Natural Gas Geoscience >

2026 , Vol. 37 >Issue 3: 428 - 439

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2026.01.011

Lamina types and depositional environments of shale in Chang 73 sub-member，Longdong area， Ordos Basin： A case study of Well X140H

  • Xi LI , 1, 2 ,
  • Jihong LI 1, 2 ,
  • Weiwei YANG , 1, 2 ,
  • Jiangyan LIU 1, 2 ,
  • Jin DONG 3, 4 ,
  • Jingjing SHEN 3 ,
  • Qianhui TIAN 3
Expand
  • 1. Research Institute of Exploration and Development of PetroChina Changqing Oilfield Company，Xi’an 710018，China
  • 2. National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low Permeability Oil and Gas Fields，Xi’an 710018，China
  • 3. Research Institute of Petroleum Exploration and Development，Beijing 100083，China
  • 4. National Key Laboratory for Multi⁃Resource Collaborated Green Development of Continental Shale Oil，Daqing 163712，China

Received date: 2025-06-25

  Revised date: 2026-01-23

  Online published: 2026-02-12

Supported by

The National Natural Science Foundation of China(U22B6004)

the Project of PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration and Development(2022yjcq03)

the Projects of PetroChina Changqing Oilfield Company(KJZX2023-01)

Fold

Abstract

The Chang 73 sub-member in the Ordos Basin exhibits high organic matter abundance， which is the main source rock of shale oil in the Yanchang Formation. Due to the rapid variations in sedimentary environments and provenance supply， the shale in the Chang 73 sub-member displays diverse lamination assemblages and strong heterogeneity， resulting in unclear genetic relationship with organic matter enrichment. To clarify the lamination types， distribution characteristics， and developmental environments of the Chang 73 sub-member， Well X140H， a fully cored well in the Chang 73 sub-member within the deep-lake facies zone， is selected for detailed study. Through the analysis of lamination morphology， mineral composition， and organic matter abundance， five main lamination types are identified： silty felsic lamina （SF）， tuffaceous lamina （TF）， organic-rich clay laminae （ORC）， organic-bearing clay laminae （OBC）， and homogeneous clay layers （HC）， which were further subdivided into seven subtypes. Homogeneous clay laminae and silty felsic lamina are predominantly distributed in the upper and middle parts of the shale section within the Chang 7₃ sub-member. These layers represent the proximal end of gravity flow deposits. During the deposition period， intense chemical weathering and substantial terrigenous input occurred， with parent material of type Ⅱ₂. The hydrogen index （I H） is below 350 mg/g. Overall， these deposits are characterized by low primary productivity， an oxidizing environment， coupled with low organic matter abundance. Tuffaceous lamina is predominantly developed in the lower part of the shale section. Organic-bearing clay laminae are sparsely distributed in the middle part， while organic-rich clay laminae are present throughout the entire section. All three types of laminae are deposited under conditions of relatively weak hydrodynamic forces. During the deposition period， they were influenced by volcanic activities， resulting in weak chemical weathering and limited terrigenous input. The organic matter parent materials are mainly of Type Ⅰ and Type Ⅱ₁. These deposits are characterized by high primary productivity and strongly reducing environment， with a high abundance of organic matter， making them preferred targets for the development of pure shale type shale oil.

Key words： Pure shale type shale oil; Lamination; Sedimentary environment; Chang 73 sub-member; Ordos Basin

Cite this article

Xi LI , Jihong LI , Weiwei YANG , Jiangyan LIU , Jin DONG , Jingjing SHEN , Qianhui TIAN . Lamina types and depositional environments of shale in Chang 73 sub-member，Longdong area， Ordos Basin： A case study of Well X140H[J]. Natural Gas Geoscience, 2026 , 37(3) : 428 -439 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2026.01.011

0 引言

页岩油已成为世界油气勘探开发的热点领域，其规模高效勘探开发对于保障国家能源安全具有重要战略意义［1-2］。鄂尔多斯盆地上三叠统延长组长7段页岩油资源潜力巨大，已成为长庆油田增储上产的重要接替资源［3-4］。长庆油田将长7段页岩油划分为多期叠置砂体型（I类）、厚层泥页岩夹薄层砂型（II类）和纯页岩型（III类）3种类型，其中I类和II类页岩油勘探开发已取得显著成效，并发现了鄂尔多斯盆地陇东超十亿吨规模大油田［5-6］。III类页岩油近两年来也已取得一系列重大勘探突破，陇东地区LY1H井、B76井试油分别获得116.8 t/d、107.53 t/d高产油流，延安地区QT4、QT33等20余口试验井目前已在试油阶段，鄂尔多斯纯页岩型页岩油展现出了巨大的发展潜力［6-7］。
纹层是层理的最小组成单位，在纯页岩型页岩中广泛发育，其矿物组成和纹层组合不仅控制纯页岩型储集层微观结构与储集性能，还直接影响水平井体积压裂裂缝扩展规律及压裂效果［8-10］。目前，针对页岩纹层，前人在特征分类、储集性能和控制因素等方面开展了大量研究，针对鄂尔多斯盆地长73亚段，前人［11-13］多根据纹层结构和矿物组成差异将纹层划分为粉砂质纹层、泥质纹层、富有机质纹层和凝灰质纹层。此外，大量学者针对不同纹层的微观孔隙结构及其对应的储集性能开展了大量分析工作，发现粉砂质纹层和凝灰质纹层的微纳米孔隙是纯页岩型页岩油富集的主要场所，不同纹层组合间存在页岩油微运移，控制了纯页岩型页岩油的差异富集特征［7，13-14］。但对纹层沉积环境和发育条件仍不明晰，长73亚段纹层类型分布与其沉积期频繁火山活动的内在关联也尚不明确。因此，厘清长73亚段纹层类型，剖析其沉积古环境，明确不同纹层成因机制及其与古火山活动内在关系，对深化纯页岩型页岩油差异富集机理，寻找勘探开发的有利目标具有重要意义。
本文选取鄂尔多斯盆地陇东地区X140H井长73亚段1 969~1 985.4 m页岩段为研究对象，在纹层类型划分的基础上，明确纹层的纵向分布规律，结合不同纹层有机质赋存状态和沉积古环境特征，阐明长73亚段纹层发育环境与古火山活动的内在关联，以期对纯页岩型页岩油选区勘探提供参考支撑。

1 地质概况

鄂尔多斯盆地是典型的克拉通盆地，原属于华北盆地的一部分。中—晚三叠世延长期，受秦岭造山带剧烈活动并快速隆升的影响，造成盆地内部呈现南低北高、水体南深北浅的古地理特征［15-16］。鄂尔多斯盆地延长期为一大型淡水湖盆，盆地内广泛发育河流—三角洲—湖泊沉积体系，堆积了厚度达1 000~1 300 m 的延长组，这套地层客观上记录了湖盆发生—发展—消亡的历史过程［17］。延长组共划分为10个油层组，从上至下依次为长1—长10油层组。长73亚段沉积时期湖盆发育达到鼎盛的最大湖泛期，为典型的湖盆退积充填的半深湖—深湖环境［18-20］。深湖相沉积中心明显由北东向西南迁移，主要位于姬塬—白豹—华池—正宁—宜君一带，该时期沉积的页岩厚度大（图1），有机碳丰度高，发育了大量凝灰岩夹层，是鄂尔多斯盆地的主力烃源岩，也是本文研究的对象。
图1 长7段黑色页岩厚度平面分布（a）及X140H井长73亚段地层柱状图（b）（据文献［20］修改）

Fig.1 Thickness of black shale in Chang 7 Member and stratigraphic column of Chang 73 sub-member for Well X140H（modified from Ref.［20］）

2 样品与实验分析方法

2.1　样品选择

为了深入研究页岩纹层分布规律与成因机制，笔者选取了鄂尔多斯陇东地区X140H井长73亚段上部页岩段岩心（图1），取样深度为1 969~1 985.4 m，采取页岩岩心样品19块，均为50~100 g块样，采样间隔为0.3~1 m。针对上述样品开展系统的岩心描述、薄片观察、X射线衍射全岩分析、扫描电镜、总有机碳含量和岩石热解等分析，明确页岩纹层结构与构造、样品矿物组分特征、有机质丰度和热解参数。进一步选取其中的10块典型纹层样品开展主微量元素分析，以获取沉积环境分析的基础数据。

2.2　实验方法

薄片观察与鉴定、X射线衍射矿物分析、场发射扫描电镜及电子探针测试均于中国石油天然气集团有限公司油气地球化学重点实验室开展，各测试所用仪器及实验参数如下：光学显微镜采用德国Zeiss偏光显微镜；X射线衍射测试选用德国布鲁克公司D8advance型X射线衍射仪，以200目粉末样品为测试对象，实验条件为Cu靶、35 kV电压、15 mA电流；场发射扫描电镜采用Apreo高分辨率型号，在5 kV工作电压、7.0 mm工作距离的条件下完成样品观察；电子探针测试使用JEOL JXA-8 800 M型仪器，标样采用美国国家标准局的矿物标样，测试参数为加速电压15 kV，探针电流10 mA，束斑直径<1 μm。TOC含量及热解分析采用CS-i碳硫分析仪开展，测试选用200目粉末样品，全程在常温常压条件下完成。主量及微量元素测试工作由核工业北京地质研究院负责完成，其中主量元素丰度测定采用X射线荧光光谱（XRF），严格依据国家标准《硅酸盐岩化学分析方法》（GB/T 14506.28—2010）执行；微量元素丰度分析采用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS），按照国家标准《硅酸盐岩化学分析方法第30部分：44个元素量测定》（GB/T 14506.30—2010）完成检测。

3 纹层类型、发育特征及规律

3.1　页岩有机质丰度和矿物组成

有机质丰度与矿物组成是影响页岩纹层类型和孔隙结构的重要因素，对鄂尔多斯盆地X140H井延长组长73亚段页岩样品进行TOC含量和热解分析，结果表明TOC分布较广，含量介于0.7%~28%之间，平均含量为9.4%，氢指数（I H）介于150~800 mg/g之间，平均值为385 mg/g［图2（a）］。通过氢指数与T max交会图可以判断出有机质类型，对研究区19件页岩样品进行投图［图2（b）］。结果表明，长73亚段页岩有机质类型以Ⅰ型和Ⅱ型干酪根为主，有机质类型主要以产油型干酪根为主。X射线衍射测试结果表明，长73亚段页岩以长英质矿物为主，黏土矿物次之，碳酸盐矿物含量最少（图3，表1）。其中石英含量最高，达10.4%~55.7%，平均含量为37.6%；长石含量分布在5.4%~23.3%之间，平均含量约为11.3%。黏土矿物含量变化较大，分布在15.8%~51.4%之间，平均含量为32.6%，其中伊/蒙混层占比大于60%，含少量绿泥石和高岭石；碳酸盐含量仅为0%~10.2%，平均含量为4.1%。
图2 X140H井长73亚段页岩有机地球化学特征

（a） TOC—I H交会图；（b） 页岩有机质类型划分图（T max—I H）

Fig.2 Organic geochemical characteristics of shale in the Chang 73 sub-member of Well X140H

图3 X140H井不同纹层页岩样品矿物组成特征

Fig.3 Mineral composition characteristics of shale samples with different laminations of Well X140H

表1 X140H井不同纹层页岩样品岩石热解与矿物组成数据

Table 1 Rock pyrolysis and mineral composition data of shale samples with different laminations from Well X140H

深度/m

纹层

类型

 岩性

TOC

/%

S 1

/（mg/g）

S 2

/（mg/g）

T max

/℃

I H

/（mg/g）

石英

/%

长石

/%

方解石

/%

白云石

/%

黄铁矿

/%

黏土矿物

/%
1 969.44 HC 灰黑色泥岩 1.4 2 5 449 367 40.7 7.6 1.7 5 1.2 43.8
1 970.78 HC 灰黑色泥岩 0.7 0.4 1.2 440 159 39.4 6.7 0 5.2 0 48.7
1 972.50 SF 灰黑色泥岩 2.7 1.5 7.9 446 294 41 13.3 2.2 4.6 5.2 33.7
1 973.04 ORC 灰黑色泥岩 12.1 4 46.2 440 381 37.9 8.3 0.6 3.6 15.2 34.4
1 973.58 ORC 灰黑色泥岩 8 3.9 37.9 437 472 38.9 15.1 0 3.3 11.3 31.4
1 974.30 SF 灰黑色泥岩 4.2 2.3 12.7 445 304 39.2 9.5 0 4.1 13.4 33.8
1 975.82 HC 黑色泥岩 1.4 2.1 5.1 442 367 49.1 15.1 1.6 6.7 0.9 26.6
1 976.43 ORC 黑色泥岩 6.9 2.8 26.1 445 376 45.3 13.6 0 0 19.4 21.7
1 976.76 ORC 黑色泥岩 16.3 4.9 55.6 442 341 28.9 5.4 0 0 34.2 31.5
1 977.39 OBC 黑色泥岩 4.1 3.1 25.3 437 613 28.9 5.6 0 0 16.4 49.1
1 978.64 HC 黑色泥岩 1.2 1.4 2.2 443 191 33.3 9.3 1.1 4.9 0 51.4
1 979.57 HC 黑色泥岩 1 2.1 2.4 442 235 39.6 9.5 1.3 7.9 0 41.7
1 979.93 HC 黑色泥岩 1.1 1.4 3.2 431 293 41.9 9.3 0.8 7.9 0.6 39.5
1 981.21 ORC 黑色页岩 10.6 4.1 39.7 442 374 33.9 7.6 0 1.8 7.3 49.4
1 982.08 ORC 黑色页岩 3.5 1.4 13.2 441 372 27.2 6.1 0 1.2 19.7 45.8
1 983.40 TF 黑色页岩 20.5 9.1 77.3 440 377 37.9 11 0 0.6 21.4 29.1
1 983.68 TF 黑色页岩 28 11.6 105.6 442 378 29.6 5.9 0 0 45.3 19.2
1 984.30 ORC 黑色页岩 14.6 8.6 100.7 438 690 23.1 6.3 0 0 39.2 31.4
1 984.75 ORC 黑色页岩 14.9 5.1 48.1 437 322 10.4 23.3 0 0 49.9 16.4

3.2　纹层类型及特征

纹层是指沉积岩中肉眼可见的最小单位沉积层理，是沉积岩或沉积物中可分辨的最薄或最基本的沉积单元［21-22］。X140H井长73亚段泥页岩纹层结构类型以水平纹层为主，局部发育波状纹层和块状层理。水平纹层呈连续水平层状分布［图4（a）］，亮层与暗层交替出现，亮层中多含长石和石英，且颗粒较粗，暗层中以伊/蒙混层、云母等黏土矿物和黄铁矿为主，有机质含量高，单个纹层厚度主要分布于0.05~1.0 mm之间。波状纹层呈连续或不连续近平行波状分布，亮层与暗层交替出现，与水平纹层相比，波状纹层碎屑颗粒更细，单个纹层更薄，厚度主要分布于0.01~0.5 mm之间，亮暗层中矿物成分与水平纹层相似［（图4（b）］。均质层（块状）在单偏光下呈深褐色—深灰色，均质性较好［（图4（c）］，主要由黏土矿物组成，以伊利石为主，含量最高可达80%。其次为石英和钾长石等碎屑颗粒，含有少量的黄铁矿和白云母等矿物，有机质含量变化较大。
图4 X140H井长73亚段页岩纹层显微照片

（a）粉砂级水平长英质纹层，单纹层底部长英质颗粒含量较高，1 982.8 m，单偏光；（b）含有机质波状黏土层，1 977.39 m；（c）均质黏土层（块状），1 970.78 m，单偏光；（d）水平富凝灰质纹层，1 984.75 m，单偏光；（e）水平富凝灰质纹层，1 984.3. m，单偏光；（f）富有机质水平黏土纹层，1 982.08 m，单偏光；（g）富有机质波状黏土纹层，1 984.3 m，单偏光；（h）含有机质水平黏土纹层，1 971.5 m，，单偏光；（i）含有机质均质黏土层，1 973.04 m，单偏光

Fig.4 Micrograph of shale lamina of the Chang 73 sub-member in Well X140H

通过对X140H井页岩样品矿物组成、纹层的形态和有机质含量的系统分析，参考BIAN等［12］的划分方案将长73亚段纹层类型划分为粉砂级长英质纹层（Silty felsic lamina，SF）、富凝灰质纹层（Tuffaceous lamina，TF）、富有机质黏土纹层（Organic-rich clay laminae，ORC）、含有机质黏土纹层（Organic-bearing clay laminae，OBC）和均质黏土层（Homo-geneous clay layers，HC）5个大类［（表2，图4（a）—图4（b）］，进一步细分为7个亚类［12］。
表2 X140H井长73亚段页岩纹层划分方案

Table 2 Shale lamina type division scheme of shale in Chang 73 sub-member of Well X140H

纹层代号 大类 亚类 关键属性
SF 粉砂级长英质纹层 粉砂级长英质纹层

组成：粉砂级石英（30%~40%）、长石（30%~40%）和黏土矿物（20%~40%）

结构：粗粒；构造：单纹层呈透镜状或线状，局部发育波状，连续或断续，纹层平行或非平行叠置

TF 富凝灰质纹层 富凝灰质纹层

组成：黏土矿物（5%~10%）、其他碎屑矿物（70%~90%）

结构：细粒为主；构造：连续或断续板状、平行
ORC 富有机质黏土纹层 富有机质板状黏土纹层

组成：黏土矿物（65%~80%）、其他碎屑矿物（10%~15%）、有机质（6%~15%）

结构：细粒为主；构造：连续或断续板状、波状、平行

富有机质波状黏土纹层
OBC 含有机质黏土纹层 含有机质板状黏土纹层

组成：黏土矿物（70%~85%）、其他碎屑矿物（5%~10%）、有机质（2%~6%）

结构：细粒为主，黏土矿物增加；构造：连续或断续板状、平行

含有机质波状黏土纹层
HC 均质黏土层 含有机质均质黏土层

组成：黏土矿物（60%~85%）、其他碎屑矿物（5%~15%）

结构：细粒为主；构造：块状，层理不明显

（1）粉砂级长英质纹层（SF）。在薄片下可明显看到该纹层在单偏光下颜色较浅，长英质碎屑颗粒长轴定向排列，磨圆度呈次棱角状，纹层厚度多数小于0.5 mm。可见少量分散状分布的有机质。该纹层中颗粒主要为石英，长石次之，有机质含量整体较低，小于3%［图4（a）］，该类型纹层占X140H井泥页岩纹层类型的1/5。
（2）富凝灰质纹层（TF）。该纹层在单偏光下为浅褐色，以火山碎屑物质为主，近水平层状分布，含断续有机质条带和分散状有机质碎片，单个纹层厚度约为0.2~1 mm，尖棱角状火山晶屑分布于纹层中。有机质含量约为3%~5%［图4（d），图4（e）］，凝灰质纹层的发育主要受控于偶发的火山事件，该纹层类型占比最少，小于1/10。
（3）富有机质黏土纹层（ORC）。该纹层进一步细分为2个亚类：①富有机质板状黏土纹层，该纹层在显微镜下颜色较深，呈泥级碎屑结构，可见少量分散状分布的有机质残片、藻类化石和胶磷矿等，整体呈水平板状纹层构造，单个纹层厚度约为0.1~1 mm。有机质含量约为8%~12%。②富有机质波状黏土纹层，该纹层在显微镜下颜色较深，呈泥级碎屑结构，可见少量分散状分布的有机质、透镜状或圆形藻类化石，黏土矿物和有机质呈透镜状和平缓波状构成波状纹层，单个纹层厚度约为0.05~0.5 mm，有机质含量约为7%~12%［图4（f），图4（g）］，该纹层类型占比较大，约为1/3。
（4）含有机质黏土纹层（OBC）。该纹层进一步细分为2个亚类：①含有机质板状黏土纹层，该纹层在显微镜下颜色较浅，有机质总体呈纹层状分布，含量较低，约为3%~5%。②含有机质波状黏土纹层，该纹层在显微镜下颜色较浅，呈泥级碎屑结构，可见少量藻类化石等，黏土矿物和有机质呈透镜状或平缓波状构成波状纹层，单个纹层厚度变化较大，在0.05~2 mm之间。有机质含量约为4%~5%［图4（b），图4（h）］，该类型占比小于1/10。
（5）均质黏土层（HC）。含有机质均质黏土层。该纹层在单偏光下颜色较浅，呈泥级碎屑结构，单层理厚度大于10 mm，有机质含量较低，总体含量约为3%~6%［图4（c），图4（i）］。均质黏土层占X140H井泥页岩纹层类型的1/3。

3.3　纹层纵向分布规律

通过对鄂尔多斯盆地三叠系延长组长73亚段X140H井页岩样品的统计分析，X140H井纹层以富有机质黏土纹层及均质黏土层最为发育，两者各占总类型的1/3，基本覆盖了长73亚段泥页岩的大部分层段（图5），有机质丰度高，含量基本在8%以上。其中粉砂级长英质纹层主要分布于长73亚段上部和底部，主要为重力流沉积形成，占比中等；均质黏土层主要发育在页岩段中部及顶部，垂向上与重力流沉积的粉砂级长英质纹层互层，其形成可能受控于重力流事件，为重力流事件沉积末端的泥质快速沉积形成。富凝灰质纹层主要分布在底部，该纹层含量相对较低；富有机质黏土纹层在全井段均有发育，为深湖静水沉积，而微波状的纹层则指示其沉积后受底流改造的再沉积作用；含有机质黏土纹层则分布于中部，与富有机质纹层在中部的分布呈互补关系。
图5 X140H井长73亚段页岩纹层类型、地球化学特征及其分布规律

注：HC-均质黏土层；SF-粉砂级长英质纹层；ORC-富有机质黏土纹层；OBC-含有机质黏土纹层；TF-富凝灰质纹层

Fig.5 Shale lamina types， geochemical characteristics and distribution patterns in the Chang 73 sub-member of Well X140H

4 纹层沉积环境和发育模式

4.1　古环境重建指标

Sr/Cu和化学蚀变指数（Chemical Index of Alteration，CIA）被广泛用于分析古气候和物源区的风化程度［23-25］。Sr/Cu值随古气候变暖变干而增大，Sr在炎热的气候条件下逐渐以SrSO4的形式析出，丰度高；相反，在潮湿和温暖的气候中，Sr 含量较低，Sr/Cu值一般为1~10，代表温暖湿润环境，>10代表干旱和炎热的环境。在上地壳岩石接受化学风化的过程中，母岩中的钾长石是最主要的母源矿物，蕴含在晶体品格内的钠（Na）、钾（K）、钙（Ca）等碱金属以离子形式随地表径流流失，在这一过程中，化学成分最稳定的氧化铝（Al2O3）相对丰度逐渐增大，因此CIA值较高（85~100）反映炎热潮湿的热带亚热带气候环境和强烈的风化作用；CIA值中等（65~85）指示温暖湿润的气候条件和中等的化学蚀变；CIA值较低（50~65），则反映了干燥气候条件下相对较弱的风化作用［26-27］。X140H井页岩样品CIA值分布在55~78之间，平均值为65，Sr/Cu值分布在0.6~4.8之间，平均值为2.1，说明长73亚段主体为温暖湿润的气候条件，但存在气候条件波动，局部气候相对干燥，化学风化强度弱—中等，同时Sr/Cu与CIA的正相关反映了气候条件对化学风化强度的控制作用［表3，图6（a）］。Ti（钛）Ti/Al是一种汇水区外来输入的指标，常被用来分析陆源输入强度和沉积速率，陆源输入越强，沉积物的粒径沉降速率越高，粒径越大，Ti/Al值越高。X140H井页岩样品Ti/Al值分布在0.03~0.05之间，平均值为0.04，说明整体的沉积速率较低，但不同纹层的陆源输入强度具有差异，CIA与Ti/Al值呈正相关，强化学风化作用时期，陆源输入强度显著增强［图6（b）］。
表3 X140H井不同纹层页岩样品岩石热解与矿物组成数据

Table 3 Rock pyrolysis and mineral composition data for different laminations in Well X140H

深度 主要纹层 岩性 CIA Sr/Cu Ti/Al P/Al Cu/Al UEF MoEF
1 969.44 HC 灰黑色泥岩 73 2.6 0.05 0.02 5.5 1.8 4.4
1 970.78 HC 灰黑色泥岩 61 2.7 0.05 0.02 4.4 1.2 1.6
1 974.30 SF 灰黑色泥岩 75 1.7 0.05 0.04 11.6 10.3 70.5
1 975.82 HC 黑色泥岩 78 3.5 0.05 0.02 4.7 1.5 3.3
1 977.39 OBC 黑色泥岩 58 0.6 0.04 0.02 14.6 14.5 102.7
1 979.57 HC 黑色泥岩 68 4.6 0.05 0.02 4.8 1.4 3.5
1 981.21 ORC 黑色页岩 55 0.8 0.04 0.02 6.3 3.1 30.7
1 982.08 ORC 黑色页岩 60 0.7 0.04 0.03 12.7 9.4 113.3
1 983.68 TF 黑色页岩 58 2.4 0.04 0.2 29.9 43.6 251.3
1 984.75 ORC 黑色页岩 68 1.8 0.04 0.09 25.8 34.8 206.1
图6 X140H井长73亚段不同纹层沉积环境判识指标对比

（a） CIA—Sr/Cu交会图；（b） CIA—Ti/Al交会图；（c） Cu/Al—P/Al交会图；（d） MoEF—UEF交会图

Fig.6 Comparative sedimentary environment identification indicators for different laminations in the Chang 73 sub-member at Well X140H

与营养物质输入有关的初级生产力水平是控制有机质富集的主导因素。P和Cu元素是生物生长的必需营养元素之一，可以作为古代生产力的地球化学指标［28-29］。笔者运用Al元素含量（Al元素主要来源于陆源碎屑的输入）来对P、Cu的含量进行校正，即主要利用P/Al值和Cu/Al值作为古生产力的评价指标。沉积物中的P/Al值和Cu/Al值越大，表示湖泊古生产力越高，反之表示湖泊古生产力越低［30］。X140H井页岩样品P/Al值和Cu/Al值分别分布在0.02~0.2和4.3~30之间，平均值分布为0.05和12，表明长73亚段整体具有较高的初级生产力（表3）。
沉积水体的封闭性和氧化还原条件影响了有机质的有效保存，从而影响有机质的富集程度。Mo-U协变是近年来古环境研究采用较多的指标，被广泛用于判别缺氧水体的硫化程度［31］。通常来说在贫氧化―缺氧条件下，MoEF、UEF值较低且MoEF<UEF，而在硫化条件下MoEF、UEF值较高且MoEF>UEF。X140H井页岩样品长73亚段样品Mo和U富集系数分布范围较宽，主要集中在贫氧—缺氧环境区域， MoEF、UEF分别分布在1.6~251和1.2~44之间，平均值分别达79和12，处于缺氧环境，更有利于有机质保存（表3）。

4.2　纹层沉积环境和发育模式

长7段沉积期，受西南部秦岭造山运动影响，出现火山喷发作用并在鄂尔多斯盆地内沉积诸多凝灰岩夹层，同时盆地南部处于张拉应力环境，快速伸展沉降导致湖盆的高速扩张和加速坳陷，形成了盆地最大的沉降中心，是湖盆扩张的鼎盛时期［32-33］。尽管长73亚段沉积期气候和水体环境条件相似，但是不同纹层的发育环境仍具有较明显的差异。沉积期气候条件影响风化剥蚀和产物搬运过程，控制陆源输入强度和水体沉积速率。图6显示由均质黏土纹层、粉砂级长英质纹层至含有机质黏土纹层、富有机质黏土纹层和富凝灰质纹层，具有化学风化强度逐渐减弱，陆源输入逐渐降低，但水体初级生产力和底水还原环境逐渐增强的特征。均质黏土纹层和粉砂级长英质纹层样品具有高CIA（61~77）、高Sr/Cu（1.7~4.6）和高Ti/Al（0.05）的三高特征［图6（a），图6（b）］，表明其沉积期气候相对温暖潮湿，化学风化作用强，陆源输入大且沉积效率相对较高。水体初级生产力和还原环境是控制有机质富集的关键因素，均质黏土纹层具有低P/Al（0.02）和Cu/Al（4.3~5.5）和低MoEF（2~4）-UEF（1.2~2）的特征，揭示其较低的初级生产力和偏氧化环境，导致其有机质丰度相对较低（TOC<2%），呈弥散状分布在黏土矿物中，而粉砂级长英质纹层具有低P/Al（0.04）和Cu/Al（11.6）和中等MoEF（70）- UEF（10）的特征［图6（c），图6（d）］，偏还原的水体环境导致中等保存条件，导致有机质丰度升高（2%~6%）。
而富凝灰质纹层、富有机质黏土纹层和含有机质黏土纹层沉积期CIA（55~68）、Sr/Cu（0.6~2.4）和Ti/Al（0.04）指数低［图6（a），图6（b）］，表明沉积期气候相对干燥，这可能是由于长73亚段火山活动形成的气溶胶反射和吸收太阳辐射，造成短期地表温度下降，形成的气候波动。这3类纹层沉积期化学风化强度弱，陆源输入少。较高的P/Al（0.02~0.2）、Cu/Al（6~30）和MoEF（31~251）-UEF（3~43）指数特征［图6（c），图6（d）］，表明其高初级生产力和强还原环境特征，这可能来源于长73亚段频繁的火山活动输入的大量营养盐和硫酸盐。现代环境学研究表明，火山灰表面附着的薄盐层遇水会快速溶解，释放Fe、P、Cu等营养元素，使水体富营养化，藻类勃发形成高初级生产力［34］。火山活动除了输入营养盐还带来大量的硫酸盐，1980年圣海伦斯火山喷发时，该区域内湖泊的喷发前后水化学数据显示，喷发后湖泊水体的SO4 2－浓度分别增长了157倍［35］。大量的硫酸盐输入会增强硫酸盐还原细菌作用（bacterial sulfate reduction，BSR），以SO4 2－为电子受体，对有机物进行代谢分解， 在代谢反应过程中形成大量的H2S，部分H2S与水体中的自由氧反应，再度被还原为SO4 2－，加快水体中氧的消耗，增强水体的还原性［36］。还有部分H2S进一步与活性铁反应，形成一系列铁的单硫化物，最终形成黄铁矿保存于沉积物中，形成底水强还原环境，导致富凝灰质纹层具有最高的有机质丰度。
X140H井垂向上的纹层叠置特征与长73亚段周期性古环境演化有关，因深水页岩是细粒物质连续堆积的产物，所以垂向上纹层沉积特征的变化也可指示平面上细粒物质随搬运距离变化引起的沉积演化。富凝灰质纹层的发育受控于偶发的火山活动，全区均有分布，在弱水动力下更易保存。均质黏土层垂向上总是分布在粉砂岩和粉砂级纹层的上方，已有的研究表明长7段的砂岩为重力流成因［37-38］，在重力流驱动的理想模型中，沉积物依次经历滑动—滑塌，碎屑流，浊流的沉积过程［39］，经过长距离的搬运，颗粒磨圆度次圆—圆形。火山及其伴生的地震活动常诱发重力流事件，在一次事件沉积中，重力流携带细粒物质从盆地南缘向北搬运的过程中，侵蚀底床软泥，导致流体中黏土含量相对增加，随着流速减慢，砂泥分离，粉砂级颗粒沉积而黏土继续搬运，形成具有正粒序的粉砂级长英质纹层，长英质颗粒磨圆度差，同时破坏了底水还原环境，导致有机质丰度较低，同时较多的陆源输入，导致两者母质偏Ⅱ2型， I H值均低于350 mg/g；随着搬运距离的增加，流体中的细粒物质含量持续减少，底水还原环境逐渐恢复，有机质丰度增高，有机—黏土矿物集合体由层状分布逐渐转变为透镜状分布，形成含有机质纹层；在水动力较低的背景下，有机质又以悬浮沉降的方式沉积，最终形成富有机质纹层，同时较少的陆源输入导致其有机质主要为内源有机质，以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，I H值主体大于350 mg/g。不同纹层X140H井的纵向发育模式是偶发火山事件和多期重力流—静水沉积叠置的体现。

5 结论

（1）鄂尔多斯盆地陇东地区长73亚段泥页岩纹层以水平纹层为主，局部发育波状纹层和块状层理，单个纹层厚度介于0.05~1.0 mm之间，通过页岩纹层的形态、厚度、矿物组成和有机质含量，将长73亚段纹层类型划分为5个大类和7个亚类。富凝灰质纹层主要发育在长73亚段页岩段下部，粉砂级长英质纹层和均质黏土纹层发育中部及上部，含有机质黏土纹层少量分布于中部，富有机质黏土纹层在整段均有分布。
（2）均质黏土纹层和粉砂级长英质纹层沉积期化学风化作用强，陆源输入多，导致其母质偏Ⅱ2型，I H值均低于350 mg/g。富凝灰质纹层、富有机质黏土纹层与含有机质黏土纹层沉积期化学风化作用弱，陆源输入少，其有机质主要为内源有机质，以Ⅰ型和Ⅱ1型为主，I H值主体大于350 mg/g。
（3）X140H井垂向纹层叠置特征与长73亚段周期性古环境演化相关，是偶发火山事件和多期重力流—静水沉积叠置的体现。均质黏土纹层和粉砂级长英质纹层发育于重力流沉积的近源端，水动力较强，沉积期具有较低的初级生产力和偏氧化环境，有机质丰度低。富凝灰质纹层、富有机质黏土纹层、含有机质黏土纹层发育环境水动力较弱，受火山活动影响，水体富营养化且BSR作用增强，具备高初级生产力和强还原环境，有机质丰度高，是纯页岩型页岩油开发的优选目标。

References

Publishing order | Descend order by publishing year | Descend order by cited within
[1]
赵文智， 朱如凯， 胡素云， 等. 陆相富有机质页岩与泥岩的成藏差异及其在页岩油评价中的意义［J］. 石油勘探与开发， 2020， 47（6）：1079-1089.

ZHAO W Z， ZHU R K， HU S Y， et al. Accumulation contribution differences between lacustrine organic-rich shales and mudstones and their significance in shale oil evaluation［J］.Petroleum Exploration and Development， 2020，47（6）：1079-1089.

[2]
邹才能， 潘松圻， 荆振华， 等. 页岩油气革命及影响［J］. 石油学报， 2020， 41（1）：1-12.

ZOU C N，PAN S Q， JIN Z H， et al. Shale oil and gas revolution and its impact［J］.Acta Petrolei Sinica，2020，41（1）：1-12.

[3]
付金华， 王龙， 陈修， 等. 鄂尔多斯盆地长7页岩油勘探开发新进展及前景展望［J］. 中国石油勘探， 2023， 28（5）：1-14.

FU J H，WANG L，CHEN X， et al. Progress and prospects of shale oil exploration and development in the seventh member of Yanchang Formation in Ordos Basin［J］.China Petroleum Exploration， 2023， 28（5）：1-14.

[4]
朱立文， 辛红刚， 冯胜斌， 等. 鄂尔多斯盆地陇东地区延长组73亚段页岩油岩相组合特征及沉积模式［J］.天然气地球科学， 2025， 36（7）：1275-1290.

ZHU L W， XIN H G， FENG S B， et al. Petrographic assemblage characteristics and sedimentary pattern of shale oil reservoir in the Chang 73 sub- member of Yanchang Formation in the Longdong area of Ordos Basin Formation［J］.Natural Gas Geoscience， 2025， 36（7）：1275-1290.

[5]
侯雨庭， 杨兆钰， 张忠义， 等. 鄂尔多斯盆地延长组长73页岩油地质认识与勘探前景［J］. 中国石油勘探， 2024， 29（6）：16-28.

HOU Y T， YANG Z Y， ZHANG Z Y， et al. Geological understanding and exploration potential of shale oil in the third submember of the seventh geological understanding and exploration potential of shale oil in the third submember of the seventh［J］. China Petroleum Exploration， 2024，29（6）：16-28.

[6]
付金华， 牛小兵， 淡卫东， 等. 鄂尔多斯盆地中生界延长组长7段页岩油地质特征及勘探开发进展［J］. 中国石油勘探， 2019， 24（5）：601-614.

FU J H， NIU X B， DAN W D， et al. The geological characteristics and the progress on exploration and development of shale oil in Chang7 Member of Mesozoic Yanchang Formation，Ordos Basin［J］.China Petroleum Exploration，2019，24（5）：601-614.

[7]
肖颖， 赵卫卫， 李富康， 等. 鄂尔多斯盆地延安地区延长组7段纹层型页岩油储集空间特征及其控制因素［J］.天然气地球科学， 2025， 36（6）：1169-1182.

XIAO Y， ZHAO W W， LI F K， et al. Reservoir space characteristics and controlling factors of stratified shale oil in Chang 7 Member of Yanchang Formation， Yan 'an area［J］.Natural Gas Geoscience， 2025， 36（6）：1169-1182.

[8]
衡帅， 杨春和， 郭印同， 等. 层理对页岩水力裂缝扩展的影响研究［J］. 岩石力学与工程学报， 2015， 34（2）： 228-237.

HENG S， YANG C H， GUO Y T， et al. Influence of bedding planes on hydraulic fracture propagation in shale formations［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering， 2015， 34（2）： 228-237.

[9]
许丹， 胡瑞林， 高玮， 等. 页岩纹层结构对水力裂缝扩展规律的影响［J］. 石油勘探与开发， 2015， 42（4）： 523-528.

XU D， HU R L， GAO W， et al. Effects of laminated structure on hydraulic fracture propagation in shale［J］.Petroleum Ex-ploration and Development， 2015， 42（4）： 523-528.

[10]
蒋廷学， 卞晓冰， 王海涛， 等. 深层页岩气水平井体积压裂技术［J］. 天然气工业， 2017， 37（1）： 90-96.

JIANG T X， BIAN X B， WANG H T， et al. Volume fracturing of deep shale gas horizontal wells［J］.Natural Gas Industry， 2017， 37（1）： 90-96.

[11]
葸克来， 李克， 操应长， 等. 鄂尔多斯盆地三叠系延长组长73亚段富有机质页岩纹层组合与页岩油富集模式［J］. 石油勘探与开发， 2020， 47（6）： 1244-1255.

XI K L， LI K， CAO Y C， et al. Laminae combination and shale oil enrichment patterns of Chang 73 sub-memberorganic-rich shales in the Triassic Yanchang Formation， Ordos Basin， NW China［J］.Petroleum Exploration and Development，2020， 47（6）： 1244-1255.

[12]
BIAN C S， ZHAO W Z， YANG T，et al. The impact of lamina characteristics and types on organic matter enrichment of Chang 73 Submember in Ordos Basin，NW China［J］.Geofluids，2022，（1）：1-19.

[13]
牛小兵， 吕成福， 冯胜斌， 等. 陆相富有机质页岩纹层组合特征与页岩油差异富集机理——以鄂尔多斯盆地三叠系延长组长73亚段为例［J］.石油勘探与开发，2025，52（2）：279-291.

NIU X B， LV C F， FENG S B， et al. Lamina combination characteristics and differential shale oil enrichment mechanisms of continental organic-rich shale： A case study of Triassic Yanchang Formation Chang 73 sub-member，Ordos Basin，NW China［J］.Petroleum Exploration and Development，2025，52（2）：279-291.

[14]
李士祥， 郭芪恒， 潘松圻， 等. 烃类源内微运移对页理型页岩油差异富集的影响——以鄂尔多斯盆地三叠系延长组长73亚段为例［J］. 中国石油勘探， 2023， 28（4）：46-54.

LI S X， GUO Q H， PAN S Q，et al. Influence of intrasource micro-migration of hydrocarbons on the differential enrichment of laminated type shale oil： A case study of the third sub-member of the seventh member of the Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin［J］.China Petroleum Exploration，2023，28（4）：46-54.

[15]
王建强. 鄂尔多斯盆地南部中新生代演化—改造及盆山耦合关系［D］.西安：西北大学，2010.

WANG J Q. Mesozoic-Cenozoic Basin Evolution-Reforming and Basin-Mountain Coupling in Southern Ordos Basin［D］.Xi’an：Northwest University，2010.

[16]
杨哲翰. 鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7段古地貌特征及对砂体的控制作用［D］.荆州：长江大学， 2023.

YANG Z H. Paleogeomorphic Characteristics and Its Control on Sand Bodies of Chang 7 Member of Triassic Yanchang Formation in Ordos Basin［D］.Jingzhou：Yangtze University，2023.

[17]
中国石油地质志总编纂委员会. 中国石油地质志（卷十五·鄂尔多斯油气区）［M］. 第二版.北京：石油工业出版社，1996：93-96.

Editorial Committee for the Compilation of Petroleum Geology of China （General Editor）. Petroleum Geology of China （Volume 15·Ordos Basin Region）［M］.Second Edition.Beijing：Petroleum Industry Press， 1996： 93-96.

[18]
林森虎， 袁选俊， 杨智， 等. 陆相页岩与泥岩特征对比及其意义： 以鄂尔多斯盆地延长组7段为例［J］.石油与天然气地质， 2017， 38（3）： 517-523.

LIN S H， YUAN X J， YANG Z， et al. Comparative study on lacustrine shale and mudstone and its significance： A case from the 7th member of Yanchang Formation in the Ordos Basin［J］. Oil & Gas Geology， 2017， 38（3）： 517-523.

[19]
刘国恒，黄志龙，姜振学，等 . 鄂尔多斯盆地延长组湖相页岩纹层发育特及储集意义［J］.天然气地球科学，2015，26（3）：408-417.

LIU G H，HUANG Z L，JIANG Z X，et al. The characteristic and reservoir significance of lamina in shale from Yanchang Formation of Ordos Basin［J］ Natural Gas Geoscience，2015，26（3）：408-417.

[20]
付金华， 李士祥， 郭芪恒， 等.鄂尔多斯盆地陆相页岩油富集条件及有利区优选［J］.石油学报， 2022， 43（12）：1702-1716.

FU J H， LI S X， GUO Q H，et al. Enrichment conditions and favorable area optimization of continental shale oil in Ordos Basin［J］. Acta Petrolei Sinica， 2022， 43（12）：1702-1716.

[21]
INGRAM R L. Terminology for the thickness of stratification and parting units in sedimentary rocks［J］.GSA Bulletin，1954， 65（9）：937-938.

[22]
CAMPBELL C V. Lamina，laminaset，bed and bedset［J］.Sedimentology，1967，8（1）：7-26.

[23]
NESBITT H W， YOUNG G M. Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites［J］. Nature， 1982， 299（5885）： 715-717.

[24]
FEDO C M， WAYNE NESBITT H， YOUNG G M. Unraveling the effects of potassium metasomatism in sedimentary rocks and paleosols， with implications for paleoweathering conditions and provenance［J］. Geology， 1995， 23（10）： 921-924.

[25]
冯连君， 储雪蕾， 张启锐， 等.化学蚀变指数（CIA）及其在新元古代碎屑岩中的应用［J］.地学前缘， 2003， 10（4）：539-544.

FENG L J， CHU X L， ZHANG Q R， et al. Chemical index of alteration （CIA） and its application in Neoproterozoic clastic rocks［J］. Earth Science Frontiers， 2003， 10（4）： 539-544.

[26]
莱尔曼A， 王苏民. 湖泊的化学地质学和物理学［M］. 北京： 地质出版社， 1989： 180-183.

LERMAN A， WANG S M. Chemical Geology and Physics of Lakes［M］.Beijing：Geological Publishing House，1989：180-183.

[27]
范玉海， 屈红军， 王辉， 等.微量元素分析在判别沉积介质环境中的应用——以鄂尔多斯盆地西部中区晚三叠世为例［J］.中国地质， 2012， 39（2）：382-389.

FAN Y H， QU H J， WANG H， et al. Application of trace element analysis in distinguishing sedimentary medium environments： a case study of the Late Triassic in the central-western Ordos Basin［J］. Chinese Geology， 2012， 39（2）： 382-389.

[28]
SCHOEPFER S D， SHEN J， WEI H， et al. Total organic carbon， organic phosphorus，and biogenic barium fluxes as proxies for paleomarine productivity［J］.Earth-Science Reviews， 2015， 149： 23-52.

[29]
TRIBOVILLARD N， ALGEO T J， LYONS T， et al. Trace metals as paleoredox and paleoproductivity proxies：An update［J］. Chemical Geology， 2006， 232（1-2）： 12-32.

[30]
CALVERT S E， PEDERSEN T F. Geochemistry of recent oxic and anoxic marine sediments： implications for the geological record［J］. Marine Geology， 1993， 113（1-2）： 67-88.

[31]
ALGEO T J， MORFORD J， CRUSE A. New applications of trace metals as proxies in marine paleoenvironments［J］. Chemical Geology， 2012， 306： 160-164.

[32]
邱欣卫， 刘池洋， 毛光周， 等. 鄂尔多斯盆地延长组火山灰沉积物岩石地球化学特征［J］. 地球科学，2011， 36（1）：139-150.

QIU X W，LIU C Y，MAO G Z，et al.Petrological-geochemical characteristics of volcanic ash sediments in Yanchang Formation in Ordos Basin［J］.Chemical Geology，2011，36（1）：139-150.

[33]
张天兵， 王建强， 韩鹏， 等. 鄂尔多斯盆地南部凝灰岩地质特征及其对构造体制转换的制约［J］. 地质通报， 2023， 42（7）：1082-1097.

ZHANG T B， WANG J Q， HAN P，et al. Geogical characteristics of tuffs and its constraints on the tectonic regimes transformation in the southern Ordos Basin［J］. Geological Bulletin of China， 2023，42（7）：1082-1097.

[34]
DUGGEN S， OLGUN N， CROOT P， et al. The role of airborne volcanic ash for the surface ocean biogeochemical iron-cycle：A review［J］. Biogeosciences， 2010， 7（3）： 827-844.

[35]
MICHALET R. Ecological Responses to the 1980 Eruption of Mount St Helens［J］. Mountain Research and Development， 2007， 27（1）： 98-99.

[36]
LIU Q， LI P， JIN Z， et al. Preservation of organic matter in shale linked to bacterial sulfate reduction （BSR） and volcanic activity under marine and lacustrine depositional environments［J］. Marine and Petroleum Geology， 2021， 127： 104950.

[37]
蒋文琦， 冯有良， 邹才能， 等. 鄂尔多斯盆地陇东地区延长组长73亚段细粒重力流沉积特征及其主要影响因素［J］. 地球科学， 2025， 50（6）：2209-2226.

JIANG W Q， FENG Y L， ZOU C N， et al. Depositional character and influencing factors of fine-grained gravity flow of Chang 73 submember in Longdong area of Ordos Basin［J］. Earth Science， 2025， 50（6）：2209-2226.

[38]
付金华，赵会涛，董国栋，等.鄂尔多斯盆地新领域油气勘探发现与前景展望［J］.天然气地球科学，2023，34（8）：1289-1304.

FU J H， ZHAO H T， DONG G D， et al. Discovery and prospect of oil and gas exploration in new areas of Ordos Basin［J］. Natural Gas Geoscience， 2023， 34（8）：1289-1304.

[39]
ZOU C N， WANG L， LI Y， et al. Deep-lacustrine transformation of sandy debrites into turbidites，Upper Triassic，Central China［J］. Sedimentary Geology， 2012， 265-266：143-155.

Options
Outlines

/

〈 〉

陇ICP备2021001824号-7　 甘公网安备 62010202000678号
Copyright © Natural Gas Geoscience, All Rights Reserved.
Tel: (0931)8277790　
E-mail：geogas@lzb.ac.cn
Total visitors:　 Visitors of today: 　 Now online:
Powered by Beijing Magtech Co. Ltd,.