徐銀波，畢彩芹，孫平昌，李 鋒，仝立華，張家強

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京 100083；2.中國地質(zhì)調(diào)查局非常規(guī)油氣重點實驗室，北京 100083；3.吉林大學地球科學學院，吉林長春 130061）

0 引言

我國是世界上油頁巖資源最豐富的國家之一，油頁巖資源居世界第二（柳蓉等，2021）。根據(jù)全國油頁巖資源評價顯示，這些資源主要分布于全國47個盆地內(nèi)（劉招君等，2009），除了羌塘盆地和燕山地區(qū)為海相油頁巖（劉巖等，2011；吳珍漢等，2021），其他盆地均為陸相油頁巖。陸相油頁巖主要發(fā)育環(huán)境為深湖-半深湖環(huán)境和湖沼環(huán)境。劉招君等（2009，2016）根據(jù)我國陸相盆地油頁巖礦床特點，以盆地類型和有機質(zhì)來源為依據(jù)，將我國陸相盆地油頁巖類型劃分為深湖腐泥型、半深湖腐殖腐泥型和湖沼腐泥腐殖型三種成因類型。在對這些盆地的研究中發(fā)現(xiàn)，除了深湖-半深湖環(huán)境和湖沼環(huán)境的油頁巖，還存在發(fā)育于淺湖環(huán)境的油頁巖。深湖-半深湖油頁巖如松遼盆地青一段油頁巖（Zhang et al.，2020）、鄂爾多斯盆地延長組長7 油頁巖（朱如凱等，2021），準噶爾盆地蘆草溝組油頁巖（徐銀波等，2022b），柴達木盆地石門溝組頁巖段油頁巖（Bai et al.，2020）等，湖沼油頁巖如達連河盆地（王世輝等，2006）和依蘭盆地（柳蓉等，2012）達連河組下含煤段油頁巖，茂名盆地油柑窩組油頁巖等（李殿超等，2006），由于分布更廣泛，開展的研究相對較多。而發(fā)育于淺湖的油頁巖由于分布相對較少，開展的研究也較少。前人研究表明，柴達木盆地石門溝組含煤段油頁巖（陳玲玲等，2018）、老黑山盆地穆棱組油頁巖（Song et al.，2017）和黃縣盆地李家崖組油頁巖（陳玲玲，2019）等發(fā)育于淺湖環(huán)境。因此本文選擇柴達木盆地石門溝組含煤段淺湖油頁巖樣品開展特征、沉積環(huán)境及成礦模型的研究，以提高對淺湖油頁巖的研究認識。

1 地質(zhì)背景

柴達木盆地位于中國西北地區(qū)，位于青藏高原東北部，為我國西部最大的內(nèi)陸盆地（劉志宏等，2010）。油頁巖主要分布于盆地北緣的魚卡、大煤溝、團魚山等地區(qū)（閻存鳳等，2011；Li et al.，2019；Bai et al.，2020）。柴達木盆地北緣為盆地東北部的一級構(gòu)造單元，面積約為34000 km2。盆地內(nèi)發(fā)育復雜的斷裂體系，包括控制盆地演化的賽南斷裂、宗務南斷裂等一級斷裂；控制盆地內(nèi)隆坳格局及決定構(gòu)造帶展布的鄂東斷裂、冷北1 斷裂、馬仙斷裂、陵間斷裂、埃北斷裂、埃南斷裂、歐北斷裂和歐南斷裂等二級斷裂；以及控制局部構(gòu)造和形態(tài)的冷七斷裂、葫南斷裂等三級斷裂（劉志宏等，2010；張云鵬等，2016）。盆地基底為前寒武系變質(zhì)結(jié)晶基底和古生代褶皺變形基底（焦小芹等2020；底青云等，2021），其上發(fā)育的主要沉積蓋層為中生界和新生界，包括侏羅系湖西山組、小煤溝組、大煤溝組、石門溝組、采石嶺組、紅水溝組，白堊系犬牙溝組，古近系路樂河組、下干柴溝組，新近系上干柴溝組、下油砂山組、上油砂山組、獅子溝組和第四系七個泉組等地層（付鎖堂等，2013；王君賢等，2017）。其中中侏羅統(tǒng)石門溝組是油頁巖賦存的主要層位，石門溝組分為上部頁巖段和下部含煤段，上部頁巖段發(fā)育半深湖-深湖相油頁巖，下部含煤段發(fā)育淺湖相油頁巖（陳玲玲等，2018；Bai et al.，2020）。

圖1 柴達木盆地北緣斷裂分布及研究區(qū)位置圖（據(jù)曾文人等，2019修改）Fig.1 Map showing distribution of faults in the northern margin of Qaidam Basin and location of the study area（modified from Zeng et al.，2019）1-山脈；2-居民點；3-取樣井；4-一級斷裂；5-二級斷裂；6-三級斷裂1-mountains；2-residential area；3-sampling well；4-first-order fault；5-second-order fault；6-third-order fault

2 樣品采集測試及分析方法

本次測試樣品采自團魚山地區(qū)青柴地2井中侏羅統(tǒng)石門溝組下部含煤段。對于青柴地2井的沉積相和油頁巖發(fā)育情況，前人已經(jīng)開展了詳細的研究，結(jié)果表明該井下部含煤段主要發(fā)育湖泊和三角洲兩種沉積相，其內(nèi)發(fā)育8 層油頁巖，其中1 層發(fā)育于湖沼亞相，其余7層油頁巖發(fā)育于淺湖亞相（陳玲玲等，2018；王君賢，2018）。針對發(fā)育于淺湖亞相的7 層油頁巖（圖2），分別采集了樣品，并對樣品開展了有機碳（TOC）、巖石熱解、主微量元素、灰分、發(fā)熱量、密度、揮發(fā)份、含油率和X衍射等測試分析。

圖2 柴北緣團魚山地區(qū)青柴地2井柱狀圖（據(jù)陳玲玲等，2018修改）及采樣位置Fig.2 Histogram of the well QCD-2 in the Tuanyushan area in the northern margin of Qaidam Basin（modified from Chen et al.，2018），and sampling location1-地層省略線；2-煤層；3-炭質(zhì)泥巖；4-泥巖；5-油頁巖；6-粉砂質(zhì)泥巖；7-泥質(zhì)粉砂巖；8-粉砂巖；9-細砂巖；10-中砂巖1-stratigraphic omitted line；2-coal；3-carbonaceous mudstone；4-mudstone；5-oil shale；6-silty mudstone；7-pelitic siltstone；8-siltstone；9-fine sandstone；10-medium sandstone

主微量元素測試和X衍射分析在核工業(yè)北京地質(zhì)研究院完成。主量元素分析依據(jù)GB/T14506.28-2010，運用飛利浦PW2404 X 射線熒光光譜儀完成。微量元素依據(jù)GB/T14506.30-2010，運用Element XR 儀完成。X 衍射運用Panalytical X’Pert PRO X射線衍射儀依據(jù)SY/T5163-2010完成。其他測試均在吉林大學測試中心完成，其中含油率測試運用低溫干餾法（SH/T0508-92）完成；TOC 運用美國LECO碳硫儀（GB/T19145-2003）完成；巖石熱解運用法國Vinci Rock eval-6熱解分析儀（GB/T 18602-2012）完成。發(fā)熱量運用SDC5015 量熱儀（GB/T213-2008）完成；灰分和揮發(fā)分運用馬弗爐（GB/T212-2008）完成。密度分析采用全自動密度測試儀（GB/T23561.1-2009）完成。

3 油頁巖特征

3.1 巖石礦物學特征

柴達木盆地團魚山地區(qū)石門溝組含煤段淺湖油頁巖呈黑色、深灰色，含植物碎屑化石、黃鐵礦。X衍射分析結(jié)果顯示（表1），油頁巖樣品的礦物組成為石英和粘土礦物，其中石英含量較低，為15.2%～36.6%，平均為27.7%，而粘土礦物含量較高，為63.4%～84.8%，平均為72.3%。粘土礦物包括高嶺石、伊利石和伊蒙混層，其中高嶺石和伊蒙混層含量較高，平均含量分別為51.6%和24.4%，伊利石含量相對較低，平均為7.5%。

表1 青柴地2井含煤段淺湖油頁巖礦物組成Table 1 Mineral composition of shallow-lake oil shale in coal-bearing member of well QCD-2

3.2 工業(yè)品質(zhì)特征

在油頁巖評價中，含油率、發(fā)熱量、灰分等是評價的主要參數(shù)（劉招君等，2009）。青柴地2 井含煤段油頁巖樣品的測試結(jié)果顯示（表2）：含油率為4.09%～7.74%，平均為5.4%。屬于低-中等品質(zhì)油頁巖。灰分含量為46.52%～66.4%，平均為58.97%，灰分含量中等。發(fā)熱量為7.36 MJ/kg～13.81 MJ/kg，平均為9.52 MJ/kg，為高發(fā)熱量油頁巖。揮發(fā)分含量為17.61%～26.4%，平均為21.87%，屬高揮發(fā)分。密度為1.88～2.2 g/cm3，平均為2.04 g/cm3，密度較低。因此本次研究的油頁巖為中灰分、高發(fā)熱量、高揮發(fā)分、低密度，含油率低-中等的油頁巖。

表2 青柴地2井含煤段淺湖油頁巖品質(zhì)及有機地化參數(shù)Table 2 Quality and organic geochemistry parameters of shallow-lake oil shale in coal-bearing member of well QCD-2

青柴地2 井油頁巖從縱向分布上看，含煤段下部主要發(fā)育低品位油頁巖，含油率一般小于5%，上部發(fā)育2 層中等品位油頁巖，含油率＞6%。按照工業(yè)生產(chǎn)的劃分角度，含油率6%以上的油頁巖屬于高品位油頁巖（富礦）（徐銀波等，2022b），這兩層油頁巖適合工業(yè)開采。

3.3 有機地球化學特征

TOC 和生烴潛量是判斷油頁巖有機質(zhì)豐度的重要參數(shù)。TOC 和熱解分析顯示本次油頁巖樣品的TOC 含量為11.7%～34.1%，平均為22.68%。生烴潛量（S1+S2）為28.06～64.36 mg/g，平均為46.71 mg/g。有機碳和生烴潛量顯示其具有較高的有機質(zhì)豐度（表2，圖3a）。

圖3 青柴地2井石門溝組含煤段油頁巖有機質(zhì)豐度和類型Fig.3 Abundance and types of organic matter of oil shale in coal-bearing member of Shimengou Formation of well QCD-2

利用TOC 和熱解參數(shù)可以判斷樣品中有機質(zhì)的類型。圖3b 顯示本次研究的油頁巖樣品有機質(zhì)類型為II2型，表明其有機質(zhì)為混合來源，既有陸源高等植物，又包含了湖泊水生生物。

熱解分析顯示本次研究的油頁巖樣品熱解峰溫Tmax為417～425℃，平均為421℃，表明其有機質(zhì)尚處于未成熟階段。

3.4 無機地球化學特征

青柴地2 井石門溝組含煤段油頁巖樣品主量元素測試結(jié)果顯示（表3），其主要成分為SiO2、Al2O和TFe2O3，三種成分的總和占14.52%～72.78%，平均49.91%。其中SiO2的含量最高，為7.65%～46.24%，平均30.85%；Al2O3的含量為3.41%～29.33%，平均16.96；TFe2O3的含量為0.91%～3.46%，平均2.10%。CaO 和K2O 的含量較少，平均含量分別為1%和1.15%。而MgO、Na2O、P2O5、TiO2和MnO含量最少，平均含量在1%以下。此外測試結(jié)果顯示樣品的燒失量較高，因為樣品中含豐富的有機質(zhì)。

表3 青柴地2井含煤段淺湖油頁巖主量元素含量（%）Table 3 Content of major elements（%）in shallow-lake oil shale in coal-bearing member of well QCD-2

對比平均頁巖的成分（Wedepohl，1971），研究區(qū)淺湖油頁巖樣品中P2O5富集，Al2O3與平均頁巖中的含量相當，而SiO2、TFe2O3、MgO、Na2O、CaO、K2O、TiO2和MnO虧損（圖4a）。

圖4 平均頁巖標準化后的青柴地2井油頁巖樣品主微量元素（a）和微量元素（b）Fig.4 Average normalized concentration of major elements（a）and trace elements（b）in oil shale of well QCD-2

根據(jù)研究區(qū)淺湖油頁巖樣品中微量元素測試結(jié)果（表4），對其進行平均頁巖標準化（Wedepohl，1971）。結(jié)果顯示（圖4b），Co、Cu、Zn、Ga、Mo、Ba、Th、U等元素富集，Li、V、Cr、Ni、Rb、Sr、Zr等元素虧損。

表4 青柴地2井含煤段淺湖油頁巖微量元素含量（×10-6）Table 4 Content of trace elements（×10-6）in shallow-lake oil shale in coal-bearing member of well QCD-2

4 油頁巖形成環(huán)境

4.1 古氣候

Sr/Cu 可以用于判斷泥巖沉積時期的古氣候環(huán)境（鄧宏文和錢凱，1993；Fu et al.，2018）。Sr/Cu比值大于10時，為干熱氣候，Sr/Cu比值小于10時為溫暖濕潤氣候（Xu et al.，2016）。研究區(qū)樣品的Sr/Cu比值2.87～12.15，平均4.46，除一個樣品超過10，其余樣品都小于5（表5），表明氣候條件為溫暖濕潤氣候。

表5 團魚山地區(qū)石門溝組含煤段油頁巖成礦條件參數(shù)Table 5 Parameters of metallogenic conditions of oil shales incoal-bearingmember of ShimengouFormation，Tuanyuanshanarea

Rb/Sr也是良好的古氣候指標，干旱環(huán)境下比值較低，高值則指示溫潤氣候（陳駿等，2001）。研究區(qū)樣品Rb/Sr 值為0.06～1.08，平均0.43，且主要分布區(qū)間為0～0.3，其值與青一段油頁巖的Rb/Sr 值相當（賈建亮，2012），也反映了濕潤的氣候條件。

此外，黏土礦物對氣候也有一定的指示意義，溫暖濕潤氣候利于高嶺石的形成和保存。而伊利石則多形成于寒冷地區(qū)和沙漠地區(qū)風化率極低的氣候條件（王成善和李祥輝，2003）。表1 顯示研究區(qū)樣品中高嶺石含量遠高于伊利石含量，這也進一步表明了氣候條件為溫暖濕潤氣候。

4.2 古水深及水動力條件

陳玲玲等（2018）、王君賢等（2018）對青柴地2 井石門溝組含煤段油頁巖的沉積環(huán)境做了詳細的研究，結(jié)果顯示其主要的沉積環(huán)境為淺湖環(huán)境。本文利用地球化學參數(shù)對其形成時的古水深和水動力條件進行分析。由于沉積分異作用導致某些元素隨著離岸距離的變化而發(fā)生變化，通過對這些元素的分析，可以反映沉積古水深。其中Zr/Al 比值能代表近距離搬運的陸源組分及水體深度的變化，其值越小，表示離岸越遠，水體更深（Das and Haake，2003）。而Rb 比K 更易被黏土吸附而遠移，因此Rb/K 值越大，水體越深（鄭一丁等，2015；王寶萍等，2017）。研究區(qū)淺湖油頁巖的Zr/Al 值為（0.83～3.02）×10-3，平均1.69×10-3，Rb/K 值為（8.24～12.13）×10-3，平均9.13×10-3。Zr/Al 值變化范圍較大，顯示了近岸區(qū)域受到水體注入作用等影響較大，水深變化較大。同時其值相對較大，表明其水體深度屬于淺湖中相對較深的環(huán)境。

Th/K、Rb/Zr 等地化參數(shù)可以用于判斷古水動力條件。Th/K>6 代表高能環(huán)境，3＜Th/K<6 代表低能環(huán)境，＜3 代表停滯水體環(huán)境，也就是Th/K 值越大，水動力強度越大（代大經(jīng)等，2015）。而Rb/Zr 值正好相反，其值越高，代表的水體越深，水動力條件越弱（陸雨詩等，2021）。研究區(qū)Th/K 值為1.68～3.90，平均為3.3，顯示為低能環(huán)境。同時其值的分布區(qū)間跨度相對較大，表明其水動力強度變化相對較大。Rb/Zr 值為0.39～0.89，平均0.61。Rb/Zr 值接近三塘湖盆地蘆草溝組半深湖油頁巖的值（徐銀波等，2022a）。Th/K 和Rb/Zr 表明水動力強度相對較弱，變化較大。

4.3 古鹽度

Sr/Ba 是用于判斷水體鹽度的重要參數(shù)（鄧宏文和錢凱，1993）。國內(nèi)學者在對湖盆古鹽度研究中將Sr/Ba＜0.5 劃為淡水，0.5＜Sr/Ba＜1 為半咸水，Sr/Ba＞1為咸水（鐘宏利等，2012；鄭一丁等，2015）。研究區(qū)淺湖油頁巖的Sr/Ba 值為0.02～0.58，平均0.2，除一個樣品的值略高于0.5，其余樣品值都小于0.3，表明其沉積時的水體環(huán)境以淡水環(huán)境為主。Th/U 也被用來識別海陸相沉積（Fu et al.，2018），Th/U＞7 代表陸相淡水環(huán)境，2～7 代表微咸水-半咸水沉積環(huán)境（劉鑫等，2021），小于2代表海相咸水環(huán)境。研究區(qū)樣品Th/U 值為1.5～5.55，平均3.33，表明為微咸水-半咸水。綜合分析Sr/Ba 和Th/U 值的分布區(qū)間表明，研究區(qū)樣品指示的水體鹽度環(huán)境為微咸水-淡水環(huán)境。

4.4 氧化還原條件

水體保存條件是有機質(zhì)富集和油頁巖形成的重要因素之一。V/Cr、U/Th 等比值在一定程度上可以反映沉積時的氧化還原環(huán)境（鄧宏文和錢凱，1993；Jones and Manning，1994）。V/Cr比值小于2為氧化環(huán)境，2～4.25為貧氧環(huán)境，大于4.25為厭氧環(huán)境（劉鑫等，2021；王春偉等，2022）。而U/Th＞1.25 為還原環(huán)境，0.75～1.25為弱氧化環(huán)境，＜0.75為氧化環(huán)境（Wignall and Twitchett，1996）。研究區(qū)樣品V/Cr值為1.62～3.77，平均2.14，而U/Th值為0.18～0.44，平均0.36。V/Cr 和U/Th 的分布區(qū)間顯示樣品形成的環(huán)境主要為弱氧化（貧氧）環(huán)境。利用δU 值可以有效判定氧化還原狀態(tài)（劉鑫等，2021；李曉路等，2022），δU 值由2U/（Th/3+U）計算求出（Jones et al.，1994），正常水體環(huán)境中δU＜1，還原環(huán)境中δU＞1。研究區(qū)樣品δU 為0.70～1.33，平均0.99，樣品的δU 分布于1 的上下，尤其是大于1 的數(shù)值都較接近1。綜合V/Cr、U/Th 和δU 三者的分布區(qū)間，研究區(qū)樣品的形成環(huán)境為弱氧化-弱還原環(huán)境，并以弱氧化環(huán)境占主導。

4.5 初始古湖泊生產(chǎn)力

TOC 是直接表征古生產(chǎn)力狀況的傳統(tǒng)指標，但是受到氧化-還原環(huán)境和陸源碎屑物輸入狀況的影響，可能無法準確表征初始古生產(chǎn)力（羅情勇等，2013）。表層水的初始生產(chǎn)力被認為是影響有機質(zhì)富集的關(guān)鍵因素（張水昌等，2005）。P/Ti 是表征初始生產(chǎn)力的地球化學指標之一（羅情勇等，2013）。研究區(qū)油頁巖樣品的P/Ti 比值為0.08～0.84，平均值為0.33（表4），接近相當于中等生產(chǎn)力的Ubara 剖面燧石P/Ti 值（平均0.34）（Algeo et al.，2011），表明研究區(qū)油頁巖樣品沉積時期的初始古生產(chǎn)力為中等。同時油頁巖樣品具有高的TOC，明顯不同于中等的湖泊初始生產(chǎn)力，表明除了湖泊生物有機質(zhì)來源，陸源輸入的有機質(zhì)含量較高。

4.6 陸源碎屑輸入

由于富含Ti的不溶性重礦物與較粗的沉積物部分有關(guān)，而Al很容易從原生礦物中浸出，然后被風化剖面中的次生粘土礦物固定，從而導致粘土礦物中Al的富集（Nesbitt and Markovics，1997），因此Ti/Al比值可以指示陸源碎屑輸入量（Roser et al.，1996）。研究區(qū)油頁巖樣品Ti/Al 比值為0.03～0.09，平均值為0.04。比值分布區(qū)間相對較大，表明陸源碎屑輸入量變化較大。

5 成礦模型

5.1 有機質(zhì)富集影響因素

本文在分析了研究區(qū)淺湖油頁巖樣品的各個成礦條件的基礎(chǔ)上，通過TOC 和各地化參數(shù)交匯圖（圖5），探討各成礦條件對有機質(zhì)富集的影響與控制。

圖5 TOC與油頁巖成礦條件地化參數(shù)相關(guān)性Fig.5 The relationship between TOC and geochemical parameters of oil shale metallogenic conditions

TOC 與古水深參數(shù)Rb/K 呈正相關(guān)關(guān)系（圖5a），相關(guān)系數(shù)0.36，表明Rb/K 值越高，TOC 越高，即油頁巖沉積時的水體越深，TOC 越高，越有利于有機質(zhì)的富集。

TOC 與水動力條件參數(shù)Th/K 呈正相關(guān)關(guān)系（圖5b），除一個樣品Th/K 值較高，其余樣品的相關(guān)系數(shù)0.66，表明Th/K 值越高，TOC 越高，即油頁巖沉積時的水動力條件相對較高，則保存的TOC 含量越高。這是由于研究區(qū)淺湖油頁巖中有機質(zhì)除了湖泊生物貢獻以外，更多的有機質(zhì)來自于陸源高等植物輸入，相對較高的水動力條件有利于陸源高等植物的輸入，從而提高TOC的含量。

TOC與古水體鹽度參數(shù)Sr/Ba呈正相關(guān)關(guān)系（圖5c），相關(guān)系數(shù)0.32，表明Sr/Ba 值越高，TOC 越高，即在整體為淡水條件下，水體鹽度越高，越有利于有機質(zhì)富集。

TOC 與水體氧化還原條件參數(shù)V/Cr 呈正相關(guān)關(guān)系（圖5d），相關(guān)系數(shù)0.28，若排除其中一個V/Cr值特別高的樣品的影響，相關(guān)系數(shù)可達0.81。這表明V/Cr 值越高，TOC 越高，即水體還原性越好，保存條件越好，越有利于有機質(zhì)的保存。

TOC與古氣候參數(shù)Sr/Cu的相關(guān)性散點圖顯示，除一個樣品外，其余樣品的Sr/Cu 分布都較集中，未能顯示出相關(guān)性（圖5e），表明研究區(qū)油頁巖沉積時期的氣候背景為較穩(wěn)定的溫暖濕潤氣候，在此背景之下，氣候的微弱變化未對有機質(zhì)的富集產(chǎn)生明顯的影響。

TOC與初始古湖泊生產(chǎn)力參數(shù)P/Ti的相關(guān)性散點圖顯示（圖5f），兩者未表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性，這是因為表征表層水體營養(yǎng)條件的P/Ti 值，指示的只是湖泊自身的初始生產(chǎn)力，即有機質(zhì)中湖泊生物的貢獻，而研究區(qū)油頁巖樣品中的有機質(zhì)為混合來源，且來自陸源高等植物的有機質(zhì)含量高于來自湖泊生物的有機質(zhì)含量，因此兩者不表現(xiàn)明顯的相關(guān)性。

TOC 與陸源碎屑輸入量參數(shù)Ti/Al 的相關(guān)性散點圖顯示，兩者未表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性（圖5g）。這是由于陸源碎屑的輸入，會稀釋湖泊中單位面積內(nèi)有機質(zhì)的含量，但同時伴隨著陸源碎屑的輸入，也帶入了來自陸源高等植物的有機質(zhì)。兩者產(chǎn)生的作用可能相互抵消，從而未能顯示出相關(guān)性。

此外，樣品中CaO 的高低可以一定程度上表征水體酸堿度的大小，其值越高，pH 值越大。圖5h 顯示TOC 與CaO 具有良好的正相關(guān)性，在排除一個過低的CaO 含量樣品的情況下，相關(guān)系數(shù)可達0.74。這表明水體pH 值越高，水體越偏向堿性條件，越有利于有機質(zhì)的富集。

5.2 油頁巖縱向演化規(guī)律

研究區(qū)石門溝組含煤段油頁巖在垂向上總體表現(xiàn)為品質(zhì)變好的趨勢。根據(jù)油頁巖含油率、TOC 以及各成礦條件的變化趨勢，將含煤段劃分為三個層段，自下而上分別為A、B、C（圖6）。A 層段沉積期，各成礦條件相對穩(wěn)定，湖泊生產(chǎn)力較低，陸源輸入較少，此時的油頁巖含油率與TOC具有極好的相關(guān)性，主要原因是低湖泊生產(chǎn)力的穩(wěn)定成礦背景下，湖泊水生生物含量基本穩(wěn)定。此時，高等植物雖然貢獻的生烴母質(zhì)很少，但是由于高TOC 所指示的高含量的高等植物，其貢獻的生烴母質(zhì)含量超過了湖泊生物貢獻的量，由此，其含量成為了含油率的變化主要影響因素，因此TOC 和含油率表現(xiàn)出了良好的相關(guān)性。但是由于低湖泊生物量和高等植物的低生烴母質(zhì)貢獻率，使得含油率較低，油頁巖品質(zhì)較差。B 層段沉積期，存在較為明顯的陸源供給過程，陸源水體和陸源碎屑的輸入，帶來了一定量的陸源高等植物，提高了TOC含量，但同時陸源供給引起的稀釋作用，使得湖泊水生生物富集度降低，油頁巖含油率減小，油頁巖品質(zhì)降低。C 層段沉積時期，陸源水體輸入后期，低水動力條件和較深的水體條件，促使湖泊生產(chǎn)力提高，湖泊水生生物繁盛，而陸源高等植物貢獻的有機質(zhì)減少，從而使得TOC 總體降低而油頁巖的含油率升高，油頁巖品質(zhì)達到工業(yè)品位。

圖6 青柴地2井石門溝組含煤段油頁巖品質(zhì)與成礦條件變化圖Fig.6 Quality and metallogenic conditions of oil shale in coal-bearing member of Shimengou Formation in well QCD-2

5.3 油頁巖成礦模型

古地磁數(shù)據(jù)表明，柴達木盆地早-中侏羅世處于北緯8.8°左右（楊惠心等，1992；劉占紅等，2007），孢粉數(shù)據(jù)顯示其孢粉中以桫欏孢和石松孢為主，克拉梭粉含量較少（楊平等，2006；邵龍義等，2014）。古地磁數(shù)據(jù)和孢粉組合均表明早-中侏羅世，柴達木盆地氣候以溫暖潮濕為主。晚侏羅世，孢粉Cassopollis 顯示處于熱帶、亞熱帶炎熱半干旱氣候環(huán)境。由此表明，中侏羅統(tǒng)石門溝組含煤段沉積時期的氣候條件為溫暖濕潤氣候。

早侏羅世時期，受地塊向北運移差異的影響，華北地塊和柴達木地塊間產(chǎn)生了伸展構(gòu)造環(huán)境，此時柴達木盆地北緣以發(fā)育斷陷盆地為特征（胡受權(quán)等，2001）。中侏羅世，地塊運移差異的延續(xù)，使得柴達木盆地北緣的伸展構(gòu)造環(huán)境得以延續(xù)。同時，塔里木地塊的東向遷移和羌塘地塊的向北漂移，使得柴達木地塊西段和南部同時受到擠壓作用。加上柴達木地塊自身的旋轉(zhuǎn)作用，柴北緣西端由伸展構(gòu)造環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)閿D壓構(gòu)造環(huán)境（李猛，2014）。在此背景之下，研究區(qū)所在的團魚山地區(qū)表現(xiàn)為早期斷陷后期凹陷，構(gòu)造沉降較小，構(gòu)造相對穩(wěn)定。

溫暖濕潤的氣候條件和相對穩(wěn)定的構(gòu)造背景之下，研究區(qū)石門溝組主要發(fā)育了淺湖、湖沼等湖泊環(huán)境和三角洲沉積（Wang et al.，2019）。在淺湖環(huán)境發(fā)育時期，湖泊水體鹽度處于淡水-微咸水條件，水體鹽度相對較低，湖泊生物的繁盛度未達到最大值，因此湖泊表層水體呈現(xiàn)的生產(chǎn)力為中等，即湖泊生物處于未達頂峰的相對繁盛的狀態(tài)，同時淺湖環(huán)境離岸較近，接受了大量陸源輸入的有機質(zhì)。兩者混合而成的有機質(zhì)豐度極高，最大TOC 可達34.1%。此時湖泊水體相對較淺，水動力條件變化較大，受陸源水體和碎屑輸入影響相對較大，水體的含氧量相對較高，底層水體表現(xiàn)為弱氧化-弱還原的保存條件，此種氧化還原條件并非最佳的保存條件，此時水體偏堿性，一定程度上又提高了對有機質(zhì)的保存。有機質(zhì)來源中包含了陸源高等植物和湖泊生物兩種來源，且前者占優(yōu)勢，由于兩者中，成油物質(zhì)主要來自于后者，因此極高的TOC 含量并未能貢獻極高的含油率，總體形成低品位的油頁巖。在含煤段中期陸源水體的注入一定程度上改變了水體條件，使得含煤段后期的水體深度加深而湖泊生產(chǎn)力增高，形成的油頁巖品質(zhì)明顯增高，為中等品質(zhì)的油頁巖（圖7）。

圖7 柴達木盆地團魚山地區(qū)石門溝組含煤段淺湖油頁巖形成模式圖Fig.7 The formation model of coal-bearing member oil shale of Shimengou Formation in Tuanyuanshan area of Qaidam Basin1-細砂巖；2-粉砂質(zhì)泥巖；3-油頁巖；4-泥巖；5-藻類微生物；6-植被；7-降水作用；8-蒸發(fā)作用；9-基底沉降1-fine sandstone；2-silty mudstone；3-oil shale；4-mudstone；5-algal；6-vegetation；7-precipitation；8-evaporation；9-subsidence of basement

6 結(jié)論

（1）團魚山地區(qū)石門溝組含煤段油頁巖為高灰分、高揮發(fā)分、低硫、高發(fā)熱量、低-中等含油率的油頁巖，其有機質(zhì)含量高，有機質(zhì)類型為II1型，有機質(zhì)成熟度未成熟。

（2）研究區(qū)含煤段油頁巖中礦物組成主要為粘土礦物和石英，組成元素中以SiO2、Al2O3和TFe2O3為主，具有P2O5、Co、Cu、Zn、Ga、Mo、Ba、Th、U等元素富集，SiO2、TFe2O3、MgO、Na2O、CaO、K2O、TiO2、MnO、Li、V、Cr、Ni、Rb、Sr、Zr等元素虧損的特點。

（3）研究區(qū)含煤段油頁巖形成于相對穩(wěn)定的構(gòu)造背景，溫暖濕潤的氣候條件，水動力強度相對較弱，水體相對較深的淺湖環(huán)境，淡水-微咸水環(huán)境，弱氧化-弱還原條件的保存條件，并具有中等的湖泊生產(chǎn)力和變化較大的陸源碎屑輸入量。

（4）相對穩(wěn)定的構(gòu)造背景和溫暖濕潤的氣候條件下，相對較深的水體深度和較高的水動力條件，較高的水體鹽度和較好的保存條件以及偏堿性的水體條件有利于本區(qū)有機質(zhì)的富集和油頁巖的形成。