李 浩

(陜西學(xué)前師范學(xué)院，陜西 西安 710100)

鄂爾多斯盆地蘊(yùn)藏著豐富的石油、天然氣、油頁(yè)巖、煤、鈾礦及地下水資源[1-2]。近年來(lái)，隨著對(duì)鄂爾多斯盆地延長(zhǎng)組下組合油層組勘探和開(kāi)發(fā)程度的不斷深入，在長(zhǎng)9段勘探取得了重要進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)了一系列油藏，顯示了盆地長(zhǎng)9段頁(yè)巖也具有良好的資源勘探潛力[3-4]。盆地長(zhǎng)9段頁(yè)巖是晚三疊世第一次湖侵的產(chǎn)物，為延長(zhǎng)組第一套生油巖系[5]，巖性主要為灰黑色頁(yè)巖、泥頁(yè)巖和黑色油頁(yè)巖。

不同學(xué)者對(duì)鄂爾多斯盆地長(zhǎng)9段沉積相展布特征及演化規(guī)律、沉積砂體特征、烴源巖發(fā)育機(jī)制及特征、成藏特征及期次等方面開(kāi)展過(guò)研究工作，對(duì)盆地南部長(zhǎng)9段頁(yè)巖的巖性、烴源巖特征、有機(jī)質(zhì)豐度、生烴潛力及油源對(duì)比等方面有了一定的認(rèn)識(shí)[3,5-8]。但這些研究多集中于盆地中部伊陜斜坡或南部長(zhǎng)7段頁(yè)巖，對(duì)宜君地區(qū)長(zhǎng)9段頁(yè)巖的元素地球化學(xué)特征尚未開(kāi)展過(guò)工作。沉積盆地的構(gòu)造沉降、沉積演化、物源性質(zhì)及沉積環(huán)境介質(zhì)對(duì)元素的聚集和分散具有一定的控制作用，通過(guò)分析油頁(yè)巖的主量、微量和稀土元素等地球化學(xué)特征，可以揭示頁(yè)巖的母質(zhì)類(lèi)型及古氣候等古沉積環(huán)境[9]。因此，本文以鄂爾多斯盆地宜君地區(qū)長(zhǎng)9段頁(yè)巖為研究對(duì)象，分析其主量、微量和稀土元素地球化學(xué)參數(shù)、空間分布規(guī)律及分布模式等地球化學(xué)特征。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

鄂爾多斯盆地位于華北克拉通西部，盆地周邊活動(dòng)性較強(qiáng)，盆地內(nèi)部則相對(duì)穩(wěn)定[10]。研究區(qū)主要位于鄂爾多斯盆地南部，橫跨伊陜斜坡和渭北隆起構(gòu)造單元(圖1)。伊陜斜坡位于鄂爾多斯盆地中部，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，構(gòu)造抬升較弱。渭北隆起大地構(gòu)造位置處于鄂爾多斯盆地西南部北東—南西向構(gòu)造帶上，自北向南由彬旬凹陷、北緣撓褶帶、銅川斷褶帶組成，具有多旋回構(gòu)造層與多階段演化過(guò)程，反映了由海到陸，盆地由大到小，最后全面抬升的構(gòu)造演化歷史，總體形態(tài)為向西北緩傾的單斜構(gòu)造，構(gòu)造帶內(nèi)次級(jí)寬緩背斜、向斜東西成帶分布，局部緊閉甚至倒轉(zhuǎn)，兩翼斷層多見(jiàn)[11]。

圖1 研究區(qū)構(gòu)造位置及采樣分布圖

前人對(duì)宜君地區(qū)開(kāi)展過(guò)勘探工作，基本確定了侏羅系直羅組、延安組和三疊系延長(zhǎng)組是該區(qū)3大含油目的層，并已分別鉆獲油流或油氣顯示。延長(zhǎng)組長(zhǎng)9期整體湖泛規(guī)模較小，水域面積也不太大，僅在局部凹陷形成了水體相對(duì)較深的半深湖相沉積環(huán)境，局部發(fā)育三角洲前緣沉積亞相[6]。宜君地區(qū)長(zhǎng)9段具有生烴潛力的頁(yè)巖主要發(fā)育于半深湖沉積亞相中。

地表調(diào)查和鉆探揭示，研究區(qū)長(zhǎng)9段頁(yè)巖分布范圍比較局限，厚度一般為0～26.5 m，主要分布在3～11 m之間，平均值為6.76 m，厚度較小且變化大，巖性以灰黑色泥巖、泥頁(yè)巖、頁(yè)巖為主，夾粉砂質(zhì)泥頁(yè)巖，常含植物碎屑、魚(yú)類(lèi)及植物化石，部分為碳質(zhì)頁(yè)巖，頁(yè)理發(fā)育一般，頁(yè)理面上見(jiàn)少量灰白色方解石薄膜。長(zhǎng)9段頁(yè)巖頂板巖性為灰綠色中層狀細(xì)粒石英長(zhǎng)石砂巖，底板巖性為深灰—灰綠色粉砂質(zhì)泥巖夾灰色中—薄層狀細(xì)砂巖?？傮w上，宜君地區(qū)長(zhǎng)9段頁(yè)巖呈西厚東薄、南厚北薄的分布特點(diǎn)，產(chǎn)狀總體向西北緩傾，傾角為3°～5°。

2 樣品采集及測(cè)試方法

本次研究選用的9件樣品均來(lái)自鄂爾多斯盆地宜君地區(qū)長(zhǎng)9段頁(yè)巖剖面(圖1)，巖性為灰黑色泥頁(yè)巖和黑色頁(yè)巖，取樣過(guò)程中，盡量選擇風(fēng)化蝕變及成巖作用弱的新鮮樣品，在最大程度上減少或消除機(jī)械分異對(duì)沉積物成分的影響以及取樣差異帶來(lái)的傾向[10]。經(jīng)去離子水多次超聲波洗凈的樣品烘干后，用瑪瑙研體將樣品研磨至200目，分別進(jìn)行主量、微量和稀土元素分析測(cè)試。主量元素分析使用儀器為X射線(xiàn)熒光光譜議(XRF)，微量元素和稀土元素分析使用XSERIES II型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)，元素分析數(shù)據(jù)相對(duì)誤差小于5%。所有分析測(cè)試均在中核集團(tuán)核工業(yè)203研究所進(jìn)行。

3 元素地球化學(xué)特征

3.1 主量元素

長(zhǎng)9段頁(yè)巖主量元素分析包括SiO2、Al2O3、TFe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、P2O5、MnO、TiO2、燒失量(LOL)等11項(xiàng)(表1)。從表1中可以看出，主量元素含量變化較大，主要成分為SiO2、Al2O3和TFe2O3，其中SiO2含量最高，為41.27%～59.20%，平均值49.95%；Al2O3含量較高，為14.56%～18.06%，平均值為16.35%，TFe2O3含量次之，為3.76%～7.82%，平均值為6.00%。除這3種主要成分外，其它成分含量均較低，MgO含量為1.06%～3.36%，平均值為1.85%，CaO含量為0.55%～3.44%，平均值為1.51%，Na2O含量為0.47%～4.49%，平均值為2.05%，K2O含量為1.41%～7.92%，平均值為4.26%，P2O5含量為0.07%～0.38%，平均值為0.26%，MnO含量為0.01%～0.10%，平均值為0.04%，TiO2含量為0.48%～0.71%，平均值為0.58%，LOL為8.81%～26.13%，平均值17.03%。

表1 宜君地區(qū)長(zhǎng)9段頁(yè)巖主量元素特征 %

與上地殼均值相比，長(zhǎng)9段頁(yè)巖P2O5、K2O、TFe2O3、Al2O3的富集系數(shù)均大于1，TiO2、MgO、SiO2、Na2O、CaO和MnO富集系數(shù)均小于1，表明長(zhǎng)9段頁(yè)巖P2O5、K2O、TFe2O3和Al2O3相對(duì)富集，TiO2、MgO、SiO2和Na2O相對(duì)虧損，CaO和MnO弱虧損(圖2)。

圖2 宜君地區(qū)長(zhǎng)9段頁(yè)巖主量元素上地殼巖石標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖

3.2 微量元素

對(duì)長(zhǎng)9段頁(yè)巖Cr、Sr、Zr、Ba、Sc等28項(xiàng)微量元素進(jìn)行了測(cè)試分析(表2)。從微量元素原始地幔標(biāo)準(zhǔn)化蛛網(wǎng)圖中可以看出，不同樣品的微量元素配分模式大致相似，反映渭北隆起長(zhǎng)9段頁(yè)巖具有穩(wěn)定的沉積環(huán)境和物質(zhì)來(lái)源(圖3)。長(zhǎng)9段頁(yè)巖微量元素的富集狀態(tài)均大致可分為四種：(1)極度富集型，富集系數(shù)一般在5以上，最大甚至可達(dá)9.73，如U、Mo、As元素；(2)富集型，富集系數(shù)在1～5之間，如Ba、Sc、V、Cu、Bi、Ga、Pb、Rb、Cs、Th、Nb、Cd、Hf、Ta、Li、Be、B等元素；(3)微富集型，此類(lèi)元素富集，但卻與上陸殼值相當(dāng)，如Cr、Sr、Zn、In等元素；(4)虧損型，與上陸殼相比，此類(lèi)元素富集系數(shù)小于1，如Zr、Co、Ni等元素?？傮w上，宜君地區(qū)長(zhǎng)9段頁(yè)巖多富含金屬元素，為多金屬元素富集層。這與頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)絡(luò)合或吸附多種金屬微量元素，隨著成巖作用的進(jìn)行，泥頁(yè)巖中各種微量元素會(huì)因?yàn)樽陨淼厍蚧瘜W(xué)特征的差異導(dǎo)致其賦存狀態(tài)發(fā)生改變有關(guān)[13]。

表2 宜君地區(qū)長(zhǎng)9段頁(yè)巖微量元素特征 10-6

圖3 宜君地區(qū)長(zhǎng)9段頁(yè)巖微量元素上地殼巖石標(biāo)準(zhǔn)化蜘蛛網(wǎng)圖

3.3 稀土元素

宜君地區(qū)長(zhǎng)9段頁(yè)巖稀土元素分析包括La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd等15項(xiàng)，其中La-Eu為輕稀土元素，Gd-Y為重稀土元素(表3)。稀土元素總量(∑REE)為(179.98～243.20)×10-6，平均值為218.77×10-6；輕稀土元素總量(∑LREE)為(148.61～200.30)×10-6，平均值為178.99×10-6；重稀土元素總量(∑HREE)為(30.03～53.38)×10-6，平均值為39.78×10-6。輕重稀土比值(∑LREE/∑HREE)為3.54～6.34，平均值為5.01；(La/Yb)N為9.87～18.08，平均值為13.96；(La/Sm)N為4.00～4.94，平均值為4.63；(Gd/Yb)N為1.36～2.07，平均值為1.75；δEu為0.62～0.98，平均值為0.77；δCe平均值為0.78～1.00，平均值為0.90?！芁REE/∑HREE、(La/Yb)N、(La/Sm)N、(Gd/Yb)N均值大多不同程度高于球粒隕石豐度值，指示長(zhǎng)9段頁(yè)巖中La、Ce、Pr、Nd和Sm等輕稀土元素相對(duì)富集，輕重稀土元素分異程度較高，屬于輕稀土中度富集型。

表3 宜君地區(qū)長(zhǎng)9段頁(yè)巖稀土元素特征 10-6

長(zhǎng)9段頁(yè)巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式圖中，不同的長(zhǎng)9段頁(yè)巖樣品稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化變化趨勢(shì)基本一致且樣品稀土元素含量均大于球粒隕石巖石含量。長(zhǎng)9段頁(yè)巖稀土元素分布曲線(xiàn)整體向右傾斜，輕重稀土比值平均為5.01，右傾程度中等，La-Eu段呈曲線(xiàn)較陡，Gd-Lu段曲線(xiàn)相對(duì)平緩，呈現(xiàn)出輕稀土強(qiáng)富集，重稀土相對(duì)虧損的右傾型特征，δCe、δEu均小于1，Ce處有微弱“谷”形特征，Eu處有較明顯的“谷”形特征，表明長(zhǎng)9段頁(yè)巖具有較弱的Ce平坦型(球粒隕石型)和較明顯的Eu負(fù)異常，相對(duì)于球粒隕石發(fā)生了明顯分異，顯示地質(zhì)歷史時(shí)期巖石碎屑及礦物沉積速率較慢，水體較深，有利于有機(jī)質(zhì)的沉積與堆積(圖4)。

圖4 宜君地區(qū)長(zhǎng)9段頁(yè)巖球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素配分模式

4 結(jié)語(yǔ)

(1)鄂爾多斯盆地宜君地區(qū)長(zhǎng)9段頁(yè)巖與上地殼均值相比主要表現(xiàn)為P2O5、K2O、TFe2O3和Al2O3相對(duì)富集，TiO2、MgO、SiO2和Na2O相對(duì)虧損，CaO和MnO弱虧損的特征。

(2)宜君地區(qū)長(zhǎng)9段頁(yè)巖微量元素可大致分為極度富集型、富集型、微富集型和虧損型四類(lèi)，總體為多金屬元素富集層。這與頁(yè)巖中有機(jī)質(zhì)絡(luò)合或吸附多種金屬微量元素，隨著成巖作用的進(jìn)行，泥頁(yè)巖中各種微量元素會(huì)因?yàn)樽陨淼厍蚧瘜W(xué)特征的差異導(dǎo)致其賦存狀態(tài)發(fā)生改變有關(guān)。

(3)宜君地區(qū)長(zhǎng)9段頁(yè)巖稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化變化趨勢(shì)基本一致，稀土元素分布曲線(xiàn)整體向右傾斜，輕稀土元素相對(duì)富集，重稀土元素相對(duì)虧損，輕重稀土元素分異程度較高，屬于輕稀土中度富集型，顯示地質(zhì)歷史時(shí)期巖石碎屑及礦物沉積速率較慢，水體較深，有利于有機(jī)質(zhì)的沉積與堆積。