气候驱动的藻类生产力作为古近系湖相烃源岩有机质富集的主控因素——来自珠江口盆地珠三代洼的认识

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Climate-driven algal productivity as the primary control on organic matter enrichment in Paleogene lacustrine source rocks: Insights from the Zhu III Depression, Pearl River Mouth Basin

　　

对珠江口盆地珠III凹陷古近系恩平组（EP）和文昌组（WC）泥岩及页岩样品开展的全面地球化学调查表明，EP1和WC2层是前景最为有利的烃源岩层段。WC2层具有高总有机碳（TOC）含量和富含油的I-II型干酪根，主要来源于湖泊藻类；而EP1层具有中到高TOC含量，但干酪根为II-III型混合型，以陆源高等植物输入为主。物源分析表明，两个层段均来源于再循环的古老酸性（以花岗岩为主）上地壳。WC2沉积期间物源区的化学风化作用强于EP1沉积期间，反映出当时更为温暖湿润的古气候。WC2烃源岩的卓越品质主要受气候驱动的有机生产力控制，而非保存条件。丰富的营养物质输入引发了大规模的藻类水华，压倒性的有机质通量尽管底部水体为氧化至亚氧化淡水环境，仍导致沉积物孔隙水形成还原条件，并通过磷循环形成了自维持的正反馈回路；快速的地壳构造沉降进一步降低了碎屑稀释作用。相比之下，EP1烃源岩受凉爽干燥气候、以陆源有机质输入为主、高碎屑稀释以及氧化至亚氧化氧化还原条件的制约，因为该系统缺乏启动正反馈回路所需的关键有机碳通量。这些发现挑战了缺氧和高盐度是优质湖泊烃源岩形成先决条件的传统观点，为淡水裂谷盆地中建立古气候与烃源岩品质之间的关联提供了预测性框架。

引言

富含有机质的湖泊泥岩和页岩是世界众多大陆裂谷盆地中关键的石油烃源岩。在这些环境中，有机质（OM）的富集是一个由三个主要因素相互作用所控制的复杂过程：初级生产力、保存条件和陆源碎屑输入的稀释作用（Pedersen和Calvert, 1990；Katz, 2005；Hao等, 2011）。在这些因素中，各因素的相对重要性可能因特定盆地的古环境和古气候背景不同而差异显著。广泛认为，底部水体缺氧至硫化还原条件非常有利于有机质保存，因为它们能有效抑制氧化降解和生物扰动（Demaison和Moore, 1980；Harris, 2005；Katz, 2005；Schoepfer等, 2015；Shen等, 2015）。同样，中等盐度可以通过促进水柱分层来增强有机质积累，这有助于维持稳定的缺氧条件（Liang等, 2024；Xu等, 2024）。因此，许多最具产烃能力的湖泊烃源岩——如渤海湾盆地和准噶尔盆地的烃源岩——均沉积于咸水和/或强还原（缺氧-硫化还原）条件下（如Wei等, 2018；Xia等, 2023；Gong等, 2026）。相比之下，淡水湖泊环境，尤其是以近缺氧至亚氧化底部水体为特征的淡水湖泊环境，通常被认为不太有利于形成高品质、富含有机质的烃源岩。这主要是由于有机质保存潜力有限与陆源碎屑频繁稀释的综合作用（Ding等, 2015；Tribovillard等, 2019）。然而，重要的是要认识到，异常的初级生产力可以弥补不利的保存条件。正如Demaison和Moore（1980）所指出的，即使是在氧化性氧化还原条件下，只要生物生产力足够高，也可以形成有机碳含量超过2%的沉积物。这强调了生产力与保存之间的相对作用必须逐案评估，特别是在非硫化还原湖泊系统中，高有机质富集乍一看似乎自相矛盾。

在大陆边缘裂谷盆地环境中，构造活动和气候对烃源岩发育具有重要影响。构造活动的演化阶段决定了古湖泊盆地容纳空间的变异，而沉降速率与沉积物供给之间的关系导致形成不同类型的盆地，包括均衡填充型、欠填充型和超填充型湖泊（Carroll和Bohacs, 1999, 2001；Hao等, 2011）。气候变化驱动的风化和降水变化控制了沉积物物源和营养物质的输入、古生产力水平以及古湖泊盆地的水环境（Cao等, 2020；Ojo等, 2026）。值得注意的是，古近纪是一个以长期全球降温趋势为特征、其间穿插若干显著超热事件的地质时期，是湖泊烃源岩发育的关键时期。全球变暖事件，如始新世早期气候最适期（EECO）和始新世中期气候最适期（MECO），很可能由大规模温室气体排放所触发（Westerhold等, 2014；Witkowski等, 2014），可能对驱动全球湖泊系统中有机质生产和积累的增强发挥了关键作用（如Liu等, 2026a）。因此，始新世至渐新世的烃源岩在全球范围内广泛分布（如Klemme和Ulmishek, 1991；Schulz等, 2002），在中国尤为显著，已在渤海湾盆地渤中凹陷（Hao等, 2011；Wei等, 2018；Liu等, 2026b）、塔里木盆地库车凹陷（Qin等, 2023）和柴达木盆地西部凹陷（Liu等, 2026b）等重要盆地中被识别出来。

在南海北部陆缘的一系列大陆边缘裂谷盆地——如北部湾盆地、琼东南盆地和珠江口盆地——中，古近系地层是烃源岩发育最重要的层段（如Peng等, 2016；Huang等, 2017；Quan等, 2017；Zhao等, 2021；Fu等, 2022；He等, 2022）。珠江口盆地的珠III凹陷是新生代裂谷湖盆体系的典型实例，地球化学数据证实其主要烃源岩位于始新统文昌组和渐新统恩平组（Zhu等, 1999；Quan等, 2017）。以往研究一致将文昌组解释为半深湖、以淡水为主的湖泊环境沉积，而其上覆的恩平组则记录了向浅湖、河湖及沼泽为主环境的过渡（Zhu等, 1997, 1999）。然而，关于哪些具体层段构成了最有效的烃源岩层，以及更根本地，是什么机制控制了其有机质的异常富集，仍存在不确定性（Quan等, 2017；He等, 2022）。尽管对有机质富集过程已开展了一些初步研究，但这些工作往往受限于样品覆盖范围有限和对生物标志物代理指标的过度依赖，使得古生产力、氧化还原条件和碎屑稀释之间的相互作用尚未得到充分厘清（Quan等, 2017；He等, 2022）。因此，本研究对珠III凹陷多个次级构造单元中文昌组和恩平组的大量泥岩和页岩样品进行了详细分析。通过整合总有机碳（TOC）测定、Rock-Eval热解、干酪根显微组分和孢粉学分析以及主量/微量元素地球化学数据，本研究旨在：(1) 评价并比较不同层段的烃源岩潜力；(2) 重建古气候、物源和沉积环境（包括古盐度和氧化还原条件）；(3) 最终阐明控制该湖泊系统有机质富集的主导机制。本研究为评价大陆边缘裂谷盆地中有机质富集机制提供了框架，对理解并预测全球类似大陆环境中烃源岩的分布具有更广泛的意义。

各节内容摘选

地质概况

珠江口盆地沿南海北部大陆架边缘分布。珠III凹陷是该盆地西北部的主要二级构造单元，面积约1.1×10?平方公里（图1）。该凹陷包括九个亚单元，即文昌A、B、C凹陷，琼海凹陷、阳江凹陷和阳春凹陷，以及琼海低凸起、阳江低凸起和阳春低凸起。该凹陷是一个发育在古近系前基底之上的新生代裂谷盆地。

样品

本研究分析了来自该凹陷内五个次级构造单元中17口井的383个页岩和泥岩样品（图1）。其中八口井位于文昌A凹陷，六口位于文昌B凹陷，其余三个次级构造单元各含一口井。在中国海上盆地中，钻井作业通常只能回收有限的岩心材料，岩屑是主要的样品类型。因此，本研究使用的样品套件包括九个常规岩心样品和16个

TOC含量与Rock-Eval热解

以往的研究报道了许多岩石样品集的TOC含量和Rock-Eval热解数据，但那些样品的数量相对有限，且仅从一个或少数几个次级构造单元中采集（Quan等, 2017；Fu等, 2022；He等, 2022）。相比之下，本研究采用数量大得多的样品，覆盖该凹陷的五个次级构造单元。包括TOC含量以及若干Rock-Eval热解参数，如油潜力S?、Tmax和氢指数（HI），均已

烃源岩评价

有效的石油烃源岩必须满足有机质数量、质量和热成熟度的要求（Peters等, 2005）。有机质丰度通常使用TOC和Rock-Eval S?参数进行评估，后者测量的是在受控加热条件下干酪根热解降解过程中释放的烃类（Peters, 1986；Behar等, 2001；Dahl等, 2004；Jarvie等, 2007；Deaf等, 2022）。干酪根类型传统上使用元素分析

结论

综合珠III凹陷古近系恩平组和文昌组泥岩与页岩的多指标有机地球化学和元素地球化学数据，本研究得出以下结论：

(1) WC2层含有最高品质的烃源岩，具有高TOC含量和富含油的I-II型干酪根，主要来源于湖泊藻类。相比之下，EP1层具有中到高TOC含量，但干酪根为II-III型混合型，以陆源高等植物输入为主。

作者贡献声明

Bin Cheng：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，方法学，调查，资金获取，概念设计。Zhishen Liu：撰写——初稿，方法学，数据管理。Dawei Fu：指导，资源，项目管理。Xiujian Ding：方法学，调查，概念设计。Dajun Ma：撰写——初稿，方法学，数据管理。Lijun Chen：指导，资源，项目管理。Hua Liu：指导，资源，项目管理。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

本研究获得了山东省自然科学基金（ZR2023MD107）和中央高校基本科研业务费专项资金（编号26CX05005A）的资助。作者感谢中海石油（中国）有限公司湛江分公司在样品采集方面的协助以及允许发表本文的许可。衷心感谢Shen Bing博士和两位匿名审稿人提出的宝贵批评意见和建议，极大地改进了本文。

Bin Cheng | Zhishen Liu | Dawei Fu | Xiujian Ding | Dajun Ma | Lijun Chen | Hua Liu

中国石油大学（华东）深海油气国家重点实验室，中国青岛 266580