焦 鑫 柳益群 周鼎武 李 紅 孟子圓 趙敏茹 楊奕曜

1大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西西安 710069 2山東科技大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島 266510

中國(guó)陸相油氣地質(zhì)理論和勘探開發(fā)在世界石油地質(zhì)學(xué)界和石油工業(yè)界占有重要地位，不斷發(fā)展陸相油氣地質(zhì)理論和實(shí)踐，既是中國(guó)地質(zhì)學(xué)家對(duì)地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)理論的重大貢獻(xiàn)，也是當(dāng)今著力發(fā)展非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)的現(xiàn)實(shí)需要(賈承造等，2018;鄒才能等，2020)。中國(guó)不同時(shí)期陸相盆地發(fā)育的湖相烴源巖系是重要的致密油層系，其主要由一系列富含有機(jī)質(zhì)、且組分復(fù)雜的細(xì)粒沉積巖組成(賈承造等，2018;朱如凱等，2019;邱振和鄒才能，2020;鄒才能等，2020;姜在興等，2021)。受限于極細(xì)的粒度，這類巖石組合長(zhǎng)期被簡(jiǎn)單地視為陸源遠(yuǎn)端沉積和湖相化學(xué)沉淀混合而成的正常陸源沉積地層，其沉積學(xué)理論，甚至巖石類型的識(shí)別等均有待系統(tǒng)研究。隨著非常規(guī)油氣資源的大力開發(fā)，尤其是致密油和頁巖油的開發(fā)需求逐步增高，這類巖石得到大量關(guān)注，并取得了一系列重要進(jìn)展(賈承造等，2018;邱振和鄒才能，2020)。研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)不同地區(qū)與時(shí)代的湖相細(xì)粒沉積巖系卻具有相似的共性： 一是均為優(yōu)質(zhì)的烴源巖，且具有“源—儲(chǔ)一體”特征的優(yōu)質(zhì)頁巖油/氣和致密油/氣層系(姜在興等，2013，2021;鄒才能等，2020)；二是均發(fā)育有不同類型的深源物質(zhì)(張文正等，2010;柳益群等，2013;文華國(guó)等，2014;鄭榮才等，2018;鐘大康等，2018;Jiaoetal.，2020)，即由火山活動(dòng)產(chǎn)生的大量的火山物質(zhì)(如火山灰形成的凝灰質(zhì)泥巖或凝灰?guī)r夾層)及熱液噴流作用形成的化學(xué)沉積物質(zhì)(如層狀硅質(zhì)巖，熱液白云巖)，甚至由噴積作用形成的直接由深源巖漿質(zhì)礦物晶體碎屑物質(zhì)構(gòu)成的噴積巖夾層(柳益群等，2013)。因此，重新認(rèn)識(shí)湖相烴源巖物質(zhì)組成對(duì)于探討陸相油氣形成機(jī)理具有十分重要的基礎(chǔ)研究意義。

值得重視的是，近年來越來越多學(xué)者總結(jié)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)今與地質(zhì)時(shí)期地球的熱源區(qū)域(包括火山和熱液噴口)與油田的分布范圍存在驚人的耦合關(guān)系(Ciotolietal.，2013;Carapezzaetal.，2015;Procesietal.，2019)，顯然地球深部物質(zhì)是否參與了油氣的形成迫切需要進(jìn)一步研究。其背后所蘊(yùn)含的地球無機(jī)與有機(jī)物質(zhì)相互作用的內(nèi)涵機(jī)理，對(duì)于油氣形成機(jī)理認(rèn)識(shí)具有新的理論指導(dǎo)意義。另外，在油氣勘探開發(fā)過程中，對(duì)于該類非常規(guī)油氣的工業(yè)生產(chǎn)仍存在較大的問題，突出表現(xiàn)為對(duì)其基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)認(rèn)識(shí)不清，導(dǎo)致建立在北美頁巖研究基礎(chǔ)上的勘探開發(fā)方案(如水平井壓裂技術(shù))難以取得穩(wěn)定持續(xù)的油氣產(chǎn)量，制約了該類油層的工業(yè)產(chǎn)能。因此，急需開展并重新認(rèn)識(shí)中國(guó)廣泛分布的陸內(nèi)湖相烴源巖系。作者以火山—熱液深源物質(zhì)與湖相烴源巖中的油氣形成關(guān)系為切入點(diǎn)，綜合論述國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展并結(jié)合筆者研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)識(shí)，旨在與同行開展廣泛的學(xué)術(shù)探討，期望拓寬陸相生油理論，為同類型盆地油氣勘探開發(fā)提供理論指導(dǎo)。

1 湖相富有機(jī)質(zhì)細(xì)粒沉積巖研究進(jìn)展

1.1 多物質(zhì)來源成因機(jī)制被廣泛認(rèn)可

隨著世界范圍內(nèi)非常規(guī)油氣資源工業(yè)化勘探開發(fā)的快速發(fā)展與能源安全需求的增長(zhǎng)，在中國(guó)主要陸內(nèi)含油氣盆地所廣泛分布、并作為致密油/氣和頁巖油/氣重要載體的湖相富有機(jī)質(zhì)細(xì)粒沉積巖，成為目前沉積學(xué)研究和非常規(guī)油氣勘探、開發(fā)的重點(diǎn)目標(biāo)(圖 1;鄒才能，2014；賈承造等，2018;孫龍德等，2019;朱如凱等，2019;鄒才能等，2020;姜在興等，2021)。多數(shù)學(xué)者建議將粒度小于62μm的硅酸鹽、硅質(zhì)、碳酸鹽礦物和有機(jī)質(zhì)等稱為細(xì)粒沉積物，而由其構(gòu)成的沉積巖則稱為細(xì)粒沉積巖(Tourtelot，1979;Spearsetal.，1980;Meyersetal.，1992;Aplin and Macquaker，2011;姜在興等，2013，2021)。微觀尺度上，該巖系往往可進(jìn)一步劃分為富含有機(jī)質(zhì)的頁巖和相對(duì)缺乏有機(jī)質(zhì)的夾層(如粉砂巖與碳酸鹽巖)。中國(guó)陸內(nèi)湖相烴源巖系均屬于該類沉積巖。區(qū)別于海相沉積環(huán)境，湖泊由于離物源較近并且受氣候等影響顯著，這類細(xì)粒沉積巖，具有沉積環(huán)境不穩(wěn)定、物質(zhì)來源復(fù)雜和組成成分多樣的特點(diǎn)(姜在興等，2021)，并表現(xiàn)出與重大地質(zhì)事件突變密切相關(guān)，往往蘊(yùn)含有湖平面升降、火山活動(dòng)、生物活動(dòng)、氣候突變和水體富氧或缺氧等多種地質(zhì)事件信息(徐文禮等，2014;孟楚潔等，2017;邱振和鄒才能，2020;姜在興等，2021)。不同物源與成因的極細(xì)粒沉積物混合在一起，為進(jìn)一步開展研究造成很大困難，導(dǎo)致針對(duì)其缺乏系統(tǒng)性的精細(xì)的巖石學(xué)、礦物學(xué)和沉積學(xué)研究，限制了對(duì)其進(jìn)行油氣資源富集機(jī)理與勘探方法的研究。

圖 1 中國(guó)非常規(guī)油氣資源與火山—熱液深源物質(zhì)沉積位置分布圖(修改自鄒才能，2014)Fig.1 Distribution of Chinese unconventional hydrocarbon resources and volcanic-hydrothermal-originated sediments(modified from Zou，2014)

近年來，隨著超微觀顯微技術(shù)、同位素地球化學(xué)、現(xiàn)今實(shí)例觀察與實(shí)驗(yàn)室模擬等的開展，細(xì)粒沉積巖多物質(zhì)來源成因機(jī)制逐步被認(rèn)可。陸地母巖風(fēng)化物質(zhì)輸入、盆內(nèi)自生礦物生成(化學(xué)及生物沉淀)及火山—熱液深源物質(zhì)注入的多物源供給，以不同比例與組合形式共同影響著細(xì)粒沉積巖的形成(鄭榮才等，2006;柳益群等，2013;Jiaoetal.，2018a，2018b;姜在興等，2021)。在宏觀巖石學(xué)特征方面，湖相烴源巖并非由單一的以懸浮沉積方式形成的泥級(jí)碎屑遠(yuǎn)端沉積物構(gòu)成的泥/頁巖，其中往往會(huì)夾有粉砂—砂級(jí)碎屑顆粒構(gòu)成的夾層或透鏡體。該類沉積往往被解釋為重力流沉積(Kuenen and Migliorini，1950;何起祥，2010； Tallingetal.，2012)，并與地震、火山及風(fēng)暴等事件性活動(dòng)有關(guān)，或者與氣候原因造成的季節(jié)性洪水而形成的異重流有關(guān)(Mulder and Syvitski，1995;楊仁超等，2015;Yangetal.，2017)。在上述沉積機(jī)理下，對(duì)于烴源巖中最為常見的石英和長(zhǎng)石自然被視為陸源搬運(yùn)成因。但通過微觀礦物學(xué)研究后表明，它們成因類型多樣，并非僅有陸源搬運(yùn)這個(gè)唯一來源。例如Schieber(1996)和Schieber等(2000)將北美泥盆系富有機(jī)質(zhì)頁巖中的石英作為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)其含量并不具有傳統(tǒng)沉積學(xué)理論所認(rèn)為的由物源區(qū)向沉積中心遞減的特征；并且石英顆粒多具有自生結(jié)構(gòu)特征，而非搬運(yùn)特征，應(yīng)是在早期成巖過程中生物作用沉淀、火山物質(zhì)轉(zhuǎn)化及部分硅酸鹽礦物溶蝕后再沉淀等作用形成。上述認(rèn)識(shí)表明細(xì)粒沉積巖中物質(zhì)來源的復(fù)雜性，即便是沉積物中最為常見的石英和長(zhǎng)石，在研究其物源問題時(shí)，也需要綜合多方面信息做出客觀判斷。

1.2 火山—熱液活動(dòng)形成的深源物質(zhì)參與細(xì)粒沉積巖的形成

受中國(guó)區(qū)域地質(zhì)背景影響，在西北地區(qū)和東部地區(qū)廣泛發(fā)育形成于斷陷湖盆的碳酸鹽質(zhì)細(xì)粒沉積巖(姜在興等，2021)，為火山—熱液活動(dòng)所帶來的深源物質(zhì)參與沉積和成巖提供了有利條件?，F(xiàn)代海/湖底火山噴發(fā)和熱液噴流活動(dòng)既是全球范圍內(nèi)2類常見的地質(zhì)現(xiàn)象，同時(shí)也為多類型沉積環(huán)境提供了不同性質(zhì)的深源物質(zhì)(Wohletz and Sheridan，1983;Kelleyetal.，2001，2005;Smith，2018)。隨著現(xiàn)代水下探測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來越多的湖/海底的熱沉積區(qū)(包括火山噴發(fā)及相關(guān)熱液噴流活動(dòng))被發(fā)現(xiàn)并逐步研究(Kokelaar and Busby，1992;White and Houghton，2006;Bucklandetal.，2018;Jaimeetal.，2018;Smith，2018)。目前的成果主要集中在對(duì)于水下火山噴發(fā)及溢流過程描述和近端產(chǎn)物(Wohletz and Sheridan，1983;Whiteetal.，2000)。而熱液噴流作用則以現(xiàn)代海/湖底“黑、白煙囪”及近端塊狀硫化物，以及現(xiàn)代陸表熱鹵水沉積特征為主(Ronaetal.，1975;Anders，1994;Slack，2012;Jones and Peng，2015)。受到采樣限制、正常沉積物混合難以區(qū)分及地質(zhì)時(shí)期樣品難以保存等因素，對(duì)于地質(zhì)時(shí)期上述2類地質(zhì)作用所帶來的遠(yuǎn)離噴口的細(xì)粒沉積作用的研究均存在明顯的不足(Whiteetal.，2000)。

1.2.1 水下火山活動(dòng)

除盆地周緣火山活動(dòng)所帶來的火山灰外，受控于斷裂帶影響的水下火山作用所帶來的深源物質(zhì)直接參與和影響了細(xì)粒沉積巖的物質(zhì)來源與沉積環(huán)境，然而該過程由于難以直接觀測(cè)往往被忽略。目前，該研究領(lǐng)域在中國(guó)基本處于空白階段，多數(shù)研究成果來自于水下火山活動(dòng)較為豐富的新西蘭及西班牙等國(guó)學(xué)者。不同于水上環(huán)境的是，水下火山噴發(fā)搬運(yùn)介質(zhì)為水，形成高水壓、高溫差的更為復(fù)雜的溫壓條件(Whiteetal.，2000；White and Houghton，2006)。由于熔漿首先接觸的介質(zhì)由大氣變?yōu)楹?湖水，并且受上覆水壓作用影響，造成該過程形成的沉積物主要有以下特征： (1)極細(xì)的碎屑顆粒。除了噴發(fā)初期釋壓過程產(chǎn)生的破碎外，當(dāng)炙熱的熔漿與冰冷的海/湖水接觸后迅速產(chǎn)生大量水蒸氣。該過程會(huì)釋放出大量能量，從而發(fā)生更為強(qiáng)烈的二次破碎(Houghton and Wilson，1989;Seghedi，2011)，形成比陸地上火山噴發(fā)物更為細(xì)小的顆粒(Wohletz，1986，2002)。(2)碎屑顆粒形成多期沉積紋層。由于上覆水壓作用，只有當(dāng)噴口壓力大于水壓時(shí)，才能發(fā)生噴發(fā)作用。因此，相較于地表火山噴發(fā)，水下噴發(fā)不論是產(chǎn)生的噴發(fā)物數(shù)量或是噴發(fā)強(qiáng)度均不同程度減小，而噴發(fā)頻率增加，形成脈動(dòng)式的噴發(fā)(Fisher，1984)。如1996年Karymskoye湖被觀測(cè)到該水下火山噴發(fā)活動(dòng)以大約6s為間隔的6次噴發(fā)活動(dòng)(Belousov and Belousova，2001)。因此，上述過程形成單層較薄而層數(shù)較多的沉積物，并與正常湖相沉積物呈紋層狀互層，或以局部的高密度碎屑流至低密度濁流沉積夾于湖相沉積巖中(Pedersen and Surlyk，1977;Whiteetal.，2000;Maranietal.，2009)。以上沉積特征進(jìn)一步加劇了細(xì)粒沉積巖的橫向及縱向的非均質(zhì)性。然而，同樣受限于極細(xì)的粒度以及缺乏現(xiàn)代相關(guān)沉積學(xué)實(shí)例研究，水下火山噴發(fā)沉積研究基本限于噴口本身及較近距離沉積物，如(1)各類特征明顯的水下枕狀熔巖；(2)巖漿侵入未固結(jié)、弱固結(jié)的濕沉積物形成的熔積巖(peperite;Nemethetal.，2008)。加之由于難以將細(xì)粒的火山碎屑沉積與泥級(jí)的盆外搬運(yùn)碎屑區(qū)分開來(Heiken and Wohletz，1991)，導(dǎo)致這類由細(xì)粒火山碎屑及正常遠(yuǎn)離物源的湖相沉積物等一系列幾乎不相關(guān)的混合沉積物難以研究，進(jìn)一步使得地質(zhì)時(shí)期該成因的樣品較少被發(fā)現(xiàn)并報(bào)道。

1.2.2 水下熱液噴流活動(dòng)

熱液噴流作用除了形成大眾所廣泛接受的以化學(xué)沉淀為主的噴流沉積巖以外，同樣為細(xì)粒沉積巖提供了深源碎屑物質(zhì)。熱液噴流沉積巖(exhalite)最先由White(1955)定義，主要是指由地球內(nèi)部熱水流體進(jìn)入海/湖盆水體后發(fā)生的化學(xué)沉淀作用形成的巖石。隨著“深海鉆探計(jì)劃”的開展，全球諸多大洋的洋中脊附近發(fā)現(xiàn)了海底“黑煙囪、白煙囪”型熱液噴流沉積物，并伴隨有生物、微生物活動(dòng)(Ronaetal.，1975)及塊狀硫化物堆積(Fouquetetal.，1999)，被譽(yù)為20世紀(jì)海洋科學(xué)研究的重大發(fā)現(xiàn)。近年來，在中國(guó)諸多含油氣盆地細(xì)粒沉積巖中所廣泛發(fā)育的紋層狀泥晶白云巖即被認(rèn)為是一類深源(甚至是幔源)熱液流體直接沉淀而成(鄭榮才等，2006;柳益群等，2011;Wenetal.，2013;Yangetal.，2020)。除此以外，似乎“噴流沉積巖”這一概念并沒有得到延續(xù)與發(fā)展，其對(duì)湖相細(xì)粒沉積巖的影響僅被限制為化學(xué)沉淀作用。然而，柳益群等(2013)在這類“化學(xué)沉積巖”中發(fā)現(xiàn)了大量區(qū)別于火山噴發(fā)形成的火山碎屑及熱液沉淀所形成的化學(xué)沉淀物，并將其初步定名為噴積巖(巖漿—熱液噴流沉積巖)。該類噴積巖的碎屑顆粒往往呈棱角狀自形顆粒分布于各類細(xì)粒沉積巖中，且其沉積規(guī)模非常小，多為紋層狀?yuàn)A層或透鏡體分布，縱橫向分布范圍十分有限，這與火山活動(dòng)造成的分布廣泛且厚度巨大的沉凝灰?guī)r明顯不同。另外，其礦物類型非常單一，由巖漿分異作用形成的火山碎屑巖難以形成單一的礦物組合。該巖類的發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步豐富了水下熱液噴流作用的研究，為湖相細(xì)粒沉積巖研究提供了新的物源信息。

1.3 細(xì)粒沉積巖油氣資源勘探開發(fā)存在的問題

致密油是當(dāng)前全球非常規(guī)石油發(fā)展的亮點(diǎn)領(lǐng)域，頁巖油是未來非常規(guī)石油發(fā)展的潛在資源(鄒才能等，2015)。然而作為上述2類油氣資源載體的湖相細(xì)粒沉積巖的非常規(guī)油氣資源勘探開發(fā)仍存在較大問題。陸內(nèi)湖盆細(xì)粒沉積巖中廣泛發(fā)育有頁巖油/氣和致密油/氣資源。受控于陸內(nèi)構(gòu)造地質(zhì)背景，中國(guó)該類油氣與北美相比，具有儲(chǔ)集層連續(xù)性差、開發(fā)難度大、經(jīng)濟(jì)效益差的特點(diǎn)，并在儲(chǔ)集層識(shí)別精度和壓裂改造工藝等方面還存在一定差距(孫龍德等，2019)。然而，盡管這類細(xì)粒沉積巖極為致密，展示出了較差的物性特征，對(duì)其開展油氣勘探卻往往能獲得工業(yè)油流。但由于強(qiáng)烈的非均質(zhì)性導(dǎo)致其產(chǎn)量又很難保持穩(wěn)定。目前對(duì)于其儲(chǔ)集層研究主要集中在微觀孔隙結(jié)構(gòu)方面，由于其復(fù)雜的礦物組合和沉積作用，導(dǎo)致了多類型和多尺度的孔隙結(jié)構(gòu)(Mount，1984;Fanetal.，2019)。而復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)很大程度造成了其強(qiáng)烈的非均質(zhì)性(Desboisetal.，2011;Xietal.，2016;Sakhaee-Pour，2017;Zhangetal.，2017)。針對(duì)以上特征，具有局部評(píng)價(jià)及勘探理念的縱向上的“甜點(diǎn)段”和平面上的“甜點(diǎn)區(qū)”的概念被提出(鄒才能等，2015;朱如凱等，2019)。因此，探討陸相湖盆細(xì)粒沉積成因與精細(xì)的分布特征，儲(chǔ)集層微米—納米級(jí)儲(chǔ)集空間結(jié)構(gòu)，及其在地球物理(測(cè)井與高分辨率三維地震)方面的響應(yīng)模型，并建立有針對(duì)性的評(píng)價(jià)方案等方面，均是湖相富有機(jī)質(zhì)細(xì)粒沉積巖非常規(guī)油氣地質(zhì)主要面臨的挑戰(zhàn)與創(chuàng)新重點(diǎn)。而上述一切工作的前提便是基于多物質(zhì)來源新認(rèn)識(shí)，開展針對(duì)該巖性基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)的重新研究。

2 火山—熱液活動(dòng)深源物質(zhì)對(duì)有機(jī)質(zhì)生成與聚集的影響

2.1 火山—熱液活動(dòng)與油氣富集的耦合關(guān)系

近年來，火山及熱液活動(dòng)所帶來的深源物質(zhì)與油氣的富集在世界范圍內(nèi)諸多含油氣盆地均展現(xiàn)出了極強(qiáng)的耦合關(guān)系(胡文瑄，2016;柳益群等，2019;劉全有等，2019;Procesietal.，2019;Jiaoetal.，2020;吉利明等，2021)。Weitze(1985)早在1985年便通過研究世界上著名的富有機(jī)質(zhì)頁巖，包含歐洲的石炭系、侏羅系和白堊系，美國(guó)泥盆系、二疊系、白堊系和新近系，巴西二疊系和漸新統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)其中含有大量的火山碎屑物質(zhì)(如玻屑、晶屑和巖屑)，并提出火山活動(dòng)與油氣生成存在聯(lián)系。然而受限于早期人們普遍認(rèn)為火山活動(dòng)與油氣生成相悖的原因，該發(fā)現(xiàn)與認(rèn)識(shí)并沒有得到廣泛的接受與重視。隨著現(xiàn)代多種勘探技術(shù)的提升以及大數(shù)據(jù)等方法在地學(xué)中的使用，基于對(duì)現(xiàn)今諸多實(shí)例的觀察與研究，Procesi等(2019)將當(dāng)今全球熱流值分布圖、現(xiàn)今和地質(zhì)時(shí)期火山口分布圖以及大型油氣田分布圖疊合后發(fā)現(xiàn)，三者在全球范圍具有多處重合區(qū)域。即火山—熱液活動(dòng)及其相關(guān)的沉積物聚集作用往往發(fā)生在構(gòu)造活躍帶，例如弧后盆地/裂谷盆地和前陸盆地。相應(yīng)，大型油田也往往聚集在這些區(qū)帶發(fā)育的當(dāng)今或地質(zhì)時(shí)期的火山口附近300km以內(nèi)(例如美國(guó)Guaymas盆地，意大利Laghi del Vescovo盆地，中國(guó)銀瓊盆地和澳大利亞Darkes Forest盆地；Procesietal.，2019)。這類由火山與熱液的熱能和烴類聚集而成的特殊混合系統(tǒng)(圖 2)在全球范圍內(nèi)多處被發(fā)現(xiàn)，并被認(rèn)為對(duì)油氣勘探具有極大的研究?jī)r(jià)值。其由火山口至遠(yuǎn)端被進(jìn)一步劃分為火山—熱液地?zé)嵯到y(tǒng)(volcano and hydrothermal geothermal system)，沉積巖型地?zé)嵯到y(tǒng)(sediment-hosted geothermal systems)和烴類沉積系統(tǒng)(hydrocarbon sedimentary system)。而烴類物質(zhì)主要在后2類系統(tǒng)中出現(xiàn)(Procesietal.，2019)。

值得注意的是，中國(guó)諸多學(xué)者近10年來在國(guó)內(nèi)不同時(shí)期的諸多湖相盆地?zé)N源巖中也發(fā)現(xiàn)了大量火山—熱液活動(dòng)產(chǎn)生的深源物質(zhì)(圖 1)。例如中國(guó)西北地區(qū)新疆三塘湖盆地及準(zhǔn)噶爾盆地二疊系蘆草溝組和風(fēng)城組(Liuetal.，2012;常海亮等，2016;Jiaoetal.，2018a，2018b，2020;Lietal.，2021;Zhangetal.，2021)，中部鄂爾多斯盆地三疊系延長(zhǎng)組(張文正等，2010;Heetal.，2016;賀聰?shù)龋?017;吉利明等，2021)，北部二連盆地白堊系騰格爾組(鐘大康等，2018;Yangetal.，2020，2021;Suetal.，2020)及銀額盆地下白堊統(tǒng)巴音戈壁組(陳志鵬，2019)，西南地區(qū)酒西盆地白堊系下溝組(鄭榮才等，2006，2018;Wenetal.，2013;文華國(guó)等，2014)和東北地區(qū)松遼盆地徐家圍子斷陷營(yíng)城組(單玄龍等，2014)。上述不同時(shí)期的地層均為所在盆地最重要的烴源巖，并被視為非常規(guī)致密油/頁巖油重點(diǎn)勘探目標(biāo)。因此，這一系列新發(fā)現(xiàn)、新認(rèn)識(shí)所揭示的耦合關(guān)系及其所蘊(yùn)含的地球有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)相互作用關(guān)系的內(nèi)涵機(jī)理成為近年來新的研究熱點(diǎn)。

圖 2 火山—熱液沉積系統(tǒng)與油氣系統(tǒng)關(guān)系簡(jiǎn)圖(修改自Procesi等，2019)Fig.2 Relationship sketch between volcanic-hydrothermal sedimentary system and hydrocarbon system(modified from Procesi et al.，2019)

2.2 深源物質(zhì)與油氣形成耦合關(guān)系的機(jī)理

目前，關(guān)于深源物質(zhì)與油氣耦合關(guān)系的內(nèi)涵機(jī)理研究主要表現(xiàn)在深源物質(zhì)導(dǎo)致微生物爆發(fā)從而提高原始生產(chǎn)力、局部異常升溫加速有機(jī)質(zhì)快速轉(zhuǎn)化為干酪根、改善有機(jī)質(zhì)儲(chǔ)集空間及條件和提高油氣運(yùn)聚效率等方面(劉全有等，2019)。

1)火山—熱液活動(dòng)為湖/海水中提供了大量特殊的深源物質(zhì)(包含營(yíng)養(yǎng)鹽類，CO2、CH4、H2、NH3等熱液氣體和Fe、Mn、Zn、Co、Cu等金屬元素；Dicketal.，2013;劉全有等，2019)，并局部改變了水體的物理、化學(xué)和生物環(huán)境(Kokelaar and Busby，1992;White，2000)。這些活動(dòng)所釋放出的區(qū)別于正常沉積作用的大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，豐富了微生物群落，并可導(dǎo)致藻類大爆發(fā)，促進(jìn)了初級(jí)生產(chǎn)力的提高(Xieetal.，2010；Wright，2012;Ciotolietal.，2013;Procesietal.，2019)，從而為有機(jī)質(zhì)的富集和后期烴類的形成提供了最初的物質(zhì)保障。例如，中國(guó)南方晚二疊世火山沉積物與藍(lán)藻水華的古地理研究就揭示了火山活動(dòng)對(duì)生命繁盛起到的促進(jìn)作用(Xieetal.，2010)。與此同時(shí)，藻類爆發(fā)又導(dǎo)致水體中嚴(yán)重缺氧，引起其他水生生物的快速大規(guī)模死亡，進(jìn)一步提高了有機(jī)質(zhì)的原始物質(zhì)基礎(chǔ)(Leeetal.，2018)。另外，深部流體所攜帶的CO2和CH4也可在有利條件下聚集并形成重要的無機(jī)成因氣藏(Daietal.，2005)。

2)火山—熱液活動(dòng)所釋放的大量能量促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的早期成熟，使得油氣在幾千年內(nèi)便“瞬時(shí)”形成，被稱之為“熱液石油”(Simoneit，1984)。該類石油在全球諸多裂谷或海槽被發(fā)現(xiàn)，例如加利福尼亞灣Guaymas盆地、東非裂谷及紅海海槽等(Michaelisetal.，1990;Peteretal.，1991;Simoneitetal.，2000)。中國(guó)的鶯歌海盆地、渤海灣盆地和蘇北盆地也均有符合“熱液石油”特征的油氣資源被發(fā)現(xiàn)并報(bào)道(張泉興等，1989;Zhuetal.，1994;Liuetal.，2017;劉全有等，2019)。

3)關(guān)于深源物質(zhì)對(duì)油氣儲(chǔ)集層的影響，近20年來研究認(rèn)為，深部熱液流體對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)集層的改造使得儲(chǔ)集層物性明顯改善(Davies and Smith，2006;金之鈞等，2007;朱東亞等，2009;胡文瑄，2016;蔣裕強(qiáng)等，2016)。深部巖漿流體水巖反應(yīng)后所攜帶的Mg2+離子，沿著深大斷裂上涌并與碳酸鹽圍巖反應(yīng)后發(fā)生白云石化作用，稱為熱液白云化作用，也稱為“構(gòu)造—熱液白云巖化”(陳代釗，2008)。典型實(shí)例為紐約州上奧陶統(tǒng)特倫頓—布萊克里弗群白云巖(Smith，2006)。該過程主要產(chǎn)生了白云石化晶間孔及熱液溶蝕孔，并對(duì)海相成因碳酸鹽巖型儲(chǔ)集層具有重要的優(yōu)化作用，是北美及中東地區(qū)大型油田重點(diǎn)勘探目標(biāo)(Davies and Smith，2006;金之鈞等，2007)。中國(guó)學(xué)者在四川盆地與塔里木盆地的白云巖儲(chǔ)集層中同樣發(fā)現(xiàn)了上述現(xiàn)象(黃思靜等，2007;朱東亞等，2009;焦存禮等，2011;蔣裕強(qiáng)等，2016)。然而，深源物質(zhì)對(duì)碎屑巖、尤其是中國(guó)所廣泛發(fā)育的湖相細(xì)粒沉積巖型致密油層的儲(chǔ)集層物性影響的相關(guān)研究報(bào)道較少。蔣宜勤等(2015)通過研究準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷蘆草溝組凝灰?guī)r型致密油層特征后，提出剩余粒間孔和溶蝕孔發(fā)育的凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)白云巖控制了有利儲(chǔ)集層和致密油的分布。Yang等(2021)對(duì)二連盆地白堊系騰格爾組富含白云石的細(xì)粒沉積巖的孔隙特征進(jìn)行了超微觀觀察，劃分出熱液礦物原生晶間納米孔、次生溶蝕孔及斷裂孔隙3類微觀孔隙，同樣發(fā)現(xiàn)了熱液流體對(duì)于這類致密油層的優(yōu)化作用。Yang等(2020)研究三塘湖盆地二疊系條湖組沉凝灰?guī)r型致密油儲(chǔ)集層時(shí)，發(fā)現(xiàn)不同類型的沉凝灰?guī)r明顯受控于火山口位置，且火山灰脫?；笮纬傻奈⒖紫妒窃搩?chǔ)集層的重要油氣儲(chǔ)集空間。Pan等(2021)則針對(duì)三塘湖盆地二疊系蘆草溝組混合細(xì)粒沉積巖的微觀孔隙結(jié)構(gòu)特征，探討了火山灰對(duì)于物性的影響。不難發(fā)現(xiàn)，由于該巖性粒度極細(xì)導(dǎo)致初步的微觀儲(chǔ)集層物性觀察存在較大難度，加之深部流體本身來源復(fù)雜且成分多樣(胡文瑄，2016)，使得該類研究成果較少。

4)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)以CO2為主要成分的深部流體對(duì)有機(jī)質(zhì)具有很強(qiáng)的溶解能力，它可以萃取和富集沉積物中的分散有機(jī)質(zhì)并直接運(yùn)移(Hyatt，1984;劉國(guó)勇等，2005;Liuetal.，2017)，形成有利的有機(jī)質(zhì)運(yùn)聚條件。

綜上，盡管上述火山—熱液活動(dòng)與油氣生成、聚集方面的耦合關(guān)系被廣泛發(fā)現(xiàn)與報(bào)道，其不同原理也進(jìn)行了科學(xué)研究。但目前主要以宏觀統(tǒng)計(jì)學(xué)研究為主，尚缺乏結(jié)合微觀巖礦特征信息的精細(xì)、綜合研究。尤其是缺乏與油氣生成關(guān)系最為密切的烴源巖的相關(guān)研究。因受限于極細(xì)粒度帶來的深源物質(zhì)難以識(shí)別問題，在許多盆地中，火成巖及凝灰?guī)r類僅被作為油氣儲(chǔ)集層被廣泛接受和研究(Maetal.，2016;Wangetal.，2018)，但是地質(zhì)時(shí)期由火山—熱液活動(dòng)形成的細(xì)粒沉積巖型烴源巖卻相對(duì)較少被報(bào)道及研究。正如Weitze(1985)所述“人們?cè)谘芯窟@類含火山物質(zhì)的烴源巖時(shí)，受認(rèn)識(shí)限制，選擇性忽略了它們的存在”。

3 三塘湖盆地蘆草溝組近年研究進(jìn)展

3.1 三塘湖盆地蘆草溝組勘探開發(fā)現(xiàn)狀

三塘湖盆地二疊系蘆草溝組主要是由互為細(xì)紋層的泥晶白云巖和凝灰質(zhì)泥/頁巖夾凝灰?guī)r組成的典型湖相巨厚(平均200m)細(xì)粒沉積巖系，同時(shí)也是該盆地乃至整個(gè)北疆地區(qū)重要的一套烴源巖(Hackleyetal.，2016;Liuetal.，2018;陳旋等，2019；梁世君等，2019;Jiaoetal.，2020)。隨著非常規(guī)油氣資源的勘探開發(fā)理論及技術(shù)的不斷進(jìn)步和深入研究，該套地層被視為陸內(nèi)湖相多物源混合細(xì)粒沉積科學(xué)研究及致密油和頁巖油勘探、開發(fā)的重點(diǎn)目標(biāo)(Hackleyetal.，2016;Liuetal.，2020;Panetal.，2020;Zhangetal.，2021)。

基于北美頁巖油成功經(jīng)驗(yàn)與勘探開發(fā)方案，蘆草溝組展開的非常規(guī)油氣(包括早期致密油和近期的頁巖油)勘探開發(fā)依然面臨挑戰(zhàn)。多項(xiàng)研究成果表明該巖系組合具有總厚度大、TOC含量高及脆性礦物含量極高的特點(diǎn)，因而展示出很好的致密油開采潛力(Hackleyetal.，2016;Taoetal.，2017;Liuetal.，2018;Zhangetal.，2018;徐雄飛等，2020)。但是在實(shí)際生產(chǎn)過程所采用的水平井壓裂技術(shù)總體表現(xiàn)出產(chǎn)量遞減快、采收率低、開發(fā)效益差的特點(diǎn)。近年來，基于對(duì)非常規(guī)油氣資源的開采需求逐步加劇，蘆草溝組這類既是生油巖又是儲(chǔ)集層的紋層狀富有機(jī)質(zhì)細(xì)粒沉積巖再次被作為目標(biāo)層位嘗試開展頁巖油勘探、開發(fā)(陳旋等，2019;梁世君等，2019;徐雄飛等，2020)。但其巖性復(fù)雜以及物性更差(基質(zhì)孔隙度小于4%)的特征導(dǎo)致其工業(yè)開采的條件非?？量?，仍處于探索階段(梁世君等，2019)。徐雄飛等(2020)認(rèn)為該區(qū)域細(xì)粒混合沉積巖巖相分類及有利巖相分布規(guī)律研究不足，制約了源儲(chǔ)一體型頁巖油藏的勘探。因此，重新認(rèn)識(shí)蘆草溝組中這套細(xì)粒沉積巖的精細(xì)巖性組合和形成機(jī)理對(duì)于區(qū)內(nèi)油氣生產(chǎn)十分有必要。

3.2 三塘湖盆地蘆草溝組形成機(jī)理認(rèn)識(shí)進(jìn)展

關(guān)于三塘湖盆地蘆草溝組形成機(jī)理的研究認(rèn)識(shí)可分為： 以有機(jī)地球化學(xué)為基礎(chǔ)研究方法，從而探討該時(shí)期湖相沉積物源、古環(huán)境、湖盆演化(Lietal.，2015;Hackleyetal.，2016;Zhangetal.，2018；Liuetal.，2020)；以精細(xì)巖石學(xué)、礦學(xué)及無機(jī)地球化學(xué)為主要研究方法，關(guān)注裂谷型湖盆中深源物質(zhì)參與沉積的特征與方式2個(gè)方面(柳益群等，2013;Jiaoetal.，2018a，2018b，2020;Zhangetal.，2018;李哲萱等，2019)。前者認(rèn)為蘆草溝組沉積早期以紋層狀白云巖為主，表現(xiàn)了高鹽度半干旱環(huán)境，后期硅酸鹽礦物增多，代表了淡水逐漸注入的深水環(huán)境，相應(yīng)的有機(jī)質(zhì)來源也從以光合作用的藻類快速繁殖轉(zhuǎn)變?yōu)殡S淡水注入的陸源有機(jī)質(zhì)(Hackleyetal.，2016;Liuetal.，2018)；該湖盆由欠補(bǔ)償?shù)狡胶庋a(bǔ)償?shù)难莼^程應(yīng)主要受氣候影響(Hackleyetal.，2016)。后者基于巖礦微觀結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征結(jié)合區(qū)域構(gòu)造背景，認(rèn)為蘆草溝組的形成受到了拉張背景下巖漿—熱液活動(dòng)所帶來的深源物質(zhì)的影響。主要認(rèn)識(shí)有：

1)蘆草溝組中的紋層狀泥晶白云巖具有原生特征，且富含幔源地球化學(xué)信息，應(yīng)是一類特殊的幔源熱液噴流型原生白云巖(柳益群等，2011;Liuetal.，2012)；

2)首次在蘆草溝組中發(fā)現(xiàn)了富含巖漿晶質(zhì)碎屑的夾層，該套巖類既區(qū)別于傳統(tǒng)意義的噴流巖，又不屬于陸源搬運(yùn)碎屑巖，且其中蘊(yùn)含了直接來自地球深源物質(zhì)的信息，初步定名為噴積巖(巖漿—熱液噴流沉積巖)，并依據(jù)形成過程的不同，將其進(jìn)一步劃分為噴爆巖、噴流巖、噴溢巖、噴混巖以及噴裂巖(柳益群等，2013);

3)根據(jù)不同的礦物成分與沉積特征，在蘆草溝組中初步識(shí)別出代表深源超基性—基性巖漿活動(dòng)的白云石(圖 3-A，3-B，3-C)、方解石(圖 3-D，3-E，3-F)與輝石質(zhì)噴積巖(圖 3-G，3-H，3-I)，代表中性的方沸石質(zhì)噴積巖(圖 3-J，3-K，3-L)和代表酸性的長(zhǎng)英質(zhì)噴積巖(圖 3-M，3-N，3-O)(柳益群等，2013;焦鑫等，2017a，2017b;Jiaoetal.，2018a)；

圖 3 三塘湖盆地二疊系蘆草溝組噴積巖Fig.3 Exhalative-sedimentary rocks in the Permian Lucaogou Formation in Santanghu Basin

4)首次在富含有機(jī)質(zhì)的頁巖中發(fā)現(xiàn)了具明顯生物特征的多晶石英顆粒，結(jié)合地球化學(xué)特征將其解釋為受火山—熱液活動(dòng)造成的藻類大爆發(fā)，并被同期酸性流體硅化交代形成(Jiaoetal.，2018b)；

5)依據(jù)微觀礦物學(xué)特征，初步認(rèn)為蘆草溝組中的富有機(jī)質(zhì)頁巖為水下火山噴發(fā)后形成的凝灰質(zhì)頁巖，并與熱液噴流沉積以及正常湖相沉積巖互相混合，形成了蘆草溝組這套特殊的紋層狀沉積巖(Jiaoetal.，2020)；

6)TOC與特征微量元素顯示了熱液活動(dòng)可為有機(jī)質(zhì)積累提供額外的營(yíng)養(yǎng)供給(Zhangetal.，2018)。

上述研究從不同角度為切入點(diǎn)，共同促進(jìn)了人們對(duì)于三塘湖盆地蘆草溝組這一復(fù)雜的細(xì)粒沉積巖的研究與認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)了科學(xué)問題及關(guān)注點(diǎn)： (1)巖性組合復(fù)雜、礦物類別及含量的多變所導(dǎo)致的極強(qiáng)的非均質(zhì)性，代表了多物源及復(fù)雜的沉積環(huán)境。氣候轉(zhuǎn)變及火山—熱液活動(dòng)綜合控制著該組形成時(shí)期的沉積環(huán)境。(2)多次藻類爆發(fā)提高了原始生產(chǎn)力，是蘆草溝組富含有機(jī)質(zhì)的主控因素。

3.3 蘆草溝組火山—熱液活動(dòng)與油氣形成關(guān)系研究進(jìn)展

近2年內(nèi)多位學(xué)者開始關(guān)注到了蘆草溝組中深源物質(zhì)與油氣形成之間的耦合關(guān)系，并采用不同研究方法取得了初步的認(rèn)識(shí)。Jiao等(2020)認(rèn)為蘆草溝組烴源巖系中所含有火山—熱液深源沉積物受水下火山噴發(fā)、熱液噴流作用控制，這些頻繁發(fā)生的深源物質(zhì)注入活動(dòng)導(dǎo)致該組中巖性及有機(jī)質(zhì)聚集在時(shí)間與空間上極強(qiáng)的非均質(zhì)性。Zhang等(2021)利用大數(shù)據(jù)分析方法將區(qū)內(nèi)1口重點(diǎn)井中566件烴源巖樣品的礦物學(xué)和有機(jī)地球化學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，提出火山活動(dòng)是形成高質(zhì)量烴源巖的重要驅(qū)動(dòng)力，而與熱液活動(dòng)相關(guān)的缺氧環(huán)境促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的保存。Pan等(2020)同樣認(rèn)為蘆草溝組復(fù)雜且相變劇烈的巖性受控于頻繁的火山活動(dòng)，形成了火山灰與碳酸鹽礦物組成的混合沉積巖?；鹕交顒?dòng)在提高原始生產(chǎn)力、加速烴源巖快速成熟及有機(jī)質(zhì)有利保存環(huán)境等方面促進(jìn)了該組內(nèi)有機(jī)質(zhì)的富集。Liu等(2020)同樣也發(fā)現(xiàn)了火山—熱液活動(dòng)提高了該組的原始生產(chǎn)力，并發(fā)現(xiàn)這些深源物質(zhì)同時(shí)會(huì)促進(jìn)古環(huán)境的改變；提出針對(duì)這類特殊的巖石類型，基于傳統(tǒng)的利用元素地球化學(xué)特征判斷湖相沉積古環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)需重新研究和厘定。以上研究通過不同研究手段，均發(fā)現(xiàn)了深源物質(zhì)在提高原始生產(chǎn)力方面對(duì)蘆草溝組烴源的提升，但依然缺乏基于精細(xì)巖礦劃分前提之下的有機(jī)和無機(jī)地球化學(xué)的綜合研究。

筆者研究團(tuán)隊(duì)基于以上認(rèn)識(shí)，初步嘗試研究了三塘湖盆地蘆草溝組烴源巖的精細(xì)巖礦組合以及部分無機(jī)和有機(jī)地球化學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)該富有機(jī)質(zhì)細(xì)粒沉積巖型烴源巖中含有不同比例的深源物質(zhì)，并與有機(jī)質(zhì)的富集存在復(fù)雜的關(guān)系，造成看似均一的“泥質(zhì)巖”具有極強(qiáng)的非均質(zhì)性。

圖3照片說明：A—白云石噴積巖巖心縱切面，具“斑狀結(jié)構(gòu)”；B—圖A中2個(gè)灰白色斑晶的局部放大，斑晶并非單一礦物顆粒，而是更為細(xì)小白云石與蒙脫石的集合體；C—圖B中基質(zhì)部分的放大，白云石(深灰色)與鈉長(zhǎng)石(淺灰色)作為骨架顆粒，蒙脫石作為填隙物；D—方解石噴積巖巖心縱切面，具斑狀結(jié)構(gòu)，方解石顆粒(白色)呈星散狀順層定向分布；E—圖D的局部放大，方解石顆粒呈自形棱角狀，無磨圓，分選較好。其邊部整體平直，局部具有似港灣狀熔蝕(黃色箭頭)；F—圖E中基質(zhì)部分的放大，主要由棱角狀自形的長(zhǎng)石(板條狀)、磨圓較好的石英(Q)和少量自形白云石(菱形)和有機(jī)質(zhì)(黑色)組成。白色顆粒為黃鐵礦；G—輝石質(zhì)噴積巖薄片照片，由含硅灰石團(tuán)塊(白色)和不含硅灰石團(tuán)塊(淺褐色)以及深褐色基質(zhì)部分組成；H—圖G中團(tuán)塊的局部放大，顯示團(tuán)塊呈邊界凹凸不平的不規(guī)則形狀；I—圖H中的局部放大，顯示團(tuán)塊由淺灰色的透輝石及深灰色的硅灰石組成；J—方沸石噴積巖薄片照片，方沸石顆粒向上逐漸減少，而鐵白云石(經(jīng)過染色后呈藍(lán)綠色)和黃鐵礦(黑色)逐漸增多; K—圖J中的局部放大，方沸石呈紅色等軸粒狀均勻分布，膠結(jié)物為鐵白云石(藍(lán)色)，黑色顆粒為黃鐵礦；L—圖K同區(qū)域正交偏光顯微照片，方沸石全消光，干涉色為一級(jí)灰白色板條狀礦物為長(zhǎng)石；M—紋層狀泥晶白云巖(淺褐色)與長(zhǎng)英質(zhì)噴積巖(白色)互紋層；N—長(zhǎng)英質(zhì)顆粒長(zhǎng)軸方向略微平行于層理，部分顆粒呈雞骨狀；O—長(zhǎng)英質(zhì)噴積巖單層具有正粒序，與白云巖層界面明顯，并有凹凸不平的剝蝕面。圖G、J、K、M、N、O為單偏光照片；圖L為正交偏光照片；圖B、C、E、F、H、I為電子探針背散射照片。圖A-C引自焦鑫等，2017a；圖D-F引自李哲萱，2020；其余引自Jiao等，2018a。

3.3.1 烴源巖中的深源碎屑及流體

前期研究表明新疆三塘湖盆地二疊系蘆草溝組中的細(xì)粒沉積巖型烴源巖主要由互為紋層的含白云石或白云質(zhì)凝灰質(zhì)頁巖、凝灰質(zhì)白云巖及較純的白云巖組成(圖 4-A)。泥巖和凝灰?guī)r作為夾層夾于上述巖性中。區(qū)別于傳統(tǒng)認(rèn)知的以石英和黏土礦物為主要成分的湖相泥質(zhì)巖，該烴源巖具有缺乏黏土礦物(黏土平均含量小于5%)且碎屑顆粒以堿性長(zhǎng)石為主(主要為鈉長(zhǎng)石與正長(zhǎng)石)的特征。代表了其特殊的物源(以堿性火山活動(dòng)為主)和未經(jīng)過強(qiáng)烈的風(fēng)化和成巖作用(黏土含量極少且以蒙脫石為主)的形成過程。全巖的石英含量較為不均一，較高的樣品往往是含有硅質(zhì)脈體或透鏡體(圖 4-B，4-C，4-D)。整體上該巖性代表一個(gè)復(fù)雜的由火山—熱液及正常湖相沉積相互作用的沉積系統(tǒng)。其中的深源物質(zhì)主要包含深源碎屑和深源流體2類。按來源可分為： (1)火山噴發(fā)帶來的火山碎屑，主要為玻屑和晶屑，偶見巖屑?？沙市巧罘植加诓煌瑤r性(圖 4-F至4-I)或富集于某一紋層并具軟變形構(gòu)造(圖 4-J至4-N)呈夾層。(2)熱液流體，主要為富Mg碳酸鹽流體沉淀形成的白云石，其次為富SiO2流體形成的硅質(zhì)透鏡體及脈體。深源流體主要沉淀除形成了區(qū)內(nèi)廣泛分布的熱液沉淀型泥晶白云石外，還在成巖早期對(duì)巖層產(chǎn)生了局部的蝕變，例如浸染圍巖(圖 4-E)，使白云石重結(jié)晶(圖 4-O)，生成菱鎂礦(圖 4-P)和菱鍶礦(圖 4-Q)等熱液蝕變礦物。此外，一些正常泥質(zhì)巖中不常見的礦物也在研究層位中被發(fā)現(xiàn)。如由鉀長(zhǎng)石經(jīng)熱液蝕變生成的水銨長(zhǎng)石也在多個(gè)富有機(jī)質(zhì)泥質(zhì)巖中被發(fā)現(xiàn)(圖 4-N)。區(qū)別于泥頁巖中的草莓狀黃鐵礦，研究樣品中出現(xiàn)了大量自形黃鐵礦顆粒并表現(xiàn)出與硅質(zhì)或碳酸鹽脈體的共生關(guān)系(圖 4-E，4-L)。

圖 4 三塘湖盆地二疊系蘆草溝組烴源巖巖石學(xué)特征Fig.4 Petrologic features of source rocks in the Permian Lucaogou Formation in Santanghu Basin

以上深源碎屑均具有同沉積特征。而深源流體沉積也具有局部性特征，表現(xiàn)為透鏡體或脈體與圍巖的整合接觸，以及熱液蝕變的范圍僅為微觀尺度，可能代表了孔隙水特征，表明在同沉積期至早成巖期即存在特殊深源物質(zhì)成分的流體。雖然深源物質(zhì)可借助偏光顯微鏡、電子探針和掃描電鏡進(jìn)行定性鑒別，尤其是光學(xué)特征非常明顯的玻屑及巖屑，但在實(shí)際研究中仍存在較大的問題： 當(dāng)顆粒粒度為泥級(jí)時(shí)，晶屑與正常搬運(yùn)的礦物碎屑則極易混淆；在深源物質(zhì)的定量分析時(shí)存在較大難度；超顯微尺度下的鑒別工作適用于理論研究，但與實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)需求的區(qū)域性尺度相脫節(jié)。因此，深源物質(zhì)與油氣生成關(guān)系的首要研究?jī)?nèi)容，便是建立不同尺度下烴源巖中深源物質(zhì)的識(shí)別方法。

圖4照片說明：A—蘆草溝組烴源巖常為凝灰質(zhì)頁巖(深灰色)和凝灰質(zhì)白云巖(黃褐色)互紋層組成。白色的紋層富含微晶石英;B—凝灰質(zhì)頁巖中順層分布的硅質(zhì)結(jié)核(微晶石英組成)。結(jié)核與上下紋層呈整合接觸(紅色箭頭)，表明結(jié)核形成于同沉積期或早成巖期至壓實(shí)作用之前;C—凝灰質(zhì)頁巖中含不同角度(垂直—平行)的微晶—粗晶石英脈體;D—含少量順層分布的由微晶黃鐵礦構(gòu)成的透鏡體(紅色箭頭)的黑色泥巖;E—白色碳酸鹽紋層被夾于深灰色頁巖中。頁巖層中垂直分布被碳酸鹽充填的脈體(紅色箭頭)，可能代表了碳酸鹽流體的供給通道。脈體兩側(cè)分布著平行層理的透鏡體(黃色箭頭)，其成分與脈體一致，應(yīng)為碳酸鹽流體在上移過程中對(duì)圍巖的浸染沉淀結(jié)晶;F—凝灰質(zhì)頁巖中星散分布有粉砂級(jí)長(zhǎng)英質(zhì)碎屑(白色和淺灰色);G—F的局部放大。長(zhǎng)英質(zhì)火山碎屑呈棱角狀或雞骨狀并局部與拉長(zhǎng)狀的黃褐色有機(jī)質(zhì)混在一起;H—凝灰質(zhì)泥晶白云巖中白色玻屑與長(zhǎng)英質(zhì)晶屑順層略平行分布;I—泥晶白云巖中含大量雞骨狀玻屑、棱角狀長(zhǎng)英質(zhì)晶屑呈星散狀分布;J—土黃色凝灰?guī)r與深灰色頁巖互紋層。其接觸邊呈明顯且光滑的凹凸?fàn)?，代表同沉積變形結(jié)構(gòu);K—J中方框的局部放大。凝灰?guī)r紋層中，火山碎屑顆粒均呈棱角狀或雞骨狀，分選和磨圓都很差;L—含石英脈的凝灰質(zhì)頁巖的頁巖部分。所有顆粒均定向排列，且黃鐵礦(白色)含量明顯增多;M—對(duì)D中方框的放大。黑色泥巖中可見明顯的基性巖巖屑;N—富含有機(jī)質(zhì)的頁巖中的棱角狀水銨長(zhǎng)石，其能譜圖譜中顯示明顯的N元素，代表該長(zhǎng)石具有銨根;O—泥晶白云巖中可見一白云石重結(jié)晶帶(白色虛線)。虛線以內(nèi)及其影響的上部的紋層中白云石晶體較粗。表明流體對(duì)白云巖的局部改造作用;P—圖O中方框的局部放大，可見微晶白云石發(fā)育區(qū)域的孔隙(黑色)度加大，且部分白云石被蝕變?yōu)榱怄V礦，表明局部存在富鎂流體;Q—偶見白云巖孔隙中存在自形石英顆粒以及菱鍶礦。Mt-菱鎂礦，St-菱鍶礦，Dol-白云石，Q-石英。圖E、F、H、I、J、K、O為單偏光照片；圖G為正交偏光照片；圖L、M、N、P、Q為電子探針背散射照片;A-N引自Jiao等，2020。

圖中礦物類型及含量來自X衍射結(jié)果，TOC與Sr、Mg同位素?cái)?shù)據(jù)來自全巖巖石裂解和無機(jī)地化測(cè)試;淺棕色區(qū)域?yàn)門OC含量明顯升高層位；淺綠色為TOC含量降低層位。曲線圖右側(cè)為主要巖石類型單偏光和熒光顯微鏡下特征： A 和 B為凝灰質(zhì)泥晶白云巖；C和D為富含硅質(zhì)脈體(白色)含云凝灰質(zhì)頁巖；E和F為含硅質(zhì)脈體凝灰?guī)r。顯微照片引自Jiao等，2020圖 5 三塘湖盆地L1井二疊系蘆草溝組無機(jī)與有機(jī)特征關(guān)系曲線圖及代表巖性熒光特征Fig.5 Relation curves between inorganic and organic features，and fluorescence characteristics of typical lithologies in Well L1 in the Permian Lucaogou Formation，Santanghu Basin

3.3.2 深源物質(zhì)與油氣生成耦合關(guān)系的具體體現(xiàn)

將三塘湖盆地致密油重點(diǎn)開發(fā)鉆井L1井中蘆草溝組近150m巖心段樣品的礦物成分含量、TOC、特殊熱液礦物和Sr、Mg同位素(圖 5)這些無機(jī)與有機(jī)地質(zhì)信息進(jìn)行了對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)其縱向上的變化規(guī)律展示出了巖石的無機(jī)特征與有機(jī)特征存在一定的相關(guān)性，即深源物質(zhì)與烴類的富集存在明顯的耦合關(guān)系。首先，若以水銨長(zhǎng)石和自生石英集合體作為火山—熱液活動(dòng)的標(biāo)志，則它們出現(xiàn)的深度往往對(duì)應(yīng)著TOC含量不同程度的升高。其次，TOC含量的變化趨勢(shì)與Sr、Mg同位素的變化趨勢(shì)十分一致，即TOC含量升高則87Sr/86Sr值和d26Mg值也增高，TOC含量降低則87Sr/86Sr值和d26Mg值也減小。本應(yīng)毫無聯(lián)系的無機(jī)同位素特征竟與有機(jī)地化特征存在一致的變化趨勢(shì)。最后，礦物含量也具有一定的相關(guān)性體現(xiàn)，即： (1)石英的突然升高代表了硅質(zhì)熱液的活動(dòng)，對(duì)應(yīng)TOC含量略微升高；(2)總體上當(dāng)白云石的含量極高時(shí)，往往對(duì)應(yīng)較低的TOC含量；而個(gè)別高白云石且高TOC含量的巖層可能代表了物性較好的白云巖儲(chǔ)集層；(3)長(zhǎng)石的含量總體較為平穩(wěn)，當(dāng)其與白云石含量差距不大時(shí)，往往對(duì)應(yīng)高的TOC含量，即碳酸鹽與硅酸鹽礦物混合程度較高時(shí)，TOC含量較高。熒光顯示較好的樣品以不同物質(zhì)來源混合程度較高凝灰質(zhì)泥晶白云巖和富含硅質(zhì)脈體的含云凝灰質(zhì)頁巖為主，并呈現(xiàn)出藻席有機(jī)質(zhì)特征(圖 5-A至5-D)。而較純的凝灰?guī)r熒光較差，微弱的熒光主要沿脈體周圍分布(圖 5-E，5-F)，可能代表了熱液流體對(duì)烴類的運(yùn)移作用。

圖 6 三塘湖盆地二疊系蘆草溝組不同巖性的生烴潛力與總有機(jī)碳含量交匯圖(據(jù)Jiao等，2020；有修改)Fig.6 A plot of generative potential vs. total organic carbon of different lithologies in the Permian Lucaogou Formation，Santanghu Basin(modified from Jiao et al.，2020)

此外，作者發(fā)現(xiàn)不同的礦物成分含量也與有機(jī)質(zhì)含量存在一定的相關(guān)性(圖 6，圖 7)。(1)石英含量的突然升高往往對(duì)應(yīng)自生石英的增多，代表了硅質(zhì)熱液的活動(dòng)加強(qiáng)，對(duì)應(yīng)TOC含量略微升高(圖 6中藍(lán)色點(diǎn)均代表有硅質(zhì)脈體或透鏡體，整體具有極好的生烴潛力)。(2)當(dāng)白云石的含量極高時(shí)，對(duì)應(yīng)較純的白云巖樣品(圖 6中黃色圓點(diǎn))，往往對(duì)應(yīng)較低的TOC含量。(3)當(dāng)代表碎屑物質(zhì)的長(zhǎng)石的含量與化學(xué)沉淀的白云石含量差距不大時(shí)，往往對(duì)應(yīng)高的TOC含量(圖 7)，即硅酸鹽與碳酸鹽礦物混合程度越高時(shí)，對(duì)應(yīng)TOC含量越高。因此，通過精細(xì)的巖礦特征結(jié)合有機(jī)質(zhì)特征分析后發(fā)現(xiàn)，并非深源物質(zhì)含量越高就一定對(duì)應(yīng)有機(jī)質(zhì)越富集。深源物質(zhì)對(duì)油氣的形成影響作用是一個(gè)復(fù)雜的綜合過程，需要后續(xù)大量基礎(chǔ)工作的繼續(xù)研究，從而進(jìn)一步認(rèn)識(shí)并理解該過程。

圖 7 三塘湖盆地蘆草溝組長(zhǎng)石與碳酸鹽礦物含量差值(DFC)和總有機(jī)碳含量交匯圖(據(jù)Jiao等，2020；有修改)Fig.7 A plot of the difference between total feldspar and carbonate mineral content(DFC)vs. total organic carbon content in the Lucaogou Formation，Santanghu Basin(modified from Jiao et al.，2020)

綜合以上信息，作者認(rèn)為藻類是蘆草溝組中細(xì)粒沉積巖的主要生烴母質(zhì)，尤其是在富烴類的含白云石凝灰質(zhì)頁巖和凝灰質(zhì)白云巖中尤為明顯。這與Liu 等(2017)通過有機(jī)地球化學(xué)方法得出該區(qū)蘆草溝組中由藻類繁盛爆發(fā)所導(dǎo)致的較高生產(chǎn)率的結(jié)論一致。此外，細(xì)粒沉積巖中白云石δ13CPDB值的正異常(Liuetal.，2012;Jiaoetal.，2020)也被認(rèn)為與產(chǎn)甲烷菌的活動(dòng)有關(guān)(Irwinetal.，1977;Mazzullo，2000)。因此，推測(cè)火山—熱液活動(dòng)所帶來的深源物質(zhì)與微生物具有極強(qiáng)的關(guān)系，尤其影響了藻類的生成與分布。研究表明火山—熱液活動(dòng)可以向水體中注入大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而短時(shí)間內(nèi)提高微生物的生產(chǎn)率，導(dǎo)致諸如藻類的大爆發(fā)(Xieetal.，2010)。同樣，火山—熱液活動(dòng)同樣能釋放或?qū)е聼嶙冑|(zhì)作用或直接來自幔源的CO2和熱來源的CH4(Procesietal.，2019)，從而提高烴類的產(chǎn)生和影響烴類的聚集。最后，熱液活動(dòng)同時(shí)會(huì)通過流體的催化裂解作用影響烴類的生成(Santillan-Jimenezetal.，2019)。因此，三塘湖盆地的蘆草溝組中烴類的生成與分布很可能直接受控于水下火山—熱液活動(dòng)。包含火山活動(dòng)、熱液活動(dòng)和正常湖相沉積的地區(qū)應(yīng)視為烴類生成與聚集的最有效區(qū)域。上文中不同巖石類型所具有的不同的生烴潛力也支持了這種認(rèn)識(shí)，即混合程度最高的巖石類型具有更高的生烴潛力，而來源較單一的白云巖和凝灰?guī)r則生烴潛力最差。并且，由于水下火山—熱液活動(dòng)區(qū)別于陸上活動(dòng)，具有單次量少但頻繁持久發(fā)生且位置的多變性特征，導(dǎo)致有利聚集生成有機(jī)質(zhì)的巖性組合在縱向上和橫向上經(jīng)常發(fā)生變化，導(dǎo)致了極強(qiáng)的非均質(zhì)性，從而加大了該類致密油層的勘探與開發(fā)難度。

4 存在問題與研究展望

4.1 存在問題

目前對(duì)于湖相烴源巖中的火山—熱液深源物質(zhì)的認(rèn)識(shí)及其與油氣生成關(guān)系的機(jī)理研究，依然存在以下問題:

1)不同尺度下對(duì)于烴源巖的深源物質(zhì)的識(shí)別仍存在較大難度。在細(xì)粒沉積巖中區(qū)別正常陸源碎屑、湖水沉淀及深源物質(zhì)的不同碎屑顆粒與化學(xué)沉淀物，不但需要超微觀尺度的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造觀察，而且需要基于原位分析的同位素地球化學(xué)研究的協(xié)助，方能得到較為可靠的結(jié)論認(rèn)識(shí)。但由于人們往往僅簡(jiǎn)單地視烴源巖為泥質(zhì)巖的固有思路，使得針對(duì)該巖性的微觀巖石學(xué)、礦物學(xué)研究較少。此外，目前所廣為使用的激光剝蝕原位同位素提取方法的束斑大小(～20μm)難以滿足以泥級(jí)顆粒為主的該類烴源巖。因此，從研究思路及技術(shù)方法均一定程度上限制了該方向的研究。

2)目前廣泛使用的關(guān)于陸內(nèi)湖相烴源巖的沉積學(xué)理論及諸多評(píng)價(jià)指標(biāo)，主要是建立在常規(guī)陸源物質(zhì)風(fēng)化、搬運(yùn)、沉積和成巖過程基礎(chǔ)之上的，依然使用“常規(guī)”的思路來解決這類“非常規(guī)”巖性的問題必然會(huì)產(chǎn)生有爭(zhēng)議的結(jié)論。例如，在沉積模式建立時(shí)，關(guān)于物源的探討，石英與長(zhǎng)石的含量不能簡(jiǎn)單地視為陸源物質(zhì)的注入,用以反映淡水的注入、氣候的改變等因素，應(yīng)注意其不同的微觀結(jié)構(gòu)、構(gòu)造特征和地球化學(xué)特征，并建立相應(yīng)的沉積模式；在烴源巖的地球化學(xué)特征研究時(shí)，往往會(huì)使用不同微量元素的比值用以反映各類古地理特征。然而，深源物質(zhì)的直接注入帶來了特殊的元素，局部改變了水體地球化學(xué)元素的組成，影響了各類量化指標(biāo)的準(zhǔn)確性。因此，建議避免僅用單一的技術(shù)手段和理論方法對(duì)烴源巖開展研究。

3)由于目前對(duì)湖相烴源巖的基礎(chǔ)巖礦特征認(rèn)識(shí)存在上述不足，導(dǎo)致深源物質(zhì)與油氣形成內(nèi)涵機(jī)理的研究仍相對(duì)滯后。前文已述，目前該機(jī)理認(rèn)識(shí)多是建立在事實(shí)觀察基礎(chǔ)之上的統(tǒng)計(jì)學(xué)研究，初步的理論認(rèn)識(shí)尚缺乏實(shí)驗(yàn)室模擬加以證明。因此，如何利用深源物質(zhì)與油氣的耦合關(guān)系為油氣勘探開發(fā)工作提供生產(chǎn)指導(dǎo)基本處于空白階段。

4.2 研究展望

1)需重新認(rèn)識(shí)中國(guó)所廣泛分布的陸內(nèi)湖相烴源巖巖礦組合特征與沉積、成巖機(jī)理。研究烴源巖中不同來源物質(zhì)的識(shí)別方法，從而進(jìn)一步對(duì)烴源巖進(jìn)行精細(xì)的巖性劃分，為研究烴源巖中油氣的生成與聚集機(jī)理提供扎實(shí)的地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)資料。應(yīng)注意在沉積學(xué)基礎(chǔ)框架內(nèi)，結(jié)合全新的研究思路開展這類受深源物質(zhì)影響的沉積巖的基礎(chǔ)研究。

2)開展基于精細(xì)巖石學(xué)、礦物學(xué)基礎(chǔ)之上的深源物質(zhì)對(duì)油氣形成影響因素的研究，從而探討該現(xiàn)象所蘊(yùn)含的地球有機(jī)與無機(jī)物質(zhì)相互作用與轉(zhuǎn)化的內(nèi)涵機(jī)理，為拓展中國(guó)陸相生油理論提供新的研究思路。

3)綜合前文所述，并依據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的需求和可操作性，針對(duì)陸內(nèi)湖相細(xì)粒沉積巖型烴源巖的勘探與開發(fā)提出以下建議： (1)除關(guān)注物性較好的常規(guī)儲(chǔ)集層外，應(yīng)重新考量致密型生儲(chǔ)一體的烴源巖層。該類型巖層雖然表現(xiàn)出較差的物性，但其中的總有機(jī)碳含量極高，應(yīng)具有較高的開發(fā)潛力?，F(xiàn)需對(duì)勘探方法和開采工藝進(jìn)行改進(jìn)。(2)區(qū)域上在地震剖面上尋找可能代表了火山—熱液活動(dòng)的沉積建造體作為勘探目標(biāo)，其主要影響區(qū)域具有較高的生烴潛力。(3)重新探索并建立針對(duì)該類致密油及頁巖油評(píng)價(jià)指標(biāo)。例如加大單井縱向上的小層勘探取代對(duì)物性顯示較好的甜點(diǎn)段的水平井開發(fā)。以礦物(主要指長(zhǎng)石和碳酸鹽類礦物)混合程度較高的巖性作為縱向上的目標(biāo)小層。也可使用特殊指示型“示烴”礦物作為火山—熱液參與的優(yōu)質(zhì)層位，如自生石英、水銨長(zhǎng)石和方沸石等。

致謝衷心感謝2位評(píng)審專家提出的寶貴修改意見。感謝中國(guó)石油天然氣股份有限公司吐哈油田分公司康積輪、馬強(qiáng)和徐雄飛高級(jí)工程師，中國(guó)石油勘探開發(fā)研究院白斌和張?zhí)焓娓呒?jí)工程師，他們?cè)诨A(chǔ)資料收集和研究過程中給予作者極大的幫助!

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