舒徐潔，楊棟棟，程 成，徐田武，衛(wèi) 瑋，王洪作

(1. 南通大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院， 江蘇 南通 226001； 2. 中國(guó)石化中原油田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院， 河南 濮陽(yáng) 457001；3. 合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院， 安徽 合肥 230009； 4. 中石化經(jīng)緯有限公司 中原測(cè)控公司， 河南 濮陽(yáng) 457001)

古氣候?qū)Τ练e記錄的影響是多方面的，它能通過(guò)改變風(fēng)化作用的類(lèi)型和強(qiáng)度來(lái)影響沉積物的輸入，通過(guò)影響輸入沉積盆地的物質(zhì)來(lái)改變水體的環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)組成來(lái)影響生物的發(fā)育，通過(guò)直接改變水體的水熱條件來(lái)影響生物群落的變化。這些古氣候波動(dòng)產(chǎn)生的影響都會(huì)保存到沉積記錄中，并最終影響沉積巖中有機(jī)質(zhì)的含量和沉積巖的生烴潛力。陸相斷陷湖盆是我國(guó)陸相含油氣盆地的重要類(lèi)型，近年來(lái)還成為重要的致密油勘探區(qū)，具有面積小、水體淺、易受短期氣候波動(dòng)影響的特點(diǎn)(Haoetal., 2011; 林暢松等， 2015)。關(guān)于陸相湖盆沉積記錄的古氣候反演研究較多，但這些研究主要關(guān)注氣候本身的變化或氣候?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)或其他環(huán)境要素的影響(Carroll and Bohacs, 1999; Fanetal., 2007; 吳偉等， 2012; 羅威等， 2013; 王健等， 2021)，對(duì)氣候的生烴潛力影響研究則較為匱乏(劉占紅等， 2007; Haoetal., 2011; 牛杏等， 2018)。東濮凹陷是在中-古生界基底上發(fā)育起來(lái)的一個(gè)新生代斷陷咸化湖盆，其古近紀(jì)地層是重要的油氣富集和勘探層位，在構(gòu)造穩(wěn)定期沉積記錄主要受短期氣候波動(dòng)影響。本文以東濮凹陷古近系文古4井(沙三上8～10段)為例，分別用礦物和孢粉作為古氣候指標(biāo)，有機(jī)碳含量作為生烴潛力指標(biāo)，來(lái)探討古氣候波動(dòng)對(duì)陸相斷陷湖盆生烴潛力的影響。

1 地質(zhì)背景

中生代以來(lái)受西太平洋構(gòu)造域演化制約, 渤海灣盆地區(qū)發(fā)育了眾多的斷陷盆地(周立宏等， 2003)。東濮凹陷是渤海灣盆地南端眾多斷陷盆地中的一個(gè)，位于魯、豫兩省交界處，面積約5 300 km2，呈北北東向展布，以新生界地層為主(余海波等， 2020)。盆地具有南寬北窄、東斷西超、東西分帶、南北分塊、隆洼相間的構(gòu)造格局(圖1)，盆地充填物以古近紀(jì)沉積物為主，厚度可達(dá)4 000～6 000 m，巖性以粉砂巖、砂巖和泥巖夾膏-鹽巖為主，發(fā)育多套鹽巖，含鹽地層最大累加厚度4 000 m以上，純鹽層最大累加厚度達(dá)2 000 m以上。鹽巖在垂向上呈旋回性和韻律性發(fā)育，在橫向上呈分區(qū)性和遷移性展布，鹽巖與砂巖表現(xiàn)為同時(shí)異相，呈指狀交叉消長(zhǎng)關(guān)系，都夾于穩(wěn)定的泥頁(yè)巖之間(陳發(fā)亮等， 2000)。近年來(lái)隨著致密油/頁(yè)巖油等非常規(guī)油氣勘探的不斷深入，在鹽湖盆地中發(fā)現(xiàn)了較為典型的鹽間夾層型致密油，該類(lèi)型致密油具有砂-泥-碳酸質(zhì)巖、碳酸鹽巖-膏(質(zhì))巖-鹽巖的鹽韻律特征，受短周期內(nèi)古氣候影響顯著。

2 研究?jī)?nèi)容與結(jié)果

本次研究選取文古4塊的文古4井3 102～3 177 m段為研究對(duì)象，該層段對(duì)應(yīng)沙河街組沙三上8～10段，其中發(fā)育有典型的鹽巖沉積韻律(圖2)，其在縱向上主要表現(xiàn)為一套砂-泥-碳酸質(zhì)巖、碳酸鹽巖-膏(質(zhì))巖-鹽巖等水體變淺的沉積旋回。其中Ⅳ級(jí)鹽韻律表現(xiàn)為從鹽巖→(含泥)鈣芒硝巖→含白云石泥巖(含泥白云巖)-泥巖→白云巖→鈣芒硝巖→鹽巖的淡化-咸化序列和鹽類(lèi)礦物的析出順序。在該段鹽巖沉積中主要發(fā)育多種湖相泥巖、頁(yè)巖和泥灰(云)巖,包括黑頁(yè)巖、富有機(jī)質(zhì)紋層頁(yè)巖、鈣質(zhì)紋層頁(yè)巖、灰色鈣質(zhì)頁(yè)巖、灰色頁(yè)巖、紋層狀泥灰(云)巖以及灰色塊狀的鈣質(zhì)/粉砂質(zhì)泥巖。本次工作對(duì)該層段進(jìn)行了孢粉、全巖礦物、粘土礦物和有機(jī)碳含量的分析。

2.1 孢粉分析

本次研究共分析了28件巖心樣品，所有樣品中均見(jiàn)到豐富的孢粉化石，經(jīng)鑒定，含3大類(lèi)，84屬，其中常見(jiàn)的有29屬(圖3)，其組合特征如下： 被子植物花粉(36.6%～79.6%，平均65.05%)占優(yōu)勢(shì)，裸子植物花粉(18.8%～62.7%，平均34.08%)次之，蕨類(lèi)孢子花粉(0～2.8%，平均0.86%)較少；被子植物花粉類(lèi)中，櫟粉屬(15.6%～31.2%，平均21.99%)含量明顯多于榆粉屬+脊榆粉屬(2.4%～20.3%，平均10.68%)，小亨氏櫟粉較多，楓香粉屬、樺科、胡桃科等較常見(jiàn)，三孔溝粉屬、網(wǎng)面三孔溝粉屬較多；裸子植物花粉類(lèi)中，杉粉屬(8.3%～32.4%，平均21.19%)發(fā)育，松科(0～11.9%，平均6.39%)和麻黃粉屬(0～16.4%，平均5.66%)個(gè)別樣品豐富；蕨類(lèi)孢子花粉見(jiàn)少量的水龍骨單縫孢屬、鳳尾蕨孢屬、三角孢屬等。

圖 1 東濮凹陷構(gòu)造單元?jiǎng)澐謭DFig. 1 Tectonic units diagram of the Dongpu Depression

圖 2 文古4井巖心照片和顯微特征Fig. 2 Photos and microphotograph of rock samples from Wengu 4 wella—黑色紋層狀泥巖中夾鹽巖韻律層; b—鹽韻律段竹節(jié)狀鹽巖; c—紋層狀泥灰?guī)r; d—紋層狀灰?guī)r、亮晶灰?guī)r與泥質(zhì)泥晶灰?guī)r互層a—black laminated mudstone with salt rock rhythmic layers; b—bamboo-like salt rock with rhythms; c—laminated marl; d—laminated limestone intercalated with sparite and argillaceous limestone

圖 3 東濮凹陷文古4井(3 102～3 177 m)主要孢粉化石Fig. 3 Sporopollen from the Wengu 4 well (3 102～3 177 m) in Dongpu Depression

2.2 全巖和粘土礦物組成

本次研究共對(duì)211件巖心樣品進(jìn)行了全巖和粘土礦物組成分析，結(jié)果顯示樣品所含的礦物種類(lèi)較多(圖4)，但不同層位中各種礦物的含量變化較大，主要包括方解石(0～66%，平均24.6%)、粘土礦物(4%～53%，平均23.7%)和石英(3%～43%，平均16.3%)，其次為白云石(0～70%，平均11.4%)和斜長(zhǎng)石(1%～32%，平均8.6%)以及少量巖鹽(0～15%，平均4.3%)和黃鐵礦(0～14%，平均2.9%)。此外，部分層位含有較多的硬石膏(0～78%，平均8.0%)。粘土礦物分析結(jié)果則顯示，其主要由伊利石(43%～97%，平均70.4%)組成，其次為伊蒙混層(3%～45%，平均18.1%)，高嶺石(0～26%，平均7.1%)和綠泥石(0～14%，平均4.4%)的含量較低。

2.3 有機(jī)碳含量

本次研究共對(duì)259件巖心樣品進(jìn)行了有機(jī)碳含量分析，結(jié)果顯示其縱向變化較大(0.19%～7.11%，平均1.61%)，具有明顯的波動(dòng)性，暗示生烴潛力的明顯變化。

3 討論

3.1 古氣候分析

孢粉作為植物的生殖細(xì)胞，是推斷植物群面貌和反演古氣候特征的有用指標(biāo)。本次研究在定量統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用前人對(duì)不同孢粉所反映的植被和氣候特點(diǎn)的總結(jié)(葉得泉, 1993; 周山富等, 2007)，對(duì)研究區(qū)孢粉組合反映的氣溫帶、干濕度和植被類(lèi)型進(jìn)行分析，并以此來(lái)分析研究區(qū)該時(shí)間段的植被類(lèi)型和氣候特點(diǎn)。結(jié)果顯示，本研究段植被以落葉闊葉(35.5%)和針葉(28.1%)為主，灌木(15.9%)和常綠落葉(14.7%)次之，草本較少(2.5%)； 熱帶-亞熱帶(31.0%)和亞熱帶(32.9%)植被成分較高，暖溫帶(25.0%)次之，熱帶成分很少。干濕度類(lèi)型則顯示中生(48.7%)成分最高，喜濕(26.8%)和旱生(21.3%)成分次之。因此，孢粉特征反映研究區(qū)處于亞熱帶-暖溫帶半干旱-半濕潤(rùn)氣候條件區(qū)，植被類(lèi)型應(yīng)為針闊混交林。另一方面，全巖礦物中蒸發(fā)相的巖鹽和硬石膏頻繁地出現(xiàn)，粘土礦物則以反映干冷氣候的伊利石為主，反映暖濕氣候的高嶺石較少，這些特點(diǎn)也暗示研究區(qū)整體處于相對(duì)干旱的環(huán)境，但期間發(fā)生了頻繁的相對(duì)干濕波動(dòng)。

3.2 古氣候?qū)ι鸁N潛力的影響

為進(jìn)一步揭示研究區(qū)該時(shí)段的氣候波動(dòng)情況，并探討氣候波動(dòng)與沉積巖生烴潛力之間的聯(lián)系，本文以反映干旱氣候條件的特征花粉麻黃粉屬和蒸發(fā)相礦物(石鹽+硬石膏)來(lái)表征氣候的相對(duì)干濕波動(dòng)狀況，同時(shí)，由于綠泥石指示更為干旱的氣候(Xuetal., 2017)，其與伊利石的比值也被用來(lái)反映干旱程度的變化(圖4)。另一方面，沉積巖中有機(jī)碳含量的高低是評(píng)價(jià)其生烴能力的最基礎(chǔ)指標(biāo)(劉占紅等， 2007)，根據(jù)有機(jī)碳的含量可以對(duì)烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示，有機(jī)質(zhì)相對(duì)富集的層段有6個(gè)，相對(duì)貧乏的層段也有6個(gè)，它們分別與氣候指標(biāo)反映的相對(duì)潮濕和相對(duì)干旱相對(duì)應(yīng)(圖5，圖中除麻黃粉屬為個(gè)點(diǎn)直接相連外，其余都是采用局部加權(quán)回歸擬合出來(lái)的曲線，紅線代表最大可能的趨勢(shì)線，兩條藍(lán)線圍起來(lái)的部分代表95%的置信區(qū)間，真實(shí)曲線在這一范圍內(nèi)的概率為95%)，表明研究區(qū)沉積巖生烴潛力與短期氣候波動(dòng)之間存在密切的成因聯(lián)系，相對(duì)潮濕的氣候條件更有利于有機(jī)質(zhì)的富集和生烴潛力的提高。

優(yōu)質(zhì)烴源巖一般具有有機(jī)質(zhì)豐度高、分布穩(wěn)定(厚度不一定大)的特征，是形成大、中型油田的物質(zhì)基礎(chǔ)?；诤Ｏ喑练e的研究，人們提出了有機(jī)質(zhì)富集的3個(gè)主要觀點(diǎn)，即生產(chǎn)力模式(Calvertetal., 1995)、保存模式(Demaison and Moore, 1980)和疊加模式(Ingall and Jahnke, 1997)，它們分別認(rèn)為高生產(chǎn)力、保存條件及生產(chǎn)力和保存條件的共同作用是有機(jī)質(zhì)富集的主控因素。而對(duì)于湖相烴源巖，其保存模式主要強(qiáng)調(diào)因地理隔離、古水深變化或生物作用等因素引起水體缺氧，從而導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)烴源巖形成(馬小祥等， 2019)，而生產(chǎn)力模式主要強(qiáng)調(diào)富有機(jī)質(zhì)的形成是由于湖泊表層水體具較高的生產(chǎn)力，只要生產(chǎn)力高，即使湖泊水體還原性較弱也可形成優(yōu)質(zhì)烴源巖(胡濤等， 2021)。對(duì)東濮凹陷沙三段的有機(jī)質(zhì)富集機(jī)制研究表明生產(chǎn)力越大，有機(jī)質(zhì)富集程度越高(胡濤等， 2021)。本文的研究顯示在盆地處于構(gòu)造穩(wěn)定期，其性質(zhì)和保存條件均處于相對(duì)穩(wěn)定的前提下，相對(duì)潮濕氣候期更有利于有機(jī)質(zhì)的富集，支持氣候通過(guò)生產(chǎn)力模式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)質(zhì)的控制，因?yàn)橄鄬?duì)潮濕的氣候能提供更好的溫?zé)釛l件，有利于生物的繁殖，從而提高水體和盆地周?chē)纳a(chǎn)力，最終提高沉積盆地的有機(jī)質(zhì)豐度。同時(shí)，相對(duì)潮濕的氣候條件能夠增強(qiáng)風(fēng)化作用的強(qiáng)度，從而通過(guò)提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入，改變水體的環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)組成來(lái)影響生物的發(fā)育，以提高水體的生產(chǎn)力。另一方面，以長(zhǎng)石和石英為代表的陸源碎屑物質(zhì)輸入與有機(jī)質(zhì)含量具有相反的變化趨勢(shì)(圖4)，則可能是因?yàn)殛懺此樾紝?duì)有機(jī)質(zhì)具有一定的稀釋作用(Fuetal., 2015; 丁江輝等， 2019)。

圖 4 東濮凹陷文古4井(3 102～3 177 m)的礦物組成Fig. 4 Mineralogy from the Wengu 4 well (3 102～3 177 m) in Dongpu Depression

圖 5 文古4井有機(jī)碳含量與孢粉、礦物組成之間的聯(lián)系Fig. 5 The correlation between organic carbon, sporopollen and mineral compositions from Wengu 4 well in Dongpu Depression

4 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)東濮凹陷文古4井沙三上8～10段綜合的微體古生物、礦物學(xué)和有機(jī)地球化學(xué)分析，探討了短期氣候波動(dòng)對(duì)陸相斷陷湖盆沉積巖生烴潛力的影響，結(jié)果顯示該研究層段整體形成于較為干旱的氣候環(huán)境中，但發(fā)生了6次明顯的相對(duì)干旱和相對(duì)潮濕波動(dòng)，同時(shí)，有機(jī)碳含量具有明顯的波動(dòng)性。兩者的對(duì)比分析顯示，相對(duì)潮濕的氣候更有利于有機(jī)質(zhì)的富集，氣候主要通過(guò)生產(chǎn)力模式來(lái)控制有機(jī)質(zhì)的富集和沉積巖的生烴潛力。研究結(jié)果表明，對(duì)于處于構(gòu)造穩(wěn)定期的陸相斷陷(咸化)湖盆，在其性質(zhì)和沉積物保存條件都相對(duì)穩(wěn)定的前提下，相對(duì)潮濕的氣候條件下形成的烴源巖可能是更好的勘探層位。