Natural Gas Geoscience >

2026 , Vol. 37 >Issue 3: 542 - 557

DOI: https://doi.org/10.11764/j.issn.1672-1926.2026.01.007

The geochemical differences in the elements of typical shale oil reservoirs of the second member of Funing Formation in Qintong Sag of northern Jiangsu Basin and its effects on shale oil enrichment

  • Zhenkai HUANG , 1, 2 ,
  • Xiaoyu LIU 1, 2 ,
  • Ling ZAN 3 ,
  • Wenjie XIAO 4 ,
  • Zhigao JIANG 3 ,
  • Jiangna FU 4 ,
  • Maowen LI 1, 2
Expand
  • 1. State Key Laboratory of Shale Oil and Gas Enrichment Mechanisms and Effective Development，Beijing 102200，China
  • 2. Petroleum Exploration and Production Research Institute，SINOPEC，Beijing 102200，China
  • 3. SINOPEC East China Oil & Gas Company，Nanjing 210000，China
  • 4. SINOPEC Henan Oilfield Company，Nanyang 473000，China

Received date: 2025-07-18

  Revised date: 2026-01-16

  Online published: 2026-02-03

Supported by

The National Natural Science Foundation of China General Program(42272142)

the Major Program of the National Natural Science Foundation of China(42090022)

the Project of the Science and Technology Department of SINOPEC(P23190)

Fold

Abstract

The second member of Funing Formation in the Qintong Depression in the northern Jiangsu Basin has good prospects for shale oil exploration， but there are obvious differences in shale oil production capacity between its different sub-sections. The differences in the geochemical characteristics of their paleoenvironmental elements are revealed through the content or ratios of elements such as Mg， Al， Si， S， Ca， Fe， Cu， Mn， Ti， Ba， V， Ni， Rb and Sr， etc. The paleoproductivity of the lake basin in the Fu-2 Member gradually increases from submembers I to IV， while the paleowater temperature gradually decreases. Although the four sub-members were deposited under deep water， oxygen-poor reducing environment under saline conditions， there was a trend of gradually increasing water depth， enhanced reducing conditions， and freshening of the water from submember I to IV. These changes in the paleoenvironment led to differences in the lithology of mud shale. Additionally， the paleo-climate also changes from arid to a semi-arid. Changes in the paleoenvironment lead to differences in shale lithologies. The difference in autogenerated silicon content reveals that the clay mineral content of shale gradually increases from sub-member I to IV， and the engineering compressibility gradually becomes worse. It is inferred from the difference in quartz content that the effect of hydrothermal activity on the second member of Funing Formation may be ended in the sub-member III. In addition， minerals such as anhydrite， zeolite， barite， etc. formed by hydrothermal activities can form a favorable “self-sealing” system with the overpressure of the formation， which plays a key role in the preservation and enrichment of shale oil.

Key words： Subei Basin; Qintong Sag; Shale oil; Elemental geochemistry; Enrichment

Cite this article

Zhenkai HUANG , Xiaoyu LIU , Ling ZAN , Wenjie XIAO , Zhigao JIANG , Jiangna FU , Maowen LI . The geochemical differences in the elements of typical shale oil reservoirs of the second member of Funing Formation in Qintong Sag of northern Jiangsu Basin and its effects on shale oil enrichment[J]. Natural Gas Geoscience, 2026 , 37(3) : 542 -557 . DOI: 10.11764/j.issn.1672-1926.2026.01.007

0 引言

近些年来，苏北盆地的溱潼凹陷阜宁组二段（简称“阜二段”，下同）陆相页岩油的勘探与开发取得了重要的进展与突破。SD1井累计产油已经超过1.0×104 t，QY1井累计产油超过1.7×104 t，之后的QY2HF井更是以日产油113.1 t成为苏北盆地首口百吨井［1］。资源潜力的评估显示，该区阜二段页岩油的有利区面积为420 km2，资源量为2.95×108 t［2-3］。上述成果表明，该区阜二段泥页岩层系具有良好的陆相页岩油资源前景和勘探潜力。
阜二段泥页岩层系自下而上分为Ⅰ—Ⅴ共5个亚段，不同学者对阜二段页岩油储层开展了系统的研究工作，涵盖了有机地球化学特征［2-4］、储集空间特征［5］、裂缝的发育及分布特征［6］、有利岩性组合类型［7］、测井响应特征［8］等方面的研究工作。上述研究工作的核心观点认为阜二段的Ⅰ—Ⅲ亚段为页岩油的有利层段，主要特征表现为Ⅰ—Ⅴ亚段脆性矿物含量逐渐降低，含油性逐渐变差。但是前人的研究工作中并没有明确是什么原因导致阜二段矿物含量产生明显差异及其对于含油性的影响。因此，本文从元素地球化学的角度出发，探讨阜二段泥页岩层系不同亚段的古环境元素地球化学特征的差异性，以及在不同古环境条件下形成的典型泥页岩储层岩石学特征及其对含油性的影响机制。该项研究工作的开展对于揭示阜二段泥页岩层系中页岩油的有利层段和分布区域的评价工作具有重要意义。

1 地质概况

溱潼凹陷位于苏北盆地的东南部，自东向西分别为斜坡带、深凹带和断阶带等3个构造带，面积约为1 100 km2，该地区的阜宁组烃源岩主要为阜宁组二段、四段（图1），其中阜二段为主力烃源岩层系。埋深大于3 500 m的阜二段泥页岩所处的深凹带热演化程度属于中高成熟度，R O值分布在0.9%~1.1%之间，是当前页岩油勘探开发的主要靶区。深凹带内除中部地区构造相对稳定外，其东部和西部地区均为构造复杂区，断层较为发育，断块型页岩油藏相对较多。沉积特征方面，阜二段泥页岩层系主要以深湖—半深湖相沉积为主，其中TOC>0.5%的暗色泥页岩厚度介于200~400 m之间，阜二段泥页岩层系自下而上分为5个亚段（即Ⅰ—Ⅴ亚段），岩性由灰黑色层状—纹层长英质—灰质混积页岩、层状—纹层状灰质页岩向暗色块状灰质（含灰）泥岩过渡，其主要矿物包含了长英质、黏土质和灰质等3类。受取心数量的限制（QY井重点取心分布在Ⅰ—Ⅳ亚段），本文将重点针对上述4个亚段开展讨论。
图1 苏北盆地溱潼凹陷阜二段构造分区（a）及样品采集分布图（b）（据文献［2-3］修改）

Fig. 1 Structural division （a） and sample collection distribution map （b） of the Fuyang Formation in the Qintong Sag， Subei Basin （modified from Refs.［2-3］）

2 样品与实验条件

本文在研究过程中选取QY1井阜二段Ⅰ—Ⅳ亚段不同岩性类型样品共18块（图1），开展岩石薄片、主微量元素、矿物类型与定量、岩石热解及总有机碳、岩石物性分析。 岩石主微量元素的原位微区分析使用布鲁克M4 TORNADO PLUS型微区X射线荧光光谱分析仪（μXRF）完成，该型设备对于岩石样品的多次测量结果之间的最大偏差不超过0.1%，具有良好的数据重复性和一致性。
古环境元素地球化学指标分析采用X射线荧光光谱分析仪（μXRF）原位面扫描。分析过程中设定分析电压为50 kV，分析电流为600 μA，分析束斑为20 μm，分析步长为20 μm，单点驻留分析时间为15 ms，使用Rh靶对Mg、Al、Si、S、Ca、Fe、Cu、Mn 、Ti、Ba、V、Ni、Rb、Sr等元素信号进行接收。为确保不同样品之间的元素数据在统计分析中具有可比性，所有样品的元素数据均进行了归一化处理，以消除实验误差和量纲差异对结果的影响。
储层岩石学特征分析采用M4 TORNADO PLUS型微区X射线荧光光谱分析仪（μXRF）原位线扫描分析和J8230型电子探针分析共同完成。其中μXRF原位线扫描分析（实验条件同上）重点关注Al、Si、Ti这3种元素，在线分析路径上以20 μm为步长，可获得大量的元素数据点。电子探针实验过程中设定分析电压为15 kV，分析电流为90 nA，分析束斑为500 nm，分析步长为1 μm，单点驻留分析时间为10 ms。EDS能谱分析过程中，能谱仪在15 kV条件下对样品进行能谱数据采集。
热解及总有机碳、岩石物性等实验分析均遵照国家标准《岩石热解分析》（GB/T 18602—2012）、国家标准《沉积岩中总有机碳的测定》（GB/T 19145—2022）、天然气行业标准《覆压下岩石孔隙度和渗透率的测定方法》（SY/T 6385—2016）执行。
上述实验分析工作均在页岩油气富集机理与高效开发全国重点实验室完成。

3 不同亚段古环境元素地球化学指标的差异性

3.1　古生产力

在陆相湖泊沉积环境中，Al/Ti值及S、Ba的含量与湖泊的生产力密切相关［9-11］。高的Al/Ti值和低的S、Ba百分含量指示着湖泊水体的富营养化，有利于微生物的生长，从而促进有机质的保存和富集。这里需要注意的是，Ba元素在水体中主要以BaSO4（重晶石）的形式存在，其形成与有机质的分解具有重要关系［12］，而Ba元素又来源于陆源铝硅酸盐（陆源Ba）和生源硫酸钡晶体（即生源Ba）2种途径［13-15］，只有生源Ba才能有效反映湖泊水体的古生产力。因此本文中利用实测的总Ba含量减去陆源Ba即可得到生源Ba的准确含量，其计算公式为：
Ba生源=Ba样品-Ti样品×(Ba/Ti)PAAS
式中：Ti样品×（Ba/Ti）PAAS代表陆源Ba的含量［16］。
阜二段泥页岩Ⅰ—Ⅳ亚段Al/Ti的平均值分别为16.85、15.01、19.85及24.64，总体呈现逐渐升高的趋势（图2）。S元素的含量平均值分别为2.10%、2.59%、1.25%及0.77%，Ba生源元素的含量平均值分别为0.12%、0.12%、0.10%及0.05%（图2），2种元素的百分含量总体呈现逐渐降低的趋势。高的Al/Ti值和低的S、Ba生源含量与TOC含量趋势完全一致，这也反映出阜二段泥页岩Ⅰ—Ⅳ亚段形成时的水体古生产力是逐渐增强的，成烃生物大量勃发，在这种条件下形成的泥页岩呈现出Ⅰ—Ⅳ亚段有机质丰度逐渐升高的特征。
图2 S元素、Ba元素、TOC含量及Al/Ti值随深度的变化规律

Fig.2 Variation patterns of S element， Ba element， TOC content， and Al/Ti ratio with depth

3.2　古氧化还原条件

缺氧还原环境是沉积有机质富集的关键因素之一［17］。湖泊中V和Ni元素因水体中氧化还原条件的变化会产生一定的分异，这2种元素在富氧氧化环境的水体中很难保存，但在缺氧还原环境的水体中容易得到有效保存［18］。因此V/（V+Ni）值常用作反映水体古氧化还原条件的重要指标。通常情况下该比值大于0.84，则指示缺氧还原环境；比值介于0.6~0.84之间，则指示贫氧还原环境；比值小于0.6，则指示氧化环境［19-22］。阜二段泥页岩Ⅰ—Ⅳ亚段的V/（V+Ni）值的平均值分别为0.88、0.88、0.94及0.97（图3，表1）。从Ⅰ—Ⅳ亚段的V/（V+Ni）比值来看，4个亚段的泥页岩在形成过程中均处在贫氧还原环境之中，但Ⅰ—Ⅳ亚段的水体还原性逐渐增强，这也使得大量的成烃生物在死亡后能够得到有效的保存，为烃类资源的形成奠定了良好的物质基础。
图3 V/（V+Ni）值随深度的变化规律

Fig.3 The variation pattern of the V/（V+Ni） ratio with depth

表1 古生产力、氧化还原及水温参数

Table 1 Table of ancient productivity, redox, and water temperature parameters

层段 古生产力参数 古氧化还原环境参数 古水温参数
S/% Ba/% Al/Ti TOC/% V/（V+Ni） Rb/Sr Mg/Ca
Ⅳ亚段 0.42 ~ 1.69 0.77 0.04 ~ 0.09 0.05 18.59 ~ 29.55 24.65 2.04 ~ 2.66 2.29 0.91 ~ 1.00 0.97 0.13 ~ 0.18 0.15 0.05 ~ 0.28 0.15
Ⅲ亚段 0.39 ~ 2.10 1.25 0.09 ~ 0.11 0.10 16.17 ~ 23.53 19.85 0.45 ~ 1.06 0.755 0.91 ~ 0.98 0.94 0.13 ~ 0.16 0.15 0.06 ~ 0.18 0.12
Ⅱ亚段 1.17 ~ 4.06 2.59 0.08 ~ 0.20 0.12 12.77 ~ 18.90 15.01 0.90 ~ 2.50 1.38 0.83 ~ 0.94 0.88 0.14 ~ 0.19 0.16 0.13 ~ 0.22 0.18
Ⅰ亚段 1.31 ~ 3.19 2.10 0.10 ~ 0.15 0.12 13.32 ~ 21.16 16.85 0.87 ~ 1.24 1.06 0.82 ~ 0.91 0.88 0.11 ~ 0.15 0.13 0.16 ~ 0.32 0.23

注：以Ⅳ亚段S元素为例， 0.42 ~ 1.69 0.77= 最小 值 — 最大 值 平均 值

3.3　古水温

古水温是揭示湖泊古生产力和有机质保存效率的关键指标［14，16］。湖泊在干旱条件下，水体蒸发强度大，导致水体温度升高，且由于自然条件下的降雨量减少，这就导致沉积物中的Rb/Sr值降低。相反，如果湖泊在湿润的气候条件下，水体蒸发强度相对较弱，水体温度相对较低，使得沉积物中的Rb/Sr值升高［23-24］。此外，Mg/Ca值也是常用来推断古水温的重要指标，在含有碳酸盐的沉积物中，Mg/Ca值与水温呈线性正相关关系，即随着水温升高，Mg/Ca值增大［25-26］。阜二段Ⅰ—Ⅳ亚段泥页岩的Rb/Sr值的平均值分别为0.13、0.16、0.15及0.15；Mg/Ca值的平均值分别为0.23、0.18、0.12及0.15（图4，表1）。Ⅰ—Ⅳ亚段泥页岩的Rb/Sr值逐渐升高，Mg/Ca值逐渐降低，均指示了4个亚段泥页岩在形成时所处的湖泊水体温度逐渐降低的过程，当然这2个指标的变化也从侧面反映出4个亚段在沉积时湖泊经历了由干旱向湿润（或半干旱）转变的气候变化，这也会导致阜二段上部更加可能出现厚层块状泥岩这类岩性。
图4 Rb/Sr及Mg/Ca值随深度的变化规律

Fig.4 The variation patterns of Rb/Sr and Mg/Ca ratios with depth

3.4　古气候

古气候条件的变化会直接影响陆源碎屑对湖泊的供给、水体的氧化还原环境及初级生产力［15-16］。Sr/Cu值是研究沉积环境和古气候变化的重要参数，其原理基于不同元素在不同气候条件下的赋存特征差异。这些指标通过反映沉积物中元素的相对丰度变化，揭示了古气候的干湿程度［27-28］。Sr（锶）属于喜干型元素，而Cu（铜）属于喜湿型元素，因此Sr/Cu值的变化能够灵敏地反映古气候条件。以往的研究表明［29-30］，湖相沉积物中Sr/Cu值小于1.3时，指示了温暖潮湿气候；当比值介于1.3~5之间时，指示了温暖湿热气候；当比值大于5时，指示了干旱炎热气候。阜二段Ⅰ—Ⅳ亚段泥页岩的Sr/Cu值的平均值分别为8.99、9.29、14.48及13.21（图5，表2）。4个亚段的Sr/Cu值均大于5，反映出上述层段在沉积时均处于干旱的气候条件，结合前文的Rb/Sr值与Mg/Ca值的变化规律来看，Ⅰ—Ⅳ亚段泥页岩形成时的古气候应该是由干旱逐渐变为半干旱气候。在干旱条件下，湖泊水位降低，有机质相对容易被氧化分解并且湖泊周围植物的生长受限，进而导致陆源碎屑的供给减少，使得湖泊生产力降低。相反，随着气候的逐渐湿润，湖泊水位升高，有机质的保存效率显著增加，促使湖泊生产力逐渐增加，这与Ⅰ—Ⅳ亚段泥页岩TOC含量逐渐升高的规律完全一致。
图5 Sr/Cu值随深度的变化规律

Fig.5 Variation pattern of Sr/Cu ratio with depth

表2 古气候、水体盐度及水深参数

Table 2 Table of paleoclimate, water salinity, and water depth parameters

层段 古气候参数 古水体盐度参数 古水深参数
Sr/Cu Ca/（Ca+Fe） Sr/Ba Sr/Ca/（×100） Fe/Mn （Al+Fe）/（Ca+Mg）
Ⅳ亚段 7.29 ~ 16.78 13.21 0.65 ~ 0.90 0.81 0.48 ~ 0.56 0.51 0.23 ~ 0.53 0.34 19.34 ~ 34.81 26.42 1.12 ~ 1.99 1.51
Ⅲ亚段 13.70 ~ 15.28 14.49 0.81 ~ 0.86 0.83 0.43 ~ 0.83 0.63 0.35 ~ 0.75 0.55 17.83 ~ 48.65 33.24 1.40 ~ 1.54 1.47
Ⅱ亚段 8.18 ~ 12.24 9.29 0.63 ~ 0.78 0.68 0.50 ~ 0.96 0.74 0.39 ~ 0.70 0.58 43.09 ~ 79.31 63.29 0.90 ~ 1.34 1.18
Ⅰ亚段 7.21 ~ 10.84 8.99 0.65 ~ 0.91 0.78 0.71 ~ 0.87 0.79 0.42 ~ 0.71 0.61 21.48 ~ 69.14 43.13 0.35 ~ 1.22 0.77

注： 7.29 ~ 16.78 13.21= 最小 值 — 最大 值 平均 值

3.5　古水体盐度

湖泊中水体的盐度直接影响了有机质的保存效率，因此其也是评价沉积有机质富集的重要参数之一［16，18］。目前常用于判断古水体盐度的元素指标有Sr/Ba值、Sr/Ca值及Ca/（Ca+Fe）值。当湖泊水体盐度开始升高时，Ba元素优先以BaSO4的形成沉淀下来，盐度持续升高，Sr元素开始逐渐沉淀。通常情况下，Sr/Ba值介于0.6~1之间指示半咸水环境，Sr/Ba值小于0.6指示淡水环境。Sr/Ca的高值代表湖泊水体较咸，低值代表水体较淡［31-32］。 FISHER等［33］通过对现代河流的分析确定了Ca/（Ca+Fe）值也可以用于判断水体盐度，一般Ca/（Ca+Fe）<0.4为淡水环境，Ca/（Ca+Fe）>0.6为咸水［34］。阜二段Ⅰ—Ⅳ亚段泥页岩的Ca/（Ca+Fe）值的平均值分别0.78、0.68、0.83及0.81。Sr/Ba值的平均值分别为0.79、0.74、0.63及0.51。Sr/Ca的实际值相对较低，因此数据处理时对数据均乘100，处理后的平均值分别为0.61、0.58、0.55及0.34（图6，表2）。Ca/（Ca+Fe）值显示出阜二段Ⅰ—Ⅳ亚段泥页岩整体属于咸水环境，Sr/Ba和Sr/Ca值显示出Ⅰ—Ⅳ亚段水体盐度具有相对变淡的趋势，这也会使得地层中自下而上出现层状—纹层状泥页岩的概率逐渐降低，厚层块状泥岩出现的概率逐渐升高［35］。
图6 Ca/（Ca+Fe）、Sr/Ba、Sr/Ca值随深度的变化规律

Fig.6 The variation patterns of Ca/（Ca+Fe）， Sr/Ba， and Sr/Ca ratios with depth

3.6　古水深

古水深是分析不同盆地沉积特征、环境变化以及生态系统的重要指标之一［19，22］。目前常用于研究古水深的指标有Fe/Mn 和（Al+Fe）/（Ca+Mg） ，前者是由于这2个元素在水体中相对容易迁移，容易在水体中发生沉淀或发生氧化还原反应，因此Fe与Mn的比值可以用来反映湖泊的水体深浅［36-37］。因碳酸盐中富含Ca和Mg，陆源碎屑中富含Fe和Al，当湖泊水体升高，碳酸盐含量会发生沉淀，进而导致（Al+Fe）/（Ca+Mg）值降低，因此（Al+Fe）/（Ca+Mg）值高低也可反映湖泊水体深度［21］，通常情况下Fe/Mn<30，（Al+Fe）/（Ca+Mg）<2.5表示深湖；Fe/Mn值介于30~40之间，（Al+Fe）/（Ca+Mg）值介于2.5~5之间表示半深湖；Fe/Mn>40，（Al+Fe）/（Ca+Mg）>5表示滨浅湖。阜二段Ⅰ—Ⅳ亚段泥页岩的（Al+Fe）/（Ca+Mg）值的平均值分别为0.77、1.18、1.47及1.51；Fe/Mn值的平均值分别为63.13、63.29、40.74及26.42（图7，表2）。从（Al+Fe）/（Ca+Mg）值来看Ⅰ—Ⅳ亚段泥页岩整体属于深湖沉积，结合Fe/Mn值分布来看，虽然4个亚段都属于深湖沉积，但是Ⅰ—Ⅳ亚段的水体深度由浅变深的趋势，在这种条件下形成的岩石类型与前文认识一致。
图7 Fe/Mn、（Al+Fe）/（Ca+Mg）值随深度的变化规律

Fig.7 The variation patterns of Fe/Mn and （Al+Fe）/（Ca+Mg） ratios with depth

4 典型页岩油储层岩石学特征的差异性

对于页岩油储层来讲，不同的古气候条件下除保存了生油母质外，其形成的岩石类型对于页岩油形成后的储集保存也具有至关重要的影响。如图8所示，研究区内Ⅰ—Ⅳ亚段泥页岩岩性分别以层状—纹层状长英质—灰质混积页岩、层状—纹层状长英质页岩、块状灰质（含灰）泥岩为主，通过岩心手标本及岩石薄片观察发现，自下而上最为明显的差异表现为泥页岩中石英类矿物含量逐渐降低，黏土矿物含量明显增多，这反映出Ⅰ—Ⅳ亚段泥页岩在形成过程中矿物的来源和成因具有明显的差异性。石英的硅质来源可以分为内源自生硅和外源的陆源碎屑硅，研究表明内源自生硅含量多的泥页岩一般具有较好的脆性，相反陆源碎屑硅含量多的泥页岩脆性较差［38-39］，因此自生硅和陆源碎屑硅的有效识别与分析对于阜二段泥页岩油储层评价具有重要意义。
图8 QY1井不同亚段典型泥页岩的岩石学特征

注：A号样品，3 925.69 m，泥质粉砂岩，A1—A2中见介壳化石，砂泥互层明显；B号样品，3 804.99 m，泥质粉砂岩，B1—B2中砂质条带变形明显；C号样品，3 765.97 m，粉砂质页岩，C1—C2砂质含量显著降低，但仍具有变形结构；D号样品，3 710.27 m，泥页岩，D1—D2中主要以泥质为主，未见砂质与层状结构

Fig. 8 Petrological characteristics of typical shale in different sub-sections of Well QY1

对图8中4块典型样品进行原位μXRF线扫描分析后获得Al、Si、Ti元素的百分含量（图3中红色箭头为线扫描分析位置），在泥页岩中Al元素在黏土矿物中含量较高，因此，通常用来代表黏土矿物含量的指标，Ti元素具有良好的化学稳定性，形成可溶化合物的难度较大，因此其通常用来代表陆源碎屑含量的指标。因此，可以通过Si—Al的含量关系来判断硅是来自于黏土矿物还是石英，通过Si—Ti的含量关系来判断硅是来自于内部自生还是来自陆源碎屑［40］。
前人［41-42］对泥页岩中不同类型黏土矿物中的Al/Si值的范围进行了系统研究，其中高岭石为0.85~0.9，伊利石为0.42~0.68［43-44］，蒙脱石为0.19~0.37［45-48］，绿泥石为0.09~0.66［49-50］。此外，针对硅元素是否来源于陆源碎屑，国内外的相关研究表明［51-55］，陆源碎屑中的Ti/Si值范围主要在0.003~0.025之间。
基于前人研究，建立了反映硅来源的判别图版（图9），其中蓝色虚线的区域为黏土矿物区，红色虚线的区域为陆源碎屑区。如Al/Si值在黏土矿物区内，则反映硅主要来源于黏土矿物而非石英。如Ti/Si值在陆源碎屑内，则反映硅主要来源于陆源碎屑而非自生硅。通过Ⅰ—Ⅳ亚段泥页岩的Si—Al、Si—Ti的含量关系来看，自下至上整体呈现为自生硅呈现出逐渐降低的趋势，按照前人的研究认识来看，Ⅰ—Ⅳ亚段泥页岩层段的脆性逐渐变差。
图9 QY1井硅、铝、钛元素关系

Fig.9 Relationship diagram of silicon， aluminum， and titanium elements in Well QY1

自生硅包含以石英为主的胶结石英、生物石英和黏土矿物转化形成的石英或热液活动形成的硅，上述不同类型的自生硅也反映了地层沉积时经历的地质过程。Ⅰ—Ⅳ亚段的A—C号3个样品的砂质条带中均见到了石英，颗粒大小、形态均较为均匀，但砂质条带的整体分布并不均匀，呈现出一种“波浪状”“条带刺穿状”。
通过电子探针对A—C这3个样品黄色框部位的分析发现，具有含有Ba和S元素的重晶石（已用能谱进行验证），含有Mg和Ca元素的白云石、方解石及少量磷灰石（CaPO4），含有K、Na、Si、P这4个元素的钾长石、钠长石、石英和磷灰石。从元素的平面分布和接触关系来看，A—C这3个样品中的主矿物均为石英、钾长石和钠长石，上述矿物颗粒之间充填有重晶石（即BaSO4）、磷灰石、白云石和方解石，且A—C（也就是Ⅰ—Ⅲ亚段）重晶石含量逐渐减少。
对比岩石薄片和电子探针结果［图10（d），图10（e），图10（h）］，研究发现，A号样品中介壳的主要成分为白云石和方解石，且介壳内部充填了石英，B号和C号样品也均有该特点（图10—图12）。上述矿物组合的存在（重晶石+磷灰石）及其他矿物的伴生组合关系证明阜二段A—C这3个样品（分别对应图8中A—C这3个样品）所在的Ⅰ—Ⅲ亚段曾受到火山热液活动的影响，D号样品所在地层的岩心观察中没有见到上述类似矿物组合，因此综合上述矿物类型、组合及含量，推测QY1井虽然受到了火山热液活动的影响，但其影响可能具有一定的局限性，火山热液活动对阜二段泥页岩层系的影响范围可能到Ⅲ亚段截止。热液活动能够为泥页岩层系提供额外的热能，起到催熟生烃的作用［55-56］，此外还会通过牵引流作用，使地层中产生微细裂缝［57］，这为Ⅰ—Ⅲ亚段页岩油的形成、保存和运移提供了有利的地质条件。
图10 QY1井Ⅰ亚段重晶石发育处的伴生矿物元素分布

（a）样品A显微照片；（b）Ba元素平面分布；（c）S元素平面分布；（b）和（c）具有共同分布特征的为重晶石；（d）Mg元素平面分布；（e）Ca元素平面分布；（d）和（e）具有共同分布特征的为白云石，不具共同分布特征的主要为方解石；（f）K元素平面分布，主要代表钾长石；（g）钠元素平面分布，主要代表钠长石；（h）Si元素平面分布主要代表石英；（i）P元素平面分布；（i）和（e）具有共同分布特征的为磷灰石；（j）重晶石能谱特征

Fig. 10 Distribution map of associated mineral elements at the barite development site in sub-section I of Well QY1

图11 QY1井Ⅱ亚段重晶石发育处的伴生矿物元素分布

（a）样品B显微照片；（b）Ba元素平面分布；（c）S元素平面分布；（b）和（c）具有共同分布特征的为重晶石；（d）Mg元素平面分布；（e）Ca元素平面分布；（d）和（e）具有共同分布特征的为白云石，不具共同分布特征的主要为方解石；（f）K元素平面分布，主要代表钾长石；（g）钠元素平面分布，主要代表钠长石；（h）Si元素平面分布主要代表石英；（i）P元素平面分布；（i）和（e）具有共同分布特征的为磷灰石；（j）重晶石能谱特征

Fig. 11 Distribution map of associated mineral elements at the barite development site in sub-section Ⅱ of Well QY1

图12 QY1井Ⅲ亚段重晶石发育处的伴生矿物元素分布

（a）样品C显微照片；（b）Ba元素平面分布；（c）S元素平面分布；（b）和（c）具有共同分布特征的为重晶石；（d）Mg元素平面分布；（e）Ca元素平面分布；（d）和（e）具有共同分布特征的为白云石，不具共同分布特征的主要为方解石；（f）K元素平面分布，主要代表钾长石；（g）钠元素平面分布，主要代表钠长石；（h）Si元素平面分布主要代表石英；（i）P元素平面分布；（i）和（e）具有共同分布特征的为磷灰石；（j）重晶石能谱特征

Fig. 12 Distribution map of associated mineral elements at the barite development site in Sub-section Ⅲ of Well QY1

5 不同亚段矿物组成的差异性对于页岩油富集的影响

评价页岩油储层含油性的重要指标包含游离烃含量（S 1）和含油饱和度指数（OSI），研究区内阜二段Ⅰ—Ⅳ亚段的S 1和OSI呈现出“三段式”高峰（图13），其中Ⅰ亚段S 1值平均为2.33 mg/g岩石，OSI平均为190 mg/gTOC；Ⅱ亚段S 1值平均为2.36 mg/g岩石，OSI平均为170 mg/gTOC；Ⅲ亚段S 1值平均为2.03 mg/g岩石，OSI平均为135 mg/gTOC；Ⅳ亚段S 1值平均为1.95 mg/g岩石，OSI平均为76 mg/gTOC。总体来讲，4个亚段中的Ⅰ—Ⅲ亚段无论是游离烃含量还是含油饱和度指数都是非常高的，只有Ⅳ亚段相对较低。2个参数的“三段式”高峰所对应的“三段式”低谷基本上都在每个亚段的交界处。
图13 QY1井方沸石含量与游离烃和含油饱和度指数的剖面特征

Fig. 13 Section characteristics of anhydrite and analcime content， as well as free hydrocarbon and oil saturation index in Well QY1

而前文重点讨论分析的具有“热液活动现象”的样品也正处在每个亚段的交界处，比对X射线全岩矿物的分析结果后，发现在Ⅰ—Ⅲ亚段发育了2个高方沸石含量段，并且3个亚段中均发育了一定含量的硬石膏。研究表明：在断陷湖盆中方沸石和硬石膏的形成与热液活动密切相关［57-59］。热液活动过程中，热液流体从地层深部向浅部上升过程中，与围岩之间产生交代作用，并释放成矿物质。当热液流体冷却到较低温度过程中，热液自身携带的碱金属离子和铝硅酸盐会结晶成为方沸石［60］。与此同时，热液流体对所在地层起到了快速升温的作用，这也导致地层中的石膏开始快速脱水形成硬石膏［61］，石膏（CaSO4·2H2O）向硬石膏转化（CaSO4）的过程中，石膏释放结合水时其体积将缩小约39%，释放出的自由水会直接导致孔隙流体压力的增加，随着转化的不断进行地层超压不断增强。方沸石和硬石膏的存在对于泥页岩储层的储层物性具有复杂的影响机制，前者在早成岩阶段，方沸石的出现会导致储层物性下降，在成岩阶段其经历溶蚀之后又会形成新的孔隙，但同阶段硬石膏的存在又会以胶结物的形式充填各种类型的孔隙并导致堵塞，这会直接降低岩石的物性。Ⅰ—Ⅲ亚段的泥页岩样品孔隙度没有因为方沸石含量的增加而增加，基本保持在4%~6%之间，并且含有方沸石的样品的覆压渗透率都非常低，多数低于0.000 2×10-3 μm2（图14）。这也使得QY1井中两段高方沸石段可能成为I亚段和II亚段的“顶底板”，进而使得I和II亚段生成的油气得以有效保存。
图14 QY1井方沸石含量与孔隙度（a）和渗透率的关系（b）

Fig.14 Relationship between the analcime content of Well QY1 and porosity（a） and permeability（b）

这里需要说明的是I亚段的底板是阜二段下部紧邻的阜一段低TOC泥岩［3］。相比于I和II亚段，III亚段顶部虽然没有含有方沸石的顶板，但是IV亚段泥页岩层段亦可以成为III亚段的顶板，在地层超压的作用下分别形成3套“自封闭”体系，进而使生成的页岩油资源富集保存下来。

6 结论

（1）通过对苏北盆地溱潼凹陷阜二段Ⅰ—Ⅳ亚段泥页岩开展古环境地球化学特征分析，认为阜二段自下而上呈现出由浅水、高盐度、弱还原、低有机质丰度向深水、低盐度、还原、高有机质丰度转变的沉积过程。
（2）古环境的变化导致形成的泥页岩中矿物组成存在明显差异，表现为Ⅰ—Ⅳ亚段自生硅含量逐渐减少，黏土矿物含量逐渐增加，岩石脆性逐渐变差。特殊地质事件（热液活动）对阜二段脆性矿物（石英等）含量影响明显，且其影响范围可能在Ⅲ亚段截止。
（3）阜二段Ⅰ—Ⅳ亚段热液活动明显的地方均分布了大量的硬石膏和方沸石，方沸石存在的位置泥页岩储层物性较差，可以作为顶底板对油气进行垂向封堵。因此，从垂向上看，阜一段低TOC泥岩和阜二段2段高方沸石含量段及IV亚段泥页岩，具备成为I—III亚段的“顶底板”的条件，形成3套“自封闭”体系进而使得页岩油资源得以有效富集保存。

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