白云巖成因分析

松遼盆地白云巖巖石學(xué)和礦物學(xué)分析表明，白云巖發(fā)育透鏡狀和層狀兩種類型的白云巖。不同類型白云巖空間分布形態(tài)不同，鏡下鑒定多為泥晶白云巖。微觀形貌學(xué)分析表明泥晶白云巖中白云石呈半自形、次圓狀、菱形或自形鑲嵌狀分布，為暗色霧心白云石，含鐵較低；而白云石加大邊呈亮色，全巖鑒定結(jié)果為鐵白云石，至少代表了兩期不同的成因類型，并推測(cè)為原生白云巖[29]。

湖相碳酸鹽沉積物中碳同位素值的變化與無機(jī)碳同位素組成及溶解控制，湖水中溶解無機(jī)碳的δ13C值碳來源有關(guān)，受溫度變化的影響較小，前人研究認(rèn)為咸水湖碳酸鹽沉積物的δ13C 值在湖水與大氣CO2達(dá)到平衡時(shí)可達(dá)5‰，超鹽水湖中沉淀的方解石和文石甚至可達(dá)13‰。如果湖水中的溶解碳主要來源于有機(jī)質(zhì)氧化解體產(chǎn)生的碳，那么水體中的溶解碳會(huì)大大降低，其極限值可達(dá)-25‰，造成沉積的碳酸鹽礦物的碳同位素組成偏輕，如果湖泊周緣有河流淡水或地下水注入，也可造成水體中溶解碳的碳同位素組成偏輕，其值約-10‰[30]。Sunet al.[31]在研究準(zhǔn)噶爾盆地二疊系湖相白云巖時(shí)發(fā)現(xiàn)微生物產(chǎn)甲烷作用可以使白云石表現(xiàn)出極為正的δ13C 值（高達(dá)+20‰），極為負(fù)的δ18O 值，并且隨著產(chǎn)甲烷作用的增加，碳同位素會(huì)逐漸變重偏正，而隨著硫酸鹽還原菌作用成因的增強(qiáng)會(huì)使碳同位素逐漸變輕偏負(fù)，由于產(chǎn)甲烷菌的代謝活動(dòng)，大量的生物甲烷通過缺氧湖泊沉積物中的產(chǎn)甲烷作用產(chǎn)生。松遼盆地青山口組湖相區(qū)泥晶白云巖碳同位素δ13C 值一般為6.21‰～15.28‰，平均為8.2‰，具有明顯的δ13C值正偏特征，表明原生白云石的形成很可能與細(xì)菌參與的甲烷生成作用有關(guān)。松遼盆地白云巖以?shī)A層形式形成于厚層、大面積分布有機(jī)質(zhì)豐度的半深湖—深湖相泥頁(yè)巖中間，具有δ13C 值明顯偏正的特征，說明咸化環(huán)境、微生物產(chǎn)甲烷作用對(duì)δ13C 的這一“正偏影響”顯然大于富含輕碳的物源方向淡水和有機(jī)質(zhì)對(duì)其造成的“負(fù)偏影響”。

4.3.2 后期熱液改造作用

袁劍英等[32]研究柴西地區(qū)湖相白云巖時(shí)提出碳同位素偏正，與白云巖沉積時(shí)水體處于封閉環(huán)境有關(guān)，同時(shí)來自地殼深部熱液影響，會(huì)使碳同位素偏正，使氧同位素偏負(fù)。張浩等[33]認(rèn)為柴達(dá)木盆地英西地區(qū)白云巖碳同位素偏重，氧同位素偏輕是受熱液影響造成的。松遼盆地青山口組湖相區(qū)氧同位素δ18O值一般介于-16.81‰～-6.49‰，平均為-10.65‰，與熱液成因的白云巖具有相似特征（圖12）。來自地殼深部富含δ18O 的熱液影響（豐富的Ca、Si、Fe、Mg、Al、Na等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)）使得其氧同位素組成偏負(fù)。

圖12 松遼盆地青山口組、嫩江組及國(guó)內(nèi)其他盆地白云巖碳氧同位素組成與沉積環(huán)境分析Fig.12 Analysis of carbon and oxygen isotopic compositions and sedimentary environments of dolomites in the Qingshankou Formation and Nenjiang Formation of Songliao and other basins in China

松遼盆地湖相區(qū)泥晶白云巖中常量元素中w（CaO）平均為25.45%、w（SiO2）平均為17.61%、w（MgO）平均為11.66%、w（Al2O3）平均為7.80%、w（Fe2O3）平均為6.64%，w（MnO）平均為0.2%，w（CaO）值與柴西盆地準(zhǔn)同生交代成因白云巖相當(dāng)，w（SiO2）、w（MgO）、w（Al2O3）、w（Fe2O3）和w（MnO）的平均值也明顯高于柴西盆地泥晶白云巖（柴西盆地準(zhǔn)同生交代成因泥晶白云巖種CaO 的平均含量為26.73%，MgO 的平均含量為13.84%，SiO2的平均含量為4.49%，Al2O3的平均含量為2.07%，F(xiàn)eO的平均含量為0.94%，MnO的平均含量為0.05%）[31]。與酒泉盆地青西凹陷受熱液影響的湖相泥晶白云巖中的鐵錳含量相當(dāng)（FeO的平均含量為10.18%，MnO的平均含量為0.36%）[34]。說明松遼盆青山口組湖相區(qū)泥晶白云巖與準(zhǔn)同生交代成因不同，推測(cè)受到熱液改造作用。

松遼盆地青山口組白云巖輕稀土元素LREE 明顯富集，重稀土元素HREE 相對(duì)虧損，整體反映重稀土元素相對(duì)虧損、輕稀土元素相對(duì)富集的配分模式特征。與柴達(dá)木盆地英西地區(qū)漸新統(tǒng)、酒泉盆地青西凹陷白云巖熱液白云巖的稀土元素配分模式類似，同時(shí)明顯的稀土元素δEu 負(fù)異常及富含Ca2+、Mg2+、Fe2+、Sr2+、Ba2+等熱液流體礦物，均代表了湖泊環(huán)境特有的熱流體稀土元素組成特征。松遼盆地青山口組白云巖很可能是在相對(duì)封閉環(huán)境的咸化湖盆中經(jīng)過微生物產(chǎn)甲烷作用形成的原生白云巖，后期受到地下熱液作用而形成的不同成因期次的白云巖。

5 結(jié)論

野外地質(zhì)剖面觀察、薄片分析、陰極發(fā)光、場(chǎng)發(fā)射電鏡、全巖礦物、無機(jī)元素、碳氧同位素及稀土元素綜合分析表明松遼盆地青山口組湖相區(qū)白云巖屬于半深湖—深湖相沉積背景下形成的泥晶白云巖，白云石呈次圓形、半自形或菱形，礦物成分以鐵白云石為主，沉積環(huán)境均形成于干旱氣候條件的咸水還原環(huán)境。

松遼盆地青山口組湖相白云巖暗色霧心白云石與亮邊加大邊白云巖代表了兩期不同的成因類型，早期呈層狀或透鏡狀順層形成于大段厚層湖相泥巖中的白云巖，后期在熱液改造作用下形成了碳同位素δ13C 值偏正，氧同位素δ18O 值偏負(fù)、輕稀土元素LREE 明顯富集、重稀土元素HREE 相對(duì)虧損，稀土元素δEu 明顯負(fù)異常特征。松遼盆地青山口組湖相白云巖為原生白云巖先期形成及其后期受到熱液改造作用兩期成因。