Tectonic and climate control of oil shale deposition in the Upper Cretaceous Qingshankou Formation (Songliao Basin, NE China)

Oil shales were deposited in the Songliao Basin (NE China) during the Upper Cretaceous period, representing excellent hydrocarbon source rocks. High organic matter (OM) contents, a predominance of type-I kerogen, and a low maturity of OM in the oil shales are indicated by bulk geochemical parameters and biomarker data. A major contribution of aquatic organisms and minor inputs from terrigenous land plants to OM input are indicated by n-alkane distribution patterns, composition of steroids, and organic macerals. Strongly reducing bottom water conditions during the deposition of the oil shale sequences are indicated by low pristane/phytane ratios, high C₁₄-aryl-isoprenoid contents, homohopane distribution patterns, and high V/Ni ratios. Enhanced salinity stratification with mesosaline and alkaline bottom waters during deposition of the oil shales are indicated by high gammacerane index values, low MTTC ratios, high β-carotene contents, low TOC/S ratios, and high Sr/Ba ratios. The stratified water column with anoxic conditions in the bottom water enhanced preservation of OM. Moderate input of detrital minerals during the deposition of the oil shale sequences is reflected by titanium concentrations. In this study, environmental conditions in the paleo-lake leading to OM accumulation in the sediments are related to sequence stratigraphy governed by climate and tectonics. The first Member of the Qingshankou Formation (K₂qn₁) in the Songliao Basin, containing the oil shale sequence, encompasses a third-order sequence that can be divided into three system tracts (transgressive system tract—TST, highstand system tract—HST, and regressive system tract—RST). Enrichment of OM changed from low values during TST-I to high-moderate values during TST-II/III and HST-I/II. Low OM enrichment occurs during RST-I and RST-II. Therefore, the highest enrichment of OM in the sediments is related to stages of mid-late TST and early HST.     

松辽盆地青山口地区嫩江组下部生物地层及环境变化

对松辽盆地青山口地区后金沟剖面进行化石的系统采样、鉴定和分析,识别出了介形类Cypridea gunsu-linensis-Cypridea ardua和Ilyocyprimorpha netchaevae-Periacanthella portentosa-Cypridea ordinata组合,孢粉Proteacidites-Cyathidites-Dictyotriteles和Lythraites-Aquilapollenites-Schizaeoisporites组合。根据介形类、孢粉化石组合,结合叶肢介化石和岩性等资料,厘定了该剖面的层位,认为后金沟剖面属于嫩江组一段上部-二段下部。在生物地层研究的基础上,探讨了沉积时期的古生态、古环境、古气候分析。根据介形类化石的保存特征及丰度、分异度,并结合其他资料,推测在嫩江组一段-二段沉积过渡期发生了一次大规模的湖侵。伴随着湖侵,介形类经历了一个衰退、消亡、复苏的过程。根据对孢粉的分析,认为该沉积期总体属于湿润到半湿润的热带、亚热带气候,其中在嫩江组二段底部黑色页岩的沉积期显得气候更加湿热,向上开始逐渐变干凉。     

松辽盆地东缘岳王城剖面嫩江组二段生物地层及其对湖侵事件的响应

松辽盆地嫩江组二段下部沉积期发生了大规模的湖侵事件,在整个盆地范围形成一套黑色泥页岩夹油页岩。然而,前人对嫩江组二段的地层及相关地质事件的研究主要基于井下岩心,地表露头不多见。通过调查,在松辽盆地东缘农安县青山口第二松花江沿岸发现一新的剖面——岳王城剖面,出露连续的嫩江组一段顶部—二段下部地层。通过对该套地层进行厘米级的描述和详细的分层,将该剖面地层划分为24层,累计厚度31.54m。第1层为嫩江组一段顶部,为青灰色砂质泥岩,含少量介形类化石;第2~24层为嫩江组二段下部,主体为暗色泥页岩夹油页岩、泥灰岩等,含丰富的介形类、叶肢介、鱼类,少量有孔虫及其他生物。此外,在嫩江组底部还发现一层火山灰和一层磷块岩。对其中的介形类化石进行初步研究,识别出11属18种。通过介形虫古生态和沉积学研究,并结合其他手段,初步探讨了该沉积期的湖泊环境,认为嫩二段下部沉积期经历了一次大规模湖侵,从一段顶部的滨浅湖过渡为二段下部的深湖环境,之后湖平面在波动中逐渐下降。     

松辽盆地北部上白垩统地层颜色变化及其沉积环境指示意义

通过颜色指数的方法对松辽盆地北部上白垩统地层颜色进行了统计分析,将地层颜色变化特征与古气候、介形虫演化、古地貌恢复和物源分析等方面的研究证据进行对比,得到了地层颜色变化的影响因素。时间上,从上白垩统青山口组底部至嫩江组四段顶部存在两个明显的颜色变化旋回,主要受气候变化的影响,从嫩江组五段底部至明水组地层颜色表现为复杂频繁的突变特征,受强烈构造活动的作用。空间上,嫩江组三、四段氧化色地层主要分布于盆地东部、东北部,主要受沉积体系分布控制,证实了松辽盆地北部嫩江组三段主物源来自东部、东北部,及嫩三段至嫩四段主物源转向北部的变化。分析得出地层的颜色指数主要受沉积介质浓度和水体扰动情况两个因素作用,可以有效地反映所在时间和空间内的沉积环境变化,可在区域性研究中替代孟塞尔颜色标定法,为古气候、盆地沉积演化和古地貌恢复的分析提供证据。     

松辽盆地嫩江组油页岩发育控制因素

松辽盆地嫩江组一段和二段发育的油页岩是极其优质烃源岩, 生物标志化合物参数指示油页岩母质生源主要来自于水生生物其繁盛受温湿气候和湖泊富营养化控制.岩石学、元素地球化学、生物标志化合物等参数表明, 高盐和缺氧条件下的稳定水体分层是嫩一段油页岩沉积时期有机质保存的主控因素, 而嫩二段油页岩沉积时期水体盐度分层明显减弱, 此时藻类个体增大和孤立藻数量增多条件下的高生物生产力有利于有机质富集.为揭示嫩江组不同沉积环境下油页岩发育的控制因素, 建立了嫩一段油页岩沉积时期保存条件控制和嫩二段油页岩沉积时期生物生产力控制的两种有机质富集模式, 这对含氧淡水大型陆相湖泊的有机质富集成因探讨具有重要借鉴意义.      

松辽盆地北部油页岩资源潜力评价

为评价松辽盆地北部油页岩资源潜力,开展了14口地质井的钻探、2 100多口老井的复查和多项油页岩的样品分析测试工作。根据油页岩分析测试资料,结合录井、测井、地震、沉积等研究成果,总结了油页岩主要特征,并用体积丰度法初步估算了埋深小于1 km的油页岩和页岩油潜在资源量。结果表明:松辽盆地北部油页岩主要发育在青山口组一段和嫩江组一、二段沉积时期的湖相沉积中,是盆地两次最大湖泛期的产物;嫩江组和青山口组油页岩平均岩石密度分别为2.20和2.18 t/m³,平均含油率分别为5.55%和5.39%;油页岩有机质类型为Ⅰ型和Ⅱ₁型,处于未成熟低成熟阶段,有机质丰度极高,是最好的生油岩。松辽盆地北部油页岩分布广泛、层位稳定、资源潜力巨大,初步估算埋深小于1 km的油页岩潜在资源量为6 008.40×10⁸ t,页岩油潜在资源量为297.50×10⁸ t。油页岩可以成为未来大庆油田常规油气的重要补充或接替资源。     

松辽盆地白垩系青山口阶缺氧事件层的有机地球化学特征

松辽盆地白垩系青山口阶下部广泛分布一套富含有机碳的黑色泥岩、页岩沉积,它具有干酪根碳同位素正偏、重排甾烷含量低,普遍存在伽马蜡烷生物标志化合物等有机地球化学特征,代表了白垩纪温室效应时间窗内古湖泊贫氧环境条件下的沉积产物。结合生物地层研究成果,认为青山口阶下部曾发生过古湖泊缺氧事件,其层位大体可与白垩纪古海洋Cenomanian-Turonian界线事件层进行对比,由此提出了松辽盆地青山口阶下部的时代归属于晚白垩世Cenomanian晚期—Turonian早期的新观点。     

松辽盆地古龙凹陷葡萄花油层超压成因

钻井资料揭示松辽盆地古龙凹陷葡萄花油层存在超压现象,但不存在欠压实现象;葡萄花油层上覆的嫩江组--二段泥岩和下伏的青山口组泥岩存在明显欠压实.声波时差数据计算的泥岩层超压与储层地层测试压力对比,证实油层超压主要来自超压系统内部的压力传递.油气产能与压力测试数据统计表明油层内部原油的热裂解对油层超压也有一定贡献;统计的超压油层的压力梯度大于静水压力梯度,说明储层内存在流动压力,青山口组和嫩江组现今仍在向葡萄花油层提供流体.     

Organofacies and paleoenvironment of the Oligocene Maikop series of Angeharan (eastern Azerbaijan)

The Maikop Formation, deposited in eastern Azerbaijan during Oligocene and Early Miocene times, contains prolific source rocks with primarily Type II organic matter. Paleontological analyses of dinoflagellate cysts revealed a Lower to Upper Oligocene age for the investigated succession near Angeharan. A major contribution of aquatic organisms (diatoms, green algae, dinoflagellates, chrysophyte algae) and minor inputs from macrophytes and land plants to organic matter accumulation is indicated by n-alkane distribution patterns, composition of steroids and δ¹³C of hydrocarbon biomarkers. Microbial communities included heterotrophic bacteria, cyanobacteria, chemoautotrophic bacteria, as well as green sulfur bacteria. Higher inputs of terrigenous organic matter occurred during deposition of the Upper Oligocene units of the Maikop Formation from Angeharan mountains. The terpenoid hydrocarbon composition argues for angiosperm dominated vegetation in the Shamakhy–Gobustan area.High primary bioproductivity resulted in a stratified water column and the accumulation of organic matter rich sediments in the Lower Oligocene units of the Maikop Formation. Organic carbon accumulation during this period occurred in a permanently (salinity-) stratified, mesohaline environment with free H₂S in the water column. This is indicated by low pristane/phytane ratios of all sediments (varying from 0.37–0.69), lower methylated-(trimethyltridecyl)chromans ratio in the lower units and their higher contents of aryl isoprenoids and highly branched isoprenoid thiophenes. Subsequently, the depositional environment changed to normal marine conditions with oxygen deficient bottom water. The retreat of the chemocline towards the sediment–water interface and enhanced oxic respiration of OM during deposition of the Upper Oligocene Maikop sediments is proposed.Parallel depth trends in δ¹³C of total OM, n-alkanes, isoprenoids and steranes argue for changes in the regional carbon cycle, associated with the changing environmental conditions. Increased remineralisation of OM in a more oxygenated water column is suggested to result in low TOC and hydrocarbon contents, as well as ¹⁵N enriched total nitrogen of the Upper Oligocene units.     

松辽盆地朝73-87井青山口组缺氧事件层的有机地球化学特征

松辽盆地白垩纪青山口组下部广泛分布一套富含有机碳的黑色泥岩、页岩和油页岩沉积,是全盆地划分泉头组与青山口组的一级标志.朝73-87井青山口组黑色页岩、油页岩的地球化学特征研究表明：它具有干酪根碳同位素正偏和重排甾烷含量低,存在28,30一双降藿烷、伽马蜡烷生物标志化合物等有机地球化学特征,表征为白垩纪温室效应时间窗内古湖泊缺氧事件的产物.结合生物地层研究成果,认为青山口期缺氧事件层大体可与白垩纪古海洋Cenomanian-Turonian界线事件层进行对比,进而提出松辽盆地青山口组的时代归属晚白垩世晚cenomanian-Turonian期的新观点.     

松辽盆地白垩系青山口组黑色页岩的形成环境及海水侵入的底流模式

通过对中央坳陷区两口钻井剖面和东南隆起区野外露头剖面的沉积学、矿物学和地球化学研究，认为松辽盆地白垩系青山口组黑色页岩形成于稳定分层的湖相环境；周期性海水注入形成的底流是导致水体分层和黑色页岩沉积的重要因素。     

松辽盆地北部热史恢复及烃源岩生烃史

根据镜质体反射率、粘土矿物分析和包裹体测试数据对松辽盆地北部齐家-古龙凹陷、三肇凹陷、黑鱼泡凹陷和双城向斜的古地温进行了研究并恢复了其热历史.它们都是在明水组沉积末期达到最高古地温,从古近纪到现今古地温持续降低.各个凹陷经历的古地温高低顺序依次为：古龙凹陷 >双城向斜 >三肇凹陷 >黑鱼泡凹陷,对应最高古地温为160℃至120℃不等.成烃史研究表明：松辽盆地中-浅层主力烃源岩青山口组-段泥岩随着嫩江组的快速沉积迅速进入生烃阶段,但各地所处成烃阶段不同;齐家-古龙凹陷烃源岩在嫩江组沉积初期进入生油门限,在嫩江组-明水组沉积期为快速生烃期,现为成熟-高熟阶段;双城向斜和三肇凹陷烃源岩在嫩江组沉积中期进入生油门限,于嫩江组-明水组沉积末期为快速生烃期,现为成熟阶段;黑鱼泡凹陷烃源岩在嫩江组沉积期末进入生油门限,于四方台组-明水组沉积期为快速生烃期,现为低熟-成熟阶段.     

松辽盆地松科1井晚白垩世沉积地层有机地球化学研究

松科1井是中国大陆第一口以白垩系陆相地层为主的全取心科学探井。通过取心样品的系统地球化学分析,研究了泥岩有机质丰度、类型、成熟演化及有机质沉积环境在纵向上的变化特征。结果表明:青一段泥岩有机质丰度最高,有机碳一般大于2%,平均为3.21%,发育优质烃源岩,其次在青二、三段、姚家组和嫩江组一、二段中也均发育有机质丰度相对较高的源岩层。纵向上泥岩有机质丰度显示出从高向低的9个韵律性变化,反映了湖相沉积过程中气候与水体环境、生物发育及有机质保存条件的周期性变化。青一段泥岩有机质类型主要为Ⅰ型,较高的甾烷含量反映以藻类输入为主,较高的伽马蜡烷和低的Pr/Ph及甲藻甾烷的存在反映该时期水体具有盐度分层和强还原的沉积环境,可能与海侵有关。青二、三段泥岩有机质类型主要为Ⅰ—Ⅱ型,伽马蜡烷和Pr/Ph等多项指标反映出该时期水体呈现振荡变化,有机质受陆源影响加大。姚家组有机质类型变化大,一部分为Ⅰ—Ⅱ1型,另一部分则Ⅱ2—Ⅲ型,较高丰度的泥岩通常具有较好的有机质类型,多项指标反映出该时期沉积环境波动较大。嫩江组一、二段泥岩主要以Ⅰ型和Ⅱ型为主,4-甲基甾烷的存在反映具有沟鞭藻的贡献,较高的伽马蜡烷和低的Pr/Ph反映水体有盐度分层。有机质成熟度指标反映青二、三段中部泥岩开始进入成熟,源岩开始大量生油的深度在1500m。     

松辽盆地白垩纪缺氧地质事件的地质地球化学特征

松辽盆地白垩纪出现多期缺氧地质事件,它与全球白垩纪的地质事件相对应。青山口组一段及嫩江组一段出现较明显的缺氧地质事件,表现为有机质丰度高的源岩沉积。可溶有机质具有较低的姥植比,生物标志物出现了28,30 双降藿烷及保存了相对较为完整的C34或C35藿烷、重排甾烷的含量很低、有伽马蜡烷的存在等特征。松辽盆地在白垩纪时存在缺氧事件和海侵事件,与此同时,缺氧事件造成了这些地层中富含并具有高度分散性区域特征的生物化石的组合,形成了层序地层学上的密集段;缺氧事件又反作用于底栖生物,导致了松辽盆地古生物演化史上的生物绝灭事件。松辽盆地以持续沉降为主,湖盆水域迅速扩大,水体加深,近岸湖水表层生物生产率提高,底层水循环不畅导致了湖水底层水体缺氧,引发了古湖泊缺氧事件。在松辽盆地的缺氧事件中形成了青山口组一段及嫩江组一段的黑色泥岩(部分地区发育页岩),成为松辽盆地的主力油源层,为大庆油田的形成奠定了良好的物质基础。     

松辽盆地北部青一段油页岩地球化学特征及其记录的古湖泊学信息

油页岩地球化学特征及其记录的古湖泊学信息是揭示油页岩成矿富集规律的关键佐证。根据含油率、TOC、岩石热解、元素分析、生物标志化合物检测及有机显微组分分析,精细刻画了松辽盆地北部ZY1井青一段油页岩的地球化学特征,并分析了其记录的古湖泊学信息,探讨了古湖泊对油页岩有机质富集的控制作用。结果表明：青一段发育8层中等偏好品质的油页岩,下部为高品质油页岩富集层段;油页岩的含油率和TOC质量分数相关性极好,处于未熟—低成熟度演化阶段,生烃潜力大;油页岩中含丰富的萜类和甾类化合物,有机质类型主要为Ⅰ型,有机质来源主要为层状藻占优势的湖泊水生生物。地球化学参数指示,青一段下部古湖泊生产力呈现3个低→高的旋回,对应的古湖泊水体盐度呈现为3个半咸水-咸水旋回、古湖泊水体氧化还原性表现为还原-强还原-还原的厌氧环境,其中旋回Ⅱ后期湖泊生产力最高,对应的水体盐度最高、还原性最强。表明湖泊富营养化造成的高湖泊生产力是青一段高品质油页岩有机质富集的物质基础,盐度分层控制下强还原的湖底环境是高品质油页岩有机质富集的良好保存条件。     

火山活动与海侵影响下的典型湖相页岩有机质保存差异分析

黑色富有机质页岩是页岩油气生成和赋存的主要母体,是强还原环境水体的沉积产物,在其形成过程中,细菌硫酸盐还原作用(BSR)对水体环境影响明显,但BSR强度如何影响有机质的保存尚未得到关注。我国陆相湖盆富有机质泥页岩广泛发育,形成过程中常常伴随有火山活动或者海侵等事件,大量硫酸盐进入湖盆,改变水体的沉积环境,不同环境下BSR对黑色页岩有机质保存的影响明显不同。本次研究选取鄂尔多斯盆地延长组长7段页岩、松辽盆地青山口组和嫩江组页岩作为对象,同时与现代沉积物进行对比。研究表明,TOC与TS之间关系复杂,但细菌硫酸盐还原强度指数(SRI)与TOC呈现幂指数变化,且表现出两阶段变化的特征。当SRI大于1.375时,TOC整体偏低,指示了强硫酸盐还原作用消耗大量有机质;当SRI小于1.375时,TOC明显较高,指示了弱硫酸盐还原作用对有机质消耗相对较少,更有利于有机质保存。火山活动和海侵作用均向水体提供了大量硫酸盐,但对陆相湖盆页岩中有机质的保存影响不同。火山活动影响的长7段页岩SRI普遍小于1.375,BSR对有机质消耗相对弱,页岩TOC高。而受海侵影响的青山口组一段底部和嫩江组一段底部页岩SRI大于1.375,BSR过度消耗了大量有机质,使得页岩TOC偏低。嫩江组一段下部SRI指数更高,海侵强度更大,BSR反应更强,更不利于有机质保存。     

松辽盆地姚家组-嫩江组地层层序及沉积演化

松辽盆地姚家组-嫩江组是晚白垩世形成的一套完整的水进-水退沉积旋回,分为2个二级层序,6个三级层序,持续时间约4Ma。嫩江组二段最大湖泛期在底部形成了盆地范围内稳定分布的油页岩,其不仅是层序及地层对比的标准界面,而且是重要的烃源岩层和盖层。姚家组与嫩江组一段是水进期大型退积型三角洲沉积,嫩江组三段是水退期大型湖泊与快速进积大型三角洲沉积。嫩江组在水进期长轴物源方向发育大型重力流水道及末端浊积扇,水道延伸距离64km,最大宽度600m;在水退初期短轴方向发育滑塌浊积扇,扇体有复合式和单体式,滑塌最小古坡度为5%～12‰,表面均发育弧状滑塌波纹,波纹密度4～10条/km,最小滑移距离2～10km。     

松辽盆地西斜坡上白垩统青山口组二段及三段底部四级层序格架下沉积微相分布

综合利用地震、录井、测井、岩心资料,建立了松辽盆地西斜坡上白垩统青山口组二段及三段底部四级层序地层格架,查明了四级层序格架内沉积微相的空间分布。青山口组二段划分为2个四级层序(Cg4、Cg3),每个四级层序均可划分为湖泊扩张体系域和湖泊收缩体系域,分别命名为Eg4、Sg4,Eg3、Sg3。西斜坡青山口组二段及三段底部的沉积格局为滨浅湖沉积体(砂坝、泥滩、混合滩)和三角洲前缘沉积体(河口坝、远砂坝)共存。Eg4沉积时期发育了物源来自西部与北部的4个三角洲前缘沉积体,沉积体之间发育滨浅湖混合滩;Sg4沉积时期三角洲沉积体规模较前期扩大,并且发育了物源来自西北方向的三角洲。Eg3沉积时期物源来自西部及北部的三角洲向东推进,东北部三角洲前缘沉积体萎缩;Sg3沉积时期以三角洲前缘沉积占优势,三角洲前缘沉积体错叠连片,滨浅湖沉积大量减少。青山口组二段及三段底部自下而上,沉积区范围和三角洲前缘沉积体的规模逐渐扩大。     

松辽盆地(吉林部分)油页岩成矿规律

松辽盆地油页岩赋存于白垩系下统青山口组一段和白垩系上统嫩江组一段、二段,埋藏浅,地层倾角缓,盆地内油页岩属于典型的深湖相成因,青山口组一段和嫩江组二段,为松辽盆地的坳陷期,油页岩为盆地两次最大湖泛期的产物。     

松辽盆地青山口组页岩有机碳含量分布特征

总有机碳（TOC）含量是页岩油气资源量评价的关键参数之一.为定量分析松辽盆地青山口组页岩TOC含量分布特征,预测有利勘探区,以测井资料为基础,首先建立研究区构造模型,应用恢复古埋深法计算镜质体反射率（R_o）,通过?logR方法预测研究区TOC含量,最后利用地质统计学方法建立了研究区页岩TOC三维量化模型.结果表明,纵向上,青一段页岩TOC含量整体分布在0%~4%范围,青二段和青三段TOC含量明显低于青一段.平面上,青一段TOC含量在三肇凹陷南部及朝阳沟阶地中部最高,青二段TOC含量整体低于2%,其在古龙凹陷北部最高,青三段TOC含量普遍低于1.4%.研究成果为松辽盆地页岩油勘探开发有利区选取提供了重要指导和参考.