白云凹陷位于珠江口盆地南部,是我国当前深水油气勘探的重点区域。铁白云石是白云凹陷第三系储层中最重要的成岩矿物,其纵向分布特征及同位素特征均有异于常见的与有机质热成熟有关的铁白云石。近年来,国内外许多盆地中都发现了与CO2充注有关的铁白云石。新生代以来,白云凹陷经历了多期的构造运动、频繁的断裂和岩浆活动,已发现大量幔源岩浆成因的无机CO2气藏,其中发育大量铁白云石。白云凹陷第三系储层中铁白云石成因机制及其与富CO2深部热流体活动的关系值得探讨。本研究通过薄片显微镜下观察与鉴定、扫描电镜观察、阴极发光分析及X-射线衍射分析等分析方法,对白云凹陷第三系砂岩岩石学特征、铁白云石的纵向分布及微观特征进行研究;在研究区CO2气藏分布与成因研究的基础上,结合碳酸盐胶结物C、O、Sr同位素数据、地震剖面、天然气组分等资料及流体包裹体均一温度测定,以两口典型CO2气井(B1井和D2井)为例,对铁白云石的成因机理及与CO2活动的关系进行了研究,并建立了研究区铁白云石的成因模式。研究发现,白云凹陷铁白云石可以分为早、晚两期,铁白云石主要见于高地温梯度地区埋深1000m~3000m(温度60℃~130℃)和低地温梯度地区埋深大于2500m(温度高于120℃)的地层中以及CO2热流体活动区域。铁白云石的δ13C值(-2.83‰~-1.83‰)具有无机成因的特征,与研究区气藏中幔源岩浆成因CO2的δ13C值较为一致,铁白云石的δ18O值(-9.45‰~-5.37‰)和87Sr/86Sr值(0.7101~0.7161)也反映了其沉淀受到深部热流体活动的影响,无机岩浆CO2可能是铁白云石的主要碳源。储层中流体包裹体均一温度及蒙脱石向伊利石的演化特征证明储层经历了热流体侵入;CO2热流体活动区域不仅是铁白云石集中分布地带,并出现片钠铝石+铁白云石+菱铁矿等示踪CO2运移、聚集的自生矿物组合。B1井和D2井中,地层中铁白云石、高岭石含量与气藏中CO2的含量呈正相关关系,绿泥石含量与CO2、铁白云石含量呈反消长关系。CO2充注是研究区储层中铁白云石的发育的重要原因,CO2热流体充注造成的绿泥石溶解及蒙脱石向伊利石的异常转化为铁白云石的沉淀提供了必需的Fe2+、Mg2+离子。高地温梯度区活跃的构造背景和丰富的富CO2热流体活动是铁白云石沉淀及含量高的主要原因;而低地温梯度区储层受热流体影响相对较弱,铁白云石沉淀同时受到了有机质热演化和深部岩浆CO2活动的影响。