松辽盆地北部青山口组黑色页岩的地质特征与海水侵入的成因模式

王 岚,周海燕,毕 赫,商 斐,李文厚

(1.中国石油勘探开发研究院,北京 100083；2.西北大学 地质系/大陆动力学国家重点实验室,陕西 西安 710069)

白垩纪青山口期是松辽盆地最大的湖侵期,湖盆面积达到8×104km2,形成大面积分布的黑色页岩,是盆地重要的烃源岩之一。近年来,随着勘探程度的提高,勘探开发的视野逐渐汇聚到烃源岩附近及其层系,“进(近)源找油”成为勘探新方向[1-2],为陆相盆地非常规油气勘探开辟了新领域。特别是古龙凹陷页岩油勘探取得突破性进展,古龙凹陷从边缘到中心页岩层系均见油流[3],成为“源内找油”的热点地区,并引发了一系列关于陆相页岩层系沉积环境、成因机制与控制因素等地质问题的探究。过去，青山口组地层中未发现典型的海相化石,因此认为松辽盆地是典型的内陆封闭性湖盆。近几十年来，在白垩系地层中陆续发现半咸水微体古生物化石、海绿石以及指向水体咸化的分子化石[4],越来越多的证据表明，青山口沉积期水体介质具有一定盐度,可能存在湖海沟通事件。水体咸化对黑色页岩的地质地化特征以及有机质的聚集保存产生怎样的影响，海侵背景下黑色页岩的成因模式如何,都是值得探讨的问题。本研究从黑色页岩的地质地化特征入手，对比西部齐家—古龙和东部三肇两大拗陷的差异,借助沉积学、古生物学和地球化学资料,探讨咸化水体对有机质聚集保存的促进作用以及海侵背景下青山口组黑色页岩的成因机制。

1 区域地质背景

松辽盆地位于中国东北境内,面积约26×104km2,是中国油气资源最为丰富的陆相沉积盆地。盆地处欧亚板块内部,为下断上拗的双重结构,具有克拉通内裂谷盆地和克拉通内复合型盆地的特点。现今可划分6个一级构造带和32个二级构造单元,构造平缓，拗隆相间,大型断裂较少(见图1A)。中央拗陷区是盆地发展过程中沉降占优势的大型负向构造单元,长期处于盆地的沉降和沉积中心,是黑色页岩的主要分布区。松辽盆地的构造演化分为断陷、拗陷和反转3个阶段,相应形成了3个一级构造层序,11个二级层序和31个三级层序。拗陷期构造层序包括泉头组、青山口组、姚家组和嫩江组,受湖进—湖退旋回的控制，形成大型河流、三角洲砂岩与湖泊暗色泥岩、油页岩交互的岩性组合[5]。青山口期是湖侵的高峰期,沉积的黑色页岩面积广、厚度大、有机质丰度高、岩性复杂多样。青山口组自下而上分为青一、二、三段,其中青一段黑色页岩分布面积最广,厚度50～130 m,岩性为黑褐色、灰黑色泥页岩夹薄层油页岩、介壳灰岩、粉砂岩及少量白云岩。有机碳含量高,主频分布在1.5%～2.5%,氯仿沥青“A”平均值为0.472%,有机质类型以Ⅰ型、Ⅱ1型为主[6]。

2 黑色页岩的地质特征

2.1 黑色页岩的岩石学特征与岩性组合

对青山口组200余块页岩样品开展微观结构观察和矿物含量统计,其矿物组成为长英质陆源碎屑矿物、碳酸盐和黏土矿物,含少量黄铁矿、菱铁矿。其中，石英质量分数为19%～44%,平均31%;长石质量分数为4%～22%,平均13.5%;碳酸盐岩矿物质量分数变化范围较大,0～65%,平均7.64%,主要为方解石,其次为白云石和铁方解石。黏土矿物质量分数为11%～56%,平均43.8%。 黏土矿物以伊蒙混层为主,其次为伊利石(见图2A、B),见少量高岭石、绿泥石、海绿石。黄铁矿局部富集,质量分数1%～29.9%,常以集群形式充填在层间缝和介形虫壳体边缘(见图2C)。纹层构造是黑色页岩最常见的沉积构造,由黏土矿物、有机质、陆源碎屑在成岩过程中定向排列形成。纵向上，黏土与有机质纹层、长英质矿物纹层以及钙质纹层组成二元或三元结构,因矿物成分差异形成明暗相间的纹层,厚度0.2～0.6 mm(见图2D、E)。部分样品因生物扰动破坏了原有纹层,发育管状、肠状等搅动变形构造(见图2F)。

注：a 龙虎泡—大安阶地,b 齐家—古龙凹陷,c 中央古隆起,d 三肇凹陷,e 朝阳沟阶地图1 松辽盆地构造分区及青一段沉积相平面图Fig.1 Structural division of Songliao basin and Sedimentary facies distribution of Qing 1 Member

A 蜂窝状伊蒙混层,Q2井,青一段,深度1 623 m; B 片状伊利石,Q2井,青一段,深度1 623 m; C 黄铁矿颗粒填充介形虫壳体,H14井,青一段,深度2 071 m; D 黏土矿物与有机质形成的纹层结构,因有机质含量高低形成明暗相间的纹层,P5井,青一段,深度1 624.2 m; E 黏土矿物中夹介形虫壳体形成的波状纹层,厚度约0.5 mm,H14井,青一段,深度2 065.2 m; F 生物扰动破坏纹层结构,H14井,青一段,2 046.1 m图2 青山口组黑色页岩微观结构特征图版Fig.2 Microscopic characteristics of Qingshankou Formation black shale

依据页岩矿物成分与结构构造差异,青一段黑色页岩主要发育7种岩性,包括油页岩、泥岩、钙质泥岩(以含介壳泥岩为主)、粉砂质泥岩、介壳灰岩、灰岩和白云岩,其中泥岩、含介壳泥岩、粉砂质泥岩是页岩的主体,约占青一段地层厚度的90%,油页岩、灰岩、白云岩等特殊岩性占比均小于2%[7]。其岩性分布受沉积相带的控制,与湖盆水体的性质、外源物质输入、沉积过程等因素息息相关。青山口组沉积期,盆地北部沿长轴方向发育讷河水系,西北发育齐齐哈尔水系,西部发育白城水系。三大水系形成的三角洲体系围绕齐家—古龙凹陷和三肇凹陷湖相区呈半环状分布,控制了盆地北部的沉积相和岩相分布。由湖盆边缘向盆地中心,依次发育三角洲前缘、滨浅湖、半深湖、深湖相带。黑色页岩主体分布在半深湖—深湖相,即齐家—古龙凹陷和三肇—朝长地区(见图1B)。与深湖相相比,半深湖地带水体较为动荡,底流和浊流频发,有机质保存条件差；有一定的陆源碎屑输入,岩性组合为泥岩与粉砂质泥岩、含介壳泥岩互层,夹薄层介壳灰岩和粉砂岩油页岩层薄,单层厚度小于1 m。以泰康隆起带东缘的T8井为例,其泥岩中夹有多套介壳灰岩,单层厚度达到0.3～0.5 m(见图3A),介壳来源与浊流搬运有关。深湖相带水体安静缺氧,沉积物输入能力减弱,有机质保存条件最好,发育油页岩和有机质丰度高的泥岩,夹少量含介壳泥岩、灰岩和白云岩条带。油页岩单层厚度2～4 m,累计厚度可达9 m,在深湖区分布稳定。对比西部齐家—古龙凹陷和东部三肇凹陷的深湖相黑色页岩,发现其岩性组合与前二者存在明显差异。齐家—古龙凹陷G5井青一段含介形虫泥岩和介壳灰岩，较发育,纵向上泥岩与含介壳泥岩互层,夹有薄层介壳灰岩(见图3B)。朝阳沟地区CY6井，灰岩、白云岩薄夹层较发育,纵向上多达十几层，但单层厚度薄，0.1～0.5 m(见图3C),主量元素MgO/GaO达到0.555。根据镜下微观结构特征及碳氧同位素数据将其定义为准同生白云岩,是早期形成的灰岩在富镁离子的水体中交代形成,结核形态较完整。形成白云岩要求有Mg2+离子浓度较高的卤水,这说明三肇地区的水体盐度与齐家—古龙凹陷不同,属于间歇性咸化的微半咸水。青山口组沉积期属于温暖潮湿的气候类型,与现今西部盆地咸化湖盆干冷的气候类型不同,因此，水体咸化的诱因不可能是气候干旱造成的水体蒸发。合理的解释是，青一沉积期，湖盆存在短暂的湖海沟通,在湖底形成盐度较高的停滞水层,促进碳酸盐类矿物的沉淀[8]。海侵造成了湖盆东西部盐度不均一的格局,进一步影响了湖盆的化学沉淀,反映在岩性组合上即为白云岩、灰岩在东部地区更为发育。

图3 典型井青一段岩性柱状图Fig.3 Column section of Qing 1 Member lithology from typical well

2.2 黑色页岩平面分布与有机碳的富集规律

青一段黑色页岩在中央拗陷区广泛分布,其中齐家—古龙拗陷厚度较大,70～130 m,三肇凹陷—朝长地区厚度为55～100 m(见图4)。页岩沉积厚度反映青一沉积期全盆地形成齐家—古龙凹陷和三肇—朝长两个沉积中心,齐家—古龙凹陷水体最深,页岩厚度最大,古龙南部页岩厚度达到130 m。三肇凹陷内页岩厚度约55～70 m,朝阳沟阶地、长春岭背斜页岩厚度达到100 m,说明当时主要的凹陷沉积中心在古龙凹陷,次级沉积中心在朝阳沟—长春岭一带。

A 龙虎泡—大安阶地, B 齐家—古龙凹陷; C 中央古隆起; D 三肇凹陷; E 朝阳沟阶地图4 青一段暗色页岩厚度分布图Fig.4 Thickness distribution of black shale of Qing 1 Member

有机碳数量高值区平面分布的范围大致与深湖范围相呼应。从有机质碳含量看,青一段基本以2%等值线构成了齐家—古龙凹陷、三肇凹陷及朝阳沟、长春岭地区的有机碳高值区。在东西两大次级凹陷中,有机碳的最高值基本与凹陷的沉积中心相匹配,即页岩沉积厚度最大、水体最深的区域有机碳值最高。齐家—古龙凹陷有机碳质量分数普遍大于2%,古龙中部有机质质量分数达到3.5%。三肇—朝长地区有机碳质量分数普遍大于3%,三肇南部、朝阳沟阶地以及王府宾县凹陷有机碳质量分数达到4.5%～5.5%的异常高值(见图5)。整体看来,东西部有机碳丰度差异较大,三肇—朝长地区的有机碳质量分数明显高于齐家—古龙拗陷,但三肇—朝长地区黑色页岩的厚度反而比古龙凹陷薄。此外，油页岩的分布也呈现同样的特点,三肇—朝长地区的油页岩比齐家—古龙凹陷更发育[9]。有机质的平面分布与外源输入、水体性质以及保存条件有关,东西两大凹陷有机碳发育的不均衡、不对称性,说明其沉积期水体环境存在较大差异。主流观点认为，海水侵入是造成三肇—朝长地区水体咸化且有机碳异常高的主要原因。

A 龙虎泡—大安阶地, B 齐家—古龙凹陷; C 中央古隆起; D 三肇凹陷; E 朝阳沟阶地图5 青一段有机碳平均值分布图Fig.5 Distribution of organic carbon of Qing 1 Member

3 海侵事件对黑色页岩形成环境的影响

3.1 海侵事件提升水体古盐度

判断水体古盐度的元素地化指标很多,硼元素含量是适应性最广、应用最多的古盐度指标。水体盐度越高,沉积物吸附的B离子就越多。现代海洋沉积物B的质量分数均大于80 μg/g,大西洋和印度洋的海相页岩B的质量分数高达100～160 μg/g,现代淡水湖相沉积物B的质量分数普遍小于60 μg/g[10]。另外，Ga和Ba元素具有稳定性而Sr元素具易迁移性,B/Ga和Sr/Ba比也可作为判断水体盐度的辅助指标[11]。松辽盆地青一段河流相B元素质量分数在14～77 μg/g,西部齐家地区一般在18～96 μg/g,三肇地区最高达到159.3 μg/g,中值约55 μg/g。湖盆总体来说属于低盐环境,但三肇—朝长地区盐度偏高,利用亚当斯盐度公式计算古盐度约5‰～10‰,达到微咸水—半咸水。对全盆地5口井样品的盐度指标进行比对,东部的3口井的B元素平均质量分数分别为94.5，79.9，67.1 μg/g,远大于西部地区。东部样品 B 元素、B/Ga和Sr/Ba值均落在微咸水—咸水取值区间,西部样品的元素比值落在淡水—微咸水取值区间(见表1),盆地东西部呈现“东咸西淡” 的盐度不均一、不对称格局。对比两边的TOC值,发现东部地区半咸水的环境对应页岩TOC值高,可见盐度与有机质的聚集保存具有相关性。

表1 青山口组东西部水体盐度指标对比

特定的藻类属种与水体的盐度密切相关,其埋藏后形成的有机分子化合物可以表征水体盐度。甲藻甾烷是生源专属性很强的甾烷标志化合物,一般出现在富含甲藻的海相沉积物中，指示了含盐度较高环境下发育的藻类的生源贡献[12-13]。盆地东南部S1井中检测到高峰度的甲藻甾烷(见图6),应为海水侵入带来了海相环境中生存的甲藻类。前人在青一段地层中发现较为丰富的收缩式孢囊CleistosphaeridiumSentusidinium,Kiokansium等沟鞭藻属种,是海水带入的咸水甲藻属种,在陆相半咸水环境下发生形态变异,具有较简单的密集刺状凸起[14]。

图6 S1井黑色页岩生物标志化合物特征Fig.6 Biomarker index of S1 well black shale

3.2 海侵事件提升湖盆生产力

湖盆初级生产力是指浮游生物在单位时间、单位体积内通过光合作用生产有机碳的数量,也即固定能量的速率。高生产力是陆相湖盆优质烃源岩形成的必要条件。有机碳法是表征湖盆生产力最常用的方法：

R=C×ρs×(1-Φ)/(0.003 0×S0.30)。

(1)

式中，R为生产力,C代表总有机碳含量,S为沉积速率,ρs为干沉积物密度,Φ为岩石孔隙度。

选取盆地东西部8口井75块岩心,对有机碳、沉积物密度、岩石孔隙度分别取值,根据沉积埋藏史恢复后的地层厚度与沉积时间计算得到沉积速率[15]。利用公式(1)计算得到青一段的湖盆生产力为446～1 576 gcm2/a，平均值778.5 gcm2/a,属于富营养湖盆。齐家—古龙地区的生产力平均值为794.3 gcm2/a;三肇—朝长地区的生产力平均值为962.7 gcm2/a,部分样品计算生产力达到1 576 gcm2/a,为超营养状态。

三肇—朝长地区极富营养的湖盆水体与海侵事件关系密切,海侵带来氮和磷等刺激藻类生长的营养元素,促进藻类勃发,极大提高了湖泊的初级生产力,提供大量的有机质来源,为有机质富集创造良好的物质条件,著名的绿河页岩有机质丰度高的主要原因就是颗石藻的爆发。藻类勃发的结果是在沉积岩中出现纹层构造,通常由暗色有机质纹层和浅色陆源碎屑或者碳酸盐矿物纹层组合成韵律性沉积[16]。三肇—朝长地区页岩样品中发育藻类有机质与陆源碎屑组成的韵律纹层,镜下见大量呈亮黄色荧光的藻席(见图7),在50 μm厚的页岩中多达十余层,是藻类季节性勃发的佐证。

世界上众多咸水湖泊都具有很高的生产力，在高盐度水体中,藻类为适应环境,在细胞内积攒甘油、蛋白质等有机物,以便从高盐环境获得水分维持生长[17]。当这些生物细胞解体后,会释放大量有机质。三肇地区肇深5井、芳深2井、芳深3井产丰富的刺式沟鞭藻[18],属半咸水沟鞭藻。沟鞭藻对生油意义重大,是较好的生油母质。前人在对比渤海湾盆地、江汉盆地、百色盆地等生油岩的藻类种属后得出,含营半咸—咸水沟鞭藻类丰富的生油岩，类型最好,含淡水藻类(不包含轮藻)多的生油岩，类型相对差[19]。

3.3 海侵事件促进底水还原环境

尽管黏土矿物的吸附作用对有机质起到了非常有效的保护作用,但初级生产的有机质到达水岩界面的量非常少。据测算,到达5 300 m深海底的初级生产的有机质质量分数仅为2%,到达100 m深的Michigan湖底的质量分数为6%[20],绝大多数在水体中被氧化分解,因而极度缺氧的强还原环境对有机质的保存非常必要。大量实例证实,当有机质大量堆积在湖盆底部,缺氧甚至硫化的还原条件可减少有机质损耗,形成有机质丰度较高的页岩。

A 棕褐色藻纹层与碎屑矿物纹层组成韵律层,S1井,青一段,深度540.3 m; B 藻席层呈亮黄色荧光,50 um厚的页岩中发育十余层藻席,S1井,青一段,深度540.3 m; C 棕褐色藻纹层连续分布,S1井,青一段,深度540.3 m; D 藻席层呈亮黄色荧光连续分布,暗色矿物为黄铁矿集合体, S1井,青一段,深度540.3 m图7 S1井藻纹层微观特征Fig.7 Laminar Algal Distribution Character of S1 well black shale

姥鲛烷和植烷的比值(Pr/Ph)常用作判断原始环境氧化-还原条件的标志。姥鲛烷和植烷来源于高等植物的叶绿素和菌藻中的植醇。 在弱氧化环境中, 植醇进一步脱羟形成姥鲛烷; 在还原偏碱性介质条件下， 植醇被还原为植烷, 因此高的Pr/Ph值指示有机质形成于氧化环境,低值指示还原环境。一般咸水深湖还原环境Pr/Ph值为0.2～0.8;淡水半咸水深湖还原环境Pr/Ph值为0.8～2.8;淡水湖沼相弱还原环境Pr/Ph值2.8～4.0。青一段黑色页岩的Pr/Ph值为0.64～1.9,整体属于较强的还原环境,三肇—朝长地区5个样品Pr/Ph值小于0.8,个别达到0.64的极低值,西部样品0.95～1.9(见图8),说明湖盆东南部水体的还原性更强。

伽玛蜡烷的存在指示湖盆沉积时的强还原、高盐度环境,是水体分层的重要指标[21]。青一段的页岩样品伽马蜡烷分布广泛且含量较高,在未熟和低熟源岩中,伽马蜡烷质量分数普遍大于200 μg/g。青一段页岩伽马蜡烷/C30藿烷质量分数为0.08～0.49,高于一些海相原油的伽马蜡烷/C30藿烷比值。受海侵影响,三肇—朝长地区5个样品伽马蜡烷/C30藿烷比值较高,达到0.49,西部样品伽马蜡烷/C30藿烷比值相对较低,为0.08～0.36。海水入侵导致松辽盆地水体的密度分层，上部为淡水,下部为盐度稍高的水体,这种长期稳定的盐度分层在湖盆底部形成封闭缺氧的环境, 使有机质具富含伽马蜡烷的特征。

图8 东西部样品分子标志化合物指标特征Fig.8 Biomarker index of well black shale from west to east of Songliao Basin

4 海水侵入影响下的黑色页岩成因模式

白垩纪青山口组沉积期的松辽盆地为大型近海陆相湖盆,长期继承性发育的深水凹陷和湖海沟通事件是黑色页岩形成的重要条件。与鄂尔多斯延长组这类大型淡水湖盆不同,松辽盆地青山口组黑色页岩属于受海侵影响的，水体分层的成因模式(见图9)。白垩纪全球缺氧事件造成海平面大幅度上升,为近海湖盆与邻近海域沟通创造了条件。

温暖潮湿的气候条件与稳定的盆地构造背景是黑色页岩形成的基本要素。孢粉组合显示，表征暖湿气候带的常绿阔叶林在青山口组极为繁盛[22],指示该时期为亚热带气候。通过古今气候比对发现，青山口组年平均气温为14～24℃[23]。近海暖湿气流带来丰沛降雨,地表径流携带大量营养物质和陆源有机质注入湖中。同时期构造演化使盆地沉降速率增大,湖岸线向盆地边缘方向推进,形成了超大型内陆湖泊,湖水覆盖面积为8.7×104km2。在中央拗陷区整体下拗的背景下,齐家—古龙地区形成长条形次级深水凹陷，三肇—朝阳沟地区形成一个椭圆形次级深水凹陷,两个深水凹陷长期继承性发育,在湖盆下部形成了厚度大且稳定的四季缺氧层,为黑色页岩的形成提供了广泛发育的场所。盆地西部接受多水系注入,东部通过缺口与外海相通(见图6A)。前人结合盆地的构造沉积演化史等研究成果,推测青山口沉积期海水侵入的通道是三江盆地和佳伊(佳木斯伊通)地堑,经由宾县一带注入古湖盆[4]。

图9 松辽盆地黑色页岩成因模式图海侵背景下的水体分层模式Fig.9 Genetic model of black shale in Songliao Basin water stratification model under the background of transgression

湖盆西部和西北部发育三大水系,北部芮河水系规模最大,西部英台水体、西北齐齐哈尔水系次之。河流携带大量淡水入湖,在齐家—古龙地区形成淡水为主的次级拗陷。同期，东部三肇—朝长地区因海水侵入造成盐度升高,为微咸水—半咸水,整个盆地形成了东西次级拗陷盐度分异的格局,即水体东咸西淡。海水从东南方向侵入，带来丰富的盐和硫等营养成分,页岩中见大量蓝藻、绿藻、裸藻和半咸水甲藻,介形虫、鱼磷鱼骨和叶肢介发育,表明湖泊营养物质极为丰富,浮游生物极度繁盛,初级生产力高。生物勃发产生大量的有机质堆积,在湖盆水流不畅、长期缺氧的还原条件下,藻类有机质和部分陆源高等植物有机质得以保存下来。高盐度水体促使湖泊产生盐度分层,使上部淡水层与盆底咸水层无法进行水体交换,进一步加强了湖底的强还原环境,抑制了氧化和细菌的分解作用,最大限度地保存有机质。同时，湖盆生物勃发加剧了氧气的消耗,使有机质在极度缺氧、甚至硫化的环境中得到较好的保存(见图6B)。

前人研究认为,海侵事件是众多近海盆地优质烃源岩形成的重要因素，海侵事件促使有机质丰度增高，类型变好，规模变大，优化了烃源岩的质量。在中国陆相湖盆中不乏优质烃源岩与湖盆咸化或者超盐度相关的实例,包括渤海湾盆地、柴达木盆地、江汉盆地、苏北盆地和珠江口盆地等,除煤系地层外,优质烃源岩均与咸化湖盆有关[24]。

5 松辽盆地海侵事件与白垩纪全球缺氧事件的关系

白垩纪全球海洋是一个高温水体,其浮游生物丰度和海平面高度都为显生宙之最,因而形成了全球稳定分布的高质量烃源岩[25]。全球超过 90% 的可采油气储量产自 6 套不同层系的烃源岩,其中白垩系以 29% 的比例居首[26]。白垩纪古海洋分别在阿普特期—阿尔必期(Aptian-AlbianOAE1)、塞诺曼期—土仑期(Cenomanian-TuronianOAE2)、科尼亚克期—桑顿期(Coniacian-SantonianOAE3)发生多次大洋缺氧事件,形成分布在各大洋盆地的富有机质黑色页岩[27]。其中Cenomanian-Turonian期大洋缺氧事件达到全球规模,其形成的页岩规模巨大,在特提斯大陆边缘、欧洲陆棚区、美国内部盆地、非洲边缘海岸和太平洋盆地均有记录。缺氧事件造成沉积物特征具有一致性,即在同一时间内出现生物、碳同位素和总有机碳含量的异常,特别是碳稳定同位素的正向偏移。碳同位素正向偏移是由于富含轻碳的有机质在沉积圈中大量埋藏,造成在大气海洋体系中沉积物富集重碳的结果。在全球缺氧事件地层中,海相页岩有机碳同位素在Cenomanian-Turonian界线处出现正向偏移,偏移幅度达到3‰～4‰；伴随着有机碳同位素的正向偏移,微体生物发生不同程度的更替和灭绝[28-29]。

黑色页岩碳同位素正偏的现象在青山口组也同样存在。万晓樵等通过青山口组有机碳稳定同位素数据与生物地层综合比对,指出青山口组碳同位素正向偏移与介形类Cyprideapanda和Triangulicyprisfusiformis的消失界面基本吻合,并与全球Cenomanian-Turonian界线稳定同位素正偏表现一致[30]。孔惠等根据茂206井青一段页岩的样品分析,发现黑色页岩干酪根碳稳定同位素出现明显正向偏移,偏移量达到2.27‰[31]。黄清华等在朝73—朝87井中也发现了干酪根碳稳定同位素正偏现象[32]。众多证据表明,青山口组地层可与白垩纪古海洋Cenomanian-Turonian(OAE2)界线事件层进行横向对比,处于海平面上升且气候温暖潮湿的成矿期(见图10)。该时期大洋扩张速率提升且洋中脊体积急剧增加,导致全球海平面上升130～350 m,水体深度增加100～250 m。海水向陆地大幅度侵漫,通过盆地东南部的缺口与松辽古湖盆湖海沟通,青一段富有机质黑色页岩即为白垩纪全球缺氧事件在内陆湖盆沉积体系中的响应。越来越多的地质学家意识到，松辽盆地青山口的湖海沟通现象以及晚白垩系地层中发现少量只生活在海相咸水环境的化石(如贪食吉林鱼和巨口哈马鱼[33]),是佐证海侵的有力证据。同时，海相化石的稀有说明海水侵入的短暂性和事件性,因而生物种属和地层岩性仍以陆相淡水、微咸水特征为主。

6 结论

1)松辽盆地青山口组黑色页岩面积广、厚度大、有机质丰度高,是页岩油勘探的热点地区。盆地东西部黑色页岩有机碳丰度和岩性组合存在差异。西部齐家—古龙凹陷页岩厚度大,有机碳丰度中—高,页岩中粉砂岩、介壳灰岩夹层发育;东部三肇—朝长地区页岩厚度相对薄,有机碳丰度极高,页岩中灰岩、白云岩薄夹层发育。

2)海侵事件影响了研究区黑色页岩的形成与分布。海侵事件提升了水体的古盐度,使盆地水体呈“东咸西淡”的盐度不均一格局,使沟鞭藻等大量生活于半咸水环境的藻类勃发,进而促进了古湖盆的生产力,提供了更多的有机质来源；同时，长期稳定的盐度分层为有机质的保存提供了良好条件。

3)松辽盆地青山口组黑色页岩属于受海侵影响的水体盐度分层成因模式。长期继承性发育的深水凹陷提供了黑色页岩的可容空间;温暖潮湿的气候下，多支水系注入为湖盆带来陆源碎屑物质和有机质,是黑色页岩形成的物质基础。海水侵入带来的营养元素促使藻类勃发,大量有机质与黏土矿物络合物堆积到湖底,在盐度分层、极度缺氧的强还原环境中保存下来,形成了大面积分布的富有机质页岩。

图10 松辽盆地白垩系与全球白垩纪大洋缺氧事件期次对比图(据文献[30]修改)Fig.10 Comparison of Oceanic Anoxic Events between Songliao Basin and Global ocean

4)白垩纪缺氧事件在全球范围形成了稳定的烃源岩,其产生的可采油气储量占总油气资源量的29%。缺氧事件的典型标志是生物灭绝、碳同位素正向偏移和总有机碳含量的异常增大。青山口组页岩碳同位素正偏现象在多井中普遍存在，且与Cenomanian-Turonian期大洋缺氧事件时间一致。由此可推断，青山口组黑色页岩是白垩纪全球缺氧事件在陆相湖盆的响应。