湖相富烃源岩形成的控制因素

通常只有构造成因的大湖能够堆积和保存大量的高产油气沉积物。Katz（1995）认为，陆相盆地沉积中富烃源岩的形成必须具备的基本条件是：①长期非补偿的湖泊沉积条件；②输入沉积物中的有机物的数量和质量；③沉积物中有机质的保存条件及效率。

以断陷盆地为构造背景的湖泊一般经历三个发育阶段，即裂陷初期的湖泊形成期、裂陷加剧的湖泊鼎盛期和裂陷减弱的湖泊萎缩期。本书的前面已经提到，珠江口盆地北部坳陷带的古湖泊演化清楚地显示了这一历程。在湖泊形成期，由于盆地沉降幅度较小，沉积环境往往是水体较浅的滨浅湖，神狐组即为这一时期的产物。真正的非补偿的湖泊沉积条件出现于湖泊鼎盛期，因为这时盆地及其次级构造单元的边界断层系统最为发育，沉降速率较大，使得中深湖沉积环境能够盛行。文昌组大部分沉积于这样的环境。当沉降速率减缓，湖泊进入萎缩期，随着不断的沉积充填，湖泊趋于变浅，滨浅湖发育，逐渐退化为河湖沼泽或湿地沼泽。恩平组属于湖泊萎缩期的沉积。可能成为富烃源岩的暗色泥岩大多形成于湖泊鼎盛期。

在湖泊发育的不同阶段，构造和沉积条件的差异清楚地通过沉积物特征表现出来，但对于富烃源岩形成而言，最具有意义的是沉积过程中输入沉积地点的有机质的数量和质量。沉积有机质的来源可以分为两大类。一类是由湖泊水域内部的水生生物（主要是浮游植物）造就的，属于原地生产的有机质；另一类是来自盆地汇水区及周边陆地所生长的陆生生物（主要是植物），属于异地搬运而至的有机质。因此，湖泊生产力和陆生生物生产量决定了输入沉积地点的有机质的数量和质量。湖泊高生产力，浮游植物繁盛乃至勃发产生大量富氢有机质；适宜的气候导致陆生植物高产，地表径流发育，大量陆源植物质搬运至沉积地点，这些过程为富烃源岩的形成提供了丰厚的物质基础。但是，就有机质性质而言，浮游植物成因的富氢有机质是最有潜力的生烃母质，而陆源植物质主要具有产生天然气的潜力。所以，湖泊高生产力对于富烃源岩形成是至关重要的。

但是，Demaison等（1980）认为单有高生产力的因素尚欠充分。他们提出在水体生产力与沉积物中有机质的数量之间不存在着完全的对应关系。两者的差异被认为是由有机质保存效率所造成的。水体中的有机质，特别是那些较富氢的浮游植物成因的有机质，会在沉积过程中在被埋藏前被细菌呼吸和氧化作用破坏（Talbot等，1989）。因此，贫氧的水体底部是有机质堆积和保存的有利条件，而稳定的水体分层是造成水体底部长期贫氧的最重要因素，从而表明水体分层、水体底部贫氧是富烃源岩形成的控制因素之一。

综上所述，富烃源岩是湖泊发育至一定阶段的产物。裂陷湖泊发育鼎盛期的长期非补偿的沉积条件形成中深湖环境；湖面扩大增加了陆生植物质源区与中深湖沉积地点之间的距离；成熟湖泊的富营养促成水体高生产力，造成丰富的水生有机质物源；较深的湖泊容易维持稳定的水体分层，形成长期贫氧的水体底部环境。所有这些条件使得鼎盛期湖泊的中深湖区域形成了含有较多有利生烃母质的暗色泥岩——湖相富烃源岩。可见，在湖相沉积地层的形成过程中，湖泊生产力和水体底部的贫氧环境是决定沉积物中有机质含量和性质的关键因素，从而成为富烃源岩形成的必要条件。

上述的论断可以通过东营和珠三古湖之间古湖泊学特征的对比进一步加以证实。这一北一南分布的两个古湖分别属于渤海湾盆地和珠江口盆地。在古近纪，渤海湾盆地和珠江口盆地是我国东部最大的湖泊群。它们都是由一系列呈半地堑型式组成的长形盆地。但是，由于所处的地理位置不同，因而影响湖泊系统发展的气候、源区地质等控制因素也明显不同，致使东营和珠三两个古湖泊在沉积学、古生物学和地球化学等方面特征都存在着显著差异。表9-1列举了东营和珠三两个古湖泊诸多方面的对比。

表9-1 古东营湖与古珠三湖沉积和古湖泊学特征对比

由于勘探已经证实东营和珠三都属于富生烃凹陷，因此在表9-1列举的对比中，一系列具有明显差异的古湖泊学特征显然应当被排除在控制富烃源岩形成的关键因素之外。如东营和珠三两个古湖泊之间的最为显著的差异是湖水的矿化度。古东营湖是半咸水—咸水湖，而古珠三湖是淡水湖。那就说明，咸水湖和淡水湖沉积都能够形成富烃源岩。逐一比对这两个湖泊的古湖泊学特征，不难发现二者之间只存在着的不多的共同之处：一是，在这两个古湖的发育演化过程中都有过湖水高生产力阶段，尽管这一阶段持续的时间不尽相同，古东营湖的高生产力阶段为始新世—渐新世，古珠三湖的高生产力阶段属于始新世；二是，这两个古湖的水体都曾有过分层，尽管导致水体分层的因素有所不同，古东营湖水体分层更多是由盐度因素造成的，而引起古珠三湖水体分层的主要因素是温度。显然，东营和珠三古湖之间古湖泊学特征的对比实际上是对富烃源岩形成控制因素的归纳，即高生产力和湖底缺氧环境。

在伦敦地质学会组织的“海相油源岩”（1983年）和“湖相油源岩”（1985年）两次国际讨论会上，曾经争论过一个有趣的问题：对于烃源岩的形成说来，究竟是表层水的高生产力重要，还是底层水的缺氧环境重要?结论是前者更为本质问题，因为只要生产力高，在含氧的水底也会使有机质来不及氧化而形成生油岩。由于石油界长期将注意力集中于海相油源岩，对海洋生产力与生油关系有较多的认识，而对陆相生油中湖泊生产力了解不够。至于哪一类湖泊生产力更高更有利于生油，一直受到人们关注。

由于富烃源岩通常是中深湖相的，所以Katz（1995）特别看重长期非补偿的湖泊沉积条件。这一条件出现于断陷盆地沉降最甚的阶段。古湖往往在此阶段达到成熟，建成有效的营养循环系统，导致高生产力；水体分层更是容易形成于较深水的湖区。因此，在长期非补偿的湖泊沉积条件下，最有可能形成富烃源岩。这就能够解释各盆地各凹陷各地区之间因沉降、充填的差异所造成的结果。例如，对中Sumatra盆地的研究表明，Kiri坳陷与Aman坳陷之间的沉降历史有着明显的不同，Kiri坳陷的沉降速率远不如Aman坳陷（图9-1）。结果是，Kiri坳陷内普遍发育浅湖相和湖沼相沉积，而Aman坳陷内则由深湖相沉积地层占优势。在单个半地堑中，相对的沉降速率差异造成较多的湖相沉积分布在靠近边界断层的地区，而含煤的沉积地层往往发育在转折带附近（Katz，1995）。

图9-1 中Sumatra盆地Kiri和Aman坳陷沉降速率对比