劉招君 孫平昌

1 吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林長春 130061 2 吉林省油頁巖與共生能源礦產(chǎn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長春 130061

截至21世紀(jì)初期，中國眾多學(xué)者對油頁巖開展了多方面的研究，其中主要集中在油頁巖的定義及初步分類(趙隆業(yè)等，1991a，1991b)，油頁巖熱解特征(李術(shù)元等，1986；侯讀杰等，1989；陸邵信等，1990；于海龍和姜秀民，2001)，干餾爐型設(shè)置及加熱工藝(王賢清等，1992)，綜合利用及環(huán)境問題初探(何紅梅等，2002)，油頁巖巖石學(xué)、地球化學(xué)特征及沉積環(huán)境分析(傅家謨等，1985；劉立和王東坡，1996；于志強(qiáng)等，2000；王炳山等，2001)和油頁巖提取技術(shù)(郭樹才等，1988)。在前人研究的基礎(chǔ)上，近十多年來隨著常規(guī)油氣資源的短缺，非常規(guī)油氣勘探和研究日益活躍，并取得重要的進(jìn)展(邱振和鄒才能，2020；鄒才能等，2020)。其中，油頁巖作為非常規(guī)油氣資源的一種，具有資源巨大、分布范圍廣、埋藏淺的特點(diǎn)。自2003—2006年全國油頁巖資源評價(jià)后，中國油頁巖的勘探與開發(fā)利用工作欣欣向榮，油頁巖理論研究和原位試采也取得豐碩的成果。本研究在系統(tǒng)收集近10年中國油頁巖研究成果基礎(chǔ)上，概要介紹中國油頁巖勘探開發(fā)進(jìn)展和資源現(xiàn)狀，總結(jié)油頁巖的形成環(huán)境和成礦機(jī)制等方面的進(jìn)展，以期對中國油頁巖勘探開發(fā)和成礦理論研究提供一些啟示。同時(shí)，作者也提出一些新的想法和方向，也期待同行攜手共同開展研究，使油頁巖研究成為一門獨(dú)立學(xué)科。

1 中國油頁巖勘探開發(fā)進(jìn)展及資源現(xiàn)狀

2003—2006年中國實(shí)施全國油頁巖資源評價(jià)后，國內(nèi)企事業(yè)單位和高校陸續(xù)開展了大量的油頁巖勘探工作(Xuetal.，2019)。新發(fā)現(xiàn)內(nèi)蒙古銀額和新疆大長溝2個(gè)含油頁巖盆地，新開展了松遼盆地扶余—長春嶺、準(zhǔn)噶爾盆地上黃山街—潘家子口、柴達(dá)木盆地團(tuán)魚山等16個(gè)含礦區(qū)的油頁巖資源評價(jià)工作(1)劉招君，柳蓉，孟慶濤，孫平昌，胡菲. 2019. 全國油頁巖資源評價(jià). 吉林大學(xué)內(nèi)部資料: 91-174.。

近10年中國油頁巖開發(fā)主要以煉油為主，從2006年年產(chǎn)29×104it，增至2015年的83×104it。近幾年由于受油價(jià)低位震蕩和環(huán)保高要求的影響，目前油頁巖油年產(chǎn)量基本維持在70×104it左右(李術(shù)元等，2014，2015)。正在進(jìn)行和進(jìn)行過油頁巖開發(fā)的有撫順礦業(yè)集團(tuán)等十多個(gè)企業(yè)，其中多個(gè)企業(yè)和高校、科研單位進(jìn)行合作，共同挖掘油頁巖高附加值，實(shí)現(xiàn)其綜合利用，力爭實(shí)現(xiàn)油頁巖綠色環(huán)保開采(劉招君等，2009；徐學(xué)純等，2016)。現(xiàn)階段，國內(nèi)也注重了油頁巖原位試采技術(shù)的開發(fā)和攻關(guān)，眾誠公司的原位豎井壓裂化學(xué)干餾技術(shù)和吉林大學(xué)的TSA技術(shù)均取得了現(xiàn)場初試成功(Sunetal.，2015； Zhao，2017)，展現(xiàn)了未來油頁巖規(guī)模開發(fā)利用的廣闊前景。

2003—2006年首輪全國油頁巖資源評價(jià)表明中國油頁巖資源7199×108it，折合成油頁巖油476×108t(劉招君等，2009)，截止到2008年底，國家地質(zhì)調(diào)查局聯(lián)合吉林大學(xué)評價(jià)全國油頁巖1099×108it，油頁巖油為487×108t(張家強(qiáng)等，2010)。經(jīng)過近10年的勘探，松遼、鄂爾多斯等盆地油頁巖資源大幅度增加(郭文秀等，2013；李玉宏和武富禮，2014)，2017—2019年自然資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心委托吉林大學(xué)開展了“十三五”全國油頁巖資源評價(jià)，具體全國油頁巖資源有待官方公布。

2 中國陸相油頁巖形成環(huán)境

在中國油頁巖大量勘探工作的基礎(chǔ)上，油頁巖成礦理論研究也取得豐碩的成果。關(guān)于油頁巖的形成環(huán)境，作者在前期工作和文獻(xiàn)梳理的基礎(chǔ)上，從古大氣和古構(gòu)造背景、沉積環(huán)境、地質(zhì)事件等方面進(jìn)行概述。

2.1 油頁巖成礦期次及古大氣背景

從寒武紀(jì)到新近紀(jì)，均發(fā)育油頁巖沉積(錢家麟和尹亮，2008)，但是油頁巖存在主要的成礦期次。以往常規(guī)認(rèn)為油頁巖為深水沉積，沉積于烴源巖主要時(shí)期，如古生代中二疊世準(zhǔn)噶爾盆地蘆草溝組沉積時(shí)期，中生代中、晚三疊世鄂爾多斯盆地延長組沉積時(shí)期和晚白堊世松遼盆地青山口組和嫩江組沉積時(shí)期(劉招君等，2009)，值得注意的是新生代古近紀(jì)始新世為最近的一期烴源巖成礦期，如渤海灣盆地沙河街組沉積時(shí)期(羅佳強(qiáng)和沈忠民，2005)。這些時(shí)期沉積的油頁巖資源量占中國陸相盆地油頁巖總資源量的90%以上，為油頁巖形成的4個(gè)主要成礦期。

圖 1 中國5種典型的煤與油頁巖共生組合(據(jù)王東東等，2016)Fig.1 Five types of coexistence of coal and oil shale in China(after Wang et al.，2016)

此外，在古生代晚石炭世—早二疊世、 中生代中侏羅世、 早白堊世和古近紀(jì)古新世—始新世等主要的成煤期，一些盆地在構(gòu)造沉降最大階段，穩(wěn)定的深水區(qū)也沉積油頁巖，油頁巖礦床規(guī)模相對較小，同樣是油頁巖形成的重要時(shí)期。 如鄂爾多斯盆地晚石炭世—早二疊世太原組沉積時(shí)期(熊熠華，2017)、 柴達(dá)木盆地中侏羅世石門溝組沉積時(shí)期(李永紅，2018； Mengetal.，2019； Wangetal.，2020)、 遼西盆地群早白堊世九佛堂組沉積時(shí)期(Zhangetal.，2020a)，敦密斷裂帶與依蘭伊通斷裂帶盆地群始新世含油頁巖層系沉積時(shí)期(柳蓉等，2008，2012； 劉招君等，2009，2016b； 劉志遜等，2014； Sunetal.，2016； Baietal.，2017)和倫坡拉盆地始新世丁青湖組沉積時(shí)期(杜佰偉等，2016； 謝尚克等，2018)等。 值得注意的是，近幾年眾多學(xué)者在成煤期的含煤層系中也發(fā)現(xiàn)共生油頁巖礦床(劉招君等，2016a，2016b； 王東東等，2016； Songetal.，2017； Lüetal.，2017； 徐銀波等，2019； Wangetal.，2020)，這些油頁巖往往為煤層的頂?shù)装?圖 1)，厚度較小，是與煤協(xié)同開發(fā)的優(yōu)質(zhì)資源，目前民和盆地中侏羅統(tǒng)窯街組和黃縣盆地始新統(tǒng)李家崖組煤系油頁巖得到了良好的開發(fā)利用。

沉積巖中有機(jī)質(zhì)富集往往受大氣組成的影響(張水昌等，2005；王平麗等，2013；曹新星等，2016)。在各個(gè)地質(zhì)歷史演化階段，大氣成分存在明顯的不同，主要表現(xiàn)在O2和CO2含量的消長關(guān)系(Boucot and Gray，2001；張水昌等，2005)。顯生宙以來大氣中O2和CO2的演化趨勢表明，中、晚石炭世—早二疊世，侏羅紀(jì)—早白堊世和古近紀(jì)均為成煤高峰期，對應(yīng)的大氣O2含量基本為周期性O(shè)2循環(huán)的最高值，尤其古生代成煤高峰期的O2含量已超過30%，其他成煤期也基本保持在25%以上，而CO2濃度基本保持在4%以下。中、晚二疊世，中、晚三疊世和晚白堊世為主要的烴源巖形成時(shí)期，大氣O2濃度基本保持在20%以上，CO2濃度也不超過6%。煤和烴源巖形成時(shí)期大氣CO2濃度高于現(xiàn)代CO2濃度，表明這些富有機(jī)質(zhì)沉積巖也易于形成于溫室背景中。烴源巖和煤形成時(shí)期相對高O2和低CO2濃度，一定程度上抑制了碳酸鹽沉積與大氣CO2、海洋水CO2的循環(huán)，促進(jìn)光合作用，誘發(fā)高的陸生高等植物和水生生物生產(chǎn)力，為煤、烴源巖和油頁巖形成奠定基礎(chǔ)。但是相對于煤和烴源巖，油頁巖形成的條件更為特殊，因此各個(gè)油頁巖成礦期持續(xù)時(shí)間明顯小于成煤期或成烴源巖期。結(jié)合上述油頁巖成礦期次，基本可以確定大規(guī)模油頁巖礦床形成的古大氣背景為中高O2和中低CO2濃度，而小規(guī)模油頁巖礦床形成于高O2和低CO2濃度的古大氣背景(圖 2)。

圖 2 地質(zhì)歷史時(shí)期大氣中O2與CO2含量變化的關(guān)系 (據(jù)Boucot and Gray，2001；張水昌等，2005；修改)Fig.2 Relationship between the atmospheric O2 and CO2 variations in geological history(modified after Boucot and Gray，2001;Zhang et al.，2005)

2.2 盆地古構(gòu)造與古氣候協(xié)同控礦作用

從宏觀時(shí)空角度看，大氣組成影響油頁巖的成礦期次。從盆地角度看，古氣候和古構(gòu)造對油頁巖礦床規(guī)模起控制作用。構(gòu)造和古氣候協(xié)同影響盆地的充填狀態(tài)(Carroll and Bohacs，1999)，潛在可容納空間(構(gòu)造沉降)與沉積物+水體(古氣候作用)的相對平衡控制著古湖泊的發(fā)生、分布和特征。湖盆充填狀態(tài)可分為過補(bǔ)償、補(bǔ)償和欠補(bǔ)償(圖 3)，而油頁巖在這3種盆地狀態(tài)下均發(fā)育，只不過礦床特征存在明顯的差別(Carroll and Bohacs，1999，2001；Sunetal.，2013；劉招君等，2016b)。

圖 3 湖型模型示意圖(據(jù)Carroll and Bohacs，1999)Fig.3 Schematic lake-type model(after Carroll and Bohacs，1999)

過補(bǔ)償環(huán)境發(fā)生在溫暖濕潤的古氣候背景下，大量的水體和沉積物供給，盆地構(gòu)造沉降相對較小，湖盆易于快速充填淤淺，發(fā)生大規(guī)模的湖沼化，促進(jìn)煤層及與之共生的薄層油頁巖沉積，同時(shí)油頁巖展布不穩(wěn)定。該類型以民和盆地中侏羅統(tǒng)窯街組二段(郭巍等，2006)、老黑山盆地下白堊統(tǒng)穆棱組(Songetal.，2017)、黃縣盆地始新統(tǒng)李家崖組(Lüetal.，2017)和茂名盆地中新統(tǒng)油柑窩組的油頁巖(李殿超等，2006)較為典型。

中國陸相盆地油頁巖普遍形成于補(bǔ)償環(huán)境中，該階段也普遍為溫暖濕潤的古氣候背景，水體和沉積物供給較多，伴隨著與供給速率相似的盆地沉降速率，湖盆中心地帶長期處于深水環(huán)境，促進(jìn)厚度相對較大、展布穩(wěn)定的油頁巖礦床的發(fā)育，該類型以準(zhǔn)噶爾盆地中二疊統(tǒng)蘆草溝組(Carroll，1998；Taoetal.，2013；Lietal.，2019)、鄂爾多斯盆地中晚三疊統(tǒng)延長組(盧進(jìn)才等，2006；Zhangetal.，2020)、柴達(dá)木盆地中侏羅統(tǒng)石門溝組頁巖段(Mengetal.，2019；Wangetal.，2020)、松遼盆地上白堊統(tǒng)青山口組和嫩江組(賈建亮，2012；孫平昌，2013)、撫順盆地始新統(tǒng)計(jì)軍屯組(柳蓉等，2008；Strobletal.，2014)和茂名盆地中新統(tǒng)尚村組油頁巖(李殿超等，2006；劉招君等，2009)較為典型。另外，中國還存在一些油頁巖礦床沉積于不穩(wěn)定的補(bǔ)償環(huán)境中，由于水體和沉積物供給具有一定的波動(dòng)性，導(dǎo)致深水環(huán)境持續(xù)時(shí)間相對較短，沉積的油頁巖厚度相對較小，以遼西盆地群下白堊統(tǒng)九佛堂組(王宇林等，2009)、樺甸盆地始新統(tǒng)樺甸組油頁巖(Sunetal.，2013；Strobletal.，2015)為典型實(shí)例。

欠補(bǔ)償環(huán)境中形成的油頁巖相對較少，該環(huán)境多數(shù)形成于干燥的古氣候背景下，以蒸發(fā)環(huán)境為主，缺少水體和沉積物供給，伴隨著一定的構(gòu)造沉降，形成欠補(bǔ)償環(huán)境，間歇性降雨會(huì)導(dǎo)致富有機(jī)質(zhì)沉積巖發(fā)育，形成蒸發(fā)巖與薄層油頁巖互層的沉積建造，油頁巖分布局限。該類型以桐柏盆地始新統(tǒng)五里堆組油頁巖為代表(周珍琦等，2006；許圣傳等，2012)。

關(guān)于古構(gòu)造和古氣候協(xié)同控礦作用還可以從更宏觀的角度進(jìn)行研究，如地質(zhì)歷史時(shí)期不同期次的油頁巖成因?qū)Ρ?；也可以從更小的地層單元進(jìn)行識(shí)別，如單個(gè)準(zhǔn)層序內(nèi)含油頁巖層系演化機(jī)制分析。

2.3 沉積環(huán)境的直接作用

具體的沉積環(huán)境是油頁巖沉積的直接場所。筆者曾總結(jié)沉積環(huán)境及其導(dǎo)致的有機(jī)質(zhì)來源和保存差異是造成不同類型油頁巖沉積的關(guān)鍵因素(劉招君等，2016a)。中國陸相油頁巖普遍沉積于深水(深湖—半深湖)和淺水(湖沼)中，但是不同盆地中相似的沉積環(huán)境還存在明顯的物理、化學(xué)及生物特征差異。

長期穩(wěn)定的深水環(huán)境普遍發(fā)育水體分層的現(xiàn)象，湖底基本為缺氧—貧氧環(huán)境，對有機(jī)質(zhì)來說，具有良好的保存條件。但是深水環(huán)境也存在一定的水體性質(zhì)差異，如松遼盆地青山口組一段沉積時(shí)期，水體基本為咸水—半咸水(Bechteletal.，2012；賈建亮，2012；孫平昌，2013)，導(dǎo)致水體含氧層較薄，有效減少了有機(jī)質(zhì)沉降過程中氧化和呼吸等破壞作用，較大程度保存了有機(jī)質(zhì)(圖 4)。而以淡水為主的松遼盆地嫩江組二段沉積時(shí)期的古湖泊(孫平昌，2013；Xuetal.，2019)，水體最大深度可達(dá)200im(Fengetal.，2010)，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)沉降過程中經(jīng)歷長時(shí)期的破壞作用，油頁巖品質(zhì)較青山口組差(孫平昌，2013)。當(dāng)然除保存條件外，湖泊生產(chǎn)力和有機(jī)質(zhì)供給也對深水油頁巖沉積起到重要作用。撫順盆地計(jì)軍屯組油頁巖也沉積于深湖淡水環(huán)境，推測最大水深可達(dá)上百米(Strobletal.，2015)。撫順盆地和松遼盆地油頁巖均形成于缺氧的環(huán)境，但撫順盆地油頁巖品質(zhì)明顯優(yōu)于松遼盆地，厚度明顯大于松遼盆地，這與撫順盆地高古湖泊生產(chǎn)力和大量的陸源有機(jī)質(zhì)供給有直接的關(guān)系。因此，基本可以推測在深水環(huán)境中沉積的油頁巖的形成過程中，有機(jī)質(zhì)來源及生物生產(chǎn)力的作用要比保存條件更重要一些。同時(shí)，湖泊自身調(diào)節(jié)能力、生態(tài)效率等也對油頁巖品質(zhì)起到重要的影響作用。值得注意的是，在深水和淺水高頻變化的區(qū)域，往往不具備穩(wěn)定深水中長期的還原環(huán)境，也不及河口和濱岸帶生物生產(chǎn)力高，但是該區(qū)域恰是頻繁的良好保存條件和大量有機(jī)質(zhì)供給的耦合地帶，水體相對較淺，有機(jī)質(zhì)沉降過程中破壞作用持續(xù)時(shí)間較短，兼具相對較高的沉積速率，有機(jī)質(zhì)易于快速埋藏，因此極易形成高品質(zhì)、厚度較小的油頁巖礦層(孫平昌等，2011)，如樺甸盆地始新統(tǒng)油頁巖，單層厚度基本小于3im，最高含油率可達(dá)24.8%。由于該區(qū)域水文條件的復(fù)雜性，導(dǎo)致該區(qū)域沉積的油頁巖礦床無論在橫向還是縱向，都具有較強(qiáng)的非均質(zhì)性(Sunetal.，2013)(圖 5)，盆地間油頁巖礦床更是差異明顯，如東北地區(qū)依蘭盆地始新統(tǒng)達(dá)連河組半深湖沉積油頁巖最高含油率僅為4.9%，單層厚度多為1im左右，與樺甸盆地油頁巖相差甚遠(yuǎn)。

圖 4 中國東北地區(qū)中生代松遼盆地上白堊統(tǒng)青山口組半深湖—深湖油頁巖形成環(huán)境模式(據(jù)Xu et al.，2019)Fig.4 Formation environment model of semi-deep to deep lake oil shale in the upper Cretaceous Qingshankou Formation in the Mesozoic Songliao Basin，Northeast China(after Xu et al.，2019)

圖 5 中國東北地區(qū)新生代樺甸盆地古近系樺甸組油頁巖特征(據(jù)Sun et al.，2013)Fig.5 Oil shale characteristics of the Paleogene Huadian Formation in the Cenozoic Huadian Basin，Northeast China(after Sun et al.，2013)

湖沼環(huán)境位于極淺水和水上地帶，充分與大氣接觸，在清水草型時(shí)期基本為含氧環(huán)境；而在濁水藻型時(shí)期，水底含氧性普遍變差(秦伯強(qiáng)等，2004)。高低位沼澤區(qū)域植被繁盛，原地埋藏碳化成煤。沼澤區(qū)域水體覆蓋基本可形成2種環(huán)境，一種為清水草型淺湖，具有一定的水動(dòng)力條件的活水，水草改善水體營養(yǎng)程度，完成湖泊水體修復(fù)(Jeppesenetal.，2007)，此種環(huán)境在煤層上部往往沉積含大量植物化石的粉砂巖及淺灰色泥巖，有機(jī)質(zhì)豐度相對較低，如中生界中侏羅統(tǒng)柴達(dá)木盆地大煤溝組煤層頂?shù)装?黃獻(xiàn)好等，2020)；另一種則是在沼澤之上、由于基準(zhǔn)面抬升直接形成濁水藻型淺湖，基本為死水，湖泊發(fā)生營養(yǎng)化，藻類繁盛(秦伯強(qiáng)等，2004)，沼澤聚集的大量有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)化的水體共同導(dǎo)致水底基本為缺氧環(huán)境，極淺水促進(jìn)有機(jī)質(zhì)快速沉降，濁水引發(fā)相對較高的沉積速率，有機(jī)質(zhì)得以快速埋藏，形成油頁巖，以柴達(dá)木盆地中生界中侏羅統(tǒng)石門溝組和老黑山盆地下白堊統(tǒng)穆棱組煤層頂?shù)装鍨榈湫痛?宋宇，2017；Wangetal.，2020)(圖 6)。這種類型的環(huán)境持續(xù)時(shí)間相對較短，分布范圍較小，導(dǎo)致該類型的油頁巖礦床往往具有有機(jī)質(zhì)豐度高、厚度小、分布局限、橫縱向非均質(zhì)性強(qiáng)的特點(diǎn)(劉招君等，2016a)。

無論在深水還是淺水沉積的油頁巖，均與湖平面變化有直接的關(guān)系。油頁巖層均可以作為湖平面抬升的標(biāo)志，往往為每期準(zhǔn)層序的底界面(圖 5，圖 7)(Passeyetal.，1990；劉立和王東坡，1996；Bohacsetal.，2000；Petersetal.，2000；劉招君等，2011；Sunetal.，2013；王東東等，2016)。在層序格架中，油頁巖主要沉積于水進(jìn)體系域和高水位體系域，并隨著基準(zhǔn)面的抬升，油頁巖的展布范圍和厚度逐漸增大，品質(zhì)逐漸變好，并在高水位體系域達(dá)到最佳(圖 5，圖 7)(劉招君等，2011；Sunetal.，2013；Lüetal.，2017；Wangetal.，2020)。

2.4 地質(zhì)事件對油頁巖形成的影響

部分地質(zhì)事件往往在油頁巖成礦過程中扮演推動(dòng)者的角色。作為細(xì)粒富有機(jī)質(zhì)沉積巖，油頁巖也是記錄這些地質(zhì)事件的檔案。研究表明，影響油頁巖成礦的主要地質(zhì)事件包括缺氧、熱液、海侵和火山等。

圖 6 中國東北地區(qū)中生代老黑山盆地下白堊統(tǒng)穆棱組準(zhǔn)層序內(nèi)部油頁巖與煤形成環(huán)境模式(據(jù)宋宇，2017)Fig.6 Formation environment model of oil shale and coal in single parasequence in the lower Cretaceous Muling Formation in the Mesozoic Laoheishan Basin，Northeast China(after Song，2017)

(1)缺氧事件

大洋缺氧事件(Oceanic Anoxic Events，OAE)促進(jìn)了全球黑色富有機(jī)質(zhì)頁巖沉積(Sheridan and Larson，1992;Jenkynsetal.，2002)(圖 8)。表層水具有高繁殖率容易造成缺氧環(huán)境，還可以促進(jìn)中深水低氧區(qū)的擴(kuò)大，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的保存和富集(Deanetal.，1984)。缺氧事件對中國油頁巖成礦也具有重要的促進(jìn)作用，羌塘地區(qū)侏羅系油頁巖形成于Toarcian缺氧(T-OAE)背景中(伊帆等，2016)；Aptian-Albian缺氧事件(OAE1)促進(jìn)了東北地區(qū)遼西盆地群下白堊統(tǒng)義縣組—九佛堂組油頁巖沉積(萬曉樵等，2017)；基于松遼盆地上白堊統(tǒng)新的地層年齡數(shù)據(jù)(Heetal.，2012；Wangetal.，2013)，Cenomanian-Turonian缺氧事件(OAE2)導(dǎo)致了青山口組優(yōu)質(zhì)油頁巖的形成，嫩江組油頁巖則與Coniacian-Santonian缺氧事件(OAE3)有關(guān)(孫平昌，2013)。發(fā)生于55iMa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應(yīng)該也具有一定的促進(jìn)作用。

(2)火山活動(dòng)和熱液事件

火山灰及熱液中存在的大量生命營養(yǎng)元素進(jìn)入水體之中，會(huì)發(fā)生水解作用，成為生物生存的養(yǎng)料，促進(jìn)水生生物的大量繁盛，有效提高生物生產(chǎn)力(Frogneretal.，2001；梁鈺等，2014；邱振等，2019)。此外，熱液還可以提高水體的溫度，形成適宜生物生長的古水溫條件(張文正等，2010)。火山灰及熱液對油頁巖形成的影響研究主要集中在鄂爾多斯盆地延長組(圖 8，圖 9)(賀聰?shù)龋?017；袁偉等，2019；Zhangetal.，2020)。此外，在中國遼西盆地群下白堊統(tǒng)義縣—九佛堂組、松遼盆地青山口組和嫩江組油頁巖層中均發(fā)現(xiàn)火山灰沉積，其對該地區(qū)油頁巖的影響也值得進(jìn)一步研究。

據(jù)鄒艷榮等，2008，修改。地質(zhì)年齡據(jù)He et al.，2012。全球洋殼生長速率據(jù)Zhao，2005。LIPs(大火成巖省)據(jù)Weissert and Erba，2004。鄧晉福等，2005；Zhao，2005。海平面變化曲線①據(jù)Miller et al.，2005；曲線②據(jù)Watts and Steekler，1979；曲線③據(jù)Sahagian，1993；曲線④據(jù)Haq et al.，1987； 曲線⑤據(jù)Vail et al.，1977。古氣溫曲線據(jù)Zhao，2005；灰色區(qū)域古氣溫?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)據(jù)Emiliani et al.，1978。大氣CO2(PAL： 現(xiàn)在大氣壓水準(zhǔn))據(jù)Robinson et al.，2002。OAE(大洋缺氧事件)黑色泥巖層和ORB(大洋紅層)據(jù)Leckie et al.，2002；Weissert and Erba，2004；胡修棉，2005圖 8 白堊紀(jì)全球碳循環(huán)相關(guān)的地質(zhì)事件及其變化Fig.8 Geological events related to the Cretaceous global carbon cycle and their changes

圖 9 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(據(jù)Zhang et al.，2020b)Fig.9 Sedimentary model of oil shale in the Member 7 of Triassic Yanchang Formation in the Mesozoic Ordos Basin，central China(after Zhang et al.，2020b)

(3)海侵事件

海侵作用會(huì)使陸相湖盆水體咸化，也有利于水體分層，這種條件有利于藻類體的保存與生烴轉(zhuǎn)化。并且海水侵入向湖泊內(nèi)帶入大量海洋浮游生物，從而促進(jìn)富有機(jī)質(zhì)沉積巖的發(fā)育，水體鹽度的增加也促進(jìn)了水底缺氧環(huán)境的形成，為有機(jī)質(zhì)保存提供良好的條件(侯讀杰等，1999； 孟志勇，2016)。眾多學(xué)者研究表明，松遼盆地青山口組和嫩江組油頁巖沉積均受到海侵作用的影響(圖 8)(王東坡等，1994；馮子輝等，2009；席黨鵬等，2010；Bechteletal.，2012；Caoetal.，2016)。此外，山東黃縣盆地油頁巖的形成也與周期性海水進(jìn)退有關(guān)(許圣傳等，2006； Lüetal.，2017)。

3 油頁巖成礦機(jī)制及成礦規(guī)律

從古大氣組成、古構(gòu)造和古氣候的協(xié)同作用及沉積環(huán)境方面概述了不同類型油頁巖有利的形成條件，從有機(jī)質(zhì)的形成到有機(jī)質(zhì)的埋藏建立不同類型油頁巖的成礦機(jī)制，并揭示其成礦規(guī)律。由于半深湖和深湖油頁巖形成條件具有相似性，我們將其歸類為陸相深水沉積油頁巖，湖沼沉積的油頁巖則對應(yīng)于淺水沉積油頁巖。以此建立2種油頁巖成礦機(jī)制。

3.1 深水油頁巖成礦機(jī)制

在較高的大氣O2濃度背景下，溫暖濕潤的古氣候背景和盆地沉降最大階段促進(jìn)深水區(qū)域的形成，陸上徑流、火山灰攜帶營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入湖泊，也可能存在湖底熱液或軟泥釋放營養(yǎng)物質(zhì)，誘發(fā)藻類等生物勃發(fā)，繼而湖泊生物和陸源有機(jī)質(zhì)發(fā)生沉降。在全球缺氧、海侵事件、生物爆發(fā)或湖水分層等作用下，深水區(qū)域形成穩(wěn)定的含氧層和貧氧—缺氧層。在有機(jī)質(zhì)沉降過程中，經(jīng)過含氧層遭受氧化和呼吸等破壞作用，在貧氧—缺氧層至埋藏階段發(fā)生硫化和生物降解甲烷化等作用(謝樹成等，2007)。直至經(jīng)歷一定埋藏和成巖作用，生物作用逐漸減弱，最終形成深水沉積油頁巖。在這個(gè)形成過程中，某些因素發(fā)生改變，就會(huì)導(dǎo)致油頁巖品質(zhì)發(fā)生變化，而深水區(qū)面積和有利條件的持續(xù)時(shí)間控制油頁巖的礦床規(guī)模。

3.2 淺水油頁巖成礦機(jī)制

在高的O2濃度背景下，溫暖濕潤的古氣候?qū)е抡訚森h(huán)境基準(zhǔn)面上升，形成淺湖區(qū)域，脆弱的淺水系統(tǒng)易于發(fā)生富營養(yǎng)化，導(dǎo)致渾濁的淺湖藻類勃發(fā)，同時(shí)也存在大量的淺水植物，這些生物基本原地沉積埋藏。勃發(fā)的藻類和先期沼澤沉積的有機(jī)質(zhì)促進(jìn)了水底還原環(huán)境的形成。渾濁水體促進(jìn)黏土和有機(jī)質(zhì)快速沉降和埋藏，期間有機(jī)質(zhì)也受到短暫的呼吸、氧化、硫化、甲烷化等作用的破壞。經(jīng)歷一定埋藏和成巖作用，生物作用逐漸減弱，形成與煤互層的淺水沉積油頁巖。湖泊系統(tǒng)的自身恢復(fù)和古氣候的調(diào)節(jié)作用，導(dǎo)致富營養(yǎng)化淺水區(qū)域持續(xù)時(shí)間較短，因此，此種類型的油頁巖厚度薄，分布局限。

3.3 中國陸相油頁巖成礦規(guī)律

中國大陸區(qū)域構(gòu)造總體上發(fā)育三大構(gòu)造域，即古亞洲構(gòu)造域、特提斯構(gòu)造域和環(huán)太平洋構(gòu)造域(任紀(jì)舜，2005)。這3個(gè)構(gòu)造域也控制了中國陸相油頁巖的時(shí)空分布特征。

(1)古亞洲構(gòu)造域

古亞洲構(gòu)造域已發(fā)現(xiàn)的含油頁巖盆地有中國西部新疆的準(zhǔn)噶爾盆地和甘肅寧縣地區(qū)的六盤山盆地。準(zhǔn)噶爾盆地屬于古亞洲構(gòu)造域天山—興安造山系的齋?！獪?zhǔn)噶爾造山帶，六盤山盆地屬于古亞洲構(gòu)造域昆侖—祁連—秦嶺造山系的祁連造山帶，2個(gè)含油頁巖盆地油頁巖形成時(shí)代均為晚古生代。此階段油頁巖主要分布于中國西部，在溫暖濕潤古氣候背景下，在準(zhǔn)噶爾等前陸盆地前淵凹陷處形成穩(wěn)定的深水區(qū)域，形成厚度巨大、分布范圍廣的深水油頁巖。

(2)特提斯構(gòu)造域

特提斯構(gòu)造域中發(fā)現(xiàn)了許多的含油頁巖盆地，主要有柴達(dá)木、民和、羌塘等盆地，這些盆地油頁巖形成于中生代。其次，在羌塘盆地邊緣、滇藏造山帶和華南加里東造山帶也分布著一些新生代含油頁巖盆地，如倫坡拉、蘭坪—思茅和北部灣等盆地。其形成與分布具有由北向南(西藏地區(qū))或由東向西(滇西地區(qū))盆地形成時(shí)代依次變新的特征，受其控制，滇藏造山帶含油頁巖盆地分布規(guī)律也是由北向南(西藏地區(qū))或由東向西(滇西地區(qū))形成時(shí)代變新。在中侏羅世，氣候相對溫暖濕潤，含煤層系和深水泥巖層系在盆地中交替發(fā)育，大型盆地中易于形成深水油頁巖和淺水油頁巖2種類型，而在小型盆地中則以淺水油頁巖沉積為主。古近紀(jì)，在一系列的斷陷盆地中受古氣候和盆地規(guī)模的雙重控制，除倫坡拉盆地外，多數(shù)發(fā)育淺水油頁巖。

(3)環(huán)太平洋構(gòu)造域

環(huán)太平洋構(gòu)造域含油頁巖盆地的形成與分布主要受西太平洋構(gòu)造域的控制，從西向東即從板塊內(nèi)部向板塊邊緣，含油頁巖盆地類型依次為克拉通盆地、裂谷盆地和走滑盆地，油頁巖整體發(fā)育在溫暖濕潤的古氣候背景下，且呈現(xiàn)形成時(shí)代逐漸變新的規(guī)律。中國中部地區(qū)鄂爾多斯、四川盆地為大型的克拉通盆地，油頁巖發(fā)育的時(shí)代主要為三疊紀(jì)—侏羅紀(jì)，整體以深水油頁巖為主；中國東部和北部地區(qū)分布有大楊樹盆地、遼西盆地群，為陸內(nèi)裂谷斷陷期盆地，在早白堊世普遍發(fā)育含煤及烴源巖層系，目前與烴源巖發(fā)育同期層位中發(fā)現(xiàn)了眾多深水油頁巖礦床；而松遼盆地為大型陸內(nèi)裂谷拗陷期盆地，深水油頁巖沉積于晚白堊世。新生代含油頁巖盆地主要是發(fā)育于古近紀(jì)的一系列走滑盆地，形成夾持于太行山東斷裂和郯城—廬江斷裂之間以渤海灣盆地為主體的盆地群，北延到東北的依蘭—依通和敦密斷裂帶盆地群，構(gòu)成一個(gè)北北東向的經(jīng)向含油頁巖走滑盆地帶，沉降幅度相對較小的盆地發(fā)育多層淺水油頁巖，而在沉積幅度較大的地區(qū)易于形成厚層的深水油頁巖。

4 展望

油頁巖作為一個(gè)單獨(dú)的礦種，受開發(fā)規(guī)模的影響，相對于煤和烴源巖，其研究程度要低很多。從理論方面，煤和烴源巖成因研究已經(jīng)有200多年的歷史，煤田地質(zhì)學(xué)和石油地質(zhì)學(xué)都具有完整的理論體系。目前非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)理論體系也在逐步建設(shè)和完善過程中(鄒才能，2014)，油頁巖作為一種能源礦產(chǎn)也有待于參考煤與石油地質(zhì)學(xué)研究框架，搭建其獨(dú)特的理論體系，并有望成為一門獨(dú)立的學(xué)科——油頁巖地質(zhì)學(xué)。

油頁巖的有機(jī)質(zhì)豐度是常規(guī)烴源巖的數(shù)倍，甚至數(shù)十倍，其成因具有特殊性，其應(yīng)該為常規(guī)富有機(jī)質(zhì)沉積巖形成背景下，某些因素發(fā)生突變的“事件”沉積。建議多結(jié)合現(xiàn)代湖泊沉積特征，運(yùn)用比較沉積學(xué)的手段，深入剖析油頁巖形成的突發(fā)機(jī)制。湖沼沉積油頁巖與煤具有密切的關(guān)系，其成因研究尚處于初步階段，有待于依托煤成因理論和湖沼學(xué)，結(jié)合精細(xì)的沉積學(xué)和地球化學(xué)研究，完善湖沼沉積油頁巖的有機(jī)質(zhì)富集理論。作為富有機(jī)質(zhì)沉積巖，油頁巖可以與頁巖油氣存在共生關(guān)系，因此系統(tǒng)研究油頁巖的形成和后期熱演化機(jī)制，有利于揭示多類型頁巖能源礦產(chǎn)共生機(jī)理及建立協(xié)同勘探開發(fā)模式。

5 結(jié)論

近10年來，中國油頁巖勘探開發(fā)和成礦理論研究取得重要進(jìn)展，文中概要總結(jié)了中國陸相油頁巖形成環(huán)境和成礦機(jī)制。

1)油頁巖形成于較高O2和低CO2濃度大氣背景，存在4個(gè)主要成礦期次，分別為古生代中二疊世、中生代中—晚三疊世和晚白堊世、新生代古近紀(jì)始新世；盆地內(nèi)古構(gòu)造和古氣候協(xié)同控制盆地充填狀態(tài)，過補(bǔ)償環(huán)境沉積與煤互層的薄層湖沼油頁巖(淺水油頁巖)，補(bǔ)償環(huán)境形成相對穩(wěn)定的半深湖和深湖油頁巖(深水油頁巖)。

2)穩(wěn)定深水油頁巖形成環(huán)境具有高湖泊生產(chǎn)力和良好保持條件，有機(jī)質(zhì)沉降過程中遭受氧化、呼吸、硫化等破壞作用，有機(jī)質(zhì)供給量決定油頁巖品質(zhì)；波動(dòng)深水油頁巖形成于良好保存條件和大量有機(jī)質(zhì)供給耦合帶，盆地內(nèi)礦層非均質(zhì)性強(qiáng)，盆地間礦床差異明顯；湖沼油頁巖形成于富營養(yǎng)的濁水藻型湖泊中，湖泊自身恢復(fù)和古氣候調(diào)節(jié)作用導(dǎo)致礦層薄且分布局限。

3)缺氧、火山活動(dòng)和熱液、海侵等地質(zhì)事件易于誘導(dǎo)高生物生產(chǎn)力和低含氧區(qū)的增加，促進(jìn)油頁巖沉積；結(jié)合地質(zhì)事件和各環(huán)境要素，分別建立深水油頁巖和淺水油頁巖成礦機(jī)制；中國油頁巖時(shí)空展布受古亞洲、特提斯和環(huán)太平洋構(gòu)造域的控制。