摘要：濟(jì)陽(yáng)坳陷是渤海灣盆地常規(guī)油氣最為富集的坳陷之一，也是頁(yè)巖油獲得全面戰(zhàn)略性勘探突破的坳陷，古近系沙河街組發(fā)育沙三下亞段、沙四上亞段2套主力烴源巖，其沉積環(huán)境頗受爭(zhēng)議。利用頁(yè)巖系統(tǒng)取芯井巖石學(xué)、元素地球化學(xué)、同位素和包裹體等資料對(duì)頁(yè)巖沉積環(huán)境進(jìn)行系統(tǒng)研究。結(jié)果表明：古近系沙三下—沙四上亞段頁(yè)巖為氣候控制下的咸化湖盆的產(chǎn)物，主要發(fā)育富碳酸鹽紋層狀巖相，碳酸鹽礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，多呈紋層狀、透鏡狀產(chǎn)出，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為43%，背散射掃描電鏡下部分頁(yè)巖樣品發(fā)現(xiàn)NaCl、BaSO4 和SrSO4典型的咸化湖盆標(biāo)志性礦物，頁(yè)巖沉積期水體鹽度相對(duì)較高；水體環(huán)境的w（Sr）/w（Ba）大于1，Sr元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于500 μg/g，B元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于75×10-6，相當(dāng)硼質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要分布在300×10-6～700×10-6，均顯示為咸化環(huán)境；頁(yè)巖w（87Sr）/w（86Sr）為0.710 7～0.712 4，明顯高于同期海水的w（87Sr）/w（86Sr），結(jié)合對(duì)應(yīng)稀土元素Ce正異常特征，認(rèn)為沉積期水體條件受控于盆地自身環(huán)境，與海侵沒(méi)有必然聯(lián)系；碳酸鹽礦物δ18O主要分布在-11‰～-3‰，δ13C主要分布在0～6‰，δ18O、δ13C均偏大，與沉積期湖盆氣候相對(duì)干旱、湖水蒸發(fā)作用增強(qiáng)有關(guān)；頁(yè)巖中檢測(cè)到氣液兩相原生鹽水包裹體均一化溫度范圍在32.5～45.3 ℃，對(duì)應(yīng)鹽度范圍為19.21%～27.78%，成巖早期地層流體鹽度較高;氣候控制下的咸水環(huán)境為富碳酸鹽頁(yè)巖形成提供條件，奠定濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙三下—沙四上亞段頁(yè)巖油富集高產(chǎn)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：濟(jì)陽(yáng)坳陷； 常規(guī)油氣； 頁(yè)巖油； 咸化湖盆； 富碳酸鹽紋層狀巖相

中圖分類(lèi)號(hào)：P 618.13?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1673-5005（2024）03-0027-10?? doi：10.3969/j.issn.1673-5005.2024.03.003

Evidence of paleogene saline lake basin in the 3rd and 4th members?of Shahejie Formation in Jiyang Depression and geological significance of shale oil and gas

WANG Yong1，2

（1.Exploration and Development Institute of Shengli Oilfield Company，SINOPEC， Dongying 257015， China；2.State Key Laboratory of Shale Oil and Gas Enrichment Mechanisms and Effective Development， Dongying 257015， China）

Abstract： Jiyang Depression is one of the most prolific conventional oil and gas depressions in the Bohai Bay Basin， having also withnessed a significant breakthrough in the comprehensive strategic exploration of shale oil. Within the Paleogene Shahejie Formation， two primary sets of source rocks， namely the Upper Submember of the Fourth Member （ESS4） and Lower Submember of the third Member （ESX3）， are prevalent， with their sedimentary environment being controversial. Evidence from core well petrology， element geochemistry， isotopes and inclusion data suggests that the shale systems in ESS4 and ESX3 originated in a salinized lake basin under climate influences. The main evidence are as follows： ESS4 and ESX3 are predominantly characterized by carbonate-rich laminar shale ， with an average carbonate mineral mass fraction of 43%， primarily occurring in laminar and lenticular forms. NaCl， BaSO4 and SrSO4 which are typical salty lake basin minerals have been identified in shale samples using back-scattered scanning electron microscope， indicating relatively high water salinity during the shale deposition period. The trace element composition of the shale reflects a salty environment， with the w（Sr）/w（Ba） exceeding 1 and Sr mass fraction surpassing 500 μg/g， while B element mass fraction exceeds 75×10-6， with equivalent B mass fraction ranging mainly from 300×10-6 to 700×10-6.The w（87Sr）/w（86Sr） of shale falls between 0.710 7 and 0.712 4， significantly higher than that of contemporaneous seawater. Positive anomaly characteristics of corresponding rare earth elements， such as Ce， suggest that the water conditions during the sedimentary period were influenced by the basin environment rather than transgression events.Carbonate minerals δ18O range from -11‰ to -3‰， while δ13C values range from 0 to 6‰. Large δ18O and δ13 are related to a relatively dry climate in the lake basin and enhanced evaporation of lake water during deposition periods.The homogenization temperature of gas-liquid two-phase primary brine inclusions in shale ranges from 32.5 ℃ to 45.3 ℃， corresponding to salinity ranges of 19.21%～27.78%. This suggests high formation fluid salinity during the early diagenetic stage. The saline water environment under climatic influence played a pivotal role in the formation of carbonate-rich shale， laying the groundword for the enrichment and high yield of shale oil in ESS4 and ESX3 of the Paleogene in Jiyang Depression.

Keywords： Jiyang Depression; conventional oil and gas; shale oil; salty lake basin; carbonate rich laminar lithofacies

濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙三下—沙四上亞段頁(yè)巖油勘探取得全面戰(zhàn)略性突破，獲得商業(yè)產(chǎn)能，多口專(zhuān)探井峰值日產(chǎn)頁(yè)巖油超百?lài)?，最高單井峰值產(chǎn)能超過(guò)200 t/d，創(chuàng)國(guó)內(nèi)頁(yè)巖油單井產(chǎn)能最高紀(jì)錄。濟(jì)陽(yáng)頁(yè)巖油富集高產(chǎn)原因一直在研究之中，一致認(rèn)為濟(jì)陽(yáng)頁(yè)巖油富集高產(chǎn)與頁(yè)巖富碳酸鹽礦物有關(guān)系。濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙三下—沙四上亞段頁(yè)巖富碳酸鹽礦物，據(jù)4口頁(yè)巖系統(tǒng)取芯井1010 m巖心、3607塊次樣品X衍射全巖礦物分析，組分主要為碳酸鹽礦物［1］（方解石和白云石，以方解石為主）、黏土礦物、石英和長(zhǎng)石等，其中碳酸鹽巖礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)在11%～95%，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為48.6%，多與黏土礦物、石英和長(zhǎng)石等碎屑組分以紋層/層形式交替疊置混積，形成獨(dú)具特色的富碳酸鹽頁(yè)巖。針對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙三下—沙四上亞段頁(yè)巖中的碳酸鹽礦物成因，專(zhuān)家學(xué)者已做了大量的研究，但觀點(diǎn)不盡相同，主要有4種成因觀點(diǎn)：一是干旱氣候條件下，水體濃縮蒸發(fā)化學(xué)沉淀的產(chǎn)物［2-3］；二是原生石膏在成巖晚期被方解石所交代的產(chǎn)物［4］；三是季節(jié)性藻類(lèi)爆發(fā)，生物誘導(dǎo)下生物化學(xué)作用的產(chǎn)物［5］；四是湖盆邊緣露頭區(qū)碳酸鹽溶解二次搬運(yùn)再沉淀的產(chǎn)物［5］。不管是哪種成因，都與頁(yè)巖沉積時(shí)的古水體咸化有著密切的關(guān)系，因此筆者依據(jù)頁(yè)巖系統(tǒng)取芯井巖石學(xué)、元素地球化學(xué)、同位素和包裹體資料對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙三下—沙四上亞段古水體性質(zhì)進(jìn)行研究，對(duì)揭示頁(yè)巖中碳酸鹽礦物成因及頁(yè)巖油氣勘探有著極為重要的意義。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

濟(jì)陽(yáng)坳陷位于渤海灣盆地東南部，屬于渤海灣盆地的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，東部為墾東—青坨子凸起，西部和北部為埕寧隆起，南部為魯西隆起［6］，發(fā)育東營(yíng)、惠民、沾化和車(chē)鎮(zhèn)4個(gè)凹陷（圖1），面積約為2.62×104 km2，主要經(jīng)歷古近系裂陷期和新近系坳陷期2個(gè)演化階段，從下至上依次發(fā)育孔店組、沙四段、沙三段、沙二段、沙一段、東營(yíng)組、館陶組和明化鎮(zhèn)組，裂陷伸展期氣候處于干旱向濕潤(rùn)轉(zhuǎn)化期，發(fā)育沙三下—沙四上亞段2套主力烴源巖，具有厚度大、分布廣、碳酸鹽礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)、有機(jī)質(zhì)豐度高等特點(diǎn)，其中沙四上亞段烴源巖為一套淺湖—半深湖相沉積，厚度一般在50～350 m，巖相以富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r和富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)泥巖為主，有機(jī)質(zhì)為Ⅰ型，有機(jī)碳含量（TOC）在1%～4%；沙三下亞段烴源巖為一套半深湖—深湖相沉積，厚度一般在100～400 m，巖相以富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r/灰質(zhì)泥巖和富有機(jī)質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r/灰質(zhì)泥巖為主，有機(jī)質(zhì)為Ⅰ型，TOC在2%～5%，經(jīng)計(jì)算2套烴源巖滯留烴資源量約為245×108 t ［6］，具有戰(zhàn)略性頁(yè)巖油勘探的資源基礎(chǔ)。

2 樣品與測(cè)試分析

2.1 巖相特征及樣品選取

濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙三下—沙四上亞段巖相類(lèi)型多，為系統(tǒng)恢復(fù)研究段沉積環(huán)境，樣品主要依據(jù)巖相縱向分布和相變程度（相變復(fù)雜的層段多選）選取，樣品均來(lái)自NY1系統(tǒng)取芯井，該井鉆遇沙四上亞段頁(yè)巖地層厚度151.4 m，從下至上分為4個(gè)巖相組合段（圖2）。深度3467.4～3435 m：主要發(fā)育含有機(jī)質(zhì)層狀泥質(zhì)灰/云巖相-富有機(jī)質(zhì)紋層狀微細(xì)晶泥質(zhì)灰?guī)r相-富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)泥巖相組合，整體上具有碳酸鹽礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高（平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)52.6%）、結(jié)晶程度高（碳酸鹽巖礦物以微晶和細(xì)晶為主）、白云巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)高（平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)18.9%）和紋層發(fā)育程度高（紋層狀巖相占比大于95%）特征，該段針對(duì)主要巖相選取16塊樣品；深度3435～3388.6 m：主要發(fā)育富有機(jī)質(zhì)隱晶紋層泥質(zhì)灰?guī)r相-富有機(jī)質(zhì)紋層灰質(zhì)泥巖相和少量富有機(jī)質(zhì)紋層狀粗晶泥質(zhì)灰?guī)r相組合，以富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r相為主，該段針對(duì)主要巖相選取11塊樣品；深度3388.6～3360 m：主要發(fā)育富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r相-富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)泥巖相組合，富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)泥巖相與富有機(jī)質(zhì)紋層泥質(zhì)灰?guī)r相互層，該段針對(duì)富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r相選取1塊樣品；深度3360～3316 m：主要發(fā)育富有機(jī)質(zhì)層狀泥質(zhì)灰?guī)r相-富有機(jī)質(zhì)層狀灰質(zhì)泥巖相和少量富有機(jī)質(zhì)紋層狀泥質(zhì)灰?guī)r相組合，以富有機(jī)質(zhì)層狀灰質(zhì)泥巖相為主。鉆遇沙三下亞段頁(yè)巖地層厚度21 m，對(duì)應(yīng)深度3316～3295 m，主要發(fā)育富有機(jī)質(zhì)紋層狀粗晶泥質(zhì)灰?guī)r相-富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)泥巖相和富有機(jī)質(zhì)層狀灰質(zhì)泥巖相組合，以富有機(jī)質(zhì)紋層狀巖相為主，該段針對(duì)富有機(jī)質(zhì)紋層狀粗晶泥質(zhì)灰?guī)r相選取3塊樣品。

2.2 試驗(yàn)方法

在NY1井沙三下—沙四上亞段共采集樣品158件，沙三下亞段采集樣品18件，沙四上亞段采集樣品140件。其中全巖X射線(xiàn)衍射樣品31件、w（87Sr）/w（86Sr）樣品31件、碳同位素樣品31件、氧同位素樣品31件、包裹體樣品3件測(cè)試、稀土元素31件。所有樣品的測(cè)試均在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地質(zhì)過(guò)程與礦產(chǎn)資源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。全巖X射線(xiàn)衍射樣品采用德國(guó)布魯克公司D8 AD-VANCE型Ｘ射線(xiàn)衍射儀，溫度25 ℃、相對(duì)濕度50％，測(cè)試條件為Cu靶，Ｘ射線(xiàn)管電壓40 kV、電流100 mA，掃描速度４°（2θ）／min，掃描步寬0.02°（2θ）；w（87Sr）/w（86Sr）樣品采用Nu-Instrumen 多接收器電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（MC-ICP-MS）測(cè)試完成，測(cè)試數(shù)據(jù)用w（86Sr）/w（88Sr）=0.119 4進(jìn)行校正，分析精度優(yōu)于0.001%；碳、氧同位素應(yīng)用 Isoprime100質(zhì)譜儀進(jìn)行測(cè)試獲取數(shù)據(jù)；包裹體利用 Linkam THMS600G 冷熱臺(tái)，采用循環(huán)冷凍法測(cè)試得到，冰點(diǎn)溫度誤差控制在±0.1 ℃；稀土元素利用ELEMENT Ⅱ等離子質(zhì)譜儀（ICP-MS）完成，儀器測(cè)量精度為1×10-9，RSD≤3%；主元素和微量元素利用intrax Core Scanner X衍射全巖元素分析儀完成，來(lái)自油田內(nèi)部試驗(yàn)數(shù)據(jù)（不包括在本次送樣范圍內(nèi)）。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 巖石學(xué)證據(jù)

全巖X射線(xiàn)衍射樣品主要為富有機(jī)質(zhì)紋層狀隱晶泥質(zhì)灰?guī)r相、富有機(jī)質(zhì)紋層狀微細(xì)晶泥質(zhì)灰?guī)r相、富有機(jī)質(zhì)紋層狀粗晶泥質(zhì)灰?guī)r相、富有機(jī)質(zhì)紋層狀灰質(zhì)泥巖相和含有機(jī)質(zhì)層狀灰/云巖相，礦物成分主要由碳酸鹽（方解石和白云石）、黏土、石英、鈉長(zhǎng)石和石膏組成，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為43.0%、31.2%、14.8%、5.9%、4.1%（圖3），碳酸鹽礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)普遍偏高，多呈隱晶和細(xì)微晶、局部層段呈粗晶，主要以紋層狀、透鏡狀與富有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)紋層互層產(chǎn)出（圖4（a）、（b）），形成完整的碳酸鹽紋層和富有機(jī)質(zhì)紋層泥質(zhì)紋層層偶，層偶厚度在0.10～0.16 mm，按照頁(yè)巖壓實(shí)率90%，平均層偶厚度為1.40 mm/a，與蘇干湖現(xiàn)代富碳酸鹽頁(yè)巖年紋層沉積厚度1.86～2.5 mm基本一致［7］，對(duì)比認(rèn)為是靜水鹽度分層條件下生物化學(xué)作用的產(chǎn)物，結(jié)合多塊次頁(yè)巖樣品背散射電鏡發(fā)現(xiàn)NaCl、BaSO4典型咸化湖盆標(biāo)志性礦物（圖4（c）～（f）），認(rèn)為濟(jì)陽(yáng)坳陷沙三下—沙四上亞段頁(yè)巖沉積水體鹽度較高，為富碳酸鹽紋層狀巖相發(fā)育提供條件。

3.2 元素地球化學(xué)證據(jù)

利用元素地球化學(xué)指標(biāo)進(jìn)行古環(huán)境示蹤已相當(dāng)成熟，本次選用最為常見(jiàn)的w（Sr）/w（Ba）與Sr交匯法和相當(dāng)硼法進(jìn)行濟(jì)陽(yáng)坳陷沙三下—沙四上亞段頁(yè)巖沉積水體環(huán)境厘定。利用w（Sr）/w（Ba） 進(jìn)行古鹽度恢復(fù)原理基于Sr和Ba元素在沉積物分布較廣，且不同沉積環(huán)境中由于地球化學(xué)行為的差異而發(fā)生分離的特點(diǎn)［8］，由于Sr的遷移能力較Ba的強(qiáng)，陸源輸入攜帶的Ba2+先與湖水中的SO42-結(jié)合生成BaSO4沉淀，只有水體鹽度增大到一定程度后才以SrSO4形式沉淀，基于該認(rèn)識(shí)通常用Sr的豐度和w（Sr）/w（Ba）進(jìn)行古鹽度表征，眾多學(xué)者研究表明［9］，w（Sr）/w（Ba）>1或w（Sr）＞500 μg/g，指示咸化湖泊沉積; 0.60＜w（Sr）/w（Ba）＜1或 Sr 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為300～500 μg/g，則指示半咸水沉積; w（Sr）/w（Ba）＜0.60或w（Sr）＜300 μg/g，則指示陸相淡水沉積。研究區(qū)取樣點(diǎn) w（Sr）/w（Ba）分布在0.54～4.57，絕大部分w（Sr）/w（Ba）>1，Sr分布在408～1933 μg/g，絕大部分大于500 μg/g（圖5），結(jié)合研究區(qū)目的層段頁(yè)巖樣品中SrSO4礦物富集的特點(diǎn)（圖6），不難推斷出濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙三下—沙四上亞段為咸水環(huán)境。硼元素主要從沉積水體中吸取而來(lái)（淡水中一般不含硼，而咸湖中硼質(zhì)量分?jǐn)?shù)高［10］），在水中主要以硼酸（H3BO3）及其解離產(chǎn)物（H3O+和H（OH）4-） 的形式吸附在黏土礦物中，通常富集在伊利石礦物晶格中，且不依水體硼濃度下降而解吸，這為利用硼元素恢復(fù)沉積水體鹽度奠定基礎(chǔ)。Frederickson等［11］證明水體中硼元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與水體的鹽度存在線(xiàn)性關(guān)系，Walker等［10］指出黏土礦物中B質(zhì)量分?jǐn)?shù)與沉積水體中的B質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正比，基于該認(rèn)識(shí)，用頁(yè)巖B元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行古鹽度厘定。按照Walker劃分標(biāo)準(zhǔn)［10］（表1），研究區(qū)測(cè)試樣品硼質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要分布在（75.85～104.37）×10-6，平均為87.07×10-6，相當(dāng)硼質(zhì)量分?jǐn)?shù)主要分布在（300～700）×10-6（圖7），整體上指示為半咸水—咸化環(huán)境。

3.3 同位素證據(jù)

3.3.1 鍶同位素

測(cè)試頁(yè)巖w（87Sr）/w（86Sr）在0.7107～0.7124，平均為0.7111（圖8），介于濟(jì)陽(yáng)坳陷周緣露頭下古生界碳酸鹽巖w（87Sr）/w（86Sr）區(qū)間0.709～0.718，明顯高于同時(shí)代海水w（87Sr）/w（86Sr）范圍（0.707～0.708）［12］ ，與察爾汗鹽湖現(xiàn)代鹵水的w（87Sr） /w（86Sr）（0.7112～0.7120）分布區(qū)間基本一致，考慮到鍶同位素在大多數(shù)地質(zhì)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生顯著分餾的特點(diǎn)，認(rèn)為濟(jì)陽(yáng)盆緣出露的下古生界碳酸鹽巖風(fēng)化淋濾以溶解態(tài)搬運(yùn)至湖水，湖盆氣候干旱時(shí)濃縮沉淀形成富碳酸鹽頁(yè)巖，再次沉淀的碳酸鹽礦物保留盆緣碳酸鹽鍶同位素特性，研究區(qū)目的層段頁(yè)巖碳酸鹽礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)與氣候干濕指數(shù)呈明顯正相關(guān)，證實(shí)頁(yè)巖中碳酸鹽礦物主要為化學(xué)作用的產(chǎn)物［5］，結(jié)合本次測(cè)試對(duì)應(yīng)頁(yè)巖樣品稀土元素Ce正異常特征（圖9）（海相成因的碳酸鹽巖和泥質(zhì)巖具有Ce的負(fù)異常特征［13］），認(rèn)為濟(jì)陽(yáng)坳陷沙三下—沙四上亞段頁(yè)巖碳酸鹽礦物為蒸發(fā)咸化湖盆的產(chǎn)物，與海侵沒(méi)有必然聯(lián)系。

3.3.2 碳氧同位素

濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙三下—沙四上亞段頁(yè)巖碳酸鹽礦物組分為內(nèi)源沉積［1］，為碳酸鹽礦物中的碳、氧同位素的組成及其變化能夠示蹤沉積環(huán)境奠定基礎(chǔ)。碳酸鹽礦物中的碳主要來(lái)源于沉積時(shí)的溶解碳，成巖作用對(duì)碳酸鹽中無(wú)機(jī)碳的帶入帶出相對(duì)有限，表現(xiàn)為研究區(qū)測(cè)試樣品δ18O和δ13C相關(guān)性低，大部分所采集樣品對(duì)原始地層的沉積特征具有代表性，這將為碳酸鹽巖δ18O、δ13C恢復(fù)沉積環(huán)境提供條件。碳酸鹽δ18O作為恢復(fù)古鹽度的一種常用指標(biāo)，主要基于現(xiàn)代海水中δ18O與鹽度的關(guān)系比較簡(jiǎn)單，二者呈簡(jiǎn)單的線(xiàn)性正相關(guān)關(guān)系［14］。一般情況下，δ18O主要由湖水的蒸發(fā)作用控制，蒸發(fā)作用增強(qiáng)，輕的δ16O優(yōu)先逸出，造成水體中δ18O增加，相應(yīng)的δ18O增大。本次測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表明，濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙三下—沙四上亞段頁(yè)巖地層中碳酸鹽礦物δ18O變化于-13.06‰～-2.76‰，主要分布在-11‰～-3‰，δ18O偏大，與北美大鹽湖Great Salt Lake（鹽度150‰～300‰）δ18O分布區(qū)間相似，表現(xiàn)為蒸發(fā)咸化環(huán)境的特征。通常情況下，氣候干旱，湖平面蒸發(fā)作用增強(qiáng)，湖水二氧化碳分壓pCO2升高，湖水中12CO2優(yōu)先逃逸至大氣中，從而導(dǎo)致δ13C相對(duì)增加；相反，氣候濕潤(rùn)，物源供給充分，大量流域土壤中的12CO2隨流水進(jìn)入湖泊中，使得湖水中的δ13C貧化，同時(shí)濕潤(rùn)條件下，湖泊中藻類(lèi)生物大量繁殖，優(yōu)先利用湖泊水體12CO2進(jìn)行光合作用，最終導(dǎo)致湖泊中δ13C相對(duì)富集。濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙四上亞段頁(yè)巖δ13C變化于-1.37‰～7.99‰，主要分布在0～6‰，只有1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)為負(fù)偏移，整體上δ13C具有為正偏移特征，對(duì)照淡水湖泊和河流相碳酸鹽巖的δ13C低，介于-15‰～-5‰，海相碳酸鹽δ13C介于-5‰～5‰，蒸發(fā)湖相碳酸鹽的δ13C較海相碳酸鹽偏高的特點(diǎn)［15］，結(jié)合研究區(qū)δ18O、δ13C同位素與北美大鹽湖相似的特征（圖10），認(rèn)為濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙四上亞段—沙三下亞段為封閉蒸發(fā)相對(duì)強(qiáng)烈的咸化湖泊的產(chǎn)物。Keith等［16］把δ18O、δ13C兩者結(jié)合起來(lái)進(jìn)行沉積水體鹽度的量化表征，提出水體鹽度（Z）計(jì)算公式：Z=2.048（δ13C+50）+0.498（δ18O+50），當(dāng)水體鹽度大于 120.00‰ 時(shí)為咸水環(huán)境，水體鹽度小于120.00‰ 時(shí)為淡水環(huán)境。利用該方法計(jì)算的濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙四上亞段—沙三下亞段頁(yè)巖碳酸鹽礦物古鹽度為122.62‰～142.28‰，平均為130.76‰（表2），Z值均高于120.00‰，亦表明古近系沙三下—沙四上亞段頁(yè)巖為咸化環(huán)境沉積的產(chǎn)物。

3.4 包裹體證據(jù)

包裹體測(cè)定鹽度可近似地反映包裹體形成期地層孔隙溶液的鹽度，結(jié)合均一化溫度，可初步反推不同成巖演化階段地層流體的鹽度［17］。本次包裹體樣品主要選自3塊富有機(jī)質(zhì)透鏡狀粗晶泥質(zhì)灰?guī)r相樣品，樣品中碳酸鹽晶體相對(duì)較大，其內(nèi)的包裹體富集且較大。3塊樣品檢測(cè)到的包裹體形態(tài)主要為多邊形、橢圓形或不規(guī)則狀，呈定向或孤立狀分布（圖11、表3），其中3295.8 m檢測(cè)到氣液兩相原生鹽水包裹體較小，均小于10 mm，平均大小為3.75 mm，氣液比在2%～6%，平均為3.8%，均一化溫度范圍為35.2～45.3 ℃，平均為39.1 ℃，對(duì)應(yīng)鹽度范圍為21.0%～27.8%，平均為23.3%；3 296.1 m檢測(cè)到鹽水包裹體數(shù)量少，包裹體大小在5～12 mm，平均大小為7.25 mm，氣液比在5%～7%，平均為6%，均一化溫度范圍為33.4～43.3 ℃，平均為38.7 ℃，對(duì)應(yīng)鹽度范圍為19.8%～23.1%，平均為22.4%；3 297.3 m檢測(cè)到氣液兩相原生鹽水包裹體5個(gè)，包裹體大小差異較大，在4～25 mm，平均大小為11.3 mm，氣液比在2%～6%，平均為4%，均一化溫度范圍為32.5～41.2 ℃，平均為37.6 ℃，對(duì)應(yīng)鹽度范圍為19.2%～26.1%，平均為22.3%。整體上濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙三下—沙四上亞段頁(yè)巖碳酸鹽礦物流體包裹體具有均一化溫度低、鹽度高的特點(diǎn)，指示早成巖期地層流體鹽度高，據(jù)此亦可推斷濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙三下—沙四上亞段頁(yè)巖沉積期水體鹽度相對(duì)較高。

4 頁(yè)巖油地質(zhì)意義

濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙三下—沙四上亞段頁(yè)巖巖石學(xué)、元素地球化學(xué)、同位素和包裹體指標(biāo)均顯示頁(yè)巖沉積期湖盆水體為咸化環(huán)境，該水體環(huán)境有利于富碳酸鹽紋層狀頁(yè)巖沉積，奠定濟(jì)陽(yáng)坳陷頁(yè)巖含油性、儲(chǔ)集性、可動(dòng)性和可壓性獨(dú)具的特征。咸化環(huán)境富碳酸鹽紋層狀頁(yè)巖沉積有機(jī)質(zhì)主要由顆石藻、溝鞭藻等浮游藻類(lèi)及藍(lán)藻細(xì)菌等組成［18-19］，古生產(chǎn)力為1100～4100 gC/（m2·a-1），遠(yuǎn)高于淡水環(huán)境的300～400 gC/（m2·a-1）；有機(jī)質(zhì)埋藏效率高達(dá)23%～25.9%，以自然硫化方式保存質(zhì)量好；有機(jī)質(zhì)中75%為非共價(jià)鍵締合結(jié)構(gòu)，活化能較淡水環(huán)境的低10～20 kJ/mol，具有早生早排的特點(diǎn)，鏡質(zhì)體反射率達(dá)到0.65%即可大量生、排烴，峰值游離烴高達(dá)38 mg/g，較低熱演化程度游離油富集的特征，大大拓展中國(guó)東部陸相古近系斷陷湖盆頁(yè)巖油勘探空間；富碳酸鹽紋層狀頁(yè)巖進(jìn)入中成巖B期，隨著有機(jī)質(zhì)演化生成的有機(jī)酸和烴類(lèi)脫羧轉(zhuǎn)化形成的碳酸大量聚集，碳酸鹽礦物發(fā)生溶蝕和重結(jié)晶作用，微、納米級(jí)方解石/白云石晶間孔、溶蝕孔和晶間微裂縫、成巖縫和層理縫大量發(fā)育，孔縫并存、協(xié)同演化，形成多級(jí)孔縫網(wǎng)絡(luò)體系［20-21］，是濟(jì)陽(yáng)頁(yè)巖油最有利的儲(chǔ)集空間，也是最為主要的儲(chǔ)集空間；富有機(jī)質(zhì)紋層狀頁(yè)巖順向滲透率高，往往高于垂向滲透率1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，且碳酸鹽紋層吸附烴類(lèi)的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于富黏土紋層，為頁(yè)巖油流動(dòng)提供條件，加之內(nèi)源富碳酸鹽頁(yè)巖周?chē)煌庠锤火ね另?yè)巖所包圍，地層流體壓力傳導(dǎo)受限，地層普遍發(fā)育異常高壓［19］，目前已鉆遇的富碳酸鹽巖頁(yè)巖體系測(cè)試地層壓力系數(shù)在1.29～1.99，為頁(yè)巖油流動(dòng)產(chǎn)出提供動(dòng)力條件；富碳酸鹽頁(yè)巖碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，是主要的脆性礦物，表現(xiàn)為碳酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)與泊松比呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系［5］，利于頁(yè)巖大規(guī)模水力壓裂改造。濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙三下—沙四上亞段富碳酸鹽頁(yè)巖獨(dú)具的特點(diǎn)為濟(jì)陽(yáng)頁(yè)巖油富集高產(chǎn)提供條件，多個(gè)凹陷、不同演化程度頁(yè)巖油取得勘探戰(zhàn)略性突破，多口頁(yè)巖油探評(píng)井峰值日產(chǎn)油量均超百?lài)?，展現(xiàn)巨大的勘探潛力。

5 結(jié) 論

（1）濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙三下—沙四上亞段主要發(fā)育碳酸鹽紋層與富有機(jī)質(zhì)紋層泥質(zhì)紋層呈層偶的紋層狀頁(yè)巖，不僅碳酸鹽礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，NaCl、BaSO4等鹽、膏類(lèi)礦物也廣泛發(fā)育，且w（Sr）/w（Ba）、Sr、B元素含量高，反映該頁(yè)巖為咸化環(huán)境沉積的產(chǎn)物。

（2）頁(yè)巖碳酸鹽礦物δ18O、δ13C偏大，w（87Sr）/w（ 86Sr）明顯高于同期海水的比值，對(duì)應(yīng)稀土元素Ce正異常，表明該類(lèi)富碳酸鹽頁(yè)巖主要形成于氣候相對(duì)干旱、蒸發(fā)作用相對(duì)較強(qiáng)的閉流湖盆。

（3）多頁(yè)巖樣品中檢測(cè)到低溫、高鹽度氣液兩相原生鹽水包裹體，證實(shí)富碳酸鹽頁(yè)巖成巖早期地層流體鹽度較高。

（4）富碳酸鹽紋層狀頁(yè)巖具有早生早排、儲(chǔ)集性好、游離油富集和可壓性強(qiáng)等獨(dú)具的特點(diǎn)，奠定濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙三下—沙四上亞段頁(yè)巖油富集高產(chǎn)的基礎(chǔ)。

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（編輯 李 娟）

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)（2017ZX05049）；中石化科技攻關(guān)項(xiàng)目（P23084）

第一作者及通信作者：王勇（1977-），男，高級(jí)工程師，博士，研究方向?yàn)橛蜌饪碧?。E-mail：wangyong731.slyt@sinopec.com。

引用格式：王勇.濟(jì)陽(yáng)坳陷古近系沙三下—沙四上亞段咸化湖盆證據(jù)及頁(yè)巖油氣地質(zhì)意義［J］.中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2024，48（3）：27-36.

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