古气候变化对深湖至半深湖相页岩油富集的影响：以中国东部苏北盆地秦潼坳陷Funing组第二段为例

《ACS Omega》：Impact of Paleoclimatic Variability on Shale Oil Enrichment in Deep to Semi-Deep Lacustrine Facies: A Case Study of the Second Member of the Funing Formation, Qintong Depression, Subei Basin, Eastern China

页岩油富集受气候控制：研究揭示在湖泊沉积体系中，干旱气候（如单位2）通过促进有机质富集和形成优孔隙结构（如伊利石晶间孔）实现页岩油富集，而湿润气候（如单位4）因矿物成分变化导致孔隙发育受限。分析表明，TOC与孔隙率正相关，矿物比例（石英/长石/黏土）影响孔隙连通性，水化学条件（如高盐度）通过碳酸盐胶结降低孔隙保存率。建立气候-沉积-成岩耦合模型，指出干旱期沉积物因合适矿物比例（黏土填充刚性矿物间隙）和稳定还原环境形成优质储层，为湖相页岩油勘探提供新思路。

　　### 湖相沉积系统中的气候波动对页岩油富集的影响

页岩油作为一种重要的非常规油气资源，近年来在多种地质背景下受到广泛关注。与海洋沉积系统相比，湖相沉积系统对气候波动更为敏感，这种敏感性导致了沉积层和沉积物学的显著异质性，进而影响页岩油的分布。然而，目前对于古气候波动如何影响页岩油富集的机制仍缺乏充分理解。本研究聚焦于中国苏北盆地 qintong 断陷区 A1 井 Funing 组第二段（E1f2）的沉积环境，通过综合分析有机质富集、孔隙结构发育以及水文变化之间的关系，揭示了古气候对页岩油富集的控制作用。E1f2 被划分为四个沉积单元，其中第一和第三单元对应极端干旱环境，第二单元对应干旱环境，第四单元则代表湿润气候。研究发现，干旱和湿润气候均促进了湖相初级生产力的提升，并在适度的沉积速率下有利于有机质的高效富集。同时，增加的水深和优化的盐度也促进了底部水体缺氧环境的形成，从而增强有机质的保存能力。

### 地质背景与研究意义

苏北盆地作为中国重要的陆相沉积盆地之一，其地质演化过程深受构造活动的影响。特别是在晚白垩世以来，盆地经历了两次主要的裂谷期，每个裂谷期之后都伴随着热沉降阶段。这种构造背景为湖相沉积系统的形成提供了条件。qintong 断陷区位于苏北盆地的东南部，是盆地中一个重要的沉积中心。该区域在古新世-始新世期间积累了数公里的河流-湖泊沉积物，其中 Funing 组的沉积层序反映了从陆源沉积向湖泊沉积的演变过程。研究指出，Funing 组第二段（E1f2）具有典型的混合沉积特征，主要由黏土矿物、石英和碳酸盐矿物组成。这种沉积环境的变化，使得不同气候条件下，沉积物的矿物组成和孔隙结构呈现出显著的差异，进而影响页岩油的富集。

### 研究方法与数据采集

为了全面解析古气候对页岩油富集的影响，本研究采用了多种地质和地球化学分析方法。其中包括总有机碳（TOC）和总硫（TS）分析、X射线衍射（XRD）矿物成分分析、高分辨率地球化学剖面分析、场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）以及氦气比容分析。这些方法的综合应用，使得研究能够从多个角度揭示湖相沉积系统中有机质富集与孔隙结构发育的机制。TOC 是评估页岩有机质含量的重要指标，而 TS 分析则用于研究沉积物中的硫含量及其变化趋势。XRD 分析能够准确测定黏土矿物和石英等主要矿物的相对含量，为矿物组成与沉积环境之间的关系提供依据。FE-SEM 用于观察矿物的微观形态和孔隙类型，而氦气比容分析则能够定量测定页岩的孔隙度和孔隙结构。

### 有机质富集与气候波动的关联

TOC 在 E1f2 中的分布显示出明显的阶段性变化。研究将该段划分为四个单元，其中 TOC 含量较低的单元 1 和 3 对应极端干旱条件，TOC 中等的单元 2 对应干旱环境，TOC 较高的单元 4 则代表湿润气候。这种 TOC 分布模式表明，干旱和湿润气候均对有机质的富集起到积极作用。干旱气候条件下，较高的盐度促进了生物营养物质（如氮和磷）的富集，从而刺激了浮游植物的爆发性增长，增强了有机质的生成潜力。而湿润气候则通过增加降雨和地表径流，促进了陆源有机质和营养物质的输入，有利于有机质的富集。然而，TOC 并非唯一决定页岩油富集的因素，页岩的孔隙结构同样重要。高 TOC 含量并不一定意味着高的页岩油富集，因为页岩的孔隙发育程度直接影响其储油能力。

### 矿物组成与孔隙结构的相互作用

XRD 分析表明，E1f2 的页岩主要由黏土矿物、石英、碳酸盐矿物以及少量的黄铁矿和钠长石组成。黏土矿物的含量平均为 34.79%，石英为 28.59%，长石为 14.67%，碳酸盐矿物为 18.07%。黄铁矿的平均含量为 2.72%。矿物成分的变化与沉积环境密切相关。在干旱气候条件下，石英和长石的含量较高，而在湿润气候条件下，黏土矿物成为主要成分。这种矿物组成的变化对孔隙结构的发育具有重要影响。在干旱条件下，较高的盐度和较低的水深促进了碳酸盐矿物的沉淀，形成较为稳定的矿物框架，从而有助于孔隙的发育。而在湿润条件下，水深增加，碳酸盐矿物的沉淀受到抑制，导致孔隙结构发育受限。

### 古气候对沉积环境的控制

本研究通过一系列古气候指标，重建了 E1f2 的沉积环境。其中，化学风化指数（CIA）和 Sr/Cu 比值被广泛用于评估古气候条件。CIA 值在 50–65 范围内表明干旱气候，而 CIA 值超过 85 则代表温暖湿润气候。Sr/Cu 比值的变化进一步支持了这种气候波动的推断，即在干旱气候条件下，Sr/Cu 比值较高，而在湿润条件下，该比值较低。这些气候指标的变化不仅反映了沉积环境的演变，还揭示了气候波动对湖泊水体化学条件和沉积过程的调控作用。

### 页岩油富集模式与气候控制

综合分析表明，气候波动在多个层面上影响了页岩油的富集。首先，气候波动影响了有机质的富集。在干旱气候条件下，尽管陆源输入和碳酸盐矿物的沉淀有助于有机质的保存，但高盐度和低水深抑制了生物活动，导致有机质富集受限。而在湿润气候条件下，较高的水深和较低的盐度促进了水体的稳定性和缺氧条件，从而增强了有机质的保存和富集。其次，气候波动还影响了矿物组成和孔隙结构。在干旱气候条件下，较高的石英和长石含量形成了较为稳定的矿物框架，有助于孔隙的发育。而在湿润气候条件下，黏土矿物的含量增加，导致矿物框架的稳定性下降，孔隙结构受到压缩作用的限制。

### 结论与未来研究方向

本研究通过系统分析表明，古气候在控制页岩油富集过程中起到了关键作用。它不仅影响了有机质的富集和保存，还通过调控矿物组成和孔隙结构，间接影响了页岩油的储集能力。在干旱气候条件下，E1f2 的第二单元表现出最有利的源-储特征，因此成为未来页岩油勘探的重点层位。研究还提出了一种基于古气候的页岩油富集模型，为类似湖相沉积系统的勘探提供了理论依据和实践指导。未来的研究可以进一步探讨不同气候条件下，有机质来源、矿物组成和孔隙结构之间的具体耦合机制，以及这些因素在不同地质背景下的变化规律。此外，结合高分辨率的沉积环境和地球化学数据，可以更精确地预测页岩油富集的潜力，从而提高勘探效率和资源开发的成功率。