页岩油气是常规油气能源的重要接替之一,对改变我国能源结构、保障国家能源安全具有战略意义。吐哈盆地北缘二叠系发育细粒沉积岩,厚度大、出露较好、有机质含量高,具有一定的页岩油气资源潜力。本文基于野外露头剖面及井岩心观察,结合偏光显微镜、扫描电镜观察和有机地球化学、元素地球化学等测试,对研究区二叠系细粒沉积岩沉积特征、岩相学特征等方面进行了研究,并对页岩油气成藏主控因素进行了分析,以期为研究区二叠系页岩油气的勘探突破提供基础地质依据。吐哈盆地北缘二叠系暗色细粒沉积岩发育在下二叠统伊尔稀土组和中二叠统塔尔朗组。伊尔稀土组细粒沉积岩主要为一套半深湖-深湖相灰黑色、深灰色泥岩、粉砂岩。微量元素显示该期总体为半干旱气候,半咸水沉积,水体处于分层不明显的厌氧环境;塔尔朗组细粒沉积岩主要为一套半深湖-深湖相灰黑色、深灰色泥岩、粉砂岩及灰岩。微量元素显示该期塔尔朗沟地区为半干旱-干旱气候,咸水沉积且水体分层不明显的厌氧环境,而照壁山地区为潮湿-半干旱气候,淡水沉积且水体分层弱的缺氧环境。依据颜色、矿物组成和沉积构造将研究区伊尔稀土组划分为灰黑色层状粘土岩相和灰黑色层状粉砂岩相2种主要岩相;塔尔朗组划分为灰黑色层状粘土岩相、灰色块状粘土岩相、灰色纹层状粉砂岩相、深灰色层状灰岩、灰色块状灰岩相和灰黑色纹层状混合细粒岩相6种主要岩相,并分析了不同岩相的特征。有机地化测试结果表明伊尔稀土组细粒沉积岩为中-高有机质含量烃源岩,有机质类型以Ⅱ2型和Ⅲ型为主,Ro平均为1.45%,整体处于高成熟阶段;塔尔朗组细粒沉积岩为高有机质含量烃源岩,有机质类型以Ⅱ1型和Ⅱ2型为主,Ro平均为0.95%,整体处于成熟阶段。储集层特征研究表明伊尔稀土组和塔尔朗组细粒沉积岩孔隙主要发育粒间孔、晶间孔和溶蚀孔,裂缝主要发育构造缝和层理缝。结合岩相特征、沉积厚度及脆性矿物含量等参数,综合评价认为伊尔稀土组具备页岩气成藏条件,灰黑色层状粘土岩相为有利生烃岩相,灰黑色层状粉砂岩相为有利储集和有利压裂岩相;塔尔朗组具备页岩油成藏条件,灰黑色层状粘土岩相、深灰色层状灰岩相和灰黑色纹层状混合细粒岩相为有利生烃岩相,灰色纹层状粉砂岩相和深灰色层状灰岩相为有利储集岩相,灰色纹层状粉砂岩相、深灰色层状灰岩相、灰色块状灰岩相和灰黑色纹层状混合细粒岩相为有利压裂岩相。