滕建彬 ，邱隆偉，張守鵬 ，馬存飛

（1. 中國(guó)石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島 266580；2. 中國(guó)石化勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，山東東營(yíng) 257015；3. 中國(guó)石化頁(yè)巖油氣勘探開(kāi)發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

0 引言

白云石的形成和演化過(guò)程具有復(fù)雜的成核和沉淀動(dòng)力學(xué)機(jī)制，是地學(xué)領(lǐng)域一個(gè)重要的科學(xué)問(wèn)題[1-5]。它既可以來(lái)自于生物誘導(dǎo)條件下的微生物原生成因，也可來(lái)源于埋藏白云石化，亦可源于孔隙熱液交代成因。迄今為止，科學(xué)界已發(fā)表了眾多白云巖成因假說(shuō)和成果，包括原生成因、微生物成因、滲透回流、熱液成因、埋藏白云石化、準(zhǔn)同生白云石化作用等[6-10]。雖然在一些現(xiàn)代湖泊和海灣中發(fā)現(xiàn)了低溫白云石，但對(duì)其形成的動(dòng)力學(xué)和地球化學(xué)機(jī)制仍不明了，而關(guān)于古湖泊中白云石的形成問(wèn)題更是科學(xué)研究的難點(diǎn)。通過(guò)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，已有研究證實(shí)了原生白云石的形成過(guò)程，并找到了揭示原生白云石或富鈣白云石成核機(jī)制的新線索[5-7]，即細(xì)胞外聚合物（EPS）起到了關(guān)鍵作用，細(xì)菌細(xì)胞壁包含有機(jī)陰離子官能團(tuán)，可能會(huì)促進(jìn)鈣離子和鎂離子的結(jié)合，從而克服鎂離子水化和成核障礙[7-9]。在富有機(jī)質(zhì)的沉積物中，硫酸鹽還原菌參與了原生白云石和高鎂方解石的形成。雖然最先形成的微納米球形白云石在沉積物中經(jīng)歷埋藏成巖、重結(jié)晶和有序化，原始的球形結(jié)構(gòu)很難被保存和識(shí)別，但是仍在一些古老的白云質(zhì)疊層石中發(fā)現(xiàn)了類似球形白云石結(jié)構(gòu)[9]。近年來(lái)，新的實(shí)驗(yàn)研究和分子動(dòng)力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)，黏土礦物不僅有助于鎂離子置換進(jìn)入菱面體白云石中，還可促進(jìn)微區(qū)溶質(zhì)的過(guò)飽和[5-8]。

近年來(lái)，中國(guó)陸相和海相頁(yè)巖層系油氣勘探均獲得重大突破。以濟(jì)陽(yáng)坳陷為代表的陸相湖盆，于半深湖—深湖相中發(fā)育了大套古近系沙河街組頁(yè)巖沉積，主體巖性為富有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖，TOC值為2%～5%，具有優(yōu)越的生烴條件[11-16]。沙河街組頁(yè)巖主體處于中成巖階段，黏土礦物轉(zhuǎn)化、碳酸鹽礦物重結(jié)晶、碳酸鹽礦物溶蝕、白云石化及有機(jī)質(zhì)生烴增壓等成巖事件是研究區(qū)頁(yè)巖油成儲(chǔ)成藏的關(guān)鍵要素[12-13]。既然白云石化是評(píng)價(jià)頁(yè)巖儲(chǔ)集層成巖演化的重要指標(biāo)，白云石成因與成巖過(guò)程的研究就顯得十分重要。因?yàn)榘自剖w記錄了大量的有關(guān)于形成環(huán)境、結(jié)晶速率、晶體生長(zhǎng)特征和流體性質(zhì)方面的地質(zhì)信息[3-5,7-11]，所以可用以揭示在其形成和成巖演化過(guò)程中經(jīng)歷的交代、重結(jié)晶、鐵白云石化、去白云石化、離子置換等一系列成巖作用[16-20]。

利用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡進(jìn)行巖石礦物微納米形貌分析，同時(shí)借助能譜儀測(cè)定礦物的元素組成和主要元素的質(zhì)量百分含量，可定量化對(duì)比不同晶型白云石的元素組成差異，這也是現(xiàn)今國(guó)際上研究白云石元素組成和形成過(guò)程的重要手段[14,16,19]。

濟(jì)陽(yáng)坳陷大套白云巖主要發(fā)育在下古生界奧陶系冶里組—亮甲山組和寒武系鳳山組，厚度為90～120 m。而沙河街組湖相頁(yè)巖中的白云巖單層厚度一般小于30 cm，呈紋層狀和層狀產(chǎn)出于灰質(zhì)白云巖和白云質(zhì)灰?guī)r中。頁(yè)巖油勘探實(shí)踐表明，雖然濟(jì)陽(yáng)坳陷沙河街組湖相頁(yè)巖中的白云巖厚度和范圍非常有限，但是由于封閉環(huán)境中的白云石化作用是一種建設(shè)性成巖過(guò)程，可改善孔隙發(fā)育程度，有利于烴類儲(chǔ)集與滲流[12-13]。因而頁(yè)巖沉積中的薄層白云巖往往具有優(yōu)越的儲(chǔ)集性和滲透能力[12-15]，易于成為頁(yè)巖油氣的良好產(chǎn)層。根據(jù)準(zhǔn)同生白云石化和構(gòu)造熱液白云石化模式[10,20]，難以解釋濟(jì)陽(yáng)坳陷湖相頁(yè)巖中白云石的零星分布或薄層產(chǎn)出的原因。為此，本文通過(guò)分析頁(yè)巖中白云石的發(fā)育特點(diǎn)、碳酸鹽礦物的碳氧同位素組成、分餾特征，以及稀土元素的成巖環(huán)境，揭示流體與巖石的相互作用，闡明白云石的成因、演化及成巖序列。

1 地質(zhì)背景

濟(jì)陽(yáng)坳陷位于渤海灣盆地西南部，夾持于埕寧隆起和魯西隆起之間，近東西走向，屬于一級(jí)負(fù)向構(gòu)造單元，具有“北斷南超”箕狀構(gòu)造特征。以古生界基巖為底，濟(jì)陽(yáng)坳陷自南向北發(fā)育了東營(yíng)、惠民、沾化、車鎮(zhèn)4個(gè)次級(jí)凹陷（見(jiàn)圖1）。湖盆于始新世早期進(jìn)入斷陷穩(wěn)定期，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定，沉積了巨厚的沙三段下亞段和沙四段上亞段暗色頁(yè)巖。其中車鎮(zhèn)凹陷和沾化凹陷沙三段下亞段的頁(yè)巖厚度為300～450 m，東營(yíng)凹陷和惠民凹陷沙三段下亞段的頁(yè)巖厚度為 200～250 m。車鎮(zhèn)凹陷和惠民凹陷沙四段上亞段的頁(yè)巖厚度為50～120 m，東營(yíng)凹陷和沾化凹陷沙四段上亞段的頁(yè)巖厚度為250～300 m。據(jù)頁(yè)巖油資源評(píng)價(jià)最新結(jié)果，東營(yíng)凹陷和沾化凹陷沙四段上亞段和沙三段下亞段烴源巖的生油潛力最優(yōu)越[11]。為推進(jìn)濟(jì)陽(yáng)坳陷沙河街組頁(yè)巖油勘探大突破，優(yōu)先選擇在東營(yíng)凹陷和沾化凹陷鉆探了4口專探井，系統(tǒng)取心1 130余米，自上而下鉆遇沙三段下亞段、沙四段上亞段烴源巖，巖石類型包括互層的白云質(zhì)泥巖、泥質(zhì)（云）灰?guī)r、灰質(zhì)泥巖與（云）灰?guī)r等。

圖1 濟(jì)陽(yáng)坳陷構(gòu)造概要及地層綜合柱狀圖

2 樣品與測(cè)試方法

本項(xiàng)研究的樣品采自濟(jì)陽(yáng)坳陷11口探井的沙河街組巖心，其中沾化凹陷5口，東營(yíng)凹陷6口，巖心長(zhǎng)度累計(jì)1 260余米，共計(jì)3 501塊次。利用蔡司偏光顯微鏡（AxioimagerA2POL）開(kāi)展巖石學(xué)分析，利用FEI場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡（Quanta 450 FEG）進(jìn)行巖石礦物微納米形貌分析，利用能譜儀（GENESIS-EDX_PV 8362/10）測(cè)定元素組成，利用菲利普 X射線衍射儀（D/max-2500PC型）分析全巖礦物組分，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5163—2018，測(cè)定功率 18 kW，衍射角 20°～157°。采用Agilent7900型激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（La-ICP-MS）測(cè)定常微量和稀土元素，配備NWR193UC激光剝蝕系統(tǒng)，激光束斑30 μm，剝蝕深度20～30 μm，激光脈沖10 Hz，能量34～40 mJ。He氣作為載氣，選用美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院研制的人工合成硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)NIST610作為外標(biāo)。利用 MAT251同位素質(zhì)譜儀測(cè)定碳氧同位素組成，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5238—2019，測(cè)試精度及誤差范圍：碳同位素值為±0.2‰，氧同位素值為±0.3‰。

3 白云石的分布與賦存

3.1 白云石的宏觀分布

濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙河街組頁(yè)巖中的白云巖主要分布在半深湖—深湖環(huán)境中的局限洼地處，多含泥質(zhì)和灰質(zhì)，主要為過(guò)渡類的泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)泥巖、灰質(zhì)白云巖、含灰質(zhì)白云巖，厚度超30 cm的純白云巖層非常少見(jiàn)。由于其成因機(jī)制不清楚，目前平面上無(wú)法預(yù)測(cè)其分布。從樊頁(yè)1井至牛頁(yè)1井的連井剖面（見(jiàn)圖 2）可以看出，沙四段上亞段頁(yè)巖的埋藏深度為2 950～3 470 m。白云巖完全夾在紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r和灰質(zhì)泥巖中，或與泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖互層。單層厚度一般為0.5～20.0 cm，多層累計(jì)厚度一般不超過(guò)5 m，橫向連續(xù)性差。沙四段上亞段下部為低能靜水環(huán)境下沉積的泥質(zhì)白云巖和白云巖，夾持于紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r中，向上過(guò)渡為紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r與灰質(zhì)泥巖互層，在互層中仍可見(jiàn)厚0.5～5.0 cm的泥晶白云石紋層。雖然泥質(zhì)白云巖和灰質(zhì)白云巖夾層的發(fā)育規(guī)模小，僅占頁(yè)巖層系的5%～15%，不是主體巖相，但是這類靜水低能環(huán)境的沉積物在區(qū)內(nèi)廣泛分布于頁(yè)巖層系中，橫向變化大、連續(xù)性差。

圖2 東營(yíng)凹陷樊頁(yè)1井—牛頁(yè)1井沙四段上亞段連井剖面

盡管研究區(qū)頁(yè)巖層系中缺乏白云巖，但是頁(yè)巖的礦物組分中卻不缺乏白云石。頁(yè)巖樣品的X衍射全巖分析數(shù)據(jù)表明，白云石作為一種常見(jiàn)礦物，廣泛見(jiàn)于東營(yíng)凹陷的牛莊洼陷（牛頁(yè)1井）、利津洼陷（利頁(yè)1井）、博興洼陷（樊頁(yè) 1井），以及沾化凹陷的渤南洼陷（羅69井）的4口頁(yè)巖油專探井巖心中。在（含）白云質(zhì)泥巖和灰?guī)r中，白云石作為巖石次要礦物，絕對(duì)百分含量一般低于 20%。但在泥質(zhì)白云巖和泥灰質(zhì)白云巖中，白云石的絕對(duì)含量可高于40%。

3.2 白云石的產(chǎn)狀與賦存特征

以牛頁(yè) 1井沙三段下亞段至沙四段上亞段頁(yè)巖為例，頁(yè)巖中的白云石主要有3種分布形式（見(jiàn)圖3），紋層—層狀分布、晶粒狀分散分布，少量呈波狀和透鏡狀分布。

3.2.1 紋層—層狀分布白云石

常見(jiàn)于含白云質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖、含泥白云巖、含灰質(zhì)泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、泥晶白云巖等巖性中。顯微晶—微晶白云石集合體呈紋層狀分布，紋層厚度一般為0.1～0.7 mm，紋層近乎平直延伸，連續(xù)性好（見(jiàn)圖3a），常見(jiàn)與泥晶方解石紋層（厚度0.2～0.4 mm）間互（見(jiàn)圖 3b），與黏土有機(jī)質(zhì)紋層（厚度0.1～0.5 mm）間互（見(jiàn)圖 3c），被富含黃鐵礦的黏土有機(jī)質(zhì)紋層夾持（見(jiàn)圖3d），紋層間界線清晰，未受交代作用破壞，保留了沉積時(shí)的特點(diǎn)。紋層狀白云石條帶不具備白云石脈特征（見(jiàn)圖3e、圖3f），部分被黏土紋層和有機(jī)質(zhì)紋層夾持的白云石微含鐵，茜素紅染色呈淺藍(lán)色（見(jiàn)圖3g）。

泥晶白云巖呈層狀產(chǎn)出，幾乎全由晶粒小于5 μm的泥晶白云石構(gòu)成（見(jiàn)圖3h、圖3i），結(jié)構(gòu)均勻，具顯微層理，呈近水平狀和微小波狀，同樣未受交代作用的改造，紋層厚度一般為0.3～0.6 mm，生物殘?bào)w很少見(jiàn)，紋層中發(fā)育少量藻類鑄模孔（見(jiàn)圖3h）。泥晶白云石晶體大小均一，它形晶，少許黃鐵礦晶體分布其中。

3.2.2 晶粒狀分散分布白云石

在富有機(jī)質(zhì)塊狀和紋層狀灰質(zhì)泥巖中，晶粒狀分散分布的白云石幾乎全部產(chǎn)出于黏土、長(zhǎng)英質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的混合紋層中。細(xì)晶白云石結(jié)晶程度高，常與炭質(zhì)共存（見(jiàn)圖3j），晶體直徑100～300 μm，是周圍黏土和長(zhǎng)英質(zhì)礦物粒徑的幾百倍。這類白云石礦物來(lái)自于埋藏早期有機(jī)質(zhì)的炭化過(guò)程，細(xì)胞外聚合物含有機(jī)陰離子官能團(tuán)，可促進(jìn)鈣離子和鎂離子的結(jié)合，克服鎂離子水化和成核障礙，形成細(xì)晶白云石[4-7]。在壓實(shí)作用下，塑性的黏土礦物發(fā)生褶皺變形包裹白云石。

在紋層狀富有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)灰?guī)r中，泥晶方解石紋層與黏土、長(zhǎng)英質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的混合紋層間互，顯微晶—微晶白云石分散分布于混合紋層之中（見(jiàn)圖3k），白云石的粒徑普遍大于其他物質(zhì)組分。常見(jiàn)黏土、黃鐵礦、白云石、長(zhǎng)英質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的復(fù)雜混合紋層中富集球粒狀黃鐵礦。晶粒狀白云石要么孤立分布，要么分散分布于黏土、長(zhǎng)英質(zhì)和有機(jī)質(zhì)的混合紋層中，與方解石界線截然，無(wú)任何交代現(xiàn)象。微晶白云石嵌入泥晶方解石紋層中的現(xiàn)象（見(jiàn)圖3k）和呈碎屑狀分散分布于黏土中的現(xiàn)象（見(jiàn)圖 3l）均表明白云石的形成早于頁(yè)巖固結(jié)成巖。

3.2.3 波狀和透鏡狀分布白云石

見(jiàn)少量透鏡狀分布的白云巖，新鮮面呈灰黑色，層厚0.1～0.3 mm，白云石晶粒結(jié)構(gòu)，晶粒直徑1～5 μm。白云巖透鏡體長(zhǎng)軸近水平定向分布，被黏土、長(zhǎng)英質(zhì)碎屑和有機(jī)質(zhì)混合沉積物分隔，具有細(xì)粒混積特征[13]。偶見(jiàn)波狀分布的白云石集合體，被黏土、有機(jī)質(zhì)、長(zhǎng)英質(zhì)等物質(zhì)錯(cuò)斷，推測(cè)其受事件性湖水底流的影響（見(jiàn)圖3c）。泥晶方解石集合體可能受微生物藻席影響，部分呈微型透鏡狀或丘狀，與波狀白云石紋層間互發(fā)育。波狀白云巖新鮮面大多呈灰白色，泥晶結(jié)構(gòu)，波狀構(gòu)造，白云石晶體直徑一般小于1 μm，少量1～3 μm。部分波狀白云巖新鮮面呈灰褐色，晶粒結(jié)構(gòu)，巖石中見(jiàn)同生鈣藻，藻孔內(nèi)充填方解石（見(jiàn)圖3h）。

圖3 牛頁(yè)1井沙河街組頁(yè)巖白云石的3種產(chǎn)狀的薄片照片

3.3 白云石晶型與類型

為了從微觀形貌和元素含量上進(jìn)一步區(qū)分白云石的類型，利用掃描電鏡-能譜元素分析，準(zhǔn)確識(shí)別白云石的內(nèi)核和外緣、鐵白云石等特征。根據(jù)利頁(yè)1、樊頁(yè)1、牛頁(yè)1等井巖心的巖石學(xué)分析和能譜元素測(cè)定，識(shí)別出3種白云石礦物：自生白云石（D1）、準(zhǔn)同生白云石（D2）和鐵白云石（Ak）。

D1識(shí)別標(biāo)志：白云石結(jié)晶程度低，形似微米球，直徑1～15 μm，橫切面呈圓形或橢圓形，元素組成上具有高鎂高鈣、幾乎不含鐵的特征，D1常發(fā)育晶內(nèi)溶蝕孔。測(cè)得 7個(gè)自生白云石的元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Mg為8.03%～11.21%，平均為9.10%；Ca為10.20%～37.43%，平均為14.75%；Fe為0～1.79%，平均為1.32%。

D2識(shí)別標(biāo)志：結(jié)晶程度較D1略高，常附著于D1表面呈次生加大生長(zhǎng)，直徑2～5 μm，元素組成上具有高鎂高鈣、微含鐵元素的特點(diǎn)，且越靠晶體邊緣Fe含量越高，少部分晶體邊緣呈菱形晶。測(cè)得 5個(gè)準(zhǔn)同生白云石的元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Mg為 2.40%～7.09%，平均為 5.20%；Ca為 11.02%～34.45%，平均為 23.61%；Fe為2.42%～3.90%，平均為2.90%。

Ak識(shí)別標(biāo)志：結(jié)晶程度最高，橫切面呈菱形，直徑2～9 μm，常附著于D1表面呈次生加大生長(zhǎng)，元素組成上具有高鎂、高鈣、高含鐵的特點(diǎn)，常具霧心亮邊結(jié)構(gòu)。測(cè)得 17個(gè)鐵白云石的元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，Mg為 2.84%～6.17%，平均為 4.54%；Ca為 2.47%～38.03%，平均為18.64%；Fe為4.13%～15.07%，平均為7.45%。

在背散射掃描電子顯微鏡（SEM）圖像中，由于鐵含量的差異，鐵白云石晶體比白云石晶體成像相對(duì)更亮。約60%的白云石晶體保留了其原始形態(tài)，約40%的白云石晶體形成了次生加大邊緣，次生加大邊緣由環(huán)帶狀結(jié)構(gòu)的亞微晶—微晶白云石組成（見(jiàn)圖4）。白云石和鐵白云石的分布具有選擇性，黏土、長(zhǎng)英質(zhì)礦物和有機(jī)質(zhì)的混合紋層中常見(jiàn)白云石和鐵白云石產(chǎn)出，泥晶方解石紋層中極少見(jiàn)白云石和鐵白云石產(chǎn)出。這與微生物誘導(dǎo)原生白云石易發(fā)育于黏土、長(zhǎng)英質(zhì)和有機(jī)質(zhì)等同沉積物質(zhì)中的相關(guān)認(rèn)識(shí)相一致[21-23]。

圖4 牛頁(yè)1井3 296 m井深沙三段下亞段頁(yè)巖中白云石等礦物的微形貌與能譜圖

4 白云石的成因與演化序列

4.1 沉積成巖環(huán)境

4.1.1 沉積環(huán)境與碳酸鹽礦物成因

沉積環(huán)境包括湖盆類型、氣候條件、沉積介質(zhì)的物理化學(xué)條件等要素，控制了水體性質(zhì)與白云石的成因類型。古近紀(jì)濟(jì)陽(yáng)古湖泊為相對(duì)封閉的湖盆，沙四段上亞段—沙三段下亞段沉積時(shí)期，古氣候由干熱向潮濕轉(zhuǎn)化，S/Fe值大于1和黃鐵礦富集均反映了該時(shí)期為穩(wěn)定的還原性水體環(huán)境，頁(yè)巖紋層細(xì)密程度受鹽度分層與物源供給速率低的影響，頁(yè)理發(fā)育表明頁(yè)巖形成于半深湖—深湖靜水環(huán)境中[11-13]。

研究區(qū)12口井147個(gè)樣品（頁(yè)巖和地層水樣品）的碳氧同位素組成測(cè)定結(jié)果顯示，東營(yíng)凹陷沙三段下亞段δ13C值為1.8‰～6.5‰，平均為3.5‰。沙四段上亞段δ13C值為-4.8‰～6.5‰，平均為2.5‰。東營(yíng)凹陷沙三段下亞段δ18O為-11.4‰～-7.1‰，平均為-8.6‰。沙四段上亞段 δ18O 值為-13.0‰～-3.4‰，平均為-9.1‰。沾化凹陷沙三段下亞段 δ13C值為 1.7‰～4.7‰，平均為3.4‰。沙四段上亞段δ13C值為-6.7‰～-3.0‰，平均為-5.1‰。沾化凹陷沙三段下亞段 δ18O值為-11.1‰～7.0‰，平均為-9.5‰。沙四段上亞段δ18O值為-13.3‰～-5.6‰，平均為-9.1‰。

利用碳酸鹽碳氧同位素組成分析可區(qū)分碳酸鹽礦物的成因，即甲烷細(xì)菌活動(dòng)生成生物氣、細(xì)菌硫酸鹽還原、有機(jī)質(zhì)脫羧生烴 3種主導(dǎo)同位素分餾的機(jī)制[16-18,24-25]。東營(yíng)凹陷沙三段下亞段樣品的碳氧同位素組成均分布于①區(qū)（見(jiàn)圖 5），沙四段上亞段樣品分布于①區(qū)和③區(qū)；沾化凹陷沙三段下亞段樣品的碳氧同位素組成均分布于①區(qū)，沙四段上亞段少量樣品點(diǎn)分布于②和③區(qū)[16,18]。圖5中①區(qū)代表封閉成巖環(huán)境，碳酸鹽的同位素組成主要受甲烷細(xì)菌活動(dòng)生成生物氣的影響；②區(qū)代表半封閉成巖環(huán)境，碳酸鹽成因與有機(jī)質(zhì)脫羧作用相關(guān)；③區(qū)代表開(kāi)放成巖環(huán)境，隸屬埋藏較淺時(shí)與硫酸鹽還原作用有關(guān)的碳酸鹽。東營(yíng)凹陷沙三段下亞段樣品的碳氧同位素組成散點(diǎn)全部落在①區(qū)（見(jiàn)圖 5），表明了甲烷為主體的生物氣對(duì)頁(yè)巖中碳酸鹽礦物δ13C的組成影響最大，δ18O值強(qiáng)烈偏負(fù)表明后期經(jīng)歷了封閉環(huán)境中的溶蝕與重結(jié)晶作用的改造。沙四段上亞段少量頁(yè)巖樣品的C和O同位素值落在③區(qū)，極可能與硫酸鹽還原作用有關(guān)。

選取牛頁(yè)1井和樊頁(yè)1井沙四段上亞段的頁(yè)巖樣品，分離亮晶和泥晶方解石，碳氧同位素組成檢測(cè)結(jié)果表明，二者的δ13C值相近，δ18O值差別大（見(jiàn)圖5a）。泥晶方解石δ13C值為0.2‰～4.8‰，平均為3.1‰。亮晶方解石的δ13C值為2.8‰～6.5‰，平均為4.1‰。泥晶方解石的δ18O值為-11.5‰～-8.4‰，平均為-9.4‰。亮晶方解石的 δ18O 值為-13.2‰～-5.7‰，平均為-11.1‰。

圖5 濟(jì)陽(yáng)坳陷沙河街組頁(yè)巖中碳酸鹽的碳氧同位素組成散點(diǎn)圖

前人研究認(rèn)為大氣中無(wú)機(jī)碳的δ13C值約為-7‰[22-24]。當(dāng)碳為有機(jī)來(lái)源時(shí)，其 δ13C值變化范圍寬，一般為-33‰～-18‰[18]。在碳酸鹽礦物析出結(jié)晶的過(guò)程中，碳同位素組成發(fā)生分餾作用，造成新生碳酸鹽礦物的碳同位素組成一般比母源碳同位素組成偏重 9‰～10‰[16-18]。如果碳酸鹽礦物的碳全部來(lái)自于有機(jī)質(zhì)，δ13C值為-23‰～-8‰，而當(dāng)碳酸鹽膠結(jié)物的碳全部為無(wú)機(jī)來(lái)源時(shí)，其 δ13C值可達(dá) 3‰[18]。研究區(qū)樣品中的亮晶方解石和泥晶方解石主要為無(wú)機(jī)碳庫(kù)來(lái)源，泥晶方解石更傾向于湖盆生物-化學(xué)碳酸鹽成因，δ18O值域表明其經(jīng)歷過(guò)較弱的氧同位素組成分餾[16-20,26]。亮晶方解石的δ18O值更為偏負(fù)，表明其經(jīng)歷過(guò)強(qiáng)烈的重結(jié)晶和氧同位素組成分餾作用。

測(cè)得牛頁(yè)1井 5塊頁(yè)巖（深度為 3 439.23～3 489.79 m）中白云石的δ13C值為-4.81‰～-3.09‰，δ18O值為-4.50‰～-2.17‰。產(chǎn)自相鄰紋層的泥晶方解石δ13C 值為-0.42‰～-5.83‰，δ18O 值為-9.38‰～-6.76‰。假若白云石與泥晶方解石均來(lái)自古湖泊水體的生物化學(xué)沉淀，則二者與古湖水之間存在密切的氧同位素組成分餾關(guān)系。根據(jù)共生白云石和方解石的氧同位素組成，由白云石-方解石之間的氧同位素組成分餾方程可計(jì)算白云石形成溫度[26-27]。

根據(jù)（1）式計(jì)算得到的白云石形成溫度為17.85～26.53 ℃，根據(jù)（2）式計(jì)算的白云石形成溫度為36.76～45.83 ℃，顯然屬于湖相低溫白云石的形成溫度。碳氧同位素組成數(shù)據(jù)點(diǎn)落在③區(qū)開(kāi)放成巖環(huán)境，屬于埋藏較淺時(shí)與硫酸鹽還原作用有關(guān)的碳酸鹽礦物，這是研究區(qū)頁(yè)巖層系內(nèi)白云石為原生和準(zhǔn)同生白云石最有力的證據(jù)之一。

4.1.2 元素與環(huán)境響應(yīng)

激光燒蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜主微量元素分析結(jié)果表明，原生沉積物（泥質(zhì)和泥晶方解石紋層）中的 Th和 U元素的富集程度高于成巖方解石脈（見(jiàn)表1）。以東營(yíng)凹陷牛 55-X1井富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)亮晶灰?guī)r為例，4種組分之間的常微量元素分布特征具有明顯差異，亮晶方解石脈和泥晶方解石富集Ca元素。泥質(zhì)紋層由黏土礦物、長(zhǎng)英質(zhì)礦物和有機(jī)質(zhì)組成，Al、Si、Mn、Fe元素最為富集。泥質(zhì)紋層與亮晶方解石紋層接觸面富集 Sr元素，亮晶方解石脈具有顯著的 Sr正異常，反映了Sr在流體成巖過(guò)程中積極參與的特點(diǎn)。Th和U含量由高到低的順序?yàn)椋耗噘|(zhì)紋層、泥晶方解石、泥質(zhì)紋層與亮晶方解石紋層接觸面、亮晶方解石脈，反映出原生沉積物中的Th和U元素在壓實(shí)成巖過(guò)程中的再分配順序（見(jiàn)表1）。Th和U元素難溶于地層水，易于被黏土和有機(jī)質(zhì)吸附，因而亮晶方解石脈相對(duì)虧損Th和U元素。

表1 研究區(qū)牛55-X1井3 350 m深度段頁(yè)巖4種組分Th和U含量

稀土元素分餾特征可用于區(qū)分頁(yè)巖中的原生沉積層和成巖脈體[28-29]。泥晶方解石和泥質(zhì)紋層的輕重稀土元素含量比平均值分別為20.28（范圍9.40～29.07）和11.65（范圍6.96～15.92），輕、重稀土元素分異較明顯。4種組分的稀土元素分布模式表現(xiàn)為原生沉積物相對(duì)富集輕稀土元素，虧損重稀土元素（見(jiàn)圖6）。因?yàn)橄⊥猎仉y溶于水，所以從原生沉積物層進(jìn)入地層水的稀土含量非常少，成巖流體沉淀形成的方解石脈輕稀土元素和重稀土元素明顯低于原始沉積的泥質(zhì)和泥晶方解石（見(jiàn)圖 6），表現(xiàn)為弱負(fù)異常和虧損特征。與北美頁(yè)巖相比，4種組分均表現(xiàn)為δCe弱負(fù)異常和δEu弱正異常的特點(diǎn)（見(jiàn)圖 6）。泥晶方解石、泥質(zhì)紋層與亮晶方解石紋層接觸面的鈰異常程度（Ceanom）平均值均大于-0.1，Ce表現(xiàn)為正異常，屬于有利于有機(jī)質(zhì)保存的還原環(huán)境[20,28-29]。亮晶方解石脈的Ceanom平均值為-0.16，表明Ce3+在成巖脈體中的分異模式不同于原生沉積物。從（La/Sm）cn（所測(cè)樣品的鑭（La）與釤（Sm）元素經(jīng)北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化后的比值）和（Gd/Yb）cn（所測(cè)樣品的釓（Gd）與鐿（Yb）元素經(jīng)北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化后的比值）反映的輕、重稀土元素之間的分異程度看，由強(qiáng)到弱的順序?yàn)椋耗噘|(zhì)紋層與亮晶方解石紋層接觸面、泥晶方解石、方解石脈、泥質(zhì)紋層。

圖6 紋層狀泥質(zhì)亮晶灰?guī)r標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布

綜上，常微量元素和稀土元素特征反映了泥晶方解石和泥質(zhì)紋層沉積埋藏后，經(jīng)歷了一系列復(fù)雜活躍的流體成巖作用。頁(yè)巖層系作為白云石的母巖巖層，早期成巖流體性質(zhì)以堿性為主，淺埋藏階段有機(jī)質(zhì)發(fā)酵生成的腐殖酸可導(dǎo)致地層水向弱酸性短暫轉(zhuǎn)變，中深埋藏階段（古溫度85～140 ℃）有機(jī)質(zhì)熱演化生成大量有機(jī)酸，促使成巖流體向中酸性轉(zhuǎn)變，溶蝕碳酸鹽礦物，生成CO2進(jìn)入地層水，與Na+結(jié)合形成Na2CO3和 NaHCO3等強(qiáng)堿弱酸鹽，使得頁(yè)巖中的成巖流體性質(zhì)表現(xiàn)出由堿性—弱酸性—弱堿性—中酸性—弱堿性（弱酸性）的交替變化[12-13]。在此影響下，碳酸鹽礦物的溶蝕和沉淀交替發(fā)生，表現(xiàn)在不同組分具有不同的稀土元素配分特點(diǎn)。

4.2 白云石和鐵白云石的成因

4.2.1 白云石的形成與熟化

上述研究中發(fā)現(xiàn)的白云石期次生長(zhǎng)現(xiàn)象可能指向原生和準(zhǔn)同生白云石發(fā)生熟化及其重結(jié)晶作用過(guò)程。本次研究捕捉到了頁(yè)巖中存在 2種白云石期次生長(zhǎng)和含鐵化現(xiàn)象（見(jiàn)圖7a）：①具有白云石內(nèi)核D1和含鐵白云石外緣D2，內(nèi)核白云石D1切面呈次圓形，發(fā)育微納米級(jí)晶內(nèi)溶蝕孔，具有高鎂高鈣、幾乎不含鐵的特點(diǎn)。D2緊貼內(nèi)核D1邊緣生長(zhǎng)，發(fā)育菱形晶，具有高鎂高鈣、含鐵錳元素的特點(diǎn)。②具有白云石內(nèi)核D1和鐵白云石Ak外緣，D1菱形嵌晶結(jié)構(gòu)十分規(guī)則（見(jiàn)圖7b），常見(jiàn)晶內(nèi)溶蝕孔，具有高鎂高鈣、微含鐵的特點(diǎn)。Ak沿內(nèi)核邊緣次生加大，具有高鎂、鈣和鐵共存的特點(diǎn)。

圖7 重點(diǎn)井白云石D1、D2和Ak晶體SEM圖像與能譜圖

白云石D1普遍具有高鎂高鈣、有序度低的特征，類似于高鎂方解石或無(wú)序白云石[7-8,22,24]。泥晶白云石D1與碎屑顆粒、黏土礦物呈結(jié)構(gòu)混合或呈漸變接觸，表明D1與碎屑顆粒幾乎同期沉積。D1的微納米球形切面結(jié)構(gòu)與微生物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)誘導(dǎo)的白云石，以及現(xiàn)代沉積發(fā)現(xiàn)的白云石結(jié)構(gòu)相似[3-4,22,25]。白云石微納米球形結(jié)構(gòu)通常被認(rèn)為是白云巖微生物成因的典型標(biāo)志[1-4,21-23]。大量納米球狀白云石可充當(dāng)白云石的原始成核點(diǎn)，聚集成微米球狀白云石[21-23]。細(xì)菌產(chǎn)生的細(xì)胞外聚合物結(jié)合金屬陽(yáng)離子，在白云石沉淀過(guò)程中充當(dāng)酸性有機(jī)模板作用[22]。在硫酸鹽還原菌降解有機(jī)質(zhì)的過(guò)程中，硫酸鹽還原反應(yīng)生成的 H2S與孔隙水中的Fe2+結(jié)合生成黃鐵礦[18,22]。鑒于研究區(qū)黃鐵礦與泥晶白云石共生于同一紋層中，故推測(cè)誘導(dǎo)白云石沉淀的微生物可能來(lái)自硫酸鹽還原菌。缺氧環(huán)境條件下，F(xiàn)e3+被還原成Fe2+進(jìn)入白云石晶格，形成微含鐵白云石D2亞微米菱形晶（見(jiàn)圖7a）。隨著埋深進(jìn)一步增加，地層溫度和壓力升高，富Mg2+和Fe2+孔隙流體促使菱形鐵白云石Ak開(kāi)始形成，但仍處于淺埋藏（1 500 m以淺）未經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈機(jī)械壓實(shí)的環(huán)境中。

眾多研究證實(shí)，在湖水-沉積物界面缺氧條件下，硫酸鹽還原菌可誘導(dǎo)生成次圓形態(tài)的白云石[7-9,24-26]。研究區(qū)沙河街組頁(yè)巖樣品中普遍發(fā)育切面為次圓形態(tài)的白云石D1，可以作為研究區(qū)沙河街組頁(yè)巖經(jīng)歷過(guò)硫酸鹽還原作用的標(biāo)志[21-22]。通過(guò)生物誘導(dǎo)作用直接礦物沉淀形成的白云石，后期經(jīng)歷溶蝕、抑或次生加大熟化，均會(huì)遺留成巖“印記”[3,30-33]。D1發(fā)育顯著的溶蝕孔，表明D1具有不穩(wěn)定性，極可能來(lái)自于白云石形成的前驅(qū)體[3-4, 6-7, 24]或高鎂方解石中間體[22, 24, 30-31]。較小的表面能促進(jìn)前驅(qū)體優(yōu)先成核并生長(zhǎng)為中間白云石。含晶格缺陷的中間白云石被腐殖酸溶蝕形成微納米級(jí)溶孔，微環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)閴A性環(huán)境后再結(jié)晶形成D2。在還原環(huán)境下，F(xiàn)e2+取代 Mg2+和 Ca2+形成含鐵白云石和鐵白云石。Ak極少見(jiàn)溶蝕孔和D2的菱形邊緣佐證了堿性環(huán)境在外緣形成過(guò)程中的主導(dǎo)作用[9,34-35]。

白云石D1和D2具有次圓形和不規(guī)則形態(tài)，部分具有次生加大邊。鐵白云石Ak一般具有菱形晶和期次生長(zhǎng)特征。這些差異現(xiàn)象均指向白云石正在經(jīng)歷含鐵化、重結(jié)晶和有序化重組過(guò)程[21,30-31]。研究區(qū)沙河街組頁(yè)巖中泥晶—微晶白云石的有序度為0.30～0.70，其中白云石D1有序度為0.30～0.50，白云石D2有序度為0.50～0.70，普遍偏低，傾向于原生和準(zhǔn)同生快速結(jié)晶成因。沉淀于灰泥沉積物中的準(zhǔn)同生白云石大多屬于富鈣白云石[16-19]，研究中發(fā)現(xiàn)的D1普遍具有富鈣和晶內(nèi)溶蝕的特點(diǎn)，符合原生或準(zhǔn)同生白云石低有序度和欠穩(wěn)定的特征[7-9,21]。

4.2.2 鹽度條件與鎂離子來(lái)源

鹽度條件和鈣鎂離子濃度是決定白云石生成的先決條件[4-8,10]。濟(jì)陽(yáng)坳陷沙四段上亞段較沙三段下亞段頁(yè)巖更富含碳酸鹽礦物[11-13]，白云石含量更高。Sr/Ba值和Mg/Ca值反映的鹽度趨勢(shì)與白云石絕對(duì)含量的縱向變化趨勢(shì)一致，沙四段上亞段沉積期較沙三段下亞段沉積期的古湖水明顯具有更高的鹽度，表明古氣候控制的湖水鹽度條件是研究區(qū)鎂離子濃縮的最直接影響因素。沙三下亞段至沙四段上亞段頁(yè)巖的δ13C值呈現(xiàn)出由偏正向偏負(fù)轉(zhuǎn)變的明顯趨勢(shì)，不僅表明來(lái)自濕潤(rùn)半咸化環(huán)境與干旱咸化環(huán)境中形成的碳酸鹽礦物具有不同的碳同位素組成分餾特點(diǎn)，還反映了干旱咸化湖盆易于沉淀更多的藻類誘發(fā)碳酸鹽礦物，這是濟(jì)陽(yáng)坳陷沙四段上亞段咸化富烴的根源[11]。

湖相沉積物中鎂離子的主要來(lái)源包括原始湖泊水、入侵海水、熱水熱液 3大類[36-40]。在溫?zé)岷透珊淡h(huán)境中，古湖泊水體蒸發(fā)濃縮形成的原始湖泊流體直接為原生和準(zhǔn)同生白云石的形成提供鎂離子。諸如渤海灣盆地塘沽地區(qū)沙三段[38]、歧口凹陷沙河街組沙一段[41]的湖相泥晶白云巖均來(lái)自于原始湖泊咸化。近海地區(qū)的海侵可為湖盆提供大量的Mg2+，海侵白云巖的87Sr/86Sr值一般接近或略高于同期海水[38-39]。測(cè)得牛莊洼陷10塊頁(yè)巖中碳酸鹽礦物的87Sr/86Sr值為0.710 7～0.711 6，平均值為0.711 1，表明研究區(qū)存在海侵供應(yīng)鎂離子的可能性。來(lái)自熱鹵水和地幔熱液等深部流體的熱水熱液可促使泥質(zhì)灰?guī)r被交代為泥質(zhì)白云巖[39,42]，地幔流體在向上運(yùn)移的過(guò)程中，促使超基性巖發(fā)生蛇紋石化，釋放出鎂離子和鐵族金屬元素，形成規(guī)?；陌自茙r層，且伴生螢石、片鈉鋁石等特征礦物[39,43]。研究區(qū)頁(yè)巖層系中的白云巖規(guī)模小、橫向連續(xù)性差，無(wú)螢石、片鈉鋁石等特征礦物，顯然不具備熱水熱液成因白云巖的產(chǎn)狀和特點(diǎn)。

4.3 白云石成巖演化序列

在地表?xiàng)l件下微生物的誘導(dǎo)作用可以克服白云石形成的兩個(gè)動(dòng)力學(xué)障礙：低CO32-活度和Mg2+的水合能，促使原生白云石沉淀。原生白云石主要受硫酸鹽還原、產(chǎn)甲烷和細(xì)菌有氧氧化等微生物模式主導(dǎo)[18-19,21,24]。

前人研究認(rèn)為，D1形成于湖相白云石過(guò)飽和環(huán)境或硫酸鹽還原帶，D2的形成晚于 D1，可能形成于硫酸鹽還原帶或硫酸鹽還原—甲烷細(xì)菌帶[21,32-35,42]。常見(jiàn)菱鐵礦和黃鐵礦自形晶嵌入鐵白云石中的現(xiàn)象，表明菱鐵礦和黃鐵礦的形成早于鐵白云石Ak。多晶態(tài)和次生加大結(jié)構(gòu)反映了鐵白云石形成于細(xì)粒沉積物完全固結(jié)成巖之前，埋深小于1 500 m，處于頁(yè)巖原型孔隙的早期[43]，否則自形晶鐵白云石及其規(guī)則狀次生加大邊缺乏生長(zhǎng)空間。

根據(jù)研究區(qū)沙河街組頁(yè)巖孔隙度隨埋深的變化特點(diǎn)、頁(yè)巖成巖作用與增孔減孔關(guān)系[12-13]、頁(yè)巖中硫酸鹽還原菌和產(chǎn)甲烷菌的檢測(cè)結(jié)果[36]，可綜合判定白云石成巖序列與埋深之間的關(guān)系。研究區(qū)淺埋藏松散細(xì)粒沉積物自沉積壓實(shí)至固結(jié)成巖階段，白云石的成巖序列見(jiàn)圖8。在白云石熟化過(guò)程中，雖然白云石個(gè)體和成巖微環(huán)境存在差異，但是從D1到D2，再到Ak，白云石有序度不斷升高?，F(xiàn)今測(cè)得白云石的有序度為0.30～0.92，實(shí)際表現(xiàn)的是處于不同成巖演化階段的白云石有序度。從古湖泊水體中以生物化學(xué)方式直接沉淀出來(lái)的原生白云石 D1，有序度為 0.11～0.30，接近于無(wú)序狀態(tài)。埋深0～500 m時(shí)，D1發(fā)生熟化，有序度為0.30～0.50，菱鐵礦、草莓狀黃鐵礦形成。埋深為500～1500 m時(shí)，腐殖酸等酸性流體溶蝕D1，形成晶內(nèi)溶蝕孔。至硫酸鹽還原—產(chǎn)甲烷菌活動(dòng)帶，D1次生加大形成D2，D2的有序度一般為0.50～0.70，形成環(huán)帶結(jié)構(gòu)的Ak，有序度可達(dá)0.90。埋深1 500～2 500 m時(shí)，白云石進(jìn)一步熟化。埋深大于2 500 m后，干酪根生烴排出有機(jī)酸，溶蝕鐵白云石和菱鐵礦等礦物。

根據(jù)濟(jì)陽(yáng)坳陷沙河街組頁(yè)巖中的原油微生物模擬實(shí)驗(yàn)[36]，可進(jìn)一步推測(cè)各帶的埋深（見(jiàn)圖8）。白云石D1生成于湖相白云石過(guò)飽和條件下的生物化學(xué)沉淀作用，也可形成于埋深幾十厘米至500 m的硫酸鹽還原帶，菱鐵礦和黃鐵礦同期形成。埋深500～800 m，腐殖酸、碳酸和硫化氫作為主要的酸性介質(zhì)[12-13]，溶蝕D1形成晶內(nèi)溶蝕孔。進(jìn)入硫酸鹽還原菌—產(chǎn)甲烷菌過(guò)渡帶（1 000～1 500 m），孔隙流體由弱酸性向弱堿性轉(zhuǎn)變，蒙皂石開(kāi)始大量向伊蒙混層和伊利石轉(zhuǎn)化，釋放鎂離子至孔隙水中，二價(jià)鐵鎂離子濃度升高，D2沿著D1邊緣次生加大生長(zhǎng)，或部分充填D1早期的溶蝕孔洞，此階段 Ak開(kāi)始結(jié)晶，發(fā)育環(huán)帶結(jié)構(gòu)。埋深至1 500 m，地溫約為70 ℃，機(jī)械壓實(shí)作用持續(xù)促使沉積物中的自由孔隙水逸出，巖石密度增大，孔隙度由40%～50%迅速降至20%左右，頁(yè)巖的孔隙結(jié)構(gòu)趨于成型，大致對(duì)應(yīng)于Mastalerz原型孔隙的早期[43]。埋深至2 500 m左右后，壓實(shí)固結(jié)的頁(yè)巖開(kāi)始進(jìn)入生油窗，有機(jī)質(zhì)熱演化產(chǎn)生大量有機(jī)酸，孔隙流體由弱酸性轉(zhuǎn)變?yōu)橹兴嵝訹12]。Ro值升至0.7%～0.9%，對(duì)應(yīng)于3 300～3 700 m埋深段，有機(jī)酸生成量達(dá)到高峰，強(qiáng)烈溶蝕菱鐵礦、方解石和鐵白云石，形成溶蝕孔隙發(fā)育段。

綜上，研究區(qū)沙河街組白云石成巖演化過(guò)程包括從原生白云石D1沉淀，至準(zhǔn)同生白云石D2和鐵白云石Ak生成于埋深小于1 500 m的淺埋藏階段，再到隨頁(yè)巖層系埋藏至現(xiàn)今3 000～4 000 m的深度，直至白云石和鐵白云石發(fā)生熟化的整個(gè)過(guò)程。期間經(jīng)歷了早期腐殖酸溶蝕和晚期有機(jī)酸溶蝕，最終演化為現(xiàn)今的白云石產(chǎn)狀。根據(jù)濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖熱解數(shù)據(jù)建立的演化剖面和地層測(cè)試超壓數(shù)據(jù)剖面[44]，頁(yè)巖在 2 800～2 900 m深度段逐漸進(jìn)入滯留烴量高峰區(qū)間（烴源巖生烴門限為2 200～2 500 m深度段，各凹陷溫壓條件有差異，門限不同）。埋深3 300～3 700 m的烴源巖，剩余壓力由10 MPa增至25 MPa[37]。頁(yè)巖溶蝕發(fā)育段即源自超壓帶內(nèi)有機(jī)酸等流體對(duì)碳酸鹽礦物的強(qiáng)烈溶蝕作用[43-44]。

5 結(jié)論

濟(jì)陽(yáng)坳陷沙河街組頁(yè)巖中發(fā)育自生白云石D1、準(zhǔn)同生白云石 D2和鐵白云石 Ak。D1具有低有序度（0.3～0.5），原生球形白云石結(jié)構(gòu)，高鎂高鈣，外緣次生加大和內(nèi)核溶蝕孔共存的特征；D2具有中等有序度（0.5～0.7），次生加大、高鎂高鈣和含鐵錳元素的特點(diǎn)；Ak具有高有序度（0.7～0.9）、菱形晶、高鎂、高鈣和高鐵的特征。甲烷氣生成階段的產(chǎn)甲烷氣作用對(duì)碳酸鹽礦物中碳氧同位素組成分餾具有重要影響。研究區(qū)沙河街組頁(yè)巖中的白云石不具備深埋白云石化和熱液白云石化的特點(diǎn)，利用原生成因和準(zhǔn)同生、后期含鐵化和熟化進(jìn)程來(lái)闡釋白云石呈紋層—層狀、晶粒狀、波狀和透鏡狀分布的特點(diǎn)更為合理。白云石D1形成于湖相白云石過(guò)飽和生物化學(xué)沉淀，D2和Ak主要形成于硫酸鹽還原帶和產(chǎn)甲烷菌活動(dòng)帶。研究區(qū)沙河街組頁(yè)巖層系中白云石的成巖演化經(jīng)歷了原生階段、準(zhǔn)同生階段、再熟化階段和有機(jī)酸溶蝕階段。D1先后經(jīng)歷了晶內(nèi)溶蝕、次生加大邊D2生成、鐵白云石Ak形成以及遭受有機(jī)酸溶蝕的過(guò)程，反映了白云石在成巖演化過(guò)程中經(jīng)歷了一系列復(fù)雜的成巖事件。

符號(hào)注釋：

α——白云石-方解石之間的氧同位素組成分餾系數(shù)，無(wú)因次；GR——自然伽馬，API；T——熱力學(xué)溫度；℃；R25——6.35 cm（2.5 in）電阻率，Ω·m；Rt——電阻率，Ω·m；Δt——聲波時(shí)差，μs/m。