劉金帥，楊 飛，章學剛，周 舟，周 倩，龔偉成

(1. 長江大學 油氣資源與勘探技術教育部重點實驗室，湖北 武漢 430100； 2. 長江大學 地球物理與石油資源學院， 湖北 武漢 430100； 3. 長江大學 工程技術學院，湖北 荊州 434000)

0 前 言

由于自然界中放射性元素整體上分布無規(guī)律性，且獲取相關資料成本較高，在石油地質領域中很少受到學者的重視。近年來，隨著勘探目標的不斷加深，研究領域的不斷擴大，放射性元素得到學者廣泛關注。由于鈾、釷、鉀三種元素含量較多，目前可以通過儀器檢測到的天然放射性元素主要是這三種元素[1]。通過對沉積巖中所含的鈾、釷、鉀三元素進行研究,可以對地層的物質來源進行判斷，可以獲知地層沉積的沉積環(huán)境，可以獲知地層中稀有氣體和地熱狀態(tài)等方面的信息，而且對于尋找沉積型自然放射性元素也具有重大的參考價值[2]。

1 區(qū)域地質背景

楚雄盆地三疊紀地層位于前寒武紀基底上面，三疊紀地層巖石粒度自下而上變化規(guī)律明顯，呈現出逐漸變粗的變化趨勢，反映出由海相逐漸過渡到陸相的沉積環(huán)境。拉丁—卡尼期盆地處于深水沉積環(huán)境，沉積地層多以薄層狀為主，巖性主要為灰色泥質粉砂巖以及粉砂質泥巖。諾利期早期由于構造作用影響，盆地發(fā)育兩個沉降中心，盆地中的華坪隆起作為兩個沉降中心的邊界，起著重要的控制作用。在華坪隆起以西的推覆體上部，該套地層為廣海陸架相的沉積地層，細碎屑巖沉積、遠源濁積巖沉積為其沉積特征。華坪隆起以東為局限環(huán)境下沉積的地層，地層沉積特征以細碎屑巖沉積夾濁積巖為主。諾利期晚期則是三角洲發(fā)育期和成煤期最主要的時期。楚雄盆地中發(fā)育有大量的三角洲和煤，且發(fā)育有大規(guī)模的下超復合體，復合體由三角洲前緣砂體組成。楚雄盆地古地理格局為其分為兩個帶：東部帶和西部帶，且整體上兩個帶所處的位置呈對稱分布，在盆地西部主要為陸相、海陸過渡相沉積地層，盆地中部主要為海相沉積地層[3]。

2 實測剖面和樣品信息

2.1 實測剖面信息

實測6條剖面分別是米甸剖面1，米甸剖面2，德苴剖面，一平浪剖面1，一平浪剖面2，一平浪剖面3。其具體地理坐標如表1所示。

表1 楚雄盆地野外實測剖面統(tǒng)計

2.2 樣品放射性元素含量

對采集到的樣品的巖性和鈾、釷、鉀三種放射性元素含量進行了分析。巖石樣品大致分為以下幾類：a灰黑色泥頁巖，占巖石樣品比例較多；b黃綠、灰綠、灰黑色中或細砂巖，所占比例少于灰黑色泥頁巖；c灰綠、灰黃、黃綠色泥頁巖；d其他少數不能集中體現顏色特征的樣品，將他們歸并稱為“其他”。通過分析和計算，可以得出他們的平均含鈾量依次為：3.69、3.31、3.57、2.82，其大小關系為：a>c>b>d。

在三種放射性元素中，鉀在巖石中的分布是較為廣泛和均勻的，其值集中分布在3.1～3.8之間，平均為3.3。

3 放射性元素在地質中的應用

3.1 鈾與有機質的關系

為更加直觀說明鈾與有機質的關系問題，作出U-Th/U交匯分析圖(圖1)。

圖1 楚雄盆地野外巖石樣品U-Th/U交匯分析圖

從圖1可以看到灰黑色泥頁巖集中帶的鈾含量值明顯高于其他三類，這與四類巖石鈾含量的平均值之間的大小關系也能很好的吻合。若巖石樣品呈灰黑色或暗色，其代表了一種缺氧環(huán)境下的沉積環(huán)境。圖1中還可以看到絕大部分巖石樣品的Th/U值在2～7之間。放射性元素釷和鈾在巖石中較常見，兩者一般是共同存在的，釷鈾比值可以判斷地層沉積環(huán)境[4]。海外專家已經研究證明，利用Th/U值可以對沉積環(huán)境作出判斷，主要依靠以下判別標準：a當巖石的Th/U值小于2時，代表了海相沉積地層，沉積環(huán)境為還原環(huán)境；b當巖石的Th/U值大于7時，代表了陸相沉積地層，沉積環(huán)境為氧化環(huán)境；c當巖石的Th/U值介于2～7之間時，反映了其沉積環(huán)境為從還原環(huán)境到氧化環(huán)境的過渡階段[5]。楚雄盆地晚三疊世地層大多數巖石樣品的Th/U值在2～7之間，屬于上面第三類，由此說明楚雄盆地晚三疊世地層的沉積環(huán)境為從還原環(huán)境到氧化環(huán)境的過渡階段。放射性元素鈾在外生作用過程中可氧化成鈾酰離子，其在水中有很好的溶解度。在還原環(huán)境下可以從溶液中沉淀出來[6]。從圖1和分析的數據中可以看出，有機質和放射性元素，特別是鈾，在沉積巖中存在正相關的關系。這種關系主要取決于沉積環(huán)境中的有機質，因為水介質中的鈾可以被有機質吸附，溶解度大的鈾可以被水介質中的有機質還原，還原成溶解度較低的鈾，可見具備豐富的有機質是使沉積環(huán)境成為還原環(huán)境的重要條件之一[7]。鑒于所取的樣品并不是在垂向深度上，而是在橫向剖面上取的樣品，文中埋深對有機質含量的影響沒有進行討論，此外表面的風化作用也可能對結果造成干擾，但這并不影響對有機質與鈾含量關系的宏觀認識。有機質與自然放射性元素關系密切，兩者呈正相關的關系，其中有機質豐富是因，鈾富集是果。

3.2 鉀與粘土礦物的關系

鉀是地殼中含量較高的造巖元素之一，屬典型的親石元素[8]。鉀的天然同位素有：39K、40K和41K，而其放射性同位素只有40K，也是本次研究的對象之一。鉀具有易溶于水的特性，在不同類型的水中都能夠檢測到鉀的存在。鉀相比于其他元素而言其離子半徑和極化率都較大，由于這兩種特性的存在，粘土礦物對鉀元素的吸收顯得相對簡單，所以在陸地上的鉀含量較高，而帶入海里面的鉀含量僅有0.038%[9]。

3.3 釷鉀比的地質意義

目前通過自然伽馬能譜測井來判別粘土礦物成分，人們普遍都是用斯倫貝謝公司的粘土礦物分析圖版(圖2)來進行判別[10]，該圖版在油氣地質勘察領域中的判別效果很明顯。他采用的方法是在不考慮他們單位的情況下，求取所測得釷和鉀的Th/K值來對巖石的粘土礦物成分進行判別。在Th-K圖版中，當Th/K值超過12時，粘土礦物主要為高嶺石粘土；當Th/K值介于3.5～12之間時，粘土礦物主要為伊蒙混層；當Th/K值介于2～3.5之間時，粘土礦物主要為伊利石粘土；當Th/K比值介于1～2之間時，粘土礦物主要為云母型粘土[11]。

圖2 自然伽馬能譜測井定量計算粘土

根據楚雄盆地野外巖石樣品的伽馬能譜儀所測數據，編制巖石樣品的Th-K交匯分析圖(圖3)。

圖3 楚雄盆地野外樣品Th-K交會分析圖

從圖上可以看到樣品的含鉀量在2.5%～4%之間，Th/K值集中在3.5～6之間。結合圖版得出結論：楚雄盆地晚三疊世地層野外采集巖石樣品的粘土礦物類型為伊利石與蒙脫石混層礦物。

4 結 論

1)楚雄盆地晚三疊世地層中含有豐富的有機質。放射性元素鈾與有機質關系密切，兩者呈正相關，構成因果關系，有機質豐富是因，鈾富集是果。

2)放射性元素鉀作為地殼中含量較高的造巖元素之一，在地層中分布較廣泛和均勻，是典型的親石性元素。

3)放射性元素釷和鈾的比值可以作為評判地層沉積環(huán)境的指標之一。楚雄盆地晚三疊世地層巖石樣品中釷和鈾的比值在2～7之間，指示其沉積環(huán)境屬于還原到氧化環(huán)境的過渡階段。

4)放射性元素釷和鉀的比值可以用來判斷粘土礦物類型。楚雄盆地晚三疊世巖石樣品中釷和鈾的比值在3.5～6之間，判斷其粘土礦物類型為伊利石與蒙脫石混層。

文中提到的放射性元素在地質中的應用具有一定的實用性和可操作性，限于樣品的表層風化和儀器的精度，判斷的結果可能與真實情況有所偏差，但不影響文中的定性分析。