黏土岩这一术语的涵义和使用，在国际沉积学界仍未有统一的认识^[1]。如阿弗杜辛(1956)^[2]定义黏土岩为0.01 mm~5 nm的质点(超过50%)组成的岩石，小于5 nm的质点为黏土质溶液；鲁欣(1964)^[3]的定义是含泥质颗粒(直径小于0.01 mm)50%以上，且其中小于0.001 mm的颗粒又不小于25%的岩石均划归为黏土岩；苏联学者维库洛娃(1958,1973)用“黏土质岩石”来概括这一类岩石，她认为黏土质岩石中泥质颗粒(<0.01 mm)的含量应达50%，其中<0.001 mm颗粒不少于25%，并按固结程度，把它分为黏土→固结黏土→泥板岩；美国学者波特(Potter)用泥质岩(mudrocks)这一术语概括粉砂岩和上述的黏土质岩石，即根据<0.003 9 mm颗粒的含量，把未固结的沉积物分为粉砂、泥、黏土三种，固结之后分别称为粉砂岩、泥岩和黏土岩，显然波特所指的黏土岩是狭义的概念^[4]；布拉特等(1978)^[5]使用“泥状岩”这个术语来表示粉砂、黏土以及两者的混合物组成的岩石。目前国际通用标准，是将粒度小于0.003 9 mm的黏土级颗粒(含量大于50%)组成的细粒沉积岩称为黏土岩，并根据页理发育程度又将黏土岩分为泥岩和页岩2大类。

“泥岩”和“页岩”这两个术语的涵义比较模糊且难以严格区分。从粒级上来说，泥岩和页岩的颗粒大小基本相同，部分学者认为泥岩等同页岩。另一些学者认为泥岩和页岩具有不同的含义，页岩是具有页理的黏土岩，泥岩是不具页理的黏土岩，如冯增昭(1994)^[6]等。此外，页岩和泥岩的成分也可能具有较大差异，如布拉特等(1978)^[7]认为，页岩的黏土矿物含量显著高于泥岩；阿弗杜辛(1956)^[2]认为泥岩是成分中大小为0.01~0.000 1 mm(0.000 2 mm)的矿物质点占50%以上的黏土岩，即较粗部分的黏土岩，泥岩还可以分为粗粒泥岩(主要为0.01~0.001 mm的质点)和细粒泥岩(主要为0.001~0.000 1 mm(0.000 2 mm)的质点)，小于0.000 1 mm的质点所组成的岩石列入胶体黏土中，其中也分为粗胶体(0.000 1 mm~5 nm)和真黏土胶体(<5 nm)两类。还有一些学者认为，页岩的范畴更大，应该包含泥岩(塞利，1985)。

近年来，针对黏土岩成因机制，国内外学者也开展了较为深入的研究。通过薄片观察， 扫描电镜等手段观察发现海相黏土岩的非均质性很强，往往可以看作是一些事件性沉积薄层，而不是连续沉降的沉积物^[7]。这些薄层主要有以下几种沉积机制：①波浪增强引起的沉积物重力流^[8]；②远端风暴^[9]；③波纹发育的牵引流^[10]；④悬浮沉降；⑤浊流^[11]⑥洪水引发的异重流^[12]。中国主要发育湖相黏土岩，但关于其微相特点、分布特征与形成机理的研究才刚刚起步。传统认识认为深水环境中的黏土岩沉积受控于高频气候旋回，较少探讨沉积水动力对黏土岩沉积的控制作用^[13]，但济阳坳陷沾化凹陷沙三下亚段110 m连续的黏土岩岩芯中，发现事件成因黏土岩所占比例超过厚度的75%^[14]。

本文在对鄂尔多斯盆地三叠系延长组长7油层组沉积特征系统研究的基础上，通过对工区25口连续取芯井的岩芯描述和400余块典型黏土岩薄片观察，并充分应用X衍射、有机地球化学等分析测试资料，提出了湖相黏土岩的分类方案与基本特征，探讨了不同类型黏土岩的形成与分布。

鄂尔多斯盆地位于华北地台西部，面积约25×10⁴ km²，是一个发育在太古代—早元古代结晶基底之上的大型多旋回克拉通盆地，主要形成了古生代和中生代两套含油气系统^{[15, 16, 17]}。其中中生代含油气系统以三叠系延长组长7油层组湖相泥页岩为主要烃源岩，延长组致密砂岩和侏罗系常规砂岩为主要储层，在盆地南部已发现安塞等大型岩性油田和华庆等大型致密砂岩油田。

鄂尔多斯盆地延长组发育一套厚800~1 200 m的深灰色、灰黑色泥岩和灰绿色、灰色粉砂岩、中细粒砂岩互层的旋回性沉积。根据岩性、电性、含油情况，将其自下而上划分为5个岩性段(T₃y¹~T₃y⁵)或10个油层组(长10~长1)。其中长7油层组沉积时期为湖盆演化的鼎盛时期，湖盆水体最深，湖面宽广，湖泊面积超过10×10⁴ km²，水体深度可达150 m，沉积了一套生烃能力巨大的湖相黏土岩。长7油层组沉积厚度100~150 m，自下而上可分为3个小层。沉积相研究表明，长7₃以深湖相沉积为主，页岩发育，在湖泊周缘发育三角洲砂体，在深湖区发育小规模砂质碎屑流砂体(图 1)^[18]；长7₂湖泊开始萎缩，深湖相沉积范围减小，西南部大型三角洲发育并向湖延伸，导致深湖区发育大规模砂质碎屑流沉积；长7₁湖泊继续萎缩，大型三角洲持续发育，深湖区砂质碎屑流沉积范围进一步扩大。本文旨在通过建立黏土岩(泥岩、页岩)类型与沉积环境关系，划定富有机质黏土岩分布范围。

图 1 鄂尔多斯盆地三叠系长7油层组3个小层沉积相图(左:长73，中:长72，右:长71)(据林森虎，2012) (黑点为观察井位，红色为采样井位) Fig. 1 The sedimentary facies of sub-Chang 7 members,Triassic,Ordos Basin (left: Chang 73,middle: Chang 72,right: Chang 71) (after Lin Senhu,2012)

图选项

目前国内关于湖相黏土岩的岩石分类方法大都以成因法为主，但分类原则与划分方案差异较大(表 1)。邓宏文(1998)^[14]、王冠民(2011)^[19]主要根据沉 积构造、纹层组分特征对泥页岩进行了划分；刘昭 君(2009)^[20]、郭巍(2009)^[21]主要根据湖盆类型、水体盐度和有机质类型对油页岩进行了划分；姜在兴 (2013)^[22]主要根据有机碳含量和矿物含量对黏土岩、湖相灰岩等细粒沉积岩进行了划分。

作者在前人分类方案基础上，将成分、成因、有机碳含量相结合对黏土岩进行分类(表 2)。根据岩石组分、纹层结构、有机碳含量等指标，首先将湖相黏土岩分为泥岩与页岩两大类。根据沉积结构，进一步将泥岩分为块状泥岩、粒序层理泥岩2类；将页岩分为波状纹层页岩、平直纹层页岩、似块状页岩等3类。黏土岩沉积构造反映沉积过程，受沉积环境控制。黏土岩的有机碳含量及有机质类型主要受沉积环境和沉积相带控制。因此将传统成分分类方案与沉积构造，有机碳含量指标结合，更能将黏土岩岩相类型与沉积相带和沉积环境结合。有机碳含量、有机质类型指标的结合更有助于划分富有机质页岩区域。

通过400多块泥、页岩薄片的显微镜观察，X衍射、有机地球化学等指标分析，鄂尔多斯盆地长7油层组5种湖相黏土岩类型基本特征如表 2。

岩石主要为灰色、深灰色粉砂质泥岩，含粉砂泥岩。显微镜下，泥岩纹层一般模糊不清。纹理一般仅仅靠断续的有机质脉体、碳屑呈现。

因为粉砂质泥岩是在较高能量下沉积，所以常常会伴有一些泥质撕裂屑(图 2a)。图 2b中可到泥质层与粉砂岩交互，反映沉积时能量逐渐减弱，悬浮物质依次沉降。图 2c中可见生物扰动，指示其沉积时在有氧界面；图 2d中可见砂质条带纹层。

图 2 块状泥岩典型薄片特征 a.环317井，2 431.8 m，粉砂质泥岩，可见长条状撕裂屑，TOC=0.9%；b.黄269井，2 435 m，砂与泥间互，可见流水构造(箭头)TOC=0.26%；c.里231井，2 663.32 m，含粉砂泥岩，可见生物扰动迹象(箭头)，TOC=0.9%；d.含粉砂泥岩，可见几处砂质条带，TOC=0.5% Fig. 2 The thin-section characteristics of typical massive mudstone a.Well Huan317,2 431.8 m,silty mudstone,long streak mud clasts appeared,TOC=0.9%; b.Well Huang269,2 435 m,continuous intercalated silt and mud laminae,flow structure can be seen (arrow),TOC=0.26%; c. Well Li231,2 663.32 m,silt-bearing mudstone,bioturbation is pointed out(arrow),TOC=0.9%; d. silt-bearing mudstone,silty bands can be seen,TOC=0.5%.

图选项

岩石表现为泥和砂毫米级间互沉积，肉眼可见多条砂质条带。显微镜下观察，可见多期递变层理，岩性由粗到细，渐变或者突变。

如图 3a和3b岩石粒度由细砂到泥的过渡，呈现厘米级韵律层。图 3c中浅色条带多为石英，深色多为黏土矿物。图 4d中可见到一个完整的细砂岩—粉砂岩—页岩的正粒序。

图 3 粒序层理泥岩典型岩芯、薄片特征 a,b.正70井，1 160.8 m，多期砂与泥间互条带；c.蔡107井，2 196.6 m，粉砂质泥岩，多期的砂条于泥的间互，TOC=0.3%；d.镇269井，2 497.4 m，细砂岩—泥岩—页岩，正粒序结构；TOC=4% Fig. 3 The typical core and thin-section characteristics of graded mudstone a,b. Well Zheng70,1 160.8 m,multiple alternating layers of silt and mud; c. Well Cai107,2 196.6 m,silty mudstone; TOC=0.3% d. Well Zhen269,2 497.4 m,fine sandstone-mudstone-shale,normal grading; TOC=4%

图选项

岩石主要为黑色粉砂质页岩、页岩；在肉眼下不 易分辨，但在薄片下可见断续的波状层理、连续波状层理、透镜状组构等等。

如图 4a和图 4b所示，薄片中可见断续的波状层理。这类页岩通常是有毫米级的薄层组成，粉砂质含量较高。

图 4 波状纹层页岩典型薄片特征 a.镇269井，2 196.7 m，长条状透镜体断续波状分布；TOC=6%；b.白522井，1 931.50 m，粉砂质泥岩，连续波状层理，TOC=2% Fig. 4 The typical characteristics of wavy laminated shale a. Well Zhen269,2 196.7 m,elongated lens,discontinuous wavy lamination; b. Well Bai522,1 931.50 m,silty mudstone,continuous wavy bedding ,TOC=2%

图选项

该类页岩呈黑色，薄片观察下纹层平直分布，一般显示为有机质—石英和黏土的“二元结构”或有机质—石英—黏土的“三元结构”。

如图 5所示，纹层厚度普遍小于0.1 mm。在纹层内部，富有机质纹层与黏土纹层一般渐变；在纹层之间，富有机质纹层与黏土纹层一般是突变，表明季节性水体的变化。

图 5 平直纹层页岩典型薄片特征 a. 盐56井，2 998.4 m，三元结构，粉砂—黏土—有机质等间距互层，TOC=8.6%；b. 盐66井，2 993.4 m，二元结构，TOC=6.99% Fig. 5 The typical characteristics of even lamina shale a. Well Yan56,2 998.4 m,triplet structure,silt-mud-organic matter,TOC=8.6%; b. Well Yan66,2 993.4 m,TOC=6.99%

图选项

该页岩呈黑色，且污手,镜下观察主要由有机质—黏土结合体在压实后，呈现扁平状透镜体组成，大小一般为0.5 mm左右。杂基为黄铁矿、胶磷矿包裹的生物化石、有机质、黏土和粉砂级的碎屑(黏土矿物及石英颗粒)。这是区别与其他页岩最主要的特征，尤其是有别于纹层状页岩。

图 6c中，可以看见存在着多种组构的超微化石。这些生物化石有多种类型，外形上有球形、椭球型等，常常具有胶磷矿和黄铁矿的外壳，内部为有机质，如图 6d所示。原生厚的胶磷矿外壳或生物膜壳的快速黄铁矿化，是长7有机质得以保存的主要影响因素^[23]。图 6d中的微体化石为图 6c中白色箭头所指，外壳为胶磷矿，内部为微体化石群，另见藻纹层层状分布。

图 6 似块状页岩典型薄片特征 a.黄15井，2 494.2 m，TOC=12.6%；b.正70井，1 954 m，A为同期正粒序凝灰岩，B为黄铁矿化的页岩层；c.正70井，1 952.9 m，TOC=17.5%，黄铁矿30%，胶磷矿15%；d.生物化石 Fig. 6 The typical thin-section characteristics of block-like shale a. Well Huang15,2 494.2 m,TOC=12.6%; b. Well Zheng70,1 954 m,A is a tuff laminae which shows gradual changes in granularity and constituents,B has undergone pyritization; c. Well Zheng70,1 952.9 m,TOC=17.5%,pyrite 30%,collophanite 15%; d. microfuna

图选项

沉积环境是控制黏土岩形成的主要因素，包括气 候、水体物理化学性质、生物作用、水动力条件等。沉积环境的差异导致黏土岩在矿物组分、颗粒大小、颗粒来源、沉积构造、有机质含量与类型等各方面均存在着很大的差异。高的生产率，快的埋藏速率，好的保存条件通常是富有机质黏土岩形成的重要因素^{[24, 25, 26, 27, 28]}。

块状泥岩形成于相对浅水区，水流能量较强，湖泊底水动荡。沉积机理为高能态的悬浮沉降。泥岩中经常可见粉砂质泥岩、粉砂岩条带或透镜体，代表湖底环境经常受底流改造。有时可见一些泥质层与粉砂岩交互，表明离河口较近，受三角洲的影响，水动力环境不是特别安静。由于离物源较近，有机质遭到稀释作用；沉积时位于有氧界面遭受生物扰动，所以有机质最低。泥岩的石英含量最高，TOC含量平均为2.04%，有机质类型以II₂和III型为主。

粒序层理泥岩多形成于深湖凹陷区。沉积机理为浊流，异重流等。沉积物重力流是指沉积物、沉积物与水的混合物在重力作用下顺斜坡运动形成的流动，流动的机制是重力驱使沉积物运动而带动间隙流体运动^[28]。粒序层理是沉积物重力流的标志，表明物质从不断减弱的流态中沉降。对于细粒沉积物而言，沉积物重力流的形成与粗粒沉积物需要一定坡度，地震等触发机制相比要相对容易。近年来，认为更多的成因可以产生这样的结构，如洪水、风暴、等深流等^[29]。洪水以连续供给浊流的形式在湖盆底部流动，将大量有机质带入到三角洲前缘或者深湖区。这种浊流沉积在很多低盐度的湖泊中已成为一种规律^{[30, 31, 32]}。该类岩石有机质含量平均为6%，有机质类型为II₂型和III型。因为物源供给充分、强缺氧环境，有机质及其丰富，有些地区可达30%。深湖区形成的烃源岩和重力流储层可以形成很好的致密油与页岩油聚集。

薄层状页岩形成于受波浪或者湖流影响的浅湖—半深湖区，沉积机理是絮凝状黏土以底负载荷形式搬运。Scheiber等(2011)^[33]通过实验指出在风暴或者一定水流速度下，浅湖区泥质沉积物被侵蚀后再悬浮，以平流形式搬运后在深湖区沉积。絮凝状黏土以波纹形式搬运，沉积后形成“粉砂滞留层—砂泥交互层—泥岩盖层”的薄层。同时，以Joe H.S.Macquaker^[34]为代表的学者认为，波浪引起的沉积物重力流是非常普遍的现象，即使在坡度很缓的大陆架上也能搬运相当数量的泥质流体。其搬运过程可以分为三个阶段：波浪作用引发的湍流，沉积物重力流的层流形态，能量减弱后的悬浮沉降。相应的微层序为：有侵蚀面的粉砂滞留沉积，粉砂和泥的交互沉积，泥质沉积。这种递变特征可由其结构与成份显示出来。结构上的递变表现为最大颗粒粒径或砂泥比值的减少；成份上的递变表现为颜色由浅变深，这主要是由粒度变细，有机质含量增加所引起。由于陆源碎屑供给相对少，沉积速率快，有机质保存良好，平均为6.86%。该层段发育致密油与页岩油。

波状纹层页岩沉积于泥质丰富缓坡带，在湖侵期这种沉积现象更为普遍。沉积机理为再悬浮作用，底负载荷搬运。Scheiber^[35]认为，浅水区沉积的高含水泥质沉积物被侵蚀，经过搬运后在深水的地方沉积下来经过压实后，形成透镜状层理，或者断续波状层理。由于陆源碎屑供给相对少，搬运的泥质沉积物中含有有机质，所以有机质含量较高，平均为8.9%。有机质类型以II₂型和I型为主。

平直纹层状页岩沉积于深湖静水区。沉积机理为不同季节碎屑和有机质的交替沉积。王冠民等(2004)认为湖相页岩主要沉积于湖水明显分层的条件下，湖水的分层受气候、盐度、水体深度等多方面控制^[36]。在湖水分层的前提下，各种藻类、碳酸盐、有机质、黏土、粉砂等，可按不同季节分别形成不连续的纹层。其中，藻类、有机质纹层的沉积与藻类季节性勃发密切相关；碳酸盐纹层的沉积可以与化学作用有关，也可以与藻类勃发产生的生物化学作用有关，粉砂、黏土以平流或层间流方式季节性输入。纹层或页岩沉积的变化与气候变化密切相关，利用纹层中的沉积信息研究气候和环境变化早已引起人们的重视，但以气候的周期性变化为主控因素来探讨纹层的变化和湖水的物理化学性质演化还有待研究。这类页岩保存条件好，但是因为沉积速率相对慢，物质沉降到底部消耗有机质，有机质含量平均为6.06%。有机质类型为I型。

似块状页岩多出现在长7底部，并常常出现在凝灰质纹层附近，可能与火山喷发期有关。火山喷发引起营养物质的大量富集和水体的极度缺氧，可能引起藻类大量生长。藻类勃发一直被认为是湖相烃源岩形成的主要机制，这种快速事件性沉积在早第三纪湖泊中相当常见^[37]。似块状页岩中出现的化石的层段在垂向上比较局限，表现出短暂的“勃发—消亡”特征，证实火山喷发、湖底热液活动等可能为其触发机制。在海洋环境中称这样的形成过程为“海洋雪”^[38]，但是在陆相沉积中还没有一个专有的名词来描述。这类页岩有机质含量最高，平均为17.7%；且黄铁矿和胶磷矿非常富集，分别为18.6%和4%。似块状页岩是页岩油赋存的主要类型。

沉积环境决定了黏土岩的岩石类型，而其垂向变化则与湖盆的演化密切相关。以黄269井为例，黄269井位于工区西北部姬塬地区，连续取芯长度达62 m，取芯层位包括长7₃和长7₂(图 7)。通过45块岩芯薄片观察、TOC实验分析，以及根据△lgR法拟合得出的TOC曲线结果来看，TOC呈现出旋回式发展特征。如图 8所示，3米以内的4块样品，表现出了有机碳随岩性变化减少的趋势。样品1为平直纹层页岩，样品2和3为波状纹层页岩，样品4为块状泥岩。

图 7 鄂尔多斯盆地长7段黄269井TOC旋回综合分析图 Fig. 7 Sketch map of TOC cycle analysis of Well Huang269

图选项

(1) 对黏土岩进行成因分类，可为致密油和页岩油的勘探提供依据。致密油勘探核心在于寻找烃源岩与致密储层匹配层段；页岩油勘探关键是划定富有机质页岩的分布范围。初步认为粒序层理泥岩为致密油的赋存层段，页岩相为页岩油的有利赋存层段。从颗粒组份和沉积构造的综合角度考虑对页岩进行划分，能够较好的反映页岩形成条件、沉积环境的关系，且可以通过有机质含量、类型及矿物组分，找到有效的烃源岩段和储集段。

(2) 揭示了黏土岩石学特征与沉积环境之间的对应关系。泥质沉积物通过与有机质结合悬浮沉降、波浪或湖流等侵蚀或洪水、地震等引发的沉积物重力流等方式共同作用被搬运到深湖区。受三角洲影响的浅湖区一般以块状泥岩为主；受湖流和波浪影响的浅湖—半深湖以薄层状页岩为主；泥质丰富的浅湖缓坡区以波状页岩为主；深湖区以纹层状页岩为主；深湖坳陷区以粒序层理泥岩为主；火山灰爆发时期以似块状页岩为主。

(3) 事件性沉积在湖泊中所起的作用不容忽视，可以占50%以上的比重。湖泊相比海洋而言，更容 易受环境变化的影响。生物灾变现象在湖泊时有发生。如何将藻类勃发、洪水、重力流等事件性沉积作用证实并预测其沉积范围，是下一步需要继续深入的重点。

(4) 富有机质页岩是页岩油赋存的基础，鄂尔多斯盆地是页岩油最主要的盆地之一。要进一步研究其形成环境、分布模式， 为页岩油和致密油勘探提供理论依据。

致谢 在本文写作过程中得到了朱如凯和侯连华高工的指导，实习过程中得到了长庆油田研究院齐亚林等大力支持，两位评审专家对初稿修改提供了许多宝贵的意见，在此一并致以诚挚的感谢。