柴达木盆地北缘中侏罗统石门沟组地层为富有机质沉积层,其中蕴含着丰富的油页岩资源,但是前人对石门沟组油页岩的研究程度较低,尚未详细开展油页岩的赋存特征、有机质富集以及成矿富集机制等方面的研究。本文主要通过沉积学和层序地层学方法结合地球化学测试分析数据及地球物理测井资料对研究区目的层段进行油页岩识别及沉积有机相分析,探讨鱼卡中侏罗统油页岩的沉积-层序特征及赋存和展布规律,并对油页岩沉积的古气候、古水体保存条件以及古生产力等影响油页岩成矿富集的因素进行分析,建立研究区油页岩成矿模式,为后期油页岩的勘探开发提供理论依据。 沉积相分析和等时层序地层格架的建立是有机质富集及油页岩形成和分布的基础。通过野外露头踏勘、剖面观察实测、钻孔岩心的岩性组合、泥岩颜色、沉积结构和构造、含有物及接触关系等特征的研究,结合显微镜下薄片鉴定和地球物理测井资料分析,得出研究区目的层段主要发育三角洲和湖泊沉积相类型,并进一步识别出6种沉积亚相及12种沉积微相。含煤段主要发育三角洲平原、三角洲前缘、湖沼以及浅湖沉积物,而页岩段主要发育浅湖及半深湖-深湖沉积物。石门沟组共发育两个三级层序,其中含煤段为层序I,页岩段为层序II,每个三级层序均发育低水位体系域(LST)、水进体系域(TST)、高水位体系域(HST)和水退体系域(RST)。 沉积有机相的研究有助于深入了解沉积物的沉积环境及有机质特征。根据研究区的沉积相类型,结合有机质特征,共划分出三角洲平原腐植相(a4型)、三角洲平原腐泥腐植相(a3型)、三角洲前缘-浅湖腐植相(b4型)、三角洲前缘-浅湖腐泥腐植相(b3型)、湖沼腐植相(c4型)、湖沼腐泥腐植相(c3型)、半深湖-深湖腐植相(d4型)、半深湖-深湖腐泥腐植相(d3型)、半深湖-深湖腐植腐泥相(d2型)以及半深湖-深湖腐植腐泥-腐泥相(d1型)10种沉积有机相类型。其中湖沼相油页岩属于c3型沉积物、半深湖-深湖相低品质油页岩属于d2型沉积物,而半深湖-深湖中高品质油页岩属于d1型沉积物。沉积有机相在层序格架中的分布知,含油页岩层段准层序内一般表现为下部为油页岩沉积有机相类型,上部为非油页岩沉积有机相类型。 c3型湖沼油页岩有机质类型主要为II₂型,油页岩品质较低,主要呈黑色、块状,有机质来源为陆源高等植物占优势的混合来源,发育于层序I水进体系域的下部,形成于弱氧化-弱还原、淡水-半咸水的水体环境中。d2型半深湖-深湖低品质油页岩主要呈黑色、块状,有机质类型为II₁型,有机质来源为湖泊藻类为主的混合来源,发育在层序II水进体系域的上部,形成于次还原-还原的淡水环境中。d1型半深湖-深湖中高品质油页岩主要为褐色,页理及水平层理发育,有机质类型主要为I型,有机质来源以湖泊水生藻类等低等生物为主,形成于还原-强还原的半咸水环境中,在层序II中整个高水位体系域中广泛发育。d1型中高品质油页岩较d2型低品质油页岩其湖泊藻类生物来源更多、沉积水体盐度更大且还原性更强,保存条件更好。c3型中湖沼油页岩与d2和d1型半深湖-深湖油页岩相比,陆源高等植物来源更占优势,而且有机质成熟度更高,水体还原性更强,但盐度更小。 古湖泊生产力对有机质富集具有重要的影响作用。通过TOC、光片显微组分含量、沉积速率、孔隙度、密度等参数对层序II页岩段沉积物古湖泊生产力进行了计算,b4型(三角洲前缘-浅湖腐植相、灰绿色泥岩)、 b3型(三角洲前缘-浅湖腐泥腐植相,灰绿色泥岩)、 d4型(半深湖-深湖腐植相,灰黑色粉砂质泥岩)、d3型(半深湖-深湖腐泥腐植相,黑色泥岩)、d2型(半深湖腐植腐泥相、低品质黑色油页岩)和d1型(深湖腐植腐泥相-腐泥相、中高品质褐色油页岩)为页岩段主要沉积有机相类型,其沉积物的古湖泊生产力分别为490 C/m²a、10-475 C/m²a(平均221 C/m²a)、8-421 C/m²a(平均20 C/m²a)、167-722 C/m²a (平均389 C/m²a)、843-1535 C/m²a (平均1106 C/m²a)、987-3157 C/m²a(平均1799 C/m²a)。结果表明,油页岩品质越高,古湖泊生产力越大,而且准层序内从下部到上部古湖泊生产力降低。 基于对古沉积环境、古气候、古湖泊生产力、古水体性质等有机质富集条件的分析,发现鱼卡地区中侏罗统石门沟组共有2种不同的油页岩有机质富集模式:.淡水油页岩有机质富集模式和半咸水-咸水油页岩有机质富集模式。前者在主要形成在页岩段水进体系域中上部,是在温暖湿润的古气候背景下、稳定的深水区域及较弱的陆源碎屑稀释和破坏作用下,加之丰富的藻类来源、较高的古湖泊生产力以及良好的保存条件综合促进了有机质的富集,形成了油页岩。后者主要形成于高水位体系域中,仍然是在温暖湿润的古气候背景及稳定的深水区域,在藻类勃发、高的古湖泊生产力、盐度分层以及良好保存条件下综合促进了有机质的富集,形成了中高品质的油页岩。半咸水-咸水模式较淡水模式形成的油页岩含油率更高,品质更好,造成这种差异的因素主要有以下几方面:前者的古气候其古温度和古湿度均较低;前者湖泊藻类有机质来源更多,有机质供给更加充足,且存在“藻类勃发现象”;前者古湖泊生产力更大;前者水体主要为半咸水-咸水环境且存在盐度分层;前者Al和Ti值更低,陆源碎屑供给更少,对有机质的稀释和破坏性更弱,同时HI值更高、还原性更强,有机质保存条件更好。该成果填补了柴达木盆地在油页岩成矿理论研究方面的不足,丰富了陆相油页岩成矿理论,而且可以为同类型盆地油页岩的勘探开发和资源评价提供理论支持和指导。