劉招君，孟慶濤，賈建亮，孫平昌，柳 蓉，胡曉峰

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長春 130061

2.油頁巖與共生能源礦產(chǎn)吉林省重點實驗室，長春 130061

3.東北亞生物演化與環(huán)境教育部重點實驗室，長春 130026

陸相盆地油頁巖成礦規(guī)律：以東北地區(qū)中、新生代典型盆地為例

劉招君1，2，3，孟慶濤1，2，3，賈建亮1，孫平昌1，柳 蓉1，2，3，胡曉峰1

1.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，長春 130061

2.油頁巖與共生能源礦產(chǎn)吉林省重點實驗室，長春 130061

3.東北亞生物演化與環(huán)境教育部重點實驗室，長春 130026

油頁巖作為常規(guī)油氣的重要替代或補(bǔ)充能源，在全球資源戰(zhàn)略中的地位日益彰顯。為了更好地揭示我國陸相油頁巖的特征與分布規(guī)律，在總結(jié)多年油頁巖勘查成果的基礎(chǔ)上，分析了東北地區(qū)松遼和樺甸典型含油頁巖盆地礦床特征及成礦特點，揭示了陸相坳陷與斷陷盆地油頁巖成礦規(guī)律。油頁巖主要發(fā)育于三級層序的高水位體系域和水進(jìn)體系域；古氣候和沉積環(huán)境對大型坳陷盆地油頁巖的形成有重要的控制作用，溫暖濕潤的氣候條件使湖泊自身生產(chǎn)力大大提高，為油頁巖形成提供豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)；油頁巖的平面分布受控于沉積環(huán)境的變化，主要分布于深湖—半深湖相，鹽度較高使水體處于鹽度分層，有利于有機(jī)質(zhì)保存。構(gòu)造條件對小型斷陷盆地油頁巖成礦起著至關(guān)重要的控制作用，通過控制可容納空間而影響了油頁巖的厚度分布及品質(zhì)特征，油頁巖主要富集相帶為靠近控盆同生斷裂一側(cè)的半深湖—深湖環(huán)境，且靠近控盆同生斷裂一側(cè)油頁巖厚度明顯加厚和含油率增大；同時，干濕交替的氣候控制了油頁巖的層數(shù)和保存條件。對比分析表明：坳陷含油頁巖盆地規(guī)模多為大型，油頁巖礦單獨(dú)存在、分布面積大，以中薄層中低含油率為典型特點；斷陷含油頁巖盆地規(guī)模多為小型，油頁巖礦單獨(dú)存在或與煤相伴生，以薄層高含油率或巨厚層中等含油率為典型特點。在三級層序的水進(jìn)和高水位體系域中，有機(jī)質(zhì)豐度和湖泊生產(chǎn)力較高，層狀藻和結(jié)構(gòu)藻較為繁盛，外源輸入較低、水體鹽度較大、還原性較強(qiáng)，且呈堿性環(huán)境，是油頁巖形成的有利時期。因此，古構(gòu)造、古氣候和沉積環(huán)境綜合控制下的豐富有機(jī)質(zhì)來源和良好的湖水鹽度分層是油頁巖有機(jī)質(zhì)富集的有利因素。

陸相油頁巖；坳陷盆地；斷陷盆地；成礦規(guī)律；成礦模式；東北地區(qū)；油頁巖

0 引言

油頁巖作為常規(guī)油氣的重要補(bǔ)充或替代能源，在我國資源豐富且分布范圍廣。2003—2006年全國油頁巖資源評價結(jié)果表明，我國油頁巖主要分布在20個省和自治區(qū)、47個盆地和80個含礦區(qū)，油頁巖資源為7 199億t，頁巖油資源為476億t，頁巖油可回收資源為120億t［1］。目前，中國油頁巖查明程度較低，油頁巖分布規(guī)律不清，缺乏相應(yīng)的成礦理論及模式來指導(dǎo)勘探。

中國油頁巖主要為陸相湖泊沉積，其油頁巖成因及成礦規(guī)律研究都很薄弱。而對于湖相油頁巖的成因，國外學(xué)者早已進(jìn)行過研究，主要提出了3種模式，即綠河模式［2－4］、深水缺氧湖泊模式［5］和暫時性湖泊模式［6－7］；但是以上幾個模式都是針對不同的特征地區(qū)提出自己的相應(yīng)模式，帶有一定的區(qū)域性，與我國陸相沉積存在明顯差異。因此，我國油頁巖成礦機(jī)制不能照搬國外的理論，急需建立適合我國特色的相應(yīng)成礦模式。

東北地區(qū)是我國油頁巖開發(fā)歷史悠久且資源最為豐富的地區(qū)，油頁巖資源為5 942.98億t（折算成頁巖油資源為294.40億t），占全國總資源一半以上。其中，查明油頁巖資源861.75億t，僅占東北地區(qū)總資源的14.5%，資源探明程度很低，因此，提高東北地區(qū)油頁巖資源探明率迫在眉睫。同時，東北地區(qū)在油頁巖成因類型上具有代表性，斷陷和坳陷含油頁巖盆地均十分發(fā)育（圖1），且賦存類型多樣：有的油頁巖與煤伴生（如撫順盆地油頁巖發(fā)育在煤層頂板、依蘭盆地油頁巖與煤互層），有的油頁巖與油氣伴生（如松遼盆地）。因此，筆者以東北地區(qū)中、新生代典型含油頁巖盆地為例，開展陸相坳陷和斷陷盆地油頁巖成礦規(guī)律研究，不僅有助于東北地區(qū)油頁巖成礦預(yù)測與資源勘探，促進(jìn)東北老工業(yè)基地的騰飛發(fā)展，同時對今后全國其他地區(qū)的油頁巖研究也將起到積極重要的借鑒意義。

圖1 東北地區(qū)主要含油頁巖盆地分布Fig.1 Distribution of main oil shale bearing basins in Northeast China

1 坳陷盆地油頁巖成礦規(guī)律

陸相盆地深水環(huán)境是油頁巖、暗色泥巖沉積的主要區(qū)域。例如，美國綠河組的Tipton段和Laney段油頁巖［2］，中國準(zhǔn)噶爾盆地南部上二疊統(tǒng)油頁巖和松遼盆地白堊系青山口組一段和嫩江組一、二段油頁巖均屬于典型的深湖相成因［8］。本文以松遼盆地為例，建立坳陷深水型油頁巖成礦模式。

1.1 油頁巖礦床特征

松遼盆地油頁巖主要發(fā)育于上白堊統(tǒng)青山口組和嫩江組。青山口組自下而上分為3段，其中青一段為灰黑色泥巖、頁巖夾油頁巖。嫩江組自下而上分為5段，其中嫩一段、二段的底部發(fā)育油頁巖。區(qū)內(nèi)油頁巖呈層狀產(chǎn)出，油頁巖埋深往盆地中央加大，最大達(dá)到2 000m。青山口組一段油頁巖累厚較大，為1～49m；嫩江組油頁巖厚度相對較薄，其中嫩江組一段油頁巖累厚為0.7～10.0m，嫩江組二段油頁巖累厚為0.7～13.0m。

松遼盆地油頁巖一般呈灰—灰褐色，灰色條痕，貝殼狀斷口，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，致密塊狀構(gòu)造。油頁巖水平層理發(fā)育，富含動植物化石，含油率中等，最高可達(dá)12.10%，一般為5%左右。有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ—Ⅱ型，有機(jī)質(zhì)來源主要為代表湖泊自身生產(chǎn)力的水生生物，且以水生藻類占絕對優(yōu)勢［9］。

1.2 油頁巖成礦規(guī)律

松遼盆地為典型的中生代大型含油頁巖盆地，油頁巖是松遼裂谷盆地坳陷期的產(chǎn)物。依據(jù)陸相層序地層四分原理，松遼盆地油頁巖主要發(fā)育在水進(jìn)體系域（TST）和高水位體系域（HST）中［8－9］（圖2）。筆者研究表明，古氣候和沉積環(huán)境對油頁巖的形成有重要的控制作用。

圖2 松遼盆地Ngn2井青山口組一段精細(xì)垂向古氣候演化Fig.2 Vertical paleoclimatic evolution of the 1st Member of Qingshankou Formation in well Ngn2，Songliao basin

1.2.1 古氣候控礦規(guī)律

氣候變化是影響有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)力的主要因素。溫濕的氣候有利于植物的生長，從而使有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)力提高；而干燥少雨的氣候植物生長受到限制，原始有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)力低下［10］。通過敏感古氣候參數(shù)Rb／Sr、Th／U值等分析，重建松遼盆地青山口組和嫩江組油頁巖沉積時期的古氣候演化特征。Rb／Sr值可以作為古氣候良好的指標(biāo)，氣候溫暖潮濕時Rb／Sr和Th／U值相對較低，而氣候炎熱干旱時Rb／Sr和Th／U值相對較高［11－14］。松遼盆地青山口組油頁巖段Rb／Sr值較低，整體上為0.25左右，Th／U值較低，整體上為2.2左右，要遠(yuǎn)低于下紅色泥巖段和上綠色泥巖段（0.65和4.8）（圖2），表明青山口組油頁巖形成時期氣候表現(xiàn)為溫暖濕潤。

通過氣候敏感元素比值將松遼盆地青山口組目的層段劃分成5個氣候階段（圖2）：階段A（底部→262.1m）Rb／Sr、Th／U和 Mg／Sr值表現(xiàn)為高值，指示相對炎熱的氣候，巖性以紅色泥巖為主；階段B（262.1m→241.2m）Rb／Sr、Th／U和Mg／Sr值呈現(xiàn)遞減的趨勢，指示一種半干旱—干濕潤氣候，巖性主要以灰綠色—灰色粉砂巖、細(xì)砂巖為主；階段C（241.2m→217.6m）Rb／Sr和Th／U值相比階段B均呈現(xiàn)較快的遞減趨勢，指示溫暖濕潤的氣候，此階段是青山口組油頁巖發(fā)育的極盛期，巨厚優(yōu)質(zhì)油頁巖均在此時期沉積，可見溫暖濕潤的氣候?qū)τ晚搸r的形成起到至關(guān)重要的作用；階段D（217.6m→161.8m）Rb／Sr和 Th／U 值相比階段C均呈現(xiàn)幅度較小的上升趨勢，可以指示當(dāng)時濕度略微降低，為偏濕潤氣候；階段E（161.8m→頂部）Rb／Sr和Th／U值相比階段D均呈現(xiàn)快速的上升趨勢，Mg／Sr值相比階段D同樣呈現(xiàn)更加快速上升的趨勢，指示炎熱干燥的氣候。因此，整體上看，青山口組沉積時期松遼盆地呈現(xiàn)由半干熱到溫濕再到半干熱的階段氣候特征，其中油頁巖段主要發(fā)育在階段C的更加溫暖濕潤的氣候階段，因此溫暖濕潤的氣候條件有利于富有機(jī)質(zhì)沉積（油頁巖）的發(fā)育。

同樣，嫩江組油頁巖段Rb／Sr值較低，整體上為0.27左右，Th／U值較低，整體上為1.75左右，要遠(yuǎn)低于油頁巖段頂部的泥巖段。嫩江組油頁巖形成時期表現(xiàn)為與青山口組相似的溫暖濕潤氣候特征，主要發(fā)育在溫暖濕潤氣候演化階段。溫暖濕潤的氣候條件下湖泊自身生產(chǎn)力提高，藻類等水生生物繁盛，為油頁巖的形成提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)。

1.2.2 沉積環(huán)境控礦規(guī)律

青山口組一段和嫩江組一、二段厚層黑色油頁巖與松遼盆地基準(zhǔn)面變化曲線中的兩次最大湖侵相對應(yīng)，顯示出油頁巖為盆地兩次最大湖泛期的產(chǎn)物，其發(fā)育明顯受沉積環(huán)境控制；青一段時期沉積了大面積的厚層泥巖和油頁巖。青一段整體沉積相呈現(xiàn)出以深湖—半深湖相為主，東南和西南狹小范圍內(nèi)發(fā)育濱淺湖相。油頁巖顏色為褐黑色—灰黑色，水平層理或塊狀層理發(fā)育，且有機(jī)質(zhì)豐度較好，含油率較高［9］；同時，結(jié)合油頁巖的平面分布圖（圖3）可知，油頁巖幾乎全部分布在深湖—半深湖相。

嫩江組油頁巖主要沉積于嫩江組一、二段時期。嫩一段時期水體較深，湖盆范圍較大，在全區(qū)內(nèi)沉積相呈現(xiàn)出深湖—半深湖相占絕對優(yōu)勢、濱淺湖相局部發(fā)育的特征。油頁巖主體分布在深湖—半深湖相，淺湖相分布較少。嫩江組二段沉積初期湖盆面積進(jìn)一步擴(kuò)大，發(fā)生盆地歷史上第二次湖侵事件，現(xiàn)今盆地范圍內(nèi)幾乎全部為半深湖—深湖相，僅在盆地北部發(fā)育小范圍的濱淺湖相。通過油頁巖的平面分布（圖4）可知，隨著湖泊面積的增大，油頁巖分布范圍也隨著擴(kuò)大，并且達(dá)到了全區(qū)最大的分布范圍。

由此可見，油頁巖的平面分布受控于沉積環(huán)境的變化，油頁巖的分布范圍會隨著湖泊的演化而呈現(xiàn)出規(guī)律性變化，油頁巖最發(fā)育時期也是湖泊最繁盛時期，松遼盆地油頁巖主要分布于靜水的深湖—半深湖相。

此外，湖泊水體性質(zhì)對油頁巖富集成礦也起到一定的控制作用。伽馬蠟烷是一種C30的三萜烷，首次發(fā)現(xiàn)于綠河頁巖瀝青中［15］，是湖相和海相沉積物中一種主要的生物標(biāo)志化合物；伽馬蠟烷可以指示沉積時水體的鹽度分層［16－19］。松遼盆地青山口組油頁巖段具有很高的伽馬蠟烷指數(shù)（0.39），表明水體鹽度分層較好，嫩江組一段也具有較高的伽馬蠟烷指數(shù)（0.30）；而嫩二段伽馬蠟烷指數(shù)（0.12）很低，表明嫩江組油頁巖沉積時期的水體鹽度從嫩一段到嫩二段快速降低。同時，Sr／Ba值也是確定水體古鹽度的良好指標(biāo)。松遼盆地青山口組和嫩一段油頁巖段具有較高的Sr／Ba值（0.85和0.80），遠(yuǎn)高于嫩二段的0.46，表明青山口組和嫩一段湖泊水體鹽度較高，具備鹽度分層的條件，而到嫩二段快速降低，與伽馬蠟烷的分析結(jié)果一致。由此可見，高鹽度使水體處于鹽度分層，有利于有機(jī)質(zhì)的保存，形成優(yōu)質(zhì)油頁巖。

圖3 松遼盆地青山口組油頁巖厚度等值線圖Fig.3 Thickness contour map of oil shale in Qingshankou Formation，Songliao basin

2 斷陷盆地油頁巖成礦規(guī)律

東北地區(qū)沿敦密斷裂帶和依蘭—伊通斷裂帶發(fā)育一系列新生代小型斷陷含油頁巖盆地，在較小的盆地面積內(nèi)蘊(yùn)含了豐富的油頁巖資源，具有“小而肥”的典型特點，以敦密斷裂帶撫順、樺甸和梅河等盆地為代表。其中：樺甸盆地含油率最高可達(dá)24.8%，資源潛力巨大；而撫順盆地已經(jīng)形成我國規(guī)模最大的油頁巖開發(fā)基地。本文將重點解剖樺甸盆地，揭示斷陷盆地油頁巖成礦規(guī)律。

2.1 油頁巖礦床特征

樺甸油頁巖沉積層位為古近系始新統(tǒng)樺甸組，埋藏深度較淺，一般為0～500m。油頁巖層數(shù)多，共發(fā)育可采油頁巖13層，自盆地北緣向南緣同沉積斷裂方向呈現(xiàn)由薄變厚的總趨勢，北部厚度為100～120m，南部厚度為240m，顯示盆地為半地塹式構(gòu)造樣式。

圖4 松遼盆地嫩江組油頁巖厚度等值線圖Fig.4 Thickness contour map of oil shale in Nenjiang Formation，Songliao basin

該區(qū)油頁巖為灰褐、棕褐色和深灰色，致密塊狀構(gòu)造，貝殼狀斷口，質(zhì)量較小，品質(zhì)優(yōu)良，含油率一般為10%～12%，最高可達(dá)24.80%。有機(jī)質(zhì)豐度較高，有機(jī)質(zhì)類型為Ⅰ—Ⅱ型，甾類和萜類等生物標(biāo)志化合物特征表明，樺甸油頁巖為水生生物和高等植物雙重生源，但細(xì)菌及藻類等水生生物的貢獻(xiàn)較大［20］。

2.2 油頁巖成礦規(guī)律

樺甸盆地為典型的斷陷含油頁巖盆地。油頁巖亦主要發(fā)育于水進(jìn)體系域和高水位體系域中。古構(gòu)造條件和氣候演化對斷陷盆地油頁巖的形成起著至關(guān)重要的作用。

2.2.1 構(gòu)造條件控礦規(guī)律

構(gòu)造運(yùn)動通過影響基準(zhǔn)面的變化和可容空間的大?。次镌捶较虻淖兓┛刂屏擞晚搸r在層序中的發(fā)育位置，油頁巖主要發(fā)育于水進(jìn)體系域和高水位體系域［21］。控盆同生斷裂通過控制可容納空間而影響油頁巖的沉積位置、沉積厚度和含油率的分布。如圖5所示，盆地北臺子區(qū)油頁巖累計厚度為0～15m，大城子—公郎頭為15～35m，南緣斷裂帶內(nèi)厚度大約35m，其變化趨勢是由北向控盆斷裂一側(cè)厚度逐漸增大。控盆斷裂控制了盆地沉積體系的展布，進(jìn)而控制了油頁巖的分布范圍。并且，含油率也存在類似的變化規(guī)律：靠近控盆斷裂位置，出現(xiàn)了油頁巖含油率不斷增加的趨勢，在盆地內(nèi)的其他斷裂分布的局部位置也不同程度出現(xiàn)了含油率增加的規(guī)律。從北臺子、大城子、公郎頭勘查區(qū)向控盆斷裂F1的含油率不斷增加，其中，公郎頭勘查區(qū)的含油率偏低，為7%～9%（圖6）。這也是油頁巖總是沉積在離陸源碎屑較遠(yuǎn)地方的原因［22－23］。

2.2.2 古氣候演化的控礦規(guī)律

根據(jù)119個油頁巖和泥巖樣品的測試分析結(jié)果，揭示了樺甸盆地黏土礦物及無機(jī)地球化學(xué)特征及其所響應(yīng)的古氣候演化規(guī)律。

圖5 樺甸盆地樺甸組油頁巖累計厚度等值線圖Fig.5 Acoumulative thickness thickness contour map of oil shale of Huadian Formation in Huadian basin

圖6 樺甸盆地樺甸組油頁巖含油率等值線圖Fig.6 Oil yield contour map of oil shale of Huadian Formation in Huadian basin

2.2.2.1 古氣候響應(yīng)特征

通常，黏土礦物組合特征可以指示古氣候演化特征。一般認(rèn)為，自生蒙脫石易形成于干濕交替的氣候環(huán)境［24－25］，而氣候溫暖潮濕有利于高嶺石的形成和保存［26－29］，伊利石形成于寒冷少雨的氣候條件下。樺甸盆地中部含油頁巖段中黏土礦物組合為蒙脫石、高嶺石和伊利石，以蒙脫石為主。蒙脫石質(zhì)量分?jǐn)?shù)為38.3%～100%，平均為70.8%，高嶺石平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16.1%，伊利石平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.1%，各組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在垂向上呈現(xiàn)出頻繁波動變化特征，總體上反映出中部含油頁巖段沉積時期氣候呈現(xiàn)濕潤—干旱交替變化的演化特征［30］。

同時，地球化學(xué)元素及其比值變化在一定程度上也指示了古氣候與古環(huán)境演化。樺甸組泥巖和油頁巖中 Mn、Sr、P、Cd、Cu、Cs等元素以及 Rb／Sr、Sr／Cu、Ba／Ga、Sr／Ba和 V／（V＋Ni）等元素比值呈現(xiàn)較好的規(guī)律性，與有機(jī)碳和含油率具有良好的響應(yīng)關(guān)系。通常，在氣候干旱炎熱時，元素 Mn、Sr、Cd、P等濃度飽和時大量沉淀，在湖泊沉積物中顯示為高值，而Cu、Cs等難以遷移入湖，在湖泊沉積物中顯示低值，因此，這些元素對氣候變化較為敏感。中部油頁巖沉積時期，Mn、Sr、Cd、P的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，而Cu、Cs的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，這些元素在縱向上的含量分布也進(jìn)一步指示了中部油頁巖沉積時期處于半濕潤—半干旱循環(huán)交替的氣候變化。此外，Rb／Sr和Sr／Cu值與上述微量元素反映的古氣候信息一致，與Sr／Ba、B／Ga和 V／（V＋Ni）值指示油頁巖沉積于淡水—半咸水交替的厭氧沉積環(huán)境相對應(yīng)［30］。

2.2.2.2 古氣候控礦規(guī)律

樺甸盆地油頁巖段沉積時期干濕交替的氣候環(huán)境導(dǎo)致了其多層（13層）油頁巖的發(fā)育、且單層油頁巖較薄的特點，與大型松遼盆地坳陷油頁巖成礦存在明顯差別。油頁巖層與上下泥巖層相比較而言，氣候較溫暖濕潤，大的入湖徑流量帶來充足的營養(yǎng)物質(zhì)，使水體中水生生物繁盛，大大增加了湖泊初始生產(chǎn)力，為油頁巖的形成提供大量的物質(zhì)來源；而當(dāng)氣候轉(zhuǎn)為干旱時，湖泊徑流量減小，湖水中營養(yǎng)物質(zhì)含量較少，使湖泊生產(chǎn)力降低，這不利于有機(jī)質(zhì)的形成。同時，由于氣候波動變化所引起的湖泊水體鹽度變化對油頁巖中有機(jī)質(zhì)保存起到控制作用，樺甸盆地油頁巖沉積于淡水—半咸水交替的厭氧沉積環(huán)境，這種鹽度的變化使湖盆處于鹽度分層，保持底部水體處于缺氧還原環(huán)境，使上層水體中的營養(yǎng)物質(zhì)在下層水體中得以保存［21］。

3 討論

中生代坳陷盆地和新生代斷陷盆地兩種類型油頁巖代表了東北地區(qū)大多數(shù)的典型特征，但不同類型油頁巖在特征、分布及富集規(guī)律上也存在一定差別（表1）。

東北地區(qū)陸相斷陷含油頁巖盆地主要為新生代走滑盆地，盆地規(guī)模多為小型，油頁巖礦或單獨(dú)存在，或與煤層相伴生，有時發(fā)育在煤層之上（如撫順油頁巖），有時發(fā)育在煤層之下（如樺甸油頁巖），分布面積較小，以薄層高含油率或巨厚層中等含油率為典型特點。同沉積構(gòu)造通過控制可容納空間影響了油頁巖的厚度、分布及品質(zhì)特征。油頁巖主要富集相帶為靠近控盆斷裂一側(cè)的半深湖—深湖環(huán)境，且靠近控盆斷裂一側(cè)油頁巖厚度明顯加厚和含油率增大。油頁巖主要形成于溫暖濕潤和半濕潤—半干旱兩種氣候條件：溫暖濕潤條件下形成的油頁巖具有厚度大、分布穩(wěn)定、含油率中等、有機(jī)質(zhì)多呈混合型等特點，如撫順油頁巖等［31－32］；半濕潤—半干旱條件下形成的油頁巖具有厚度薄—中等、穩(wěn)定性相對較差、含油率高、有機(jī)質(zhì)多呈Ⅰ—Ⅱ1型等特點，如樺甸油頁巖［21］。斷陷盆地類型油頁巖具有很大的經(jīng)濟(jì)價值，目前，我國露天及地下開采的油頁巖礦主要屬于該類型。

坳陷含油頁巖盆地主要為中生代的大陸裂谷盆地，而且主要發(fā)育在裂谷盆地?zé)岢两惦A段的坳陷期，盆地規(guī)模多為大型，油頁巖礦單獨(dú)存在，分布面積大，以中薄層中低含油率為典型特點，往往形成超大型油頁巖礦床。古氣候和沉積環(huán)境對油頁巖的形成有重要的控制作用。油頁巖主要形成于溫暖濕潤的氣候條件：一般在溫暖潮濕氣候條件，湖盆易于保持一定的水體深度、有機(jī)質(zhì)豐盛、水介質(zhì)具有一定鹽度，有利于油頁巖的形成。油頁巖具有厚度中等—薄、分布穩(wěn)定、含油率中—低、有機(jī)質(zhì)多呈混合型等特點，主要形成于半深湖—深湖環(huán)境，湖盆范圍控制油頁巖的發(fā)育和平面分布。該類型油頁巖是未來我國原位開采油頁巖的首選目標(biāo)。

表1 東北地區(qū)陸相斷陷與坳陷盆地油頁巖特征對比Table 1 Comparison of oil shale characteristics of continental fault and depression basin in Northeast China

無論小型斷陷盆地還是大型坳陷盆地，油頁巖均主要發(fā)育在水進(jìn)體系域和高水位體系域中，低水位體系域和水退體系域不發(fā)育油頁巖，而且優(yōu)質(zhì)油頁巖相對集中于水進(jìn)體系域晚期和高水位體系域早期。這兩個時期，湖盆可容空間的增大速度大于碎屑物質(zhì)的供給速率，為湖盆欠補(bǔ)償階段，沉積物的粒度很細(xì)，形成油頁巖和暗色泥巖，該沉積特征在地球化學(xué)參數(shù)上也有良好的響應(yīng)（圖7）。以松遼盆地青山口組一段3個三級層序中的第1個三級層序為例，從LST→TST→HST→RST，反映有機(jī)質(zhì)豐度的w（TOC）、（S1＋S2）／TOC、TOC／S和IH等參數(shù)均呈現(xiàn)由較小值→逐漸增大→保持穩(wěn)定→逐漸減小的變化趨勢，在 HST早期出現(xiàn)最大峰值，其中w（TOC）最高可達(dá)23.83%；有機(jī)顯微組分在 TST和HST時期層狀藻和結(jié)構(gòu)藻含量逐漸增多，陸源高等植物逐漸減少，反映外源輸入的w（Ti）在TST和HST時期較低，到RST時期逐漸增大；在水體性質(zhì)上，在TST和HST時期，水體處于鹽度較高的缺氧環(huán)境，尤其是在TST晚期和HST早期，水體鹽度最大、還原性最強(qiáng)；在水體酸堿性上，通常堿性水體更有利于生產(chǎn)力勃發(fā)，青山口組一段層序Ⅰ中，由TST→HST，MnO和FeO的含量逐漸增高，反映水體呈堿性，湖泊生產(chǎn)力較大，而到RST時期，含量逐漸降低，反映酸性水體的SiO2含量逐漸增大。

綜合上述分析表明，古構(gòu)造、古氣候和古沉積環(huán)境是控制油頁巖有機(jī)質(zhì)富集演化的控制因素。其中：古構(gòu)造和古氣候控制著古沉積環(huán)境的演化，而古沉積環(huán)境和古氣候條件制約著有機(jī)質(zhì)來源、保存條件、陸源注入、沉積速率等。上述因素綜合控制下的豐富的有機(jī)質(zhì)來源和良好的湖水鹽度分層是油頁巖有機(jī)質(zhì)富集的制約因素。

4 結(jié)論

通過分析東北地區(qū)松遼和樺甸典型盆地油頁巖礦床特征及成礦特點，揭示了陸相坳陷與斷陷盆地油頁巖成礦規(guī)律，初步得出以下結(jié)論：

1）陸相坳陷含油頁巖盆地規(guī)模多為大型，油頁巖分布面積大，以中薄層中低含油率為典型特點，古氣候和沉積環(huán)境對大型坳陷盆地油頁巖的形成有重要的控制作用。

2）陸相斷陷含油頁巖盆地規(guī)模多為小型，油頁巖以薄層高含油率或巨厚層中等含油率為典型特點，古構(gòu)造和古氣候條件對小型斷陷盆地油頁巖的形成起著至關(guān)重要的控制作用。

3）在三級層序中，油頁巖主要富集在水進(jìn)體系域和高水位體系域。古構(gòu)造、古氣候和古沉積環(huán)境綜合控制下的豐富有機(jī)質(zhì)來源和良好的湖水鹽度分層是油頁巖有機(jī)質(zhì)富集的制約因素。

本文所介紹的陸相盆地油頁巖成礦規(guī)律僅以東北地區(qū)的典型裂谷坳陷型和走滑斷陷型盆地為代表；但我國擁有48個含油頁巖盆地，除上述兩種類型外還存在克拉通盆地和前陸盆地等類型，其油頁巖成因機(jī)制與富集規(guī)律存在明顯差別，仍有待進(jìn)一步深入研究與總結(jié)。因此，為揭示我國油頁巖成礦富集規(guī)律，科學(xué)指導(dǎo)油頁巖資源評價與預(yù)測，油頁巖地質(zhì)學(xué)家仍需不斷努力探索。

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Metallogenic Regularity of Oil Shale in Continental Basin：Case Study in the Meso－Cenozoic Basins of Northeast China

Liu Zhao－jun1，2，3，Meng Qing－tao1，2，3，Jia Jian－liang1，Sun Ping－chang1，Liu Rong1，2，3，Hu Xiao－feng1

1.CollegeofEarthSciences，JilinUniversity，Changchun130061，China
2.KeyLaboratoryforOilShaleandCoexistentEnergyMineralsofJilinProvince，Changchun130061，China
3.Key－LabforEvolutionofPastLifeandEnvironmentinNortheastAsia，MinistryofEducation，Changchun130026，China

As an important replacement or supplement energy for traditional oil ＆gas，the position of oil shale in global strategy becomes more and more obvious.In order to reveal the characteristics and distribution regularity of oil shale in continental basins better，based on the summary of exploration results of oil shale for many years，the deposit and metallogenic characteristics of typical oil shale bearing basins such as Songliao and Huadian basin in Northeast China have been analyzed，and the metallogenic regularity of oil shale in continental depression and fault basins has been revealed.It is shown that oil shale mainly developed in HST and TST within the third order sequence.Paleoclimate and sedimentary environment play important control action on oil shale formation in large scale depression basin，warm and humid climate greatly improves the lake productivity，which provides abundant materials for oil shale formation.The distribution of oil shale changes regularly by the evolution of the lake，oil shale mainly deposit in semi－deep to deep lake，high salinity causes the salinity stratification of the lake water，which is benefit for organic preservation.Tectonic conditions play a vital control action on oil shale mineralization in small fault basins，which affect the thickness distribution and quality characteristics of oil shale by controlling the accommodation.The accumulation belts of oil shale locate in semi－deep to deep lake close to basin－controlling contemporaneous fault，and oil shale obviously thicken and the oil yield increase near by the side of fault.Meanwhile，the altering wet and dry climate controls the number of layers and the preservation conditions.Comparative analysis indicates that the scale of depression oil shale bearing basin is large，oil shale exists alone，the distribution area is large，and characterized by thin－middle layer and low－middle oil yield.The scale of fault oil shale bearing basin is small，oil shale exists alone or associated with coal，and characterized by thin layer and high oil yield or thick layer and middle oil yield.During the period of HST and TST within third－order sequence，the organic matter abundance and lake productivity are higher，the stratiform and texture algae are relatively prosperous，exogenous input is relatively low，the water salinity is higher，the reducibility is stronger and the environment is alkalinity，which are the favorable periods for oil shale formation.Therefore，the abundant organic matter and favorable lake salinity stratification that are comprehensively controlled by paleostructure，paleoclimate and sedimentary environment are restrictive factors for the organic matter enrichment of oil shale.

continental oil shale；depression basin；fault basin； metallogenic regularity；metallogenic model；Northeast China；oil shale

P618.13

A

1671－5888（2012）05－1286－12

2012－06－25

國家自然科學(xué)基金項目（40972076）；吉林省科技發(fā)展計劃項目（20110427）；高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金項目（20110061110050）；高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金項目（新教師類）（20110061120066）；國土資源部公益性行業(yè)科研專項（201211051－04）；國家潛在油氣資源（油頁巖勘探開發(fā)利用）產(chǎn)學(xué)研用合作創(chuàng)新建設(shè)項目（OSR－01）；吉林省科技引導(dǎo)計劃（青年科研基金）項目（201101022）；吉林大學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊項目（201004001）；吉林大學(xué)科學(xué)前沿與交叉學(xué)科創(chuàng)新項目（201003012）

劉招君（1951—），男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事沉積學(xué)、層序地層學(xué)、石油地質(zhì)學(xué)、油頁巖資源評價與成礦理論研究，E－mail：liuzj＠jlu.edu.cn

孟慶濤（1984—），女，講師，博士，主要從事石油地質(zhì)學(xué)、油頁巖成礦理論、古湖泊學(xué)和沉積地球化學(xué)研究，E－mail：mengqt＠jlu.edu.cn。