胡濤，龐雄奇，姜福杰，王琦峰，徐田武，吳冠昀，蔡哲，于吉旺

1.油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102249

2.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249

3.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083

4.中國石化中原油田分公司勘探開發(fā)研究院，鄭州 450018

0 引言

北美頁巖油革命改變了世界能源格局，促使我國開始加強(qiáng)頁巖油勘探[1-5]。我國中、新生代陸相斷陷湖盆數(shù)量眾多，與膏鹽巖共生伴生的泥頁巖廣泛發(fā)育，蘊(yùn)藏大量的頁巖油資源。“甜點(diǎn)”預(yù)測是頁巖油勘探的必要環(huán)節(jié)，含油性是“甜點(diǎn)”評價(jià)的重要參數(shù)之一，主要由泥頁巖生烴和滯留烴能力決定，這與有機(jī)質(zhì)豐度的高低密切相關(guān)[6-9]。因此，揭示有機(jī)質(zhì)差異富集主控因素對頁巖油勘探具重要指導(dǎo)意義[10-11]，也是非常規(guī)油氣沉積學(xué)重要研究內(nèi)容之一。前人針對泥頁巖有機(jī)質(zhì)富集已開展大量研究，主要集中在海相盆地[12]，但我國頁巖油主要賦存于陸相斷陷湖盆[3-6]。與海相沉積相比，湖盆水體面積小，水體淺，湖平面頻繁變化，易受構(gòu)造和古氣候影響[13-14]，具沉積相變快、沉積物非均質(zhì)性強(qiáng)等特征[14-15]，二者在有機(jī)質(zhì)來源、富集和保存等方面均存在較大差異，無法直接將海相沉積的有機(jī)質(zhì)富集機(jī)制應(yīng)用于湖相沉積。

東濮凹陷是渤海灣盆地一個(gè)典型的陸相斷陷咸化湖盆，目前已累計(jì)探明原油6.01×108t，其中在面積僅為1 602 km2的北部探明原油4.62×108t，而在面積達(dá)2 920 km2的南部僅探明原油0.45×108t，南部單位面積內(nèi)的探明儲量豐度僅為北部的1/20。前人認(rèn)為這與沉積環(huán)境不同導(dǎo)致的南北部泥頁巖有機(jī)質(zhì)豐度差異較大有關(guān)[16-24]。北部為咸水沉積，高鹽度促使藻類勃發(fā)，并引起水體分層導(dǎo)致強(qiáng)還原環(huán)境，利于有機(jī)質(zhì)保存[20-23]；南部為淡水沉積，古生產(chǎn)力低，保存條件差[18-19,24]。實(shí)際上，除了北部和南部泥頁巖的有機(jī)質(zhì)豐度存在較大差異，同屬于北部含鹽泥頁巖層系的有機(jī)質(zhì)富集程度也存在很大差異，具體表現(xiàn)為：臨近膏鹽巖發(fā)育的泥頁巖有機(jī)質(zhì)豐度高，遠(yuǎn)離膏鹽巖發(fā)育的泥頁巖有機(jī)質(zhì)豐度低。那么，在相似的構(gòu)造和沉積背景下，什么因素控制了有機(jī)質(zhì)的富集？開展含鹽泥頁巖層系有機(jī)質(zhì)差異富集主控因素研究，揭示古環(huán)境、古鹽度、沉積速率、古生產(chǎn)力、氧化還原條件等因素與有機(jī)質(zhì)差異富集的作用規(guī)律，不僅能夠指導(dǎo)我國陸相斷陷咸化湖盆頁巖油氣勘探，而且可進(jìn)一步豐富和完善非常規(guī)油氣沉積學(xué)研究[10]，深化陸相頁巖油氣地質(zhì)理論認(rèn)識。

1 地質(zhì)概況

東濮凹陷位于渤海灣盆地南緣臨清坳陷的東南部，以古—中生界地層為基底，東以蘭聊斷裂和魯西隆起為界，西側(cè)超覆于內(nèi)黃隆起上，南隔蘭考凸起與開封坳陷相望，北以馬陵斷層與莘縣凹陷相連。呈NNE走向，具南寬北窄、東斷西超的構(gòu)造特征。研究區(qū)自西向東分別為西部斜坡帶、西部洼陷帶、中央隆起帶、東部洼陷帶和東部陡坡帶，在構(gòu)造演化及沉積相帶上“南北分區(qū)、東西分帶”（圖1）。自下而上發(fā)育古近系沙河街組和東營組，新近系館陶組和明化鎮(zhèn)組及第四系平原組，主力勘探層系為沙河街組，其自下而上分為沙四段、沙三段、沙二段和沙一段（圖1c）。在沙四段沉積末期，盆地處于初始裂陷期，蘭聊斷裂開始活動(dòng)，呈雙斷式半地塹盆地，劇烈的基底不均衡差異導(dǎo)致形成“兩洼一隆一斜坡”格局；沙四上亞段—沙三段沉積時(shí)，斷陷作用加劇，地層分布范圍擴(kuò)大，中央隆起帶初步形成；沙二段—沙一段沉積時(shí)，斷裂活動(dòng)減弱，盆地處于萎縮期，凹陷內(nèi)部的分隔性增強(qiáng)[25]。研究區(qū)共發(fā)育四套膏鹽巖，其中沙三段發(fā)育有三套（沙三4鹽、沙三3鹽、沙三2鹽)，沙一段發(fā)育一套（沙一下鹽）[26]，這些膏鹽巖在垂向上均發(fā)育于湖侵體系域，夾于灰黑色泥頁巖中，而紅色地層中則較少見。

圖1 （a）東濮凹陷平面圖；（b）東濮凹陷地層柱狀圖Fig.1 (a) Overview map of Dongpu Depression; (b) Generalized Paleogene stratigraphy of the Dongpu Depression

2 材料與方法

選取東濮凹陷北部鉆遇沙三段的九口典型探井（PS7、PS18-8、PS18-1、Wen75、Wei69、Wei324、Wen 201、Wen223、Wen248），針對沙三段不同巖相泥頁巖開展取樣，共獲取63 塊巖芯，包括：黑色、褐灰色、灰色頁巖，深灰色、褐色含鹽頁巖，黑色、灰色、淺灰色泥巖，褐色含鹽泥巖，灰色白云質(zhì)泥巖，灰色灰質(zhì)泥巖。針對所有巖芯開展總有機(jī)碳實(shí)驗(yàn)，選取TOC 值差別較大但分布均勻的26 塊泥頁巖巖芯，進(jìn)一步開展掃描電鏡、能譜分析以及主量、微量和稀土元素分析?？傆袡C(jī)碳、掃描電鏡和能譜分析實(shí)驗(yàn)在油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，主量、微量和稀土元素分析由中國科學(xué)院地球化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

3 結(jié)果

3.1 總有機(jī)碳含量

26 塊巖芯的TOC 介于0.11%～6.78%，平均值為1.58%（表1），顯示不同巖芯的有機(jī)質(zhì)豐度差別較大。TOC 低于0.5%的主要為灰色泥巖和灰色灰質(zhì)泥巖，TOC含量高于2%的巖芯主要為黑色、褐色和褐灰色頁巖，褐色應(yīng)該與巖芯存在原油浸染有關(guān)，其中TOC最高的為褐色含鹽頁巖（圖2）。

3.2 主量元素

主量元素以SiO2、CaO和Al2O3為主，含量分別為14.1%～58.6%（平均值36.4%）、1.5%～34.0%（平均值15.3%）和4.4%～18.6%（平均值11.7%），MgO 的含量也較高，介于1.2%～16.2%（平均值4.1%）。豐富的CaO和MgO可能與沉積時(shí)存在大量的生物以及生物—化學(xué)作用形成的碳酸鹽和膏鹽巖礦物有關(guān)。Fe2O3、K2O和Na2O的含量分別為1.9%～6.5%（平均值4.3%）、0.2%～4.2%（平均值2.1%）和0.5%～5.1%（平均值2.0%）。其他主量元素如TiO2、P2O5和MnO的平均含量均小于1%。與澳大利亞后太古代頁巖（PAAS）的主量元素含量對比[27]，研究區(qū)泥頁巖的CaO、MgO和K2O元素的含量明顯更高，其他元素的含量相對更低（圖3a）。

表1 東濮凹陷沙三段泥頁巖總有機(jī)碳與沉積環(huán)境表征主要指標(biāo)Table 1 Total organic carbon and key indices for sedimentary environment of shale in the Es3 in Dongpu Depression

圖2 東濮凹陷巖芯和掃描電鏡照片（a），（b）Wei 69 井，3 552.28 m，TOC=0.17%；（c），（d）PS 18-1 井，3 274.2m，TOC=0.86%；（e），（f）PS 18-8 井，3 155.12 m，TOC=2.58%；（g），（h）Wen 248 井，3 385.32 m，TOC=4.34%；（i），（j）PS 18-8井，3 167.22 m，TOC=6.78%；（k），（l）PS 18-8井，3 164 m，石鹽晶體間見少量微晶黃鐵礦晶體；（m），（n）PS 18-8井，3 158.6 m，硬石膏晶體表面附著石鹽晶體；（o），（p）PS 18-1井，3 285.6 m，石鹽集合體團(tuán)粒Fig.2 Core and FE-SEM images of the saline shales in Dongpu Depression(a),(b) Wei 69, 3 552.28 m, TOC=0.17%; (c),(d) PS 18-1, 3274.2m, TOC=0.86%; (e),(f) PS 18-8, 3 155.12 m, TOC=2.58%; (g),(h) Wen 248, 3 385.32 m, TOC=4.34%;(i),(j)PS 18-8,3 167.22 m,TOC=6.78%;(k),(l)PS 18-8,3 164 m;(m),(n)PS 18-8,3 158.6 m;(o),(p)PS 18-1,3 285.6 m

3.3 微量元素

與上陸殼微量元素組成進(jìn)行對比[28]，微量元素Li、Sr和Mo含量顯著更高，Be、Cs、Ba、U和Pb含量略高于上陸殼平均豐度值，而V、Cr、Zr 和Hf 含量則明顯更低（圖3b）。研究區(qū)泥頁巖巖芯富含Li元素應(yīng)與其為典型的咸化湖盆沉積相關(guān)。Mo 元素和Cs 元素屬于大離子親石元素，在巖石風(fēng)化過程中具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，易被固體物質(zhì)吸附，因此泥質(zhì)含量高的巖芯中其含量較高，較低的Zr和Hf含量與巖芯樣品的粒度較細(xì)有關(guān)。

3.4 稀土元素

稀土元素含量為（61.6～222.8）×10-6（平均值139.1×10-6），整體低于北美頁巖（平均值173.2×10-6）和PAAS（平均值183.0×10-6）[29-30]。其中輕稀土元素（LREE）含量為（57.1～212.1）×10-6（平均值130.2×10-6），重稀土元素（HREE）含量為（4.53～12.08）×10-6（平均值8.89×10-6），LREE/HREE 比值為10.6～19.97，平均值為14.52，顯示相對富集輕稀土元素。對樣品的稀土元素進(jìn)行球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化[31]，顯示元素分配曲線為右傾斜模式，La-Eu段曲線較陡，Eu-Lu段曲線平緩，Eu處則為“谷”狀特征，具明顯的負(fù)Eu異常，沒有明顯的Ce異常（圖3c）。對樣品稀土元素進(jìn)行北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化，顯示為明顯的右傾模式，表明稀土元素相對富集；重稀土元素多分布在1 以下，說明重稀土元素相對虧損，其中一半輕稀土元素分布在1 以上（圖3d），表明研究區(qū)泥頁巖的稀土元素分布差異較大。

圖3 東濮凹陷沙三段泥頁巖主量、微量和稀土元素配分曲線圖（a）主量元素；（b）微量元素；（c）和（d）稀土元素Fig.3 Normalized major, trace, and rare earth element of the third member Shahejie Fm in Dongpu Depression(a)Major element;(b)Trace element;(c)Rare earth element

4 討論

4.1 古氣候

古氣候是影響有機(jī)質(zhì)富集的宏觀因素，控制作用表現(xiàn)為三方面：1）對于物源區(qū)，古氣候影響母巖的風(fēng)化作用程度、剝蝕作用強(qiáng)弱與風(fēng)化作用類型；2）對于沉積物的搬運(yùn)過程而言，古氣候影響搬運(yùn)動(dòng)力類型；3）對于沉積卸載區(qū)而言，古氣候的周期性變化導(dǎo)致沉積物具有韻律和旋回性特征等[14,32]。

主量元素的相對含量能指示物源區(qū)風(fēng)化作用的強(qiáng)弱，可用以推斷沉積時(shí)古氣候。為定量表征母巖的風(fēng)化強(qiáng)度，Nebiitt 和Young 提出了化學(xué)風(fēng)化指數(shù)CIA（Chemical Index of Alteration）（CIA=Al2O3/（A12O3+CaO*+Na2O+K2O）×100），其中主成分以摩爾分?jǐn)?shù)表示，CaO 為硅酸鹽礦物中的CaO；CaO*值根據(jù)Mclennan 方法計(jì)算[33]。CIA 指數(shù)為50～70 時(shí)指示微弱化學(xué)風(fēng)化作用，為寒冷干旱氣候；CIA 指數(shù)為70～80時(shí)指示中等化學(xué)風(fēng)化作用，為溫暖氣候；CIA 指數(shù)為80～100 時(shí)指示強(qiáng)烈化學(xué)風(fēng)化作用，為熱帶潮濕高溫氣候條件。研究區(qū)沙三段泥頁巖樣品的CIA 指數(shù)介于39.8～67.8，平均值為57（表1），表明化學(xué)風(fēng)化作用較弱，為寒冷干旱古氣候條件。在巖芯和掃描電鏡下觀察到的石鹽和石膏礦物也佐證了該觀點(diǎn)（圖2）。

4.2 古鹽度

沉積水體古鹽度與湖盆中的生物化學(xué)過程密切相關(guān)，古鹽度研究對于恢復(fù)沉積時(shí)期的環(huán)境、探究烴源巖中有機(jī)質(zhì)差異富集機(jī)理具有重要意義[34-35]。在陸相湖盆中，當(dāng)水體礦化度逐漸增高時(shí)，Ba2+以硫酸鋇形式析出，Sr2+則要到湖水濃縮到一定程度時(shí)才能形成硫酸鍶而沉淀析出，因此Sr/Ba 可用以評價(jià)古鹽度[36]。一般而言，Sr/Ba比值大于1、0.5～1、小于0.5分別指示咸化、半咸化、淡水沉積水體[36-37]。研究區(qū)泥頁巖的Sr/Ba 值介于0.62～11.31，平均值為2.75（表1），整體高于二連盆地白堊系（0.14～0.57）[38]、潛江凹陷潛江組（0.80～5.04）[39]泥頁巖的Sr/Ba 比值，表明東濮凹陷沙河街組泥頁巖沉積時(shí)為典型的咸化水體，在泥頁巖巖芯中觀察到的大量鹽巖和石膏礦物也進(jìn)一步驗(yàn)證了該觀點(diǎn)（圖2）。

隨Sr/Ba 值的增大，TOC 表現(xiàn)為先增大后減小的偏正態(tài)分布趨勢，在Sr/Ba值大約為4時(shí)，TOC達(dá)到最大值（圖4a），表明古鹽度控制了沙三段泥頁巖的有機(jī)質(zhì)富集，隨著古鹽度的升高，有機(jī)質(zhì)富集程度先增大后減小。這與前人的研究結(jié)果既存在差異又存在一致。張洪安等[17]、鹿坤等[18]、陳潔等[19]認(rèn)為東濮凹陷沙河街組優(yōu)質(zhì)烴源巖主要發(fā)育在咸水環(huán)境，沉積水體的鹽度越高則有機(jī)質(zhì)豐度就高。本次研究發(fā)現(xiàn)，在水體鹽度超過一定值（Sr/Ba 值=4）后，泥頁巖TOC反而降低了。一般而言，鹽度升高會使得沉積水體中的礦物質(zhì)含量升高，利于水生生物的生長發(fā)育，甚至?xí)霈F(xiàn)“藻類勃發(fā)”[40]。但由于生物對鹽度的忍耐能力是有限的，只要鹽度超過生物忍耐的臨界點(diǎn)，水體中的生物種類和豐度將會急劇減少。因此，隨水體鹽度的升高，湖泊水生生物的種類和豐度應(yīng)該為正態(tài)分布變化趨勢[37]。Sr/Ba 值與古生產(chǎn)力指標(biāo)Ba/Al和Ba/Ti值的相關(guān)關(guān)系也證實(shí)了該觀點(diǎn)（圖5a,b）。這種現(xiàn)象在柴達(dá)木盆地[35]和渤海灣盆地[20-22]均可見到，只不過不同盆地對應(yīng)的鹽度臨界點(diǎn)不同，這與沉積水體中生長的生物種類存在差異有關(guān)。

圖4 東濮凹陷沙三段泥頁巖TOC 與古鹽度（a），沉積速率（b），古生產(chǎn)力（c，d），氧化還原條件相關(guān)關(guān)系（e）Fig.4 Correlation among organic matter richness with (a) paleo-salinity, (b) sedimentation rate, (c) and (d) paleo-productivity,and (e) redox condition

圖5 東濮凹陷沙三段泥頁巖古生產(chǎn)力、古鹽度、氧化還原條件、沉積速率關(guān)系（a）和（b）古鹽度和古生產(chǎn)力；（c）古鹽度和氧化還原條件；（d）沉積速率和氧化還原條件Fig.5 Correlation among paleo-salinity, sedimentation rate, paleo-productivity, and redox condition(a)and(b):Paleo-salinity vs.Paleo-productivity;(c)Paleo-salinity vs.Redox condition;(d)Sedimentation rate vs.Redox condition

4.3 沉積速率

陸源輸入能稀釋沉積有機(jī)質(zhì)，使得單位沉積物的有機(jī)質(zhì)含量降低，因此稀釋作用是影響有機(jī)質(zhì)富集的因素之一，常用沉積速率大小表征稀釋作用強(qiáng)弱[41-43]。La 和Yb 分別為輕稀土元素（LREE）和重稀土元素（HREE）的指示元素，由于稀土元素常與碎屑礦物相結(jié)合，以懸浮的方式進(jìn)入湖泊，當(dāng)湖盆的沉積速率較快時(shí)，LREE 和HREE 遷移差異不明顯，（La/Yb）N值接近1；當(dāng)沉積速率較慢時(shí)，懸浮物在水流中停留時(shí)間較長，易遷移的LREE 和不易遷移的HREE之間豐度的差異性更為明顯，（La/Yb）N值明顯大于1 或小于1，本文選取稀土元素La/Yb(n)值表征沉積速率的大小。經(jīng)北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算，研究區(qū)沙三段泥頁巖的（La/Yb）N值介于1.12～2.39，平均值為1.60（表1）。

隨（La/Yb）N值增大，TOC顯示為先增大后減小的變化趨勢，在（La/Yb）N值大約為1.4時(shí)，TOC達(dá)到最大（圖4b），表明沉積速率控制了泥頁巖的有機(jī)質(zhì)富集，但并不是簡單的線性關(guān)系，適當(dāng)?shù)某练e速率最利于有機(jī)質(zhì)富集。前人針對沉積速率對有機(jī)質(zhì)富集影響的研究已開展大量工作，主要形成三個(gè)觀點(diǎn)：1）高沉積速率下，有機(jī)質(zhì)在沉降過程中與O2接觸時(shí)間短，利于有機(jī)質(zhì)富集[41]；2）高沉積速率下，大量的陸源輸入對有機(jī)質(zhì)起到強(qiáng)烈的稀釋作用，不利于有機(jī)質(zhì)富集[42]；3）基于現(xiàn)代海洋沉積物中的有機(jī)質(zhì)富集程度與沉積速率的關(guān)系，Tyson[43]通過數(shù)值模擬認(rèn)為沉積速率與有機(jī)質(zhì)富集不是簡單的線性關(guān)系，而是隨沉積速率的增大呈現(xiàn)為先增大后減小的變化，富集峰值出現(xiàn)在沉積速率為5 cm/Ka。Dinget al.[44]、袁偉等[45]、Chenet al.[46]分別分析了二連盆地白堊系、鄂爾多斯盆地延長組和酒泉盆地白堊系陸相泥頁巖的沉積速率與TOC的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)TOC與沉積速率均表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢，臨界值分別為5 cm/Ka、1.35 cm/Ka和12 cm/Ka，東濮凹陷沉積速率對有機(jī)質(zhì)富集的影響應(yīng)屬于第三類。不同盆地對應(yīng)的沉積速率臨界值不同，這與沉積水體的古生產(chǎn)力大小和保存條件有關(guān)。

4.4 古生產(chǎn)力

沉積時(shí)表層水體的古生產(chǎn)力是影響有機(jī)質(zhì)富集的關(guān)鍵因素[14,38]。沉積物中重晶石（BaSO4）的積累速率與表層水的古生產(chǎn)力密切相關(guān)，Ba 元素含量可反映水體的古生產(chǎn)力大小，含量越高則古生產(chǎn)力越大[47]。對于湖相沉積而言，陸源碎屑的輸入對沉積有機(jī)質(zhì)富集具一定稀釋作用[48]，常用Ti 和Al 元素定量表征陸源輸入強(qiáng)弱[49]。本次研究利用Ba/Al 值和Ba/Ti 值表征古生產(chǎn)力，比值越大表明古生產(chǎn)力越大。研究區(qū)泥頁巖的Ba/Al 值介于24.3×10-4～454×10-4，平均值為125.5×10-4（表1）；Ba/Ti 比值介于0.05～1.51，平均值為0.32（表1），比值整體高于上太古界頁巖中的Ba/Al 值（55×10-4）和Ba/Ti 值（0.13）[29]。其他指標(biāo)顯示低于東營凹陷沙三段和沙四段泥頁巖沉積時(shí)水體的古生產(chǎn)力[20]，古生產(chǎn)力處于中等水平。這可能是在古鹽度和氧化還原條件類似的背景下，東濮凹陷沙河街組泥頁巖的有機(jī)質(zhì)豐度整體低于東營凹陷沙河街組泥頁巖的主要原因[7]。

隨Ba/Al 和Ba/Ti 值的增大，TOC 均顯示出明顯升高趨勢，其相關(guān)系數(shù)平方分別為0.581 8和0.482 8（圖4c，d），表明有機(jī)質(zhì)富集明顯受古生產(chǎn)力的控制，古生產(chǎn)力越大，有機(jī)質(zhì)富集程度越高。但古生產(chǎn)力最大的泥頁巖樣品的TOC 值并非最大，表明古生產(chǎn)力僅為影響有機(jī)質(zhì)富集的因素之一。

4.5 氧化還原條件

有機(jī)質(zhì)富集除與有機(jī)質(zhì)的來源和稀釋程度有關(guān)，還與能夠保存多少有機(jī)質(zhì)相關(guān)，這由沉積水體的氧化還原條件決定。研究表明，現(xiàn)代海洋中絕大部分有機(jī)質(zhì)均存在不同程度的降解作用，現(xiàn)今保存下來的比例不足原始有機(jī)質(zhì)總量的5%[14,50]，保存條件是控制有機(jī)質(zhì)富集的重要因素。

稀土元素Ce和Eu常用于表征水體的氧化還原條件。Eu 異常（δEu=EuN/（SmN×GdN）1/2）常由原生沉積作用引起，δEu值>0.35指示還原沉積環(huán)境。Ce異常（δCe=CeN/（LaN×PrN）1/2）常由后生沉積作用導(dǎo)，δCe值>1時(shí)，表明沉積水體富集Ce元素，指示氧化環(huán)境；當(dāng)δCe數(shù)值<1時(shí)，表明沉積水體虧損Ce元素，指示還原環(huán)境。當(dāng)Ceamon<-0.1 時(shí)，表示Ce 虧損，指示氧化環(huán)境；當(dāng)Ceamon>-0.1 時(shí)，表示Ce 富集，指示還原環(huán)境[51]。研究區(qū)泥頁巖樣品的δEu 值為0.85～1.31，平均值為0.99；δCe 值為0.377～1.47，平均值為0.90；92.3%的樣品的Ceamon值均大于-0.1，均表明沙三段泥頁巖沉積時(shí)為缺氧的還原環(huán)境。

微量元素V/（V+Ni）值是表征氧化還原性的可靠指標(biāo)。一般而言，V/（V+Ni）值＜0.46、0.46～0.57、0.57～0.83、0.83～1.00 分別指示弱氧化、氧化、還原和強(qiáng)還原沉積環(huán)境[50]。研究區(qū)泥頁巖的V/（V+Ni）值介于0.60～0.82，平均值為0.74（表1），表明泥頁巖沉積時(shí)以厭氧還原環(huán)境為主。對比來看，本次研究泥頁巖的V/（V+Ni）值整體高于東營凹陷沙四上亞段上部和沙三段泥頁巖（0.5～0.75）[52]、柴達(dá)木盆地始新統(tǒng)泥頁巖（0.6～0.71）[53]、潛江凹陷潛江組（0.68～0.75）[39]泥頁巖的V/（V+Ni）值，表明東濮凹陷沙三段泥頁巖沉積時(shí)的還原性整體強(qiáng)于東營凹陷沙四上亞段上部和沙三段、柴達(dá)木盆地始新統(tǒng)和潛江凹陷潛江組泥頁巖沉積時(shí)的還原性。這可能與沙三段泥頁巖沉積時(shí)高的古鹽度和低的沉積速率特征有關(guān)，古鹽度越高，沉積速率越小，還原性越強(qiáng)（圖5c，d）。

隨V/（V+Ni）值增大，研究區(qū)泥頁巖的TOC 變化不明顯，其中TOC 值最大樣品的V/（V+Ni）比值卻最小（圖4e），表明氧化還原性不是有機(jī)質(zhì)富集的主控因素，這與前人的研究結(jié)果存在差異。鹿坤等[18]、Huet al.[20]、Tanget al.[21]和Wanget al.[22]均認(rèn)為東濮凹陷沙河街組泥頁巖的有機(jī)質(zhì)富集程度與沉積水體還原性呈明顯的正相關(guān)，還原性越強(qiáng)，有機(jī)質(zhì)富集程度越高。鄂爾多斯盆地[54]、二連盆地[38]、柴達(dá)木盆地[35]、渤海灣盆地東營凹陷[37]和江漢盆地[55]泥頁巖有機(jī)質(zhì)富集也表現(xiàn)為相似規(guī)律。本次研究中還原性與有機(jī)質(zhì)富集無明顯相關(guān)，這可能與樣品選取有關(guān)。本次研究選取的泥頁巖巖芯取自東濮凹陷沙三段含鹽泥頁巖層系，這些樣品的V/（V+Ni）值均很高，沉積水體整體為缺氧的還原條件。在古生產(chǎn)力水平保持一定的背景下，還原性的增加無法使得沉積有機(jī)質(zhì)的來源數(shù)量增加，因此氧化還原條件不是研究區(qū)沙三段泥頁巖有機(jī)質(zhì)差異富集的主控因素。

4.6 差異富集主控因素

針對有機(jī)質(zhì)差異富集機(jī)理的研究已近70 年，但前期多集中于海相沉積，形成了三方面學(xué)術(shù)觀點(diǎn)：1）高生產(chǎn)力模式。Pasrrish[56]通過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)全球烴源巖主要分布于古洋流上升區(qū)域，認(rèn)為高生產(chǎn)力是有機(jī)質(zhì)富集最重要的主控因素。Calvertet al.[57]發(fā)現(xiàn)全球93%的有機(jī)質(zhì)均分布在高生產(chǎn)力區(qū)域，在生產(chǎn)力較高的地區(qū)即使處于氧化環(huán)境，亦可能沉積大量有機(jī)質(zhì)，并基于上升洋流的沉積供給、其它沉積物的稀釋作用以及沉積物結(jié)構(gòu)三方面分析，發(fā)現(xiàn)Arabian 海的有機(jī)質(zhì)最富集區(qū)域并非含氧量最低區(qū)域，進(jìn)一步確認(rèn)高生產(chǎn)力控制有機(jī)質(zhì)富集；2）保存模式。Demaisonet al.[58]發(fā)現(xiàn)全球絕大部分有機(jī)質(zhì)在保存的過程中均被降解，保存下來的比例低于0.5%，認(rèn)為保存條件是有機(jī)質(zhì)富集的關(guān)鍵因素。Tysonet al.[59]認(rèn)為當(dāng)水體為缺氧環(huán)境時(shí)，海洋表層水體低的古生產(chǎn)力也可形成富有機(jī)質(zhì)沉積。Tyson[43]通過數(shù)值模擬研究認(rèn)為缺氧環(huán)境是控制有機(jī)質(zhì)富集的主要因素；3）高生產(chǎn)力與保存疊加模式。Ingallet al.[60]認(rèn)為富有機(jī)質(zhì)沉積是生產(chǎn)力和保存條件共同作用的結(jié)果。

與海洋相比，湖泊水體的面積小，水體淺，湖平面頻繁變化，易受構(gòu)造和古氣候影響，沉積速率更大[13-15]。針對湖相沉積有機(jī)質(zhì)差異富集機(jī)理的研究多從湖盆類型角度展開，前人提出了氣候和構(gòu)造的耦合作用控制了湖盆類型，包括過充填、平衡充填和欠充填型湖盆，進(jìn)而控制有機(jī)質(zhì)的富集[13,61-63]。

本次研究表明，東濮凹陷沙三段泥頁巖的有機(jī)質(zhì)富集主要受控于古生產(chǎn)力、古鹽度和沉積速率，氧化還原條件對有機(jī)質(zhì)富集的影響不大。具體而言，在沙三段泥頁巖沉積時(shí)期，湖盆處于局限、寒冷和干旱的古氣候，水深較大[64]，水體鹽度較高。較高的鹽度導(dǎo)致水體中O2和CO2含量減少[65]，促使水體還原性增強(qiáng)。同時(shí)，較大的水深和較高的鹽度促使水體出現(xiàn)鹽躍層，使得水體發(fā)生分層，還原性強(qiáng)且穩(wěn)定。因而在古生產(chǎn)力水平保持一定的背景下，還原性的持續(xù)增強(qiáng)無法促使有機(jī)質(zhì)數(shù)量增加。另一方面，隨鹽度的升高，湖泊水體中水生生物的種屬和數(shù)量表現(xiàn)為先增大后減小的偏正態(tài)分布變化趨勢，即生物在合適的鹽度下大量繁盛。但鹽度過高時(shí)，惡劣環(huán)境使生物種屬和數(shù)量急劇減少，導(dǎo)致古生產(chǎn)力下降。但由于保存條件好，死亡后的生物可以在還原環(huán)境得以保存，因此古生產(chǎn)力越高，有機(jī)質(zhì)的富集程度越高。隨沉積速率的逐漸升高，有機(jī)質(zhì)在沉降過程中與氧氣接觸時(shí)間短，有利于有機(jī)質(zhì)富集；但隨著沉積速率持續(xù)攀升，則對沉積有機(jī)質(zhì)起到強(qiáng)烈的稀釋作用，不利于有機(jī)質(zhì)富集。只有在高的古生產(chǎn)力、適當(dāng)?shù)墓披}度、適當(dāng)?shù)某练e速率背景下，才有利于沉積有機(jī)質(zhì)的富集。因此，對于典型的陸相斷陷咸化湖盆而言，沉積有機(jī)質(zhì)的差異富集既非單一的高生產(chǎn)力模式或者保存模式，也非簡單的生產(chǎn)力模式和保存模式的疊加。未來須從特定盆地的具體沉積環(huán)境入手，對沉積有機(jī)質(zhì)差異富集機(jī)制展開具體分析，這將對我國陸相頁巖油勘探開發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

5 結(jié)論

（1）東濮凹陷沙三段含鹽泥頁巖TOC為0.11%～6.78%（平均值1.58%），有機(jī)質(zhì)豐度差異大。泥頁巖發(fā)育于寒冷干旱的古氣候條件，沉積水體古鹽度高，沉積速率變化大，古生產(chǎn)力中等，整體為缺氧的還原環(huán)境。

（2）沙三段泥頁巖的有機(jī)質(zhì)富集主要受控于古生產(chǎn)力、古鹽度和沉積速率，氧化還原條件對有機(jī)質(zhì)富集的影響不大。

（3）對于陸相斷陷咸化湖盆而言，沉積有機(jī)質(zhì)的差異富集既非單一的高生產(chǎn)力模式或者保存模式，亦非簡單的生產(chǎn)力模式和保存模式的疊加。未來須從特定盆地的具體沉積環(huán)境入手，對沉積有機(jī)質(zhì)差異富集機(jī)理展開分析，這對我國我國陸相頁巖油勘探開發(fā)具有一定指導(dǎo)意義。

致謝 在本文研究過程中得到了中石化中原油田勘探開發(fā)研究院張洪安、蘇頌成、張?jiān)偏I(xiàn)等專家的指導(dǎo)和幫助，在此深表感謝。