松辽盆地作为国内外著名富含油气的大陆裂谷盆地,一直是研究热点地区,其中上白垩统的青山口组一段与嫩江组二段发育的可全区对比的厚层油页岩,因其有机质丰度高、成熟度低常被作为白垩纪时期精细刻画有机质富集机制的最佳目的层。利用钻井岩心和测井资料在研究区青山口组与嫩江组时期主要识别出三角洲和湖泊相,前者在盆地北部和西部发布,反映了两个主要物源区;后者进一步可划分为滨浅湖和半深湖-深湖亚相。青一段与嫩二段时期半深湖-深湖亚相占主导地位,是油页岩发育的主要沉积场所。利用井约束地震资料识别的三角洲前积结构定量恢复了半深湖边缘的平均古水深,其中,青一段古水深大于97m,青二段平均古水深60m,青三段平均古水深58m;嫩一段平均古水深51m,嫩二段平均古水深89m。高精度的等时层序地层格架是精细分析油页岩形成沉积环境和演化的重要基础。利用岩心、测井和有机地球化学方法在深水区识别与划分准层序组(四级层序)和准层序(五级层序),搭建了研究区青山口组与嫩江组的高精度层序地层格架。研究表明油页岩主要沉积于青一段层序I和嫩一、二段层序VI、VII的高水位体系域,其展布明显受半深湖-深湖相范围控制。运用旋回地层学理论并结合岩层组(六级层序)的识别与划分,确认研究区准层序和岩层组分别受短偏心率(100ka)和斜率(37.4ka)旋回控制,从而搭建了青一段和嫩二段含油页岩系的高分辨率天文年代标尺,并分别计算了两段底部优质油页岩层的沉积持续时间分别为250ka(91.28-91.03 Ma)和70ka(83.88-83.81Ma),为油页岩沉积时的沉积速率和古湖泊生产力的定量恢复奠定了基础。油页岩及其有机质丰度演化研究是进行有机质富集条件差异分析和确定主要控制因素的前提。经高分辨率对比发现在准层序内油页岩在有机地球化学特征、矿物含量和垂向演化上也具有一定差异和规律性。青一段油页岩以黑灰色、深灰色和褐灰色为主,具有含油率高(3.51-13.25%),粘土矿物相对较多(平均值54.13%)等特征,嫩二段含油率呈低-中等品质(3.78-4.99%)、含有相对较少的粘土矿物(平均值47.01%)。青一段和嫩二段油页岩中有机质丰度在准层序内具有明显的两段式发育规律:下段位于准层序底部,为快速湖泛的沉积产物,具有有机质丰度高(TOC:3.64-18.25%;S1+S2:11.33-142.51 mg/g)、I型干酪根为主和厚度小的特征;上段为水体缓慢变浅过程产物,具有有机质丰度相对较低(TOC:2.04-7.13%; S1+S2:6.99-64.32 mg/g)、I-II型干酪根为主和厚度大且波动发育特征。利用有机地球化学中的正烷烃、甾烷和藿烷及其化合物等生物标志化合物结合有机岩石学判断发现,青一段目的层中有机质以湖泊内生藻类来源为主,其中发育大量层状或富集态的层状藻;嫩二段有中含有相对较多的陆源有机质,同时发育为分散的层状藻、含量增加的个体孤立结构藻和镜质体等,以混合来源为特征。运用有机碳法,根据生物标志化合物中C27 sterane、C28 sterane和C29 sterane的相对含量确定湖泊内源生物比例,进而剔除陆源有机质的影响,定量恢复了青一段(平均值为1074.46g/m2•a;最大值2893.67g/m2•a)与嫩二段(平均值828.57g/m2•a;最大值1436.61 g/m2•a)含油页岩系古湖泊生产力,发现高古湖泊生产力有利于优质油页岩的发育。根据高分辨率天文年代标尺和生物标志化合物分别定量和定性恢复了含油页岩系的沉积速率与生物降解作用,确定中等沉积速率(青一段:14.44 cm/ka;嫩二段:14.08 cm/ka)和低微生物降解作用,有助于含油页岩系目的层有机质在沉降过程中的保存。在准层序内,随着水体深度的变浅,青一段与嫩二段含油页岩系古湖泊生产力逐渐下降,内源比例相对降低,过高或过低的沉积速率和微生物降解作用将导致沉降过程中的有机质保存率降低。保存条件分析是有机质富集的另一重要因素,而准层序内古水体性质又是古气候、可容纳空间和陆源注入综合作用的结果。基于旋回地层学的岩层组识别与Fischer图解定性-半定量恢复了青山口组与嫩江组及其含油页岩系目的层的可容纳空间变化,优质油页岩中有机质主要富集于可容纳空间快速增大导致的古湖泊欠补偿沉积时期,且富集时间稍晚于可容纳空间最大时期。无机地化元素分析认为青一段和嫩二段形成于温暖湿润古气候,在此大的古气候背景下,由于短偏心率轨道旋回的影响其在准层序内呈现偏干冷与偏湿热温暖湿润古气候的高频变化,并且偏干冷或偏干冷与偏湿热温暖湿润古气候的交替发育有利于高丰度有机质的富集。经生物标志化合物与无机地球化学敏感参数的综合判断,研究区青一段与嫩二段含油页岩系沉积时的古水体盐度分别为半咸水-咸水和半咸水-淡水,古水体氧化还原条件则分别为贫氧-缺氧还原和缺氧-弱氧化弱还原。含油页岩系目的层在准层序内其古气候由偏干冷向偏湿热温暖湿润古气候转化,随物源供给的增加,导致可容纳空间减小和水体深度降低,古水体盐度和氧化还原条件也随古气候变化呈波动性减弱趋势。基于高频层序地层内可容纳空间、古气候、古湖泊生产力和古水体性质等有机质富集条件的精细分析,建立了准层序内半咸水-咸水和半咸水-淡水两种有机质富集模型,实现了对有机质富集机制的高精度刻画。两种模式从准层序下段到上段,伴随古湖泊生产力减小,古水体盐度降低和缺氧还原性质减弱,形成从优质到劣质的油页岩。半咸水-咸水模式的高古湖泊生产力和强缺氧还原性质条件下发育中等-优质油页岩,而半咸水-淡水模式则发育低-中等古湖泊生产力和弱氧化弱还原-缺氧还原古水体性质,沉积了低-中等品质油页岩。该模式丰富了有机质富集理论,为具有相似沉积背景的盆地中优质油页岩的勘探工作提供理论支持与指导,具有重要的理论与现实意义。