0 引言
页岩储集层的成岩作用及孔隙演化是近十年来非常规油气地质研究的热点和难点[1-2]。不同含油气盆地内沉积的页岩矿物组成差异明显[3]，其页岩的成岩演化路径也不尽相同，进而影响了页岩储集层的各项性能特征，如海相黑色页岩中硅质的自生与溶蚀严重影响了页岩储集层的孔隙演化和岩石可压性[4-5]，而陆相咸化湖盆页岩中方解石和白云石的自生与溶蚀对页岩的储集性能有明显影响[6]。准噶尔盆地玛湖凹陷上古生界二叠系风城组发育碱湖相优质烃源岩[7-8]，也是准噶尔盆地近几年来页岩油勘探开发、增储上产的重点层位[9]。尽管风城组页岩油显示出良好的勘探前景[9]，但在勘探开发生产实践中，仍面临着“油藏整体含油，但甜点分散，单层试油效果不理想，提产潜力不明确”的困扰[10]。造成上述勘探难题的主要原因是对风城组页岩基础地质认识不足，页岩成岩作用研究薄弱。
风城组页岩成岩作用的分析较少，缺乏系统的研究。宇振昆等[11]重点分析了风城组的碱性成岩作用及形成条件，识别出白云石环带、石英溶蚀、绿泥石和沸石胶结等碱性成岩作用。Guo等[8]通过对风城组不同有机质丰度页岩的矿物组成和成岩作用进行分析，提出有机质降解和热演化可以促进黏土矿物的溶解和白云石的形成。单祥等[12]总结了控制风城组页岩油储集层储集空间形成与演化最重要的成岩作用，包括压实作用、溶蚀作用、脱玻化作用、重结晶作用以及构造破裂作用。郭佩等[13]重点对风城组主要页岩类型进行了精细岩石矿物分析，认为风城组长英质页岩包括3种类型：碎屑长英质页岩、富硅长英质页岩和改造型长英质页岩，其中改造型长英质页岩主要由原始黏土和长石等碎屑矿物和火山物质经过多期成岩改造而成。上述关于风城组页岩成岩作用的研究，或仅考虑某类矿物的形成机制及成岩演化过程，或针对风城组页岩进行整体研究，缺乏分区、分类、分阶段的精细研究，尚不能满足风城组页岩油甜点预测的需求。风城组横向上存在沉积分区[14]，不同沉积分区湖水的盐碱度不同[9]，造成成岩环境演化过程各不相同，进而造成页岩储集层成岩作用类型和各项性能特征具有较大差异。
1 区域地质背景
准噶尔盆地面积约为1.3×105 km2，是中国西北地区第2大含油气沉积盆地（见图1a ）。该盆地位于哈萨克斯坦板块、西伯利亚板块和塔里木板块的三角结合带，四周被褶皱山系所围限，东北边界为克拉美丽山、青格里底山和阿勒泰山，西北边界为哈拉阿拉特山和扎伊尔山，南部边界为依林黑比尔根山和博格达山。晚古生代，准噶尔盆地位于哈萨克斯坦构造弧内部，是中亚造山带的重要组成部分[17]，早期以海相沉积为主，晚期随着古特提斯洋由北至南的海退演变为湖相沉积[18]。玛湖凹陷位于准噶尔盆地的西北部（见图1a ），西北部与乌夏断裂带和克百断裂带相邻，东部与英西凹陷、三个泉凸起和夏盐凸起紧邻，南部与达巴松凸起接壤，总面积约为5 200 km2（见图1b ）。研究层位风城组下伏层位为佳木河组，上覆层位为夏子街组，三者均呈不整合接触。玛湖凹陷风城组厚度为150~1 800 m，埋深为2 600~6 500 m。
风城组沉积期，按照地层岩性和厚度玛湖凹陷可分为3个沉积区，即碱湖中心区、边缘缓坡区及两者之间的过渡区（见图2 ）。碱湖中心区水体盐碱度最高，以沉积层状碱盐和盐质页岩为主，含少量的白云质页岩，风城组厚度大于800 m；过渡区水体盐碱度次之，主要沉积白云质页岩以及少量粉砂岩和盐质页岩，风城组厚度为450~800 m。边缘缓坡区水体盐碱度最低，以沉积粉砂岩为主，风城组厚度普遍小于450 m。玛湖凹陷碱湖中心区页岩有机质丰度相对较高，而过渡区和边缘缓坡区页岩由于碱湖特有的浅水有机质保存机制，有机质丰度同样相对较高[7]。玛湖凹陷风城组烃源岩主要处于成熟阶段，部分已进入生烃高峰，镜质体反射率（Ro）值约为1.0%，有机质类型多为Ⅱ1型及Ⅱ2型[19-20]。风城组页岩的矿物成分主要包括黏土、碱盐（Na-碳酸盐）、碳酸盐（不包括Na-碳酸盐）和长英质矿物，其中长英质矿物占主导[21-22]。页岩储集层储集空间主要为粒间孔、溶蚀孔、晶间孔、泄水缝、构造缝及层理缝等6种类型[23]，其中残余粒间孔、溶蚀孔和裂缝是最为重要的储集空间，并且裂缝是页岩油高产的必要条件。
2 碱湖各沉积区成岩环境差异
玛湖凹陷风城组是中国典型的碱湖沉积，其沉积-成岩环境演化与一般淡水和非碱性咸水湖盆相比存在较大差异，主要体现在：①原始沉积环境碱性强（pH值大于9），造成石英溶解度增加[24]和硅酸盐矿物（黏土矿物）不稳定性加剧[25]，因此在碱湖中石英、黏土矿物和凝灰物质易发生溶解或转化，造成水体中含有较高浓度的溶解硅和Al（OH）3[26]；②高盐碱环境下沉积的盐类矿物（Na-碳酸盐），相对于非碱性盐湖环境下形成的石膏、钙芒硝，以及微咸水环境下形成的方解石和白云石，其溶解性和酸敏性更强，可以很快中和有机质降解和生烃过程中产生的酸性流体和气体，使得成岩环境整体上一直保持碱性；③由于碱湖环境特殊菌藻类的发育和浅水区较好的有机质保存条件，在湖盆过渡区和边缘缓坡区也可沉积高有机质丰度的页岩[7]。
风城组有机质Ro值为0.7%~1.1%[19]，其硅酸硼钠石原生包裹体均一温度为90~110 ℃[16]，根据中华人民共和国石油天然气行业标准“碎屑岩成岩阶段划分”（SY/T 5477—2003），风城组目前成岩阶段处于中成岩A期。有机酸理论表明，在中成岩A期80~120 ℃温度范围内，有机质排酸达到最大值[27]，可以使成岩环境转变为酸性环境。因此，在综合考虑碱湖不同沉积区水体盐碱度和有机质富集情况的基础上，此次研究认为玛湖凹陷风城组的沉积-成岩环境演化具有明显的分区性（见图2 ）。碱湖中心区（如FN5井、AK1井、HS5井）页岩存在大量的碱盐矿物，尽管页岩有机质丰度较高、成熟后会产生大量有机酸和CO2，但很快会被碱盐矿物中和殆尽，因此碱湖中心区页岩可一直保持碱性成岩环境。过渡区（如FN1井、FN2井、FN14井）页岩由于有机质丰度高而碱盐矿物含量相对较少，早期继承的碱性成岩环境会随着有机质生烃不断产生的酸性流体而逐步转变为酸性环境。边缘缓坡区（如MY1井、X40井）由于远离碱湖中心，其原始沉积环境碱性较弱，后期由于有机质生烃不断产生酸性流体，成岩环境由早期弱碱性转变为晚期酸性。
3 碱湖中心区页岩主要成岩作用
3.1 同生—准同生期碱性环境下矿物的溶解和转化
火山物质在碱性水体中同样不稳定，易发生溶解和转变，形成新的硅酸盐和硅质矿物[30-31]。世界上大多数碱湖的发育与火山活动和伴生的热液活动直接相关[32]，同期的火山物质是碱湖沉积中自生硅酸盐矿物的重要物质来源[26,30]。例如玛湖凹陷HS5井风城组沉积于碱湖中心区，其岩心中发现有火山灰，已蚀变为钠长石和沸石等自生硅酸盐矿物。火山物质和陆源碎屑向自生硅酸盐矿物转化可一直延续至早成岩期，两者在碱性环境中转化形成的硅酸盐矿物种类较为相似，以沸石、水硅酸硼钠石和长石为主。风城组碱湖中心区页岩的钾长石基质，常与氯碳酸钠镁石共存（见图3a ），经历了多次溶解、沉淀，形成了钾长石混合体（见图3b ），主要由大小不一、形状不规则、边界模糊的钾长石组成，少数钾长石晶体形态较为规则（见图3c ），钾长石晶体间发育大量的晶间孔（见图3d —图3f ）。
3.2 早—中成岩期碱性环境下矿物的自生、交代及溶蚀
在早成岩期继承性的高碱环境下，页岩中会形成大量自生含水碱盐和硼酸盐矿物[33]。碱湖中心区风城组页岩由于时代较老，早期含水碱盐（如钙水碱、单斜钠钙石）会脱水形成更为稳定的矿物，如碳酸钠钙石（见图4a ）、碳酸钠镁石（见图4b ）、氯碳酸钠镁石（见图4c ）等。在碱湖中心区风城组页岩中，可见碳酸钠钙石交代碳酸钠镁石、氯碳酸钠镁石交代碳酸钠钙石。上述碱盐矿物自生以及交代作用主要发生于早成岩期，亦可持续至中成岩期。
图4 碱湖中心区风城组页岩在强碱性成岩环境中的自生盐类矿物和相关孔隙（a）页岩中发育的碳酸钠钙石晶体，FN5井, 4 072.90 m，正交偏光；（b）页岩中发育的碳酸钠镁石晶体，FN3井，4 129.60 m，正交偏光；（c）页岩中发育的氯碳酸钠镁石晶体，FN5井, 4 071.05 m，单偏光；（d）硅酸硼钠石交代页岩中碳酸钠钙石，FN3井，4 128.00 m，正交偏光；（e）硅酸硼钠石交代碳酸钠镁石和碳酸钠钙石，FN3井，4 128.00 m，正交偏光；（f）硅酸硼钠石晶体表面残留碳酸钠钙石，FC011井，3 862.20 m，正交偏光；（g）碳酸钠钙石发育溶蚀孔，HS5井，5 341.45 m，二次电子成像；（h）硅酸硼钠石发育粒缘缝，HS5井，5 130.00 m，二次电子成像；（i）天然碱+碳酸氢钠石发育晶间孔，HS5井，4 796.70 m，二次电子成像 |
随着深埋的逐渐增大，页岩中有机质的成熟度逐渐增加，进入成熟阶段后除油气外还生成大量的有机酸（例如羧酸、酚酸）和酸性气体（例如CO2、H2S），对含油气系统的成岩环境和物质组成都有显著影响[34]。由于碱湖中心区页岩中存在大量的碱盐矿物，有机质成熟后生成的酸性流体很快被周围的碱盐矿物中和，因此成岩环境可以始终保持为碱性。这一中和过程应以碱盐矿物被溶蚀、产生大量溶蚀孔为特征。然而，在碱湖中心区页岩中，大部分碱盐矿物被硅酸硼钠石交代（见图4d —图4f ），仅少数碱盐矿物被溶蚀形成次生溶孔（见图4g ）。溶孔形状较为规则，呈圆形及椭圆形，大小不一，最大孔径可达20 μm，最小孔径不足1 μm；除少数溶孔被微裂缝连通外，大多溶孔呈孤立存在。硅酸硼钠石是风城组页岩重要的自生硼酸盐矿物（见表1 ），在碱湖中心区主要通过交代碱盐矿物而形成，在硅酸硼钠石富集区内可见大量碱盐矿物交代残余（见图4d —图4f ）。前期研究表明，风城组硅酸硼钠石主要形成温度为90~110 ℃，对应于油气大规模生成阶段[16]，因此硅酸硼钠石是碱盐矿物中和酸性流体的主要产物。
| 分类 | 矿物 名称 | 矿物鉴别特征 | 产状形态 | 成因 |
|---|---|---|---|---|
| Ca/Mg-Na- 碳酸盐 | 碳酸钠 钙石 | 斜方晶系，晶体呈楔状或短柱状，二轴晶负光性，双折射率0.039，干涉色可至三级蓝，可被茜素红染成红色 | 主要赋存于白云质页岩和盐质页岩中， 呈分散状自形晶、斑块、团块 | ①泥页岩在埋藏过程中，孔隙水在压实、过滤中盐度增加，结晶析出碳酸钠钙石晶体，挤压周围纹层和沉积物；②由早期结晶的钙水碱和斜钠钙石转化而成 |
| 碳酸钠 镁石 | 三方晶系，薄片中无色，晶体大者常呈假六边形，一轴晶负光性，双折射率0.155，高级白干涉色，可被茜素红染成红色 | 分散状赋存于白云质页岩和盐质页岩中， 呈自形晶、斑块、团块状 | 泥页岩在埋藏过程中，孔隙水在压实、过滤中盐度增加，结晶析出碳酸钠镁石晶体，挤压周围纹层和沉积物 | |
| 与页岩互层，呈微薄层状 | 原始沉积产物 | |||
| 氯碳酸镁钠石 | 等轴晶系，晶体呈八面体、偏方二十四面体，低负突起，正交偏光下全消光，可被茜素红染成红色 | 在盐质页岩中呈分散状自形晶、团块、 不规则形状 | 泥页岩在埋藏过程中，孔隙水在压实、过滤中盐度增加，结晶析出氯碳酸钠镁石晶体 | |
| 与页岩互层，呈微薄层状、层状 | 原始沉积产物，或交代碳酸钠镁石层 | |||
| Na- 碳酸盐 | 天然碱 | 单斜晶系，柱状、板状、纤维状，低负突起，双折射率为0.128，高级白干涉色，可被茜素红染成红色 | 层状，单个晶体针状，集合体晶簇状、 放射状 | 盐碱湖沉积物中常见的盐类矿物，从高CO2含量溶液中析出 |
| 碳酸氢 钠石 | 三斜晶系，多为纤维状、针状、柱状，二轴晶负光性，双折色率为0.095，高级白干涉色，可被茜素红染成红色 | 层状，与天然碱共生，呈纤维状、 针状、板状 | 受温度控制，实验室合成最低温度为89.5 ℃，可通过交代天然碱形成 | |
| Na- B硅酸盐 | 硅酸硼 钠石 | 单斜晶系，二轴晶负光性，双折射率为0.018 4，干涉色为一级灰白至黄色， {001}解理清楚可见 | 楔状、板状、蝴蝶状，在盐质页岩中常与碳酸钠钙石、碳酸钠镁石等共生，在白云质页岩中充填于裂缝或者分散于页岩基质中 | 受温度的控制，主要形成于油气生成阶段，通过交代碱盐、方解石、白云石、长石等 矿物形成 |
| 水硅酸酸硼钠石 | 单斜晶系，二轴晶负光性，双折射率为0.019，干涉色可达Ⅱ级紫，主要通过背散射、二次电子图像和能谱识别 | 团块状，自形晶可成刀片状、板状、球状 | 为火山物质在碱湖中的蚀变产物之一，常与自生钾长石共同分布于碱湖中心区页岩中 | |
| Ca/Mg 碳酸盐 | 方解石 | 斜方晶系，干涉色呈高级白，可被茜素红染成红色，很少与碱盐矿物共存，常发育于盐度较低的沉积物中 | 常充填于蒸发盐矿物铸模孔和裂缝中 | 为成岩流体盐度较低时的自生矿物 |
| 白云石 | 斜方晶系，干涉色呈高级白，不能被茜素红染色是区别其与碳酸钠镁石的主要特征 | 分散于页岩基质中；充填于蒸发盐矿物 铸模孔和裂缝中 | 分散于页岩基质中的白云石为自生白云石；充填于铸模孔和裂缝中的白云石为交代碱盐或方解石的成岩矿物 | |
| 自生长石 | 钾长石 | 自生钾长石主要通过背散射、二次电子图像和能谱识别 | 分散于页岩基质中 | 为火山物质和碎屑黏土矿物在碱湖中的蚀变产物之一，常与水硅酸硼钠石共同分布于碱湖中心区页岩中 |
| 钠长石 | 三斜晶系，二轴晶正光性，干涉色可达一级黄，自生钠长石主要通过背散射、二次电子图像和能谱识别 | 分散于页岩基质中 | 为火山物质和碎屑黏土矿物在碱湖中的蚀变产物之一，是方沸石和钾长石的转化产物 | |
| 自生黏土矿物 | 海泡石 | 斜方晶系，纤维状、土状，二轴晶负光性，干涉色可达三级绿 | 多为自生含镁黏土矿物，分散于页岩 基质中 | 为火山物质和碎屑黏土矿物在碱湖中的蚀变产物之一，常赋存于碱湖边缘缓坡区页岩中 |
碱盐矿物中和有机质生烃产生的酸性成岩流体形成硅酸硼钠石而非溶蚀形成次生孔隙，与火山-碱湖环境的高硼背景有关。火山-碱湖环境的原始地层中储存有大量的硼离子，在碱湖中心区尤为丰富[35]。随着地层埋深和温度的增加，硼离子活性增强，进入有机质生烃产生的酸性流体中形成硼酸流体。在硼酸流体的影响下，周围的碱性矿物被溶解并释放大量钠离子，与硼和硅一起形成硅酸硼钠石。因此，碱湖中心区页岩中成岩阶段成岩作用主要以碱盐矿物被硅酸硼钠石交代为主。碱盐和硅酸硼钠石矿物晶体普遍大于1 mm，可形成粒缘缝（见图4h ）、晶间孔（见图4i ），以及少量晶内溶孔等储集空间类型（见图4g ）。
4 过渡区页岩碱-酸转化环境下的主要成岩作用
4.1 同生—早成岩期碱性环境下矿物的溶解和自生
碱湖过渡区水体同样呈碱性，但低于碱湖中心区，因此碱湖中心区页岩同生—准同生期发生的矿物溶解与转化作用同样存在于过渡区，但强度相对较弱。由于过渡区水体的碱性相对较弱，因此无法形成大规模的层状碱盐，但在湖泊低水位和强蒸发期，由于地层水盐碱度的增加，页岩基质中可形成泄水缝（见图5a ），以充填碱盐矿物为主，多为碳酸钠钙石（见图5b ）和碳酸钠镁石[8]。上述碱盐矿物在湖泊高水位期无法保存，易发生溶解形成铸模孔，后期被方解石和白云石充填（见图5c ）。
图5 过渡区风城组页岩早成岩期主要成岩现象（a）页岩中发育大量盐类矿物假晶和泄水缝，盐类矿物假晶向四周挤压纹层，指示其形成于早成岩阶段，FN2井，4 040.64 m，薄片扫描；（b）假晶中残留的碳酸钠钙石，说明原始盐类矿物为碳酸钠钙石，FN1井，4 329.40 m，背散射；（c）假晶中碳酸钠钙石被白云石交代，FN1井，4 329.40 m，背散射；（d）方解石团块被白云石交代，FN2井，4 040.64 m，背散射；（e）页岩中白云石晶体，FN2井，4 040.64 m，背散射；（f）—（g）页岩中白云石晶体，FN1井，4 184.00 m，（f）为单偏光，（g）为正交偏光 |
在准同生—早成岩期，过渡区页岩基质中除了发生碱盐矿物的自生和溶解等成岩作用外，亦可形成大量微晶白云石（粒径15~70 μm）（见图5d —图5g ）。风城组页岩中白云石的晶体明显大于中国非碱性咸水湖盆中的白云石，如中国柴达木盆地古近系下干柴沟组上段湖相云质岩中的白云石晶体粒径普遍小于10 μm[36]。玛湖凹陷过渡区风城组页岩中微晶白云石具有环带状荧光和暗红色阴极发光，可分为初始成核期和持续生长期[9,37]。在准同生期，碱湖继承性碱性环境使得水体中含有大量的HCO3-和CO32-，而Mg2+的分布则具有分带性。在碱湖中心区，由于碳酸钠镁石和氯碳酸钠镁石的大量沉淀，消耗了水体中的Mg2+，白云石的形成受限；而碱湖边缘区由于水体盐度整体较低，Mg2+含量较少，白云石的形成亦受限。因此，白云石主要在碱湖过渡区成核，该区水体盐度相对较高且没有含镁盐类矿物的夺镁效应，Mg2+含量最高[37]。在后续埋藏过程中，凝灰物质和黏土矿物会进一步溶解或转化，这一过程持续释放Mg2+，使得白云石持续生长，因此过渡区页岩中形成的白云石晶体较大。
4.2 中成岩期酸性环境下矿物的交代和溶蚀
在中成岩早期，由于有机质成熟生成大量油气和酸性流体，过渡区成岩环境由碱性逐渐转变为酸性，早期形成的自生矿物如碳酸盐矿物和长石变得极不稳定，容易发生溶蚀或交代。在过渡区风城组页岩中，常可见硅酸硼钠石交代碳酸盐团块（见图6a 、图6b ），随着交代面积增大，逐渐形成自形晶（见图6a ）。此外，硅酸硼钠石也可交代钾长石和钠长石团块（见图6c 、图6d ）。在长石和碳酸盐矿物共存的情况下，硅酸硼钠石优先交代长石（见图6d ）。另外，在过渡区页岩中同样可见分散的、蝴蝶状硅酸硼钠石（见图6e 、图6f ），直径约1~5 mm。与交代团块的硅酸硼钠石不同，蝴蝶状硅酸硼钠石主要通过交代基质矿物如钠长石、钾长石、水硅酸硼钠石、白云石等而形成，基质中的黄铁矿和有机质因无法被交代而逐步被推挤至生长前缘，因此蝴蝶状硅酸硼钠石前缘聚集有大量黄铁矿和有机质[8]。
在硅酸硼钠石不发育的过渡区页岩样品中，成岩作用主要为长石的溶蚀和被交代。在酸性成岩环境下，页岩中的钠长石沿解理发生溶蚀（见图7a ），形成大量的钠长石小晶体（见图7b ）。然而，在过渡区页岩中长石的溶蚀相对微弱，其多被泥晶级石英（粒径小于1 μm）交代（见图7c —图7e ），形成的自生石英晶体间发育大量的晶间孔。此外，钾长石也可被钠长石交代，形成的钠长石主要占据钾长石中心位置（见图7f ）。
5 边缘缓坡区页岩弱碱-酸转化环境下的主要成岩作用
5.1 同生—早成岩期弱碱性环境下矿物的自生
碱湖边缘缓坡区水体盐碱度低于碱湖中心和过渡区，因此页岩中几乎不发育碱盐矿物，但存在大量的燧石条带和团块（见图8a ）。在强碱性（pH>9）条件下，SiO2的溶解度随pH增加呈指数性增长，致使碎屑石英等在碱性环境中发生溶解，水体中可溶SiO2含量明显增高。由于边缘缓坡区湖水碱性较弱且水体较浅，湖水酸碱性易受外界条件（如降水）影响而降低，使得SiO2的溶解度急剧减小，造成水体中的可溶SiO2析出沉淀，形成蛋白石等胶体，后期脱水形成燧石[32]。另外，在边缘缓坡区页岩中还可见黏土矿物团块或填隙物，根据能谱推测为海泡石（见图8b ）。海泡石为碱湖沉积物中常见的自生含镁贫铝黏土矿物，发育大量的晶间孔（见图8c ）。
5.2 中成岩期酸性环境下矿物的溶蚀
碱湖边缘缓坡区风城组页岩中同样含有较高丰度的有机质，在中成岩早期亦可生成大量的油气和酸性流体，使得成岩环境由弱碱性转变为酸性。在中成岩期酸性环境中，成岩作用以矿物的溶蚀为主，例如长石和碳酸盐矿物的局部溶蚀。与过渡区页岩长石的溶蚀不同，边缘缓坡区风城组页岩碎屑钾长石和钠长石的溶蚀较为强烈（见图8d —图8f ），表面发育大量的溶蚀孔。上述两个区域长石溶蚀作用的差异受控于成岩体系的封闭程度[38]，在封闭的成岩体系中，长石溶蚀的产物不能迁移，遂以石英的形式沉淀析出；而在相对开放的成岩体系中，长石溶蚀的产物可以迁移至其他区域，因此溶蚀作用形成的孔隙可以得到有效保存。边缘缓坡区页岩主要为粉砂岩，相对于过渡区云质页岩原始孔隙度高，成岩体系相对较为开放，因此长石以溶蚀作用为主，而过渡区云质页岩成岩体系较为封闭，所以长石以被石英交代为主。另外，边缘缓坡区页岩中的碳酸盐矿物如白云石和方解石，同样可以在中成岩早期酸性环境下发生溶蚀，形成大量的溶蚀孔隙，孔径可达微米级（见图8g —图8i ）。
6 碱湖各沉积区页岩差异成岩演化及控储机制
通过上述对碱湖中心区、过渡区、边缘缓坡区页岩不同成岩阶段发生的主要成岩作用分析发现，由于玛湖凹陷不同沉积区沉积-成岩环境演化不同，不同成岩阶段发生的主要成岩作用存在较大差异，这也导致不同沉积区页岩的储集层特征差异很大，进而影响了后期页岩油的勘探和开发。
6.1 同生—早成岩A期各沉积区页岩自生矿物差异性发育
同生及准同生期，碱湖中心区由于水体盐碱度高，可以沉积大量的碱盐矿物（见图4a —图4e ），同时，进入该区域的碎屑石英、黏土矿物和火山物质等发生溶解和转化，难以保存（见图9 、图10 ）。而在水体盐碱度相对较低的过渡区和边缘缓坡区，碱盐矿物不甚发育，陆源石英等可以较好的保存，并且由于水体的盐碱度易受外界条件影响，水体中溶解硅常发生沉淀形成蛋白石，后期进一步转化为燧石条带和团块（见图8a 、图9 、图10 ）。
早成岩A期，不同沉积区页岩的成岩环境基本继承了原始沉积环境的特征，但由于地层压实和间隙水的逐渐排出，早成岩A期页岩孔隙水的盐碱度要高于原始湖水，促使了间隙碱盐矿物的成核和生长，其中以孔隙水盐碱度最高的碱湖中心区间隙碱盐矿物最为发育（见图9 、图10 ）。而在过渡区和边缘缓坡区，由于水位不稳定，新生成的间隙碱盐矿物可能会在水位上升或者大气淡水淋滤过程中发生溶解和钙化（见图5a 、图9 、图10 ）。由于碱湖中心区含镁碱盐矿物的“夺镁效应”以及边缘缓坡区Mg2+含量不足，间隙白云石成核和生长主要发生在过渡区页岩中。另外，由于早成岩A期不同沉积区页岩孔隙水盐碱度不同，基质中火山灰、碎屑黏土矿物等次生蚀变的产物同样存在差异，碱湖中心区主要为钾长石，过渡区主要为沸石，而边缘缓坡区主要为含镁黏土矿物（见图3 、图8b 、图8c 、图9 、图10 ）。
6.2 早成岩B期—中成岩A期各沉积区页岩交代-溶蚀作用差异性发育
早成岩B期，随着地层温度的进一步升高，过渡区和边缘缓坡区页岩中的黏土矿物（主要为蒙脱石）逐渐伊利石化，而碱湖中心区页岩由于碎屑黏土早在同生—准同生期溶解，故不发生与黏土矿物相关的成岩作用（见图9 ）。过渡区页岩中在早成岩A期形成的沸石也随着地层温度的升高逐渐转变为长石。另外，黏土矿物和火山灰的进一步蚀变可以释放大量的Mg2+，导致过渡区页岩中的间隙白云石继续生长和方解石的白云石化（见图5d —图5g 、图9 、图10 ）。
中成岩A期，页岩中有机质进入成熟阶段，开始大规模生烃，并释放大量的有机酸和酸性气体。由于碱盐矿物的含量不同，中成岩A期不同沉积区的成岩环境存在较大差异，碱湖中心区仍为碱性环境，过渡区和边缘缓坡区转变为酸性环境（见图2 ）。硅酸硼钠石晶体中发育丰富的油气包裹体，所以其形成与油气的运移密切相关。由于页岩储集层的物性差，有机质生成的油气仅能发生短距离运移，因此，碱湖中心区页岩生成的油气携带硼离子短距离运移可导致本区域页岩中的碱盐矿物被硅酸硼钠石交代（见图4d —图4f ），而过渡区页岩生成的油气携带硼离子短距离运移可导致本区域页岩中的白云石、方解石和长石被硅酸硼钠石交代（见图6 ）。相对于碱湖中心区和过渡区， 边缘缓坡区地层中的硼含量相对较低[29]，因此硅酸硼钠石的交代作用较为微弱（见图9 、图10 ）。
有机质生烃过程中产生的酸性流体，也可造成碱湖中心区页岩少量碱盐矿物的溶蚀，形成一定量的晶内溶孔（见图4g 、图9 、图10 ）。由于成岩体系的封闭程度不同，过渡区和边缘缓坡区页岩溶蚀作用的强度存在明显差异，成岩体系较为封闭的过渡区页岩受酸性流体影响，主要发生碎屑钠长石和钾长石的硅化作用（见图7c —图7e ），而成岩体系较为开放的边缘缓坡区页岩受酸性流体影响，其中的碳酸盐矿物和长石发生局部溶蚀，形成大量的溶蚀孔隙（见图8d —图8i 、图9 、图10 ）。
6.3 差异成岩演化控储机制及对页岩油勘探开发的启示
在同生期—中成岩A期成岩演化阶段中，碱湖不同沉积区页岩成岩作用的差异主要在于矿物自生作用、交代作用和溶蚀作用的类型和强度。从控储机制角度，上述成岩作用可分为两类，第1类为主要控制页岩储集层矿物组成的成岩作用，即矿物自生作用和交代作用，第2类为主要控制页岩储集层储集空间的成岩作用，即溶蚀作用。
碱湖中心区页岩在同生期—中成岩A期期间，第1类成岩作用主要为碱盐矿物的自生及后期部分被硅酸硼钠石交代、火山灰和碎屑黏土矿物等蚀变为钾长石，考虑到原始水体碱度高，大部分碎屑石英等矿物都已溶解，因此碱湖中心区页岩主要由碱盐矿物、长石、硅酸硼钠石等矿物组成（见图10 ）。过渡区页岩在同生期—中成岩A期期间，第1类成岩作用主要为白云石和燧石的自生、火山灰和碎屑黏土矿物等蚀变为沸石然后进一步演变为长石、碳酸盐矿物和长石等被硅酸硼钠石交代、长石的部分硅化以及蒙脱石的伊利石化，再加上由于原始水体碱度相对中等，部分碎屑石英等矿物仍可保留在沉积物中，因此过渡区页岩主要由白云石、硅酸硼钠石、石英和长石等矿物组成（见图10 ）。而边缘缓坡区页岩在同生期—中成岩A期期间，第1类成岩作用主要为燧石的自生、火山灰和碎屑黏土矿物等蚀变为含镁黏土矿物（主要为蒙脱石）以及蒙脱石的伊利石化，再加上由于原始水体碱度相对较低，大部分碎屑石英等矿物仍可保留在沉积物中，因此边缘缓坡区页岩主要由石英、长石以及白云石、方解石、伊利石等矿物组成（见图10 ）。
玛湖凹陷不同沉积区风城组页岩均含有较高丰度的有机质，因此有机质孔为风城组页岩储集层的重要储集空间类型（见图10 ）。碱湖中心区页岩在同生期—中成岩A期期间，第2类成岩作用即溶蚀作用主要为碱盐矿物微弱溶蚀，可以形成少量的晶内及晶间溶孔（见图4g 、图10 ），因此碱湖中心区页岩储集空间类型主要为少量晶内及晶间溶孔和有机质孔。过渡区页岩在同生期—中成岩A期期间，溶蚀作用主要为碳酸盐矿物和长石的溶蚀，但由于成岩体系较为封闭，溶蚀作用的强度相对较弱，仅可以形成较少量的溶蚀孔隙（见图7a —图7c 、图10 ），但长石等矿物硅化形成的石英晶体之间存在一定量的晶间孔（见图7e ），因此过渡区页岩储集空间类型主要为石英晶间孔、较少量的方解石、白云石以及长石溶孔和有机质孔。边缘缓坡区页岩在同生期—中成岩A期期间，溶蚀作用主要为碳酸盐矿物和长石的溶蚀，由于成岩体系较为开放，溶蚀作用强度大，可以形成大量的溶蚀孔隙（见图8d —图8i 、图10 ），因此边缘缓坡区页岩储集空间类型主要由方解石、白云石以及长石溶孔和有机质孔组成。
随着美国页岩油革命的成功，页岩油成为当下研究的热点领域，近年来引起了国内外诸多学者们的广泛关注[39]。页岩油在储集层中有两种存在状态，吸附态和游离态，在现有技术条件下，游离态页岩油是目前主要的开采对象，其含量直接影响油在页岩中的流动性，进而决定了页岩油开发井能否高产、稳产[40]。吸附态和游离态页岩油的相对含量与赋存孔径密切相关，游离态页岩油多分布在大孔径孔隙中[40-41]，因此大孔径孔隙含量的多少直接影响了页岩油的开采效果。碱湖中心区盐质页岩仅发育孔径微小的晶间、晶内溶孔和有机质孔，因此蕴含少量的游离态页岩油。过渡区云质页岩发育晶间孔、有机质孔和较少量的溶蚀孔，晶间孔和有机质孔孔径较小但溶蚀孔孔径相对较大，因此过渡区云质页岩蕴含一定量的游离态页岩油。而边缘缓坡区粉砂岩发育大量较大孔径的溶蚀孔，因而蕴含较多的游离态页岩油。水平井+体积压裂是页岩油开发的关键技术[42]，页岩压裂效果的好坏取决于脆性矿物的相对含量[43]。边缘缓坡区和过渡区粉砂岩和云质页岩主要由长英质矿物和方解石、白云石等脆性矿物组成，碱盐矿物等塑性矿物含量低，因此岩石的可压性好。而碱湖中心区盐质页岩含有大量的塑性碱盐矿物，长英质和碳酸盐等脆性矿物含量相对较低，因此岩石的可压性较差。另外，碱盐矿物在高温高压条件下具有较强的流动性，开采过程中容易堵塞射孔，给页岩油的顺利开采带来很大困难。
筛选优质“甜点”是美国页岩油革命成功非常重要的经验之一[42]。从勘探开发角度，对碱湖页岩油而言，边缘缓坡区粉砂岩中游离态页岩油含量高且可压性强，是页岩油开采的最佳甜点；过渡区白云质页岩可压性强且蕴含一定量的游离态页岩油，同样是页岩油开采的有利甜点。碱湖中心区发育少量的白云质页岩，具有与过渡区白云质页岩相似的储集层特征，可能是页岩油开采的潜在甜点。
7 结论
碱湖中心区页岩由于继承性高盐碱水体环境和大量碱盐矿物的存在，在同生—中成岩阶段均保持碱性成岩环境。同生—早成岩期成岩作用主要为碱盐矿物的析出沉淀、火山灰及陆源碎屑矿物等溶解或蚀变为钾长石，中成岩期成岩作用以硅酸硼钠石交代碱盐矿物为主。
过渡区页岩由于有机质生烃作用，早期继承性的碱性成岩环境于中成岩期转变为酸性。同生—早成岩期成岩作用主要为间隙白云石的成核和生长、碱盐矿物的自生和溶解以及火山灰和陆源碎屑矿物等溶解或蚀变为沸石，中成岩期成岩作用以硅酸硼钠石和硅质交代长石和碳酸盐矿物为主。
边缘缓坡区页岩在同生—中成岩阶段经历了早期弱碱性向晚期酸性成岩环境的转变。同生—早成岩期成岩作用主要为硅质和含镁黏土矿物的自生，中成岩期成岩作用以长石和碳酸盐矿物的溶蚀为主。
碱湖不同沉积区页岩酸碱成岩环境的差异性转变，造成页岩储集层各项特征具有较大差异。碱湖中心区盐质页岩仅发育孔径微小的晶间、晶内溶孔和有机质孔，蕴含少量的游离态页岩油，含有大量的塑性碱盐矿物，可压性差；过渡区白云质页岩发育晶间孔、有机质孔和较少量的溶蚀孔，蕴含一定量的游离态页岩油，脆性矿物含量高，可压性强；边缘缓坡区粉砂岩发育大量溶蚀孔，蕴含较多的游离态页岩油，脆性矿物含量高，可压性强。综合考虑游离态页岩油含量和页岩可压性，粉砂岩和白云质页岩为碱湖页岩油开采的甜点。