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早白垩世全球海洋气候系统发生了深刻的变革。在这一时期“黑色页岩”在全球广泛出露和分布，早白垩世是羌塘盆地从海相向陆相转换的关键时期，伴随特提斯洋闭合和青藏高原隆升，形成残留海湾盆地[1]。前人研究主要集中在其生烃潜力方面，而对其有机质富集机理的研究相对较少。关于黑色页岩的沉积环境（如水体氧化还原条件、古生产力来源）及其对有机质富集的控制机制仍存在争议[2]。因此，系统研究古环境特征与有机质富集的时空耦合机制具有重要科学价值。

海相富有机质页岩作为油气资源的重要载体，其形成机制核心是有机质生产、保存、稀释动态平衡的结果[3]。学术界对有机质富集的主控因素存在两种主导模型的争议：一是生产力主导模型主要强调表层水体生物生产力核心作用；二是保存条件主导模型侧重强调底层水缺氧环境的关键性[4]。而目前更多研究则支持多因素耦合机制，包括氧化还原条件、海平面变化、热液活动及陆源输入等协同影响。尤其在全球温室气候时期，古气候与古海洋环境的协同演变对有机质富集过程具有决定性作用。

羌塘盆地作为中国青藏高原最大的中生代海相沉积盆地，其早白垩世（晚巴雷姆期—早阿普第期）沉积记录为研究过渡环境有机质富集机制提供了理想载体[5]。该时期盆地处于海相向陆相转换的过渡阶段，形成半封闭的残留海湾环境，沉积了以白龙冰河组为代表的富有机质页岩序列。晚巴雷姆期全球性气候变暖事件，通过增强水文循环与化学风化作用，促进了营养盐输入和海洋初级生产力提升，同时可能引发水体分层与底层缺氧环境扩展，为有机质富集创造了有利条件。

近年来，对羌塘盆地巴雷姆期黑色页岩的研究已取得重要进展。地球化学分析表明，其有机质富集过程具有明显的阶段性特征：下部的泥晶灰岩形成于贫氧-缺氧环境，中部的黑色页岩发育于缺氧-硫化条件，而上部的泥灰岩则沉积于氧化-次氧化环境。同时，在前人的研究中不难发现，干酪根类型从II1型向II2型转变，反映了有机质来源从海相微藻主导向陆源植物输入的过渡。这些特征共同指示了古氧化还原条件与有机质富集两者之间的动态耦合关系。然而，目前对羌塘盆地早白垩世富有机质页岩的研究仍存在以下空白：一是对海陆过渡环境下有机质富集的主控因素识别不够清晰；二是对全球变暖背景下局部因素（如热液活动）与区域气候的交互机制缺乏系统解析；三是对有机质富集过程中古生产力与保存条件的相对贡献尚未量化。因此，本研究以羌塘盆地胜利河剖面白龙冰河组为例，通过高分辨率地球化学指标（如主微量元素、扫描电镜）分析，旨在重建晚巴雷姆期—早阿普第期古环境演化序列，揭示气候变暖、水体分层对有机质富集的协同控制机制，从而建立适用于残留海湾环境的有机质富集模式，为羌塘盆地油气资源评价提供理论依据。

1 地质概况

1.1 构造背景

羌塘盆地位于中国青藏高原中北部，大地构造上夹于班公湖—怒江缝合带（南界）和可可西里—金沙江缝合带（北界）之间，面积约18.5×104 km2。盆地呈现“两坳夹一隆”的构造格局，自南向北依次为南羌塘坳陷、中央隆起带和北羌塘坳陷[1]。盆地的形成与演化主要受特提斯洋的扩张和闭合控制，经历了多个构造-沉积阶段：早期为裂陷阶段，发育陆源碎屑岩；中期（巴通期）转为拗陷，南北羌塘统一，广泛沉积碳酸盐岩；由于班公湖—怒江洋壳的俯冲，盆地性质转变为前陆盆地[2]。中侏罗世卡洛期（相当于夏里组沉积期）发生快速海退，中央隆起带出露水面，向盆地输入大量陆源碎屑。在侏罗纪后期，古特提斯向南俯冲至羌塘地体之下，发生碰撞造山，使区内的古生代地层发生变质变形，导致羌塘盆地在早白垩时期发生了一次剧烈而短暂的海侵[3]，但羌塘坳陷北部仍为浅海相沉积环境[4]。

1.2 地层特征

本文选取上侏罗统-下白垩统白龙冰河组作为研究地层，该地层主要发育于北羌塘坳陷西南缘，毗邻中央隆起带的胜利河剖面。Re-Os同位素定年表明，该研究剖面内，沉积的黑色页岩层段的年龄为124.5Ma[24]。下段主要为泥灰岩和黑色页岩，向上粒度变细，泥页岩增多，在黑色页岩层段不难观察到发育有较多的黄铁矿颗粒。上段以泥灰岩与生物碎屑泥灰岩为主，生物碎屑泥灰岩的露头上以及其镜下薄片观察下可发现大量的生物化石，最常见的有腕足动物、双壳类和腹足类，还观察到不少的浮游生物、藻类等，反映了安静的低能水体以及偏还原环境，表明其处于向海洋过渡期，因此被解释为半封闭潟湖环境。

（a）双壳类碎片内部可见放射状藻类等

（b）腹足类与大量双壳类碎片

（c）双壳类幼虫及浮游藻类

（d）棘皮动物、方解石、白云石矿物，并见介形虫碎片

图 1 镜下古生物化石图片

Figure 1 Photomicrographs of paleontological fossils

2 样品采集与测试方法

在北羌塘坳陷胜利河剖面白龙冰河组地层的底部到顶部共采集33件岩石样品，每件样品重量约为5kg，其中，从下部泥灰岩和黑色页岩层中采集样品15件，从上部泥灰岩与生物碎屑泥灰岩中采集样品18件，采样间距为0.3m～1.3m。对33件岩石样品使用地质锤进行碎样，并去除表面的风化物质和明显的方解石脉体，最终将岩石样品碎至1cm左右的石块。最后使用带有碳化钨研钵的研磨机将所有样品磨制成200目左右的岩石粉末，烘干待测。这些样品分别用于矿物组分分析在西南石油大学使用电子显微镜、扫描电镜以及LIBS显微镜观察完成、有机碳含量分析在西南石油大学使用高频红外碳硫分析仪（TL851-6K），元素地球化学分析使用XRF元素分析仪完成。

3 有机碳含量与元素特征

3.1 有机碳含量

胜利河剖面观察中，黑色页岩层段有强烈的汽油味，样品进行有机碳含量测试分析结果显示，在底部泥灰岩中TOC含量多分布在1%以下，中部黑色页岩层段，TOC含量逐渐升高，最高值可达9.8%；从黑色页岩向上过渡到泥灰岩或生物碎屑泥灰岩层位，TOC含量逐渐下降，数值基本小于2%。

3.2 元素丰度

白龙冰河组黑色页岩常量元素测试结果显示Si O2、Al2O3含量较高，其中SiO2平均在7.36%，Al2O3平均在24.68%；相对而言K2O、Ca O、Na2O、Mg O含量较低；K2O、Ca O、Na2O、Mg O含量较低。另外Cu、Zn、Ni等营养元素含量异常高且与有机碳含量具有较好的相关性，且在黑色页岩沉积阶段呈现出富P，反映出了在白龙冰河组黑色页岩发育在生产力较高的富营养潟湖中，反映了富有机质黑色页岩的形成受到陆源输入影响也较大，营养元素来源更丰富的特征。

4 白龙冰河组古环境指标识别

4.1 古气候

当海水温度升高时，海洋生物在分泌形成其碳酸钙壳体过程中，会掺入更多的镁离子[5]。因此，在温暖时期形成的生物壳体，其Mg/Ca比值较高；反之，在寒冷时期形成的壳体，Mg/Ca比值则较低。在胜利河剖面中，Mg/Ca比值在黑色页岩层段有明显升高；氧同位素分析显示，黑色页岩层段氧同位素值呈明显下降趋势δ18O值下降进一步支持温度上升；结合前人孢粉组合分析可知，黑色页岩沉积时期指示气候从干旱转为温暖湿润。

4.2 陆源输入

前人研究表明，陆源物质的粒度与沉积速率之间存在正相关关系，可用来评估相对沉积速率。通常，沉积物中的硅（Si）既存在于石英中也存在于铝硅酸盐中，而铝（Al）仅以铝硅酸盐形式存在。钛（Ti）存在于铝硅酸盐中，也可能存在于粉砂级重矿物颗粒（如榍石和钛铁矿）中[6]。因此，沉积物的Si/Al和Ti/Al比值已成功应用于页岩和泥灰岩的评价[7]。较高的沉积物Ti/Al或Si/Al比值通常指示陆源物质中粉砂和砂质矿物比例较高，这与较高的沉积速率相关。在胜利河剖面中，Si/Al和Ti/Al比值表明：泥灰岩层段沉积速率逐渐增加；页岩开始沉积时沉积速率迅速增加，并在页岩层段内达到最高值。

图 2 北羌塘坳陷胜利河剖面白龙冰河组泥灰岩、黑色页岩TOC含量、古气候指标垂向变化特征

Figure 2 Vertical variation characteristics of TOC content and paleoclimate indicators in the marl and black shale of the Bailongbinghe Formation, Shenglihe section, North Qiangtang Depression

图 3 北羌塘坳陷胜利河剖面白龙冰河组泥灰岩、黑色页岩TOC含量、陆源输入指标、Ptotal含量垂向变化特征

Figure 3 Vertical variation characteristics of TOC content, terrigenous input indicators, and Ptotal content in the marl and black shale of the Bailongbinghe Formation, Shenglihe section, North Qiangtang Depression

4.3 古生产力

白龙冰河组泥灰岩、黑色页岩有机质主要来源于各种水生浮游植物、藻类等，其次为混合来源输入，伴随少量陆生植物[8]。古生产力主要是指生物在能量循环过程中固定能量的速率，为有机质的形成提供了重要的物质来源[9]。总有机碳（TOC）、P、 Ba 和微量元素（Cu、Ni）与初级生产力相关，已被广泛用作古生产力评估的替代指标[10]。因此，本研究选择 TOC、P作为研究白龙冰河组古生产力的指标。

本文选用P元素进行反演。P是海洋浮游植物生长的重要营养物质，是所有生物的结构和功能组成部分[11]，以溶解态和颗粒形式存在于海水中[12]。在现代和古代沉积物中，磷被广泛用于古生产力的判别[13]。溶解态的P进入海洋的通量主要受大陆径流控制[14]，而P转移进沉积物中是通过被粘土颗粒、铁和锰的氢氧化物所吸附或直接进入有机质中[15]。总沉积P由交换（或吸收）的磷、与铁等结合的磷、自生的磷、有机的磷和碎屑来源的磷组成[16]。本文使用总磷（Ptotal）来反映，在研究中不难发现，TOC与Ptotal之间存在显著的强正相关关系（r = +0.804），表明Ptotal主要与有机质相关。在胜利河剖面，下部层位（如下部微晶灰岩和泥灰岩层）的Ptotal浓度较低；然而，在页岩开始沉积时，其浓度显著增加（图4）。在页岩沉积期间，Ptotal浓度保持高位。此外，Ptotal的变化模式与TOC的变化模式相对一致（图4）。这些数据表明磷埋藏量与页岩发育程度之间存在正比关系，从而支持了页岩沉积期间存在高初级生产力的观点。

图 4 北羌塘坳陷胜利河剖面白龙冰河组泥灰岩、黑色页岩TOC-Ptotal（a）、Ti/Al-Ptotal（b）、TOC-Ti/Al（c）、Mg/Ca-Ti/Al（d）交会图

Figure 4 Cross-plots of TOC versus Ptotal （a）, Ti/Al versus Ptotal （b）, TOC versus Ti/Al （c）, and Mg/Ca versus Ti/Al （d） for the marl and black shale of the Bailongbinghe Formation, Shenglihe section, North Qiangtang Depression

4.4 古氧化还原条件

氧化还原条件在富有机质泥岩、页岩中扮演重要角色，氧化环境不利于有机质的保存，而稳定水体分层的缺氧环境避免有机质被氧化分解，有利于有机质的保存[17]。对于氧化还原条件判定的方法有很多，最常见的有氧化还原敏感元素、草莓状黄铁矿形态特征以及粒径统计，Corg：Ptotal比值等。本文将采用草莓状黄铁矿形态特征以及粒径统计，Corg：Ptotal比值的手段进行胜利河剖面白龙冰河组氧化还原条件判定。

作为沉积岩中常见的金属矿物之一的黄铁矿，它在显微镜下的形态千变万化，有草莓状、结核形、块状、裂隙充填形以及自形等[18]。不同的形态记录了不同的沉积环境以及形成过程，其中比较特别的就是草莓状黄铁矿。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堆积成球体或椭球体这一特殊形态的黄铁矿集合体[18]，其直径一般介于几微米到几十微米之间，微晶体形态多样，常见四面体、八面体、立方体以及五角十二面体。

通过扫描电镜观察发现，胜利河剖面中的草莓状黄铁矿形态特征差异较大，可区分出：正常型草莓状黄铁矿，填充型草莓状黄铁矿，巨型草莓状黄铁矿、聚集型草莓状黄铁矿和次生生长型草莓状黄铁矿，除此以外，自形晶黄铁矿、巨型球状体黄铁矿和黄铁矿团块也有分布。其中在扫描电镜背散射图和LIBS观察中，可发现羌塘盆地胜利河剖面白龙冰河组样品中的黄铁矿形态：填隙型与典型草莓状黄铁矿，由规则八面体微晶构成的标准草莓状黄铁矿，不同粒径的草莓状黄铁矿集合体等。胜利河剖面白龙冰河组中的黄铁矿可分为两种：草莓状黄铁矿与自形-半自形黄铁矿。在白龙冰河组中部黑色页岩岩相中，草莓状黄铁矿较为富集，其平均粒径≤5微米，结合Corg：Ptotal比值大多数大于100可知，此层位主要处于硫化-缺氧环境中。上部泥晶灰岩岩相中草莓状黄铁矿的平均粒径介于8至12微米之间，结合结合Corg：Ptotal比值大多数大于50可知，此层位主要处于缺氧-贫氧环境中。相比之下，在白龙冰河组下部泥灰岩岩相中，草莓状黄铁矿较少见，而以自形-半自形黄铁矿为主，结合Corg：Ptotal比值大多数小于50可知，此层位主要处于贫氧-氧化环境中。

图 5 羌塘盆地胜利河剖面白龙冰河组样品中的黄铁矿形态

Figure 5 Morphology of pyrite in samples from the Bailongbinghe Formation, Shenglihe section, Qiangtang Basin

图 6 北羌塘坳陷胜利河剖面白龙冰河组泥灰岩、黑色页岩TOC含量、古氧化还原指标垂向变化特征

Figure 6 Vertical variation characteristics of TOC content and paleoredox indicators in the marl and black shale of the Bailongbinghe Formation, Shenglihe section, North Qiangtang Depression

5 白龙冰河组古环境重建

羌塘盆地早白垩世富有机质页岩是特提斯构造域东段古构造、古地理、古气候、古海洋环境及水动力条件等多因素协同作用的结果，是早白垩世温室背景下被动陆缘海相—海陆过渡相黑色页岩形成的典型实例［19-21］。早白垩世晚期，随着班公湖—怒江洋的闭合和特提斯构造域的演化，羌塘盆地北缘形成半封闭的残留海湾环境，湖海沟通形成了向东张开的局限水域，水体覆盖面积广阔。大面积水体覆盖和特提斯海侵事件共同影响了区域气候，在该地区形成温暖湿润的亚热带气候条件。

在温暖湿润的气候背景下，增强的水文循环和化学风化作用导致盆地周缘河流体系发育，河流携带大量富营养元素的陆源物质输入海湾，为表层水体浮游生物的勃发提供了物质基础[22]。同时特提斯海水从东南方向侵入造成湖海沟通，富硫和营养盐的海水持续输入到海湾中，形成了半咸水环境，促进了沟鞭藻等浮游生物的繁盛。微古生物学研究显示，该时期海湾中浮游生物极为发育，除含有丰富的有机虫、钙质超微化石外，还见有大量沟鞭藻等海相浮游生物，表明海湾营养条件优越，初级生产力高[23]。浮游生物勃发产生大量有机质，部分被消耗分解，其余通过絮凝作用与黏土矿物结合形成团聚体，快速沉降至海底。海湾底部水体滞留，长期处于贫氧—缺氧的还原环境，大量海源浮游生物有机质和经细菌改造的陆源有机质得以有效保存。

研究认为，海侵带来的高盐度海水在湾内形成稳定的盐度分层，进一步加强了底层水的还原性，抑制了有机质的氧化分解和细菌活动，减少了有机质的消耗。同时浮游生物的大量繁殖进一步消耗水体中的溶解氧，使得海湾中下部水体长期处于缺氧甚至硫化的强还原环境，有机质在极度缺氧的条件下得到有效保存。白垩纪特提斯海侵事件为羌塘盆地黑色页岩，特别是北羌塘坳陷一带高有机碳含量的黑色页岩形成创造了有利条件。一方面，海水侵入带来了丰富的营养盐，促进了藻类等浮游生物的勃发，显著提高了初级生产力，增加了有机质供给；另一方面，海水的注入导致水体盐度分层，稳定的层结结构使得底层水体保持强还原环境，进而促进了有机质的保存。前人的区域对比研究表明，羌塘盆地富有机质页岩发育时期相当于早白垩世大洋缺氧事件（OAE 1a）前夕的全球碳循环扰动期。白垩纪全球海平面上升导致海水向陆地方向大规模侵进，形成了广泛的湖海沟通环境，羌塘盆地富有机质页岩即是该时期全球碳循环扰动与区域环境响应在特提斯东段的沉积记录。这一套优质烃源岩为羌塘盆地的油气资源形成提供了重要的物质基础，对于认识特提斯域东段油气成藏规律具有重要指导意义。

6 结论

（1）主微量元素与有机质含量关系显示，富有机质页岩层段呈现高TOC特征，且P、Cu、Zn、Ni等营养元素含量异常高，与有机碳含量具有较好的相关性，反映富有机质页岩形成期沉积速率大，受陆源碎屑影响较大，古生产力高，有机质输入量大，营养元素来源丰富。

（2）白龙冰河组黑色页岩沉积期主要为温暖半湿润亚热带气候，水体为微咸水环境，富有机质页岩形成于硫化-缺氧水体中，大量胶磷矿和藻类等浮游生物表明该时期生产力水平达到峰值，为高有机碳黑色页岩的形成提供了有利条件。

（3）羌塘盆地早白垩世海侵事件为盆地黑色页岩形成提供了有利条件，海水侵入带来了丰富的营养物质，使藻类等浮游生物勃发，极大提高了生产力水平，增加了有机质输入量；海水的入侵导致水体密度分层，稳定的密度分层使底部水体保持硫化-缺氧环境，进而促进了有机质的保存。

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