渤海湾盆地（中国东北）渐新世富有机质沉积的季风气候与构造耦合控制及其对湖相烃源岩发育的启示

《Journal of Asian Earth Sciences》：Coupled monsoonal climate and tectonic controls on Oligocene organic-rich sediments in the Bohai Bay basin (NE China): Implications for lacustrine source rock development

　　

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  东亚季风控制了径流、生产力和有机质埋藏。
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  在分层型湖泊系统中，氧化还原条件从亚氧化状态波动至无氧状态。
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  海洋入侵和湖泊水位变化影响了沉积环境。
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  太平洋板块俯冲与印度-亚洲碰撞控制了盆地沉降、连通性和湖水位。
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  裂谷同期构造作用增强了沉降、地热梯度和烃源岩发育。

引言

湖泊盆地中富含有机质的沉积层在全球范围内代表了重要的关键烃源岩，尤其是在受构造控制的石油系统中（Talbot和Allen, 1996, Allen和Allen, 2013）。与海洋盆地相比，湖泊环境对气候不稳定、水循环以及构造演化等驱动机制极为敏感，这些因素影响着有机质的生成、保存或稀释（Leventhal, 1995, Bohacs等, 2005, Mansour等, 2020, Mansour和Wagreich, 2022）。气候状态通过改变水循环及相关的降水/蒸发速率及其相关动力学，对植被组成、湖泊水位动态、分层条件和营养物质供给产生直接影响，而这些变化通常受大气环流和季节性季风活动的调制（Ding和Chan, 2005, Sun和Wang, 2005, Ni等, 2010; Wu等, 2022）。在新生代，东亚季风成为区域至全球系统中调节季节性大气环流模式、水循环、蒸发以及向湖泊系统输送沉积物的一个日益重要的组成部分（Vornlocher等, 2021, Zhang等, 2024）。理解前述气候过程的复杂相互作用对于重建古环境的不稳定性以及评估烃源岩的质量和分布至关重要，这是优化勘探活动的基础。

构造活动是控制盆地沉降、隆起、盆地封闭性与连通性、盆地形态以及沉积物输运的另一个关键重要因素，特别是在裂谷同期和弧后盆地中（Qi和Yang, 2010, Wan等, 2012）。在渤海湾盆地这类湖泊裂谷盆地中，与伸展构造和地幔柱活动（Teng等, 1997, Jiang等, 2020）相关的快速沉降与隆起促进了有机质输出、湖水位变化、来自邻近内陆的陆源供给、风化以及硅质碎屑沉积输入的空间变化（Wang等, 2024）。因此，构造过程与气候之间往往是耦合的，因为周围陆地的构造隆起会改变气候模式，而气候状态也会影响沉积过程和植被群落（Yu等, 2000, Mansour等, 2023; Wang S.等, 2025）。在中国东部，渤海湾盆地是一个具有复杂构造特征的、发育良好的烃类湖泊盆地，提供了完善的沉积档案来研究构造演化以及构造-气候耦合动力学对有机质积累的影响。该盆地的演化受太平洋-欧亚板块俯冲过程以及印度-亚洲碰撞的远场效应影响（Northrup等, 1995, Mulch和Chamberlain, 2006）。在这种构造框架内，渐新世的沙河组和东营组被认为是关键的烃源岩层段（Hao等, 2011, Wei和Sun, 2017; Wu等, 2022; Wang等, 2024）。尽管已有若干研究考察了渤海湾盆地渐新世的烃源岩（Hao等, 2011, Wang等, 2015, He等, 2017, Yin等, 2018, Xu等, 2019; Guo等, 2021; Wang等, 2021; Wu等, 2022; Wang等, 2024），但东亚季风、构造动力学与沙河组上段（Es₁）和东营组（Ed₃）古环境演化之间的耦合关系尚未通过综合多指标方法得到系统评估。为了填补这一尚未解决的科学空白，本研究结合了高分辨率孢粉学、地球化学以及三维地震和构造建模数据集，建立了一个综合的古气候-构造演化-古环境模型，用以解释相对缺乏探索的黄骅次盆地南堡低洼区渐新世烃源岩的控制因素（图1）。

对微浮游生物和陆地孢粉类群（如有机碎屑类、有孔虫囊状物（有孔虫囊）、花粉粒和孢子）的孢粉学分析可以提供关于古植被覆盖、古气候、古环境条件、海/湖水位波动的宝贵见解，并有助于进行生物地层和年代相关（Balme, 1995, Tyson, 1995, Traverse, 2007, Wicander和Playford, 2013, Mansour等, 2024）。地震测线和相关构造数据可用于研究研究区域内的伸展断裂、差异沉降以及断裂控制沉积中心的发育。本研究的主要目标包括：(1) 评价沙河组上段（Es₁）和东营组（Ed₃）从NP3-20井的有机质丰度、腐殖质组成和热成熟度，以及渤海湾盆地内的盆间对比；(2) 在盆地尺度上重建两个层段的沉积古环境演化和植被组成；(3) 评估东亚季风模式和构造动力学在控制渐新世有机质富集方面的作用。通过将研究结果置于区域框架内，本研究为气候变率响应东亚季风作用与裂谷同期构造过程之间对湖泊烃源岩发育和全球大陆裂谷系统中最优烃类勘探活动的耦合关系提供了新的见解

分节片段

地质背景

渤海湾盆地位于中国东北部，是东亚最大的高产湖泊烃类盆地之一，面积约2×10⁵ km²（图1）。它是中国华北克拉通东缘的重要组成部分（图1A）。该盆地经历了与东亚广泛新生代构造活动相关的显著地质演化，以明显的裂谷同期阶段（从ca. 65-24.6 Ma）和裂谷后阶段（24.6 Ma至今）为标志，

材料与方法

本研究基于南堡低洼区NP3-20井的综合数据集，包括105份岩屑和68个岩心样品。其中159个样品代表沙河组上段（Es₁），而14个样品属于东营组下段（Ed₃）（图3）。该井位于北纬38° 57′ 8.714″、东经118° 35′ 50.962″（图1），研究层段跨越深度从4500米到5689.1米（图3）。钻井

总有机碳（TOC）与总硫（TS）含量

沙河组上段（Es₁）表现出高度可变的TOC值，范围为0.2 wt%至6.5 wt%（平均2.1 wt%）（图3，表S1）。东营组（Ed₃）的TOC值在0.8-3.1 wt%范围内（平均2.3 wt%）。沙河组上段（Es₁）的TS含量表现为低到中等的值（0.3-1.4 wt%），平均为0.8 wt%（表S1）。尽管东营组（Ed₃）的硫含量略高于沙河组上段（Es₁），但其数值落在0.03 wt%到2.0 wt%的范围内（平均0.6 wt%）（图3）。

Rock-Eval热解与镜质体反射率（Vro%）

沙河组上段（Es₁）

有机质特征与烃源岩潜力

烃源岩评价可通过对保存的有机质和成熟度进行定量和定性调查来完成，基于多种地球化学参数，包括TOC、S₁、S₂、T_max、PI、OI、HI和Vro（Espitalié等, 1985, Peters, 1986, Langford和Blanc-Valleron, 1990, Peters和Cassa, 1994, Carvajal-Ortiz和Gentzis, 2015）。沙河组上段（Es₁）表现出可变的TOC值，最高值（高达6.5 wt%，平均2.7 wt%）出现在上部

结论

本研究基于渤海湾盆地南堡低洼区NP3-20井的孢粉学、地球化学和构造数据，考察了渐新世的沙河组上段（Es₁）和东营组（Ed₃），为气候与裂谷同期构造之间的耦合作用以及其对有机质积累和古环境演化的控制提供了新的推论，主要结论如下：

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  烃源岩评价揭示两个层段均包含良好至很好的

CRediT作者贡献声明

Shilin Wang：写作——审阅与编辑、写作——原稿、方法论、数据管理、概念构思。Zhan Chang Guo：写作——审阅与编辑。Yongliang Gao：写作——审阅与编辑、资源、调查。Liang Li：写作——审阅与编辑、调查、形式化分析。Boming Zhang：写作——审阅与编辑、数据管理。Thomas Gentzis：写作——审阅与编辑、数据管理。Ahmed Mansour：写作——审阅与编辑、方法论、调查、资金

未引用参考文献

ASTM D7708–14, , 2014, Guo等, 2021a, Guo等, 2021b, 中国石油勘探开发研究院（RIPED）, 1978, Tada等, 2016, Wang等, 2025a, Wang等, 2025b, Wu等, 2022a, Wu等, 2022b。

利益冲突声明

作者声明他们不存在可能影响本论文中所报告工作的、已知的财务利益冲突或人际关系。

王石林|郭占昌|高永良|李亮|张博明|Thomas Gentzis|Ahmed Mansour