遼河西部凹陷雷家地區(qū)古近系沙四段湖相白云巖成因

李 甜，代宗仰，李 陽，黃 蕾，宮振超，趙曉陽，周曉龍，黃 瀾

（1.西南石油大學(xué)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都 610500；2.中國(guó)石化中原油田分公司勘探開發(fā)研究院，河南濮陽 457000；3.中國(guó)石油遼河油田分公司勘探開發(fā)研究院，遼寧盤錦 124010）

0 引言

白云巖儲(chǔ)層在世界范圍內(nèi)具有廣泛的時(shí)空分布，從元古宙到新近紀(jì)均發(fā)現(xiàn)有白云巖儲(chǔ)層，世界上約50%的碳酸鹽巖儲(chǔ)層賦存于白云巖儲(chǔ)層中［1-5］。近年來，隨著對(duì)湖相白云巖儲(chǔ)層和白云巖化作用的研究，認(rèn)為湖相白云巖成因主要有3種：原生生物成因，準(zhǔn)同生交代成因，熱液成因［6-10］。戴朝成等［11］的研究認(rèn)為，旅大地區(qū)深凹陷沙河街組深湖相白云巖的微量元素具有深源氣液型組合中的Sb，As，Zn 和Ba 等元素富集以及稀土元素總量（∑REE）較高的特征，并認(rèn)為其屬于湖相熱水沉積巖。趙會(huì)民［12］通過研究發(fā)現(xiàn)，沙四段白云石有序度低，晶粒小于0.03 mm，是準(zhǔn)同生期白云巖化。李樂［13］的研究發(fā)現(xiàn)，塘沽地區(qū)沙河街組含方沸石白云巖中白云石有序度較低，晶粒較小，且在巖石中可觀察到藻紋層，并認(rèn)為該區(qū)白云巖成因與蒸發(fā)作用有關(guān)，方沸石化過程為其提供Mg2+來源。張小軍等［14］通過研究發(fā)現(xiàn)，柴西地區(qū)下干柴溝組白云石有序度普遍較低，Mg2+/Ca2+值低，輕稀土元素富集，氧同位素偏負(fù)，認(rèn)為該區(qū)白云巖形成于準(zhǔn)同生期，在蒸發(fā)作用下發(fā)生結(jié)晶分異，高鎂鹵水下滲交代方解石而形成。苑雅軒等［15］利用地震資料進(jìn)行分析，認(rèn)為塔河油田奧陶系萊壩組優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層為熱液成因，強(qiáng)反射特征為該套優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)層在地震上的重要識(shí)別標(biāo)志。楊雨然等［16］通過研究發(fā)現(xiàn)，川西北地區(qū)棲霞組白云巖儲(chǔ)集層中部分白云石發(fā)生過重結(jié)晶，具亮紅色陰極發(fā)光特征，見典型埋藏期熱液巖溶角礫，白云巖具有“δ18O 偏負(fù)、87Sr/86Sr 偏正和高M(jìn)n 低Sr”的特征，綜合認(rèn)為該白云巖儲(chǔ)層發(fā)生過熱液溶蝕作用。渤海灣盆地古近系沙河街組普遍發(fā)育湖相白云巖，并與致密油儲(chǔ)層具有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系，具備較好的油氣勘探價(jià)值［12，17-20］。目前，眾多學(xué)者對(duì)遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段白云巖的成因尚具有一定爭(zhēng)議，劉雪松等［21］認(rèn)為，雷家地區(qū)白云巖主要屬于成巖埋藏白云巖和準(zhǔn)同生白云巖；王高飛［22］認(rèn)為，雷家地區(qū)白云巖有3 種成因：準(zhǔn)同生白云石化、埋藏白云石化、玄武巖淋濾白云石化；王曉光等［23］認(rèn)為雷家地區(qū)湖相白云巖的成因與湖底熱液有關(guān)。

對(duì)遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段湖相白云巖進(jìn)行巖石薄片鑒定、掃描電鏡、電子探針、陰極發(fā)光、同位素分析等測(cè)試，并根據(jù)其巖石學(xué)特征、地球化學(xué)特征，討論其形成模式，以期對(duì)雷家地區(qū)沙四段湖相白云巖成因的研究提供一定借鑒。

1 地質(zhì)概況

在中新生代時(shí)期，由于太平洋板塊向歐亞大陸板塊俯沖，在中國(guó)大陸的東部邊緣形成一個(gè)北東向展布的裂谷系——渤海裂谷系，遼河坳陷就是位于該裂谷系東北端的一個(gè)斷陷盆地。西部凹陷作為遼河坳陷的一部分，是一個(gè)典型的箕狀凹陷，其形成與演化受邊界斷層控制。雷家地區(qū)位于西部凹陷中北部，東至中央凸起西部邊界（臺(tái)安—大洼斷層附近），西接西部凸起斜坡帶，包括陳家、臺(tái)安2個(gè)次級(jí)洼陷，面積約800 km2。研究區(qū)的斷裂數(shù)量多，延伸較長(zhǎng)，以張性正斷層為主，大多近東西向北東向次之，因多數(shù)東西向斷層向西南方向逐漸陷落，構(gòu)造面貌總體呈北高南低的態(tài)勢(shì)（圖1）。

圖1 遼河西部凹陷雷家地區(qū)地理位置（a）及巖性地層綜合柱狀圖（b）Fig.1 Geographical location（a）and stratigraphic column（b）of Leijia area in Western Liaohe Depression

研究區(qū)古近系地層自下而上依次為房身泡組、沙河街組、東營(yíng)組，其中沙河街組可劃分為4 段，與下伏房身泡組呈假整合或角度不整合接觸。沙四段地層以底部及中上部的厚層碳酸鹽巖為標(biāo)志，可分為2 個(gè)部分：下部主要對(duì)應(yīng)于高升油層，上部主要對(duì)應(yīng)于杜家臺(tái)油層。

2 白云巖特征

2.1 分布特征

在巖心觀察的基礎(chǔ)上，對(duì)遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段175 個(gè)薄片樣品進(jìn)行鑒定（圖2），發(fā)現(xiàn)白云石晶粒較小，主要為泥晶級(jí)。根據(jù)分布特征，將其劃分為2 種類型：均勻分散和紋層狀富集。前者因與其他礦物混雜而難以分辨其晶形，依稀可見似球形結(jié)構(gòu)；后者多與富有機(jī)質(zhì)層、富方沸石層等互層出現(xiàn)，通常呈黃褐色或褐黃色，掃描電鏡下晶形明顯。

圖2 遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段不同類型白云巖鏡下特征（a）泥質(zhì)泥晶云巖與泥粉晶云巖互層，A14-15 井，2 630.60 m，（+）；（b）粒屑云巖，A71 井，1 656.70 m，鑄體片（-）；（c）灰質(zhì)云巖，白云石呈紋層狀富集，A42 井，2 375.96 m，（+）；（d）含泥方沸石質(zhì)泥晶云巖，A78 井，2 879.88 m，（+）；（e）泥質(zhì)泥晶云巖，方解石充填裂縫，A78 井，2 875.30 m，（+）；（f）泥質(zhì)泥晶云巖，成分以泥晶白云石為主，少量黏土礦物，A21 井，2 515.90 m，（-）Fig.2 Microscopic characteristics of different types of dolomites of the fourth member of Shahejie Formation in Leijia area，Western Liaohe Depression

2.2 礦物成分

（1）白云石。在研究區(qū)沙四段廣泛發(fā)育，且電子探針分析及X 射線衍射全巖分析表明，沙四段白云石主要為含鐵白云石，F(xiàn)eO 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.4%～11.4%，掃描電鏡下主要呈半自形（圖3a）。

（2）石英。在沙四段地層中含量較高，石英質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%～64.0%（圖3b）。

（3）黏土礦物。在沙四段中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～61%，主要包括高嶺石、伊利石、綠泥石、蒙皂石等（圖3c，3d）。

（4）方沸石。方沸石是沙四段的重要自生礦物，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于60%，在掃描電鏡下晶體近似于球形，表面粗糙（圖3e）。

（5）黃鐵礦。沙四段樣品中黃鐵礦含量較少，通常分布在含方沸石白云巖中，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.48%～15.03%，掃描電鏡下呈莓球狀（圖3f）。

圖3 遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段不同礦物掃描電鏡特征（a）含泥灰質(zhì)云巖，以半自形白云石為主，黏土礦物繞白云石發(fā)育，A42 井，2 344.70 m，SEM；（b）含泥泥晶云巖，裂縫發(fā)育，被微晶石英充填，A3 井，2 444.40 m，SEM；（c）泥晶云巖，高嶺石發(fā)育，G25-21 井，1 866.67 m，SEM；（d）泥巖，可見片狀伊利石黏土及圓球狀白云石，A25 井，2 742.11 m，SEM；（e）含泥方沸石質(zhì)泥晶云巖，孔、縫發(fā)育，被自形方沸石充填，A21 井，2 562.60 m，SEM；（f）泥質(zhì)白云巖，鏡下可見莓球狀黃鐵礦，A47 井，3 093.97 m，SEMFig.3 SEM characteristics of different minerals of the fourth member of Shahejie Formation in Leijia area，Western Liaohe Depression

2.3 構(gòu)造特征

該區(qū)沙四段紋層構(gòu)造及同生變形構(gòu)造十分發(fā)育。沙四段出現(xiàn)的韻律性層理主要為亮色白云質(zhì)條帶與暗色泥質(zhì)條帶形成的交替紋層（圖4a，4b）；比較發(fā)育的變形構(gòu)造為揉皺及微斷層（圖4c-4f）。在鏡下可見熱水角礫結(jié)構(gòu)（圖5）。

圖4 遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段紋層構(gòu)造及變形構(gòu)造（a）紋層狀白云巖，暗色為泥質(zhì)白云巖，亮色為白云巖，見揉皺構(gòu)造，A21 井，2 569.50 m；（b）深灰色泥質(zhì)白云巖，灰白色白云質(zhì)條帶與深灰色泥質(zhì)條帶互層，滑塌變形構(gòu)造，A21 井，2 685.70 m；（c）泥質(zhì)云巖，暗色泥質(zhì)條帶與亮色云質(zhì)條帶互層發(fā)育變形構(gòu)造，揉皺及裂縫，A0 井，2 631.60 m，鑄體片（-）10×25；（d）灰質(zhì)泥巖，褐灰色泥質(zhì)條帶與淺灰色灰質(zhì)條帶互層，夾白色方沸石條帶，發(fā)育揉皺及斷層，A22 井，2 726.56 m；（e）深灰色泥質(zhì)灰?guī)r，見多條灰白色方解石脈，發(fā)育小型揉皺等變形構(gòu)造，A47 井，3 152.00 m；（f）泥質(zhì)泥晶白云巖，灰黃色白云質(zhì)條帶與褐灰色泥質(zhì)條帶互層發(fā)育微裂縫，揉皺構(gòu)造，A3 井，2 4480.00 m，鑄體片（-）10×25Fig.4 Laminar structure and deformed structure of the fourth member of Shahejie Formation in Leijia area，Western Liaohe Depression

圖5 遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段熱水角礫結(jié)構(gòu)（a）含方沸石泥晶云巖，發(fā)育破碎角礫構(gòu)造，角礫間充填方沸石，A42 井，2 363.85 m，（-）；（b）泥晶云巖，發(fā)育熱水角礫結(jié)構(gòu)，A42 井，2 358.42 m，（-）Fig.5 Hot water breccia structure of the fourth member of Shahejie Formation in Leijia area，Western Liaohe Depression

3 白云巖地球化學(xué)特征

3.1 陰極發(fā)光特征

Fe2+和Mn2+的含量控制著碳酸鹽巖的發(fā)光性。遼河西部凹陷雷家地區(qū)白云石的發(fā)光性受Fe2+猝滅的作用，抑制發(fā)光，而Mn2+是熒光的來源，刺激發(fā)光［24］，Mn2+/Fe2+的值以及白云石晶體的大小決定了其熒光強(qiáng)度，同時(shí)，泥質(zhì)含量較高也會(huì)影響熒光強(qiáng)度（使白云石樣品較暗）。對(duì)研究區(qū)53 塊白云石樣品進(jìn)行陰極發(fā)光測(cè)試（圖6），結(jié)合電子探針分析結(jié)果，具體發(fā)光特征為：生屑砂屑云巖發(fā)橘黃色光，泥晶白云巖發(fā)昏暗—暗紅色光，粉晶白云巖不發(fā)光。

圖6 遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段白云巖陰極發(fā)光特征（a）泥質(zhì)泥晶云巖，泥晶白云石發(fā)昏暗光，充填裂縫白云石發(fā)昏暗—暗紅色光，微粒長(zhǎng)石發(fā)暗藍(lán)灰色光，（+）；（b）泥質(zhì)泥晶云巖，泥晶白云石發(fā)昏暗光，充填裂縫白云石發(fā)昏暗光—暗紅色光，微粒長(zhǎng)石發(fā)暗藍(lán)灰色光，（+）；（c）泥質(zhì)泥晶云巖，泥晶白云石發(fā)昏暗光，泥質(zhì)不發(fā)光，鳥眼孔中充填白云石發(fā)暗紅—紅色光，長(zhǎng)石微粒發(fā)暗藍(lán)色光，裂縫中充填的方解石發(fā)紅色光，（+）；（d）泥質(zhì)泥晶云巖，泥晶白云石發(fā)昏暗光，泥質(zhì)不發(fā)光，鳥眼孔中充填白云石發(fā)暗紅光—紅色光，長(zhǎng)石微粒發(fā)暗藍(lán)色光，裂縫中充填的方解石發(fā)紅色光，（+）；（e）紋層狀泥質(zhì)泥晶云巖，含泥質(zhì)泥晶白云石發(fā)昏暗光，泥晶白云石不發(fā)光，微粒長(zhǎng)石發(fā)藍(lán)色光，（+）；（f）紋層狀泥質(zhì)泥晶云巖，含泥質(zhì)泥晶白云石發(fā)昏暗光，泥晶白云石不發(fā)光，微粒長(zhǎng)石發(fā)藍(lán)色光，（+）；（g）生屑砂屑云巖，同生屑砂屑幾乎不發(fā)光，粒間微晶粒狀白云石膠結(jié)物發(fā)橘黃色光，長(zhǎng)石發(fā)暗藍(lán)色光，陰極發(fā)光（+）；（h）生屑砂屑云巖，同生屑砂屑幾乎不發(fā)光，粒間微晶粒狀白云石膠結(jié)物發(fā)橘黃色光，長(zhǎng)石發(fā)暗藍(lán)色光，陰極發(fā)光（+）Fig.6 Cathodoluminescence characteristics of dolomites of the fourth member of Shahejie Formation in Leijia area，Western Liaohe Depression

因Fe2+的猝滅作用，F(xiàn)eO 含量較高的粉晶白云石和泥晶白云石不發(fā)光或發(fā)昏暗光；結(jié)合電子探針分析，與方沸石共生的白云石也不發(fā)光或發(fā)昏暗光，而FeO 含量略低的泥晶白云石和生屑砂屑白云巖中的白云石分別發(fā)暗紅色光和橘黃色光。

2 種不同的測(cè)試結(jié)果表明，研究區(qū)沙四段白云巖成因可能不同，前者可能為熱水白云巖化成因，后者可能為準(zhǔn)同生白云巖化成因。

3.2 主量元素特征

本次研究在對(duì)雷家地區(qū)沙四段的白云石及方沸石等主要礦物進(jìn)行X 射線衍射全巖分析及薄片鑒定的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了電子探針分析（表1）。

表1 遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段主要礦物電子探針分析結(jié)果Table 1 Electron probe analysis results of main minerals of the fourth member of Shahejie Formation in Leijia area，Western Liaohe Depression

高翔等［25］將FeO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.117%的白云石定為含鐵白云石，王璞等［26］將含有CaO，MgO，F(xiàn)eO等成分的白云石進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)定：FeO 含量大于MgO含量為鐵白云石；FeO 含量小于MgO 含量為含鐵白云石。據(jù)電子探針分析結(jié)果，研究區(qū)沙四段白云石FeO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為6.252%，小于MgO 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值，含鐵白云石較為發(fā)育，可見鐵白云石。其中，A69 井所選2 個(gè)探針點(diǎn)的FeO 含量最高，是與方沸石紋層互層出現(xiàn)的紋層狀富集型白云石。所選樣品白云石CaO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.472%～28.953%，平均值為25.948%，低于理想白云石CaO 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（30.400%）［27］；MgO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.656%～17.935%，平均值為12.942%，低于理想白云石MgO 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（21.700%）［27］；Mg2+與Ca2+的摩爾比值平均為0.692。

3.3 微量元素特征

微量元素在碳酸鹽巖中可以判別沉積環(huán)境和研究成巖變化，實(shí)驗(yàn)分析中7 種微量元素的詳細(xì)分析結(jié)果如表2 所列，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，沙四段所選白云巖樣品中以Co，Ni，Cr 為代表的深源地幔型微量元素的豐度值相對(duì)地殼元素克拉克值低；Sr 和Ba 的豐度值較高；Co 與Ni 的平均豐度比值為0.45，明顯小于1，具非正常沉積微量元素組成特征。雷家地區(qū)碳酸鹽巖Sr 同位素測(cè)試結(jié)果表明，87Sr 和86Sr 的豐度比值為0.707 5～0.711 3，平均為0.710 1，略高于同期海水87Sr 與86Sr 的豐度比值（0.707 8），且Sr 豐度值偏高，表明該區(qū)白云巖造巖組分為殼-幔混源［28］。

表2 遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段含方沸石白云巖微量元素豐度Table 2 Trace element abundance of analcite-bearing dolomites of the fourth member of Shahejie Formation in Leijia area，Western Liaohe Depression

3.4 碳氧同位素特征

正常湖相碳酸鹽巖的δ13C值為-2.0‰～6.0‰，δ18O 值為-8.0‰～-4.0‰［29-31］。對(duì)沙四段含方沸石白云巖樣品與不含方沸石白云巖樣品進(jìn)行碳氧同位素分析，結(jié)果表明，研究區(qū)整體具有碳同位素偏正、氧同位素偏負(fù)的特點(diǎn)。其中，不含方沸石白云巖中，δ18O 值為-6.2‰～-2.7‰（平均值為-4.4‰），δ13C 值為6.9‰～10.2‰（均值為8.7‰），δ13C 值比含方沸石白云巖更偏正（圖7a），說明在與大氣進(jìn)行CO2交換時(shí)，含12C 的CO2先逸出，在蒸發(fā)作用下，湖泊水量減少時(shí)δ13C 值升高。含方沸石白云巖中，δ18O 值為-10.1‰～-2.3‰（均值-7.8‰），δ13C值為2.8‰～8.2‰（均值為4.9‰），δ18O 值比含方沸石白云巖更偏負(fù)（圖7b），說明其形成時(shí)的溫度（T）較高，且δ18O 值隨溫度升高而降低，隨鹽度（S）增大而升高，具有熱液流體和湖水共同作用的特征（圖8）。

圖7 遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段所選樣品δ13CPDB（a）值與δ18OPDB值（b）Fig.7 Values of δ13CPDB（a）and δ18OPDB（b）of selected samples of the fourth member of Shahejie Formation in Leijia area，Western Liaohe Depression

圖8 遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段含方沸石樣品T 和S 與δ18OPDB的關(guān)系Fig.8 Relationships of δ18OPDB with T and S of analcitebearing dolomites of the fourth member of Shahejie Formation in Leijia area，Western Liaohe Depression

3.5 稀土元素特征

稀土元素（REE）具有穩(wěn)定的地球化學(xué)特征，且其配分模式在成巖過程中受到的影響較小，自然界中不同來源的流體具有不同的稀土元素特征，所以可用其示蹤成巖流體［32-34］。稀土元素實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果顯示，樣品的稀土總量較高，ΣREE為127.09～204.08 μg/g（平均為170.16 μg/g），沙四段下伏房身泡組玄武巖為98.01～119.07 μg/g（平均為108.54 μg/g），同層位堿玄巖為136.32～174.14 μg/g（平均為158.15 μg/g）。

根據(jù)稀土元素配分模式［35］可知，沙四段與方沸石共生的白云石與下伏房身泡組玄武巖以及同層位堿玄巖呈現(xiàn)出輕稀土富集，重稀土虧損的特征，表現(xiàn)出良好的親緣性，呈明顯的右傾型（圖9）。沙四段樣品δCe 為1.69～2.04，平均值為1.90，δEu 為1.20～1.44，平均值為1.32，總體上表現(xiàn)出弱—中度Eu 正異常以及明顯的Ce 正異常。Eu 正異常通常是由于Eu3+被還原成Eu2+而與相鄰元素的性質(zhì)發(fā)生分異所引起，碳酸鹽巖的Eu正異常一般是由于熱液、塵埃或河水的影響而引起［36-37］。Ce 可指示氧化還原條件，在熱液白云巖中Ce 往往較富集［38］。說明研究區(qū)與方沸石共生的白云石形成于偏堿性的缺氧熱水環(huán)境中，而下伏房身泡組的玄武巖以及與同層位的堿玄巖同源的湖底熱液為其提供物質(zhì)來源。

圖9 遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段含方沸石巖類與區(qū)域火山巖稀土配分模式Fig.9 Rare earth element distribution model of analcitebearing rocks and regional volcanic rocks of the fourth member of Shahejie Formation in Leijia area，Western Liaohe Depression

4 成因分析

4.1 沉積環(huán)境

4.1.1 古鹽度和成巖溫度

B，Sr，Ba 等的含量可以反映介質(zhì)鹽度，較高的B，Sr，Ba 含量往往反映較高鹽度的成巖環(huán)境［39-41］。據(jù)表2 可知，遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段Ba 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的為518.00～831.00 μg/g（均值為699.60 μg/g），遠(yuǎn)高于海相沉積碳酸鹽巖中的Ba 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（10.00～30.00 μg/g）［42］；Sr 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為521.00～1 159.00 μg/g（均值約為828.00 μg/g）。較高豐度的B，Sr 反映出白云石形成于咸水環(huán)境。

溫度計(jì)算公式T=13.85-4.54δ18OPDB+0.04（δ18OPDB）2，可以反映成巖時(shí)的溫度變化趨勢(shì)［43］。根據(jù)計(jì)算結(jié)果得出：研究區(qū)沙四段不含方沸石白云巖類的成巖溫度較高，為26.40～43.54 ℃，平均為34.79 ℃；含方沸石白云巖類的成巖溫度為42.03～63.79 ℃，平均為55.59 ℃，表明其形成于高溫環(huán)境。

4.1.2 氧化還原條件

V/（Ni+V）常作為識(shí)別沉積水體氧化還原環(huán)境的判別指標(biāo)［44-46］，研究區(qū)碳酸鹽巖V/（Ni+V）為0.49～0.93，平均值為0.72，表明該期水體為強(qiáng)還原環(huán)境［28］。

此外，根據(jù)巖心觀察和薄片鑒定，雷家地區(qū)沙四段普遍發(fā)育水平層理，偶見滑動(dòng)變形沉積構(gòu)造；化石有介形類、魚鱗、鈣質(zhì)超微化石及少量腹足類等，并見少量異地生物碎屑，含炭屑及植物碎片化石，發(fā)育星點(diǎn)狀黃鐵礦等自生礦物，指示缺氧還原環(huán)境。

4.2 沉積模式

（1）準(zhǔn)同生白云巖化。研究區(qū)的生屑砂屑云巖及不含方沸石的泥晶云巖，晶粒細(xì)小，白云石有序度較低，富鈣貧鎂（參見表2），部分陰極發(fā)光呈暗紅色、橘黃色光，含有莓球狀黃鐵礦等成巖早期礦物，具有準(zhǔn)同生期形成的白云巖的特征。因此，可以推測(cè)為在高鹽度的湖水環(huán)境中由準(zhǔn)同生交代作用形成。上述分析結(jié)果表明，沙四段湖盆相對(duì)穩(wěn)定，鹽度較高。當(dāng)Ca2+達(dá)到飽和時(shí)，首先沉積的是文石以及芒硝等鹽類礦物［47］的沉淀，使得Mg2+富集；隨著Ca2+不斷消耗，Mg2+進(jìn)一步富集，Mg 與Ca 的摩爾比值提高，從而形成Mg2+濃度高的重鹽水；富鎂重鹽水在密度差、重力作用下發(fā)生分異，沿湖盆底部擴(kuò)散；下滲至多孔的碳酸鹽層時(shí)，Mg2+會(huì)取代其中的Ca2+使之發(fā)生白云巖化（圖10）。

圖10 遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段準(zhǔn)同生白云巖化模式Fig.10 Quasi-syngenetic dolomitization model of the fourth member of Shahejie Formation in Leijia area，Western Liaohe Depression

（2）熱水沉積白云巖化。研究區(qū)圍繞大斷裂分布的含方沸石白云巖，為一套互層混合沉積巖。亮色紋層主要為富鐵白云石紋層及富方沸石紋層，暗色紋層為富含有機(jī)質(zhì)的黏土層。陰極發(fā)光下不發(fā)光或發(fā)昏暗光，氧同位素具有負(fù)異常及稀土元素Eu正異常、LREE 相對(duì)富集、ΣREE 與下伏房身泡組玄武巖和同層位堿玄巖非常接近等特征，推測(cè)其為湖相熱水成因白云巖，是區(qū)域伸展背景下的封閉斷陷湖盆中熱液與湖水混合作用的產(chǎn)物。進(jìn)一步將該區(qū)裂縫預(yù)測(cè)圖與含方沸石白云巖等值線圖疊合，可知含方沸石白云巖的富集區(qū)呈北東向展布，與沙四段的斷裂體系的展布具有較強(qiáng)的相關(guān)性。結(jié)合主測(cè)線L4834（圖11a）與聯(lián)絡(luò)線T2384（圖11b）的層位與斷裂解釋，處于裂縫強(qiáng)預(yù)測(cè)區(qū)的A20 井，其含方沸石白云巖含量高（圖12）。

圖11 遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段地震測(cè)線解釋Fig.11 Interpretation of seismic survey line of the fourth member of Shahejie Formation in Leijia area，Western Liaohe Depression

圖12 遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段裂縫預(yù)測(cè)與白云巖等值線疊合圖Fig.12 Superposition map of fracture prediction and dolomite contours of the fourth member of Shahejie Formation in Leijia area，Western Liaohe Depression

研究區(qū)沙四段沉積時(shí)期盆地處于裂陷初期，主要發(fā)育北東向斷裂體系，持續(xù)活動(dòng)的同沉積斷層和基底斷裂為湖盆內(nèi)流體活動(dòng)提供了良好的通道。深部熱液流體在沿?cái)嗔淹ǖ郎嫌康倪^程中，攜帶大量Mg2+，F(xiàn)e2+，Si4+，Al3+，Na+等，蝕變房身泡組玄武巖被，最終噴涌出地表并與湖水混合，從而形成熱水沉積巖（圖13）。

圖13 遼河西部凹陷雷家地區(qū)沙四段熱水沉積白云巖化模式Fig.13 Dolomitization model of hydrothermal sediment of the fourth member of Shahejie Formation in Leijia area，Western Liaohe Depression

5 結(jié)論

（1）遼河西部凹陷雷家地區(qū)在沙四段沉積期湖盆水體較咸，水動(dòng)力較弱，處于強(qiáng)還原環(huán)境。

（2）遼河西部凹陷雷家地區(qū)古近系沙四段湖相白云巖有2 種成因，分別為準(zhǔn)同生白云巖化和熱水沉積白云巖化。準(zhǔn)同生期，隨著強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用及結(jié)晶分異，重鹽水在濃度及重力作用下下滲交代方解石而形成生屑砂屑云巖及不含方沸石泥晶云巖；熱液流體上涌與高鹽度湖水相互作用形成含方沸石白云巖。