陆相淡水湖盆页岩有机质富集主控因素研究：以四川盆地东北部侏罗系自流井组为例.pdf

书书书 第 卷第 期 年月古地理学报 （）文章编号：（）：陆相淡水湖盆页岩有机质富集主控因素研究：以四川盆地东北部侏罗系自流井组为例张美洲，朱筱敏，姜振学，朱德宇叶蕾，谌志远，中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室，北京 中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 中国石油大学（北京）非常规油气科学技术研究院，北京 中国石油西南油气田公司勘探开发研究院，四川成都 摘要探讨陆相淡水湖盆页岩层段的有机质富集机理及主控因素，对于指导陆相页岩油气的勘探开发具有重要意义。四川盆地侏罗系自流井组的东岳庙段和大安寨段发育陆相页岩，油气勘探潜力巨大，其有机质富集机理有待探索。以自流井组页岩为研究对象，开展了岩心描述、薄片观察、扫描电镜、有机碳含量、干酪根镜检分析以及主微量元素测试，对沉积古环境进行恢复并明确了有机质富集主控因素。结果表明：自流井组页岩的有机碳含量为 ，平均值为 。干酪根类型指数主要分布在 之间，平均值 ，表明有机质类型为型和型，有机质主要来源于藻类等水生生物与陆源高等植物的混合。古气候指标 值、值、古风化指标 值以及古盐度指标 值表明，自流井组沉积时期四川盆地为一个潮湿气候条件下的淡水湖盆。湖盆水体的中等生产力为有机质的富集提供了较为充足的物质基础，富氧的底水环境导致有机质被氧化消耗不利于有机质的富集。与多个古环境指标交汇图分析表明，自流井组页岩的有机质富集主要受到古生产力、古气候、沉积速率的控制。只有在相对潮湿的气候条件、相对较高的古生产力和适当的沉积速率背景下，有机质才会富集。氧化还原条件和盐度不是陆相淡水湖盆页岩有机质富集的主控因素，这与海相页岩和陆相咸水湖盆页岩存在较大差异。关键词 四川盆地侏罗系自流井组页岩微量元素有机质主控因素第一作者简介 张美洲，男，年生，现为中国石油大学（北京）博士研究生，主要从事细粒沉积学和储层地质学研究。：。通讯作者简介 朱筱敏，男，年生，教授，博士生导师，从事沉积地质学、储层地质学方面的教学科研工作。：。中图分类号：文献标志码：中国石油天然气集团有限公司中国石油大学（北京）战略合作科技专项（编号：）资助。（）（）收稿日期：改回日期：，第 卷第 期张美洲等：陆相淡水湖盆页岩有机质富集主控因素研究：以四川盆地东北部侏罗系自流井组为例 ，（），（），（），（）：，：近 年来，中国油气行业逐步启动了对陆相页岩油勘探开发的探索（金之钧等，；黎茂稳等，）。中国中新生代盆地的多套陆相地层发育大规模富有机质页岩，蕴含了丰富的页岩油气资源，且呈现非均质性强、平面连续性较差、热成熟度偏低的特点（杜金虎等，；赵文智等，）。有机质丰度是陆相页岩油富集高产的主控因素，它不仅影响泥页岩储集层的物性，还直接控制储集层的含油性（，；胡涛等，；马永生等，）。因此，明确有机质的富集机理和主控因素，对页岩油储集层评价和甜点预测具有至关重要的作用。古地理学报 年 月有机质的富集过程研究始于海相沉积，其沉积过程可被简化为：表层水体中被固定的碳，在水体沉降过程中部分被微生物降解和碎屑稀释，最终保留和埋藏在沉积物中（，；，）。这一过程受到很多因素的影响，包括水体的初级生产力、营养物质可用性、底水氧气含量、碎屑沉积物的通量以及细菌硫酸盐还原降 解 活 动（，；，；，；，；，；，）。这些控制因素可归结为有机质生产速率、破坏速率和沉积速率之间复杂的非线性相互作用（，；，）。对于一个沉积盆地而言，较高的水体生产力是有机质富集的必要条件；还原的底水环境可以阻止沉积物中有机质被细菌等微生物氧化，有利于有机质保存。沉积速率对有机质富集的影响有两面性：低沉积速率使有机质暴露于含氧水体或沉积物表面，不利于有机质的富集；较高的沉积速率可能会稀释有机质。近年来，前人对有机质富集主控因素进行了大量探讨，主要集中在四川盆地下志留统龙马溪组、上二叠统大隆组等海相页岩，以及东濮凹陷古近系沙三段、东营凹陷古近系沙四上段、歧口凹陷古近系沙一段、沧东凹陷孔二段等陆相咸水湖盆页岩层段（，；，；方正等，；胡涛等，；，；，；于乐丹等，）。陆相淡水湖盆页岩层段的有机质富集机制是值得探索研究的新领域，故以四川盆地侏罗系自流井组页岩为例，探讨该类型页岩有机质富集的主控因素和富集机理。四川盆地侏罗系自流井组的东岳庙段和大安寨段发育陆相页岩，油气勘探潜力巨大。目前有多口井测试获 得 高 产 页 岩 油 气 流，如 复 兴 地 区 涪 页 井在东岳庙段压裂测试获日产油 、日产气 ；涪页 井在大安寨段分 段压裂测试获日产油 、日产气 （马永生等，），展示了良好的页岩油勘探前景。作者基于大量的岩心和薄片观察，电镜扫描、有机碳含量（）、干酪根镜检分析以及元素地球化学分析，探讨目的层段有机质富集的主控因素和富集机理以及建立有机质富集模型，助力四川盆地侏罗系页岩油气勘探。区域地质概况四川盆地处于扬子板块西缘，盆地被西部龙门山造山带、北部米仓山大巴山断褶带、东部湘鄂西皱褶带、南部大凉山褶皱带所围限。盆地经历了早古生代克拉通拗陷、晚古生代克拉通裂陷、中新生代前陆拗陷几个演化阶段，基本形成了北东南西向的菱形盆地格局（刘树根等，；周德华等，）。早、中侏罗世，米仓山、大巴山的逆冲推覆构造活动增强，而龙门山逆冲推覆带构造活动相对较弱，造成盆地沉降中心由西部龙门山前缘地区向东北部地区转移（图 ）。研究区位于四川盆地东部的涪陵区块和北部元坝区块，在早侏罗世沉积了以三角洲和湖泊相为主的陆相地层，其中自流井组的陆相页岩成为页岩油气勘探的重点层位。自流井组自下往上可细分为 个岩性段，珍珠冲段、东岳庙段、马鞍山段和大安寨段（图 ）。珍珠冲段和马鞍山段以灰色深灰色泥页岩夹大套砂岩为主，厚度分别为 、。大安寨段和东岳庙段对应 个湖泛期，岩性为黑色、灰黑色页岩与薄层介屑灰岩或粉细砂岩互层，厚度分别为 和 （朱彤等，），是本次研究的目的层位。取样及实验本次研究选择的 口重点井为元陆 井和涪页井，分别位于川北坳陷的元坝区块和川东坳陷的涪陵区块。从中采集岩心样品 块，其中 块来自大安寨段，块来自东岳庙段。对这些样品进行了薄片和扫描电镜观察、总有机碳含量（）、干酪根镜检分析以及主微量元素测试。所有的样品都被抛光并制成薄片，使用偏光显微镜观察岩石样品的矿物组成、结构和沉积构造。扫描电镜样品的制备和观测在中国科学院地质与地球物理所完成，所用机型为蔡司 场发射扫描电镜。所有样品的总有机碳含量测试（）和干酪根镜检分析在中国石油大学（北京）油气资源与探测国家重点实验室完成。先将样品粉碎至 目，再将样品粉末与浓度 的盐酸混合以去除无机碳。待到充分反应之后，利用去离子水冲洗掉多余盐酸。最后，在 碳分析仪上对处理后样品的有机碳含量进行分析测 第 卷第 期张美洲等：陆相淡水湖盆页岩有机质富集主控因素研究：以四川盆地东北部侏罗系自流井组为例图 四川盆地沉积地质背景与下侏罗统自流井组地层综合柱状图 ，定。主量元素、微量元素分析在北京核工业地质研究院完成。主量元素的测定采用 射线荧光光谱法（），实 验 仪 器 为 飞 利 浦 荧光光谱仪。微量和稀土元素的测定是用电感耦合等离子体质谱法（），仪器型号为 。结果 陆相页岩岩石学特征川东北地区侏罗系自流井组陆相页岩颜色以灰黑色和黑色为主，可见纹层构造和块状构造（图 ，）。薄片及扫描电镜分析显示，页岩主要由黏土矿物组成，在部分样品中可以观察到有少量的生物介壳化石（图 ，）。氩离子抛光处理后样品用扫描电镜观察，能够观察到大量的黑色有机质，并发育黄铁矿（图 ，）。有机质可单独存在，也可分布于碎屑颗粒之间，由于压实作用的影响通常产生挤压变形（图 ，）。有机质也可与伊蒙混层等黏土矿物伴生形成复合体，其内部通常发育不规则分布的气泡状、海绵状、环带状有机孔，连通性较好（图 ，）。有机质含量及类型川东北地区侏罗系自流井组页岩的有机碳含量为 ，平均值为 。元陆 井的 值介于 之间，平均值为 。涪页 井的 介于 之间，平均值为 （图 ）。尽管这 口井分别位于元坝区块和涪陵区块，但自流井组页岩的 数值范围近似，横向上具有一定的可对比性。为了方便陆相页岩储集层的评价和对比，前人在不同盆地的研究提出了多种岩相划分方案，均将有机质含量作为一个重要的划分参数（杨万芹等，；柳波等，；刘忠宝等，）。不同盆地陆相页岩的有机质含量分布范围和研究需求不同，岩相划分方案采用的 值界线有所差异。大安寨段的 值介于 之间，平均值为 ；东岳庙段的 值介于 之间，平均值为 （图 ）。由于 段的有机质含量差别不大，为了对比页岩样品中有机质富集程度的差异，以 含量 为界限，将自流井组页岩分为 古地理学报 年 月 灰黑色页岩，大安寨段，元陆 井，；灰黑色页岩，东岳庙段，元陆 井，；灰黑色页岩含介壳，大安寨段，涪页 井，单偏光；分散有机质，元陆 井，电镜，背散射；有机质与黄铁矿颗粒，元陆 井，电镜，背散射；有机质，元陆 井，电镜，背散射；伊蒙混层间的有机质，元陆 井，电镜，背散射；无定形体，元陆 井，透射光；无定形体，元陆 井，透射光图 四川盆地东北部自流井组关键井页岩岩心、薄片和电镜照片 ，元陆 井和涪页 井 含量对比；大安寨段和东岳庙段 含量对比图 四川盆地东北部自流井组页岩 统计图 ，第 卷第 期张美洲等：陆相淡水湖盆页岩有机质富集主控因素研究：以四川盆地东北部侏罗系自流井组为例类：为富有机质页岩；为贫有机质页岩。根据干酪根不同显微组分光性差异，可将其分为镜质组、惰质组、壳质组以及腐泥组，进而根据各显微组分含量的差异来划分有机质类型。利用干酪根类型指数（腐泥组 壳质组 镜质组 惰质组 ）计算结果对有机质类型进行划分：当 指数大于 时，有机质类型为型；当 指数为 时，有机质类型为型；当 指数 为时，有机质类型为型；当 指数小于 时，有机质类型为型。研究区页岩样品的干酪根组分分析结果表明，研究层段干酪根组分以腐泥组最为丰富（），其次为惰质组（），壳质组和镜质组基本不发育。腐泥组的主要组成为无定形体（图 ，），主要由藻类等低等水生生物遗体在微生物降解作用下而形成。四川盆地自流井组陆相页岩 指数主要分布在介于 之间，平均值 ，有机质类型为型和型。表明有机质的主要来源于藻类等水生生物与陆源高等植物的混合。表 四川盆地东北部侏罗系自流井组页岩古环境指标 ，古环境指标富有机质页岩贫有机质页岩自流井组陆相页岩 （）（）（）古气候及古风化条件值 （）（）（）值 （）（）（）值 （）（）（）古盐度 值 （）（）（）古生产力 （）（）（）值 （）（）（）值 （）（）氧化还原性 值 （）（）（）值 （）（）（）值 （）（）（）值 （）（）（）陆源输入 （）（）（）（）（）（）沉积速率（）（）（）（）注：括号内数值为平均值。主微量元素本研究主要依据泥页岩的主微量元素含量，计算出特征元素比值，从而恢复古气候、古水深、古盐度、水体氧化还原性、古生产力、陆源输入等古环境特征。古气候指标包括 值、值、值，古盐度指标为 值。运用 、以及 个指标对目的层段的古生产力进行评价。、值被用于评价水体氧化还原条件，值、值、（）值被用于恢复陆源输入和沉积速率（表 ）。讨论 沉积古环境恢复沉积岩的形成与沉积环境密切相关，恢复和重建岩石的古沉积环境对于了解岩石成因以及进一步指导油气勘探有重要意义。恢复古环境方法较多，主要包括：特征元素比值、沉积构造特征、孢粉等古生物特征和生物标志化合物等有机地化特征方法，黄铁矿形态特征法等。作者主要依据泥页岩特征元素比值，恢复古环境特征。古气候和古风化条件古气候对沉积岩中不同元素的富集有重要的影响，潮湿气候有利于 、元素富集，而干旱气候有利于 、及 等元素富集。前人在多个盆地的研究中，提出将 值作为古气候的指标，并取得了良好的应 古地理学报 年 月用效 果（杨 万 芹 等，；，；于乐丹等，）。它的定义是：（）（）。值 、分别表明古气候为潮湿、半潮湿、半干旱到半湿润、半干旱和干旱。自流井组页岩的古气候指标 富有机质页岩和贫有机质页岩古气候指标 值箱型统计图；富有机质页岩和贫有机质页岩古气候指标 ；富有机质页岩和贫有机质页岩古风化指标 值箱型统计图；富有机质页岩和贫有机质页岩古盐度指标 值箱型统计图图 四川盆地东北部侏罗系自流井组页岩古气候与古盐度指标箱形图 值介于 之间，平均值为 ，反映沉积时期的古气候以潮湿、半潮湿为主。富有机质页岩 值介于 之间，平均值为 ；贫有机质页岩 值介于 之间，平均值为 （表 ）。两类页岩相比，富有机质页岩的沉积古气候更为潮湿（图 ）。自流井组页岩的 与 值存在一定的正相关性，表明古气候可能对有机质富集有一定影响（图 ）。值 也 可 以 来 恢 复 沉 积 盆 地 的 古 气 候。反映干旱的古气候，表明具有半潮湿干燥的古气候，表明具有温暖潮湿的古气候（尹锦涛等，；于乐丹等，）。自 流 井 组 页 岩 的 值 介 于 之间，平均值为 ，总体上处于潮湿、半潮湿的沉积环境。富有机质页岩的 值介于 之间，平均值为 ；贫有机质页岩的 值介于 之间，平均值为 。相比于贫有机质页岩，富有机质页岩沉积时期的古气候条件湿润程度更高（图 ）。在强烈的风化条件下，元素更容易在沉积物中积累，而 、和 等元素往往缺乏。因此，化学蚀变指数（）被提出用于定量研究不同沉积 背 景 页 岩 的 化 学 风 化 条 件（，；胡涛等，；，）。其计算方法如下：（）是硅质矿物中 的含量。需要用磷酸盐（）进行校正得到。第 卷第 期张美洲等：陆相淡水湖盆页岩有机质富集主控因素研究：以四川盆地东北部侏罗系自流井组为例 与古气候指标 值交会图；与古盐度指标 值交会图；与古生产力指标 值交会图；与古生产力指标 值交会图；与古生产力指标 值交会图图 四川盆地东北部侏罗系自流井组页岩 与古环境相关指标交会图 如果剩余的摩尔数小于 的摩尔数，则取 值为 。反之，则认为 等于 。指数为 时指示微弱化学风化作用，为寒冷干旱气候；指数为 时指示中等化学风化作用，为温暖气候；指数为 时指示强烈化学风化作用，为热带潮湿高温气候条件。自流井组页岩的 值介于 之间，平均值 为 ；富 有 机 质 页 岩 的 值 介 于 之间，平均值为 ；贫有机质页岩的 值 介于 之间，平 均值为 。上述数据表明沉积时期盆地的化学风化作用为中等强烈，两类页岩在沉积时期化学风化作用近似（图 ）。古盐度 值是判别沉积水体盐度的常用指标。锶元素（）和钡元素（）可以形成硫酸盐、碳 古地理学报 年 月酸盐等溶解于水体中。但 元素比 元素的迁移能力强，其化合物溶解度更低，一般当水体盐度增大时，元素更易于从水体中析出。值是古湖泊 水 体 盐 度 判 别 的 有 效 指 标。研 究 认 为，值小于 为淡水环境，为半咸水环境，大于 为咸水环境（于乐丹等，）。四川盆地东北部自流井组页岩的 值介于 之间，平均值为 ，表明自流井组页岩沉积于淡水条件。富有机质页岩的 值介于 之间，平均值为 ；贫有机质页岩的 值 介 于 之 间，平 均 值 为 （表 ；图 ）。两类页岩在沉积时湖盆水体都为淡水环境。前人在自流井组大安寨段发现了大型肉食性鱼类的鱼粪化石、淡水双壳类化石以及大量植物碎片，并认为该层段沉积时期为早侏罗世托阿尔期早期，为一个有河流淡水供应的开放性淡水湖盆（周小梅等，）。自流井组页岩的 与 值相关性较差，表明盐度不是有机质富集的主控因素（图 ）。古生产力在评价湖盆的古生产力时，为了避免单一指标造成的误差，作者采用 值、值以及 值 个指标对目的层段的古生产力进行综合评价。、等元素作为微量营养元素，主要通过与有机质络合后沉降到水体底部的沉积物中，随着有机质衰变再与黄铁矿结合而被保留在沉积物中（，）。因此，在鄂尔多斯盆地和四川盆地页岩研究中，将 、或 值作为定性评价水体古生产力的可靠指标（，；，；，）。为了研究古生产力对有机质富集的影响，本次研究以 值作为古生产力指标与 做交会图（图 ）。图 显示 与 值 存 在 有 较 强 的 正 相 关 性，相 关 系 数 为 ，表明自流井组页岩的有机质富集受到水体古生产力的控制。值和 值是被用于重建水体古生产力的 重 要 指 标（，；，）。由于沉积物中重晶石（）堆积速率与生物生产力呈良好的正相关关系，元素可被用于评价古生产力（，；，；，）。元素是水体中生物重要的营养元素，可以伴随浮游生物和鱼骨等 生 物 遗 体 等 在 沉 积 物 中 保 存（，）。由于元素 和 一般来源于陆源碎屑物质，值和 值可以消除陆源碎屑物质对沉积物中 和 元素的稀释作用。自流井组页岩的 值介于 之间，平均值为 ，整体高于后太古界页岩中的 值（）（胡涛等，）。自流井组页岩的 值介于 之间，平均值为 （表 ）。参考日本中部的二叠系 三叠系边界 剖面高生产力黑色页岩（平均值为 ），剖面中等生产力黑色页岩（值为 ）的相关数据（，），自流井组页岩 值表明，湖盆水体的古生产力为中等水平。值、值与 的交会图结果表明：值与 之间存在良好的正相关关系，相关系数为 ；值与 存在微弱的正相关性（图 ，）。以上结果表明，水体古生产力是自 流 井 组 页 岩 层 段 有 机 质 富 集 的 主 控 因 素。值与 的相关性较弱，可能与沉积物中 元素富集的地球化学过程有关。随着有机质降解，元素绝大部分以磷酸盐的形式从沉积有机质中释放而返回到水体中，导致沉积物中 元素含量有时与水体的初级生产力之间不具有良好的对应关系（，）。氧化还原条件相比于氧化环境，缺氧的底水环境中有机质的降解速率较小，因而更有利于有机质的保存富集。根据底水的含氧量，前人将水体的氧化还原程度分成 个等级：富氧（，氧气浓度 ）、贫氧（，氧气浓度为 ）、准厌氧（，氧气浓度为 ）和厌氧（，氧气浓度为 ）（，；李艳芳等，）。、被认为是水体氧化还原条件的敏感元素（，；，）。、值可被用于对水体的氧化还原条件进行评价，在许多海相 页岩 和 陆 相页 岩 序 列 研究 中 被 广 泛 使 用（，；，；于乐丹等，第 卷第 期张美洲等：陆相淡水湖盆页岩有机质富集主控因素研究：以四川盆地东北部侏罗系自流井组为例 ）。指 示 富 氧 环 境，指示贫氧环境，指示准厌氧厌氧环境。指示富氧环境，指示贫氧环境，指示准厌氧厌氧环境。指 示 富 氧 环 境，指示贫氧环境，指示准厌氧厌氧环境（，；李艳芳等，）。与氧化还原指标 交会图；与氧化还原指标 交会图；与氧化还原指标 交会图；与氧化还原指标 值交会图图 四川盆地东北部侏罗系自流井组页岩 与氧化还原条件指标交会图 四川盆地东北部自流井组页岩的 值介于 之间，平均值为 ；值介于 之间，平均值为 ；值介于 之间，平均值为 。富有机质页岩的 值介于 之间，平均值为 ；值介于 之间，平均值为 ；值介于 之间，平均值为 。贫有机质页岩的 值为介于 之间，平均值为 ；值介于 之间，平均值为 ；值介于 之间，平均值为 （表 ）。以上分析数据表明，自流井组页岩沉积于富氧的底水环境，且两类页岩的形成的底水环境差异不大。富氧的底水环境，可能导致有机质被氧化消耗，不利于沉积物中有机质的富集。为了探讨底水的氧化还原条件对有机质富集的影响，用 与 个氧化还原指标 、值做交会图（图 ）。结果表明，与指标 、值之间不存在明确的相关关系，与 指标 值 存 在 一 定 正 相 关 关 系（相关系数为 ）。综合来看，自流井组页岩的有机质富集不受水体氧化还原性的控制。陆源输入与沉积速率 和 元素一般赋存于陆源黏土矿物中或金红石等重矿物中，伴随着河流或风力输入湖盆并最终在半深湖深湖区域沉积。由于其化学性质稳定，且不容易受到后期成岩作用的影响，因此常被用作陆源输入指标。一般来讲，和 元素的值越高，代表陆源输入越多。陆源输入对有机质富集 古地理学报 年 月的影响具有双面性：一方面，适当的陆源输入可能为湖盆水体提供充足的养分；另一方面，过高的陆源输入可能稀释有机质（，；，；于乐丹等，）。陆源输入指标与 交会图表明，四川盆地东北部自流井组的有机质富 集 与 陆 源 输 入 无 明 显 相 关 性（图 ，）。与陆源输入指标 交会图；与与陆源输入指标 交会图；与沉积速率指标（）交会图图 四川盆地东北部侏罗系自流井组页岩 与陆源输入及沉积速率交会图 有机质富集与沉积速率关系较为复杂。除了一些地 层 测 年 方 法 外，稀 土 元 素 分 异 程 度 指 标（）可用于反映沉积速率，下标 表示球粒陨石归一化值（，）。轻稀土元素优先被有机质和黏土碎屑吸附，而重稀土元素在湖水中形成稳定的络合物。当沉积速率较低时，悬浮颗粒在水体中停留时间较长，稀土元素有充足的时间发生迁 移，进 而 导 致 稀 土 元 素 的 显 著 分 异 且（）远离 。当沉积速率较高时，轻稀土元素与重稀土元素的分异程度低，此时（）接近于（，；，）。自流井组页岩的（）介于 之间，平均 值 为 ，说 明 沉 积 速 率 整 体 较 高。如图 所示，随着（）增大，呈现为先增大后减小的规律。当沉积速率在较低水平时，有机质在沉降过程中与氧气接触时间长而被消耗，不利于有机质富集。随着沉积速率增大，有机质的积累逐渐增多。但是当沉积速率超过一定阈值时，由于高沉积速率带来的大量碎屑物质对沉积有机质起到强烈的稀释作用，不利于有机质富集。与鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地等盆地内的湖相页岩类似（袁伟等，；，；胡涛等，；于乐丹等，），适中的沉积速率有利于自流井组页岩有机质的富集。陆相淡水湖盆有机质富集机理探讨 有机质富集主控因素与富集模式四川盆地东北部自流井组大安寨段和东岳庙段沉积时期，对应湖盆的 个最大湖泛期。此时，周缘山系构造不活跃而物源供给少，盆地东北部主要发育湖泊相沉积（朱彤等，；胡宗全和刘光祥，）。浅湖区由于水体较清澈且气候温暖，第 卷第 期张美洲等：陆相淡水湖盆页岩有机质富集主控因素研究：以四川盆地东北部侏罗系自流井组为例双壳类、腹足类等生物可大量发育而形成介壳滩；在物源供给相对充足的位置，可形成浅湖相的砂质碎屑滩。半深湖区则主要发育深灰色、灰黑色的页岩。东岳庙段沉积时期，在盆地北部元坝地区发育灰色细粉砂岩夹灰黑色泥岩积，其沉积亚相类型 东岳庙段沉积相图；大安寨段沉积相图；元坝区块东岳庙段页岩厚度分布图；元坝区块大安寨段页岩厚度分布图；涪陵区块东岳庙段页岩厚度分布图；涪陵区块大安寨段页岩厚度分布图图 四川盆地东北部侏罗系自流井组沉积相与页岩厚度分布图（据胡宗全和刘光祥，；有修改）（，）为碎屑岩浅湖亚相（图 ）；泥岩以夹层为主，单层 厚 度 为 ，累 计 厚 度 最 高 可 达 （图 ）。在盆地东部涪陵地区，东岳庙段的岩性为黑色泥岩夹灰色泥灰岩，由于受物源影响较小而仅发育少量薄层砂岩，其沉积亚相类型为碳酸盐浅湖半深湖亚相；泥页岩连续性好，单层厚度最大可达 ，累计厚度最大为 （图 ）。大安寨段沉积时期，湖侵范围更广，川北元坝地区和川东涪陵地区均处于半深湖区（图 ）。页岩在平面上厚度稳定，分布范围基本与半深湖区域一致，在北部元坝地区和东部涪陵地区最大厚度分别为 和 （图 ，）。如 所述，古气候指标 值、值、古风化指标 值以及古盐度指标 值表明，自流井组沉积时期四川盆地为一个湿润气候条件下的淡水湖盆。与古生产力指标以及氧化还原性指标的相关性表明：古生产力是自流井组页岩有机质富集的主控因素，氧化还原条件则不是有机质富集的主控因素。自流井组沉积时期湖盆的古生产力为中等水平，说明有机质在水体中被大量生产，这为该层段有机质富集提供了较为充足的物质基础。值、值、值 等 定 量 指 标 表明，自流井组沉积于富氧的底水环境。这可能会导致大量的沉积有机质被氧化消耗，不利于沉积物中有机质的富集。古地理学报 年 月 古生产力指标 值与古气候指标 值交会图；古生产力指标 值与古气候指标 值交会图；古生产力指标 值与古气候指标 值交交会图图 四川盆地东北部侏罗系自流井组页岩古生产力与古气候指标交会图 古生产力指标 值、值以及 值与古气候指标 值的交会图结果表明，水体的古生产力与沉积古气候之间存在一定的正相关关系（图 ）。自流井组整体较高的古生产力水平主要与温暖湿润的古气候有关。随着气候湿润程度增加，湖盆的生产力呈现上升趋势。富有机质页岩沉积时期，气候更为湿润，丰富的降雨和充足的地表河流持续注入到湖泊当中，这不仅为湖盆输入了陆源植物碎片等有机质，也将大量溶解的营养物质加入湖盆（图 ）。在这一背景下，湖盆水体的营养物质大幅增加，大量的藻类等水生生物在表层水体的透光带生长和繁殖。藻类等水生生物和陆源植物碎片混合来源的有机质，沉降到富氧的底水环境中部分被氧化消耗，但仍有较多的剩余有机质被埋藏保存。贫有机质页岩沉积时期，气候湿润程度下降，湖盆水体的营养物质随着降雨和河流供给的减少而下降，其有机质的主要来源依然是藻类等水生生物与陆源植物，但水体的生产力水平相对较低，产出的有机质较少。海陆相页岩富集主控因素差异对比为了说明陆相淡水湖盆页岩层段有机质富集的特点，作者选取了自流井组的富有机质页岩与四川盆地志留系龙马溪组下段的海相页岩、渤海湾盆地东营凹陷古近系沙四上段的中亚段陆相页岩、歧口凹陷古近系沙一段长英质 混合质页岩和沧东凹陷古近系 孔 二 段 一 亚 段 陆 相 页 岩 进 行 对 比（，；，；方正等，；于乐丹等，；表 ）。龙马溪组海相页岩主要形成于相对宽广的深水陆棚环境，而自流井组陆相页岩形成于古湖泊的浅湖半深湖环境，沉积环境的不同导致 类页岩有机质富集特征的差异。与龙马溪组海相页岩相比，陆相页岩有机质富集主要有 方面特点。首先，自流井组陆相页岩沉积底水环境为富氧，不利于有机质的富集，氧化还原条件不是有 第 卷第 期张美洲等：陆相淡水湖盆页岩有机质富集主控因素研究：以四川盆地东北部侏罗系自流井组为例图 四川盆地东北部自流井组页岩沉积模式 表 不同类型盆地页岩沉积主控因素对比 盆地及层段（类型）有机质来源古气候和盐度生产力还原性陆源输入主控因素四川盆地侏罗系自流井 组 富 有 机 质 页 岩（陆相淡水湖盆）藻 类 及 低 等水 生 生 物 与陆 源 有 机 质混合半潮湿、淡水值（）（）中等 （）（）富氧 （）（）高 （）（）有机质富集受到生产力、古气候和沉积速率的控制；氧化还原 条件和盐 度不是 主控因素四川盆地志留系龙马溪组下段（海相盆地）以 海 相 有 机质为主，陆源有机质较少中等高 （）（）厌氧 （）（）低 （）（）有机质富集受到生产力、氧化还原条件、陆源碎屑输入的共同控制；厌氧条件、高古生产力、低碎屑输入有利于有机质富集渤海湾盆地东营凹陷古近系沙四上段中亚段（陆相咸水湖盆）藻 类 及 低 等水 生 生 物 来源为主，混合少 量 陆 源 有机质半干旱、咸水值（）（）中等 （）厌氧 （）（）中等有机质富集受到生产力、氧化还原 条 件、古 气 候、古 盐度和沉积速率的控制；高盐度促进 水体分层 和底水 的厌氧状态，但盐度过大抑制生物生长导致生产力下降渤海湾盆地歧口凹陷古近系沙一段长英质 混合质页岩（陆相咸水湖盆）藻 类 及 低 等水 生 生 物 来源为主，混合少 量 陆 源 有机质半干旱、咸水值（）（）高 （）（）贫氧 ：（）低 （）（）有机质富集受到古盐度、生产力和 氧化还原 条件的 控制；高盐度促进水体分层和底水的厌氧状态，伴随高生产力有利于有机质富集渤海湾盆地沧东凹陷古近系孔二段一亚段（陆相咸水湖盆）陆 源 高 等 植物为主，混合少 量 藻 类 及低 等 水 生 生物来源半干旱、咸水值（）（）高 （）贫氧（）（）高有机质富集受到陆源输入、初级生产力、保存条件和盐度共同作用；合适的盐度有助于提 高初级生 产力和 形成缺氧环境，盐度过低或过高都不利于有机质富集注：括号内数值为平均值。古地理学报 年 月机质富集的主控因素。富氧的底水环境主要由于陆相湖盆整体较浅，且湖平面的季节性波动导致水体与氧气大面积频繁接触，湖盆底部水体难以维持相对持续的缺氧环境。第二，古气候对陆相页岩的有机质富集有明显的控制作用。这主要是由于陆相湖盆沉积水体相对较小，古气候对湖平面的波动和水体古生产力有明显控制作用，进而影响湖盆中有机质富集。第三，自流井组陆相页岩沉积时期，湖盆的陆源输入较高。这可能为湖盆带来陆源营养物质和陆源有机质，增加湖盆表层水体的生产力。与陆相咸水湖盆相比，陆相淡水湖盆页岩的主要特点是有机质富集不受盐度的控制。一些陆相咸水湖盆页岩研究实例表明，咸水湖泊的表层水体和底部水体常因盐度差异而分层。当湖盆水体出现分层，表层和底层的水体流通不畅，空气中的氧气难以到达湖盆底部而容易形成缺氧环境；同时，微生物的呼吸作用消耗底水游离氧。表层较高生产力和底层相对缺氧环境的组合有利于有机质的富集和保存，如渤海湾盆地歧口凹陷古近系沙一段长英质 混合质页岩。但是当水体的盐度过高，浮游生物的生长会受到抑制，导致生产力下降，不利于有机质的富集，如东营凹陷古近系沙四上段、歧口凹陷古近系孔二段一亚段。在淡水湖盆中，表层水体和底部水体因为温度差异导致的密度差异也可能出现分层（，）。但是，这种温度分层的稳定性相对较差，可能促进底部水体富氧，不利于有机质保存和富集。结论）四川盆地东北部侏罗系自流井组页岩的有机碳含量为 ，平均值为 。干酪根类型指数主要分布在 之间，平均值 ，表明有机质类型为型和型，有机质的主要来源于藻类等水生生物与陆源高等植物的混合。）四川盆地东北部侏罗系自流井组页岩古气候指标 值、值、古风化指标 值以及古盐度指标 值表明，自流井组沉积时期四川盆地为一个潮湿气候条件下的淡水湖盆。湖盆水体的中等生产力为有机质的富集提供了较为充足的物质基础，富氧的底水环境导致有机质被氧化消耗，不利于有机质的富集。）四川盆地东北部侏罗系自流井组页岩 与多个古环境指标交会图分析表明，自流井组有机质富集主要受到古生产力、古气候、沉积速率的控制。只有在相对潮湿的气候条件、相对较高的古生产力和适当的沉积速率背景下，有机质才会富集。氧化还原条件和盐度不是陆相淡水湖盆页岩有机质富集的主控因素，这与海相页岩和陆相咸水湖盆页岩存在较大差异。揭示泥页岩层段的有机质富集机理和主控因素，对四川盆地侏罗系陆相页岩油气的勘探具有重要意义。参考文献（）杜金虎，胡素云，庞正炼，林森虎，侯连华，朱如凯 中国陆相页岩油类型、潜力及前景 中国石油勘探，（）：，（）：方正，蒲秀刚，陈世悦，鄢继华，韩文中，时战楠，张伟，陈星燃，董庆民 沧东凹陷孔二段页岩有机质富集特征研究 中国矿业大学学报，（）：，（）：胡涛，庞雄奇，姜福杰，王琦峰，徐田武，吴冠昀，蔡哲，于吉旺 陆相断陷咸化湖盆有机质差异富集因素探讨：以东濮凹陷古近系沙三段泥页岩为例 沉积学报，（）：，：，（）：金之钧，白振瑞，高波，黎茂稳 中国迎来页岩油气革命了吗？石油与天然气地质，（）：，？，（）：金之钧，朱如凯，梁新平，沈云琦 当前陆相页岩油勘探开发值得关注的几个问题 石油勘探与开发，（）：，（）：胡宗全，刘光祥 中国陆相页岩气富集规律与评价技术 北京：地质出版社，：，黎茂稳，马晓 潇，金 之 钧，李 志 明，蒋启 贵，吴 世强，李政，徐祖 新 中国海、陆相页岩层系岩相组合多样性与非常规油气勘探意义 石油与天然气地质，（）：，第 卷第 期张美洲等：陆相淡水湖盆页岩有机质富集主控因素研究：以四川盆地东北部侏罗系自流井组为例 ，（）：李艳芳，邵德勇，吕海刚，张瑜，张小龙，张同伟 四川盆地五峰组龙马溪组海相页岩元素地球化学特征与有机质富集的关系 石油学报，（）：，（）：刘树根，李 智武，刘顺，罗玉宏，徐国强，戴国汗，龚昌明，雍 自 权 大巴山前陆盆地冲断带的形成演化 北京：地质出版社 ，：刘忠宝，刘光祥，胡宗全，冯动军，朱彤，边瑞康，姜涛，金治光 陆相页岩层系岩相类型、组合特征及其油气勘探意义：以四川盆地中下侏罗统为例 天然气工业，（）：，：，（）：柳波，石佳欣，付晓飞，吕延防，孙先达，巩磊，白云风 陆相泥页岩层系岩相特征与页岩油富集条件：以松辽盆地古龙凹陷白垩系青山口组一段富有机质泥页岩为例石油勘探与 开 发，（）：，：，（）：马永生，蔡勋育，赵培荣，胡宗全，刘惠民，高波，王伟庆，李志明，张子麟 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