咸化湖盆烃源岩生物群落结构重建及其与古生产力的定量关系研究：以泌阳凹陷核桃园组为例

Lacustrine paleoproductivity is one of the most important controlling factors for the source rock formation in the saline lake basins. Due to the complicated composition of lacustrine paleoproductivity, its quantitative evaluation has always been a research hotspot and difficulty in the field of petroleum geology and geochemistry. This application intends to take the exploration target of the high-quality source rock and shale oil in the third member of Oligocene Hetaoyuan Formation of the Biyang Depression as an example, following the idea of uniformitaranism. Starting from the biological community structure of the saline lake basin, combined with microscopic identification and biomarker and individual carbon isotope analyses, identifying the biological types in the paleo-lake, indicating characteristics of biological community structure and its special point in the saline lake basins. Through mineralogical and geochemical methods, the water conditions such as salinity and nutrient component is restored, and its controlling effect on biological community structure is clarified. The combination of principal component analysis (PCA) and multiple regression analysis (MRA) is applied to reveal the close relationship between bio-types and lacustrine paleoproductivity, and to establish a quantitative relationship between biological community structure and lacustrine paleoproductivity in saline lake basins. The results can be expected to form a new quantitative evaluation index of the paleoproductivity, and provide a new idea and method for the evaluation and genesis of lacustrine high-quality source rocks.

古湖泊生产力是控制咸化湖盆优质烃源岩发育的最重要因素之一，但由于古湖泊生产力组成复杂，其定量评价一直是石油地质地球化学领域的研究热点与难点。本项申请，拟以我国当前重要的咸化湖盆优质烃源岩及页岩油勘探目标——泌阳凹陷渐新统核桃园组三段为例，遵循“将今论古”的思路，从咸化湖盆生物群落结构入手，通过镜下鉴定结合生物标志化合物、单体烃碳同位素分析，识别咸化湖盆古生物类型，查明咸化湖盆生物群落结构特征及其特异性；再通过矿物学和地球化学方法，恢复古盐度、营养盐结构等古水体条件，揭示咸化湖盆古水体条件对生物群落结构的控制效应；并应用主分量因子分析与多元回归分析相结合的方法，揭示咸化湖盆生物类型组合与古湖泊生产力之间的密切程度，建立咸化湖盆生物群落结构与古湖泊生产力的定量关系。研究认识可望形成咸化湖盆古湖泊生产力定量评价新指标，并可为湖相优质烃源岩成因研究和评价预测提供新思路和方法。

古湖泊生产力是控制咸化湖盆等陆相湖盆优质烃源岩发育的最重要因素之一，但由于古湖泊生产力组成复杂，其定量评价一直是研究难点问题。本项目开展了咸化湖盆烃源岩生物群落结构重建及其与古生产力的定量关系研究，主要取得以下成果：1）基于镜下观察与生标鉴定，揭示咸化湖盆烃源岩主要包含浮游藻、底栖藻、细菌和古菌、水生高等植物四大类对古生产力有较大贡献生物，不同咸化湖盆烃源岩生物群落结构存在差异；结合特征生物标志物的细胞产生量，和它们在水体中的保存效率，重建泌阳凹陷核三段咸化湖盆烃源岩发育时期生物群落结构，其中浮游藻类平均占比63%，细菌和古菌类平均占比21%，底栖藻类平均占比11%，水生高等植物平均占比5%。2）基于对古水体条件变化响应敏感的元素、同位素和生标参数，揭示泌阳凹陷核三段咸化湖盆烃源岩发育时期古水体条件，包含古盐度、营养盐、古氧性、酸碱性、碎屑输入等；将古水体条件变动与生物群落结构演化对比分析，发现古盐度、营养盐成分与组成、酸碱性是影响咸化湖盆生物群落结构的三个最主要因素，并明确各因素对生物群落结构的控制效应。3）基于有机碳法，在剔除陆源有机质、恢复有机质消耗量的基础上，定量重建泌阳凹陷核三段咸化湖盆烃源岩发育时期古湖泊生产力，结果显示古生产力介于1150-3250gC/m2/a之间，平均为2330gC/m2/a，属于富营养湖；应用主成分分析，构建泌阳凹陷核三段烃源岩发育时期咸化湖盆古湖泊生产力与生物群落结构间定量关系，发现第一主成分（F1）中浮游藻类、蓝细菌的贡献最大，表明二者是目的层段咸化湖盆古湖泊生产力的最重要贡献者。研究成果为咸化湖盆古湖泊生产力定量评价提供了一种新思路和方法，已在南黄海盆地、三塘湖盆地、松辽盆地等咸化湖盆烃源岩发育地区与层段开展应用。在本项目资助下，研究团队在国内外知名学术期刊上发表论文9篇（其中SCI论文8篇，包含1篇高被引论文），参加国内外学术会议2次，培养博士研究生（在读）1名，硕士研究生（在读）2名。