Sedimentological Response of a Lacustrine Basin to the Late Triassic Carnian Pluvial Episode (CPE): Case study from the Yanchang Formation, Ordos Basin

三叠纪时期,整个地球长期处于干旱或半干旱的气候环境,尤其中晚三叠世时期陆相层序基本以红层、风成沉积、蒸发岩和盐湖沉积为特征^[1]。然而,在中晚三叠世过渡时期的卡尼期（Carnian）发生了一次气候突变事件,此时全球降雨量突然增高,从Julian亚期晚期至Tuvalian亚期出现了持续约1 Ma的强降雨期^[2⁃3],地球温度升高了约6 ℃,气候极端温热湿润,泛大陆（Pangea）内部风化与剥蚀作用加速,陆源碎屑物质向海洋输入量突然增大。伴随着这次强降雨事件的发生,全球陆地与海洋环境沉积作用均发生了显著变化：在位于特提斯海西北地区的整个欧洲大陆内部一系列早期萨布哈（sabkhas）盐湖盆地纷纷转变为河流—三角洲沉积^[4]；在巴伦支海（Boreal Ocean）海陆过渡区形成了迄今为止地质历史上规模最大的三角洲体系,仅三角洲平原面积就超过1.65×10⁶ km^2[5]；与此同时,全球海域碳酸盐岩沉积中断,岩性由碳酸盐岩沉积突然转变为黑色泥页岩等陆源碎屑岩^[1,3,6⁃7]。

这一岩性突变现象最早由Schlager et al.^[8]于1974年在奥地利考察阿尔卑斯地区中三叠世碳酸盐台地时发现,并将其命名为“Reingraben转折”（Reingraben Turnover）^[8⁃9]。后来,Simms et al.^[10]在1989年首次将其命名为“Carnian Pluvial Episode”（卡尼期梅雨事件,下文简称CPE。注：以往中国学者将术语“Carnian Pluvial Episode”所反映的沉积现象称之为“卡尼期湿润幕事件”^[3]或“卡尼期洪水事件”等。由于该气候事件代表潮湿环境,为了与延长组干旱环境“洪水事件”相区别^[11⁃12],笔者将其翻译为“卡尼期梅雨事件”）,并认为此次气候事件与地球生物的灭绝和辐射存在明显的同步性,对生物环境演变具有深远影响^[1,13]。Schlager与Simms两个团队的研究在全球范围内开启了CPE事件研究的先河,目前越来越多的实例表明,CPE事件在全球范围内均有沉积学记录,如欧洲其他地区^{[1,9,14⁃16]}、美洲^[17⁃18]、日本^[19]和中国华南地区^[6,10,20]。

需说明的是,在CPE事件研究过程中,前人针对不同地区提出了“Carnian Black Shale Event”（卡尼期黑色页岩事件）^[9]、“Carnian Carbonate Productivity Crisis”（卡尼期碳酸盐生产力危机）^[21]、“Carnian Crisis”（卡尼期危机）^[14]、“Carnian Humid Event”（卡尼期湿润事件）^[13,16]、“Middle Carnian Wet Intermezzo”（中卡尼潮湿幕）^[4]等众多概念,实际上,它们均指与Carnian超长强降雨事件相关的沉积现象,与Simms和Ruffell最初提出的“Carnian Pluvial Episode”（卡尼期梅雨事件）为同一概念。

综上所述,CPE事件前后全球气候环境发生了显著的变化,其中CPE事件前夕全球气候长期处于干旱环境,事件期间为持续了约1 Ma的强降雨期（Julian晚期—Tuvalian亚期）,事件之后又重返干旱^[19]。陆相盆地沉积环境与沉积记录变化对于验证CPE事件的存在至关重要,但这方面的研究在中国陆相盆地中鲜有报道。本文以我国中上三叠统保存最完整的大型坳陷含油气盆地（鄂尔多斯盆地）为例,通过对中上三叠统延长组沉积充填演化、古气候、古生物、古环境等分析,试图查明CPE事件前后延长组沉积期深时古气候变化与沉积记录响应,进而探讨CPE事件对烃源岩发育、储集层及油气藏形成的影响作用,以期为鄂尔多斯盆地未来油气勘探与增储上产有所裨益。

鄂尔多斯盆地位于华北板块西部,地跨陕西、甘肃、宁夏、山西和内蒙古,现今周围分别被北部阴山山系、南部秦岭山系、东部吕梁山系和西部贺兰—六盘山山系所限,面积超过37×10⁴ km²。岩相古地理与原型盆地恢复表明^[22⁃23],中晚三叠世时期,鄂尔多斯盆地处于特提斯洋北缘内陆地区（图1a）,盆地范围更广,面积更大,是一个西与河西走廊相连,东与南华北地区相通,南到秦岭—祁连造山带,北抵阴山脚下超大型不对称内陆克拉通坳陷盆地。

Figure 1.  Paleogeographical location of the Middle and Late Triassic in the Ordos Basin and the development of the Yanchang Formation

中上三叠统延长组是该盆地的主要产油层系,前人根据凝灰岩、煤层等标志层将延长组自上而下划分长1—长10共10个油层组（后文省略为长1,长2等,以此类推）。其中长10 —长8为湖盆形成期,长7为最大湖泛期,发育了盆地内最主要的一套烃源岩系——张家滩页岩,长6到长1为湖盆逐步萎缩、沼泽化与消亡的过程（图1b,c）。

由于中晚三叠世盆地经历了印支运动隆升改造,目前延长组残余地层厚度为600~1 200 m,其顶界、底界均为构造不整合面限制^[24]。除了盆缘地区外,盆地腹部地层整体上十分平缓,缺少明显的构造变形,揭示印支运动以“平起平落”的整体升降为主,也反映了克拉通内大型坳陷湖盆沉积充填作用受构造活动影响相对较弱的特征。实际上,从下文的分析可以看出,气候旋回对延长组沉积起主导作用,而构造因素次之。

根据国际地层委员会2015年地层划分方案^[3,29],中上三叠统可分为拉丁阶（Ladinian）、卡尼阶（Camian）、诺利阶（Norian）和瑞替阶（Rhaetian）,其中拉丁阶属于中三叠世末期,卡尼阶是晚三叠世的第一个期,长达10 Ma（推测年代时限为~237 Ma-~227 Ma）,可以进一步划分为Julian亚期和Tuvalian亚期（图2）。

Figure 2.  Correspondence between determination of the Carnian stage of the Late Triassic (237⁃227 Ma) and main geological events in the Yanchang Formation, Ordos Basin

针对鄂尔多斯盆地延长组中晚三叠世界限（即卡尼阶与拉丁阶的界限）,前人开展了大量研究工作,但目前仍然存在较多争议。部分学者认为两者界限位于延长组长7中部^[30]或长7顶部^[31⁃32],另一部分学者认为位于长7底部,即长8与长7地层界线处。例如,吉利明等^[33]根据钻井岩心资料系统研究了盆地西南部陇东地区长8与长7段孢粉组合特征,共发现孢粉化石93属131种,可区分为两个明显不同的组合,其中长8段为Aratisporites-Punctatisporites组合,长7为Asseretospora-Walchiites组合,认为其地质时代分别为中三叠世晚期Ladinian期与晚三叠世早期Carnian期^[33⁃34]。邓秀芹等^[26]将研究对象扩大到陕北地区,通过对陇东、陕北等地区孢粉组合的对比分析,也发现长8与长7孢粉特征差异显著,前者长8蕨类植物孢子占优势,且中三叠世的重要分子Punctatisporites、Verrucosisporites含量较高,而后者长7孢子花粉含量相近,且具晚三叠世色彩的Duplexisporites开始大量出现,据此,他们也认为长7与长8之间地层界线为中三叠统与上三叠统界线^[26]。此外,邓胜徽等^[31]通过对盆地西南缘露头剖面的系统采样分析,同样发现孢粉植物群在长7与长8界线附近发生了明显变化。最近,童金南等^[25]综合利用年代地层、生物地层、磁性地层和化学地层等诸多资料系统建立了包括鄂尔多斯盆地在内的整个华北地区三叠纪综合地层框架,认为卡尼阶与长7—长4+5（胡家村组）对应,诺利阶与长2—长3（永坪组）对应,瑞替阶与长1（瓦窑堡组）对应。

笔者支持延长组中晚三叠世界限位于长7底部的观点,也同意童金南等^[25]的划分方案,即认为延长组卡尼阶底界大致相当于长7与长8之间的地层界限,顶界相当于长4+5与长3之间的地层界限（图2）。主要原因有两个方面：一是长7与长8既是沉积相突变面（详见后文）,同时也是干湿气候交替变化的重大转折界面^[11⁃12]；二是按照该划分方案,卡尼阶正好与陇东地区最新三维地震剖面揭示的延长组中部前积反射层（长7—长4+5）相对应,CPE事件也正好与下文中提出的“长7黑色页岩事件”沉积相对应,这与全球其他地区观察到的CPE事件沉积响应是一致的。

需要说明的是,近年来,随着定年技术的发展,许多学者^{[24,31⁃32,35]}试图通过锆石同位素测年来确定长7的时代归属,但测试结果相差较大（详细内容可阅读文献邓胜徽等^[31]及该文献中的表4）,而且与延长组内部沉积相主要界面相矛盾。鉴于此,笔者认为虽然锆石同位素方法可以精确定年,也是目前国内外年代地层学界公认的重要方法,但其测定结果难免受测试方法、样品代表性甚至人为等因素影响,在延长组具体应用中,还需要进一步探索研究。

夹于两个不整合面之间的这套稳定的陆源碎屑岩系内部记录了延长组丰富的气候环境变化信息。其中卡尼期梅雨事件证据主要表现为湖平面快速上升与水域面积的迅速扩大、古土壤特征及有机碳同位素负偏等,沉积响应主要体现在黑色泥页岩事件沉积、异整合面发育等,下面作简要分析。

地震层序中的滨岸斜坡前积体（clinoform）和坡折点迁移轨迹（trajectory）是近年来确定基准面（湖平面）变化的新方法。滨岸前积体做为沉积地貌单元是连接陆上河流、冲积平原与滨浅湖沉积区的分界线,也是大陆物源区到沉积盆地“源—汇”系统中最重要的沉积物输送枢纽带^[36⁃37],通过追踪斜坡前积体和坡折点迁移轨迹可以揭示迁移轨迹变化过程中顺物源方向沉积体系、沉积相类型及沉积作用的变化规律,进而半定量确定基准面或湖平面变化的幅度与持续的时间^[38⁃42]。前人将滨岸坡折点迁移轨迹划分为“上行水退”（ascending regressive）、“下行水退”（descending regressive）、“水进”（transgressive）和“静止平缓”（stationary）等类型,其中上行水退轨迹反映了相对海平面的长期上升,以明显的向上加积和向盆地进积为特征,斜坡前积体的顶积层与前积层通常较厚,底积层较薄；下行水退轨迹反映了相对海平面长期的下降,以明显的进积为特征,斜坡前积体的顶积层厚度通常极薄或不发育,前积层和底积层较发育；水进轨迹反映海平面上升,以明显的退积为特征；静止平缓型迁移轨迹反映沉积时相对海平面基本固定不变,以明显的进积为特征^[36,41,43]。

本文通过解释陇东地区三维地震数据体（位置见图1b）,利用坡折点迁移轨迹思想研究了延长组湖平面规律。

陇东地区靠近鄂尔多斯延长组湖盆西南边缘,最新高精度三维地震剖面揭示该区延长组经历了3个层序发育阶段,从早到晚依次为S1,S2,S3,分别与拉丁阶（长10—长8）、卡尼阶（长7—长4+5）及诺利—瑞替阶（长3段以上）相对应（图3a,b）。三个层序之间的界限为受全球性干湿气候交替控制的沉积相突变面,因而可以把它们看作受气候旋回控制二级层序。其中S1与S3主要受干旱气候环境控制,其沉积层序呈近似水平展布,地震同相轴为平行或亚平行性状态,揭示该阶段以填平补齐式的加积沉积为主；S2受卡尼期潮湿气候环境（尤其CPE事件）与可容纳空间变化（与构造沉降有关）共同控制,其沉积层序在地震剖面上表现为多个依次向前叠置的前积反射层（clinoform）（下文简称前积体）,各前积体之间被湖泛泥岩层彼此分开（图3a,b）。同时,各前积体向上均以很小角度减薄收敛,直至消失在上覆S3底界面附近,从而形成典型顶超面（S2顶界）；前积反射层底界为长7底部最大湖泛期凝缩层,其由厚度20~40 m黑灰色泥页岩组成,在地震上表现为横向分布十分稳定的强反射轴（即TT7）,前积反射层内部一系列次级地震强反射（代表前积体之间的湖泛层泥岩）自盆缘向盆内呈倾斜状、低角度依次向下收敛于TT7界面,从而形成了典型下超面（S2底界）。根据湖泛层标志可将S2进一步划分为6个前积型层序单元,自湖盆边部向湖盆中心依次为SQ1~SQ6,相当于6个三级层序,每个层序可划分出湖侵（TST）与湖退（RST）两个体系域（图3a,b）。

Figure 3.  Sequence seismic interpretation, trajectory and lake level change in Longdong area

湖侵体系域意味着相对于前一个层序末期湖泊面积明显扩大、湖平面明显上升,而湖退体系域由于坡折点迁移轨迹略有差别,湖平面变化有所不同。其中SQ1湖侵体系由长7底部最大湖泛期黑色泥页岩组成,为CPE事件沉积,前已述及,这次事件导致延长组湖盆水域面积在1 Ma时限内迅速扩张到最大范围,显然,这是一次快速水进（transgressive）与湖平面快速上升的过程。自此以后,湖泊水域面积开始收缩,湖盆进入缓慢湖退发展阶段,湖平面时升时降、时高时低。从图3中可以看出,其具体过程大致是,由于SQ1与SQ2滨岸位置尚在三维地震工区的西侧（图1b）,工区内虽然不存在滨岸坡折点,但该时期重力流砂体非常发育,根据Henriksen et al.^[41]通过模型推测此时期迁移轨迹为“下行水退”或“静止平缓”（stationary）型,指示湖平面有所下降或大体稳定；SQ3迁移轨迹属于“下行水退”型,湖平面略有下降；SQ4迁移轨迹表现为较明显“上行水退”,指示湖平面有所上升；SQ5迁移轨迹基本呈“静止平缓”型,指示此时期湖平面基本维持稳定；SQ6迁移轨迹先“下行水退”后“下行水退”,指示湖平面先下降后上升（图3a,b）。

根据上述S2内部迁移轨迹变化趋势,结合S1与S3层序发育时的干旱湖盆（水域面积有限、湖平面很低）等特点,编制了延长组湖平面相对变化升降曲线（图3c）,图中揭示S2内部每个三级旋回所表现的古水深及湖平面变化明显不同,总体反映了古气候环境由早期干旱（S1）转向中期潮湿（S2）再向晚期干旱（S3）变化的过程,也反映出卡尼期湖盆汇水区经历了快速扩大（湖侵）、“震荡式”缓慢萎缩直至消亡的过程,毋容置疑,这种演化过程与卡尼期全球范围内的强降雨事件有关。

古土壤层（根土岩）是一个没有明显沉积作用与剥蚀作用的间断面,代表先前的沉积物在被后来的沉积物埋藏之前经受了一定程度的土壤化作用,是地层长期暴露的标志,潮湿与干旱环境均可以形成,但其特征（例如古土壤层颜色、层理构造、生物遗迹等）有很大不同,因而常被做为深时古气候恢复研究的判别标志^[11⁃12]。

通过对陕北地区延河露头剖面的观察与实测,首次发现了多层代表不同气候环境的古土壤（图4a~e）,其中潮湿环境古土壤主要赋存在延长组中期长7段三角洲前缘或滨浅湖上（图4a）,主要特征是：1）岩石颜色较深,呈灰绿色、植物根系较为发育（图4b,d）；2）岩石呈疏松状,层理不发育（图4b,d）；3）古土壤顶部常见劣质煤线、炭质泥岩等有机质层（其厚度与上覆河道冲刷侵蚀及保存程度有关）；4）古土壤剖面厚度几厘米到几十厘米,最大不超过100 cm（图4b,d）。干旱环境古土壤主要赋存在河流相沉积韵律最上部的洪泛平原或者天然堤环境,主要发育在延长组下部长10—长8段、上部长6上部—长1段（图4a）,主要特征有：1）古土壤呈现黄色与淡黄色,与下部灰绿色原岩有明显差异（图4c,e）；2）见零星分布的植物根系,常伴生埋藏深度较浅的钙质结核等；3）其他特征与潮湿环境古土壤类似。

Figure 4.  Sedimentary facies, paleosol and xenoconformity in the Yanhe section of Yanchang Formation

上述古土壤资料揭示,延长组中期（从延河剖面看,大致与长7对应）为温暖潮湿气候,而延长组早期与晚期属于相对干旱气候环境。这一特征恰好反映了卡尼期梅雨事件的存在,也与延长组早期的干旱湖盆、中期湖盆水体面积达到鼎盛、晚期湖水逐步退出直至消亡的沉积演化过程相一致。

沉积物有机碳同位素比值（δ¹³C_org）被认为是判别深时古气候状况（干旱与温湿）的指示剂^[44]。通常情况是,温暖湿润的古气候有利于湖泊藻类和浮游生物繁殖,其δ¹³C_org偏负,而干旱高温气候环境下的生物光合作用富集重碳同位素,δ¹³C_org偏正^[30]。CPE事件造成了全球性生物演化事件及有机质碳同位素比值（δ¹³C_org）负偏移现象,目前在古特提斯洋东、西海域及部分陆相地层中均发现了明显的有机碳同位素负偏移沉积记录^[3,7,45]。例如,意大利的南阿尔卑斯地区检测出3.8‰的负偏移^[45],奥地利Lunz地区和匈牙利Baltonfüred地区分别负偏移了4.1‰和1.8‰^[46],奥地利阿尔卑斯山地区负偏移约4‰^[47]；华南贞丰地区负偏移约3‰^[48]。最近,Zhang et al.^[30]在鄂尔多斯盆地中晚三叠世（Ladinian-Carnian）陆相地层中也发现了幅度达7.25‰（变化范围-30.25‰~-23.00‰）的负偏移。

本文对延长组长8、长7及长6烃源岩干酪根碳同位素组成进行了研究。干酪根分离按照石油天然气行业标准SY/T 5123—1995《沉积岩中干酪根分离方法》进行,测试工作在长江大学油气资源与勘探技术重点实验室完成。测试结果表明,长6段干酪根碳同位素组成分布范围为-26.41‰~-25.43‰,平均为-25.91‰；长7₃干酪根碳同位素组成分布范围为-30.12‰~-28.65‰,平均为-29.51‰；整个长7段为-30.12‰~-26.87‰,平均为-28.88‰；长8₁段为-27.56‰~-26.45‰,平均为-26.95‰,从长8₁到长7₃干酪根碳同位素均值负偏移2.56‰（图2）。

如前所述,延长组长7为湖盆最大扩张期,沉积了一套厚度100 m以上的富含有机质的黑色泥页岩系（图1b）,其岩性以暗色泥岩与黑色页岩为主,夹泥质粉砂岩与厚度不等的粉细砂岩及薄层火山凝灰岩等^[49⁃51]（图5）。现有资料证实,该套烃源岩系形成于温暖潮湿环境,例如,吉利明等^[27,52]在该套烃源岩中发现了大量介形虫、双壳类、鱼类化石及光球型疑源类、葡萄藻等反映淡水沉积环境的化石组合。张才利等^[53]利用微量元素对长7油层组沉积时古水介质环境进行了分析,发现Sr/Ba值为0.19~0.65、Th/U值为0.36~5.03,V/Ni值为1.75~5.53,属于陆相淡水还原环境。付金华等^[54]认为长7期深湖—半深湖区面积达到65 000 km²,水深可达50~120 m,其沉积期为古气温大于15 ℃的温暖潮湿的温带—亚热带气候,水体为陆相微咸水—淡水环境。

Figure 5.  Lithology section (measured) and black shale outcrop photographs of Chang 7 member of Tongchuan section

由前文分析可知,这套富含有机质的黑色泥页岩系形成于晚三叠世卡尼期,陇东地区高精度三维地震资料揭示其形成时间跨度变化较大,其中长7底部黑色泥页岩（TT7）分布稳定且范围较广,而长7中上部—长4+5虽然发育多层次级湖泛期泥岩,但其分布相对局限,地震剖面揭示这些次级湖泛泥岩自盆缘向盆内呈倾斜状、低角度依次向下收敛,最终与长7底部黑色泥页岩（TT7）合并为一体（图3a,b）。由此看来,从盆地边部到盆地中心地区,长7底部的这套黑色泥页岩发育的时间跨度差别较大,盆缘地区形成的时间跨度较短,盆地中心地区由于是在盆地逐渐萎缩过程中形成的,占相当长的时间跨度,大致经历了10 Ma（卡尼期时限）。尽管如此,由于长7强反射轴（TT7）底部广泛发育一套几厘米至几十厘米厚的凝灰岩（对应于长7的底界,图5e）,具有等时性^[55],可作为延长组CPE事件开始的底界面。

基于上述地震解释结果,结合沉积环境与岩性岩相等资料,笔者认为长7黑色泥页岩系（尤其长7底部黑色泥页岩）是CPE事件的产物。实际上,CPE事件可能为全球广泛分布的富有机质黑色页岩沉积提供了环境条件。现有资料表明,富有机质黑色页岩广泛沉积于古特提斯洋西北部地区、南阿尔卑斯地区、伊朗、喜马拉雅、印度尼西亚地区及中国华南及川西地区^{[3,10,20,45,47⁃48,56]},通常称其为“卡尼期黑色页岩事件”（Carnian Black Shale Event）。由于目前发现的这些“黑色页岩事件”全部发育在海相盆地中,因此,可以将鄂尔多斯陆相盆地中发育的黑色泥页岩称之为“长7黑色泥页岩事件”沉积（图2）,以与海相“卡尼期黑色页岩事件”相对应。

需要说明的是,全球海相黑色页岩事件大都开始于Julian亚期晚期,即中卡尼期^[10,20,49]。但延长组黑色泥页岩事件为卡尼期早期（前已述及,参见图2）,略早于海相CPE事件的发生时间。究其原因,笔者认为与湖泊、海洋两种环境对气候变化响应的敏感性差异有关。由于CPE事件为超级季风^[21]或火山喷发^[45]触发的全球性气候事件,湖泊环境对气候变化的响应远比海洋环境敏感^[57],因而其沉积响应较早,当然这只是推测,有待于进一步深入研究。

“异整合面（xenoconformity）”是美国威斯康星大学沉积学家Alan R. Carroll教授针对沉积相序与“瓦尔特相律”相矛盾地质现象于2017年提出的一个新概念^[58⁃59],指在盆地尺度到全球尺度内发生根本性的、突然的、持续性的沉积相变而产生的地层界面。它的发育往往标志着沉积动力与沉积作用发生了根本性转变,因而被认为是复杂地球系统演化过程中的地质临界点（tipping points）,也是层序界面^[58]。显然,异整合面可以是一个连续沉积、没有明显沉积间断的地层界面,但与通常意义上的地层整合面有明显不同,后者整合面是在稳定环境的或者缓慢连续变化的沉积环境下形成的,而前者异整合面是因古环境剧变事件导致沉积作用发生根本性变化而形成的,其沉积相序不遵循“瓦尔特相律”。识别和研究异整合面对于油气资源勘探具有重要指导意义,在未来的沉积学和油气勘探研究中,“异整合面”概念术语有望与“不整合面”一样得到广泛应用^[58⁃59]。

海相地层中的异整合面实例较多,如古新世—始新世界线、白垩纪—古近纪界线、奥陶纪—志留纪界线及成冰纪—埃迪卡拉纪等界线,它们均与全球尺度的气候环境剧变有关^[59]。陆相盆地沉积对环境变化的响应更加敏感,更容易发育异整合面,目前已在北美古近系绿河组及我国松辽盆地白垩系、准噶尔盆地二叠系等发现了异整合面的沉积学记录。由于鄂尔多斯盆地延长组卡尼阶底界（长7/长8）、顶界（长4+5/长3）均是沉积相突变面,且与延长组顶底不整合面及其内部地层整合面有明显差异（图4f,g、图6）,本文认为它们均是异整合面。

Figure 6.  Differences and causes of xenoconformity, conformity and unconformity in Yanchang Formation

针对延长组长7/长8界面,前人从孢粉组合及沉积环境等方面开展了大量对比分析研究,结果均表明上下层段的古生物组合、岩石类型及岩矿组分等存在显著差异^{[12,26,33-34,27,52,60⁃61]}。其中长8及以下层段沉积期古气候较为干旱,总体为陆上或浅覆水沉积环境（图4f）。到长7沉积时期,如前所述,沉积格局发生重大变化,盆地快速湖侵,形成了面积达数万平方公里富有机质泥页岩沉积体系。实际上,从全盆地范围看,长8中上普遍发育陆上或浅水沼泽环境薄层劣质煤线（其测井判别标志：低自然伽马、高电阻率）,其与上覆长7深湖油页岩之间往往只由0.5~2 m的凝灰岩或凝灰质泥岩（其测井判别标志：相对低电位、高自然伽马、高电阻率）分隔（图5e、图7）,充分说明长8末期沉积环境发生了一次突变。

Figure 7.  Spatial relationship between black shale of the 3rd layer of 7th member and inferior coal seam (coal line) in the 1st layer of 8th member, Yanchang Formation

需说明的是,前人虽然很早就认识到长7/长8之间存在沉积相突变^[26,60],但他们把这种突变归因于印支运动形成的构造事件,笔者认为构造事件可能只是次要原因,卡尼期全球气候突变可能是主导因素。

长4+5/长3上下层段沉积环境也存在明显差异（图4f）。在长4+5段沉积期,全盆地岩性岩相以薄层滨浅湖砂泥互层为特色,或以湖泊相泥岩沉积为主夹少量薄层砂岩,局部地区发生沼泽化^[62]。砂岩粒度普遍较细,以细砂岩为主,揭示其沉积时水动力条件较弱。至长3段沉积时期,沉积环境发生剧变,全盆地以大套河流相砂岩沉积为主,并发育块状或大型交错层理,在野外露头上常常可以见到长3段河道砂体冲刷、切割下伏的长4+5段湖相泥岩的现象,揭示了长3段为一种水大流急的沉积环境。近期,本文作者在陕北地区长3段厚层砂岩露头剖面上发现了大量明显遭受过洪水袭击的树木化石,它们或直立或呈歪斜状态保存在砂岩中^[11⁃12],同时在砂岩之间还发现了多层代表干旱环境的古土壤层,据此,笔者提出长3段沉积时期的古气候转变为干旱—半干旱环境,树木化石的宿主砂岩为干旱环境下的洪水暴雨事件沉积,这一认识与前文提到的延长组卡尼期末期古气候再次转变干旱的观点相吻合。

所有上述特征均揭示长4+5段为湖相沉积,长3段为陆上干旱环境季节性河流沉积,二者之间为沉积相突变,属于异整合面。

需说明的是,延长组内部的两个异整合面在地震剖面上也有清晰显示（图3a,b、图6）。如前所述,最新三维地震剖面揭示延长组中期（长7—长4+5）发育大量前积反射层,前积层的底界面在地震上为一个下超面,与卡尼阶底部异整合面相对应；前积层的顶界面为一明显顶超面,正好与卡尼阶顶部的异整合面相对应。该顶超面在地震剖面上表现为弱反射、差—中等连续性,界面上下地震反射结构存在差异：之上地震反射主要呈波状或亚平行反射结构；之下表现为向湖盆中心倾斜的多个呈楔状分布的前积反射结构。

构造与气候是控制沉积作用与烃源岩发育的两大主要因素,但以往延长组研究中,重点强调了构造作用,而将气候条件作为从属因素来考虑,很少有人将其作为独立影响因素或者从全球古气候事件角度来分析延长组烃源岩的发育。大多数研究者都认为延长组温暖潮湿的古气候环境与印支期盆地南缘秦岭造山活动有关,是晚三叠世秦岭碰撞造山过程导致盆地基底强烈沉降与南部山脉快速隆升,从而改变了盆地沉积区的古气候环境^{[50,60,63⁃65]}。本文作者认为鄂尔多斯盆地南缘秦岭造山带的隆升可能阻断了特提斯洋潮湿气候向北侵入,导致盆地内部晚三叠世气候环境变得更加干旱,而不是向潮湿化发展,这一情况类似于第四纪以来青藏高原隆升对我国西北地区气候环境的影响。据研究^[44,66],更新世末次冰期（Last Glacial Period）间冰阶,我国西北地区气候湿润,湖泊广布,但随着青藏高原隆升,阻碍了来自西南印度洋的季风与暖湿气候,造成全新世以来整个西北地区干旱少雨、湖泊大量干涸。

实际上,如前所述,延长组烃源岩（即黑色泥页岩系）的发育与全球性气候事件（尤其CPE事件）有关。笔者通过对陇东地区三维地震剖面解释,认为延长组烃源岩发育时期,湖盆具有“快速湖侵、震荡式缓慢湖退”的特征。其中快速湖侵可能是CPE事件与盆地构造沉降共同作用的结果,尤其卡尼期持续了1 Ma左右的强降雨事件可以造成湖平面快速上升并形成欠补偿还原环境,加之此时周围地区火山活动频繁,诱发了盆地深部基底断裂的隐形活动,火山灰、深部热流体与河流带来的陆上沉积物一起源源不断地输入到盆地内部,导致湖泊水体中营养物质异常丰富,促使藻类等生物有机质勃发与繁殖^[60,64],这是延长组优质烃源岩发育的有利条件之一。另一方面,在CPE后期,随着大量陆源物质向盆地内部的充填与古气候向干旱—半干旱环境转化,湖岸线开始缓慢后退,湖泊面积开始萎缩,但此时湖平面并非“单调降低”,而是受气候波动影响表现为时高时低的“震荡式缓慢湖退”现象,导致处于封闭环境的湖泊水体出现周期性稀释与浓缩,这为延长组优质烃源岩的发育再次创造了绝佳条件。

上述认识与Bohacs et al.^[57]对全球陆相盆地烃源岩发育机理的调查与研究结果相吻合。Bohacs et al.^[57]通过对大量现代和古代湖泊沉积体系研究,根据可容纳空间（potential accommodation）（受构造沉降控制）和沉积物+水供应（受降雨量与蒸发量比例关系控制）的相对变化关系将湖盆划分为过充填（overfilled lake）,平衡充填（balanced-fill）与欠充填（underfilled）3种湖盆类型\阶段,分别发育河流—湖泊相（fluvial-lacustrine）,震荡深湖相（fluctuating profunda）与蒸发相（evaporative）3种岩性岩相组合。进一步研究认为,过充填湖盆中沉积物+水的供应超过了潜在的可容纳空间,湖泊水文环境长期处于开放状态,有机质富集度较低,不利于烃源岩发育；欠充填湖盆中潜在可容纳空间总是大于沉积物+水的供应,导致湖泊总处于永久封闭型环境,虽然有利于有机质生产,但不利于其保存。相比较而言,平衡充填湖盆中沉积物+水的供应速率大体上与潜在可容纳空间变化维持平衡,在高位体系域期间,湖泊的水文条件为开放状态,湖平面相对稳定,形成进积式地层结构；而在水进域和低位域沉积期间,湖泊水文条件处于封闭状态,受气候变化影响湖平面时高时低,形成低位域加积式或水进域细粒加积式深湖相地层结构。这种进积式与加积式地层组合构成的“震荡深湖相”具有最优化的湖泊生产力、保存和稀释条件的组合,因而通常会形成优质的烃源岩。鄂尔多斯盆地晚三叠世卡尼期地层充填结构与相组合特征与此非常类似,前文已有论述,不再赘述。

异整合面的出现意味着源—汇系统中沉积物的搬运动力、搬运介质及沉积作用发生了根本性转变,跨过异整合面有机质的丰度、储集体特征往往会产生明显变化^[58⁃59]。如前所述,受卡尼期梅雨事件影响,延长组内部发育了卡尼阶顶界（长4+5/长3）、底界（长7/长8）两期异整合面,其中卡尼阶底界（长7/长8）异整合面是延长组内部最显著沉积相突变面,地震剖面上为一下超面（图3a,b）,界面之上为卡尼初期最大湖侵界面,形成了广泛分布的长7₃优质烃源岩,界面之下为延长组早期（长8—长10段,拉丁期）干旱环境河流扇砂体,不同时期河道—决口扇砂体在纵横向上连片叠置分布,周围被洪泛平原泥岩包围,容易形成大面积岩性圈闭^[11⁃12]。干旱环境河流扇砂岩与潮湿环境水进域优质烃源岩相匹配,具有“近水楼台先得月”的独特成藏优势,有利于形成大规模“上生下储式”岩性油气藏（图8）。近些年来发现的西峰、镇北及环江等几个亿吨级油田就是实例。

Figure 8.  Yanchang Formation xenoconformity and stratigraphic⁃lithologic traps, and oil and gas reservoirs

卡尼阶顶界（长4+5/长3）异整合面是古气候由湿润向干旱转化的湖退界面,也是沉积相突变面,在地震剖面上为一顶超层序界面（offlap）,界面之下为卡尼期震荡湖退沉积体系（相当于长7—长4+5段）,由如前所述的一系列倾斜前积单元（clinoforms）构成,发育较大规模的三角洲—重力流储集体（图3a,b）。其中前积单元的上部主要为三角洲砂体,容易形成受异整合面控制的地层油气藏,在下部主要为三角洲前缘或重力流砂体,它们与烃源岩呈“三明治”或夹心饼状态分布,成藏条件优越,是目前鄂尔多斯盆地页岩油、致密油等非常规勘探的主体（图8）。顶超层序界面之上为延长组晚期（长3—长1段,诺利—瑞替期）干旱环境河流扇砂体,容易形成大面积岩性或构造—岩性复合圈闭^[11⁃12]。

需要强调的是,与延长组顶面或底面的不整合面相比,卡尼阶顶界的异整合面“隐蔽性”强,过去并未引起人们的关注。本次研究认为该界面有利于在全盆地形成地层圈闭与地层油气藏,事实上,陕北地区目前已开发的油气藏主要位于紧邻该界面下部的长6与长4+5,此外,延河露头剖面油苗也集中发育在长6—长4+5。充分说明其油气聚集可能受卡尼阶顶界的区域性层序界面即异整合面控制。

综上所述,卡尼期梅雨事件形成了延长组大面积分布的优质烃源岩与大规模三角洲—重力流储集体,同时卡尼期之前与之后的干旱期暴雨事件在紧邻的烃源岩上下层又形成了大规模的河流扇砂体,为良好储集体。由此看来,延长组中常规与非常规油气藏关键成藏要素均与突发地质事件有关（图2）,这一认识与邱振等^[28]、潘松圻等^[56]最新研究成果一致,他们通过对显生宙以来全球重大气候事件、生物事件、地质事件及油气资源分布（尤其非常规油气）的研究,证实其油气富集区（段）关键要素的沉积过程均与全球性或区域性突发地质事件密切相关,它们要么控制甜点区（段）分布,要么控制有机质形成,不论是陆相还是海相盆地,概莫能外^[28,56,59]。

鄂尔多斯盆地中晚三叠世古气候发生过干旱与湿润交替变化,不同气候环境下的陆源碎屑沉积充填模式显著不同,对油气藏的控制作用也不同。本文在充分借鉴国内外有关全球古气候、事件沉积、陆相盆地烃源岩发育机理及异整合面等最新研究进展的基础上,通过对延长组一些沉积与成藏问题的重新思考与系统研究,取得以下3点新认识。

（1） 重新厘定了鄂尔多斯盆地上三叠统延长组卡尼期时限,明确了延长组CPE事件的沉积响应。认为卡尼阶底界大致相当于延长组长7与长8之间的地层界限,顶界相当于长4+5与长3之间的地层界限,CPE事件大致与“长7黑色页岩事件”沉积相对应。

（2） 在卡尼期,延长组沉积表现为“快速湖侵、震荡式缓慢湖退”特点,为优质烃源岩发育创造了最佳条件。一是CPE强降雨事件造成湖平面快速上升并形成欠补偿还原环境,同时河流将陆源物质与火山物质（或者火山灰直接降落）源源不断地输入到盆地内部,导致湖泊水体中营养物质异常丰富,促使了藻类等生物有机质勃发与繁殖；二是在CPE 后期,随着古气候向干旱—半干旱转化,湖平面呈现时高时低的“震荡式湖退”特征,导致处于封闭环境的湖泊水体出现周期性稀释与浓缩,更加促进了优质烃源岩的发育。

（3） 受卡尼期古气候及CPE事件影响,延长组内部发育上下两个由于气候环境突变而形成的异整合面,它们对油气分布均具有明显控制作用。该研究对于深入探讨延长组湖盆形成演化机理、沉积层序充填演化特征及指导油气勘探实践均有积极意义。