新疆博格达山北麓中二叠统芦草沟组发育巨厚的中-高品质油页岩,同时也发育厚层低品质油页岩和泥页岩,相对较低的成熟度使含油页岩系中保存了丰富的古环境和湖泊生物信息,为研究和对比中-高品质油页岩与低品质油页岩和泥页岩的地质-生物联合控制因素下的聚碳过程提供了优良实验场所。本文基于详细的沉积相和层序地层划分,大量的矿物学、元素地球化学、有机地球化学及生物地球化学测试分析数据,对芦草沟组含油页岩系中有机质聚集模型的建立进行了较为全面的研究。精准的沉积相识别和层序地层的划分是探究油页岩中有机质聚集机制的地质基础。基于野外露头和钻井岩心描述、测井数据及有机地球化学参数的测试分析,在研究层段中识别出了三角洲相和湖泊相两种沉积相类型,其中三角洲相中识别出了三角洲前缘亚相,包括水下分流河道微相、水下河道间微相、河口坝微相及前缘席状砂微相。而湖泊相中识别出了浅湖亚相,包括砂质浅湖微相和泥质浅湖微相。层序地层格架特征表明芦草沟组可以划分为两个完整的三级层序,分别为层序Ⅰ和层序Ⅱ,每个层序自下而上依次发育低水位体系域、水进体系域、高水位体系域和水退体系域等四个不同的体系域,而且不同地区的不同体系域中的沉积相类型和展布特征有所差别。有机质丰度和有机质类型的空间展布以及成熟度的正确判别是开展有机质聚集机制的必要前提。基于大量的有机地球化学参数测试分析发现有机质丰度在低水位体系域中处于中等水平,有机质类型主要为Ⅱ1型和Ⅱ2型,在水进体系域和水退体系域中处于相对较好的水平,水进体系域有机质类型以Ⅱ1型为主,部分地区为Ⅰ型,而水退体系域则以Ⅱ2型和Ⅱ2型为主,高水位体系域中的有机质丰度是最好的,有机质类型为以Ⅰ型为主,部分地区为Ⅱ1型。有机质成熟度主要处于低成熟阶段。有关湖泊生物群落结构特征的研究是建立不同有机质聚集模型的重要内容。本文以生物标志化合物为技术手段对含油页岩系中的生物群落结构特征进行半定量识别,分析结果表明芦草组含油页岩系中存在四个明显不同的生物群落。其中A阶段为多菌类-底栖宏观藻、硅藻型群落。B阶段为多菌类-硅藻、甲藻型群落。C阶段为少菌类-甲藻型群落。D阶段为少菌类-绿藻、甲藻型群落。各项有机质聚集控制因素演化特征的研究是反演有机质聚集过程的关键环节。本文综合利用元素地球化学和有机地球化学参数对含油页岩系的古气候、古水深、氧化还原性、古盐度、营养盐结构及古生产力进行定性和定量反演。研究结果表明在层序Ⅰ沉积期(A阶段和B阶段)以暖湿性气候为主,湖泊水体为相对深水的高盐度的缺氧性水体环境,而且湖泊生产力相对较高。层序Ⅱ沉积期(C阶段和D阶段)以干旱性气候为主,湖泊水体为相对浅水的低盐度的富氧性水体环境,该时期的湖泊生产力相对较低。P、Fe、Mn、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cr、Ba、主量营养元素总丰度和微量营养元素总丰度等十二项营养元素指示性参数揭示了层序Ⅰ沉积期的营养元素结构特征较为复杂,营养元素总丰度相对较高,而层序Ⅱ沉积期营养元素结构相对简单,并且营养元素的总丰度相对较低。在详细探究各项有机质聚集因素关联性的基础上,建立了两种有机质聚集模型,分别为高丰度有机质聚集模型和低丰度有机质聚集模型。其中高丰度有机质聚集模型包括多菌类-底栖宏观藻、硅藻型和多菌类-硅藻、甲藻型两种次级模型。多菌类-底栖宏观藻、硅藻型聚集模型为暖湿性气候条件下大量的陆源营养盐(P、Fe、Mn、Cu、Zn、Ni、Cr及Ba)进入湖泊水体,形成了以多菌类、底栖宏观藻和硅藻为主要来源的高湖泊生产力,高丰度有机质被保存于高盐度缺氧的深水环境中,从而形成了中-高品质油页岩。多菌类-硅藻、甲藻型聚集模型也为暖湿性气候条件下大量的陆源营养盐(P、Fe、Mn、Cu、Zn、Ni、Cr及Cd)进入湖泊水体,形成以多菌类、硅藻和甲藻为主要来源的高湖泊生产力,沉积水体仍为高盐度缺氧的深水环境,从而形成了中-高品质油页岩。低丰度有机质聚集模型包括少菌类-甲藻型和少菌类-绿藻、甲藻型两种次级模型,其中少菌类-甲藻型聚集模型为干旱性气候条件下少量陆源营养盐(Mn、Ni、Cr及Cd)进入湖泊水体中,形成了以少菌类、甲藻为有机质来源的低湖泊生产力,低丰度有机质保存于低盐度富氧的浅水环境中,从而形成了低品质油页岩及泥页岩。少菌类-绿藻、甲藻型聚集模型也为干旱性气候条件下少量的陆源营养盐(Mn、Ni、Cr、Co及Cd)进入湖泊水体,促进以少菌类、绿藻和甲藻为主要来源的低湖泊生产力,沉积水体仍为低盐度富氧的浅水环境,从而形成了低品质油页岩和泥页岩。