蔡倩茹,王金鐸,張關(guān)龍,宋智華,王圣柱,熊崢嶸,倪勝利

1.中國(guó)石化 勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院,山東 東營(yíng) 257000;2.中國(guó)石化 勝利石油管理局 博士后科研工作站,山東 東營(yíng) 257000

準(zhǔn)噶爾盆地是自晚古生代以來經(jīng)歷多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造形成的大型疊合盆地,油氣資源豐富[1-3]。目前準(zhǔn)東北地區(qū)的油氣勘探正逐漸由淺層中生界向深層石炭系—二疊系擴(kuò)展,其中石炭系更是極其重要的烴源巖和儲(chǔ)層發(fā)育層系,具有十分重要的勘探研究意義[4-6]。近年來,隨著陸梁隆起南緣滴南凸起的克拉美麗氣田以及五彩灣凹陷油氣藏的相繼發(fā)現(xiàn),證實(shí)準(zhǔn)東北地區(qū)發(fā)育的上石炭統(tǒng)巴塔瑪依內(nèi)山組(巴山組)是有利的烴源巖發(fā)育層段[7-8]。其中滴中1、滴西8、彩參1等20多口井鉆遇巴山組烴源巖,在盆地東北緣的塔克爾巴斯他烏、扎河壩、五彩灣、白堿溝和雙井子等露頭區(qū)也有出露[9-10]。巴山組烴源巖的分布受到斷裂和火山巖分布的控制,呈條帶狀展布,與火山巖互層或形成于火山巖體之間的低洼地帶,巖性為泥巖、凝灰質(zhì)泥巖和碳質(zhì)泥巖[11]。沉積背景及環(huán)境變化是控制烴源巖成因、分布以及有機(jī)質(zhì)類型的主要因素,并且會(huì)對(duì)儲(chǔ)集空間類型、孔隙結(jié)構(gòu)等產(chǎn)生重要影響。因此,沉積環(huán)境的分析對(duì)于有利烴源巖分布預(yù)測(cè)具有重要的指導(dǎo)作用,進(jìn)而決定油氣勘探進(jìn)展。然而,前期研究大多側(cè)重于火山巖成因、大地構(gòu)造演化以及沉積相分析等,對(duì)巴山組沉積環(huán)境方面的研究工作較少,存在海相、海陸過渡相和陸相等爭(zhēng)議[12-13]。

沉積巖中的主微量、稀土元素在沉積過程中往往受古氣候、古水體化學(xué)條件、古環(huán)境以及古物源的影響,因此沉積巖地化特征是指示沉積演化過程的標(biāo)志[14-15]。通過對(duì)沉積巖中元素分布規(guī)律的全面分析,有助于確定沉積環(huán)境和演變過程。鑒于此,本文對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地東北緣富蘊(yùn)地區(qū)發(fā)育的暗色泥巖進(jìn)行系統(tǒng)的樣品采集工作,結(jié)合巖石學(xué)特征與地球化學(xué)測(cè)試分析,恢復(fù)巴山組沉積期古氣候、古水深以及水體介質(zhì)的古鹽度和古氧化還原條件等,并且進(jìn)一步探討構(gòu)造環(huán)境與古沉積環(huán)境之間的聯(lián)系,對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地東北部石炭系油氣勘探、開發(fā)與評(píng)價(jià)提供地質(zhì)依據(jù)。

1 地質(zhì)背景

東準(zhǔn)噶爾處于新疆北部,是中亞造山帶的重要組成部分。該區(qū)自古生代以來經(jīng)歷了多階段的大洋俯沖、碰撞和后碰撞等復(fù)雜的構(gòu)造演化歷史,并形成一系列相關(guān)的火山島弧及增生雜巖[12-13]。上石炭統(tǒng)巴山組沉積時(shí)期,火山作用強(qiáng)烈,爆發(fā)相、溢流相與火山沉積相交互發(fā)育,在火山噴發(fā)的間歇期,發(fā)育大量的砂、泥巖沉積[11]。受晚古生代洋殼向北俯沖、閉合及板塊邊界碰撞造山作用控制,準(zhǔn)噶爾古陸與西伯利亞板塊最終拼合連為一體,準(zhǔn)東北地區(qū)在晚石炭世之前已經(jīng)進(jìn)入陸內(nèi)演化階段,表現(xiàn)為裂谷與殘留海并存,北陸南海的格局[16-17]。本次研究區(qū)位于盆地東北緣的富蘊(yùn)縣,包括五彩城、帳篷溝、白堿溝、扎河壩、尖山溝以及拜爾庫都克地區(qū)(圖1)。該地區(qū)的巴山組根據(jù)巖性可以分為兩段:下部巴一段巖性主要為中基性火山巖,玄武巖占多數(shù),局部發(fā)育酸性流紋巖、火山角礫巖和凝灰?guī)r;上部巴二段則以薄層礫巖、粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖為主。

圖1 準(zhǔn)噶爾盆地東北緣地質(zhì)概況和采樣位置據(jù)參考文獻(xiàn)[9]修改。

2 樣品采集與測(cè)試方法

本次研究樣品均采自富蘊(yùn)縣出露的巴山組,主要為新鮮且未經(jīng)風(fēng)化的泥巖和粉砂質(zhì)泥巖。這些巖石樣品在野外露頭中呈灰白色,新鮮面為淺灰色,塊狀構(gòu)造,泥狀結(jié)構(gòu)。礦物粒度極細(xì),手標(biāo)本下肉眼難以分辨,巖石致密細(xì)膩,可見貝殼狀斷口。偏光顯微鏡下可見巖石薄片樣品主要是由黏土礦物、石英以及填充其間的有機(jī)質(zhì)共同組成(圖2)。其中石英礦物自形程度較差,粒狀,粒徑為0.02～0.03 mm,含量為15%～20%,正交偏光鏡下可見明顯的波狀消光。黏土礦物為黑色不透明顏色,形狀不規(guī)則,含量約為60%～70%。有機(jī)質(zhì)物質(zhì)主要呈條狀或塊狀填充在石英與黏土礦物之間,含量約為15%～20%。通過手標(biāo)本觀察和鏡下薄片鑒定,重點(diǎn)選取主微量元素分析樣品27件,稀土元素分析樣品8件。樣品檢測(cè)在中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院石油地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成。主量元素測(cè)試借助X射線熒光光譜儀(XRF),測(cè)試流程遵循國(guó)標(biāo)《硅酸鹽巖石化學(xué)分析方法:GB/T 14506.28—2010》,測(cè)試精度在2%～4%;微量及稀土元素測(cè)試依據(jù)美國(guó)PE公司DRC-E型電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS),以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)(GSR3)為標(biāo)樣進(jìn)行檢測(cè),遵循巖石、土壤、水系沉積物中微量元素的封閉酸溶ICPMS法測(cè)定,測(cè)試精度優(yōu)于5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 準(zhǔn)噶爾盆地東北緣上石炭統(tǒng)巴山組泥巖樣品主微量元素和地球化學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)

續(xù)表1

圖2 準(zhǔn)噶爾盆地東北緣上石炭統(tǒng)巴山組泥巖野外特征(a-c)及巖石薄片(d-f)

3 測(cè)試結(jié)果分析及沉積環(huán)境討論

3.1 古氣候條件

古氣候變化直接影響沉積物供應(yīng)及水體分層,進(jìn)而制約著水體種群密度及生物組合,間接影響有機(jī)質(zhì)富集與儲(chǔ)存?；瘜W(xué)蝕變指數(shù)(CIA)是反映古氣候特征的重要參數(shù),CIA=Al2O3×100/(Al2O3+CaO*+Na2O+K2O),式中CaO*指硅酸鹽礦物中的CaO。一般情況下,CIA值的升高通常與古氣候環(huán)境的濕潤(rùn)程度呈正相關(guān)關(guān)系;同樣的,化學(xué)風(fēng)化指數(shù)[CIW,CIW=Al2O3×100/(Al2O3+CaO*)]和斜長(zhǎng)石蝕變指數(shù)[PIA,PIA=(Al2O3-K2O)×100/(Al2O3+CaO*+Na2O-K2O)]值的逐漸升高也指示物源區(qū)風(fēng)化程度的持續(xù)增強(qiáng),反映物源區(qū)古氣候向溫暖、潮濕環(huán)境轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)[12]。

研究區(qū)內(nèi),除了扎河壩地區(qū)泥巖樣品的CIA值介于89～106,反映強(qiáng)化學(xué)風(fēng)化背景下的濕熱型氣候,其余地區(qū)泥巖樣品CIA值均介于58～82(平均值76),指示中等化學(xué)風(fēng)化背景下的暖濕型氣候[19]。鄰區(qū)塔克爾巴斯他烏露頭和盆地內(nèi)部烏倫古坳陷的巴山組泥巖CIA指數(shù)也反映了暖濕型或溫?zé)嵝凸艢夂颦h(huán)境[9,11]。同時(shí),區(qū)域內(nèi)CIW和PIA值也均指示源區(qū)以中等風(fēng)化作用為主(圖3)。在泥巖A-CN-K三角圖解(圖4)中可以看出,平行于A-CN坐標(biāo)軸的巖石預(yù)測(cè)風(fēng)化趨勢(shì)線T’(剔除了鉀交代作用的影響)指示除了扎河壩個(gè)別點(diǎn)落在強(qiáng)化學(xué)蝕變區(qū),其余大部分點(diǎn)落在中等化學(xué)蝕變區(qū),與前述觀點(diǎn)一致。

圖3 準(zhǔn)噶爾盆地東北緣晚石炭世沉積環(huán)境地球化學(xué)參數(shù)變化

圖4 準(zhǔn)噶爾盆地東北緣上石炭統(tǒng)巴山組泥巖A-CN-K三角圖據(jù)參考文獻(xiàn)[21]修改;PAAS為后太古宙澳大利亞頁巖。

SiO2/Al2O3比值可用來反映Si通過化學(xué)淋溶搬運(yùn)的變化情況,當(dāng)SiO2/Al2O3>4時(shí),巖石中SiO2運(yùn)移極少,指示干燥的氣候環(huán)境;而當(dāng)SiO2/Al2O3<4時(shí),則指示了相對(duì)濕潤(rùn)的氣候環(huán)境導(dǎo)致大量的SiO2遷移[20]。研究區(qū)只有個(gè)別泥巖樣品具有較高的SiO2/Al2O3比值,而大部分樣品均遠(yuǎn)低于4,反映了相對(duì)濕潤(rùn)的古氣候背景。另一方面,高的Sr含量是水體在干旱氣候下蒸發(fā)的結(jié)果;而在干冷條件下,由于水體的堿性逐漸增強(qiáng),導(dǎo)致Cu大量析出。因此Sr/Cu被廣泛用于恢復(fù)古氣候,通常Sr/Cu>10指示干燥氣候,Sr/Cu<10則代表溫濕氣候[21]。所有的泥巖樣品中除3個(gè)具有較高Sr/Cu比值外,其余的Sr/Cu值均介于2～8,平均值為5.93,整體反映溫暖濕潤(rùn)的古氣候環(huán)境。

3.2 古氧化—還原條件

通常情況下,常見的敏感元素主要包括U、Th、Ni、Co、Cu、Zn、Mo等,其富集程度和相互間的比值是反映氧化—還原環(huán)境的可靠指標(biāo)[22-23]。其中,Th、U元素之間化學(xué)性質(zhì)的差異性,導(dǎo)致其在不同環(huán)境的賦存狀態(tài)截然不同。Th在水體中主要以Th4+的形態(tài)賦存,對(duì)氧化還原條件的敏感性差。相反,U在缺氧條件下以U6+形式與海水中的碳酸根離子結(jié)合,導(dǎo)致沉積物在氧化環(huán)境中通常虧損U。因此,U/Th比值是指示水體氧化還原條件的重要指標(biāo),具體表現(xiàn)為,U/Th>1.25指示缺氧環(huán)境,U/Th介于0.75～1.25時(shí)為貧氧環(huán)境,U/Th<0.75則反映氧化環(huán)境[24-25]。測(cè)試結(jié)果顯示,區(qū)域內(nèi)巴山組巖石除兩個(gè)樣品的U/Th比值大于0.75,其余樣品的U/Th比值均介于0.17～0.72,表明研究區(qū)在晚石炭世應(yīng)整體處于典型的氧化環(huán)境(圖3)。

在氧化水體中,Ni大多以Ni2+離子或NiCO3形式被有機(jī)質(zhì)所吸附;在還原水體中,Ni則可形成不溶性的NiS,被自生黃鐵礦吸收。同時(shí),在還原環(huán)境中Co比Ni優(yōu)先活化,從而造成沉積物中的Ni/Co比值增大。因此,Ni/Co比值也被認(rèn)為是判斷沉積物所在水體氧化還原程度的重要參數(shù),其中Ni/Co<5對(duì)應(yīng)氧化環(huán)境,Ni/Co介于5～7對(duì)應(yīng)貧氧環(huán)境,而Ni/Co>7則指示缺氧環(huán)境[16]。通過對(duì)研究區(qū)巴山組泥巖Ni/Co比值進(jìn)行計(jì)算,除在一個(gè)樣品中為7.71,其余樣品Ni/Co比值介于0.28～4.22,均值為2.02,揭示了巴山組沉積巖形成于水體氧化環(huán)境(圖3)。

類似的,Cu在氧化水體中大多以CuCl+離子的形式存在,而在還原水體下Cu2+則進(jìn)入黃鐵礦形成CuS。Zn在海水氧化環(huán)境中,以腐殖酸的絡(luò)合物形式存在;還原環(huán)境時(shí)則會(huì)以Zn的形式存在于黃鐵礦中。因此Cu/Zn也常被用來指示沉積期的氧化—還原環(huán)境,其中,Cu/Zn<0.21對(duì)應(yīng)還原環(huán)境,Cu/Zn比值介于0.21～0.35時(shí)為弱還原環(huán)境,Cu/Zn>0.35則對(duì)應(yīng)氧化環(huán)境[26]。研究區(qū)巴山組泥巖除個(gè)別樣品外,大部分樣品的Cu/Zn比值均大于0.35,指示沉積時(shí)期應(yīng)處于典型的氧化環(huán)境。同時(shí),在上述微量元素比值進(jìn)行判識(shí)和分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步將以上判別指標(biāo)進(jìn)行交會(huì)投點(diǎn),可以發(fā)現(xiàn)在Ni/Co-U/Th圖解上(圖5a),大部分樣品均投入氧化環(huán)境中,僅少數(shù)樣品位于弱氧化或缺氧區(qū)域,同樣驗(yàn)證了元素比值的判識(shí)結(jié)果。

圖5 準(zhǔn)噶爾盆地東北緣上石炭統(tǒng)巴山組泥巖Ni/Co-U/Th(a)[27]、UEF-MoEF(b)[28]、Sr-Ba(c)[29]、V-Ba(d)[30]判別

缺氧環(huán)境通常會(huì)導(dǎo)致Mo和U元素在沉積物中富集,在氧化條件下含量極低,在Fe3+和Fe2+的氧化—還原界面附近,U富集快于Mo,而在缺氧或硫化環(huán)境中則相反[31]。UEF-MoEF協(xié)變模式圖可以很好地反映盆地沉積過程中的氧化—還原性質(zhì)[28],其中Mo和U富集系數(shù)的計(jì)算公式為XEF=(X/Al)樣品/(X/Al)平均頁巖。研究區(qū)樣品的UEF、MoEF數(shù)據(jù)大部分小于1,最高值一般不大于3,在協(xié)變模式圖中都沒有落入缺氧和硫化區(qū)域,反映了氧化的水體條件(圖5b)。因此,根據(jù)多種元素比值和判別方式綜合分析,認(rèn)為準(zhǔn)東北緣在巴山組沉積時(shí)期處于氧化環(huán)境。

3.3 古鹽度

Li、Ni、Ga、Sr等元素的含量對(duì)沉積水體的鹽度具有明顯的控制作用,因此沉積巖中這幾種元素常被用來判別古沉積環(huán)境的水體鹽度[21]。通常情況下,在海相(鹽水)沉積環(huán)境中,Li含量大于150×10-6,Ni 含量大于40×10-6,Ga含量小于8×10-6,Sr含量介于(800～1 000)×10-6;而在陸相(淡水)沉積環(huán)境中,Li含量小于90×10-6,Ni含量介于(20～25)×10-6,Ga含量大于17×10-6,Sr含量介于(100～500)×10-6[15]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,研究區(qū)巴山組泥巖樣品中的Li含量除一個(gè)樣品達(dá)到215×10-6外,其余樣品均介于(12～65)×10-6,Ni含量除在個(gè)別樣品中大于40×10-6外,大部分樣品中介于(5～34)×10-6,Ga含量介于(13～38)×10-6,Sr含量介于(56～407)×10-6。準(zhǔn)東北地區(qū)在石炭紀(jì)以發(fā)育火山巖和碎屑巖沉積為主,不發(fā)育碳酸鹽巖,對(duì)水體中Sr等元素的原始含量沒有影響,因此這些微量元素特征均顯示巴山組沉積期處于半咸水—淡水環(huán)境(圖3)。

另一方面,Sr和Ba的化學(xué)性質(zhì)相似,其富集程度也受水體鹽度的控制,在咸水環(huán)境下,Ba往往會(huì)率先析出,而Sr的溶解度整體高于Ba,只有當(dāng)水體到達(dá)一定咸度后才會(huì)被析出,因此,Sr/Ba常被用來作為判斷沉積環(huán)境中水體古鹽度的重要指標(biāo),Sr/Ba>1.0指示咸水沉積環(huán)境;當(dāng)Sr/Ba值介于0.5～1.0時(shí)為半咸水沉積;Sr/Ba<0.5則代表了淡水沉積環(huán)境[27]。研究區(qū)巴山組除個(gè)別泥巖樣品的Sr/Ba值大于1,其余大部分樣品Sr/Ba值介于0.12～0.80,屬于半咸水—淡水環(huán)境。同時(shí),Sr-Ba、V-Ba圖解也可以指示沉積時(shí)的水體鹽度和來源,Sr-Ba圖解顯示研究區(qū)巴山組的大部分泥巖樣品均落入半咸水—淡水范圍內(nèi)(圖5c),V-Ba圖解顯示巴山組所有泥巖樣品均落入陸相區(qū)(圖5d)。綜上所述,準(zhǔn)噶爾東北緣巴山組沉積期應(yīng)屬于陸相半咸水—淡水環(huán)境。

3.4 沉積速率

稀土元素的分異程度是判斷沉積速率快慢的重要參數(shù)[32],黏土礦物等是稀土元素吸附的主要載體。當(dāng)沉積速率慢時(shí),在水體中停留時(shí)間較長(zhǎng)導(dǎo)致REE分異強(qiáng),當(dāng)沉積速率快時(shí),在水體中停留時(shí)間較短導(dǎo)致REE分異弱。LREE/HREE和(La/Yb)N是反映輕重稀土元素分異的重要指標(biāo)。本次研究只對(duì)扎河壩和拜爾庫都克地區(qū)巴山組泥巖樣品做了稀土元素分析,結(jié)果顯示這兩個(gè)地區(qū)的LREE/HREE值介于5.67～7.67,平均值為6.63,(La/Yb)N介于5.18～7.77,平均值為6.60,輕—重稀土分異程度中等,表明巴山組泥巖的沉積速率相對(duì)穩(wěn)定(圖3)。此外,可根據(jù)沉積巖中Co和La含量對(duì)具體的沉積速率值進(jìn)行估算[32],公式如下:

Vs=V0×NCo/(SCo-t×TCo)

(1)

t=SLa/NLa

(2)

式中:V0為正常水體的沉積速率,一般為150～300 m/Ma,前述成果認(rèn)為研究區(qū)巴山組沉積速率中等,因此本次計(jì)算V0取200 m/Ma;NCo為正常水體Co的豐度,為20×10-6;SCo為樣品中Co的豐度,平均為11.185×10-6;TCo為沉積巖中Co的平均豐度,為4.68×10-6;SLa為樣品中La的豐度,平均為35.6×10-6;NLa為沉積巖中La的平均豐度,為38.99×10-6。計(jì)算得到樣品的平均沉積速率Vs為578.7 m/Ma;t為SLa/NLa比值。

3.5 古水深

元素Zr化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,一般以鋯石等重礦物的形式存在,在較淺的水體中容易直接沉積;元素Rb化學(xué)性質(zhì)活潑,易遷移,在黏土礦物中較常見,并在較深的水體中更易直接沉積,因此判斷古水深一般使用Rb/Zr比值作為參數(shù)[20]。Rb/Zr比值的升高也與水體環(huán)境的深度呈明顯的正相關(guān),與水動(dòng)力強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)。研究區(qū)巴山組泥巖樣品Rb/Zr比值分布于0.05～0.47之間,均值為0.23,反映較淺的水體沉積環(huán)境。在沉積速率估算的基礎(chǔ)上,根據(jù)公式h=3.05×105/Vs1.5[33],計(jì)算得到研究區(qū)巴山組泥巖沉積時(shí)期的平均古水深(h)為21.9 m。

4 構(gòu)造背景及物源分析

通常情況下,相對(duì)穩(wěn)定的微量元素(La、Sc、Cr、Th、Zr、Co)能夠較準(zhǔn)確地識(shí)別沉積物的原始物源區(qū)特征,并且微量元素含量與構(gòu)造背景之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系也可為進(jìn)一步判斷沉積環(huán)境提供地質(zhì)約束。在沉積巖微量元素三端元判別圖解投圖中(圖6),研究區(qū)巴山組泥巖樣品均落入大陸島弧環(huán)境。而前人對(duì)烏倫古坳陷、扎河壩、白堿溝以及塔克爾巴斯他烏等地的火山巖微量元素及Sr-Nd同位素進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,Sr-Nd同位素顯示,其巖漿來源于虧損地幔,而微量元素特征也具有虧損的特征,但虧損程度要低于島弧源區(qū),不如板內(nèi)環(huán)境的源區(qū)富集,屬于后碰撞環(huán)境[9, 34-35]。一般來說,巖漿的地殼混染、分離結(jié)晶以及繼承前次俯沖所保留下的特征都能使得出露巖石具有島弧特征,再結(jié)合沉積巖較淺的古水深環(huán)境,認(rèn)為研究區(qū)巴山組的構(gòu)造環(huán)境可能為后碰撞伸展。

圖6 準(zhǔn)噶爾盆地東北緣上石炭統(tǒng)巴山組泥巖沉積構(gòu)造環(huán)境判別[36]

物源區(qū)母巖類型可根據(jù)判別函數(shù)(F1和F2)及相關(guān)圖解確定,其中函數(shù)F1和F2計(jì)算公式如下:

F1=30.638TiO2/Al2O3-12.541Fe2O3/

Al2O3+7.329MgO/Al2O3+12.031Na2O/

Al2O3+35.402K2O/Al2O3-6.382

(3)

F2=36.500TiO2/Al2O3-10.879Fe2O3/

Al2O3+30.875MgO/Al2O3-5.404Na2O/

Al2O3+11.112K2O/Al2O3-3.89

(4)

根據(jù)以上計(jì)算公式,計(jì)算出F1和F2的值,F1—F2圖解[31]揭示研究區(qū)泥巖主要來自成熟大陸石英質(zhì)物源區(qū)(圖7a)。同時(shí)根據(jù)扎河壩和拜爾庫都克泥巖稀土元素與微量元素比值Co/Th-La/Sc,在Y軸上,其落在長(zhǎng)英質(zhì)火山巖與安山巖之間,在X軸上,其落在花崗巖與長(zhǎng)英質(zhì)火山巖之間,且處于花崗巖的沉積改造加強(qiáng)方向(圖7b),說明泥巖組分中含有長(zhǎng)英質(zhì)。綜上所述,本次研究的巴山組泥巖樣品的母巖類型主要為沉積巖和長(zhǎng)英質(zhì)火山巖,形成于后碰撞構(gòu)造背景,由擠壓環(huán)境轉(zhuǎn)變?yōu)樯煺弓h(huán)境,地殼減薄,虧損的軟流圈地幔上涌,后經(jīng)過巖石圈地幔,可能受到混染作用或卡拉麥里洋殼俯沖時(shí)所帶的流體或熔體的改造,使得其具有島弧特征。與此同時(shí)發(fā)生大規(guī)模的斷裂活動(dòng),噴出大量火山巖,而后火山作用減弱,在火山間隙發(fā)育低洼地帶形成湖盆,形成沉積物的可容空間。

圖7 準(zhǔn)噶爾盆地東北緣上石炭統(tǒng)巴山組泥巖沉積物源區(qū)判別

5 烴源巖地球化學(xué)特征

石炭紀(jì)期間受卡拉麥里碰撞造山和后碰撞演化的影響,準(zhǔn)東北緣構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,發(fā)育多條NW—SE走向的斷裂,并導(dǎo)致多期火山噴發(fā),形成多個(gè)凸起和凹陷相間排列的構(gòu)造格局,控制晚石炭世三角洲—湖泊—沼澤相沉積,在凹陷或火山巖之間的低洼地帶發(fā)育巴山組泥巖沉積[9,11]。此外,巴山組沉積時(shí)期雖然水體深度較淺,且處于氧化環(huán)境,但是溫暖濕潤(rùn)的古氣候條件有利于植物的大規(guī)模繁殖,且沉積速率穩(wěn)定,為有機(jī)質(zhì)碎屑的穩(wěn)定堆積和輸入提供了有利條件,促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的富集。根據(jù)本次野外獲得的烴源巖樣品測(cè)試分析,結(jié)合盆地內(nèi)相關(guān)研究成果綜合分析,巴山組TOC含量為0.56%～8.92%,平均為2.08%;氯仿瀝青“A”含量為0.001 5%～0.057 7%,平均為0.013 5%;生烴潛量(S1+S2)為0.05～2.01 mg/g,平均值為0.34 mg/g。綜上認(rèn)為巴山組烴源巖有機(jī)質(zhì)豐度中等,具有一定的生烴潛力。有機(jī)顯微組分結(jié)果表明,鏡質(zhì)組占主要組分,平均含量為90.36%,惰質(zhì)組平均含量為15%,其余組分基本為0。計(jì)算得出干酪根類型指數(shù)(TI)基本小于0,指示應(yīng)主要為Ⅲ型干酪根,少量Ⅱ2或Ⅱ1型,以高等植物來源為主,陸相來源輸入明顯增多,反映了古氣候條件和陸內(nèi)構(gòu)造背景的控制。同時(shí),有機(jī)質(zhì)的熱演化程度對(duì)于油氣資源評(píng)價(jià)至關(guān)重要,研究區(qū)巴山組烴源巖實(shí)測(cè)Ro介于0.67%～2.78%,平均值為1.63%;樣品Tmax分布于436～566 ℃,平均值為506 ℃,處于成熟—高成熟演化階段,說明產(chǎn)氣潛力較好。

6 結(jié)論

對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地東北緣野外露頭區(qū)的上石炭統(tǒng)巴山組烴源巖樣品中的主微量元素和稀土元素進(jìn)行了分析研究,得出了以下結(jié)論:

(1)化學(xué)蝕變指數(shù)(CIA)、化學(xué)風(fēng)化指數(shù)CIW)、斜長(zhǎng)石蝕變指數(shù)(PIA)、SiO2/Al2O3值、微量元素 Sr/Cu 值和A-CN-K圖解中均顯示巴山組沉積期為溫暖濕潤(rùn)的古氣候環(huán)境,母巖經(jīng)歷了中等程度的化學(xué)風(fēng)化作用。

(2)U/Th、Ni/Co、Cu/Zn等微量元素比值以及Ni/Co-U/Th圖解、UEF-MoEF協(xié)變模式圖均顯示研究區(qū)巴山組沉積時(shí)期以氧化環(huán)境為主;同時(shí),根據(jù)Li、Ni、Ga、Al、Sr/Ba比值、Sr-Ba和V-Ba圖解顯示其為半咸水—淡水環(huán)境。通過Rb/Zr比值、Co元素計(jì)算出古水深,發(fā)現(xiàn)巴山組沉積時(shí)期水體相對(duì)較淺,且沉積速率相對(duì)穩(wěn)定。

(3)通過主微量元素的F1-F2函數(shù)圖解結(jié)合微量元素Th-Sc-Zr/10、Th-Co-Zr/10、La-Th-Sc和Co/Th-La/S圖解以及區(qū)域地質(zhì)演化特征,揭示研究區(qū)巴山組母巖類型主要為沉積巖和長(zhǎng)英質(zhì)火山巖,物源可能主要是來自于卡拉麥里島弧酸性火成巖區(qū)的風(fēng)化產(chǎn)物。

(4)研究區(qū)巴山組烴源巖有機(jī)質(zhì)類型基本以Ⅲ型干酪根為主,少量Ⅱ2或 Ⅱ1型,以高等植物來源為主;有機(jī)質(zhì)豐度中等,TOC含量平均為2.08%,具有一定的生烴潛力。同時(shí),較高的Ro和Tmax值顯示研究區(qū)烴源巖處于成熟—高成熟演化階段,具有較好的生氣潛力。

利益沖突聲明/Conflict of Interests

所有作者聲明不存在利益沖突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者貢獻(xiàn)/Authors’Contributions

該科研工作主要由蔡倩茹主持;實(shí)驗(yàn)測(cè)試由王金鐸、張關(guān)龍、宋智華、熊崢嶸、倪勝利完成;手稿由蔡倩茹、王金鐸、張關(guān)龍、王圣柱起草和修訂。所有作者均已閱讀論文的最后版本并同意提交。

The study was mainly organized by CAI Qianru. The experimental operation was completed by WANG Jinduo, ZHANG Guanlong, SONG Zhihua, XIONG Zhengrong and NI Shengli. The manuscript was drafted and revised by CAI Qianru, WANG Jinduo, ZHANG Guanlong and WANG Shengzhu. All the authors have read the last version of paper and consented for submission.