富有机质页岩沉积环境分析

我国湖相页岩主要分布在中新生代陆相沉积盆地中，如四川、鄂尔多斯盆地三叠系，松辽盆地白垩系，渤海湾盆地古近系等，既发育湖相富有机质黑色页岩，也发育湖沼相富有机质黑色页岩，厚度一般为200～2 500 m，有机碳含量为2%～3%，最高可达7%～8%。

1.松辽盆地湖相页岩沉积特征

松辽盆地是中国大中型含油气盆地之一，广泛分布湖相中厚层富含有机质页岩。湖相富有机质页岩主要形成于古生代晚期二叠纪、中生代和新生代早期。松辽盆地发育中生代白垩纪湖相富有机质页岩，赋存于下白垩统青山口组、嫩江组、沙河子组和营城组页岩中，且全盆地广泛分布。

松辽盆地位于中国东北部，横跨吉林、辽宁和黑龙江三省，是中国大型中、新生代陆相含油气盆地，是中国陆相油气资源最丰富的盆地之一。以嫩江、松花江和拉林江为界，将盆地分为南北两部分。松辽盆地构造位置处于天山-兴安褶皱带的东部，为西伯利亚板块和中朝板块间的古亚洲洋消亡闭合过程中形成的，且盆地属于下断陷上拗陷的复合构造叠合样式。下部断陷盆地富含天然气，上部拗陷盆地聚集石油。松辽盆地主要发育中、新生代地层，由老到新地层依次为侏罗系火石林组，白垩系沙河子组、营城组、登楼库组、泉头组、青山口组、姚家组、嫩江组、四方台组、明水组，新近系大安组、泰康组及第四系，其中下白垩统沙河子组、营城组、青山口组和嫩江组具生油气潜力，以青山口组最佳（图2—3）。

图2—3　松辽盆地综合剖面图（王衡鉴等，1993）

吉林省松辽盆地白垩统青山口组油页岩，发育在盆地拗陷期。油页岩是盆地两次最大湖泛期的产物，属腐泥型和腐殖—腐泥型。盆地内油页岩属于典型的深湖相沉积（图2—4、图2—5）。

青山口期地层自下而上分布如下。

底部：灰绿色泥岩、粉砂质泥岩夹粉砂岩。发育有水平层理、交错层理，小冲刷面等沉积构造，岩石中含少量介形虫、叶肢介和鱼骨化石碎片，且多见星点浸染状或结核状黄铁矿集合体，属于浅湖环境沉积。

下部：油页岩、黑色页岩夹薄层泥灰岩和介壳层。主要发育水平层理，偶见透镜状层理，含有介形虫、鱼骨碎片和少量叶肢介化石，属深湖环境沉积。

图2—4　青山口期沉积环境（牛继辉等，2012）

图2—5　青山口期沉积模式（牛继辉等，2012）

中上部分为黑色泥岩、灰绿色泥岩、粉砂质泥岩，夹少量薄层粉砂岩和油页岩。具水平层理、透镜状层理、重力滑动构造、泄水构造、生物扰动构造等，属于深湖—半深湖环境的沉积。(www.xing528.com)

在松辽盆地实施的“松科1井”工程不仅是973计划的重要组成部分，也是国际大陆科学钻探计划（ICDP）框架下，第一口陆相白垩系科学探井（图2—6）。“松科1井”被创新性地设计成“一井双孔”，南孔构造位置处于松辽盆地中央拗陷区古龙凹陷敖南鼻状构造上，钻遇第四系、渐新统泰康组、上白垩统明水组、四方台组、嫩江组、姚家组、青山口组、下白垩统泉头组，取心层位为嫩江组二段底部至泉头组三段顶部，其中青山口组岩心长约480 m（1 298.05～1 782.93 m深）。

基于岩心描述，对松辽盆地“松科1井”南孔青山口组划分了6种岩相（顾健等，2010）：灰色水平层理泥岩相（FHG）、黑色水平层理泥岩相（FHBL）、橄榄色块状层理灰泥岩相（PMO）、绿色块状层理泥岩相（FMG）、绿色水平层理泥岩相（FHG）、棕色块状层理泥岩相（FMB）。根据岩相在垂向上的变化与组合，将青山口组岩心划分为6个层段（图2—7）。其沉积环境属于浅湖—半深湖。

2.渤海湾盆地湖相页岩沉积特征

古近纪湖相页岩在渤海湾盆地广泛发育，以沙河街组一段（E3s1）、三段（E3s3）和四段（E3s4）为主，分布于渤海湾盆地各凹陷中，黄骅拗陷和济阳拗陷还存在孔店组页岩（E3k）。

图2—6　松辽盆地地理位置及“松科1井”南孔井位图（顾健等，2010）

黄河口凹陷位于渤海湾盆地渤中拗陷的南部，北部为渤南凸起，东部为庙西凹陷，东南部为莱北低凸起，南部为垦东—青沱子凸起，西部为埕北凸起（图2—8）。作为渤海湾盆地的组成部分，黄河口凹陷在构造演化上具有典型的断—拗叠置特征，即凹陷自新生代以来的构造演化，可划分为古近纪裂陷期形成的半地堑和新近纪裂后期形成的拗陷，两者之间为区域性不整合。沙三段、沙一至二段和东三段的烃源岩形成于古近纪裂陷期的半深湖—深湖环境中。

从黄河口凹陷沙河街组三段、沙一至二段和东营组三段3套烃源岩的有机质类型指标来看，3套烃源岩的有机质主要来自湖相水生生物，沉积环境为微咸水—淡水还原的湖相沉积环境，有机质类型以Ⅱ型为主，少量为Ⅲ型。

沙三段沉积时期，以深湖—半深湖相沉积为主。Pr/Ph值在1.45～3.21，平均为1.93，水体表现为微咸水还原环境，湖盆内藻类十分发育，沉积了一套有机质丰度很高的湖相烃源岩。有机质类型以ⅡA型和ⅡB型为主，少量为Ⅲ型。

图2—7　松辽盆地“松科1井”南孔青山口组岩相特征图（顾健等，2010）

图2—8　黄河口凹陷地理位置（孔庆莹等，2009）

沙一至二段沉积时期，湖水变浅，以滨浅湖相沉积为主，局部发育台地碳酸盐岩。Pr/Ph值在0.96～1.88，平均为1.40，水体表现为微咸水还原环境，但与沙三段相比水体有所咸化，沙一至二时期湖盆内水生生物十分繁盛，在湖盆内沉积了一套优质油页岩。有机质类型主要以ⅡA和ⅡB型为主，少量为Ⅲ型。

东三段沉积时期，湖水面积扩大，以半深湖—深湖相沉积为主。Pr/Ph值在2.20～4.37，平均值为2.91，水体表现为淡水弱氧化—弱还原环境。此时期水生低等生物十分繁盛，沉积了有机质丰度较高的湖相烃源岩，有机质类型主要为ⅡA型 和ⅡB型。