中國油頁巖富集與地質事件研究

柳蓉，張坤，劉招君，閆旭，于佳琦

1.吉林大學地球科學學院，長春 130061

2.吉林省油頁巖與共生能源礦產重點實驗室，長春 130061

0 引言

油頁巖是一種固體可燃有機礦產，灰分含量高，含油率≥3.5%，發熱量通常≥4 187 J/g，有機質含量高，主要由腐泥和腐殖質以及腐泥—腐殖質組成，在低溫干餾下，可以得到油頁巖油，是一種重要的非常規油氣資源。我國油頁巖資源豐富，居世界第二位[1]。我國石油對外依存度突破70%，油頁巖資源有望成為重要的戰略資源及補充能源。目前吉林大學和吉林眾誠油頁巖公司已經成功地開采出原位油頁巖油，結合我國資源開發現狀，尋找適合原位開發的高含油率“甜點區”成為了加快推進我國油頁巖原位開發的重點問題。

隨著油頁巖資源勘探開發的不斷推進，油頁巖成礦機制成為了學者們研究的難點和熱點的問題之一，研究發現：在這些含油頁巖的沉積組合序列中，高含油率油頁巖發育經常與火山作用、重力流作用、海侵作用等事件沉積伴生。在美國綠河油頁巖[2-3]，中國松遼盆地[4-5]、準噶爾盆地[6-7]、鄂爾多斯盆地[8-10]及北票盆地[11]的含油頁巖巖系中均發現了數層凝灰巖層；鄂爾多斯盆地[12-13]、依蘭盆地[14-16]、朝陽盆地[17]中的含油頁巖巖系中還發現了頻繁的重力流沉積。在松遼盆地[18-19]、黃縣盆地[20]中發現了多種海侵沉積標志。鄂爾多斯盆地[21]、桐柏盆地[22]、銀額盆地含油頁巖巖系中發現了熱液沉積[23]（表1）。同時，油頁巖也是一種有機質異常富集的沉積巖，其形成是否與這些事件之間存在一定的時空耦合關系?這些事件沉積對油頁巖，特別是對高含油率的油頁巖“甜點區”的發育是促進還是抑制?

本文將從我國發育的50 個盆地、95 個含礦區油頁巖出發[1]，在系統的分析其分布規律、成因和成礦條件的基礎上，總結并揭示地質事件與油頁巖富集的耦合作用，從而豐富油頁巖成礦理論及非常規油氣沉積學的理論內涵。

表1 中國含油頁巖巖系中的油頁巖特征與事件沉積Table 1 Characteristics and event deposition of oil shale in oil-bearing shale series in China

1 油頁巖資源分布規律

中國油頁巖資源豐富且分布廣泛，分布在27 個省（自治區）和50個盆地、95個含礦區。目前海相油頁巖探明程度相對較低，已發現的大部分油頁巖礦床多為陸相成因，且主要分布于內蒙古、山東、山西、吉林、黑龍江、陜西、遼寧、廣東、新疆等9 省區[24]，發育于松遼、鄂爾多斯、倫坡拉、準噶爾、羌塘、柴達木、茂名、大楊樹、撫順等盆地（圖1），其中松遼、鄂爾多斯和準噶爾盆地占中國油頁巖總資源的一半以上。

中國發育多個含油頁巖盆地，沉積時期跨度大，成礦時代長且分布廣泛，從晚古生代到新生代都有沉積，其中，古生代的石炭二疊紀、中生代的侏羅紀、早白堊紀以及新生代的古近紀是中國油頁巖四個重要成礦期（表1）。

新生代油頁巖主要發育在古近紀始新世和漸新世，主要分布在中國東部地區，如撫順盆地、樺甸盆地、山東黃縣盆地等；其次分布在南部地區，如廣東茂名盆地、北部灣地區；西部地區也有少量分布，如西藏地區的倫坡拉盆地。古近紀古新世油頁巖沉積較少，只在湖南湘縣盆地有發現[25]。

中生代油頁巖主要發育在侏羅紀和白堊紀。侏羅紀油頁巖主要形成于中侏羅世，主要分布于中國的西部地區，如西藏自治區的羌塘盆地、青海省柴達木盆地以及內蒙古自治區的河套等地區。白堊紀是中國油頁巖賦存的重要時期，早白堊世油頁巖主要分布在中國東北地區大型盆地如松遼盆地農安地區，晚白堊世油頁巖主要集中在中國東北地區一些小型盆地，如大楊樹盆地、老黑山盆地、羅子溝盆地、楊樹溝盆地、朝陽盆地、阜新盆地等。

古生代油頁巖主要分布在中國西部新疆自治區的妖魔山地區，其形成時代為中二疊世。在西北地區的濟寧、六盤山盆地，有少量晚石炭世的油頁巖發育。

2 油頁巖成因

2.1 油頁巖中有機質原始物質來源

2.1.1 油頁巖有機質成因類型

有機質作為油頁巖的重要組成部分，其組成及類型與沉積環境密切相關。油頁巖形成環境既有湖相、湖沼相，還有海相、海陸過渡相，但中國主要為湖相成因。湖泊有機質主要來源于兩部分：一部分來自于湖泊底棲生物、浮游生物、底棲藻類以及微生物的自身生產，另一部分來自從陸地上搬運的陸源生物的碎屑（圖2）[26-28]。

油頁巖中有機質成因類型取決于藻類和微生物的堆積和陸源高等植物碎屑堆積的比例，主要有腐泥型和混合型（腐殖—腐泥型和腐泥—腐殖型）。我國油頁巖以腐泥型（Ⅰ）和腐殖腐泥型（Ⅱ1）為主，腐泥腐殖型（Ⅱ2）次之[29]（圖3）。

有機質成因類型主要取決于沉積環境。良好的保存條件、高湖泊生產力和適當沉積速率，有利于形成高品質油頁巖，腐泥型油頁巖形成于大中型盆地的坳陷期深湖沉積階段，該時期盆地于規模大、水體穩定，如松遼盆地上白堊統青山口組和嫩江組、準噶爾盆地中二疊統蘆草溝組、鄂爾多斯盆地上三疊統延長組等[4]（圖3）。

圖1 中國油頁巖資源分布Fig.1 Distribution of oil shale resources in China

腐殖—腐泥型和腐泥—腐殖型油頁巖在中國油頁巖中比較常見，主要形成于大中型坳陷盆地邊緣地區和小型斷陷盆地的半深湖環境，由于其地理位置及小型斷陷盆地的特點，盡管半深湖沉積具有較好的古湖泊生產力，但受陸源碎屑供給的影響比較大，帶來無機礦物碎屑同時也帶來了豐富的陸源有機質，導致其自身生產力比例降低。如樺甸盆地古近紀樺甸組、梅河盆地古近紀梅河組、依蘭盆地古近紀達連河組、朝陽盆地九佛堂組等[4]（圖3）。

油頁巖中有機質成因類型取決于藻類和微生物的堆積和陸源高等植物碎屑堆積的比例，主要有腐泥型和混合型（腐殖—腐泥型和腐泥—腐殖型）。我國油頁巖以腐泥型（Ⅰ）和腐殖腐泥型（Ⅱ1）為主，腐泥腐殖型（Ⅱ2）次之[29]（圖3）。

有機質成因類型主要取決于沉積環境。良好的保存條件、高湖泊生產力和適當沉積速率，有利于形成高品質油頁巖，腐泥型油頁巖形成于大中型盆地的坳陷期深湖沉積階段，該時期盆地于規模大、水體穩定，如松遼盆地上白堊統青山口組和嫩江組、準噶爾盆地中二疊統蘆草溝組、鄂爾多斯盆地上三疊統延長組等[4]（圖3）。

腐殖—腐泥型和腐泥—腐殖型油頁巖在中國油頁巖中比較常見，主要形成于大中型坳陷盆地邊緣地區和小型斷陷盆地的半深湖環境，由于其地理位置及小型斷陷盆地的特點，盡管半深湖沉積具有較好的古湖泊生產力，但受陸源碎屑供給的影響比較大，帶來無機礦物碎屑同時也帶來了豐富的陸源有機質，導致其自身生產力比例降低。如樺甸盆地古近紀樺甸組、梅河盆地古近紀梅河組、依蘭盆地古近紀達連河組、朝陽盆地九佛堂組等[4]（圖3）。

圖2 湖泊有機質來源分布圖（修改自文獻[26]）Fig.2 Sources distribution of organic matter in lakes (modified from reference [26])

圖3 不同沉積環境油頁巖有機質類型判別圖解（修改自文獻[29]）（a）深湖環境（;b）半深湖環境（;c）湖沼環境Fig.3 Discrimination diagram for organic matter types of oil shale in different sedimentary environments(modified from reference [29])

腐殖—腐泥型和腐泥—腐殖型油頁巖也可以發育在大中型盆地的坳陷期深湖沉積階段，這主要受到了該時期的遠源濁積巖的影響。陸源碎屑中的顆粒有機碳碎屑可由河流和洪流帶入，也可以從濱岸帶再沉積。洪水期，大量的顆粒有機質被帶入到盆地內，這種濁流沉積在許多淡水湖泊中幾乎成為了一種規律。比如，在阿爾卑斯山邊緣的幾個湖泊中，這種事件沉積物中陸源植物有機碳總量（TOC）較高，為2%～6%[30]，我國鄂爾多斯盆地上三疊統延長組長7段的油頁巖中常發育濁積巖[31]（圖3）。

2.1.2 古湖泊生產力

我國油頁巖主要為湖相沉積，大部分學者認為其有機質主要為藻類[32-34]，藻類勃發往往導致高湖泊生產力的形成[35-38]，是油頁巖中有機質富集的重要作用。

近年來，隨著半定量—定量生物標志化合物與生物地球化學技術迅速發展，學者已經認識到生產力不僅來自浮游藻類、底棲宏觀藻類，微生物對于生物生產力的貢獻也應該得到重視[39-42]。

傳統模式中認為，微生物即所有的細菌和古菌以及大部分真核生物（如原生生物，一些真菌等）只是分解者，但事實上微生物既是分解者又是生產者。現代海湖研究表明，細菌也是初級生產力的重要組成部分[43-44]。化合物是識別鑒定有機質來源的重要手段，Sachsenhoferet al.[45]認為，在未成熟沉積有機質中低OEP1[OEP1=（nC17+6nC19+nC21）/（4nC18+4nC20）]和高OEP2[OEP2=（nC25+6nC27+nC29）/（4nC26+4nC28）]的正構烷烴的中長鏈C20-32來源于微藻類和細菌微生物的貢獻。銀額盆地油頁巖中具有高OEP2值和低OEP1值的特點，表明有機質母質類型中藻類和細菌微生物的貢獻較大，且細菌在油頁巖中活動強于貧有機質泥巖（圖4）。

2.2 油頁巖中有機質聚集與保存

豐富的有機質來源是油頁巖形成的前提，有機質的聚集和保存則是油頁巖成礦的另一個重要過程，缺氧是這個過程的最佳條件。油頁巖中有機質分別來源于湖泊自身生產力和陸源有機碎屑供給，在動蕩的湖泊水體條件下，絕大多數的有機質會發生降解作用，不利于油頁巖中有機質的保存[46]。

研究者圍繞著綠河組的Wilkins Peak 段油頁巖開展了大量的研究，先后建立分層湖模式[47]、干鹽湖模式[48]、干鹽湖復合體模式[49]、生物化學分層湖模式[50]和外因分層湖模式[51]等（圖5）。這些模式都強調了水體分層在油頁巖形成過程中的重要作用。在松遼盆地青山口組和嫩江組的油頁巖中，Pr/Ph、δU 以及β-胡蘿卜烷等地球化學參數都指示了強還原—還原的穩定水體分層環境更有利于油頁巖的形成[52-53]。并且，在富礦段反應還原條件的Ni/Co比值和Ni/V比值都表現出很好的穩定性，反映出富礦段的還原性主要取決于穩定的湖水分層。

因此，缺氧是油頁巖形成過程中有機質保存的必要條件，而長期穩定的水體分層導致的缺氧條件則最有利于油頁巖形成。

圖4 銀額盆地巴格毛德地區巴音戈壁組二段油頁巖和貧有機質泥巖飽和烴m/z=57 質量色譜圖Fig.4 m/z=57 mass chromatogram of saturated hydrocarbons in oil shale and organic-poor mudstone,Bayingebi Formation, Bagmaode area, Yin'e Basin

圖5 綠河盆地簡單分層湖與干鹽湖—湖泊復合體模式對比（修改自文獻[20,47-48]）Fig.5 Comparison between simple stratified lake and dry-salt lake complex model in Lvhe Basin(modified from references [20,47-48])

3 油頁巖資源富集與地質事件分析

從與神學論相結合的災變論到新災變論，研究者針對眾多地質事件開展了詳細研究，一些科學問題已成為當今地球科學領域中的研究前沿，如板塊構造學的超大陸聚合與裂解[54-57]、古生物學的“五大滅絕”[58-59]、沉積學的事件沉積[60-64]等。長期的漸變過程與瞬時的突變過程是地質過程的基本方式，地質作用過程的發展正是由二者的交互決定的[65]。

在地質事件研究中，隨著理論、技術和方法的發展與創新，許多的研究表明，大洋缺氧、火山噴發、熱液活動以及重力流沉積等諸多地質事件在有機質的富集過程中起到了重要作用，與油頁巖、頁巖油氣等非常規油氣資源也存在著密切聯系。

有機質富集是油頁巖成礦的重要先決條件，也是研究的難點。八十年代末期，Katz[66-67]開展了大量的湖泊研究工作，提出了兩種平衡作用：第一種是自生生產有機質與陸源有機質的輸入平衡；另一種是有機質與無機礦物的輸入平衡。前者將決定有機質的性質，后者將決定有機質的含量。除上述兩個平衡外，決定油頁巖成礦還存在著第三個平衡，那就是有機質保存與氧化分解的平衡。

因此，有機質富集過程中的三個平衡是油頁巖成礦的關鍵，在此過程中地質事件作用如何影響油頁巖成礦呢？本文將從有機質來源、有機質保存和有機質稀釋等方面進行論述。

3.1 火山事件

在火山活動中，火山噴發出的氣體或塵埃可以形成硫酸鹽氣溶膠，氣溶膠—云—氣候反饋系統可引起區域性氣候改變從而導致水體浮游生物發生變化[68-69]，同時，火山碎屑物質經風化和搬運作用進入到湖泊或土壤，也在一定程度上影響了湖泊及土壤中微生物、真菌、藻類等生物種類和數量[70-71]。火山灰含有大量的必需營養元素，例如K，P，Fe 和Ca，這些元素可以溶解在水體中，通過與海水接觸并快速釋放使藻類在短時間內大量繁盛[72-76]。

在我國鄂爾多斯盆地三疊系延長組、三塘湖盆地二疊系蘆草溝組、遼西盆地群下白堊統義縣—九佛堂組、松遼盆地上白堊統青山口組和嫩江組油頁巖層中均發現火山灰沉積[77-78]，尤其在鄂爾多斯盆地南部延長組長7段，高含油率油頁巖中發育多期凝灰巖或凝灰質夾層。

因此，火山作用在沉積過程中雖然只表現為一個短暫的地質事件，但它對湖相的初級古生產力卻做出了很大的貢獻，是形成藻類勃發的重要因素[38,73]。近年來，也有一些學者研究發現過量的火山灰會降低水體的透明度，降低湖泊藻類及挺水植物對太陽能的吸收和轉化效率，造成湖泊生物大量死亡。同時，頻繁的火山爆發將釋放大量氣體，如HCl-和SO2，對氣候產生強烈影響，使得區域溫度持續性下降，導致初級生產者的富營養區不斷減少[79-81]。因此，火山作用的過程及強度對油頁巖富集的影響存在很大的差異，需要客觀的系統評價。

圖6 中國中部中生代鄂爾多斯盆地三疊系延長組7 段油頁巖沉積模式（修改自文獻[101]）Fig.6 Sedimentary model of oil shale in the 7th member of the Triassic Yanchang Formation within the Mesozoic Ordos Basin,Central China (modified from reference [101])

3.2 熱液事件

熱液活動與火山活動往往同期發生，水底熱液攜帶著大量營養物質（Si、N、P、Fe、Zn）進入湖泊或海洋[76,82-83]，為有機物的富集提供物質來源。熱液活動區域往往擁有更高的營養物質及熱源，其周圍水體中微生物也較為豐富，活動強度也更明顯[84-85]。熱液噴口附近的火山玻璃在水下發生氧化反應，為微生物群落提供生存所必需的養料[86-88]，從而促進微生物群落生長發育[89-91]。此外，熱液噴發釋放出的H2S,SO2等氣體造成了明顯的水體分層，底部厭氧的沉積環境更有利于有機質的保存[92-95]。

近年來在中國湖相油頁巖中發現了豐富的熱液沉積特征[96-100]，對三塘湖盆地二疊系蘆草溝組、二連盆地下白堊統騰格爾組、鄂爾多斯盆地延長組長7段和渤海灣盆地古近系沙河街組的研究均可證明曾發生過湖底熱液活動[77-78]。鄂爾多斯盆地延長組長7段是湖泊發育的高峰期，同時也被證實存在明顯的湖底熱液活動[101-103]，長73段的厚層油頁巖對應較為強烈的熱液活動[101,103]（圖6）。在長7段早期，揚子板塊向華北板塊強烈俯沖，盆地南緣火山活動加劇，湖水沿基底斷裂帶與巖漿發生滲漏作用，在湖底形成大量的熱液流體。P、Fe、Mn、Cu、Na等營養元素通過上升流進入湖面，促進了湖泊藻類的繁盛，為湖藻積累提供了充足的有機質來源。同時，H2S、SO2、HCl-和其他氣體促進了缺氧沉積環境的形成，油頁巖中較高的黃鐵礦含量和硫含量指示了湖底厭氧硫化的沉積環境。熱液的流入可能導致湖水鹽度異常升高和水柱分層，有利于有機質的保存。

因此，大多數學者認為熱液活動對有機質富集有著重要的促進作用，但同時，也有學者認為相對高溫高壓的間歇性熱液流體有著較高的流體溫度反而不利于生物生存，并且熱液噴流產生的劇烈水體擾動也很有可能破壞湖底的缺氧環境，進而破壞有機質的富集[104]。

3.3 大洋缺氧事件

大洋缺氧事件OAE 1a 的發生在國際上普遍認為與Ontong-Java 太平洋超級地幔柱的噴發有關，海底大規模火成巖省（Large Igneous Provinces，LIPs）活動導致大陸邊緣沉積物中甲烷水化合物的分解[105-106]。大規模火成巖省的活動，引起大氣中CO2濃度升高，溫室效應加強，促進了地表風化作用和水文循環活動，為湖泊藻類的繁盛提供了充足的陸源營養物質，極大地提高了古湖泊生產力[107-111]。全球性大洋缺氧事件不僅在海洋沉積黑色頁巖，在陸相湖泊中也發育油頁巖及暗色泥巖沉積，例如在大洋缺氧事件OAE1a 時期，遼西地區的九佛堂組和酒泉盆地的下溝組均發育油頁巖及暗色泥巖[112-113]。戴霜等[114]通過對六盤山盆地北部時代火石寨剖面馬東山組進行研究，證實其下部發育的黑色頁巖和灰巖組合受大洋缺氧事件OAE1b 的影響。伊帆等[115]認為羌塘地區侏羅系油頁巖形成于Toarcian 缺氧（T-OAE）。胡廣等[116]認為中國東南沿海地區下白堊統普遍發育的多套黑色泥頁巖與大洋缺氧事件OAE2 相關。晚白堊世松遼盆地青山口組的缺氧事件與全球的Albian-Cenomanian 缺氧事件（OAE2）相吻合。嫩江組的缺氧事件與全球的Santonian-Campanian 缺氧事件（OAE3）相吻合[117-118]。此外，在銀額盆地含油頁巖層系的巴音戈壁組二段發現了熱河生物群的典型化石東方葉肢介（Eosestheria sp.），三尾類蜉蝣（Ephemeropsis trisetalis）和長肢裂尾甲[119]。且巴音戈壁組二段頂部結束年齡為116 Ma[120-121]，這個時期正是全球大洋缺氧事件OAE1a 的時期[106,109]（圖7）。此外，發生于55 Ma 左右的古新世—始新世極熱事件（PETM）引起的缺氧事件對古近系油頁巖形成也具有一定的促進作用。

3.4 氣候地質事件

油頁巖是一種富含有機質的巖石，藻類、低等生物及陸地高等植物為油頁巖提供了豐富的物質來源，而氣候又是控制地球表面古生物繁盛的重要因素。因此，溫暖濕潤的古氣候條件是油頁巖的有利形成環境[15,124-126]。

對全國50 個盆地、95 個含礦區的油頁巖綜合分析表明，油頁巖成礦時期跨度大，成礦時代長，且從晚古生代到新生代都有沉積，其中一部分高品質油頁巖發育于氣候地質事件頻發時期。

例如，三疊紀初期的古氣候繼承了二疊紀末期干旱炎熱的特點，中晚三疊紀的古氣候逐漸向濕熱過渡[127]，并出現多期全球范圍內的氣候濕潤事件，如卡尼期洪積事件（CHE）、拉丁—卡尼濕潤間隔（L-CHI）等[128-131]。卡尼期濕潤事件（CHE）的證據在特提斯地區的地層中被廣泛記錄[132-136]，在CHE時期，隨著降雨量的增加，海相層序的碎屑組分有所增加，碳酸鹽巖沉積突然中斷開始沉積陸源硅質碎屑巖，有些地區出現黑色頁巖沉積[137]。陸相沉積主要表現為河流水位上升，風化作用加強，洪水引發沖積扇沉積，湖盆的陸源硅質碎屑和有機質的輸入增多[136,138]。在意大利的Dolomites地區拉丁—卡尼階界線附近碳酸鹽臺地的頂部發現淡水作用導致局部巖溶現象，堆積的火山陸源和火山碎屑巖層中顯示出硅質碎屑輸入，大量針葉樹的遺骸和濕生孢粉資料都表明森林覆蓋廣泛，并存在顯著的降雨，該時期被稱為拉丁—卡尼濕潤間隔（L-CHI）[130]，并且在阿根廷的Mendoza 地區及歐洲其他地區也出現了同時期濕潤氣候的指示[139-140]。

在我國華北鄂爾多斯盆地，拉丁—卡尼濕潤間隔（L-CHI）和卡尼期濕潤事件（CHE）分別對應延長組長7段底部和上部的油頁巖層位，全球性的氣候濕潤事件不僅促進了海相頁巖的沉積，而且為陸相富有機質沉積創造有利條件,長7段是鄂爾多斯盆地穩定沉降過程中有機質最為富集的沉積單元，發育優質烴源巖—油頁巖，其有機碳最高達26.16%（圖8）。長7段的古氣候具有向溫暖濕潤轉變的明顯特征[101]，溫暖的古氣候條件有利于湖泊藻類和陸生維管植物的繁盛生長，進而促進初級生產力的提高。此外，充足的降雨會增加地表徑流，將大量陸源有機質及營養物質輸入湖泊，從而提高初級生產力[146]。同時，溫暖濕潤的古氣候帶來的降雨有利于湖平面上升和湖水堿化。較高的古水深造成水體明顯分層，加劇湖底的缺氧，有利于有機質的保存[147]，古氣候對油頁巖的沉積起著重要作用。

3.5 海侵事件

中國含油頁巖盆地大多數為陸相湖盆沉積，但也有一些盆地不同程度的出現了海侵作用，海侵發生的層位與油頁巖富礦富集層位具有很好的耦合性。有機質來源即高古湖泊生產力是油頁巖形成的前提，海侵作用會向湖泊內帶入大量海洋浮游生物，提高了古湖泊生產力，并在一定程度上改變了有機質來源的類型[148]。更重要的是，海侵作用會導致湖泊水體條件發生改變，海水中藻類所需的營養元素向湖泊輸入會導致湖泊的富營養化，提高湖泊的初級生產力。此外，由于海水中堿性水體可以容納更多的和CO2，為水中藻類及沉水植物的光合作用提供了碳源，因而堿性海水向湖盆的輸入可以導致湖泊初級生產力升高[30]。

松遼盆地油頁巖發育于上白堊統青山口組和嫩江組，學者先后發現在青一段和嫩二段存在海侵作用[149-156]。還有學者進一步討論海侵了對油頁巖成礦的影響[19,52,156]并通過對青一段和嫩一段和二段泥巖生物標志化合物中的甲藻甾烷含量和24-正丙基及24-異丙基膽甾烷的識別證實了海侵的發生[157-158]。海侵作用豐富了青一段油頁巖微生物化石，除溝鞭藻、綠藻及疑源類和黃藻類外，還發現了反映淡水、半咸水環境的多刺甲藻，蝙蝠藻等，以及反映海相或半咸水三角洲及潟湖環境的溝裸藻、口堪斯藻，證實了青一段油頁巖的形成與海侵事件有關[150]。此外，山東黃縣油頁巖的形成也與周期性海水進退有關[20,159-160]。

圖7 白堊紀全球碳循環相關的地質事件及其變化（修改自文獻[122]，地質年齡修改自文獻[123]）Fig.7 Geological events related to the Cretaceous global carbon cycle and their changes (modified from reference[122],geological age modified from reference [123])

圖8 全球中晚三疊紀穩定碳氧同位素—古氣候—海平面變化與火山及濕潤事件及鄂爾多斯盆地事件分布（氧同位素修改自文獻[131]；碳同位素修改自文獻[141]；全球中晚三疊系安尼—諾利階穩定碳氧同位素修改自文獻[141,131]；古氣候修改自文獻[130]；海平面變化修改自文獻[142]；濁流及砂質碎屑流沉積修改自文獻[143]；地質時間刻度修改自文獻[144-145]）Fig.8 Stable carbon and oxygen isotopes, paleoclimate, sea level change, volcanic and humid events and the distribution of events in Ordos Basin in the Middle-Late Triassic

近年來，大量學者也開展了海侵事件對于湖泊有機質保存的影響的研究[118,161]。認為湖泊水體分層主要為溫度和化學分層，當海侵事件發生時，由于湖泊與海洋相溝通，水體鹽度快速升高，底部形成高鹽度水體化學分層[26]，在湖泊處于化學或熱力分層的條件下，湖泊上下層的水體循環將會停止，造成湖泊底部水體中的氧氣含量不斷降低，還原性逐漸加強，為油頁巖的發育提供了良好的保存條件[150]。在松遼盆地青山口和嫩江組的油頁巖中，Sr/Ba、Ca/Mg 和伽馬蠟烷指數比值可分別高達3.05、2.15和0.48，均反映油頁巖較其它泥頁巖沉積時期具有半咸水—咸水性質。Pr/Ph、V/（V+Ni）、δU以及β-Carotane（β-胡蘿卜烷）等參數顯示油頁巖沉積時期為強還原—還原環境[162]。

3.6 重力流事件

豐富的有機質聚集過程中，若受到外源陸源碎屑的輸入，將會導致有機質被大量稀釋。品質較好的油頁巖大都形成于穩定的半深湖—深湖環境下，在該條件下重力流作用是將外源陸源碎屑帶入的重要地質事件。重力流是一種重要的沉積物搬運和沉積機制，包括濁流、流體化流、顆粒流和碎屑流。近年來，很多的研究集中于重力流作用對于油氣儲集的影響，例如鄂爾多斯盆地中南部長7 段、長6 大面積分布的致密油儲層是重力流事件沉積的產物。具有較好的儲層物性的重力流砂體與長7 段富有機質頁巖相互疊置發育形成源儲大面積緊密接觸，聚集效率高的致密油甜點區[163]。但對比鄂爾多斯長7 段和長9 段油頁巖發育情況發現，長9 油頁巖厚度較薄，含油率較低。這與長9 段發育大量濁積巖有關。在鄂爾多斯盆地，重力流事件沉積發生時，岸上的陸源高等植物、淺湖生物以及大量泥砂被輸入深水區，并且對原有沉積有機質造成強烈稀釋，降低了有機質豐度[164-165]，同樣的現象也發生在依蘭盆地[166]。同時，在長73段后期，由于頻繁的火山活動，引發了許多地震，在深湖相中形成了濁積石沉積物，淺水中的氧氣與砂體一起進入湖底，破壞了缺氧的沉積環境，有機質的保存條件變差，有機質的富集程度逐漸降低（圖9）。

4 認識與結論

（1）油頁巖中有機質成因類型取決于藻類和微生物的堆積和陸源高等植物碎屑堆積的比例，主要有腐泥型和混合型，我國油頁巖以腐泥型和腐殖腐泥型為主。藻類勃發和微生物繁盛是湖泊油頁巖有機質的重要貢獻。

（2）火山活動釋放的火山灰為湖泊藻類提供了大量的營養物質，造成湖泊水體的富營養化，導致藻類和細菌的大量繁殖，有利于油頁巖形成。但若過量的火山灰和頻繁火山爆發釋放大量氣體將對油頁巖富集帶來不利的影響。

圖9 鄂爾多斯盆地ZK903 井延長組長7 段TOC 與氧化還原性演化圖（修改自文獻[101]）Fig.9 TOC and redox evolution of Chang 7 member of Yanchang Formation of Well ZK903 in Ordos Basin(modified from reference [101])

（3）熱液事件與油頁巖發育有著良好的耦合關系，熱液攜帶營養元素的輸入及釋放的還原性氣體，促進湖泊表層水體在生物的繁盛和底部厭氧的有機質保存條件，有利于油頁巖富集；但也有學者研究表明相對高溫高壓的間歇性熱液流體反而不利于生物生存并破壞穩定的缺氧環境，不利于油頁巖富集。

（4）大洋缺氧事件普遍認為與海底大規模火成巖省有關，其引起的大氣中CO2濃度升高導致的溫室效應，改變了古湖泊水體條件從而引發藻類勃發和微生物繁盛，有利于油頁巖富集。

（5）氣候濕潤事件不僅促進了湖泊生物和周邊陸源植被的繁盛，同時，充足的降雨增加了地表徑流，為湖盆提供了大量的陸源有機質，湖平面的升高促進了穩定的湖水氧化還原分層，有利于油頁巖富集。

（6）海侵事件為陸相湖盆帶來了藻類所需的營養元素，促進其勃發，同時，湖泊咸化也促進了水體鹽度分層，氧化還原界面上移，有利于油頁巖富集。

（7）重力流事件在一定程度上將原有沉積有機質造成強烈稀釋，降低了有機質豐度，同時也將破壞原有的穩定還原環境，不利于油頁巖富集。

5 結束語

地球作為一個龐大而復雜的生態系統，各個因素間都有著不同程度的聯系，地質事件代表了其中某個因素的改變，但往往可能導致一系列不同的結果。地球內部構造作用而引發的火山及熱液活動與有機質富集的關系密切，推斷火山活動釋放CO2改變了區域或全球性的古氣候，火山灰和熱液流體可以增加水體中營養元素的輸入而促進初級生產力的提高，熱液活動通過營造缺氧硫化的底部水體條件為有機質提供良好的保存條件，但火山及熱液活動釋放的營養元素參與湖泊生態系統循環的過程及對有機質保存條件貢獻的大小依然不清楚。同時，氣候變暖促進海平面上升而引發的海侵事件對原有湖泊生態系統中物質循環所造成影響的研究較少。許多地質事件與有機質富集之間具有著良好的耦合關系，但缺乏從地質事件到有機質富集之間的生態變化過程的研究，如地質事件的發生對大氣—陸地中各個循環系統的影響，今后需要促進多學科交叉，進一步加強多種地質事件耦合作用對油頁巖成礦影響，豐富發展油頁巖成礦理論與非常規油氣沉積學，同時也為尋找非常規油氣資源起到重要作用。

同時，頁巖層系內的非常規油氣已成為全球油氣勘探開發的熱點，這些資源的形成與富有機質頁巖密切相關，形成演化有序、空間分布上共生。油頁巖是有機質成熟度較低的淺埋藏的沉積礦床，與中等成熟—中等埋深頁巖油區、高成熟度—深埋頁巖氣區和緊鄰—夾層致密砂巖油構成了頁巖非常規油氣的共生序列。重要地質事件的耦合作用對非常規油氣資源共生序列時空分布與富集均產生重大影響，因此，從多種事件的耦合機制出發，也將成為揭示頁巖非常規油氣的共生序列機制的重要思路，在尋找非常規油氣資源中發揮重要作用。