陸相坳陷湖盆細(xì)粒沉積巖巖相類型及成因

孟慶濤 胡菲 劉招君 孫平昌 柳蓉

摘要：頁巖油是目前非常規(guī)油氣研究的熱點與難點。細(xì)粒沉積巖巖相類型及成因分析是頁巖油“源儲”特征研究及“甜點”預(yù)測的有效途徑。松遼盆地青山口組細(xì)粒沉積廣泛發(fā)育，是頁巖油富集的有效層段。本文通過巖性、礦物成分、有機質(zhì)豐度與沉積構(gòu)造4個參數(shù)，將松遼盆地青山口組細(xì)粒沉積巖劃分為6種巖相：高有機質(zhì)泥紋層黏土質(zhì)頁巖（A）、中高有機質(zhì)含細(xì)粉砂紋層長英質(zhì)頁巖（B）、中低有機質(zhì)含粗粉砂紋層長英質(zhì)頁巖（C）、低有機質(zhì)層狀粉砂巖（D）、低有機質(zhì)層狀介形蟲灰?guī)r（E）和低有機質(zhì)層狀白云巖（F）。進一步從水動力學(xué)與有機質(zhì)富集方面探討了不同巖相類型的成因，并建立了相應(yīng)的沉積模式。具體為：在風(fēng)暴浪基面之下的靜水、咸水環(huán)境、高湖泊生產(chǎn)力背景中，浮游藻類與黏土絮狀物均勻懸浮沉降，形成貧富有機質(zhì)黏土質(zhì)紋層，沉積A巖相；在正常浪基面之下的相對靜水（浪基面附近局部動蕩）、半咸水環(huán)境、高湖泊生產(chǎn)力背景中，三角洲徑流與洪流帶來的細(xì)粉砂顆粒繼續(xù)向湖盆中央搬運，經(jīng)均勻懸浮沉降形成長英質(zhì)紋層，間歇期懸浮沉降形成黏土質(zhì)紋層，形成B巖相；正常浪基面之下，洪水?dāng)y帶粉砂級顆粒，順著水下分流河道搬運至外前緣，以穩(wěn)定性濁流的形式進入前三角洲，隨流速逐漸降低，分異形成粗粉砂—細(xì)粉砂紋層，間歇期懸浮沉降形成黏土質(zhì)紋層，形成C巖相；正常浪基面之下，三角洲前緣早期沉積物在陣發(fā)性濁流的作用下，滑塌至較深水區(qū)，形成D和E巖相；于正常浪基面與風(fēng)暴浪基面之間，在相對干燥的氣候背景下的咸水環(huán)境中，形成F巖相。

關(guān)鍵詞：陸相坳陷湖盆；細(xì)粒沉積；巖相；成因模式；頁巖油；松遼盆地；青山口組

doi：10.13278/j.cnki.jjuese.20230314 中圖分類號：P618.13 文獻標(biāo)志碼：A

收稿日期：2023-11-21

作者簡介：孟慶濤（1984—），女，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事沉積學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)、非常規(guī)油氣勘探與開發(fā)方面的研究，E-mail： mengqt@jlu.edu.cn

通信作者：胡菲（1986—），男，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事石油天然氣勘探與開發(fā)方面的研究，E-mail： hufei@jlu.edu.cn

基金項目：吉林省自然科學(xué)基金項目（20230101081JC）；吉林大學(xué)科技創(chuàng)新團隊項目（2021TD-05）

Supported by the Natural Science Foundation of Jilin Province （20230101081JC） and the Program for Jilin University Science and Technology Innovative Research Team （2021TD-05）

Lithofacies Types and Genesis of Fine-Grained Sediments in Terrestrial

Depression Lake Basin： Taking Upper Cretaceous Qingshankou

Formation in Songliao Basin as an ExampleMeng Qingtao^1，2， Hu Fei^1，2， Liu Zhaojun^1，2， Sun Pingchang^1，2， Liu Rong^1，2

1. College of Earth Sciences，Jilin University，Changchun 130061， China

2. Key Laboratory for Oil Shale and Coexisting Minerals of Jilin Province，Jilin University，Changchun 130061， China

Abstract： Shale oil is currently a hot and difficult topic in unconventional oil and gas research. The analysis of the types and genesis of fine-grained sedimentary lithofacies is an effective way to study the “source and reservoir” characteristics of shale oil and predict its “sweet spot”. The fine-grained sediments of the Qingshankou Formation in the Songliao basin are widely developed and are effective intervals for shale oil enrichment. Based on four parameters， including organic matter abundance， mineral composition， lithology， and sedimentary structures， six kinds of lithofacies of fine-grained sedimentary rocks of the Qingshankou Formation in the Songliao basin are divided in this paper， as clay shale with high content of organic matter and mud-grade lamination（A）， felsic shale with medium-high content of organic matter and fine silt-grade lamination（B）， felsic shale with medium-low content of organic matter and coarse silt-grade lamination（C）， layered siltstone with low content of organic matter（D）， layered ostracoid limestone with low content of organic matter （E） and layered dolomite with low content of organic matter （F）. Then， the genesis of different lithofacies types were discussed from the perspectives of hydrodynamics and organic matter enrichment， and corresponding sedimentary models were established. In the static and salty water environment below the base of storm waves with high lake productivity， planktonic algae and clay flocs are uniformly suspended and settled， forming organic-rich clay lamination and lithofacies A is deposited. In a relatively static and brackish water environment below the normal wave base （with local turbulence near the wave base） with high lake productivity， the fine silt particles brought by delta runoff and flood flow continue to move towward the center of the lake basin， forming a felsic lamination through uniform suspension and sedimentation， and a clay lamination is formed during the period of intermittent suspension and sedimentation， and lithofacies B is deposited. Below the normal wave base， the flood which carries silt-grade particles are transported to the outer front of delta along the underwater distributary channel， and enter the front delta in the form of stable turbidity current. As the flow velocity gradually decreases， it forms a coarse to fine silt lamination， clay lamination is formed during the period of intermittent suspension and sedimentation， and lithofacies C is deposited. Below the normal wave base， the early sediments of the delta front， under the action of paroxysmal turbidity currents， collapse into deeper water， forming lithofacies D and E. Between the normal wave base and storm wave base， lithofacies F is formed in saline water environment under a relatively dry climate.

Key words： terrestrial depression lake basin；fine-grained sediments；lithofacies；genetic model；shale oil; Songliao basin；Qingshankou Formation

0 引言

隨著常規(guī)油氣藏發(fā)現(xiàn)的難度越來越大，尋找非常規(guī)油氣資源已成為國內(nèi)外油氣勘探的重點方向^[1]。美國頁巖層系油氣經(jīng)過近60 a技術(shù)攻關(guān)和生產(chǎn)探索取得了認(rèn)識、技術(shù)、管理和戰(zhàn)略全方面的重大創(chuàng)新，掀起了“頁巖革命”^[2]。近10 a來，美國頁巖油產(chǎn)量平均增速超過 25%，2018 年美國頁巖油產(chǎn)量為 3.29×10⁸ t，占原油總產(chǎn)量的59%，助推美國原油產(chǎn)量達歷史第2高峰^[3]。目前，中國陸相頁巖油勘探尚處于起步階段，雖然已經(jīng)在多個盆地早期的頁巖油勘探中獲得較好發(fā)現(xiàn)，但是相應(yīng)的頁巖油富集區(qū)和富集段的選區(qū)選段評價標(biāo)準(zhǔn)尚未確定^[1]。近幾年，中國加大對陸相源內(nèi)石油地質(zhì)研究、風(fēng)險勘探、整體勘探、開發(fā)試驗和產(chǎn)能建設(shè)力度，取得了實質(zhì)性重要發(fā)現(xiàn)和突破^[4-5]，實現(xiàn)了鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾、松遼、渤海灣等盆地多個探區(qū)規(guī)模建產(chǎn)，展現(xiàn)出良好的發(fā)展前景^[4，6]。

與國外頁巖油主要分布在海相富有機質(zhì)致密碎屑巖和碳酸鹽巖中不同，中國頁巖油主要分布在湖相富有機質(zhì)頁巖層系中^[1]。總體看，陸相沉積相變較快、非均質(zhì)性較強、礦物成分多樣、孔隙結(jié)構(gòu)和類型較復(fù)雜；同時，有機質(zhì)成熟度偏低、流體黏度高，流動能力較差，殘留量大^[7]。這使得頁巖油層系巖相復(fù)雜，頁巖油資源類型和資源系統(tǒng)多樣。

細(xì)粒沉積巖（fine-grained sedimentary rock），是指主要由顆粒粒級小于62.5 μm的細(xì)粒沉積物組成（體積分?jǐn)?shù)大于50%）的沉積巖^[8-10]。明確細(xì)粒沉積巖巖相特征，對于認(rèn)識頁巖油儲層特征具有重要的理論意義和現(xiàn)實勘探意義^[11]；同時，巖相是“甜點”預(yù)測的有效途徑，其對揭示易改造的富有機質(zhì)頁巖的發(fā)育特征和水平井設(shè)計具有重要意義^[12-13]。近年來，我國許多學(xué)者開展了湖相細(xì)粒沉積巖的巖相劃分以及環(huán)境解釋，研究較多的頁巖油盆地主要有松遼盆地^[14-16]、鄂爾多斯盆地^[11，17-18]、渤海灣盆地^[19-21]、準(zhǔn)噶爾盆地^[22-24]等。但由于盆地特征差異，基本上采用“逐盆逐建”的方式，所建立的巖相劃分方案具有地區(qū)性。

1 研究區(qū)地質(zhì)概況

松遼盆地是中國大型中、新生代陸相沉積盆地，位于中國東北部，面積約為26×10⁴km²。根據(jù)松遼盆地中生代構(gòu)造演化，結(jié)合基底形態(tài)、蓋層發(fā)育及構(gòu)造特征等，坳陷期地層按區(qū)域隆起和發(fā)育特征劃分成6個一級構(gòu)造單元：北部傾沒區(qū)、中央坳陷區(qū)、東北隆起區(qū)、東南隆起區(qū)、西南隆起區(qū)和西部斜坡區(qū)。青山口組一段沉積時期湖泊范圍較大，主要發(fā)育淺湖、半深湖—深湖相沉積（圖1a），巖性主要為灰黑色-深灰色泥頁巖夾油頁巖，是松遼盆地優(yōu)質(zhì)烴源巖，青一段湖相頁巖的分布面積達8.7×10⁴ km²，厚度為60～135 m（圖1b），深湖相頁巖有機質(zhì)豐度可達3%～4%^[25]。因此，本文在對松遼盆地研究的基礎(chǔ)上，以松遼盆地細(xì)粒沉積巖為例，建立一套適用于所有陸相坳陷湖盆細(xì)粒沉積巖巖相劃分方案，并明確其巖相特征及成因類型，對于巖相分布及“甜點”預(yù)測具有重要意義。

2 巖相劃分參數(shù)

陸相頁巖層系巖石組合類型復(fù)雜多樣，既有頁巖、泥巖，也有粉砂巖、碳酸鹽巖、混積巖和沉凝灰?guī)r等^[7]。因此，對其巖石類型進行分類和巖相劃分顯得相對復(fù)雜。目前，在巖相劃分過程中，考慮的參數(shù)主要包括巖性、礦物成分、有機質(zhì)豐度、沉積構(gòu)造與測井響應(yīng)特征。

2.1 巖性

巖性是巖相劃分的基本參數(shù)。巖性最直觀地反映了巖石的特征，包括顏色、成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造等，進一步?jīng)Q定了巖石的物理、化學(xué)性質(zhì)。細(xì)粒沉積巖主要研究粒徑小于62.5 μm的沉積巖。在巖性劃分過程中，多采用傳統(tǒng)的三端元分類法，以泥巖、粉砂巖、碳酸鹽巖為3個單元，以體積分?jǐn)?shù)50%為界，將細(xì)粒沉積巖巖性劃分為泥頁巖、粉砂巖、灰?guī)r和混合巖4種類型^[26-27]，也有部分學(xué)者分別以25%、50%、75%為界，更細(xì)致地將巖性劃分為泥頁巖、砂質(zhì)泥頁巖、灰質(zhì)泥頁巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、灰質(zhì)粉砂巖、灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、砂質(zhì)灰?guī)r、混合巖等多種類型^[28]。

2.2 礦物成分

礦物成分是巖相劃分中應(yīng)用最多的參數(shù)。泥頁巖中主要的礦物成分有黏土礦物、石英、長石、方解石、白云石和黃鐵礦等。礦物組成不僅對頁巖的可壓裂性有作用，而且對頁巖中滯留烴含量也有重要影響。北美海相頁巖油氣成功開采經(jīng)驗表明，石英及碳酸鹽等脆性礦物體積分?jǐn)?shù)高的頁巖具有較好的可壓裂性，對中高成熟度頁巖油開采具有重要意義^[1]。同時，中國陸相頁巖礦物組成對滯留烴含量與頁巖生烴潛力又具有重要的控制作用。總體看，w（S₁+S₂）值與黏土礦物及碳酸鹽體積分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)。高黏土礦物體積分?jǐn)?shù)對滯留烴與生烴潛量減少量影響更大^[1]。

由于陸相湖盆距離物源較近且水體深度較小，受環(huán)境、氣候因素影響更加顯著，相對于海相沉積，陸相細(xì)粒沉積發(fā)育規(guī)模更小，非均質(zhì)性更強^[29]。根據(jù)這一特征，陸相湖盆通常以能夠代表其物質(zhì)來源的陸源碎屑礦物、黏土礦物和盆內(nèi)自生的碳酸鹽礦物作為3個端元共同進行巖石類型的劃分。最具代表性的有以下4種方案：1）沿用了海相頁巖劃分方案，以黏土礦物、石英和碳酸鹽礦物為端元，以體積分?jǐn)?shù)50%為界限，將細(xì)粒沉積巖分為泥質(zhì)、硅質(zhì)、鈣質(zhì)和混合質(zhì)，其中，混合質(zhì)又可以進一步細(xì)分為泥質(zhì)-硅質(zhì)、硅質(zhì)-泥質(zhì)、泥質(zhì)-鈣質(zhì)、鈣質(zhì)-泥質(zhì)、硅質(zhì)-鈣質(zhì)和鈣質(zhì)-硅質(zhì)^[30-31]（圖2a）；2）以粉砂、黏土礦物和碳酸鹽礦物為端元，以各自體積分?jǐn)?shù)50%為界限進行細(xì)粒沉積巖命名的方案，將細(xì)粒沉積巖分為粉砂巖、黏土巖、碳酸鹽巖和混合型細(xì)粒沉積巖^[10]（圖2b）；3）以長英質(zhì)礦物、黏土礦物和碳酸鹽礦物作為端元，以體積分?jǐn)?shù)50%為界限，將細(xì)粒沉積巖劃分為長英質(zhì)巖、黏土巖、碳酸鹽巖、混合巖，其中混合巖又可以進一步細(xì)分為長英質(zhì)混合巖、黏土質(zhì)混合巖和灰質(zhì)混合巖等^[24，32-33]（圖2c）；4）以長英質(zhì)礦物、黏土礦物和碳酸鹽礦物為端元，以體積分?jǐn)?shù)25%、50%和75%為界限，將細(xì)粒沉積巖劃分為長英質(zhì)頁巖（Ⅰ）、含黏土長英質(zhì)頁巖（Ⅰ₁）、含灰/云長英質(zhì)頁巖（Ⅰ₂）、黏土質(zhì)頁巖（Ⅱ）、含長英黏土質(zhì)頁巖（Ⅱ₁）、含灰/云黏土質(zhì)頁巖（Ⅱ₂）、灰/云質(zhì)頁巖（Ⅲ）、含長英灰/云質(zhì)頁巖（Ⅲ₁）、含黏土灰/云質(zhì)頁巖（Ⅲ₂）、混合質(zhì)頁巖（Ⅳ）10種類型 ^[23]（圖2d）。

2.3 有機質(zhì)豐度

在礦物體積分?jǐn)?shù)的基礎(chǔ)上，大部分學(xué)者考慮到有機質(zhì)的豐度及賦存狀態(tài)，加入了TOC（總有機碳）質(zhì)量分?jǐn)?shù)參數(shù)。w（TOC） 是決定烴源巖質(zhì)量的重要指標(biāo)，而烴源巖質(zhì)量與規(guī)模決定了烴源巖的生烴能力及源內(nèi)烴滯留的數(shù)量^[34-36]，相關(guān)評價對于明確頁巖油資源潛力、可流動性及富集區(qū)和富集段評價都具有重要意義^[1]。

常規(guī)油氣勘探基本上把w（TOC）>1.0%定為優(yōu)質(zhì)烴源巖的下限^[37-39]。非常規(guī)油氣多分布在源灶區(qū)內(nèi)，缺少油氣大規(guī)模運移和富集過程，所以對烴源巖質(zhì)量和規(guī)模的要求與常規(guī)油藏相比有較大不同。源內(nèi)油氣藏以頁巖油氣為主，是油氣在源內(nèi)的滯留，缺少大規(guī)模運移和富集過程，對烴源巖質(zhì)量和規(guī)模要求更高。中高成熟度頁巖油w（TOC）門限值為 2%，最佳區(qū)間為 3%～5%，中低成熟度頁巖w（TOC）門限值為 6%，且越高越好^[1]。通過模擬實驗與理論計算發(fā)現(xiàn)，在生烴增壓作用下，烴源巖排出烴占總生烴量的比例與有機質(zhì)豐度呈正相關(guān)^[40]，高w（TOC）值烴源巖盡管滯留烴占比相對較低，但由于總生烴量大，因此其滯留烴數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于低w（TOC）值烴源巖^[1]。

根據(jù)不同的w（TOC）值將頁巖有機質(zhì)豐度分為若干等級，常用的等級刻度有0.5%、1.0%、2.0%、4.0%和8.0%等，不同盆地之間w（TOC）差別較大，采用的分類標(biāo)準(zhǔn)不一致。如渤海灣盆地、準(zhǔn)噶爾盆地、柴達木盆地泥頁巖w（TOC）值較高，通常以2%和4%為界，將細(xì)粒沉積巖劃分為富有機質(zhì)、中有機質(zhì)和貧有機質(zhì)3種^[19，41-42]，少部分學(xué)者采用了二分方案，以2%或3%為界將有機質(zhì)豐度分為高和低2個等級^[21，42]。松遼盆地和鄂爾多斯盆地泥頁巖有機質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，大多分布在0.5%～8.0%范圍內(nèi)^[14-15]，通常以1%和2%為界，將細(xì)粒沉積巖劃分出高、中、低3種類型^[16，43-44]，也有少量學(xué)者采用2%和4%的界限分成高、中、低3個等級或者以2%為界進行二分^[15，17]。

2.4 沉積構(gòu)造

有些學(xué)者在巖相劃分方案中加入了沉積構(gòu)造參數(shù)。沉積構(gòu)造是研究細(xì)粒沉積巖的沉積環(huán)境及成因機制的關(guān)鍵參數(shù)，也是影響頁巖油開發(fā)工程部署的重要指標(biāo)。通常認(rèn)為，沉積構(gòu)造具有塊狀、紋層狀和層狀3種典型類型^[40，45-46]。其中：塊狀構(gòu)造在垂向上沒有顏色、粒度、礦物成分的明顯變化，巖石整體表現(xiàn)為均質(zhì)；層狀構(gòu)造單層厚度大于1 cm；紋層狀構(gòu)造單紋層厚度小于1 cm。有的學(xué)者進一步根據(jù)紋層的連續(xù)性（連續(xù)或者不連續(xù)）、形態(tài)（平直、波狀或者曲線狀）和幾何關(guān)系（平行或者不平行），將沉積構(gòu)造進行了更詳細(xì)的劃分^[30]（圖3）。也有少量學(xué)者采用其他的沉積構(gòu)造型式，如薄層頁狀、透鏡狀等^[15，20]。

2.5 測井響應(yīng)參數(shù)

不同巖相類型具有不同的測井響應(yīng)特征，部分學(xué)者在研究巖相劃分時采用了測井響應(yīng)參數(shù)。如李國欣等^[47]在研究鄂爾多斯細(xì)粒沉積巖巖相時，在將頁巖劃分為硅質(zhì)頁巖、黏土質(zhì)頁巖和凝灰質(zhì)頁巖這3類頁巖的基礎(chǔ)上，考慮自然伽馬參數(shù)，進一步將頁巖細(xì)分為6類頁巖巖相：特高自然伽馬硅質(zhì)頁巖、高自然伽馬硅質(zhì)頁巖、高自然伽馬黏土質(zhì)頁巖、高自然伽馬凝灰質(zhì)頁巖、中等自然伽馬硅質(zhì)頁巖和中等自然伽馬黏土質(zhì)頁巖。除此之外，付金華等^[48-49]在巖相的劃分中也考慮了測井響應(yīng)特征。

目前在細(xì)粒沉積巖巖相的研究過程中，基本上應(yīng)用了以上5個參數(shù)，只不過根據(jù)地區(qū)差異性，不同學(xué)者選擇了其中2個或3個參數(shù)來進行巖相定名，且所選參數(shù)的名稱或劃分界限存在差異。3 巖相劃分方案及巖相特征

3.1 本文巖相劃分方案

巖性是區(qū)分巖石類型的基本參數(shù)，決定了巖石的物理、化學(xué)性質(zhì)；礦物成分與w（TOC）在頁巖油評價中起到至關(guān)重要的作用，是富頁巖油層系巖相劃分必不可少的參數(shù)，決定了巖石的源、儲及工程品質(zhì)特征；而沉積構(gòu)造在研究細(xì)粒沉積巖成因和頁巖油開發(fā)中也起到重要的作用。因此，本文采用“巖性-礦物成分-TOC -沉積構(gòu)造”四參數(shù)來進行巖相劃分。

針對松遼盆地青山口組沉積特征，考慮到巖相劃分方案的簡便性、適用性和可操作性，巖性采用傳統(tǒng)的三端元分類法，以粉砂巖、泥巖、碳酸鹽巖為3個端元，以優(yōu)勢相為界，將巖性劃分粉砂巖、泥頁巖、灰（云）巖3種類型（圖4a）。礦物成分以長英質(zhì)礦物、黏土礦物、碳酸鹽礦物為3個端元，以優(yōu)勢相為界，將礦物成分劃分為長英質(zhì)、黏土質(zhì)、灰（云）質(zhì)3種類型（圖4b）。w（TOC） 采用1%和2%兩個界限，將w（TOC）劃分為低、中和高3種級別（圖4c）。沉積構(gòu)造首先分成層狀與紋層狀2種類型，其中，層狀構(gòu)造單層厚度＞1? cm，紋層狀構(gòu)造單紋層厚度＜在此劃分方案的基礎(chǔ)上，將松遼盆地青山口組細(xì)粒沉積物劃分為6種巖相類型：高有機質(zhì)泥紋層黏土質(zhì)頁巖（A）、中高有機質(zhì)含細(xì)粉砂紋層長英質(zhì)頁巖（B）、中低有機質(zhì)含粗粉砂紋層長英質(zhì)頁巖（C）、低有機質(zhì)層狀粉砂巖（D）、低有機質(zhì)層狀介形蟲灰?guī)r（E）和低有機質(zhì)層狀白云巖（F）（表1）。

3.2 巖相類型及特征

A高有機質(zhì)泥紋層黏土質(zhì)頁巖 顏色灰黑色、黑色，主要為泥質(zhì)紋層，幾乎不含粉砂質(zhì)紋層，紋層平直且連續(xù)，紋層厚度＜1 mm，發(fā)育連續(xù)水平層理（圖5a）。鏡下薄片觀察紋層數(shù)量多，主要為貧富有機質(zhì)泥質(zhì)紋層。受到凹陷中心青山口組烴源巖高熱演化程度影響，富有機質(zhì)泥質(zhì)紋層由于有機質(zhì)發(fā)生排烴作用導(dǎo)致顏色差別不明顯（圖5b）。黏土礦物體積分?jǐn)?shù)相對最高，有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體≥2%，主要沉積于深湖環(huán)境。

B中高有機質(zhì)含細(xì)粉砂紋層長英質(zhì)頁巖 顏色主要為灰黑-深灰色，以泥質(zhì)紋層為主，含一定量細(xì)粉砂紋層（10%～50%），紋層呈平直、透鏡狀，連續(xù)-斷續(xù)狀分布，紋層厚度多＜1 mm（圖5c），發(fā)育斷續(xù)-連續(xù)水平層理、透鏡狀層理。鏡下紋層非常發(fā)育，泥質(zhì)紋層與細(xì)粉砂質(zhì)紋層界限清晰、近于平直（圖5d），長英質(zhì)礦物體積分?jǐn)?shù)較高，有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體≥1%，主要形成于半深湖環(huán)境。

C中低有機質(zhì)含粗粉砂紋層長英質(zhì)頁巖 在青山口組一段和二段均有發(fā)育，顏色主要為灰—深灰色，以泥質(zhì)紋層為主，含一定量粗粉砂紋層（10%～50%），紋層呈波狀、透鏡狀，連續(xù)-斷續(xù)狀分布，紋層厚度多＞1 mm，發(fā)育正遞變層理、砂球構(gòu)造和泄水構(gòu)造等（圖5e）。鏡下紋層較發(fā)育，泥質(zhì)紋層與細(xì)粉砂質(zhì)紋層界限清晰且凹凸不平，粗粉砂紋層厚度較大，底部可見明顯沖刷面（圖5f）。長英質(zhì)礦物體積分?jǐn)?shù)較高，頁巖有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體＜2%，主要形成于前三角洲環(huán)境。

D低有機質(zhì)層狀粉砂巖 主要以薄層形式夾于暗色頁巖中，單層厚度多＜20 cm，累計厚度占比較小。顏色主要為灰、灰白色，發(fā)育正遞變層理、波紋層理、砂球構(gòu)造和泄水構(gòu)造等，底部可見明顯的沖刷面和重荷模構(gòu)造（圖6a）。鏡下觀察礦物成分主要為長英質(zhì)礦物，分選較差，次棱角狀，鈣質(zhì)膠結(jié)（圖6b）。長英質(zhì)礦物體積分?jǐn)?shù)較高，有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體＜1%，主要形成于前三角洲沉積環(huán)境。

E低有機質(zhì)層狀介形蟲灰?guī)r 主要以薄層形式夾于暗色頁巖中，單層厚度多＜20 cm，累計厚度占比較小。顏色主要為灰色、深灰色，主要發(fā)育塊狀層理，底部可見明顯的沖刷面和重荷模構(gòu)造（圖6c），滴酸劇烈起泡。鏡下觀察成分以介形蟲為主，介形蟲呈較完整或碎屑形態(tài)，介形蟲顆粒間被泥質(zhì)填隙物充填（圖6d）。碳酸鹽礦物體積分?jǐn)?shù)較高，有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體＜1%，主要形成于前三角洲環(huán)境。

F低有機質(zhì)層狀白云巖 主要以薄層形式夾于暗色頁巖中，單層厚度多＜20 cm，累計厚度占比較小。顏色為灰白色、灰色，頂?shù)着c頁巖為突變接觸（圖6e），滴酸緩慢起泡。鏡下觀察成分以泥晶白云石為主（圖6f）。碳酸鹽礦物體積分?jǐn)?shù)較高，有機碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)整體＜1%，主要形成于半深湖環(huán)境。

4 巖相成因與沉積模式

很多人認(rèn)為細(xì)粒物質(zhì)的沉積和固結(jié)是個簡單的過程，然而，通過實驗研究發(fā)現(xiàn)這是個十分復(fù)雜的問題，其結(jié)果取決于許多變量^[50]。目前，對巖相的成因機制研究處于起步階段，主要從水動力條件和有機質(zhì)富集兩方面進行研究。

4.1 水動力學(xué)條件

細(xì)粒沉積物水動力學(xué)，目前主要從水槽實驗?zāi)M正演和粒度分析反演兩方面開展研究。本次主要通過粒度分析開展頁巖、粉砂巖的水動力條件研究，主要探討泥級黏土質(zhì)紋層、細(xì)粉砂長英質(zhì)紋層、粗粉砂長英質(zhì)紋層和層狀粉砂巖的水動力成因機制。

泥級黏土質(zhì)紋層是細(xì)粒沉積巖中最常見的部分，與滿足斯托克定律的非黏性顆粒不同，單黏土顆粒在流體中長時間處于懸浮狀態(tài)不易發(fā)生沉積，需要依靠絮凝作用發(fā)生沉降^[51]。當(dāng)黏土以絮凝體形式發(fā)生沉積時，主要存在2種方式：其一為懸浮沉降模式，此類黏土沉積不經(jīng)過后期搬運、改造，只與自身粒徑、形態(tài)及水動力強度有關(guān)^[52]。該過程主要發(fā)生在湖泊中心靜水區(qū)，與有機質(zhì)共同沉積，形成貧富有機質(zhì)差異的黏土質(zhì)頁巖，且主要形成貧富有機質(zhì)黏土質(zhì)紋層層耦（圖5b）。其二為“平流運輸”模式，黏土物質(zhì)可以形成絮狀波紋向下游移動，內(nèi)部存在低角度傾斜紋層，但沉積后被完全壓實，波紋內(nèi)部傾斜薄層不可識別，最終形成平行的黏土質(zhì)紋層^[53-54]。

粉砂級長英質(zhì)沉積物為典型的非黏性顆粒，沉積過程滿足斯托克定律，當(dāng)粉砂級碎屑由陸源河流搬運進入湖盆時，受到重力、浮力、底床剪切引起的拖曳力和上舉力的共同作用，當(dāng)水動力減弱，顆粒運動速度降低，長英質(zhì)沉積物在近岸處發(fā)生機械分異并沉降形成粉砂巖等。而現(xiàn)代沉積觀測及古代沉積地層證實近岸沉積的粉砂級的長英質(zhì)沉積物可以受到后續(xù)風(fēng)暴流、底流等作用，發(fā)生剝蝕呈再懸浮狀態(tài)，并發(fā)生長距離運輸，沉降形成層狀、紋層狀粉砂質(zhì)沉積物，能夠使沉積物發(fā)生長距離運輸?shù)牧黧w包括洪水成因異輕流、異重流、濁流的長距離搬運和風(fēng)力驅(qū)動環(huán)流等。粒度分析表明，泥質(zhì)紋層、細(xì)粉砂紋層、粗粉砂紋層及層狀粉砂巖形成的水動力條件具有差異。

泥質(zhì)紋層中泥級顆粒約占90%，少量粉砂級顆粒（圖7a，b）。直方圖顯示，粉砂級顆粒粒度主要集中在6～7 φ之間，即粒徑為7.82～15.63 μm（圖7b）。概率累計曲線表明，除泥質(zhì)顆粒外，少量的粉砂級顆粒也主要以懸浮為主（圖7c）。

細(xì)粉砂紋層中泥級顆粒約占30%，細(xì)粉砂顆粒約70%（圖7d，e）。直方圖顯示，細(xì)粉砂紋層粒度主要集中在5～6 φ之間，即粒徑為15.63～31.25 μm，約占65%，少量顆粒介于31.25～62.50 μm和3.90～15.63 μm之間（圖7e）。概率累計曲線表明，細(xì)粉砂顆粒主要以懸浮為主，其中遞變懸浮與均勻懸浮約各占50%，細(xì)截點約在5.5 φ（圖7f）。

粗粉砂紋層中泥級顆粒約占20%，粉砂級顆粒約占80%（圖7g，h）。直方圖顯示：粗粉砂紋層粒度主要集中在4～5 φ之間，即粒徑為31.25～62.50 μm，約占60%；而粒度5～6 φ，即粒徑為15.63～31.25 μm的顆粒約占20%，少量顆粒介于62.50～125.00和3.90～15.63 μm之間，說明其分選較差（圖7h）。概率累計曲線表明，粗粉砂顆粒主要以遞變懸浮為主，約占70%，其次為均勻懸浮，細(xì)截點約在4.5 φ（圖7i）。

粉砂巖中泥級顆粒約占15%（圖7j，k）。直方圖顯示：粉砂巖粒度主要集中在4～5 φ之間，即粒徑為31.25～62.50 μm的顆粒約占50%；而粒度3～4 φ，即62.50～125.00 μm的顆粒約占30%，少量顆粒介于3.90～31.25 μm之間，說明其分選中等—較差（圖7k）。概率累計曲線呈現(xiàn)三段式，跳躍組分約占30%，遞變懸浮約占50%，均勻懸浮約占20%，跳躍組分與懸浮組分細(xì)截點約在4φ（圖7l）。

從泥質(zhì)紋層、細(xì)粉砂紋層、粗粉砂紋層到粉砂巖，粒度逐漸變粗，泥級顆粒體積分?jǐn)?shù)逐漸減少，均勻懸浮組分逐漸減少，遞變懸浮組分逐漸變多，甚至出現(xiàn)跳躍組分，反映水動力條件逐漸變強。

4.2 有機質(zhì)富集

除黏土和長英質(zhì)碎屑顆粒以外，有機質(zhì)也是細(xì)粒沉積巖的重要組成部分，有機質(zhì)的富集條件也可以直接反映細(xì)粒沉積物的成因。

細(xì)粒沉積巖有機質(zhì)的富集和保存主要受構(gòu)造、氣候變化、沉積環(huán)境、古湖泊生產(chǎn)力、古水體鹽度和氧化還原程度等因素的影響。古氣候通過降雨量改變古湖盆的可容納空間，影響古湖泊中生物的發(fā)育、物源供給和水體性質(zhì)，是控制細(xì)粒沉積有機質(zhì)富集變化的重要因素^[55-56]；古生產(chǎn)力受氣候環(huán)境、地區(qū)光照率、湖盆地貌、營養(yǎng)鹽供給、水介質(zhì)條件、藻類季節(jié)性勃發(fā)和自養(yǎng)型細(xì)菌等的影響；有機質(zhì)分解與保存條件受水體分層、細(xì)菌生物、無機礦物、水介質(zhì)條件、黏土礦物和沉積速率等的綜合影響。青山口組一段沉積時期松遼盆地處于快速沉降階段^[57]，為盆地可容納空間的增大提供了可能性，湖盆水體明顯加深，最大水深達100 m，為低能靜水半深湖—深湖沉積環(huán)境，沉積速率較低^[58]，為細(xì)粒沉積形成提供了場所。Rb/Sr、Mg/Sr值等古氣溫替代指標(biāo)指示該時期主要為溫暖濕潤的氣候條件^[59]，局部存在干濕交替變化，其中，富有機質(zhì)細(xì)粒沉積對應(yīng)偏溫暖氣候階段，而貧有機質(zhì)細(xì)粒沉積對應(yīng)半濕潤半干旱氣候，表明溫暖濕潤的氣候條件有利于富有機質(zhì)細(xì)粒沉積的發(fā)育。青一段細(xì)粒沉積有機質(zhì)主要來源于層狀藻、結(jié)構(gòu)藻等水生低等生物，為高湖泊生產(chǎn)力引起的“藻類勃發(fā)”的產(chǎn)物，有機質(zhì)與藻類質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)較好的正相關(guān)性，陸源有機質(zhì)輸入較少，局部含薄層火山凝灰?guī)r、白云巖和介屑灰?guī)r。較高的Sr/Ba值、伽馬蠟烷指數(shù)和V/Ni值指示青一段細(xì)粒沉積形成時期沉積水體為淡水—半咸水缺氧環(huán)境，較高的鹽度和強還原環(huán)境有利于有機質(zhì)的保存（圖8）。

4.3 細(xì)粒沉積巖沉積模式

通過紋層形成的水動力條件、有機質(zhì)富集機制及沉積環(huán)境分析，對松遼盆地青山口組6種細(xì)粒沉積巖巖相的成因進行分析，建立沉積模式。

高有機質(zhì)泥紋層黏土質(zhì)頁巖（A巖相）主要形成在風(fēng)暴浪基面之下、深湖靜水環(huán)境、咸水、良好保存條件和高湖泊生產(chǎn)力背景中。浮游藻類體與黏土絮狀物懸浮搬運與沉降，形成貧富有機質(zhì)黏土紋層，少量細(xì)粉砂級長英質(zhì)顆粒分散懸浮沉降于其中（圖9）。

中高有機質(zhì)含細(xì)粉砂紋層長英質(zhì)頁巖（B巖相）主要形成在正常浪基面與風(fēng)暴浪基面之間、半深湖較靜水環(huán)境、半咸水、良好的保存條件和高的湖泊生產(chǎn)力背景中。風(fēng)暴流、底流將早期沉積物的長英質(zhì)碎屑顆粒再次搬運至深水區(qū)，經(jīng)遞變和均勻懸浮搬運形成長英質(zhì)紋層，間歇期懸浮沉降泥級黏土質(zhì)紋層，形成B巖相（圖9）。

中低有機質(zhì)含粗粉砂紋層長英質(zhì)頁巖（C巖相）主要形成在正常浪基面與風(fēng)暴浪基面之間、前三角洲、水體局部動蕩、半咸水、相對差的保存條件和低的湖泊生產(chǎn)力背景中。在洪水的作用下，粉砂級顆粒以穩(wěn)定性濁流的形式進入前三角洲，隨流速逐漸降低，分異形成粗粉砂紋層與細(xì)粉砂紋層，間歇期懸浮沉降泥級黏土質(zhì)紋層，形成C巖相（圖9）。

低有機質(zhì)層狀粉砂巖（D巖相）與低有機質(zhì)層狀介形蟲灰?guī)r（E巖相）主要形成在正常浪基面與風(fēng)暴浪基面之間、前三角洲、水體局部動蕩、半咸水、相對差的保存條件和低的湖泊生產(chǎn)力背景中。三角洲前緣沉積物在一定觸發(fā)機制的作用下，再次滑塌以陣發(fā)性濁流的形式進入前三角洲，形成D或者E巖相（圖9）。

低有機質(zhì)層狀白云巖（F巖相）主要形成在正常浪基面與風(fēng)暴浪基面之間、半深湖較靜水環(huán)境、半咸水、良好的保存條件和高的湖泊生產(chǎn)力背景中。在相對干燥的氣候條件下的咸水環(huán)境中，形成F巖相，常與B巖相伴生（圖9）。

5 結(jié)論

1）通過巖性、礦物成分、有機質(zhì)豐度與沉積構(gòu)造4個參數(shù)，將松遼盆地青山口組劃分為6種巖相：高有機質(zhì)泥紋層黏土質(zhì)頁巖（A）、中高有機質(zhì)含細(xì)粉砂紋層長英質(zhì)頁巖（B）、中低有機質(zhì)含粗粉砂紋層長英質(zhì)頁巖（C）、低有機質(zhì)層狀粉砂巖（D）、低有機質(zhì)層狀介形蟲灰?guī)r（E）和低有機質(zhì)層狀白云巖（F）。

2）A巖相為灰黑色、黑色，主要發(fā)育貧富有機質(zhì)泥質(zhì)紋層，紋層平直且連續(xù)，厚度＜1 mm，黏土礦物體積分?jǐn)?shù)相對較高，w（TOC）≥2%；B巖相為灰黑-深灰色，含一定量細(xì)粉砂紋層（10%～50%），紋層呈平直、透鏡狀，連續(xù)-斷續(xù)狀分布，厚度多＜1 mm，長英質(zhì)礦物體積分?jǐn)?shù)相對較高，w（TOC）≥1%；C巖相為灰—深灰色，含一定量粗粉砂紋層（10%～50%），紋層呈波狀、透鏡狀，連續(xù)-斷續(xù)狀分布，厚度多＞1 mm，長英質(zhì)礦物體積分?jǐn)?shù)相對較高，w（TOC）＜2%；D巖相為灰、灰白色，單層厚度多＜20 cm，長英質(zhì)礦物體積分?jǐn)?shù)較高，w（TOC）＜1%；E巖相為灰色、深灰色，單層厚度多＜20 cm，碳酸鹽礦物體積分?jǐn)?shù)較高，w（TOC）＜1%；F巖相為灰白色、灰色，單層厚度多＜20 cm，碳酸鹽礦物體積分?jǐn)?shù)較高，w（TOC）＜1%。

3）在高湖泊生產(chǎn)力的深湖、咸水環(huán)境，浮游藻類與黏土絮狀物均勻懸浮沉降，形成貧富有機質(zhì)黏土質(zhì)紋層，沉積A巖相。在較高湖泊生產(chǎn)力的半深湖、半咸水環(huán)境，三角洲徑流與洪流帶來的細(xì)粉砂顆粒經(jīng)均勻懸浮沉降形成長英質(zhì)紋層，間歇期懸浮沉降黏土質(zhì)紋層，形成B巖相。在較低湖泊生產(chǎn)力的前三角洲、半咸水環(huán)境，洪水?dāng)y帶粉砂級顆粒，以穩(wěn)定性濁流的形式進入前三角洲，隨流速逐漸降低，分異形成粗粉砂—細(xì)粉砂紋層，間歇期懸浮沉降泥級黏土質(zhì)紋層，形成C巖相。在前三角洲區(qū)，三角洲前緣早期沉積物在陣發(fā)性濁流的作用下，再次滑塌，形成D和E巖相。在相對干燥的氣候背景下的半深湖咸水環(huán)境中，形成F巖相。

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