王鑫銳 孫雨 劉如昊 李釗

摘 要 細(xì)粒沉積巖是最為常見的巖石類型之一，蘊(yùn)藏著豐富的油氣資源，伴隨著非常規(guī)油氣的發(fā)展，有關(guān)細(xì)粒沉積的研究逐漸成為了熱點，但由于陸相細(xì)粒沉積巖巖石類型豐富，形成機(jī)制復(fù)雜，缺乏統(tǒng)一科學(xué)的分類方案。對目前常見的陸相細(xì)粒沉積巖分類方法進(jìn)行總結(jié)，并依據(jù)巖石組分將其分為混合型和碎屑型細(xì)粒沉積巖兩種，并指明其常見的巖石類型特征；梳理與其相關(guān)的成因動力學(xué)物理模擬實驗成果，其中有關(guān)泥級顆粒的搬運(yùn)—沉積機(jī)理已經(jīng)取得了重大突破。而細(xì)粒沉積模式方面，可以分為有機(jī)質(zhì)富集模式，巖相模式以及成因模式，三個模式的內(nèi)涵和所要解決的地質(zhì)問題各不相同。在此基礎(chǔ)上，提出加強(qiáng)細(xì)粒沉積巖不同礦物成分微觀結(jié)構(gòu)特征、沉積—成巖機(jī)理認(rèn)識，將巖石微觀成因分類方案與宏觀成因模式有效融合是未來細(xì)粒沉積研究的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞 細(xì)粒沉積；巖石特征；分類方案；成因機(jī)理；沉積模式

第一作者簡介 王鑫銳，女，1995年出生，博士研究生，沉積與儲層地質(zhì)學(xué)，E-mail： wangxr_2017@163.com

通信作者 孫雨，男，教授，E-mail： sunyu_hc@163.com

中圖分類號 P581 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

0 引言

細(xì)粒沉積巖（fine-grained sedimentary rocks）約占地層記錄的三分之二，是最為常見的巖石類型之一[1?4]。與早期印象中簡單均一的細(xì)?！澳鄮r”不同，該類巖石沉積結(jié)構(gòu)及礦物組成十分復(fù)雜[1，5?7]，且由于粒度小，觀測難度大，圍繞細(xì)粒沉積巖的爭論從未停止。早在細(xì)粒沉積巖概念提出之時，便針對粉砂級顆粒是否屬于細(xì)粒沉積巖范疇產(chǎn)生了一定爭議，以Krumbein[6]為典型代表的部分學(xué)者通過顆粒在水體中分散機(jī)制及沉降狀態(tài)將粉砂級顆粒納入細(xì)粒沉積巖的范疇，并將下限定為0.1 mm[6，8?9]，而Lewan[9]則通過巖石中不同礦物的微觀特征及體積/重量百分比，認(rèn)為只有粒徑小于0.005 mm的泥級顆粒方能參與細(xì)粒沉積巖的構(gòu)成。目前，國內(nèi)外學(xué)者就細(xì)粒沉積巖的概念已達(dá)成共識，將由粒徑小于0.062 5 mm的泥級和粉砂級黏土礦物、陸源碎屑、碳酸鹽、有機(jī)質(zhì)等不同類型沉積物顆粒構(gòu)成，且含量大于50%的巖石稱為細(xì)粒沉積巖[2，10?13]。然而不難看出，細(xì)粒沉積巖的概念涵蓋了泥級和粉砂級兩個截然不同的粒度等級[14?17]，且碳酸鹽、火山碎屑等特殊成分以及成巖作用改造特征的難以辨認(rèn)[18]為細(xì)粒沉積巖的分類定名研究帶來了新的問題。細(xì)粒沉積巖[19?20]、粉砂巖[21?22]、泥巖[23?28]、黏土巖[29]、泥質(zhì)巖[30]、泥狀巖[6，10]，甚至涵蓋一定沉積結(jié)構(gòu)、石油行業(yè)特征的泥頁巖[31]、頁巖[21，32?42]、油泥/頁巖[43?44]等都用來描述細(xì)粒沉積巖，不僅在國內(nèi)，國際上僅“泥巖”一詞就存在shale、clay、mudrock、mudstone、claystone、lutite、pelite、argillite等截然不同的表達(dá)方式[13，45?52]?；靵y的定名在生產(chǎn)中引起了一些麻煩，如目前非常規(guī)油氣開采的對象中，涵蓋了大量不同礦物成分、不同頁理發(fā)育程度的巖石類型[53]，如粉砂質(zhì)頁巖，灰質(zhì)泥巖等。而上述沉積結(jié)構(gòu)、成分特征不同的細(xì)粒沉積巖在油氣富集規(guī)律及脆性、各向異性等工程特征上存在較大差異[54?55]，對非常規(guī)油氣開采尤其是水平井部署及壓裂造成了極大的影響。

隨著美國Barnett頁巖、Marcellus頁巖以及Woodford頁巖的順利開采，細(xì)粒沉積巖的分類描述以及成因分析逐漸成為研究頁巖油氣富集規(guī)律的主要手段[56?61]。國外學(xué)者主要通過野外露頭以及巖心薄片觀察、化驗分析[57?59]、測井[60]、地震[58?59，61]等多種手段，選取諸如顏色、礦物成分、沉積結(jié)構(gòu)、層理類型、生物化石等特征對細(xì)粒沉積巖進(jìn)行分類[10，12?13，46，56，62?68]。如Loucks et al.[56]在Fort Worth盆地Barnett層系中利用礦物成分、沉積結(jié)構(gòu)以及生物化石類型構(gòu)建分類標(biāo)準(zhǔn)；McKee et al.[62]利用沉積結(jié)構(gòu)中的層理規(guī)模、力學(xué)特征進(jìn)行分類，但這種基于某種或某幾種特征的分類方法更加側(cè)重于原始沉積構(gòu)造以及生物活動軌跡的研究，以重建細(xì)粒沉積古環(huán)境[56，63?64]。此外，部分學(xué)者采用三端元圖解的結(jié)構(gòu)分類法對細(xì)粒沉積巖進(jìn)行分類，并用“mudstone”作為所有細(xì)粒沉積巖的分類主名，但同樣在術(shù)語上造成了混淆。隨后，Lazer et al.[12]在上述基于粒度的結(jié)構(gòu)分類標(biāo)準(zhǔn)之上，增加巖石成分（硅質(zhì)、鈣質(zhì)、泥質(zhì)等）及層理特征（塊狀、層狀等）等術(shù)語進(jìn)行綜合定名，并利用其生物擾動程度、化石類型、有機(jī)質(zhì)豐度、成巖特征和顏色對其名稱進(jìn)行修飾[10，12，46]。在針對細(xì)粒物質(zhì)沉積來源的復(fù)雜性上[65?66]，Milliken[13]根據(jù)沉積及成巖特征將盆內(nèi)和盆外顆粒進(jìn)行區(qū)分，其中盆內(nèi)碎屑多為生物成因，而盆外碎屑來源則更加豐富，據(jù)此建立了Tarl/Varl（盆外的陸源碎屑/火山碎屑組分達(dá)75%以上），Carl（盆外碎屑小于75%，盆內(nèi)碎屑中生物鈣質(zhì)含量>生物硅質(zhì)含量）和Sarl（盆外碎屑小于75%，盆內(nèi)碎屑中生物鈣質(zhì)含量小于生物硅質(zhì)含量）的三端元巖石分類方案。該分類方案有效地區(qū)分了不同礦物的沉積、成巖特征，對恢復(fù)細(xì)粒沉積巖形成過程以及后期成巖改造具有重大的推進(jìn)作用，但由于礦物微觀特征識別以及成因解釋難度較大，該分類方案一直存在爭議[67?68]。

整體而言，國外學(xué)者所討論的細(xì)粒沉積巖分類及模式均集中在海相環(huán)境，而我國目前開發(fā)的非常規(guī)含油氣層系中，除四川、滇黔桂、塔里木地區(qū)的海相及海陸過渡相體系外，渤海灣盆地古近系，松遼盆地白堊系，鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)，準(zhǔn)噶爾盆地上二疊統(tǒng)、侏羅統(tǒng)等均屬于陸相細(xì)粒沉積體系[69?72]（圖1）。與分布面積大，厚度穩(wěn)定，成分相對單一的海相細(xì)粒沉積相比，陸相湖盆由于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[72?73]，陸相細(xì)粒沉積發(fā)育規(guī)模更小，非均質(zhì)性更強(qiáng)；并且，由于巖石礦物成分、結(jié)構(gòu)、組合方式在成因上的復(fù)雜性和多解性[65，74]，國外的海相細(xì)粒沉積巖分類方案在陸相湖盆中變得不再適用。針對國內(nèi)復(fù)雜的陸相湖盆細(xì)粒沉積體系，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了不懈的努力，主流采用兼顧成因以及特征描述的“三端元”巖相學(xué)分類方法對我國獨(dú)特的陸相細(xì)粒沉積巖進(jìn)行劃分及定名。巖相是在一定沉積環(huán)境中形成的巖石類型及巖石組合[75?77]，任何可以反映沉積環(huán)境變化的參數(shù)都可以作為巖相的劃分標(biāo)準(zhǔn)[78]。依據(jù)礦物成分、沉積構(gòu)造、有機(jī)質(zhì)豐度進(jìn)行巖相劃分時[12]，礦物成分是確定細(xì)粒沉積巖巖石類型的關(guān)鍵，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三端元共同進(jìn)行巖石類型的劃分[18，74，79?82]。但由于同成分不同成因顆粒、晶體組合識別困難[10，12?13，17，46，49]，以及有機(jī)質(zhì)含量精細(xì)測算的實驗條件限制[83]，導(dǎo)致現(xiàn)場簡陋條件細(xì)粒沉積巖分類工作難以進(jìn)行；其次，不同沉積盆地中細(xì)粒沉積巖的物質(zhì)來源、沉積機(jī)制各異，使得各盆地的分類方案被限制在了某個地區(qū)之內(nèi)難以向外推廣，如松遼盆地青山口組沉積時期，由于陸源供給充足，鹽度低，以石英、斜長石為主，碳酸鹽礦物含量低[39]，是否選擇三端元分類方案仍然需要進(jìn)一步討論；而在使用三端元綜合分類方案的盆地中，端元的選擇同樣具有差異性，如張少敏等[84]針對吉木薩爾凹陷蘆草溝組火山活動頻繁的特征，依據(jù)成因—成分將陸源碎屑、火山碎屑和碳酸鹽替換作為細(xì)粒沉積巖巖石類型三角形圖解的三個端元。但由于火山作用形成的火山碎屑礦物組合同樣復(fù)雜多變，目前有關(guān)火山—熱液是否應(yīng)該參與細(xì)粒沉積巖的分類定名仍然存在一定爭議[85?88]；此外，由于具體要解決科學(xué)問題的差異[11，89?91]，不同學(xué)者在分類中往往添加一些特殊的修飾詞，如陳世悅等[91]依據(jù)混合沉積機(jī)制將東營凹陷細(xì)粒沉積巖分為均勻混合/紋層疊置混合/不均勻團(tuán)塊混合長英質(zhì)/黏土質(zhì)/碳酸鹽質(zhì)細(xì)?；旆e巖。目前的分類方法均具有一定的地區(qū)性和局限性，至今尚未形成統(tǒng)一的，能夠應(yīng)用于石油、地質(zhì)等多領(lǐng)域研究的細(xì)粒沉積巖分類方案[12?13，46]。

缺乏統(tǒng)一的細(xì)粒沉積巖分類方案同樣為細(xì)粒沉積模式的構(gòu)建帶來了困難，不同學(xué)者建立模式想要解決的問題不同，面對盆地的地質(zhì)條件不同，沉積模式的建立相較于細(xì)粒沉積巖分類方案更加的混亂，“逐盆逐建，逐次逐建”是細(xì)粒沉積模式構(gòu)建的常態(tài)。如Plint et al.[92]基于水槽實驗及原位海洋學(xué)檢測，為明確陸架淤泥遷移沉降方式構(gòu)建了泥漿沉積中心的形成動力學(xué)模型。袁選俊等[93]為尋找富有機(jī)質(zhì)頁巖的富集規(guī)律，構(gòu)建了“湖侵—水體分層”的有機(jī)質(zhì)聚集機(jī)理模型。Frébourg et al.[94]基于對野外露頭的高分辨率圖像采集，為確定火山活動與沉積物生產(chǎn)力的相互作用關(guān)系，從細(xì)粒沉積物生產(chǎn)、運(yùn)輸、富集的角度構(gòu)建了美國德克薩斯州Eagle Ford/Boquillas層系的細(xì)粒沉積模式。針對上述情況，本文系統(tǒng)地總結(jié)、歸納了近年來陸相盆地細(xì)粒沉積分類方案，明確了我國陸相細(xì)粒沉積巖中常見的巖石類型、特征及形成動力學(xué)機(jī)制，理清了常見細(xì)粒沉積模式的建立原則及適用范圍，并指出了目前存在的問題和未來發(fā)展方向，以期豐富陸相細(xì)粒沉積巖石學(xué)基礎(chǔ)理論，指導(dǎo)陸相非常規(guī)油氣資源的評價與優(yōu)選。

1 陸相細(xì)粒沉積巖特征及分類

我國陸相細(xì)粒沉積巖具有巖石類型復(fù)雜、結(jié)構(gòu)樣式多樣、空間分布非均質(zhì)性強(qiáng)的特征[70?71，95]，因此在進(jìn)行陸相湖盆細(xì)粒沉積巖研究時，分類標(biāo)準(zhǔn)及命名方案眾多：從有機(jī)成因以及石油開采的角度[96?97]，中國陸相細(xì)粒沉積巖可以分為腐泥型、腐殖腐泥型和腐泥腐殖型[97?98]細(xì)粒沉積巖；從沉積環(huán)境角度，可以劃分為湖泊和湖泊—沼澤成因[99?101]細(xì)粒沉積巖；從水體性質(zhì)角度，可以劃分為淡水細(xì)粒沉積巖和咸水—半咸水[95]細(xì)粒沉積巖。由上述分類可知，細(xì)粒沉積巖的有機(jī)質(zhì)特征及所處盆地的構(gòu)造樣式、沉積環(huán)境是細(xì)粒沉積巖初步分類的重要依據(jù)，目前廣泛應(yīng)用的分類方法往往也基于上述標(biāo)準(zhǔn)，即結(jié)合細(xì)粒沉積巖成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征，采用巖相學(xué)分類方法[75?78]，既可以有效地反映巖石的沉積環(huán)境，沉積水動力變化，也可以兼顧巖石成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征。

伴隨著不同盆地細(xì)粒沉積巖巖石成分及微觀組構(gòu)特征研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)盆地水體咸化程度不同，細(xì)粒沉積巖巖石學(xué)特征差異極大[102?106]。以其中典型的渤海灣盆地和松遼盆地為例，渤海灣盆地沙河街組沉積時期是典型的咸化湖盆，發(fā)育的細(xì)粒沉積巖本質(zhì)上是一種混積巖[107?110]，是陸源輸入的機(jī)械沉積作用和（生物）化學(xué)沉積作用共同作用的結(jié)果，由碳酸鹽礦物，石英、長石等長英質(zhì)礦物，和少量黏土礦物組成[79]（圖2a），其中碳酸鹽組分和陸源碎屑組分雜亂混合在一起或以紋層的形式交替疊置[31，82，114?115]。而松遼盆地青山口組沉積時期形成的細(xì)粒沉積巖在巖石成分上碳酸鹽組分明顯較低，以石英、長石等長英質(zhì)組分和黏土組分為主[39，111?113]（圖2b），筆者通過對松遼盆地南部長嶺凹陷青山口組頁巖層系中碳酸鹽組分高值樣品點進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，碳酸鹽組分通常以方解石、白云石膠結(jié)物的形式呈薄膜狀或粒狀鑲嵌充填在石英、長石顆粒邊緣。此外也有部分學(xué)者認(rèn)為松遼盆地青山口組沉積時期碳酸鹽巖異常高值帶為介形蟲等生物滅絕形成[116]?？傮w來說，淡水湖盆主要發(fā)生機(jī)械沉積作用，以陸源碎屑成分為主，而咸化湖盆沉積作用更為復(fù)雜，除機(jī)械沉積外，化學(xué)及生物沉積作用產(chǎn)生的盆內(nèi)粒屑同樣參與細(xì)粒沉積巖的構(gòu)成。故筆者依據(jù)其巖石學(xué)特征將陸相湖盆細(xì)粒沉積巖進(jìn)一步細(xì)分為混合型細(xì)粒沉積巖（咸化—半咸化湖盆）和碎屑型細(xì)粒沉積巖（淡水湖盆）兩大類，分別對二者的分類方案進(jìn)行總結(jié)，以便更好地認(rèn)識不同類型細(xì)粒沉積體系中巖石成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等特征。

1.1 混合型細(xì)粒沉積巖的特征與分類

在咸化—半咸化湖盆中[117?118]，當(dāng)陸源供應(yīng)、盆地內(nèi)生物化學(xué)反應(yīng)與火山活動達(dá)到一定平衡時[119]，長英質(zhì)碎屑組分、火山碎屑組分以及碳酸鹽巖組分會共存并形成一個連續(xù)的統(tǒng)一體[120]，此類由于混合沉積作用形成的巖石可稱作混合型細(xì)粒沉積巖?！盎旌铣练e”的概念最早由Mount[121]在1984年提出，90年代引入中國后取得了一系列的成果[101?103，122?124]。混合沉積形成的巖石類型豐富，陸源碎屑組分與火山碎屑、碳酸鹽等其他組分在微觀結(jié)構(gòu)上混合構(gòu)成的狹義混積巖[123?124]，和碎屑巖與碳酸鹽巖、火山巖等其他同期異相巖體在空間上橫向相變，縱向互層或無規(guī)律零星交叉、夾層等層系上的混合形成的宏觀廣義混積巖[103]均屬于混合沉積巖的范疇[101?102]。我國渤海灣盆地東營凹陷、濟(jì)陽凹陷、滄東凹陷、歧口凹陷的沙河街組、孔店組等[78，125]，四川盆地下侏羅統(tǒng)[78，90，126?128]、龍馬溪組[129?130]，準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組[131?132]，柴達(dá)木盆地克魯克組、干柴溝組[133?135]，三塘湖盆地條湖組、蘆草溝組等[136]，廣泛發(fā)育混合細(xì)粒沉積巖。

最初進(jìn)行混合型細(xì)粒沉積巖分類時，僅簡單地根據(jù)其巖石學(xué)特征，頁理發(fā)育程度以及有機(jī)質(zhì)豐度將其簡單命名為頁巖、泥巖、油頁巖等，但由于此類方案過于簡單，單一巖石類型中往往包含大量信息而被快速摒棄。目前基于巖相對細(xì)粒沉積巖進(jìn)行分類和定名已經(jīng)在國內(nèi)外形成共識[137?140]，巖相由于包含能夠反映沉積環(huán)境變化的巖石學(xué)以及構(gòu)造特征參數(shù)，可以有效地幫助我們恢復(fù)不同盆地的沉積過程以及地質(zhì)條件。

目前常用的巖相分類指標(biāo)主要包括細(xì)粒沉積巖的礦物成分、沉積構(gòu)造以及有機(jī)質(zhì)豐度等。與前兩者具有一定的通用性不同，在非常規(guī)油氣勘探開發(fā)領(lǐng)域的研究學(xué)者更傾向于將能夠表征細(xì)粒沉積巖生烴能力及含油氣性的有機(jī)質(zhì)納入評價指標(biāo)中來[7，125，140?142]，考慮到不同巖相類型細(xì)粒沉積巖有機(jī)質(zhì)含量及賦存狀態(tài)不同，采用總有機(jī)碳含量（TOC）作為評價其有機(jī)質(zhì)富集程度的參數(shù)，我國通常以2%和4%為界，將混合型細(xì)粒沉積巖劃分為富有機(jī)質(zhì)、中有機(jī)質(zhì)和貧有機(jī)質(zhì)三種[23?25]。而沉積構(gòu)造參數(shù)的使用上，成層性是細(xì)粒沉積巖最顯著的特征之一[65]，但目前有關(guān)層理的研究多集中在層理的成分、形態(tài)、連續(xù)性以及組合特征上[19，109，143]，針對層理規(guī)模的劃分標(biāo)準(zhǔn)少有筆墨，本文綜合不同學(xué)者進(jìn)行巖相分類時采用的層理規(guī)模參數(shù)對層理規(guī)模以及名稱進(jìn)行了總結(jié)。與常規(guī)巖石的宏觀塊狀（>1 m）以及層狀構(gòu)造（根據(jù)規(guī)模進(jìn)一步細(xì)分0.5～1 m 為厚層、0.1～0.5 m 為中層、0.01～0.1 m 為薄層、小于0.01 m為頁狀層）不同，細(xì)粒沉積巖的“紋層”更傾向于是一個微觀結(jié)構(gòu)上的成因概念，宏觀為塊狀構(gòu)造的巖石內(nèi)部同樣可以存在紋層結(jié)構(gòu)[94]，細(xì)粒沉積巖中使用的“層理”規(guī)模由小到大可以分為紋層狀（小于1 mm，主要集中在0.01～0.5 mm）、層狀（1 mm～1 m）以及塊狀構(gòu)造（內(nèi)部均一，部分發(fā)育負(fù)荷構(gòu)造、液化砂脈、生物擾動等軟沉積變形構(gòu)造）[19，82，144?148]。然而，無論采取上述何種特征進(jìn)行修飾，在巖相分類中，細(xì)粒沉積巖的礦物成分一直是其中的關(guān)鍵[140，149?152]。通常采用三端元的巖石學(xué)分類方法，選取長英質(zhì)礦物、碳酸鹽礦物和黏土礦物作為三個端元確定細(xì)粒沉積巖的巖石主名，如常見的黏土巖、石灰?guī)r/白云巖、混合沉積巖等[90，131?132]。最終形成以有機(jī)質(zhì)含量+沉積構(gòu)造+巖石學(xué)主名的混合型細(xì)粒沉積巖巖相綜合命名方法[149?152]。此類基于物質(zhì)成分及特征描述的分類方法由于具有易于觀察描述，現(xiàn)場操作簡便的優(yōu)點[51]，目前大多采用此種分類手段。

然而，基于礦物成分的巖石學(xué)特征分類方案無可避免地存在一個問題，即相同的成分往往代表著不同的物質(zhì)來源以及成因過程[65，153]。隨著顯微觀測手段的不斷進(jìn)步，多數(shù)學(xué)者通過對礦物特征（粒度、晶體結(jié)構(gòu)等）以及賦存狀態(tài)（顆粒/膠結(jié)物）的顯微特征研究[127，154?156]，以及對礦物在沉積及成巖過程中的演變過程進(jìn)行了實驗室模擬[157]，在一定程度上恢復(fù)了細(xì)粒沉積巖中不同礦物的來源及形成機(jī)制。由此，基于礦物來源及成因的細(xì)粒沉積分類方法開始逐漸被大眾所接受。如王小軍等[158]基于顆粒粒度、成分、結(jié)構(gòu)，選取粒屑（代表砂屑、生屑等生物化學(xué)沉積作用的碳酸鹽組分），泥（碳酸鹽泥和陸源碎屑泥），粉砂（石英、長石巖屑等機(jī)械沉積的陸源碎屑組分）作為成因分類的三端元對混合型細(xì)粒沉積巖進(jìn)行劃分，同時增加鹽組分對巖石類型加以修飾，有效恢復(fù)陸相湖盆的咸化過程。但成因分類受到研究技術(shù)手段以及端元選取的限制，至今尚未形成統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。

無論采用何種分類方法，其最終劃分的巖石類型均具有相似的特征?；旌闲图?xì)粒沉積巖整體具有黏土礦物含量普遍較低，碳酸鹽礦物含量較高的特點，沉積構(gòu)造以紋層狀構(gòu)造為主，次為塊狀構(gòu)造，有機(jī)質(zhì)含量較高。本文采用以巖石學(xué)為基礎(chǔ)的巖相分類法進(jìn)行歸納，混合型細(xì)粒沉積巖中最常見的巖相類型為富有機(jī)質(zhì)層狀/紋層狀灰?guī)r相、富有機(jī)質(zhì)頁狀黏土巖相、中有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)混合沉積巖相、貧有機(jī)質(zhì)塊狀長英質(zhì)/黏土質(zhì)混合沉積巖相等[78，159?160]。其中富有機(jī)質(zhì)層狀/紋層狀灰?guī)r相以淺色碳酸鹽紋層與深色富有機(jī)質(zhì)黏土紋層互層為典型特征。淺色碳酸鹽紋層厚度大，出現(xiàn)頻率高，界限清晰，局部呈脈狀或不連續(xù)夾層狀；黏土紋層內(nèi)部可見石英顆粒半定向分布，指示牽引流搬運(yùn)特征；有機(jī)質(zhì)賦存方式以順層狀為主，兼有分散狀富集的特點，形成暗色的富有機(jī)質(zhì)層。富有機(jī)質(zhì)頁狀黏土巖相，也是我們最常見的“黑色頁巖”，頁理發(fā)育，硬度較小，巖心上多沿層理面破碎呈薄片狀，鏡下觀察石英顆粒順層性及定向性較差，以散亂分布的形式分布其中。中有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)細(xì)?；旌铣练e巖相是混合咸化湖盆中最為發(fā)育的一類巖相，由顏色較淺的碳酸鹽紋層、長英質(zhì)紋層與暗色有機(jī)質(zhì)含量較高的黏土質(zhì)紋層在垂向上頻繁疊置構(gòu)成，淺色紋層通常呈連續(xù)或不連續(xù)透鏡狀產(chǎn)出，有機(jī)質(zhì)以分散狀、斷續(xù)紋層狀及短線狀分布在巖石內(nèi)部[7]。除上述巖相類型外，還包括在物源強(qiáng)度較高或生物貧瘠的條件下形成的貧有機(jī)質(zhì)塊狀灰質(zhì)混合沉積巖相、層狀粉砂巖相等，通常不作為重點研究內(nèi)容。

1.2 碎屑型細(xì)粒沉積巖的特征與分類

碎屑型細(xì)粒沉積巖主要分布在我國松遼盆地的青山口組以及鄂爾多斯盆地的延長組中，與混合型細(xì)粒沉積巖不同的是，碎屑型細(xì)粒沉積巖所在的淡水湖盆陸源碎屑供應(yīng)能量較強(qiáng)，以陸源碎屑的機(jī)械沉積作用為主，少見盆內(nèi)自生的生物及化學(xué)沉淀物[45]。碎屑型細(xì)粒沉積巖分類中同樣將有機(jī)質(zhì)豐度[161?162]以及沉積構(gòu)造[111，163?166]作為分類標(biāo)準(zhǔn)之一，但在巖石學(xué)主名方面，由于碳酸鹽的賦存方式、分布及成因存在一定爭議，目前碎屑型細(xì)粒沉積巖巖石學(xué)命名主要存在兩種方案。

第一種“三端元”的巖石學(xué)分類方法，即參照混合型細(xì)粒巖分類方法，選擇黏土礦物、長英質(zhì)礦物，碳酸鹽礦物作為三端元[161?162]，將巖石類型分為黏土質(zhì)頁巖、長英質(zhì)頁/泥巖、（介殼）灰?guī)r、和混合質(zhì)頁巖等。其中塊狀長英質(zhì)泥巖多在淺湖水體動蕩的環(huán)境下快速沉積形成，有機(jī)質(zhì)含量低，孔隙條件及含油性較差，而紋層發(fā)育良好的紋層狀混合質(zhì)頁巖是頁巖油富集的有利巖相[39]。但隨著研究的不斷進(jìn)行，吳松濤[167]通過對松遼盆地古龍頁巖油富集部位與巖石類型進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)與其他盆地不同，松遼盆地黏土紋層與長英質(zhì)及鈣質(zhì)紋層相比油氣富集情況更好，對此類碎屑型細(xì)粒沉積巖分類是否需要如此繁瑣再次提出了質(zhì)疑。且松遼盆地發(fā)育以機(jī)械沉積作用為主的長英質(zhì)細(xì)粒沉積巖，具有高碳酸鹽含量的樣品個數(shù)較少且集中，多為介殼灰?guī)r呈夾層形式零星分布在細(xì)粒沉積的縱向序列之中[39，162]，更像是由于突發(fā)性事件導(dǎo)致水體生物繁盛后大批量死亡產(chǎn)生鈣質(zhì)骨骼富集從而引起的鈣質(zhì)組分增多，潘樹新等[116]也已經(jīng)證實松遼盆地青山口組存在多期由于介形蟲集群性死亡事件產(chǎn)生的介形蟲層，并認(rèn)為基準(zhǔn)面的周期性下降造成水體變淺、礦化度增高以及陸源碎屑輸入量增高都會導(dǎo)致局部鈣質(zhì)骨骼富集?？傮w上看，松遼盆地細(xì)粒沉積以粉砂和黏土交替出現(xiàn)為主，碳酸鹽含量較低，通常作為膠結(jié)物或夾層形式存在。因此，筆者更傾向于第二種碎屑型細(xì)粒沉積巖巖石學(xué)分類方案。

第二種劃分方案不再拘泥于巖石成分，而是將碎屑巖粒度作為確定巖石主名的標(biāo)準(zhǔn)，首先利用宏觀構(gòu)造特征將其分為頁理（單層厚度小于0.01 m）發(fā)育的“頁巖”以及塊狀構(gòu)造的“泥巖”[10，165?166]，隨后結(jié)合粒度特征將其分為泥巖/頁巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)頁巖[164，168]。并針對其中含油氣性較好的頁巖，根據(jù)其內(nèi)部紋層的產(chǎn)狀以及連續(xù)性[169?170]將頁巖相進(jìn)一步細(xì)分為波狀紋層頁巖，水平紋層狀頁巖，透鏡紋層狀頁巖，（均質(zhì)）頁巖等。整體來說，與混合型細(xì)粒沉積巖相比，碎屑型細(xì)粒沉積的巖石類型簡單，巖石分類方案單一，以粒級、沉積構(gòu)造作為分類依據(jù)，結(jié)合有機(jī)質(zhì)含量將其劃分為“貧、中、富有機(jī)質(zhì)的泥巖或頁巖”，更有利于后續(xù)研究工作的開展。

碎屑型細(xì)粒沉積巖中泥巖與頁巖在空間上互補(bǔ)交替出現(xiàn)[169?170]，其中泥巖顏色變化范圍較大，石英、長石等長英質(zhì)礦物含量較高且呈紋層、脈狀分布其中，取心過程中不易破碎，單層厚度較大，塊狀泥巖內(nèi)部槽模、溝模、火焰構(gòu)造等變形構(gòu)造發(fā)育[111，165，169]，指示高能環(huán)境中的快速沉積過程，推測此類泥巖形成于水體動蕩，含氧量高，物源碎屑供給豐富的環(huán)境，不利于有機(jī)質(zhì)的生成和保存，故有機(jī)質(zhì)豐度較低[171]；而頁巖的黏土礦物含量更高，顏色更深，以黑色、黑褐色為主，頁理發(fā)育，取心時易沿層理面發(fā)生破碎，存在少量生物碎屑，指示陸源碎屑供給不足，沉積速率低，有機(jī)質(zhì)富集，是碎屑型細(xì)粒沉積巖開發(fā)的有利巖相[34，172]。

對不同細(xì)粒沉積體系分類方案總結(jié)（表1）發(fā)現(xiàn)，無論是哪種類型的細(xì)粒沉積體系，何種巖相分類方案，其目的都是為了結(jié)合區(qū)域沉積構(gòu)造背景，通過對不同巖石類型組合、不同沉積構(gòu)造特征的樣品進(jìn)行環(huán)境特征恢復(fù)乃至成因過程的耦合，建立具有代表性的細(xì)粒沉積模式，以指導(dǎo)非常規(guī)油氣的勘探與開發(fā)。但由于細(xì)粒沉積過程的復(fù)雜性和多解性，我們很難找到某個或某幾個泛用性極高的巖相類型表征其形成環(huán)境及成因過程，目前通常采用模擬細(xì)粒沉積巖的特殊構(gòu)造，尤其是“紋層”形成過程的方法，近似恢復(fù)其形成時期的流體特征及搬運(yùn)—沉積的動力學(xué)機(jī)制。

2 陸相細(xì)粒沉積巖成因機(jī)理

Selvaraj et al.[173]通過對我國東南部湖泊沉積巖心的沉積學(xué)、物理學(xué)、地球化學(xué)分析，證實湖泊中細(xì)粒沉積物組分構(gòu)成顯示出多種搬運(yùn)—沉積特征，揭示了細(xì)粒沉積過程的復(fù)雜性。本文總結(jié)了有關(guān)細(xì)粒沉積巖中最為常見的黏土質(zhì)、長英質(zhì)、灰質(zhì)/白云質(zhì)細(xì)粒沉積巖形成以及有機(jī)質(zhì)賦存過程的相關(guān)成果，旨在加深細(xì)粒沉積巖成因機(jī)理的相關(guān)認(rèn)識。

2.1 黏土質(zhì)細(xì)粒沉積巖形成機(jī)理

黏土是細(xì)粒沉積巖中最常見的組分，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[6，174?175]。Curran et al.[176]通過對美國鰻魚河入海泥漿粒度及成分的測量，證實絮狀物是細(xì)黏土顆粒物質(zhì)發(fā)生沉積時最主要的形態(tài)，且絮凝體的尺寸與泥漿濃度、流體流量、動能、距離河口遠(yuǎn)近、風(fēng)速、波高等環(huán)境常量無關(guān)，這是因為絮凝是黏性顆粒物質(zhì)本身固有的屬性。細(xì)顆粒泥沙在水中呈懸浮狀態(tài)時，由于表面物理化學(xué)作用而帶有一定符號的電荷，吸引周圍的異號離子及水分子緊密圍繞在其周圍并形成吸附水膜。當(dāng)同樣帶有吸附水膜的兩顆粒相互靠近時就會形成公共的擴(kuò)散層即反離子層，使他們緊緊地結(jié)合成絮團(tuán)，擴(kuò)散層越薄，吸附能力越強(qiáng)，絮團(tuán)尺寸越大[173]。上述由于細(xì)顆粒表面物化作用產(chǎn)生吸附力形成的聚集往往被稱為“ 鹽絮凝”[177?178]，而由真菌、細(xì)菌和浮游生物排泄的產(chǎn)生的黏性胞外聚合物物質(zhì)（EPS）使細(xì)顆粒發(fā)生聚集的過程則被稱為“生物絮凝”[179?181]，二者可能同時存在，并相互促進(jìn)，但生物絮凝作用始終占據(jù)主導(dǎo)地位[181]。綜上所述，細(xì)粒物質(zhì)形成的絮凝體大小只與顆粒表面的物理化學(xué)作用強(qiáng)度以及生物作用的強(qiáng)弱有關(guān)[182]，但總覽目前細(xì)粒沉積過程模擬實驗，雖然明確了生物黏聚力對于細(xì)粒沉積形態(tài)存在影響[180?182]，但仍然未找到合適的表征參數(shù)將生物作用納入細(xì)粒沉積成因過程模擬[183?184]，導(dǎo)致模擬的結(jié)果與自然界存在一定偏差。

當(dāng)黏土以絮凝體形式發(fā)生沉積時，主要存在兩種方式，其一為懸浮沉降模式[185?186]。Kranck et al.[185]通過將實驗室構(gòu)建的重力沉降物理模型與現(xiàn)實中不同地理環(huán)境細(xì)粒沉積物質(zhì)粒度圖譜進(jìn)行比對，證實細(xì)粒沉積體系中存在“一次”懸浮沉降形成的黏土物質(zhì)，此類黏土沉積不經(jīng)過后期搬運(yùn)、改造，只與自身粒徑、形態(tài)與水動力強(qiáng)度有關(guān)。陸相湖盆中該過程主要發(fā)生在湖泊中心靜水區(qū)[187?191]，形成無特殊紋層構(gòu)造的塊狀泥巖。此外由河流、風(fēng)力及大氣粉塵、氣溶膠帶來的細(xì)粒物質(zhì)通過環(huán)流和混合擴(kuò)散的方式以懸移質(zhì)遷移至湖盆中心[185，189?190]，過程中較粗的顆粒由于水體流速降低不斷從溫躍層中沉降形成長英質(zhì)紋層，而較細(xì)的黏土及有機(jī)質(zhì)則以彌散懸浮狀態(tài)集中在溫躍層內(nèi)，后期由于氣候[192?193]、溫度[194]、鹽度[195?196]、生物作用強(qiáng)度[197]變化使得溫躍層消失，平衡狀態(tài)破壞，懸浮物靜沉降通量增大，并在水體分層的條件下被保存，最終形成與季節(jié)和氣候相關(guān)的紋層狀或?qū)訝钅鄮r[188，198?199]。

隨著細(xì)粒沉積相關(guān)水槽實驗及現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)分析研究的不斷深入，由于黏性細(xì)顆粒物質(zhì)組成的絮凝體在搬運(yùn)及沉積過程中可以表現(xiàn)出與粗粒碎屑等效的非黏性特征[200]，絮凝體沉積存在第二種方式，即“平流運(yùn)輸”模式[200?202]，該模式下通常形成紋層狀頁巖。Schieber et al.[201]通過模擬不同類型黏土顆粒在不同水體鹽度、沉積物濃度及流速下混合泥漿中的搬運(yùn)沉積過程時，發(fā)現(xiàn)絮狀體豐度會隨著流速的降低不斷增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界沉積速度后，絮狀體會形成流線型波紋并不斷向下游移動（圖3）。該臨界速度與初始沉積物濃度有關(guān)，沉積物的臨界速度在濃度較低時最低至10 m/s，而當(dāng)沉積物濃度升高至1～2 g/L 時，該臨界速度可上升至26 m/s，該速度區(qū)間內(nèi)，黏土物質(zhì)均可以形成絮狀波紋發(fā)生遷移而不被破壞，打破了黏土物質(zhì)只能在低能靜水條件下沉積的局限性。此類絮狀波紋通過朵葉體不斷崩塌前積向下游移動，內(nèi)部存在低角度傾斜紋層，但由于其在底面流動時存在30～40 cm的間距，沉積后一旦被完全壓實，波紋內(nèi)部傾斜薄層將不可識別，最終形成平行的黏土質(zhì)紋層[201?202]。

2.2 長英質(zhì)細(xì)粒沉積巖形成機(jī)理

陸相湖盆中長英質(zhì)沉積物多指陸源碎屑組分，主要發(fā)生機(jī)械沉積作用，為典型的非黏性顆粒，沉積過程滿足斯托克定律[110]。當(dāng)長英質(zhì)碎屑由陸源河流搬運(yùn)進(jìn)入湖盆時，受到重力、浮力、底床剪切引起的拖曳力、上舉力的共同作用，當(dāng)負(fù)載其的水動力減弱，顆粒運(yùn)動速度降低，重力逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，長英質(zhì)沉積物在近岸處發(fā)生機(jī)械分異并沉降形成塊狀具有波狀層理或低角度交錯層理的粉砂巖及長英質(zhì)泥巖，向湖盆中心水動力逐漸減弱，粒度減小直至過渡為泥巖沉積[203]。而在湖盆細(xì)粒沉積巖的實際分布中不難發(fā)現(xiàn)，湖盆內(nèi)部甚至中心處同樣存在代表快速沉積、較高能水流層理的塊狀、層狀甚至紋層狀長英質(zhì)泥巖相[196，204?205]，證明除上述機(jī)理外，存在其他的動力學(xué)機(jī)制，將長英質(zhì)礦物長距離搬運(yùn)至湖盆深處沉積。

現(xiàn)代沉積及古代沉積地層均可證實粉砂級的長英質(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)，并作為推移質(zhì)與黏土絮凝體一起在湖底發(fā)生長距離運(yùn)輸，沉降形成層狀、紋層狀粉砂質(zhì)泥巖[197，203?204]。能夠使沉積物發(fā)生長距離運(yùn)輸?shù)牧黧w包括但不僅限于洪水成因異輕流、異重流[66，175，206]、濁流[207?209]的長距離搬運(yùn)和風(fēng)力驅(qū)動環(huán)流形成絮凝羽狀流[83，210]等。早在2002年，Curran et al.[176]便證實黏土絮凝體與非黏性粗長英質(zhì)顆粒是河水密度羽流的重要組成部分，并在密度羽流向湖盆中心運(yùn)移時，風(fēng)力驅(qū)動的上升流和環(huán)流會為細(xì)粒沉積碎屑物質(zhì)進(jìn)行二次補(bǔ)給，且粗粒成分在斜坡處略有增加，證實高密度流如濁流、風(fēng)驅(qū)底流同樣會對細(xì)粒沉積產(chǎn)生影響。異重流、濁流、碎屑流等不同形式底流主要通過牽引作用搬運(yùn)碎屑物質(zhì)，既可以單獨(dú)對細(xì)粒沉積作用，也可以交互共同作用于湖盆深水細(xì)粒沉積體系，形成丘狀層理、脈狀層理、粒序?qū)永淼忍厥獬练e構(gòu)造特征[91，205，211?217]。陳世悅等[91]通過小尺度巖心、微觀結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)位于洼陷中部的樊頁1井廣泛發(fā)育砂質(zhì)團(tuán)塊及不同類型紋層互層的特征，內(nèi)部脈狀、水平、波狀、透鏡狀層理等典型的牽引流成因構(gòu)造發(fā)育。并在北部陡坡深水區(qū)對應(yīng)巖心上找到了與激發(fā)型重力流對應(yīng)的揉皺、變形和滑動面構(gòu)造，以及代表濁流的粒序?qū)永頋岱e巖，證實渤海灣盆地東營凹陷沙河街組細(xì)粒沉積為重力流與濁流共同作用的結(jié)果。潘樹新等[205]利用松遼盆地的巖心及青海湖衛(wèi)星照片資料，對湖盆深水區(qū)底流改造沉積物特征、識別標(biāo)志、分布特征進(jìn)行了分析，識別出湖盆中心存在重力塊體流、濁流、風(fēng)驅(qū)底流改造沉積，并認(rèn)為風(fēng)驅(qū)底流是形成深水細(xì)粒沉積的主要成因。筆者在松遼盆地長嶺凹陷同樣發(fā)現(xiàn)了具有牽引流特征的細(xì)粒沉積物證實了這一說法（圖4）。

通過上述流體搬運(yùn)最終形成粉砂紋層的過程是復(fù)雜的，絮凝體的內(nèi)部并非由純黏土物質(zhì)構(gòu)成，而是由底部邊界沉積層中湍流懸浮的所有顆粒組分共同構(gòu)成的，這其中既包含較粗的長英質(zhì)碎屑又包含較細(xì)的黏土質(zhì)碎屑[218]。由于絮凝體可以在搬運(yùn)過程中呈現(xiàn)與長英質(zhì)沉積物相似的非黏性特征，故二者共同在流體中被搬運(yùn)時，在相對較高的區(qū)域，由于水體能量周期性變化發(fā)生機(jī)械分異作用，形成層狀或塊狀的粉砂巖及粉砂質(zhì)泥巖，黏土紋層以夾層的形式分布其中[201，219]。而隨著水體不斷向湖盆中心遷移，流速逐漸下降至25 cm/s時，粗粒的長英質(zhì)沉積物基本沉積完畢，絮凝體構(gòu)成主要的推移質(zhì)載荷，穩(wěn)定沉降至湖底，并在底面翻滾和彈跳，絮凝體發(fā)生破壞，內(nèi)部粗顆粒被釋放，粉砂和黏土顆粒分離，分別形成粉砂質(zhì)波紋和泥質(zhì)波紋，同一時間內(nèi)在湖底發(fā)生遷移，并在尾部形成薄薄的沉積層[201?202，220?222]。大量波紋隨著時間的推移不斷在湖底移動，形成隨機(jī)分布的粉砂及泥質(zhì)紋層，但若想持續(xù)形成此類互層結(jié)構(gòu)，需要存在持續(xù)穩(wěn)定的沉積物供應(yīng)，并使粉砂及泥質(zhì)波紋保持該狀態(tài)在底床發(fā)生長距離遷移。因此，在巖心上往往看不到大段完整泥質(zhì)及粉砂紋層互層結(jié)構(gòu)，而是顯示如圖4a中由于物源供給不充分導(dǎo)致的微細(xì)紋層、不連續(xù)紋層甚至透鏡體等沉積構(gòu)造特征（圖5）。除此之外，近岸處未完全固結(jié)的粉砂級碎屑被剝蝕并發(fā)生二次搬運(yùn)至湖盆中心，與上述飽含水的黏土絮團(tuán)共同沉降至湖底，在上覆埋深作用下發(fā)生差異壓實作用同樣可以形成粉砂質(zhì)透鏡體[221?222]。

2.3 鈣質(zhì)細(xì)粒沉積巖形成機(jī)理

鈣質(zhì)（碳酸鹽）混合細(xì)粒沉積沉積巖常見于咸水—半咸水的混合沉積體系[223]。過去碳酸鹽組分往往代表低能的沉積環(huán)境[224?225]，春秋兩季富含碳酸鈣的底層水體由于溫躍層的消失，發(fā)生循環(huán)進(jìn)入表層水，并在冬夏水體分層時期由于水體鹽度不斷增大，在表層形成細(xì)粒方解石并發(fā)生沉淀形成碳酸鹽紋層[78，224]。

此外，部分學(xué)者認(rèn)為碳酸鹽沉積物與黏土物質(zhì)顆粒類似，可以通過絮凝體發(fā)生沉積[224，226]。Schieberet al.[227]對碳酸鹽的絮凝沉積進(jìn)行了補(bǔ)充實驗，通過觀察從自然界中收集的含碳酸鹽泥漿在水槽中的沉積過程，建立了不同流速及床面剪切應(yīng)力下泥漿遷移形態(tài)。如圖6所示，首先明確粒徑大于50 μm的顆粒為絮狀體，可以觀察到在水流速度以及剪切應(yīng)力逐漸增大的過程中，顆粒構(gòu)成中絮凝體比例隨流速提升逐漸降低，非黏性“粗”顆粒占比逐漸升高，最終作為主要的推移質(zhì)進(jìn)行移動并形成橢圓狀粗粒波紋；與之相反的是，當(dāng)水流速度下降時，由于絮凝體在砂紋中所占比例增加，波紋形態(tài)也發(fā)生變化，尾部伸長合并，黏性特征越來越明顯。甚至當(dāng)流速低于15 m/s以下時，粗粒非黏性顆粒徹底消失，僅保留由絮凝體形成的波紋尾部前后相連形成的寬闊帶狀體。在實驗觀察過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)流速達(dá)到28 m/s，剪切應(yīng)力達(dá)到0.25 Pa時，絮狀體強(qiáng)度能夠克服剪切應(yīng)力保持穩(wěn)定，砂礫大小的絮狀顆粒和非黏性的顆粒將同時作為推移質(zhì)向前移動，逐漸向前垮塌使尾部堆積伸長，形成凹凸不平的床形，該底床載荷由富含粉砂及碳酸鹽絮凝體的薄層組成，經(jīng)后期壓實后形成長英質(zhì)及灰質(zhì)紋層互層現(xiàn)象。該實驗有效證實碳酸鹽絮凝作用的存在，并豐富了灰質(zhì)/長英質(zhì)混合沉積巖的成因機(jī)理，即除沉積供應(yīng)能量及水體性質(zhì)的變化導(dǎo)致間歇性沉積作用和后期改造形成的異期紋層外[78]，底流攜帶載荷類型變化同樣可以形成由碳酸鹽及長英質(zhì)沉積物構(gòu)成的同期紋層[226]。

2.4 有機(jī)質(zhì)富集機(jī)理

細(xì)粒沉積巖中的有機(jī)質(zhì)存在分散狀及層狀兩種富集形式[113，166]，富集程度受原始生產(chǎn)力和同沉積期及后期保存條件的雙重控制[225，228?229]。Tyson[228]通過對現(xiàn)代沉積中的沉積速率與有機(jī)碳含量的多元回歸分析擬合得出沉積速率與有機(jī)質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，同時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水中溶解氧量小于4 mL/L時，有機(jī)質(zhì)富集總量是富氧條件下的2.5～4倍，證實貧氧、低沉積速率是確保有機(jī)物堆積不被稀釋的關(guān)鍵。各大盆地?zé)N源巖層系中廣泛發(fā)育的黃鐵礦[230?231]也為該理論提供支撐，黃鐵礦粒徑越小，證實沉積時期水體含氧量越低，越有利于有機(jī)質(zhì)的保存[232?234]。

除上述保存條件外，由于水體咸度變化[166]和火山、熱液活動及[235?238]盆外火山物質(zhì)注入都[94，239]會造成有機(jī)物的生產(chǎn)能力提高，從而引起有機(jī)質(zhì)的富集。如趙文智等[165]通過對鄂爾多斯衣食村剖面的沉積物及有機(jī)質(zhì)含量測算，發(fā)現(xiàn)當(dāng)水體鹽度從1%增加到3%時，有機(jī)質(zhì)捕獲效率提高300%；當(dāng)沉積物濃度從2% 上升至4% 時，有機(jī)質(zhì)捕獲效率提高100%，證實適當(dāng)?shù)南袒h(huán)境可以有效促進(jìn)有機(jī)質(zhì)絮凝從而提高有機(jī)質(zhì)捕獲效率，更有利于有機(jī)質(zhì)的富集[166，240?242]。另一方面，早在1985年Zimmerle[243]通過對世界廣泛分布頁巖層系的橫向?qū)Ρ?，發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)富集帶中往往含有大量的火山物質(zhì)，證實火山活動可以有效提高生物生產(chǎn)力，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的富集。這是由于火山活動時，深層熱液注入以及火山灰沉落都會為藻類勃發(fā)提供充分的營養(yǎng)物質(zhì)，有效提高有機(jī)質(zhì)原始生產(chǎn)力[85，236?237，242?246]，最終形成富含有機(jī)質(zhì)的紋層狀及透鏡狀頁巖，其中透鏡狀頁巖是由于與火山活動相伴生的強(qiáng)烈構(gòu)造作用引起底流的二次改造，在差異壓實作用下形成粉砂或生物顆粒的透鏡體[94，246]。

3 陸相湖盆細(xì)粒沉積模式

如何表征不同類型細(xì)粒沉積巖的宏觀分布規(guī)律及影響因素，刻畫不同沉積組分的成因機(jī)理及控制因素，將細(xì)粒沉積體系納入現(xiàn)有的宏觀大尺度沉積體系是建立陸相湖盆細(xì)粒沉積模式需要解決的主要問題[246?250]。針對上述問題，目前有關(guān)細(xì)粒沉積模式建立主要可以分為三個主要方向：1）指向油氣分布評價的“細(xì)粒沉積有機(jī)質(zhì)富集模式”[1，38，161，251?256]；2）指向湖盆古環(huán)境重建的以不同巖石類型空間分布規(guī)律為核心的“細(xì)粒沉積巖相分布模式”[111，160?161，163，166，168]；3）指向以建立與常規(guī)體系統(tǒng)一的“源—匯”系統(tǒng)為目的，以形成過程、機(jī)制響應(yīng)恢復(fù)為核心的“細(xì)粒沉積成因模式”[31，82，92，257?258]。三種方向側(cè)重點不同，在進(jìn)行陸相湖盆細(xì)粒沉積模式研究時，需要明確研究方向，選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行細(xì)粒沉積模式的構(gòu)建。

郭英海等[251]基于文獻(xiàn)計量學(xué)對近年來細(xì)粒沉積研究動態(tài)分析時發(fā)現(xiàn)，無論是細(xì)粒沉積巖分類相關(guān)的成分、成因以及結(jié)構(gòu)研究，還是作為源—儲一體的非常規(guī)油氣載體的生烴能力以及含油氣性能研究，其最終目的都是為了指導(dǎo)非常規(guī)油氣地質(zhì)勘探與選區(qū)評價。國內(nèi)外學(xué)者針對具有良好開發(fā)潛力的富有機(jī)質(zhì)頁巖，構(gòu)建了一系列以有機(jī)質(zhì)富集為核心的沉積模式[1，38，161，252?256]，概括起來主要包括水體分層模式，湖侵模式和門檻模式三種[38]。第一種湖侵模式（圖7a）[125，161，252?254]通常與層序地層學(xué)中基準(zhǔn)面旋回聯(lián)系在一起，是由于相對湖平面上升，氧氣無法到達(dá)湖底，在深水區(qū)形成大面積缺氧環(huán)境，從而使有機(jī)質(zhì)富集形成黑色頁巖。然而仍有部分學(xué)者認(rèn)為僅靠湖平面的快速上升無法有效的使沉積物聚集[161，255]，如王嵐等[161]在對青山口組的沉積環(huán)境參數(shù)測算中發(fā)現(xiàn)，代表湖泊鹽度的Sr/Ba值在青一段初期部分樣品點中大于3.3，指示鹽度在淡水及咸水之間變化，推測青一段存在間歇性海侵作用。以潘樹新等[116]為代表的一些學(xué)者認(rèn)為松遼盆地缺乏海相地層沉積特征，且古生物學(xué)、礦物學(xué)、地球化學(xué)等資料均不能提供海水入侵的可靠證據(jù)，是否存在海侵仍需要進(jìn)一步的驗證。第二種的水體分層模式[256，259?262]是指在溫度、鹽度或生物活動強(qiáng)度等差異作用下，匯水盆地中由于水體溫度不同而形成縱向密度分層，表層水體與底層水體不發(fā)生物質(zhì)交換，底層水體含氧量驟減，形成適合有機(jī)質(zhì)富集的貧氧環(huán)境。生物在底層水體中難以存活，有利于有機(jī)質(zhì)的保存，可以說水體分層是絕大多數(shù)富有機(jī)質(zhì)細(xì)粒沉積巖形成的前提條件[262]。第三種門檻沉積模式[38]可以分為高門檻和低門檻兩種，“高門檻模式”（圖7b，c）與第二種水體分層模式類似，指湖盆一側(cè)存在由退覆體或斷層巖體造成遮擋，外源水體無法影響湖盆深部水體而造成水體分層現(xiàn)象，使得底部水體呈有利于有機(jī)質(zhì)富集的貧氧、還原條件。而“低門檻模式”則不再具有水體分層特征，是在水體較淺的情況下，由于生物分解過程中將水體氧氣大量消耗，使得整個水體呈還原環(huán)境，形成以高等植物為主要有機(jī)質(zhì)類型的煤系泥頁巖沉積。此類沉積模式可以有效評價盆地含油氣性，但由于缺少空間上巖相或沉積相的約束，始終無法精準(zhǔn)確定富有機(jī)質(zhì)細(xì)粒沉積巖特征及其分布規(guī)律，且由于不同類型細(xì)粒沉積巖的脆性、各向異性等工程特征差異巨大，在一定程度上制約了非常規(guī)油氣的開采效率。

為了更好地了解不同巖相類型細(xì)粒沉積巖的空間分布規(guī)律，部分學(xué)者提出了基于巖相—沉積環(huán)境耦合的細(xì)粒沉積模式構(gòu)建方法[113，160?161，168]，即利用不同沉積環(huán)境參數(shù)特征恢復(fù)細(xì)粒沉積巖石類型在平面及縱向的變化規(guī)律，建立不同巖相的空間展布樣式。該類型在混合型細(xì)粒沉積巖中更為常見，如杜學(xué)斌等[160]將東營凹陷分為了陡坡帶、湖心區(qū)、緩坡帶和臺地礁灘，不同巖相類型的細(xì)粒沉積巖在平面上呈環(huán)帶分布。其中盆地緩坡邊緣蒸發(fā)作用較強(qiáng)烈，常見碳酸鹽沉積，向湖依次發(fā)育緩坡混合帶（包括灰—泥二元混積外帶、砂—灰—泥三元混積內(nèi)帶）的層狀或塊狀混積巖相，湖心處陸源碎屑較少，以紋層狀的灰—泥混積巖相為主。而陸源輸入占主導(dǎo)的陡坡區(qū)，以機(jī)械沉積作用為主，近岸處能量較高，主要發(fā)育塊狀粉砂質(zhì)泥巖相，近湖一側(cè)黏土礦物成分增多呈現(xiàn)砂—灰—泥三元混合沉積特征，發(fā)育層狀粉砂質(zhì)及灰質(zhì)混積巖相，局部可見塊狀變形構(gòu)造（圖8）。陸源碎屑湖盆同樣可以采用此種方案[113，163，166，168]，即淺水近岸斜坡處以粉砂質(zhì)泥巖和暗色泥巖組合為主，深湖則多見暗色富有機(jī)質(zhì)頁巖，泥巖與頁巖的分布范圍基本不重合，平面上呈互補(bǔ)式分布[113，166]。而垂向上，巖相類型及組合方式主要受沉積環(huán)境的演化過程控制[163，168]，若湖盆水體萎縮變淺，湖盆逐漸充填，湖相細(xì)粒沉積巖中粉砂紋層出現(xiàn)頻率逐漸升高，巖相組合將呈現(xiàn)由富有機(jī)質(zhì)頁巖巖相向暗色泥巖巖相、粉砂質(zhì)泥巖巖相，甚至是粉砂巖巖相過渡的特征[168]。此類巖相—環(huán)境耦合的沉積模式可以有效指示不同類型巖相的空間分布范圍對非常規(guī)油氣勘探具有重要的指導(dǎo)作用，但由于盆地地質(zhì)條件的差異，此類沉積模式具有極強(qiáng)的區(qū)域性，難以進(jìn)行推廣和類比。

因此，為建立宏觀統(tǒng)一的“源—匯”系統(tǒng)，將細(xì)粒沉積與常規(guī)沉積體系有機(jī)融合。部分學(xué)者嘗試將成因機(jī)制引入細(xì)粒沉積模式，恢復(fù)湖盆內(nèi)不同位置的沉積作用類型、過程機(jī)理，構(gòu)建不同成因類型巖相空間分布模式[31，82，92，257?258]。其中海相細(xì)粒沉積巖率先采用此種方案[92，257?258]，Plint et al.[92]通過恢復(fù)泥漿在陸架上的輸送過程及其對古環(huán)境及地層層序的響應(yīng)，構(gòu)建了加拿大西部前陸盆地陸架海侵—高位域和海退—低位域兩種細(xì)粒沉積模式。其中的海侵模式與陸相湖盆湖侵作用形成的碎屑型細(xì)粒沉積特征類似[263]，洪水期陸源注入的碎屑物質(zhì)進(jìn)入湖盆后形成半固結(jié)的泥床，并在后期風(fēng)暴及波浪的作用下被反復(fù)改造再次懸浮后，經(jīng)混合流搬運(yùn)沿湖底運(yùn)輸，與經(jīng)懸浮羽流搬運(yùn)，由枯水期河流、風(fēng)浪作用搬運(yùn)而來的沉積物一道進(jìn)入湖盆中心并發(fā)生沉積（圖9b）。然而，咸化湖盆沉積作用更為復(fù)雜[82，264]，如劉惠民等[82]在對東營凹陷沙四上亞段細(xì)粒混積巖組構(gòu)與沉積環(huán)境分析后認(rèn)為，該時期具有斷陷特征，存在緩坡以及陡坡兩個截然不同的沉積環(huán)境，湖盆中心位于近陡坡一側(cè)；上述不同的環(huán)境中的水體特征以及發(fā)生的主要沉積作用類型與盆地內(nèi)細(xì)粒沉積的巖石組分、有機(jī)質(zhì)豐度、沉積構(gòu)造存在良好的耦合關(guān)系，因此將東營凹陷沙四上亞段細(xì)粒沉積體系進(jìn)行淺湖—半深湖—深湖的成因空間分區(qū)。淺湖區(qū)陸源碎屑物源供給充分，黏土絮團(tuán)與長英、長石構(gòu)成的粗顆粒在進(jìn)入湖盆后發(fā)生機(jī)械分異作用，粗顆粒物質(zhì)不斷沉降，部分黏土絮團(tuán)仍以層間流形式向湖盆中心繼續(xù)遷移，隨著水體能量逐漸下降，最終以機(jī)械作用的形式沉降下來，在淺湖區(qū)粗碎屑邊緣形成帶狀分布的層狀砂/灰質(zhì)泥巖相；半深湖區(qū)水體安靜、清澈，陽光充足，由于淺湖區(qū)和深湖區(qū)（季節(jié)性水體交換）帶來的大量營養(yǎng)物質(zhì)，生物通常呈季節(jié)性爆發(fā)生長，以生物化學(xué)作用為主，碳酸鹽類礦物明顯富集；深湖區(qū)由于靠近陡坡帶，水動力強(qiáng)，負(fù)載量大，且存在不同方向不同性質(zhì)的水體混合，局部發(fā)育快速堆積形成塊狀或?qū)訝睿ㄉ百|(zhì)）泥巖相，湖盆中心靜水區(qū)則多以黏土與藻類的懸浮沉降作用為主，形成具有黏土—有機(jī)質(zhì)紋層的紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r或灰質(zhì)泥巖相（圖9a）。值得注意的是，此類成因分類方案中，依然采用細(xì)粒沉積的巖石學(xué)類型分布作為耦合標(biāo)準(zhǔn)[31，82]，與細(xì)粒沉積的成因分類方案結(jié)合并不緊密。

4 陸相細(xì)粒沉積巖研究發(fā)展趨勢

目前有關(guān)陸相湖盆細(xì)粒沉積巖分類、成因及沉積模式的研究仍然存在以下問題。

（1） 有關(guān)陸相細(xì)粒沉積的分類方案眾多，但受微觀尺度下細(xì)粒沉積巖中不同成因礦物特征識別的限制，仍然以描述性的分類為主。截至目前，已有無數(shù)的研究證實細(xì)粒沉積的過程可以與層序地層學(xué)[264?267]以及源—匯系統(tǒng)理論[268?269]相結(jié)合，跨學(xué)科的細(xì)粒沉積研究可以更加有效地預(yù)測細(xì)粒沉積巖巖石類型以及空間組合模式。這就要求我們必須加強(qiáng)關(guān)于細(xì)粒沉積巖微觀巖石學(xué)、礦物學(xué)[90]甚至古生物學(xué)[269]的研究，如通過微觀結(jié)構(gòu)及地球化學(xué)特征對具有不同物質(zhì)來源自生石英以及不同成巖特征的次生石英加以區(qū)分，可以進(jìn)一步明確細(xì)粒沉積成巖改造的影響[90]。建立科學(xué)統(tǒng)一的成因分類，恢復(fù)細(xì)粒沉積形成過程及成因機(jī)制，才能構(gòu)建全面且具有泛用性的細(xì)粒沉積模式，如若不然，與諸如三角洲等常規(guī)“粗粒”沉積模式進(jìn)行連接和統(tǒng)一時終究會面對不小的麻煩。

（2） 具體進(jìn)行陸相混合型細(xì)粒沉積巖成因分類時，如何選取三個成因端元仍然存在一定問題。目前有關(guān)細(xì)粒沉積的“多物質(zhì)來源，多成因機(jī)制”已經(jīng)被逐漸認(rèn)可[74，245，270]，但國內(nèi)外有關(guān)混合型細(xì)粒沉積巖的研究多集中在硅質(zhì)碎屑—碳酸鹽混合沉積作用之上。通過前文可發(fā)現(xiàn)無論是在進(jìn)行細(xì)粒沉積分類時選取的三端元圖解中缺少代表火山碎屑成分的端元，還是在沉積模式建立上將此類混合沉積巖簡單地歸為陸源碎屑注入和湖相生物—化學(xué)沉淀的混合，都忽略了火山活動以及熱液噴流對細(xì)粒沉積帶來的影響。近年來，已有不少學(xué)者證實火山活動頻繁的地區(qū)與現(xiàn)今油田分布范圍存在一定的重合[237]，如準(zhǔn)噶爾吉木薩爾凹陷便存在大量的火山活動的證據(jù)，且對細(xì)粒沉積存在一定的改造作用[80，271]。但火山及熱液活動對有機(jī)質(zhì)富集促進(jìn)作用的研究也僅停留在觀察統(tǒng)計的層面上[94]，缺乏更深層次的機(jī)理分析及實驗?zāi)M。此外，地球深部物質(zhì)在細(xì)粒沉積巖形成時以何種相互作用機(jī)理，何種演變方式，何種賦存狀態(tài)與碳酸鹽以及陸源碎屑組分進(jìn)行混合，更需要進(jìn)一步地探索，以期在未來能夠找到恰當(dāng)?shù)幕鹕阶饔帽碚鲄?shù)，被應(yīng)用到細(xì)粒沉積的成因分類以及相關(guān)模式的建立。

（3） 細(xì)粒沉積巖的成因分類以及成因模式建立目前已經(jīng)有了長足的進(jìn)步，但二者相關(guān)性依然較差，目前的成因模式中討論的巖石類型依然是基于巖石學(xué)特征進(jìn)行劃分的。如何將細(xì)粒沉積的顯微結(jié)構(gòu)與具體的成因過程相結(jié)合，規(guī)范細(xì)粒沉積成因模式中的巖相成因類型，是目前細(xì)粒沉積成因模式建立亟需解決的重點問題。

（4） 細(xì)粒沉積成因過程模擬采用的實驗設(shè)備和技術(shù)相對落后，無法恢復(fù)自然界中復(fù)雜的沉積現(xiàn)象，且細(xì)粒沉積由于粒度過小，容易受到內(nèi)部其他顆粒以及實驗中邊界條件的影響使實驗結(jié)果產(chǎn)生偏差[271?274]。此外，由于目前實驗設(shè)計過于簡單，往往集中于某個小尺度單一過程通量的搬運(yùn)、沉積模擬，缺乏代表生物作用、成巖作用的環(huán)境常量[274?276]。上述兩點問題的存在，導(dǎo)致目前細(xì)粒沉積模擬實驗?zāi)Ｐ湍芊裰苯討?yīng)用到百年乃至千年尺度的自然界中備受質(zhì)疑[277?278]。亟需加強(qiáng)沉積過程中小尺度模擬實驗研究[279?281]，尤其針對細(xì)顆粒內(nèi)部相互作用、沉降機(jī)制和近底床沉積過程的模擬，從而建立細(xì)粒沉積中沉積物搬運(yùn)—沉積方式與流體流變特征的關(guān)系，恢復(fù)顆?！坝|發(fā)—搬運(yùn)—沉降”過程。同時，加強(qiáng)不同學(xué)科融合，探索能夠有效表征參與細(xì)粒沉積過程的生物作用、火山活動以及成巖改造的環(huán)境參數(shù)，構(gòu)建與自然界等效性更好的實驗?zāi)Ｐ汀?/p>

5 結(jié)論

（1） 與海相沉積不同，陸相湖盆細(xì)粒沉積巖由于礦物成分、結(jié)構(gòu)各異，沉積—成巖機(jī)制復(fù)雜，加之不同學(xué)者的研究領(lǐng)域及目的不同，有關(guān)陸相湖盆細(xì)粒沉積分類方案以及沉積模式一直沒有達(dá)成共識。

（2） 依據(jù)不同陸相湖盆細(xì)粒沉積巖的巖石學(xué)特征，將我國陸相細(xì)粒沉積巖分為混合型細(xì)粒沉積巖以及碎屑型細(xì)粒沉積巖，混合型細(xì)粒沉積巖主要采用“有機(jī)質(zhì)含量+沉積構(gòu)造+（三端元）巖石學(xué)主名”的巖相分類法，碎屑型細(xì)粒沉積巖除上述分類方法外，可以用巖石粒度特征替代以碳酸鹽、黏土、石英/長石為三端元的巖石學(xué)特征進(jìn)行巖性主名的確定。

（3） 系統(tǒng)歸納了目前有關(guān)細(xì)粒沉積巖中黏土質(zhì)、長英質(zhì)、鈣質(zhì)（碳酸鹽）組分以及有機(jī)質(zhì)的遷移、沉降、保存機(jī)理的認(rèn)識。突破以往細(xì)顆粒只能在靜水條件下沉積的限制，泥級的碳酸鹽、黏土礦物通過絮凝作用形成絮團(tuán)，以與粗顆粒等效的方式通過湖盆內(nèi)不同類型流體搬運(yùn)而發(fā)生長距離運(yùn)輸并與較粗的粉砂級顆粒共同發(fā)生沉積。向湖盆中心靠近時，由于水體能量下降，絮團(tuán)崩解，內(nèi)部較粗的粉砂顆粒被釋放，與黏土顆粒一道以絮狀波紋的形式不斷遷移，沉積壓實后可以形成水平/波狀紋層、透鏡狀紋層等典型的細(xì)粒沉積巖結(jié)構(gòu)。

（4） 細(xì)粒沉積巖的有機(jī)質(zhì)含量主要受原始生產(chǎn)力和同沉積期及后期保存條件的雙重控制，其中高原始生產(chǎn)力、貧氧、低沉積速率、適當(dāng)咸化的水體、火山物質(zhì)和熱液注入都有利于有機(jī)質(zhì)的富集。

（5） 根據(jù)研究方向的差異，將目前細(xì)粒沉積模式分為三種，即指向油氣分布評價的“有機(jī)質(zhì)富集模式”，指向湖盆古環(huán)境重建的以不同巖石類型空間分布規(guī)律為核心的“巖相分布模式”，以及指向以建立與常規(guī)體系統(tǒng)一的“源—匯”系統(tǒng)為目的，以形成過程、機(jī)制響應(yīng)恢復(fù)為核心的“成因模式”。指出加強(qiáng)細(xì)粒沉積巖中不同礦物成分的微觀結(jié)構(gòu)特征、沉積—成巖機(jī)理認(rèn)識，將巖石的微觀成因分類方案與宏觀成因模式有效融合是未來細(xì)粒沉積研究的關(guān)鍵。

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