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当前，常规油气资源的开发已趋于成熟，我国能源战略正逐步向非常规油气领域拓展。在众多非常规资源中，油页岩凭借其巨大的资源储量和可观的开发前景，被视为21世纪具有战略意义的潜在替代能源之一，其开发利用对缓解我国能源供需矛盾具有重要意义［1-2］。受高海拔、地形复杂及自然条件严酷等因素制约，青藏地区长期以来油气勘探程度相对较低。近年来，随着科研勘探工作的推进表明，位于羌塘南部的伦坡拉盆地发育有大规模油页岩矿带，尤以蒋日阿错—伦坡日一带资源最为富集，其矿床规模在伦坡拉盆地内居于首位，展现出良好的资源潜力与开发前景[3]。发育大量油页岩的伦坡拉盆地，是研究有机质富集机理的理想区域。前人在该区域开展了一定的研究，但详细的古水体沉积环境和有机质富集的关系尚不清楚。前期对该地区黄铁矿的发现和研究较少，对古环境的恢复缺少充分的依据，这也是本论文主要研究的问题。

伦坡拉盆地是西藏自治区内迄今唯一获得工业油流的含油气盆地，在区域油气勘探中具有独特的地位和重要的研究价值[4]。伦坡拉盆地的地质调查工作始于20世纪50年代初，中国科学院组织的西藏综合科学考察队在开展区域地质路线调查时，于该盆地第三系地层中识别出沥青显示及广泛分布的油页岩层系，这一发现初步揭示了该区具备进一步油气勘探的潜力。通过长期积累的野外调查与室内研究，学者们逐步厘清了盆地的地层序列、沉积特征及含油气条件，为认识其构造—沉积格局奠定了基础[5]。在前期地质调查基础上，20世纪60至70年代累计施工钻井52口，并在地表识别出43处油气显示点，为后续评价该盆地的含油气前景提供了重要实物依据[3]。20世纪90年代，中国石化原中南石油局在伦坡拉盆地组织了第二轮系统的油气勘查。该阶段工作覆盖了盆地大部分区域的地震面积普查，并对重点构造带开展了精细解析与三维地震资料处理。进入21世纪后，受制于青藏高原恶劣的自然环境与居高不下的开发成本，伦坡拉盆地的现场勘探活动有所放缓。尽管如此，围绕该盆地的地质评价与资源潜力研究并未中断。通过新一轮资源评价，研究人员认为伦坡拉盆地仍具备可观的资源基础与后续勘探潜力，为未来在技术经济条件改善背景下的开发部署提供了依据[6]。

本研究综合已有文献资料与野外采集的实样数据，聚焦伦坡拉盆地丁青湖组伦坡日剖面，系统开展沉积相分析，并结合黄铁矿的形态学与粒度分布特征、有机质丰度等多指标，探讨古水体环境条件与有机质富集之间的耦合关系。在此基础上，进一步厘清该区沉积环境演化对有机质保存与富集的控制作用，以此为伦坡拉盆地烃源岩的分布预测与资源潜力评价提供地质依据。

1 区域地质背景

伦坡拉盆地位于藏北高原腹地，行政区划上属西藏自治区安多县西南部，地处唐古拉山脉南麓，平均海拔约4800米。从构造格局看，该盆地坐落于班公湖—怒江缝合带中段南缘，整体呈东西向狭长形态展布，其长轴走向与北侧主干断裂基本一致。受高海拔影响，区内气候寒冷干燥，属典型的大陆性高原气候，自然环境较为严酷。7条主要断层将盆地中央凹陷带切割为多个构造单元，为后续构造解析与油气聚集规律研究提供了基础依据。［7-9］

伦坡拉盆地的原始形态为受北东向构造体系控制的开阔型坳陷湖盆，其范围较现今残留盆地更为广阔，且沉降中心与沉积中心基本重合，反映出同沉积构造活动对盆地演化的主导作用。盆地内主要发育两套含油气层系：下部为始新统牛堡组（E₂n），岩性以碎屑岩为主；上部为渐新统丁青湖组（E₃d），主要由泥岩、砂岩及油页岩构成。两套地层累计沉积厚度介于3000至5000米之间，显示出该盆地在新生代经历了强烈的沉降与持续的沉积充填过程［10］。

1.1 地层特征

丁青湖组地层主要分布于达玉山南部以及盆地中东部地区，出露在伦坡拉至丁青一带，由东往西延展。岩性主要为泥岩和油页岩。地层沉积中心主要为江加错北部地区，向四周超覆，呈楔状分布，由中心向四周逐渐尖灭。从地层的岩性特征和综合沉积旋回分析，可以将丁青湖组（E3d）分为盆地相对下降、盆地稳定下降及盆地相对上升三个沉降旋回，沉积相表现为滨浅湖相—半深湖相—深湖相—半深湖相—滨浅湖相，呈现为完整的由水进到水退的沉积过程［11-13］。

1.2 构造特征

伦坡拉盆地位于西藏板块藏北班公湖-怒江大断裂带中段南部。伦坡拉盆地作为内部发育多个大型断层的断坳盆地，南部发育冲断带和隆起带，北部虽然沉降幅度大但沉积地层厚度也较大，因此呈现南北两侧高、中间区域低的形态，其形状与豆荚十分相似。伦坡拉盆地的整体构造特征主要体现为“南北构造分带，东西断层分块”，呈四周环绕中心的格局。由北向南可分为三个二级构造单元，由西往东为三八二凹陷、蒋日阿错凹陷、江加错凹陷、爬错凹陷以及徐果错凹陷，伦坡日剖面位于江加错凹陷中部。伦坡拉盆地的构造演化主要分为两个阶段——始新世的断陷期和渐新世的坳陷期，这两个阶段分别进行了牛堡组（E1-2n）和丁青湖组（E3d）两套地层沉积［14］。

伦坡拉盆地是在燕山褶皱带的基础上发展起来的盆地，先后经历了沉陷、拉张和断陷等构造作用。在晚渐新世末期，由于受到构造挤压作用，伦坡拉盆地被构造作用形成的断层划分成了自东往西的两个坳陷区和由南到北的三个构造带，由东向西分为东西两大坳陷区，东部坳陷区是盆地的主体部分，由北往南可将盆地分为北部逆掩推覆带、中央凹陷带和南部冲断隆起带［15］。

2 样品与实验方法

2.1 样品特征

此次研究共采集20个样品，每个样品间隔大约为0.6m，且样品全部来自丁青湖组二段的地层。样品主要岩性为泥岩和油页岩，含有少量粉砂岩，如图1a所示，其中泥岩多呈块状、薄层状和片状，为水平层理。如图1b所示，油页岩呈片状，层理极其发育，该区域有大量油页岩出露，且在油页岩中发现有鱼化石，如图1c所示。由于油页岩暴露在空气当中，受到一定的风化作用，采样时通过深挖确保所采样品未受到明显风化作用。油页岩所夹页岩也十分发育水平层理（图1b）。

图 1 伦坡日剖面采集样品

Figure 1 Samples collected from the Lompoc profile

从表1中可以看出，2-8号样品中含有少量粉砂质泥岩，证明湖泊在沉积期有一定的物源供应，推测下半段沉积时沉积环境可能为半深湖相。根据样品由下往上粒度逐渐变细又变粗的特征，得出半深湖相-深湖相-半深湖相的沉积相特征。从图2中可以看出，采集样品位置位于丁青湖二段中部，粒度变化呈正韵律特征。丁青湖组二段底部和上部呈现为多个泥岩到油页岩构成的小型正韵律，中部为油页岩到泥岩再到砂岩构成的反韵律。

表 1 伦坡拉盆地伦坡日剖面丁青湖组二段样品描述

Table 1 Description of samples from the Second Section of the Dingqinghu Formation in the Lompola Basin, Lompola profile

图 2 伦坡日采样剖面柱状图及其对应层段和亚相

Figure 2 Column chart of Lunpori daily sampling profile and its corresponding layers and subfacies

2.2 有机碳含量测试

有机碳含量分析在西南石油大学羌塘盆地沉积研究院完成。首先，将约10 mg岩石样品研磨至200目（粒径小于75 μm）以下。随后，根据样品的岩性和颜色，精确称取0.095-0.105 g粉末样品置于瓷舟中。沿容器内壁缓慢加入10%盐酸（HCl）溶液进行脱碳酸盐处理，反应时间持续24小时以上，以确保反应完全。反应结束后，取出瓷舟，用高纯水反复冲洗样品至洗涤液呈中性，以去除残留酸液。洗净后的样品置于60～80°C的电热恒温干燥箱中烘干。最后，采用LDH CS分析仪（型号：TK851-6K）测定TOC含量。为进行质量控制，每10个样品设置1个平行样，每20个样品设置一个标样。分析结果以质量百分比（wt%）记录，分析精度优于±0.1‰。

2.3 黄铁矿

黄铁矿在显微镜下形态多样，主要有草莓状、结核形、块状、裂隙充填形和自形等。本研究主要运用草莓状黄铁矿的形态和粒径对沉积期水体氧化还原环境进行还原。草莓状黄铁矿是指由大小相近的亚微米级黄铁矿晶粒或微晶粒紧密的堆积成球体或椭球体这一特殊形态的黄铁矿集合体，其直径一般为几个微米到几十微米之间，其微晶体形态多样，主要为四面体、八面体、立方体和五角十二面体。草莓状黄铁矿形成的四个步骤过程：（1）缺氧条件下铁的单硫化物微晶核的形成；（2）晶核与单质硫或氧化态的硫结合形成胶黄铁矿（Fe3S4）；（3）微晶聚集形成草莓状的球体形态；（4）在硫化或者还原环境下，胶黄铁矿莓状体转变为草莓状黄铁矿［16］。

草莓状黄铁矿主要在沉积同生时期和成岩作用早期形成。沉积同生时期形成的草莓状黄铁矿粒径较小且粒径大小均一，这主要是因为硫化的水体环境中大量的亚铁离子、单质硫和硫化氢为草莓状黄铁矿的形成提供物质来源，使得草莓状黄铁矿的成核率大于它的结晶速率从而能够快速生长形成莓状体。成岩时期形成的草莓状黄铁矿往往粒径较大且大小混杂，这主要是因为氧化的水体环境无法为它的生长提供充足的物质来源从而延长了它的生长时间，草莓状黄铁矿的成核率小于它的结晶速率，在少量硫组分的长期供应之下就长得较大［17］。

众多学者针对草莓状黄铁矿的粒径分布情况所表示的氧化还原程度做了大量研究，草莓状晶体的平均粒径>6μm，且颗粒直径变化范围较广，大小混杂，黄铁矿颗粒最大直径>18μm，则表明该黄铁矿颗粒形成于成岩阶段并且在次氧化或氧化的环境条件下；平均粒径<6μm且颗粒直径变化范围较小，大小均一，最大的莓球体直径相对较小<13μm，标准偏差值<2.25μm的草莓状晶体分布特征则反映了同生沉积来源和硫化水体环境。本研究主要通过分析草莓状黄铁矿的形态和粒径分布，重建丁青湖组第二段中部油页岩的沉积水环境。

除此之外，还可以利用草莓状黄铁矿平均粒径对标准偏差的二元图解（Mean- Standard Deviation，M-SD）的投点来划分出硫化环境与次氧化—氧化环境。将统计获得的草莓状黄铁矿粒径数据投射在该图分析氧化还原环境。根据多次的实验与总结前人研究，在草莓状黄铁矿平均粒径对标准偏差的二元图解中划分出三个区域：硫化环境、缺氧环境和次氧化—氧化环境［18］。

3 古水体环境

前人在丁青湖组做了大量的地球化学分析和孢粉分析。丁青湖组泥岩层的ln（Al2O3/Na2O）值较低，在1.9～2.2之间，平均值为2，表明泥岩层沉积在相对温和的化学风化和凉爽干旱的气候条件下。而页岩和油页岩的ln（Al2O3/Na2O）高值在2.4～3.2之间，平均值为2.80，表明在温暖湿润的气候条件下化学风化作用强烈[19]。丁青湖组剖面的孢粉样品显示了针叶林的格局，以松花粉、青杉花粉和冷杉花粉为主，并混合了分散的喜热物种，如Podocarpus、Tsuga和Carya，它们是典型的亚热带植被的温暖湿润物种，这些研究表明，当时的森林是以针叶植被为主的热带雨林，表明气候湿润温暖[20]。丁青湖组大部分层段沉积的页岩和泥岩以及样品的水平层理表明沉积物的沉积环境为低水体能量的湖泊环境。

3.1 TOC及其指示意义

总有机碳（TOC）是指沉积岩中以有机质形式存在的碳元素含量，通常以单位质量岩石中有机碳所占的百分比表示，是评价烃源岩生烃潜力的关键指标之一。参照中国石油天然气行业相关规范，针对不同岩类建立了相应的烃源岩评价标准。鉴于伦坡拉盆地伦坡日剖面丁青湖组以泥岩与油页岩为主要岩性组合，本研究采用泥页岩类烃源岩的TOC分级标准对样品进行评价[21]。对于泥岩与页岩类生油岩，以TOC=0.4%作为有效生烃下限：TOC<0.4%视为非烃源岩；0.4%～0.6%为差生油岩；0.6%～1.0%属中等生油岩；TOC>1.0%则达到好生油岩标准。

采取的样品主要以泥岩和油页岩为主，其中泥岩的总有机碳含量（TOC）介于0.21%～1.08%，为样品编号1～12、15、20号，平均值为0.50%；油页岩的总有机碳含量介于0.92%～8.72%，为样品编号13、14、16～19号，平均值为5.88%，如表2所示。可以看出泥岩的有机质丰度远小于油页岩层段。13号油页岩总有机碳含量（TOC）相对其他油页岩样品的总有机碳含量（TOC）较低，在岩石颜色方面也比其他油页岩样品更浅，推测为由泥岩沉积转化到油页岩沉积的沉积物，其中油页岩占比较高，含有少量片状泥岩。而15号样品取自夹于油页岩层段中的页岩层段，岩性特征与有机质特征吻合，页岩的出现在一定程度上也影响了油页岩中的有机质含量，形成中间低而两边高的有机质分布模式。底部泥岩可以防止油页岩中的有机质和其衍生物的流失，而页岩的出现刚好可以作为良好的盖层对油页岩中的油气及其衍生物提供一定的保存条件［22］。

表 2 伦坡拉盆地伦坡日剖面丁青湖组二段样品编号对应TOC含量

Table 2 TOC content corresponding to sample numbers of the second section of the Dingqinghu Formation in the Lunpori profile of the Lunpola Basin

3.2 黄铁矿

3.2.1 草莓状黄铁矿形态特征

通过镜下观察，草莓状黄铁矿呈松散且分布均匀、大小相近的圆球状或椭球状晶粒集合体，如图3a所示，晶粒间空隙明显，草莓状黄铁矿颗粒有明显的锯齿状边缘[23]。根据镜下观测数据，部分黄铁矿遭受后期氧化蚀变，导致了镜下观察到的黄铁矿形态发生了变化，如
图3b所示，可用来推测成岩时期的环境［24-26］。

（a）草莓状黄铁矿 （b）受到蚀变的黄铁矿

图 3 样品中黄铁矿的不同形态

Figure 3 Different forms of pyrite in the sample

3.2.2 草莓状黄铁矿粒径分析

本研究对伦坡拉盆地伦坡日剖面采集的20件样品开展了系统的镜下鉴定，镜下观察结果显示，存在草莓状黄铁矿的样品共7个，针对这7个样品进行了粒径统计。部分无草莓状黄铁矿的样品中发现有自形黄铁矿。从伦坡拉盆地伦坡日剖面中获得的草莓状黄铁矿平均粒径和标准偏差的分布情况得到的粒径对标准偏差的二元图解如图4所示，粒径统计结果如表3所示，草莓状黄铁矿分布情况以及结合粒径统计所得的箱型图如图5所示。

图 4 平均粒径对标准偏差的二元图解

Figure 4 Binary plot of average particle size versus standard deviation

从图5可知，16号、19号样品的草莓状黄铁矿对应的沉积古水体环境为缺氧环境，14号、18号样品的草莓状黄铁矿对应的沉积古水体环境为硫化环境，1号、2号、20号样品的草莓状黄铁矿对应的沉积古水体环境为次氧化-氧化环境。

如表3所示，剖面中样品的草莓状黄铁矿平均粒径（Mean Diameter，MD）分布范围为4.82-7.65μm，最小粒径（Minimum framboid diameter，简称MIFD）分布范围为1.15-4.2μm，最大粒径值（Maximum framboid diameter，简称MFD）分布范围为9.56-13.39μm，草莓状黄铁矿中值（Median）分布范围为4.82-7.71μm，标准偏差（Standard deviation，简称SD）分布范围为1.65-2.77μm。镜下观察显示，1号样品薄片中的草莓状黄铁矿平均粒径约6.38μm，最大颗粒达12.56μm；2号样品的平均粒径约6.6μm，但粒径分布离散度较高，颗粒数量相对稀少，两样品的标准偏差均超过2.25。依据黄铁矿粒径判别标准，上述特征共同指示沉积时水体处于次氧化状态。但剖面下部泥岩层段的多数样品中并未识别出草莓状黄铁矿，仅见少量自形晶黄铁矿产出。该矿物组合进一步佐证了该层段沉积于氧化性较强的水体环境，与上覆含草莓状黄铁矿层位所反映的还原条件形成明显差异。剖面上半部分油页岩层段样品大多未发现草莓状黄铁矿，默认为氧化环境。镜下鉴定结果显示，14、16、18和19号样品中草莓状黄铁矿含量较为丰富，粒径普遍偏小，平均值低于6μm，个别颗粒略大于6μm，但最大粒径均未超过13μm，粒径分布相对集中，标准偏差小于2.25。其中14号样品的粒径整体更细，结合图4判别结果，反映其沉积于硫化水体环境；而16、18和19号样品粒径略粗，对应缺氧但未达硫化的还原条件。20号样品的草莓状黄铁矿平均粒径略高于6μm，粒径分布较分散，最大颗粒为13.39μm，未超过18μm，标准偏差偏大，指示沉积时水体处于次氧化状态。综合各层位样品的黄铁矿特征，该剖面自下而上记录了水体氧化还原条件的阶段性演变：早期为次氧化环境，中期转为缺氧至硫化环境，晚期又逐渐回返至次氧化状态，呈现出"弱氧化—强还原—弱氧化"的垂向变化序列。

表 3 伦坡拉盆地伦坡日剖面丁青湖组二段草莓状黄铁矿粒径分布表

Table 3 Grain Size Distribution of Strawberry-shaped Pyrite in the Second Section of the Dingqinghu Formation, Lunpori Profile, LunpoLa Basin

图 5 伦坡拉盆地伦坡日剖面丁青湖组二段草莓状黄铁矿分布及对应环境箱型图

Figure 5 Distribution of strawberry-shaped pyrite in the second section of the Dingqinghu Formation, Lunpo Ridge, Lunpo Basin, and the corresponding environmental box plot

根据图5箱型图反映的草莓状黄铁矿粒径分布特征，剖面不同层位记录了水体氧化还原条件的垂向变化。底部0～1.2 m层段粒径偏小，指示沉积时水体处于次氧化状态；向上粒径逐渐增大，反映水体氧含量升高，向氧化环境过渡。1.2～7.8 m层段粒径整体偏大且分布集中，对应稳定的氧化性水体条件。7.8～9.6 m层段粒径出现波动，先减小后增大，表明水体环境经历了氧化→硫化→再氧化的阶段性转变。剖面上部粒径变化呈现多峰特征，暗示沉积过程中水体在氧化与缺氧状态之间发生多次交替，反映出湖盆底层水体氧化还原条件的周期性变化的趋势。

4 古水体环境对有机质富集的影响

古水体的氧化还原状态对有机质的保存具有关键控制作用。在缺氧乃至硫化条件下，水体中溶解氧匮乏，微生物降解作用受到抑制，使得沉降到水底的有机质能够有效避免氧化分解，从而在沉积物中大量累积。相反，氧化性水体环境则不利于有机质的长期保存。因此，还原性水体条件成为富有机质沉积层形成的重要前提［26-27］。前人通过伦坡拉盆地的油页岩生物标志物分析，得出沉积期湖盆内各种水生浮游植物和藻类等在湖泊底部堆积腐烂，为有机质沉积提供了大量的来源这一理论[28]。同时丁青湖组二段沉积旋回分析表示，丁青湖二段的砂砾含量明显低于丁青湖组一段，认为丁青湖组二段为一套水进体系域沉积，水域范围变大，半深湖相变为深湖相，对应沉积环境从次氧化环境和氧化环境变为缺氧和硫化环境［29，30］，这一理论与本文分析得出的结论一致。

图 6 伦坡拉盆地伦坡日剖面样品TOC对应沉积环境的箱型图

Figure 6 Boxplot of TOC in the Lunpo Formation daily section samples from the Lunpo Basin corresponding to the depositional environment

根据图6所示，剖面上部油页岩层段的有机质富集主要由两方面因素控制：一是沉积期充足的有机质供给，二是缺氧-硫化的水体环境，为有机质保存提供了有利的还原条件。这两者共同作用使得该层段有机质大量堆积并得以长期保存。相比之下，剖面下部泥岩层段虽有一定有机质输入，但TOC普遍偏低。即便在邻近油页岩的过渡层位，TOC有所升高，仍显著低于油页岩层，反映出次氧化至氧化性水体环境对有机质保存较为不利，大部分有机质在沉积早期即被氧化降解。综合来看，丁青湖组二段有机质的富集主要受控于沉积时期的古气候与古环境条件：温暖湿润的气候促进了湖泊中浮游生物等初级生产者的繁盛，为沉积物提供了丰富的有机质来源；与此同时，湖盆水体分层导致底层水体长期处于缺氧甚至硫化状态，有效抑制了有机质的氧化分解，从而使其在沉积物中大量埋藏并保存下来。

5 结论

本次工作选取西藏羌塘盆地东南部伦坡拉盆地内的伦坡日露头剖面，重点对丁青湖组第二段地层开展沉积学与地球化学分析，综合运用地质学、沉积岩石学、矿物学及地球化学等多学科手段开展系统分析，取得以下主要认识。

（1）基于实测数据绘制的总有机碳（TOC）垂向变化曲线显示，剖面上部油页岩层段有机质含量普遍高于1%，达到优质烃源岩标准；下部泥岩层段整体TOC偏低，多数样品低于0.4%，生烃潜力有限，仅在邻近油页岩的5.4～6.6 m层位出现小幅升高（0.6%～1.0%），属中等生烃层段。据此可明确划分出有机质富集的主力层位。

（2）对样品中草莓状黄铁矿的粒径进行系统测量与统计分析，结合粒径–标准偏差散点图、粒径频次分布及箱型图等多维图解，重建了沉积时期的水体氧化还原状态。结果表明：上部油页岩形成于缺氧至硫化环境，部分层位具典型硫化特征；而下部泥岩则主要沉积于次氧化至氧化条件，水体氧含量相对较高。

（3）综合TOC分布与黄铁矿环境指标可见，油页岩中高丰度有机质的保存得益于缺氧—硫化水体所提供的还原性保护条件，有效抑制了有机质的氧化降解；相比之下，泥岩层段因处于氧化性较强的水体环境，即便存在一定的有机质输入，亦难以有效保存。由此推断，在伦坡拉盆地丁青湖组沉积期，稳定的缺氧—硫化水体环境与充足的有机质供给共同构成了油页岩中有机质富集与保存的关键控制因素。

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