吉木薩爾凹陷吉頁(yè)1 井區(qū)二疊系蘆草溝組沉積環(huán)境及有機(jī)質(zhì)富集機(jī)理

羅錦昌，田繼軍，馬靜輝，閆嘉啟，梁雅菲，胡卓浩

（新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，烏魯木齊 830047）

0 引言

準(zhǔn)噶爾盆地吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組頁(yè)巖是重要的烴源巖和非常規(guī)油氣資源儲(chǔ)層，具有重大頁(yè)巖油氣勘探潛力［1］。諸多學(xué)者針對(duì)吉木薩爾凹陷沉積環(huán)境及有機(jī)質(zhì)富集機(jī)理做了相關(guān)研究，對(duì)環(huán)境的認(rèn)識(shí)以“干旱-咸化-還原的湖盆沉積環(huán)境”為主［2-3］，但對(duì)其有機(jī)質(zhì)富集機(jī)理還沒(méi)有相對(duì)統(tǒng)一的結(jié)論。張慧芳等［4］提出了“有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)-有機(jī)質(zhì)分解-有機(jī)質(zhì)稀釋”相互作用的陸相湖盆有機(jī)質(zhì)富集模式；張明明［5］探究了博格達(dá)山北麓蘆草溝組油頁(yè)巖各項(xiàng)有機(jī)質(zhì)聚集因素的關(guān)聯(lián)性，建立了高湖泊生產(chǎn)力、高鹽度缺氧的深水環(huán)境中的高豐度有機(jī)質(zhì)聚集模型和低生產(chǎn)力、低鹽度富氧的淺水環(huán)境中的低豐度有機(jī)質(zhì)聚集模型；曲長(zhǎng)勝［6］通過(guò)主微量元素、碳氧同位素?cái)?shù)據(jù)分析了蘆草溝組沉積時(shí)期的環(huán)境，建立了高頻沉積旋回下咸化湖泊富有機(jī)質(zhì)多源混合沉積模式；王子萌［7］在分析了古生產(chǎn)力和保存條件后認(rèn)為吉木薩爾蘆草溝組烴源巖上段是以古生產(chǎn)力為主控因素的“生產(chǎn)模型”，下段是以還原環(huán)境為主控因素的“保存模型”。也有學(xué)者分析了火山作用對(duì)吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組有機(jī)質(zhì)富集的影響［8-9］。張遜等［10］認(rèn)為蘆草溝組烴源巖主要受古生產(chǎn)力控制，且一直處于還原環(huán)境，并非有機(jī)質(zhì)富集的主控因素；林曉慧等［11］認(rèn)為有機(jī)質(zhì)富集早期受古生產(chǎn)力控制，后期受還原環(huán)境控制。然而，這些研究主要集中在博格達(dá)山北緣阜康斷裂帶地區(qū)以及吉木薩爾凹陷東部吉174、吉32 井區(qū)，對(duì)凹陷西部的研究較少。

以吉木薩爾凹陷西部吉頁(yè)1井區(qū)的相關(guān)資料為基礎(chǔ)，利用主微量元素分析、氣相色譜分析等手段明確該區(qū)礦物學(xué)、地球化學(xué)等特征，對(duì)其沉積環(huán)境及有機(jī)質(zhì)富集機(jī)理進(jìn)行分析，以期為該地區(qū)頁(yè)巖油資源的勘探開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

1 地質(zhì)概況

吉木薩爾凹陷位于準(zhǔn)噶爾盆地東南緣，是東部隆起的二級(jí)構(gòu)造帶，南北向以三臺(tái)斷裂、吉木薩爾斷裂為界夾在阜康斷裂帶與沙奇凸起之間；西部以老莊灣斷裂、西地?cái)嗔褳榻?，毗鄰北三臺(tái)凸起（圖1a）；向東由于構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，逐漸抬升，過(guò)渡到古西凸起，是一個(gè)三面由斷裂控制的西深東淺、西斷東超的箕狀凹陷［3］。吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組為一套陸相咸化湖盆沉積，沉積相包括三角洲前緣、砂質(zhì)淺灘、云坪、半深湖和深湖等，主要發(fā)育由陸源碎屑、火山碎屑和碳酸鹽礦物構(gòu)成的陸相混積巖，這也是該區(qū)主要的烴源巖層系，沉積厚度大、分布面積廣［2-3］。根據(jù)巖性、測(cè)井曲線(xiàn)特征等，蘆草溝組地層自下而上可劃分為蘆一段和蘆二段（圖1b）。

圖1 吉木薩爾凹陷構(gòu)造位置（a）及吉頁(yè)1 井二疊系蘆草溝組巖性地層綜合柱狀圖（b）（據(jù)文獻(xiàn)［2］修改）Fig.1 Structural location（a）and stratigraphic column of Permian Lucaogou Formation of well Jiye 1（b）in Jimsar Sag

2 礦物學(xué)特征

對(duì)吉木薩爾凹陷吉頁(yè)1 井二疊系蘆草溝組37件樣品進(jìn)行X 射線(xiàn)衍射（XDR）分析可知，蘆一段以黏土礦物為主，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.90%，主要為伊利石、蒙脫石、伊蒙混層和高嶺土；石英和長(zhǎng)石次之，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為17.39%和26.46%；另含少量白云石、方解石和重晶石，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別11.06%，8.06%和4.95%。蘆二段與蘆一段礦物成分及其含量相當(dāng)，但在不同位置含量差異較大，蘆二段黏土礦物、石英和長(zhǎng)石的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為35.71%，21.56%和20.61%，方解石、白云石和重晶石平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10.41%，8.19%和4.64%（表1）。根據(jù)彭軍等［12］提出的細(xì)粒沉積巖巖石成分定名法，吉頁(yè)1井蘆一段為以長(zhǎng)英質(zhì)混合細(xì)粒沉積巖為主的混合細(xì)粒沉積巖，蘆二段以長(zhǎng)英質(zhì)混合細(xì)粒沉積巖和黏土質(zhì)混合細(xì)粒沉積巖為主的混合細(xì)粒沉積巖（圖2）。

圖2 吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組細(xì)粒沉積巖巖石成分定名三角圖（據(jù)文獻(xiàn)［12］修改）Fig.2 Triangular diagram of rock composition of fine-grained sedimentary rocks of Permian Lucaogou Formation in Jimsar Sag

表1 吉木薩爾凹陷吉頁(yè)1 井二疊系蘆草溝組巖石樣品的XDR 測(cè)試結(jié)果Table 1 XDR testing results of rock samples of Permian Lucaogou Formation of well Jiye 1 in Jimsar Sag

3 地球化學(xué)特征

對(duì)采集的37 件樣品進(jìn)行有機(jī)碳、硫及主量、微量元素分析，挑選了24 件進(jìn)行飽和烴色譜分析。

3.1 有機(jī)碳（TOC）、硫含量

吉木薩爾凹陷蘆草溝組烴源巖TOC值為1.20%～11.50%，平均為5.83%，垂向變化較大，其中蘆一段為2.39%～11.50%，平均為5.93%，蘆二段為1.20%～9.35%，平均為5.69%。硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.65%～4.95%，平均值為2.54%（表2），兩者無(wú)明顯相關(guān)性。

3.2 主、微量元素特征

研究區(qū)蘆草溝組樣品主要成分為SiO2，Al2O3，CaO 和MgO，總質(zhì)量分?jǐn)?shù)為72.07%～85.42%，其中SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，平均為51.74%；Al2O3與CaO含量相當(dāng)，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10.80%和10.28%；MgO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低，平均為6.80%。此外，還有少量Fe2O3，Na2O，K2O，TiO2，P2O5和MnO（表2）。與北美頁(yè)巖相比，研究區(qū)主量元素中Na，Mg，Ca 和Ti明顯富集，Al，Si 和K 相對(duì)虧損，F(xiàn)e 和Mn 含量則與北美頁(yè)巖相當(dāng)；各元素在蘆一段和蘆二段分布有所不同，P 在蘆一段相對(duì)虧損，Na，Mg，Ca，Ti 則更富集（圖3a），Na，Mg，Ca 的富集與礦物學(xué)特征中長(zhǎng)石、碳酸鹽含量高相互印證。

表2 吉木薩爾凹陷吉頁(yè)1 井二疊系蘆草溝組巖石樣品的有機(jī)碳、硫及主量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)Table 2 Analysis results of organic carbon，sulfur and major elements of rock samples of Permian Lucaogou Formation of well Jiye 1 in Jimsar Sag%

樣品中含量最高的微量元素是Ba，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（3 629.02～32 346.82）×10-6，平均為12 052.89×10-6；含量最低的是U，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.68×10-6（表3）。與北美頁(yè)巖相比，研究區(qū)Ba 極度富集，可能與生物作用有關(guān)；V 顯著富集，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為404.30×10-6；Sr，Zr 和Cr 相對(duì)富集，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為647.55×10-6，255.33×10-6和125.06×10-6，其中Sr在蘆一段富集，在蘆二段有一定的虧損，Zr 無(wú)虧損，Cr 在蘆一段和蘆二段均出現(xiàn)部分富集，部分虧損；Ni，Th，U，Rb，Co，Zn，Mo 則相對(duì)虧損（圖3b）。

表3 吉木薩爾凹陷吉頁(yè)1 井二疊系蘆草溝組巖石樣品的微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)Table 3 Analysis results of trace elements of rock samples of Permian Lucaogou Formation of well Jiye 1 in Jimsar Sag

圖3 吉木薩爾凹陷吉頁(yè)1 井二疊系蘆草溝組巖石樣品的主量元素（a）和微量元素（b）北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化配分模式Fig.3 Standardized North American shale partitioning patterns for major elements（a）and trace elements（b）of rock samples of Permian Lucaogou Formation of well Jiye 1 in Jimsar Sag

3.3 飽和烴色譜特征

對(duì)研究區(qū)24 件樣品進(jìn)行了烴源巖飽和烴色譜分析，結(jié)果顯示：①蘆一段烴源巖正構(gòu)烷烴多呈單峰型，主峰碳為C17和C19，奇偶優(yōu)勢(shì)（OEP）為0.22～2.84，平均為1.42，碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)（CPI）為0.74～1.94，平均為1.28，具有較弱的奇碳優(yōu)勢(shì)，∑nC21-/∑nC22+為0.68～1.38，平均為1.05，反映有機(jī)質(zhì)為陸源輸入和海相藻類(lèi)混合沉積，海相藻類(lèi)貢獻(xiàn)較大；Pr 和Ph 含量較高，Pr/Ph 值為0.04～0.90，Pr/nC17值為0.008～1.550，Ph/nC18值為0.252～2.162。②蘆二段烴源巖正構(gòu)烷烴多呈單峰型，主峰碳為C19，OEP為0.01～2.05，平均為1.16，CPI為1.14～7.52，平均為1.80，具有奇碳優(yōu)勢(shì)，∑nC21-/∑nC22+為0.70～7.42，平均為2.20，反映有機(jī)質(zhì)來(lái)源為混源，海相藻類(lèi)貢獻(xiàn)較大；Pr 和Ph 含量較高，Pr/Ph 值為0.64～2.05，Pr/nC17值為0.002～3.083，Ph/nC18值為0.195～0.591（表4）。Pr/nC17與Ph/nC18交會(huì)圖也證實(shí)了蘆草溝組有機(jī)質(zhì)混合輸入（圖4）。

表4 吉木薩爾凹陷吉頁(yè)1 井二疊系蘆草溝組烴源巖飽和烴色譜分析Table 4 Saturated hydrocarbon chromatographic analysis of Permian Lucaogou Formation of well Jiye 1 in Jimsar Sag

圖4 吉木薩爾凹陷吉頁(yè)1 井二疊系蘆草溝組烴源巖Pr/nC17與Ph/nC18交會(huì)圖（據(jù)文獻(xiàn)［15］修改）Fig.4 Cross plot of Pr/nC17 and Ph/nC18of source rocks of Permian Lucaogou Formation of well Jiye 1 in Jimsar Sag

4 古環(huán)境、古生產(chǎn)力

4.1 陸源碎屑

Al，Ti，Zr 和Th 等元素常被用于指示海/湖相沉積巖沉積期的陸源碎屑輸入情況，Al 主要來(lái)源于鋁硅酸鹽黏土礦物，且地球化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定［16-17］，Ti，Zr和Th通常保存于粗粒陸源碎屑中［18］。用Al 標(biāo)準(zhǔn)化除去細(xì)粒黏土礦物影響之后，Ti/Al，Zr/Al 和Th/Al也可用作較粗粒的陸源輸入程度的指標(biāo)。

吉木薩爾凹陷蘆草溝組的37 件測(cè)試樣品中，Al 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于10%，Ti 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于0.6%，Zr 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于200×10-6，Th 質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于15×10-6，Ti/Al，Zr/Al 和Th/Al 的平均值分別為0.15，24.19 和0.85，且在垂向上變化不大。蘆草溝組沉積時(shí)期吉頁(yè)1 井區(qū)陸源碎屑物供給穩(wěn)定，來(lái)源于凹陷西邊的北三臺(tái)凸起［19-20］。

4.2 氧化還原

缺氧的還原環(huán)境可以為有機(jī)質(zhì)的保存提供良好的條件，因而判斷水體的氧化還原環(huán)境對(duì)于有機(jī)質(zhì)富集的研究尤為重要。由于沉積成巖過(guò)程復(fù)雜，單個(gè)指標(biāo)難以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)當(dāng)時(shí)的環(huán)境，利用氧化還原敏感元素（V，Ni，Cr，U）及V/（V+Ni），V/Cr，U/Th和黃鐵礦礦化度、生物標(biāo)志化合物等綜合評(píng)價(jià)。

4.2.1 敏感元素分析

在氧化性水體中，V 以釩酸氫根（HVO42-）和H2VO4-的形式存在，釩酸氫根離子容易被Fe，Mn 氫氧化物和高嶺土吸附［21-22］，在弱還原環(huán)境下，V5+被還原為V4+，并形成釩?；鵙O2+、羥基基團(tuán)VO（OH）3-以及不溶的VO（OH）2［23］，硫化環(huán)境中，V4+會(huì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為+3 價(jià)并形成氧化物、氫氧化物沉積或被周?chē)倪策东@進(jìn)而富集［24］。Ni 在氧化性海水環(huán)境中主要以溶解的Ni2+或NiCl+的形式存在，大部分是以溶解的碳酸鹽形式（NiCO3）存在或吸附于腐殖酸/富里酸上［13，25］，在缺氧條件尤其是H2S 存在的條件下，可形成自生的硫化物礦物保留在沉積物中，在沉積物中明顯富集。Cr 在氧化性水體中主要以鉻酸陰離子CrO42-形式存在，小部分以水合羥基離子Cr（H2O）4（OH）2+形式存在［26］。在還原條件下Cr4+被還原為+3 價(jià)，形成水和陽(yáng)離子Cr（OH）2+或者氫氧化物，最終通過(guò)腐殖酸/富里酸形成化合物或吸附于Fe，Mn 氫氧化物，進(jìn)入沉積物進(jìn)而富集［22，27］。通常V/（V+Ni）＜0.46 或V/Cr ＜2.00 指示富氧環(huán)境；0.46 ＜V/（V+Ni）＜0.54 或2.00 ＜V/Cr ＜4.25 指示貧氧環(huán)境；V/（V+Ni）＞0.54 或V/Cr ＞4.25 指示厭氧環(huán)境；V/（V+Ni）值越大，水體分層越好［28］。

蘆一段的V/（V+Ni）值為0.82～0.97，平均為0.91，V/Cr 值為2.38～4.67，平均為3.31；蘆二段V/（V+Ni）值為0.80～0.94，平均為0.88，V/Cr 值為2.15～3.52，平均為2.84。因此，可以認(rèn)為蘆草溝組沉積時(shí)期整體上處于厭氧的還原環(huán)境，僅蘆二段頂部有部分層位處于貧氧環(huán)境，蘆一段還原性和水體分層較蘆二段好（圖5）。

圖5 吉木薩爾凹陷吉頁(yè)1 井二疊系蘆草溝組烴源巖氧化還原指標(biāo)Fig.5 Redox indicator of source rocks of Permian Lucaogou Formation of well Jiye 1 in Jimsar Sag

U 在氧化水體中以高價(jià)態(tài)溶解于水體中，在還原的水體中被還原為低價(jià)態(tài)而沉積下來(lái)［29］，U/Th ＜0.75 指示富氧條件，U/Th 值為0.75～1.25指示貧氧條件［11］，吉頁(yè)1 井37 件樣品U/Th 值為0.27～0.32，指示富氧環(huán)境，和V/（V+Ni）與V/Cr 值所指示的還原結(jié)果相反，分析認(rèn)為是U 虧損所致：①不同元素對(duì)氧化還原的敏感度不一樣，V 一般在硝化水體就開(kāi)始沉積，U 在Fe2+和Fe3+的轉(zhuǎn)換界面開(kāi)始沉積，而Mo 在有H2S 的環(huán)境下才會(huì)沉積［29］，穩(wěn)定的陸源碎屑輸入會(huì)將微量的氧帶入水體，而在這種環(huán)境中V 可以富集，U 被氧化為更高價(jià)溶解于水體中，未能沉積富集。②成巖作用期間，O2重新進(jìn)入沉積物，U 從富集區(qū)域遷出，沉積后的沉積物再氧化作用對(duì)U 影響較大，而對(duì)V，Mo 和Cd 等元素的影響較小，對(duì)Co，Ni，Cu 和Zn 等元素的影響則可以忽略［30-31］（遷移距離小于5 cm）。該解釋也與蘆草溝組Mo，Zn，Ni 和Co 等元素相對(duì)虧損印證。

4.2.2 黃鐵礦礦化度分析

水體在缺氧還原且含有H2S 的靜水狀態(tài)下，黃鐵礦附著在沉積物表面，其形成也不受有機(jī)質(zhì)的影響，因此黃鐵礦礦化度（鐵與活性鐵的比值）DOPT是判斷氧化還原環(huán)境的常用指標(biāo)［29］。假設(shè)所有的硫元素以黃鐵礦（FeS2）的形式存在，DOPT計(jì)算公式［32］為

式中：S 和Fe 分別為樣品中所測(cè)的硫和鐵元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)；55.84，64.16 分別為黃鐵礦中Fe 和S 的原子質(zhì)量。

由式（1）計(jì)算出蘆一段DOPT為0.43～1.41，平均為0.73；蘆二段DOPT為0.21～0.72，平均為0.46。當(dāng)DOPT＜0.42 時(shí)為富氧環(huán)境，DOPT＞0.42 為缺氧環(huán)境［29］，由此判斷蘆草溝組一直處于缺氧環(huán)境。

4.2.3 生物標(biāo)志化合物分析

無(wú)環(huán)類(lèi)異戊二烯烴中姥鮫烷（Pr）與植烷（Ph）主要來(lái)源于光合作用葉綠素a 以及細(xì)菌當(dāng)中葉綠素a和葉綠素b 的植基側(cè)鏈，在還原條件下形成Ph，在氧化環(huán)境下形成Pr，因此Pr/Ph 常被用來(lái)指示烴源巖沉積期氧化還原環(huán)境。有研究指出Pr/Ph ＞2.00 指示氧化環(huán)境，Pr/Ph 為1.00～2.00 指示半氧化—半還原環(huán)境，Pr/Ph ＜1.00指示還原環(huán)境［33］。蘆一段Pr/Ph為0.03～0.90，平均為0.50；蘆二段Pr/Ph 為0.63～2.05，去除極大值2.05 后，平均為0.93（參見(jiàn)圖5），均指示為還原環(huán)境。此外，Pr/nC17與Ph/nC18交會(huì)圖也指示除蘆一段1 個(gè)樣品處于氧化環(huán)境，其余均為還原環(huán)境（參見(jiàn)圖4）。

綜上所述，蘆草溝組整體處于水體分層較好的還原環(huán)境，蘆一段還原性和水體分層均較蘆二段好。

4.3 古氣候、古鹽度、古水深

古氣候、古鹽度、古水深均會(huì)在一定程度上對(duì)有機(jī)質(zhì)的保存、生產(chǎn)造成影響，利用元素比值、古氣候指數(shù)等指標(biāo)對(duì)研究區(qū)古氣候、古鹽度、古水深進(jìn)行了討論。

4.3.1 古氣候分析

喜濕型元素有Cr，Ni，Mn，Cu，F(xiàn)e，Ba，Br，Co，Cs，Hf，Rb，Sc 和Th；喜干型元素有Sr，Pb，Au，As，Ca，Na，Ta，U，Zn，Mg，Mo 和B。古氣候指數(shù)C是常見(jiàn)的喜濕型元素含量之和與喜干型元素含量之和的比值，常被用來(lái)指示古氣候，計(jì)算公式［34］為

根據(jù)現(xiàn)有研究，1.3 ＜Sr/Cu ＜5.0 且0.6 ＜C＜1.0，指示溫暖濕潤(rùn)的氣候；5.0 ＜Sr/Cu ＜10.0 且0.2 ＜C＜0.6 指示半潮濕—半干旱的氣候；Sr/Cu ＞10.0且C＜0.2，指示炎熱干旱氣候［3］。此外，在溫暖濕潤(rùn)的氣候條件下Rb/Sr 值較大，在干旱性的氣候條件下Rb/Sr值較小［5］。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，蘆一段Sr/Cu 值為16.48～34.59，平均為27.21，C為0.10～0.22，平均為0.15，Rb/Sr 值為0.05～0.12，平均為0.09，為炎熱干旱氣候；蘆二段Sr/Cu 值為4.36～61.37，平均為20.41，C為0.10～0.34，平均為0.21，Rb/Sr 值為0.06～0.34，平均為0.18，為半潮濕—半干旱氣候。

長(zhǎng)鏈正構(gòu)烷烴主要來(lái)源于陸源植物，C31的主要來(lái)源為干旱氣候下含有植物蠟的草本植物，C27的主要來(lái)源為濕潤(rùn)環(huán)境下木本植物中的木本植物蠟，因此正構(gòu)烷烴長(zhǎng)鏈參數(shù)比值C31/C27也可以用來(lái)判別古氣候變化，C31/C27值越小，氣候越濕潤(rùn)，C31/C27值越大，氣候越干旱［5］。蘆一段C31/C27值為0.20～2.57，平均為0.67；蘆二段C31/C27值為0.09～1.47，平均為0.31（圖6），指示蘆一段比蘆二段更干旱。

4.3.2 古鹽度分析

MgO 具有親海性，Al2O3具有親陸性，MgO/Al2O3常用于水體古鹽度的表征［5，9］；咸水環(huán)境中Sr元素易于保存，而Ca 元素不易保存，容易流失，在淡水環(huán)境中正好相反，Sr/Ca 值也常應(yīng)用于古鹽度的判別，淡水環(huán)境中Sr/Ca 值較小，咸水環(huán)境中Sr/Ca值較大［5］。根據(jù)張文文等［3］的研究，（MgO/Al2O3）×100 ＜1 為淡水環(huán)境，（MgO/Al2O3）×100 ＞10 為咸水，介于兩者之間為半咸水沉積，而實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，蘆一段（MgO/Al2O3）×100 為51.35～150.23，平均為87.74，Sr/Ca 為67.27～95.70，平均為76.90；蘆二段（MgO/Al2O3）×100為11.67～67.64，平均為38.27，Sr/Ca 為21.90～66.34，平均為46.51，均低于蘆一段（圖6）。分析認(rèn)為蘆草溝組均為咸水沉積，蘆一段的咸化程度更高。

圖6 吉木薩爾凹陷吉頁(yè)1 井二疊系蘆草溝組烴源巖古氣候、古鹽度、古水深指標(biāo)Fig.6 Paleoclimate，paleosalinity and paleodepth indicators of source rocks of Permian Lucaogou Formation of well Jiye 1 in Jimsar Sag

4.3.3 古水深分析

在遷移過(guò)程中Mn 和Al 等元素比較穩(wěn)定，易于保存；Ti 和Zr 等元素不太穩(wěn)定，因此常用Mn/Ti 和Zr/Al 來(lái)表征古水深，沉積水體越深，Mn/Ti 越大，Zr/Al 越小；沉積水體越淺，Mn/Ti 越小，Zr/Al 越大［5，9］。蘆一段Mn/Ti 為0.036～0.096，平均為0.061，Zr/Al為20.32～35.64，平均為26.22；蘆二段Mn/Ti 為0.053～0.122，平均為0.081，高于蘆一段，而Zr/Al為16.01～27.46，平均為25.53，小于蘆一段（圖6），分析認(rèn)為蘆二段沉積水體更深。

古氣候會(huì)對(duì)古鹽度、古水深造成一定影響，干旱氣候，水體蒸發(fā)量大，古鹽度升高，古水體變淺；氣候變濕潤(rùn)時(shí)，古鹽度隨之降低，古水體變深。綜上所述，蘆草溝組整體為干旱—半干旱的咸化湖盆沉積背景，蘆二段為干旱—半干旱的氣候，水體深度大、咸化程度低；蘆一段為干旱氣候，水體深度較小、鹽度較高。

4.4 古生產(chǎn)力

豐富的有機(jī)質(zhì)來(lái)源、良好的生產(chǎn)力條件是有機(jī)質(zhì)富集的基礎(chǔ)，利用Cu，Ni，Ba，Si 和P 等生產(chǎn)力指標(biāo)對(duì)研究區(qū)古生產(chǎn)力條件進(jìn)行研究。

P 是生物生存所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，參與生物的大部分新陳代謝活動(dòng)，常被用來(lái)表征水體的生產(chǎn)力大小，但在還原環(huán)境或一定濃度的Fe 會(huì)對(duì)P 的富集造成影響［35］，因此在使用P 元素表征古生產(chǎn)力時(shí)要視情況而定。有機(jī)質(zhì)降解過(guò)程中釋放出的Cu 和Ni 在硫酸鹽還原環(huán)境下被黃鐵礦捕獲，保存在有機(jī)質(zhì)中，Cu 和Ni 含量越高反映古生產(chǎn)力越高［13］。Ba主要來(lái)源于腐爛的浮游植物有機(jī)質(zhì)和生物骨架中的重晶石，少量來(lái)源于陸源碎屑和Fe-Mn 化合物；Si 元素來(lái)源于陸源碎屑輸入和生物成因硅，因此在用Ba 和Si 含量指示古生產(chǎn)力時(shí)，需要消除非生物成因的影響。生物鋇（Babio）是排除陸源輸入碎屑中的Ba，只與生物活動(dòng)相關(guān)的Ba，是目前普遍用來(lái)評(píng)價(jià)古生產(chǎn)力的一個(gè)重要指標(biāo)［13］。生物來(lái)源的石英與海洋/湖泊初級(jí)生產(chǎn)力的提供者關(guān)系緊密，僅來(lái)源生物活動(dòng)的Si 被稱(chēng)為的生物硅（Sibio）。生物Ba 和生物Si 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算公式為

式中：PAAS 代表后太古宙澳大利亞頁(yè)巖，（Ba/Al）PAAS為0.006 8，（Si/Al）PAAS為3.83［13］；Ba樣品，Al樣品，Si樣品分別為樣品中Ba，Al 和Si 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

由上式可得，吉頁(yè)1 井蘆一段Babio質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（5 794.42～32 346.16）×10-6，平均為14 602.73×10-6；Sibio質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.69%～23.03%，平均為17.30%；蘆二段Babio質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（3 628.39～14 815.77）×10-6，平均為8704.52×10-6，Sibio質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.98%～17.04%，平均為12.51%，均低于蘆一段（圖7）。參考Schoepfer 等［36］的研究，Babio質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于200×10-6為低生產(chǎn)力，質(zhì)量分?jǐn)?shù)（200～1 000）×10-6為中等生產(chǎn)力，質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1 000×10-6為高生產(chǎn)力，蘆草溝組沉積時(shí)古生產(chǎn)力較高，蘆一段高于蘆二段。

圖7 吉木薩爾凹陷吉頁(yè)1 井二疊系蘆草溝組烴源巖古生產(chǎn)力指標(biāo)Fig.7 Paleoproductivity indicators of source rocks of Permian Lucaogou Formation of well Jiye 1 in Jimsar Sag

蘆一段Cu/Al 值為2.38～3.78，平均為2.78，Ni/Al 值為3.02～5.39，平均為3.94，蘆二段Cu/Al 值為1.56～4.17，平均為2.75，Ni/Al 值為2.08～4.40，平均為3.47，均低于蘆一段（圖7），也反映蘆一段的Cu 和Ni含量更高，古生產(chǎn)力更高。

蘆一段P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.10%～0.20%，平均為0.13%；蘆二段P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.11%～0.32%，平均為0.20%，P 含量高于蘆一段。分析認(rèn)為在還原環(huán)境下P 從有機(jī)質(zhì)中釋放，導(dǎo)致高生產(chǎn)力下P 并不富集。

5 有機(jī)質(zhì)富集機(jī)理

有機(jī)質(zhì)富集受古環(huán)境、古生產(chǎn)力等多種因素影響，但無(wú)論哪種因素，都是通過(guò)影響有機(jī)質(zhì)保存和有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)從而影響沉積物中的有機(jī)質(zhì)豐度。將環(huán)境指標(biāo)（Zr/Al，V/Cr，DOPT，Pr/Ph，Sr/Cu，C31/C27）、生產(chǎn)力指標(biāo)（Cu/Al，Ni/Al 和Sibio含量）與TOC值進(jìn)行擬合（圖8）可知，蘆一段氧化還原指標(biāo)V/Cr，DOPT，Pr/Ph 均與TOC值無(wú)明顯相關(guān)性（R2＜0.1）；陸源碎屑指標(biāo)（Zr/Al）、古生產(chǎn)力指標(biāo)（Cu/Al，Ni/Al 和Sibio）、古氣候指標(biāo)（Sr/Cu 和C31/C27）與TOC含量擬合度相對(duì)略高（R2為0.115～0.323）。蘆二段陸源碎屑與氧化還原指標(biāo)與TOC值無(wú)明顯相關(guān)性（R2＜0.1），古生產(chǎn)力和古氣候指標(biāo)與TOC值擬合度較高（R2為0.137～0.554）。除了蘆二段古氣候指標(biāo)Sr/Cu 與TOC值擬合相關(guān)系數(shù)達(dá)0.554，其他擬合度均較小。因此，可以認(rèn)為蘆草溝組烴源巖的有機(jī)質(zhì)富集是受多重因素共同影響的。

5.1 有機(jī)質(zhì)保存

氧化還原條件是影響有機(jī)質(zhì)保存的重要因素，缺氧的湖水環(huán)境抑制了有機(jī)質(zhì)的降解，有利于有機(jī)質(zhì)保存［10］。氧化還原指標(biāo)中只有DOPT與TOC值擬合時(shí)相關(guān)系數(shù)相對(duì)較高，在蘆一段、蘆二段分別為0.19 和0.30，其余指標(biāo)均與TOC值的擬合度均較低，但都呈正相關(guān)關(guān)系（圖8b—8d），這說(shuō)明氧化還原環(huán)境并不是研究區(qū)有機(jī)質(zhì)富集的主控因素。蘆草溝組沉積時(shí)期，水體底部一直處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的還原環(huán)境，產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)可以得到良好地保存［10］，但蘆一段、蘆二段形成還原環(huán)境的原因卻不同，蘆一段沉積期氣候比較干燥，水體蒸發(fā)量大，水體鹽度增大，形成了上下分層、底部穩(wěn)定的高鹽度還原環(huán)境；蘆二段處于半潮濕—半干旱的氣候環(huán)境，蒸發(fā)量小，且有一定的降雨量，古水體變深，形成了易于有機(jī)質(zhì)保存的還原環(huán)境。

圖8 吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組古環(huán)境、古生產(chǎn)力指標(biāo)與TOC 含量相關(guān)性分析Fig.8 Correlation analysis of paleoenvironment，paleoproductivity and TOC content of Permian Lucaogou Formation in Jimsar Sag

5.2 有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)

結(jié)合生產(chǎn)力指標(biāo)與TOC值的擬合關(guān)系（圖8e—8g）認(rèn)為，有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)是影響該地區(qū)有機(jī)質(zhì)富集的主要因素。蘆草溝組烴源巖為一套優(yōu)質(zhì)烴源巖，蘆一段有機(jī)質(zhì)豐度較蘆二段高，造成該現(xiàn)象的原因有3 點(diǎn)：①光照率對(duì)湖泊初級(jí)生產(chǎn)力大小具有一定影響［4］，蘆一段氣候干旱，日照更加充足，增強(qiáng)了初級(jí)生產(chǎn)者的光合作用，有利于高生產(chǎn)力的形成。②咸化湖盆中，嗜鹽細(xì)菌和藻類(lèi)屬種增多，生產(chǎn)力增強(qiáng)［8］。張明明［5］在對(duì)博格達(dá)山北麓油頁(yè)巖的研究中，利用生物標(biāo)志化合物的方法識(shí)別出了產(chǎn)甲烷古細(xì)菌、嗜鹽古細(xì)菌、嗜鹽真細(xì)菌、綠藻、甲藻纖毛蟲(chóng)等12 種湖泊內(nèi)源生物類(lèi)型，且沉積初期的種類(lèi)多于沉積晚期，干旱氣候下，蘆一段古鹽度更高，生物種類(lèi)更多，營(yíng)養(yǎng)鹽更充足，生產(chǎn)力更高。此外，咸水環(huán)境中，細(xì)菌和藻類(lèi)可以形成有滲透活度的有機(jī)質(zhì)（可溶性糖、甘油等），當(dāng)生物死亡后，細(xì)胞解體，釋放大量有機(jī)質(zhì)［4］。③蘆二段沉積期氣候?yàn)榘氤睗瘛敫珊?，有一定的降雨量，陸源輸入多于蘆一段，有機(jī)質(zhì)稀釋?zhuān)袡C(jī)質(zhì)豐度相對(duì)較低。

適量火山灰的輸入有利于有機(jī)質(zhì)生產(chǎn)，以往的研究已證實(shí)，吉木薩爾凹陷周緣博格達(dá)山、北三臺(tái)凸起等都存在火山機(jī)構(gòu)，且火山活動(dòng)規(guī)模大、時(shí)間長(zhǎng)，而凹陷內(nèi)火山活動(dòng)不發(fā)育［37］。研究區(qū)距火山口中心較遠(yuǎn)，火山作用的影響比較溫和，火山灰隨風(fēng)進(jìn)入水體，大量輸入Fe，N 和P 等微量元素，有利于藻類(lèi)等低等植物繁盛［38］。同時(shí)，在構(gòu)造變形作用下，湖水滲入盆地底部裂隙，被基底巖漿加熱回升至湖底，在此過(guò)程中，熱液攜帶地幔物質(zhì)進(jìn)入湖底，熱液帶來(lái)的營(yíng)養(yǎng)和熱量也促進(jìn)了湖盆生物的繁衍［39］。

5.3 有機(jī)質(zhì)富集模式

吉頁(yè)1 井區(qū)蘆草溝組烴源巖有機(jī)質(zhì)富集是陸源碎屑、氧化還原條件、古生產(chǎn)力和古氣候等因素共同作用的結(jié)果（圖9）。整個(gè)蘆草溝沉積時(shí)期，均處于穩(wěn)定的還原環(huán)境，有機(jī)質(zhì)富集不受氧化還原環(huán)境的控制，是典型的“生產(chǎn)力富集模式”。蘆一段沉積時(shí)期整體為干旱環(huán)境，水體蒸發(fā)量大，古水體淺，古鹽度高，水體更容易分層，形成了穩(wěn)定的還原環(huán)境，有機(jī)質(zhì)得以保存；充足的日照、較高的水體鹽度、穩(wěn)定的陸源碎屑和火山灰的共同作用，提供了良好的生產(chǎn)力，有機(jī)質(zhì)豐度高。蘆二段沉積時(shí)期為半潮濕—半干旱的沉積環(huán)境，蒸發(fā)量小，且有一定的降雨量，古水體變深，形成了易于有機(jī)質(zhì)保存的還原環(huán)境，古生產(chǎn)力的影響因素與蘆一段相同，但由于日照較少、古鹽度較低、大量陸源碎屑輸入對(duì)有機(jī)質(zhì)的稀釋作用，有機(jī)質(zhì)豐度相對(duì)較低。

圖9 吉木薩爾凹陷吉頁(yè)1 井區(qū)二疊系蘆草溝組烴源巖有機(jī)質(zhì)富集模式Fig.9 Organic matter enrichment model of source rocks of Permian Lucaogou Formation of well Jiye 1 in Jimsar Sag

6 結(jié)論

（1）吉木薩爾凹陷二疊系蘆草溝組烴源巖是以長(zhǎng)英質(zhì)混合細(xì)粒沉積巖和黏土質(zhì)混合細(xì)粒沉積巖為主的混合細(xì)粒沉積巖，TOC值為1.20%～11.50%，平均為5.83%，是一套優(yōu)質(zhì)烴源巖，有機(jī)質(zhì)來(lái)源為陸源有機(jī)質(zhì)和海相藻類(lèi)混合輸入，海相藻類(lèi)貢獻(xiàn)較大。

（2）吉木薩爾凹陷蘆草溝組沉積期整體為干旱-咸化還原沉積背景。蘆一段沉積時(shí)期為干旱氣候，古水體較淺，古鹽度較高，水體分層形成穩(wěn)定的還原環(huán)境，古生產(chǎn)力比蘆二段強(qiáng)；蘆二段沉積時(shí)期為半潮濕—半干旱氣候，古水體較深，古鹽度較低，還原環(huán)境好。

（3）吉木薩爾凹陷蘆草溝組烴源巖有機(jī)質(zhì)富集是陸源碎屑、氧化還原條件、古生產(chǎn)力和古氣候等因素共同作用的結(jié)果。蘆草溝沉積時(shí)期處于穩(wěn)定的還原環(huán)境，有機(jī)質(zhì)富集不受氧化還原環(huán)境的控制，是典型的“生產(chǎn)力富集模式”；古氣候、古鹽度和陸源碎屑的影響導(dǎo)致蘆二段TOC含量較低。