熊林芳

(西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710069)

稀土元素(REE)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在母巖風(fēng)化、剝蝕、搬運(yùn)、沉積及成巖過(guò)程中不易分異，均一化程度高，且不易受變質(zhì)作用影響[1－2]，因此被廣泛應(yīng)用于指示物源，判定沉積環(huán)境、構(gòu)造背景，恢復(fù)古氣候，以及揭示沉積礦床和成礦作用與地質(zhì)事件及地殼演化的關(guān)系等諸多方面的研究[3－4]。

鄂爾多斯盆地是我國(guó)中生代大型含油氣盆地，盆地內(nèi)三疊系延長(zhǎng)組中下部發(fā)育黑色泥頁(yè)巖，是盆地內(nèi)主力烴源巖層[5]，因此受到廣泛關(guān)注，然而以往的研究多集中于有機(jī)地球化學(xué)方面，側(cè)重于烴源巖評(píng)價(jià)[6－7]，而對(duì)其形成環(huán)鏡的研究卻較少，本文通過(guò)系統(tǒng)采樣，從無(wú)機(jī)地球化學(xué)的角度，揭示延長(zhǎng)組優(yōu)質(zhì)烴源巖的稀土元素地球化學(xué)特征，探討其形成環(huán)境，為發(fā)現(xiàn)更大規(guī)模優(yōu)質(zhì)烴源巖促進(jìn)盆地油氣勘探提供幫助。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地處于華北克拉通中西部，地跨陜甘寧蒙晉五省區(qū)，面積約 36×104km2[6]，是疊加在大型石炭——二疊紀(jì)華北克拉通盆地之上的大型殘延克拉通內(nèi)盆地[8]。盆地發(fā)育始顯于中三疊世紙坊期，發(fā)育的鼎盛時(shí)期為中晚三疊世延長(zhǎng)期和早中侏羅世延安期，于早白堊世末消亡。盆地內(nèi)上三疊統(tǒng)延長(zhǎng)組地層厚度約1 300 m，是一套以河湖相沉積為主的陸源碎屑巖系。下部以河流中、粗砂巖沉積為主，中部為一套河流－三角洲及湖泊為主砂泥互層沉積，上部為河流相砂泥巖沉積。延長(zhǎng)組地層按照巖性組合、沉積旋回、電性特征等自下而上共劃分為5個(gè)巖性段10個(gè)油層組(長(zhǎng)10－長(zhǎng)1)[9]，其中第三段長(zhǎng)7油層組(以下稱長(zhǎng)7段)又劃分為3小層，由上至下分別為長(zhǎng)71、長(zhǎng)72、及長(zhǎng)73。盆地內(nèi)大部分地區(qū)長(zhǎng)71、長(zhǎng)72為灰綠色砂巖，黑色、灰黑色泥巖夾少量黑色頁(yè)巖，長(zhǎng)73為黑色泥頁(yè)巖，質(zhì)純，俗稱“張家灘頁(yè)巖”，厚度大，分布廣，是中生界油藏的主力烴源巖。

2 樣品采集及測(cè)試方法

本文選取位于盆地西北部鹽池地區(qū)的鹽56井進(jìn)行巖心系統(tǒng)取樣，鹽56井長(zhǎng)7段均為黑色泥頁(yè)巖，可排除巖性差別的干擾，適于小層間對(duì)比。其中長(zhǎng)71、長(zhǎng)72小層取樣間隔約5 m，長(zhǎng)73取樣間隔約2 m，共取樣品38塊。樣品分析測(cè)試在廣州澳實(shí)分析檢測(cè)有限公司完成，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜分析法(ICP－MS)測(cè)試稀土元素含量，測(cè)試過(guò)程中進(jìn)行了重復(fù)樣與標(biāo)樣分析，結(jié)果表明元素相對(duì)偏差小于5%，分析結(jié)果可靠。

3 分析結(jié)果

3.1 稀土總量∑REE、∑LREE及∑HREE

分析結(jié)果表明，鄂爾多斯盆地鹽56井長(zhǎng)7段稀土元素總量(∑REE)均明顯高于北美頁(yè)巖(NASC)的稀土總量(160.12×10－6)(表1)，由上至下三小層 REE總量范圍值分別為 148.86 ～ 231.76 × 10－6，174.22 ～261.98 ×10－6，195.59 ～279.05 ×10－6，均值分別為 195.83 ×10－6，228.15×10－6，225.57 ×10－6。長(zhǎng) 7 三小段輕稀土(LREE)與重稀土(HREE)總量分別與北美頁(yè)巖相比，輕稀土總量均高于北美頁(yè)巖，而重稀土總量長(zhǎng)72段、長(zhǎng)73段均與北美頁(yè)巖相當(dāng)，長(zhǎng)71段重稀土總量稍低于北美頁(yè)巖。由此可以看出，長(zhǎng)7段稀土總量高于北美頁(yè)巖的原因主要在于輕稀土含量高于北美頁(yè)巖所引起。

計(jì)算公式說(shuō)明:δEu=EuN/(SmN× GdN)1/2，δCe=CeN/(LaN× PrN)1/2，Ceanom=lg[3CeN/(2LaN+NdN)]。下標(biāo) N表示球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化[11]。

3.2 ∑LREE/∑HREE、LaN/YbN、LaN/SmN、GdN/YbN 比值特征

∑LREE/∑HREE、LaN/YbN在一定程度上代表輕重稀土的分異程度，這兩個(gè)值越大，表示輕稀土越富集，而重稀土相對(duì)虧損。鹽56井延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段三小層∑LREE/∑HREE由上至下分別為 10.52、10.42、9.71，均高于北美頁(yè)巖值6.95，LaN/YbN與∑LREE/∑HREE所反映的結(jié)果一致，由上至下分別為 12.10、11.52、10.63，高于北美頁(yè)巖值 7.17，這兩個(gè)值都具有由上至下逐漸減小的趨勢(shì)，指示輕重稀土分異明顯且自上而下分異程度降低。

LaN/SmN反映輕稀土元素之間的分異程度，比值越大，輕稀土內(nèi)部分異程度越高。鹽56井延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段三小層輕稀土 LaN/SmN 由上至下分別為 4.00、4.05、3.90，這三個(gè)值基本相當(dāng)，但都稍高于北美頁(yè)巖值3.36，表明與北美頁(yè)巖相比，輕稀土內(nèi)部分異不明顯。

GdN/YbN反映重稀土元素之間的分異程度，比值越大，重稀土內(nèi)部分異程度越高。鹽56井延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段三小層重稀土 GdN/YbN 由上至下分別為 1.74、1.68、1.64，這三個(gè)值亦基本相當(dāng)，且都稍高于北美頁(yè)巖值1.42，表明重稀土內(nèi)部分異程度較低。

表1 鄂爾多斯盆地鹽56井長(zhǎng)7段稀土元素地球化學(xué)參數(shù) ωB/10－6

3.3 Eu、Ce異常

Eu異常是由于元素分異作用使Eu元素在上地殼中相對(duì)下地殼及地幔虧損。一般而言，若 δEu＞1.05稱為正異常，若 δEu＜0.95稱為負(fù)異常[11]，上地殼巖石一般都具有 Eu負(fù)異常的特征，如大陸上地殼 δEu為 0.65，北美頁(yè)巖 δEu為0.65，后太古宙澳大利亞頁(yè)巖(PAAS)δEu 為 0.66[12]。分析結(jié)果顯示，鹽56井延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段泥頁(yè)巖δEu具有典型的上地殼巖石負(fù)異常的特征，三小層分別為 0.68、0.65和 0.66，與北美頁(yè)巖及后太古宙澳大利亞頁(yè)巖一致。

Ce為過(guò)渡類元素，易發(fā)生價(jià)態(tài)變化。在一定的 pH值條件下，若水體為氧化環(huán)境，Ce3+會(huì)被氧化成Ce4+，Ce3+濃度會(huì)降低，反之，若水體為還原環(huán)境，則Ce3+濃度會(huì)升高，因此，沉積體系中Ce異常可以用來(lái)反映水體氧化－還原條件的變化。一般而言，δCe＞1為正異常，代表還原環(huán)境，δCe＜0.95為負(fù)異常，代表氧化環(huán)境[13]。鹽 56井延長(zhǎng)組長(zhǎng) 7段 δCe介于0.95～1之間，Ce異常不明顯。

3.4 Ceanom指數(shù)

除了δCe反映水介質(zhì)條件外，Ceanom指數(shù)能精確的反映古水介質(zhì)的氧化還原條件，其計(jì)算公式為 Ceanom=lg[3CeN/(2LaN+NdN)]，以 Ceanom＞ －0.1表示 Ce富集，代表還原環(huán)境，而 Ceanom＜ －0.1表示 Ce虧損，代表氧化環(huán)境[14]。鹽 56井延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段各小層 Ceanom均大于 －0.1。

3.5 稀土元素配分模式

對(duì)稀土元素配分模式的研究可通過(guò)球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化及北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化兩種方式進(jìn)行，球粒隕石被認(rèn)為是地球原始物質(zhì)，因此，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解代表沉積巖相對(duì)原始物質(zhì)的分異程度，對(duì)沉積物源有一定的指示意義，而北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化則是反映沉積過(guò)程中稀土元素之間混合與均化的差異。

鹽56井稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解顯示(見(jiàn)圖1)，延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段泥頁(yè)巖稀土元素配分圖呈輕稀土富集，重稀土虧損右傾型，有明顯Eu負(fù)異常。北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化型式圖與球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖一致，呈右傾型，指示相對(duì)于北美頁(yè)巖，長(zhǎng)7泥頁(yè)巖輕稀土富集。

4 討論

4.1 稀土元素特征與物源

稀土元素是沉積物源的良好示蹤劑。上地殼中大離子親石元素的含量相對(duì)于原始地幔明顯偏高，因此，上地殼稀土元素配分具有輕稀土富集、重稀土虧損及Eu負(fù)異常等特征[11]。∑LREE/∑HREE、LaN/YbN比值指示鹽 56 井長(zhǎng) 7段具有輕稀土富集，重稀土虧損的顯著特征，稀土元素配分圖(見(jiàn)圖1)也顯示，長(zhǎng)71、長(zhǎng)72及長(zhǎng)73段泥頁(yè)巖稀土元素配分曲線均呈輕稀土富集、重稀土虧損及Eu負(fù)異常右傾形態(tài)，與上地殼巖石配分型式一致，表明在鹽56井所在區(qū)域內(nèi)，長(zhǎng)7段泥頁(yè)巖物源應(yīng)來(lái)自于上地殼巖石。而長(zhǎng)7三小層稀土元素配分曲線雖然型式一致，但上下平行，高低有別，指示稀土元素含量不同，應(yīng)是沉積環(huán)境或稀土載體不同造成的。

圖1 長(zhǎng)7段泥頁(yè)巖稀土元素配分圖(A、球粒隕石;B、北美頁(yè)巖)

4.2 稀土元素特征與古氣候

有機(jī)質(zhì)是REE最強(qiáng)的吸附劑之一，而有機(jī)質(zhì)的多少受氣候影響，氣候溫暖濕潤(rùn)，則生物繁盛，沉積有機(jī)質(zhì)增多，沉積物中的受有機(jī)質(zhì)吸附的REE總量也會(huì)增多，氣候寒冷干燥，生物稀少，沉積有機(jī)質(zhì)減少，沉積物中的 REE也會(huì)減少，因此，REE在某種程度上對(duì)氣候有一定的指示作用[15]。REE總量較高指示溫暖潮濕的氣候，而REE總量較低則指示寒冷干旱的氣候。

鄂爾多斯盆地鹽56井延長(zhǎng)組REE總量較北美頁(yè)巖均偏高，表明整個(gè)延長(zhǎng)組沉積期間氣候均較溫暖潮濕，但長(zhǎng)7內(nèi)各小層REE總量也有區(qū)別，長(zhǎng)72、長(zhǎng)73REE總量高于長(zhǎng)71，表明，長(zhǎng)7沉積早中期較晚期氣候更為溫暖濕潤(rùn)。

4.3 稀土元素特征與古水介質(zhì)條件

Ce異常及Ceanom指數(shù)常被用來(lái)作為判定古水介質(zhì)氧化還原條件的標(biāo)志，雖然鹽56井延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段δCe介于0.95～1之間，Ce異常不明顯，但 Ceanom介于 －0.06至 －0.02之間(見(jiàn)表1)，均大于－0.1，指示長(zhǎng)7段泥頁(yè)巖沉積時(shí)古水介質(zhì)均為還原環(huán)境。還原環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)保存，形成有效烴源巖，這與長(zhǎng)7段能成為主力烴源巖的勘探實(shí)際也是吻合的。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)鄂爾多斯盆地鹽56井延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段泥頁(yè)巖稀土元素總量高于北美頁(yè)巖稀土總量，輕稀土富集，重稀土相對(duì)虧損，Eu負(fù)異常，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖呈明顯右傾形態(tài)。

(2)延長(zhǎng)組長(zhǎng)7段泥頁(yè)巖物源均來(lái)自上地殼，沉積期氣候溫暖濕潤(rùn)，水體為還原環(huán)境;但各小層間相比，長(zhǎng)73沉積期氣候應(yīng)更為溫暖濕潤(rùn)，沉積水體還原性更強(qiáng)。

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