松遼盆地北部青山口組黑色頁巖的地質特征與海水侵入的成因模式

王 嵐,周海燕,畢 赫,商 斐,李文厚

(1.中國石油勘探開發研究院,北京 100083；2.西北大學 地質系/大陸動力學國家重點實驗室,陜西 西安 710069)

白堊紀青山口期是松遼盆地最大的湖侵期,湖盆面積達到8×104km2,形成大面積分布的黑色頁巖,是盆地重要的烴源巖之一。近年來,隨著勘探程度的提高,勘探開發的視野逐漸匯聚到烴源巖附近及其層系,“進(近)源找油”成為勘探新方向[1-2],為陸相盆地非常規油氣勘探開辟了新領域。特別是古龍凹陷頁巖油勘探取得突破性進展,古龍凹陷從邊緣到中心頁巖層系均見油流[3],成為“源內找油”的熱點地區,并引發了一系列關于陸相頁巖層系沉積環境、成因機制與控制因素等地質問題的探究。過去，青山口組地層中未發現典型的海相化石,因此認為松遼盆地是典型的內陸封閉性湖盆。近幾十年來，在白堊系地層中陸續發現半咸水微體古生物化石、海綠石以及指向水體咸化的分子化石[4],越來越多的證據表明，青山口沉積期水體介質具有一定鹽度,可能存在湖海溝通事件。水體咸化對黑色頁巖的地質地化特征以及有機質的聚集保存產生怎樣的影響，海侵背景下黑色頁巖的成因模式如何,都是值得探討的問題。本研究從黑色頁巖的地質地化特征入手，對比西部齊家—古龍和東部三肇兩大拗陷的差異,借助沉積學、古生物學和地球化學資料,探討咸化水體對有機質聚集保存的促進作用以及海侵背景下青山口組黑色頁巖的成因機制。

1 區域地質背景

松遼盆地位于中國東北境內,面積約26×104km2,是中國油氣資源最為豐富的陸相沉積盆地。盆地處歐亞板塊內部,為下斷上拗的雙重結構,具有克拉通內裂谷盆地和克拉通內復合型盆地的特點。現今可劃分6個一級構造帶和32個二級構造單元,構造平緩，拗隆相間,大型斷裂較少(見圖1A)。中央拗陷區是盆地發展過程中沉降占優勢的大型負向構造單元,長期處于盆地的沉降和沉積中心,是黑色頁巖的主要分布區。松遼盆地的構造演化分為斷陷、拗陷和反轉3個階段,相應形成了3個一級構造層序,11個二級層序和31個三級層序。拗陷期構造層序包括泉頭組、青山口組、姚家組和嫩江組,受湖進—湖退旋回的控制，形成大型河流、三角洲砂巖與湖泊暗色泥巖、油頁巖交互的巖性組合[5]。青山口期是湖侵的高峰期,沉積的黑色頁巖面積廣、厚度大、有機質豐度高、巖性復雜多樣。青山口組自下而上分為青一、二、三段,其中青一段黑色頁巖分布面積最廣,厚度50～130 m,巖性為黑褐色、灰黑色泥頁巖夾薄層油頁巖、介殼灰巖、粉砂巖及少量白云巖。有機碳含量高,主頻分布在1.5%～2.5%,氯仿瀝青“A”平均值為0.472%,有機質類型以Ⅰ型、Ⅱ1型為主[6]。

2 黑色頁巖的地質特征

2.1 黑色頁巖的巖石學特征與巖性組合

對青山口組200余塊頁巖樣品開展微觀結構觀察和礦物含量統計,其礦物組成為長英質陸源碎屑礦物、碳酸鹽和黏土礦物,含少量黃鐵礦、菱鐵礦。其中，石英質量分數為19%～44%,平均31%;長石質量分數為4%～22%,平均13.5%;碳酸鹽巖礦物質量分數變化范圍較大,0～65%,平均7.64%,主要為方解石,其次為白云石和鐵方解石。黏土礦物質量分數為11%～56%,平均43.8%。 黏土礦物以伊蒙混層為主,其次為伊利石(見圖2A、B),見少量高嶺石、綠泥石、海綠石。黃鐵礦局部富集,質量分數1%～29.9%,常以集群形式充填在層間縫和介形蟲殼體邊緣(見圖2C)。紋層構造是黑色頁巖最常見的沉積構造,由黏土礦物、有機質、陸源碎屑在成巖過程中定向排列形成。縱向上，黏土與有機質紋層、長英質礦物紋層以及鈣質紋層組成二元或三元結構,因礦物成分差異形成明暗相間的紋層,厚度0.2～0.6 mm(見圖2D、E)。部分樣品因生物擾動破壞了原有紋層,發育管狀、腸狀等攪動變形構造(見圖2F)。

注：a 龍虎泡—大安階地,b 齊家—古龍凹陷,c 中央古隆起,d 三肇凹陷,e 朝陽溝階地圖1 松遼盆地構造分區及青一段沉積相平面圖Fig.1 Structural division of Songliao basin and Sedimentary facies distribution of Qing 1 Member

A 蜂窩狀伊蒙混層,Q2井,青一段,深度1 623 m; B 片狀伊利石,Q2井,青一段,深度1 623 m; C 黃鐵礦顆粒填充介形蟲殼體,H14井,青一段,深度2 071 m; D 黏土礦物與有機質形成的紋層結構,因有機質含量高低形成明暗相間的紋層,P5井,青一段,深度1 624.2 m; E 黏土礦物中夾介形蟲殼體形成的波狀紋層,厚度約0.5 mm,H14井,青一段,深度2 065.2 m; F 生物擾動破壞紋層結構,H14井,青一段,2 046.1 m圖2 青山口組黑色頁巖微觀結構特征圖版Fig.2 Microscopic characteristics of Qingshankou Formation black shale

依據頁巖礦物成分與結構構造差異,青一段黑色頁巖主要發育7種巖性,包括油頁巖、泥巖、鈣質泥巖(以含介殼泥巖為主)、粉砂質泥巖、介殼灰巖、灰巖和白云巖,其中泥巖、含介殼泥巖、粉砂質泥巖是頁巖的主體,約占青一段地層厚度的90%,油頁巖、灰巖、白云巖等特殊巖性占比均小于2%[7]。其巖性分布受沉積相帶的控制,與湖盆水體的性質、外源物質輸入、沉積過程等因素息息相關。青山口組沉積期,盆地北部沿長軸方向發育訥河水系,西北發育齊齊哈爾水系,西部發育白城水系。三大水系形成的三角洲體系圍繞齊家—古龍凹陷和三肇凹陷湖相區呈半環狀分布,控制了盆地北部的沉積相和巖相分布。由湖盆邊緣向盆地中心,依次發育三角洲前緣、濱淺湖、半深湖、深湖相帶。黑色頁巖主體分布在半深湖—深湖相,即齊家—古龍凹陷和三肇—朝長地區(見圖1B)。與深湖相相比,半深湖地帶水體較為動蕩,底流和濁流頻發,有機質保存條件差；有一定的陸源碎屑輸入,巖性組合為泥巖與粉砂質泥巖、含介殼泥巖互層,夾薄層介殼灰巖和粉砂巖油頁巖層薄,單層厚度小于1 m。以泰康隆起帶東緣的T8井為例,其泥巖中夾有多套介殼灰巖,單層厚度達到0.3～0.5 m(見圖3A),介殼來源與濁流搬運有關。深湖相帶水體安靜缺氧,沉積物輸入能力減弱,有機質保存條件最好,發育油頁巖和有機質豐度高的泥巖,夾少量含介殼泥巖、灰巖和白云巖條帶。油頁巖單層厚度2～4 m,累計厚度可達9 m,在深湖區分布穩定。對比西部齊家—古龍凹陷和東部三肇凹陷的深湖相黑色頁巖,發現其巖性組合與前二者存在明顯差異。齊家—古龍凹陷G5井青一段含介形蟲泥巖和介殼灰巖，較發育,縱向上泥巖與含介殼泥巖互層,夾有薄層介殼灰巖(見圖3B)。朝陽溝地區CY6井，灰巖、白云巖薄夾層較發育,縱向上多達十幾層，但單層厚度薄，0.1～0.5 m(見圖3C),主量元素MgO/GaO達到0.555。根據鏡下微觀結構特征及碳氧同位素數據將其定義為準同生白云巖,是早期形成的灰巖在富鎂離子的水體中交代形成,結核形態較完整。形成白云巖要求有Mg2+離子濃度較高的鹵水,這說明三肇地區的水體鹽度與齊家—古龍凹陷不同,屬于間歇性咸化的微半咸水。青山口組沉積期屬于溫暖潮濕的氣候類型,與現今西部盆地咸化湖盆干冷的氣候類型不同,因此，水體咸化的誘因不可能是氣候干旱造成的水體蒸發。合理的解釋是，青一沉積期，湖盆存在短暫的湖海溝通,在湖底形成鹽度較高的停滯水層,促進碳酸鹽類礦物的沉淀[8]。海侵造成了湖盆東西部鹽度不均一的格局,進一步影響了湖盆的化學沉淀,反映在巖性組合上即為白云巖、灰巖在東部地區更為發育。

圖3 典型井青一段巖性柱狀圖Fig.3 Column section of Qing 1 Member lithology from typical well

2.2 黑色頁巖平面分布與有機碳的富集規律

青一段黑色頁巖在中央拗陷區廣泛分布,其中齊家—古龍拗陷厚度較大,70～130 m,三肇凹陷—朝長地區厚度為55～100 m(見圖4)。頁巖沉積厚度反映青一沉積期全盆地形成齊家—古龍凹陷和三肇—朝長兩個沉積中心,齊家—古龍凹陷水體最深,頁巖厚度最大,古龍南部頁巖厚度達到130 m。三肇凹陷內頁巖厚度約55～70 m,朝陽溝階地、長春嶺背斜頁巖厚度達到100 m,說明當時主要的凹陷沉積中心在古龍凹陷,次級沉積中心在朝陽溝—長春嶺一帶。

A 龍虎泡—大安階地, B 齊家—古龍凹陷; C 中央古隆起; D 三肇凹陷; E 朝陽溝階地圖4 青一段暗色頁巖厚度分布圖Fig.4 Thickness distribution of black shale of Qing 1 Member

有機碳數量高值區平面分布的范圍大致與深湖范圍相呼應。從有機質碳含量看,青一段基本以2%等值線構成了齊家—古龍凹陷、三肇凹陷及朝陽溝、長春嶺地區的有機碳高值區。在東西兩大次級凹陷中,有機碳的最高值基本與凹陷的沉積中心相匹配,即頁巖沉積厚度最大、水體最深的區域有機碳值最高。齊家—古龍凹陷有機碳質量分數普遍大于2%,古龍中部有機質質量分數達到3.5%。三肇—朝長地區有機碳質量分數普遍大于3%,三肇南部、朝陽溝階地以及王府賓縣凹陷有機碳質量分數達到4.5%～5.5%的異常高值(見圖5)。整體看來,東西部有機碳豐度差異較大,三肇—朝長地區的有機碳質量分數明顯高于齊家—古龍拗陷,但三肇—朝長地區黑色頁巖的厚度反而比古龍凹陷薄。此外，油頁巖的分布也呈現同樣的特點,三肇—朝長地區的油頁巖比齊家—古龍凹陷更發育[9]。有機質的平面分布與外源輸入、水體性質以及保存條件有關,東西兩大凹陷有機碳發育的不均衡、不對稱性,說明其沉積期水體環境存在較大差異。主流觀點認為，海水侵入是造成三肇—朝長地區水體咸化且有機碳異常高的主要原因。

A 龍虎泡—大安階地, B 齊家—古龍凹陷; C 中央古隆起; D 三肇凹陷; E 朝陽溝階地圖5 青一段有機碳平均值分布圖Fig.5 Distribution of organic carbon of Qing 1 Member

3 海侵事件對黑色頁巖形成環境的影響

3.1 海侵事件提升水體古鹽度

判斷水體古鹽度的元素地化指標很多,硼元素含量是適應性最廣、應用最多的古鹽度指標。水體鹽度越高,沉積物吸附的B離子就越多。現代海洋沉積物B的質量分數均大于80 μg/g,大西洋和印度洋的海相頁巖B的質量分數高達100～160 μg/g,現代淡水湖相沉積物B的質量分數普遍小于60 μg/g[10]。另外，Ga和Ba元素具有穩定性而Sr元素具易遷移性,B/Ga和Sr/Ba比也可作為判斷水體鹽度的輔助指標[11]。松遼盆地青一段河流相B元素質量分數在14～77 μg/g,西部齊家地區一般在18～96 μg/g,三肇地區最高達到159.3 μg/g,中值約55 μg/g。湖盆總體來說屬于低鹽環境,但三肇—朝長地區鹽度偏高,利用亞當斯鹽度公式計算古鹽度約5‰～10‰,達到微咸水—半咸水。對全盆地5口井樣品的鹽度指標進行比對,東部的3口井的B元素平均質量分數分別為94.5，79.9，67.1 μg/g,遠大于西部地區。東部樣品 B 元素、B/Ga和Sr/Ba值均落在微咸水—咸水取值區間,西部樣品的元素比值落在淡水—微咸水取值區間(見表1),盆地東西部呈現“東咸西淡” 的鹽度不均一、不對稱格局。對比兩邊的TOC值,發現東部地區半咸水的環境對應頁巖TOC值高,可見鹽度與有機質的聚集保存具有相關性。

表1 青山口組東西部水體鹽度指標對比

特定的藻類屬種與水體的鹽度密切相關,其埋藏后形成的有機分子化合物可以表征水體鹽度。甲藻甾烷是生源專屬性很強的甾烷標志化合物,一般出現在富含甲藻的海相沉積物中，指示了含鹽度較高環境下發育的藻類的生源貢獻[12-13]。盆地東南部S1井中檢測到高峰度的甲藻甾烷(見圖6),應為海水侵入帶來了海相環境中生存的甲藻類。前人在青一段地層中發現較為豐富的收縮式孢囊CleistosphaeridiumSentusidinium,Kiokansium等溝鞭藻屬種,是海水帶入的咸水甲藻屬種,在陸相半咸水環境下發生形態變異,具有較簡單的密集刺狀凸起[14]。

圖6 S1井黑色頁巖生物標志化合物特征Fig.6 Biomarker index of S1 well black shale

3.2 海侵事件提升湖盆生產力

湖盆初級生產力是指浮游生物在單位時間、單位體積內通過光合作用生產有機碳的數量,也即固定能量的速率。高生產力是陸相湖盆優質烴源巖形成的必要條件。有機碳法是表征湖盆生產力最常用的方法：

R=C×ρs×(1-Φ)/(0.003 0×S0.30)。

(1)

式中，R為生產力,C代表總有機碳含量,S為沉積速率,ρs為干沉積物密度,Φ為巖石孔隙度。

選取盆地東西部8口井75塊巖心,對有機碳、沉積物密度、巖石孔隙度分別取值,根據沉積埋藏史恢復后的地層厚度與沉積時間計算得到沉積速率[15]。利用公式(1)計算得到青一段的湖盆生產力為446～1 576 gcm2/a，平均值778.5 gcm2/a,屬于富營養湖盆。齊家—古龍地區的生產力平均值為794.3 gcm2/a;三肇—朝長地區的生產力平均值為962.7 gcm2/a,部分樣品計算生產力達到1 576 gcm2/a,為超營養狀態。

三肇—朝長地區極富營養的湖盆水體與海侵事件關系密切,海侵帶來氮和磷等刺激藻類生長的營養元素,促進藻類勃發,極大提高了湖泊的初級生產力,提供大量的有機質來源,為有機質富集創造良好的物質條件,著名的綠河頁巖有機質豐度高的主要原因就是顆石藻的爆發。藻類勃發的結果是在沉積巖中出現紋層構造,通常由暗色有機質紋層和淺色陸源碎屑或者碳酸鹽礦物紋層組合成韻律性沉積[16]。三肇—朝長地區頁巖樣品中發育藻類有機質與陸源碎屑組成的韻律紋層,鏡下見大量呈亮黃色熒光的藻席(見圖7),在50 μm厚的頁巖中多達十余層,是藻類季節性勃發的佐證。

世界上眾多咸水湖泊都具有很高的生產力，在高鹽度水體中,藻類為適應環境,在細胞內積攢甘油、蛋白質等有機物,以便從高鹽環境獲得水分維持生長[17]。當這些生物細胞解體后,會釋放大量有機質。三肇地區肇深5井、芳深2井、芳深3井產豐富的刺式溝鞭藻[18],屬半咸水溝鞭藻。溝鞭藻對生油意義重大,是較好的生油母質。前人在對比渤海灣盆地、江漢盆地、百色盆地等生油巖的藻類種屬后得出,含營半咸—咸水溝鞭藻類豐富的生油巖，類型最好,含淡水藻類(不包含輪藻)多的生油巖，類型相對差[19]。

3.3 海侵事件促進底水還原環境

盡管黏土礦物的吸附作用對有機質起到了非常有效的保護作用,但初級生產的有機質到達水巖界面的量非常少。據測算,到達5 300 m深海底的初級生產的有機質質量分數僅為2%,到達100 m深的Michigan湖底的質量分數為6%[20],絕大多數在水體中被氧化分解,因而極度缺氧的強還原環境對有機質的保存非常必要。大量實例證實,當有機質大量堆積在湖盆底部,缺氧甚至硫化的還原條件可減少有機質損耗,形成有機質豐度較高的頁巖。

A 棕褐色藻紋層與碎屑礦物紋層組成韻律層,S1井,青一段,深度540.3 m; B 藻席層呈亮黃色熒光,50 um厚的頁巖中發育十余層藻席,S1井,青一段,深度540.3 m; C 棕褐色藻紋層連續分布,S1井,青一段,深度540.3 m; D 藻席層呈亮黃色熒光連續分布,暗色礦物為黃鐵礦集合體, S1井,青一段,深度540.3 m圖7 S1井藻紋層微觀特征Fig.7 Laminar Algal Distribution Character of S1 well black shale

姥鮫烷和植烷的比值(Pr/Ph)常用作判斷原始環境氧化-還原條件的標志。姥鮫烷和植烷來源于高等植物的葉綠素和菌藻中的植醇。 在弱氧化環境中, 植醇進一步脫羥形成姥鮫烷; 在還原偏堿性介質條件下， 植醇被還原為植烷, 因此高的Pr/Ph值指示有機質形成于氧化環境,低值指示還原環境。一般咸水深湖還原環境Pr/Ph值為0.2～0.8;淡水半咸水深湖還原環境Pr/Ph值為0.8～2.8;淡水湖沼相弱還原環境Pr/Ph值2.8～4.0。青一段黑色頁巖的Pr/Ph值為0.64～1.9,整體屬于較強的還原環境,三肇—朝長地區5個樣品Pr/Ph值小于0.8,個別達到0.64的極低值,西部樣品0.95～1.9(見圖8),說明湖盆東南部水體的還原性更強。

伽瑪蠟烷的存在指示湖盆沉積時的強還原、高鹽度環境,是水體分層的重要指標[21]。青一段的頁巖樣品伽馬蠟烷分布廣泛且含量較高,在未熟和低熟源巖中,伽馬蠟烷質量分數普遍大于200 μg/g。青一段頁巖伽馬蠟烷/C30藿烷質量分數為0.08～0.49,高于一些海相原油的伽馬蠟烷/C30藿烷比值。受海侵影響,三肇—朝長地區5個樣品伽馬蠟烷/C30藿烷比值較高,達到0.49,西部樣品伽馬蠟烷/C30藿烷比值相對較低,為0.08～0.36。海水入侵導致松遼盆地水體的密度分層，上部為淡水,下部為鹽度稍高的水體,這種長期穩定的鹽度分層在湖盆底部形成封閉缺氧的環境, 使有機質具富含伽馬蠟烷的特征。

圖8 東西部樣品分子標志化合物指標特征Fig.8 Biomarker index of well black shale from west to east of Songliao Basin

4 海水侵入影響下的黑色頁巖成因模式

白堊紀青山口組沉積期的松遼盆地為大型近海陸相湖盆,長期繼承性發育的深水凹陷和湖海溝通事件是黑色頁巖形成的重要條件。與鄂爾多斯延長組這類大型淡水湖盆不同,松遼盆地青山口組黑色頁巖屬于受海侵影響的，水體分層的成因模式(見圖9)。白堊紀全球缺氧事件造成海平面大幅度上升,為近海湖盆與鄰近海域溝通創造了條件。

溫暖潮濕的氣候條件與穩定的盆地構造背景是黑色頁巖形成的基本要素。孢粉組合顯示，表征暖濕氣候帶的常綠闊葉林在青山口組極為繁盛[22],指示該時期為亞熱帶氣候。通過古今氣候比對發現，青山口組年平均氣溫為14～24℃[23]。近海暖濕氣流帶來豐沛降雨,地表徑流攜帶大量營養物質和陸源有機質注入湖中。同時期構造演化使盆地沉降速率增大,湖岸線向盆地邊緣方向推進,形成了超大型內陸湖泊,湖水覆蓋面積為8.7×104km2。在中央拗陷區整體下拗的背景下,齊家—古龍地區形成長條形次級深水凹陷，三肇—朝陽溝地區形成一個橢圓形次級深水凹陷,兩個深水凹陷長期繼承性發育,在湖盆下部形成了厚度大且穩定的四季缺氧層,為黑色頁巖的形成提供了廣泛發育的場所。盆地西部接受多水系注入,東部通過缺口與外海相通(見圖6A)。前人結合盆地的構造沉積演化史等研究成果,推測青山口沉積期海水侵入的通道是三江盆地和佳伊(佳木斯伊通)地塹,經由賓縣一帶注入古湖盆[4]。

圖9 松遼盆地黑色頁巖成因模式圖海侵背景下的水體分層模式Fig.9 Genetic model of black shale in Songliao Basin water stratification model under the background of transgression

湖盆西部和西北部發育三大水系,北部芮河水系規模最大,西部英臺水體、西北齊齊哈爾水系次之。河流攜帶大量淡水入湖,在齊家—古龍地區形成淡水為主的次級拗陷。同期，東部三肇—朝長地區因海水侵入造成鹽度升高,為微咸水—半咸水,整個盆地形成了東西次級拗陷鹽度分異的格局,即水體東咸西淡。海水從東南方向侵入，帶來豐富的鹽和硫等營養成分,頁巖中見大量藍藻、綠藻、裸藻和半咸水甲藻,介形蟲、魚磷魚骨和葉肢介發育,表明湖泊營養物質極為豐富,浮游生物極度繁盛,初級生產力高。生物勃發產生大量的有機質堆積,在湖盆水流不暢、長期缺氧的還原條件下,藻類有機質和部分陸源高等植物有機質得以保存下來。高鹽度水體促使湖泊產生鹽度分層,使上部淡水層與盆底咸水層無法進行水體交換,進一步加強了湖底的強還原環境,抑制了氧化和細菌的分解作用,最大限度地保存有機質。同時，湖盆生物勃發加劇了氧氣的消耗,使有機質在極度缺氧、甚至硫化的環境中得到較好的保存(見圖6B)。

前人研究認為,海侵事件是眾多近海盆地優質烴源巖形成的重要因素，海侵事件促使有機質豐度增高，類型變好，規模變大，優化了烴源巖的質量。在中國陸相湖盆中不乏優質烴源巖與湖盆咸化或者超鹽度相關的實例,包括渤海灣盆地、柴達木盆地、江漢盆地、蘇北盆地和珠江口盆地等,除煤系地層外,優質烴源巖均與咸化湖盆有關[24]。

5 松遼盆地海侵事件與白堊紀全球缺氧事件的關系

白堊紀全球海洋是一個高溫水體,其浮游生物豐度和海平面高度都為顯生宙之最,因而形成了全球穩定分布的高質量烴源巖[25]。全球超過 90% 的可采油氣儲量產自 6 套不同層系的烴源巖,其中白堊系以 29% 的比例居首[26]。白堊紀古海洋分別在阿普特期—阿爾必期(Aptian-AlbianOAE1)、塞諾曼期—土侖期(Cenomanian-TuronianOAE2)、科尼亞克期—桑頓期(Coniacian-SantonianOAE3)發生多次大洋缺氧事件,形成分布在各大洋盆地的富有機質黑色頁巖[27]。其中Cenomanian-Turonian期大洋缺氧事件達到全球規模,其形成的頁巖規模巨大,在特提斯大陸邊緣、歐洲陸棚區、美國內部盆地、非洲邊緣海岸和太平洋盆地均有記錄。缺氧事件造成沉積物特征具有一致性,即在同一時間內出現生物、碳同位素和總有機碳含量的異常,特別是碳穩定同位素的正向偏移。碳同位素正向偏移是由于富含輕碳的有機質在沉積圈中大量埋藏,造成在大氣海洋體系中沉積物富集重碳的結果。在全球缺氧事件地層中,海相頁巖有機碳同位素在Cenomanian-Turonian界線處出現正向偏移,偏移幅度達到3‰～4‰；伴隨著有機碳同位素的正向偏移,微體生物發生不同程度的更替和滅絕[28-29]。

黑色頁巖碳同位素正偏的現象在青山口組也同樣存在。萬曉樵等通過青山口組有機碳穩定同位素數據與生物地層綜合比對,指出青山口組碳同位素正向偏移與介形類Cyprideapanda和Triangulicyprisfusiformis的消失界面基本吻合,并與全球Cenomanian-Turonian界線穩定同位素正偏表現一致[30]。孔惠等根據茂206井青一段頁巖的樣品分析,發現黑色頁巖干酪根碳穩定同位素出現明顯正向偏移,偏移量達到2.27‰[31]。黃清華等在朝73—朝87井中也發現了干酪根碳穩定同位素正偏現象[32]。眾多證據表明,青山口組地層可與白堊紀古海洋Cenomanian-Turonian(OAE2)界線事件層進行橫向對比,處于海平面上升且氣候溫暖潮濕的成礦期(見圖10)。該時期大洋擴張速率提升且洋中脊體積急劇增加,導致全球海平面上升130～350 m,水體深度增加100～250 m。海水向陸地大幅度侵漫,通過盆地東南部的缺口與松遼古湖盆湖海溝通,青一段富有機質黑色頁巖即為白堊紀全球缺氧事件在內陸湖盆沉積體系中的響應。越來越多的地質學家意識到，松遼盆地青山口的湖海溝通現象以及晚白堊系地層中發現少量只生活在海相咸水環境的化石(如貪食吉林魚和巨口哈馬魚[33]),是佐證海侵的有力證據。同時，海相化石的稀有說明海水侵入的短暫性和事件性,因而生物種屬和地層巖性仍以陸相淡水、微咸水特征為主。

6 結論

1)松遼盆地青山口組黑色頁巖面積廣、厚度大、有機質豐度高,是頁巖油勘探的熱點地區。盆地東西部黑色頁巖有機碳豐度和巖性組合存在差異。西部齊家—古龍凹陷頁巖厚度大,有機碳豐度中—高,頁巖中粉砂巖、介殼灰巖夾層發育;東部三肇—朝長地區頁巖厚度相對薄,有機碳豐度極高,頁巖中灰巖、白云巖薄夾層發育。

2)海侵事件影響了研究區黑色頁巖的形成與分布。海侵事件提升了水體的古鹽度,使盆地水體呈“東咸西淡”的鹽度不均一格局,使溝鞭藻等大量生活于半咸水環境的藻類勃發,進而促進了古湖盆的生產力,提供了更多的有機質來源；同時，長期穩定的鹽度分層為有機質的保存提供了良好條件。

3)松遼盆地青山口組黑色頁巖屬于受海侵影響的水體鹽度分層成因模式。長期繼承性發育的深水凹陷提供了黑色頁巖的可容空間;溫暖潮濕的氣候下，多支水系注入為湖盆帶來陸源碎屑物質和有機質,是黑色頁巖形成的物質基礎。海水侵入帶來的營養元素促使藻類勃發,大量有機質與黏土礦物絡合物堆積到湖底,在鹽度分層、極度缺氧的強還原環境中保存下來,形成了大面積分布的富有機質頁巖。

圖10 松遼盆地白堊系與全球白堊紀大洋缺氧事件期次對比圖(據文獻[30]修改)Fig.10 Comparison of Oceanic Anoxic Events between Songliao Basin and Global ocean

4)白堊紀缺氧事件在全球范圍形成了穩定的烴源巖,其產生的可采油氣儲量占總油氣資源量的29%。缺氧事件的典型標志是生物滅絕、碳同位素正向偏移和總有機碳含量的異常增大。青山口組頁巖碳同位素正偏現象在多井中普遍存在，且與Cenomanian-Turonian期大洋缺氧事件時間一致。由此可推斷，青山口組黑色頁巖是白堊紀全球缺氧事件在陸相湖盆的響應。