燕山地區(qū)冀北坳陷霧迷山組地球化學(xué)特征

羅順社,陳小軍,李任遠(yuǎn),張建坤

(1.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,湖北荊州 434023; 2.中國石化勝利油田分公司海洋采油廠,山東東營 257237; 3.中國地質(zhì)大學(xué)構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430074)

燕山地區(qū)冀北坳陷霧迷山組地球化學(xué)特征

羅順社1,陳小軍2,李任遠(yuǎn)3,張建坤1

(1.長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,湖北荊州 434023; 2.中國石化勝利油田分公司海洋采油廠,山東東營 257237; 3.中國地質(zhì)大學(xué)構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北武漢 430074)

燕山地區(qū)冀北坳陷霧迷山組為碳酸鹽巖潮坪沉積,進(jìn)一步分為潮上帶、潮下帶、潮間帶 3個亞相和上潮間帶、下潮間帶、潮下高能帶、潮下低能帶 4個微相。利用因子分析法對微量元素和氧化物的富集規(guī)律及其環(huán)境意義進(jìn)行了探討。研究表明,該區(qū)碳酸鹽巖受陸源渾水沉積的影響,而且地球化學(xué)特征與沉積環(huán)境有著極為密切的關(guān)系。無論是微量元素還是氧化物,其含量大多數(shù)都由潮上帶—潮間帶—潮下帶呈明顯增大的趨勢。隨著水體加深,對碳酸鹽巖沉積環(huán)境較敏感的 Sr,B含量及 Sr/Ba,Sr/Ca,Mn/Fe值也由潮上帶至潮下帶逐漸增大。上述特征不僅表明該區(qū)地球化學(xué)特征可作為相分析的重要標(biāo)志,也說明野外地層和沉積相劃分的準(zhǔn)確度較高。

碳酸鹽巖;地球化學(xué);因子分析;霧迷山組;冀北坳陷;燕山地區(qū)

許多國家在中元古界地層中發(fā)現(xiàn)了油氣藏[1],表明這一古老地層的含油性與油氣勘探前景較好。我國中元古界地層分布廣泛、發(fā)育良好,尤其是燕山地區(qū)霧迷山組(霧),地層沉積厚度大、出露良好。早在 20世紀(jì) 70年代我國就對燕山地區(qū)進(jìn)行了地質(zhì)勘查會戰(zhàn)[2-3],但均未獲取工業(yè)油流。此外,前人對霧迷山組沉積特征進(jìn)行過大量的研究,周書欣[4]、吳夢源[5]、趙澄林等[6]均認(rèn)為霧迷山組碳酸鹽巖為潮汐沉積,梅冥相等[7]認(rèn)為該組為潮坪相-湖相沉積,李磊[8]等則認(rèn)為霧迷山組為一套潮坪-湖-淺海相沉積。

筆者在實(shí)測燕山地區(qū)冀北坳陷中新元古界地層基干剖面過程中發(fā)現(xiàn),霧三段—霧六段發(fā)育大量疊層石,表明沉積時期藻類繁盛,有機(jī)質(zhì)大量富集,可作為生油巖;霧七段和霧八段孔、洞、縫等儲集空間發(fā)育,可作為良好的儲層。上覆洪水莊組致密的泥頁巖可成為較好的蓋層。兩組可形成一個良好的生儲蓋組合,因此加深對霧迷山組沉積特征的研究,對我國中元古界油氣勘探具有重要的意義。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

燕山地區(qū)冀北坳陷位于燕山沉積降帶中段的最北部,北面緊臨內(nèi)蒙地軸,南面以山海關(guān)隆起和鐵門關(guān)大斷裂為界,東面是遼西坳陷的凌源-喜峰口大斷裂,西面與密懷隆起的古北口一帶相連,面積達(dá) 8 250 km2。研究區(qū)位于遼寧凌源大河北魏杖子村,構(gòu)造背景屬于冀北坳陷 (圖 1)。該剖面地層岀露良好、層段界限清晰,實(shí)測組厚達(dá)2 947.15 m,是研究霧迷山組碳酸鹽巖地層的理想剖面之一。

據(jù)王鐵冠等研究表明,研究區(qū)構(gòu)造運(yùn)動較為活躍,冀北坳陷及其次一級構(gòu)造單元的形成與演化均受到區(qū)域性深斷裂帶或大斷層塊斷活動的制約①王鐵冠,劉懷波,高振中,等.燕山地區(qū)中段冀北坳陷石油地質(zhì)基本特征.江漢石油學(xué)院燕山地區(qū)地質(zhì)勘查三大隊(duì),1978.。研究區(qū)地層早期是以塊斷升降活動為主,區(qū)域性差異,斷塊活動造成了古隆起與古坳陷正負(fù)向單元的基礎(chǔ);中期以褶皺上升變動 (受印支-燕山運(yùn)動影響)為主,形成了數(shù)量較多的連續(xù)褶皺,為次一級構(gòu)造的基礎(chǔ);晚期則以全面上升隆起構(gòu)造為主,造成地層缺失和風(fēng)化剝蝕,使得地層斷裂明顯。高于莊組之后崤山運(yùn)動波及范圍較廣,海侵是中、新元古代規(guī)模最大的海侵,沉積了霧迷山組藻鎂質(zhì)碳酸鹽巖,含有機(jī)質(zhì)和疊層石,屬安靜環(huán)境飽和狀態(tài)條件下淺海相沉積[9-10]。

圖 1 燕山地區(qū)冀北坳陷區(qū)域構(gòu)造①Fig.1 Regional structure map of the JibeiDepression in Yanshan region

2 沉積相特征

通過野外剖面觀察,根據(jù)巖石組合特征、結(jié)構(gòu)及沉積構(gòu)造特征,利用沉積學(xué)知識,并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景,筆者認(rèn)為燕山地區(qū)冀北坳陷霧迷山組地層為碳酸鹽巖潮坪沉積環(huán)境,進(jìn)一步分為潮上帶、潮下帶、潮間帶 3個亞相和上潮間帶、下潮間帶、潮下高能帶、潮下低能帶4個微相(表1)。研究區(qū)內(nèi)潮間帶最為發(fā)育(圖 2)。

表 1 燕山地區(qū)冀北坳陷霧迷山組沉積相類型Table 1 Sed imentary facies types of theWum ishan Formation in the JibeiDepression of Yanshan region

圖 2 遼寧凌源魏杖子剖面霧迷山組第六段沉積相柱狀圖Fig.2 Sedimentary facies column of the sixth member of theWumishan For mation on Weizhangzi section,Lingyuan,Liaoning Province

2.1 潮上帶

潮上帶位于平均高潮面和最大高潮面之間,常暴露于大氣中,與潮間帶上部常呈過渡關(guān)系,只有在大風(fēng)暴和大潮汐時才被海水淹沒。巖石類型以灰、深灰、棕灰色薄-厚層狀或紋層狀泥-粉晶白云巖、泥晶灰?guī)r為主,藻疊層石沉積不太發(fā)育,有時摻雜少量的鐵質(zhì),常有碎屑物質(zhì)的混入形成黃灰、黃綠色、紫紅色頁巖以及碳酸鹽巖與碎屑巖的過渡類型如含泥云巖,含砂云巖等。由于在研究區(qū)地層內(nèi)蒸發(fā)巖、干裂、石膏及石鹽假晶較少見,筆者認(rèn)為該區(qū)應(yīng)以潮濕型潮上帶為主。在霧迷山組各沉積旋回的下部、韻律底部多見潮上帶與潮間帶上部的過渡沉積。

2.2 潮間帶

潮間帶位于平均高潮面與平均低潮面之間,以間歇能沉積為特點(diǎn),為潮坪環(huán)境中最寬的地帶。沉積物主要為含礫(砂)屑泥質(zhì)(晶)白云巖、泥晶灰?guī)r、鮞粒白云巖、錐柱狀疊層石和少量波狀、層狀疊層石,夾黑灰色硅質(zhì)云巖、硅質(zhì)頁巖或硅質(zhì)團(tuán)塊(條帶),局部含少量錳質(zhì),有時有少量陸源粉砂質(zhì)和泥質(zhì)混入而形成泥質(zhì) (粉砂質(zhì))云巖或灰?guī)r。根據(jù)實(shí)際情況將潮間帶細(xì)分為上潮間帶和下潮間帶。研究區(qū)潮間帶最為發(fā)育。

2.2.1 上潮間帶

出露水面時間多,屬低-中間歇能沉積環(huán)境,砂質(zhì)云巖和砂屑云巖不甚發(fā)育,以發(fā)育紋層狀藻疊層云巖為主要特征,常具斑點(diǎn)及小凝塊結(jié)構(gòu),在紋層狀藻疊層云巖中也常見似竹葉狀礫(藻)屑云(硅)巖發(fā)育,有時還有具藻跡紋層狀硅巖,低幅度不對稱波痕為該帶標(biāo)志性產(chǎn)物[10]。

2.2.2 下潮間帶

該段沉積比較復(fù)雜,有時與潮下高能帶沉積是混生的。大波紋狀藻疊層云巖、凝塊石以及中小型錐(柱)狀藻疊層云巖是下潮間帶重要的沉積標(biāo)志,此外還常發(fā)育有亮晶粒屑云巖、尤其是內(nèi)碎屑、鮞粒、藻鮞及團(tuán)粒等多種粒屑混生的云巖?？梢妴蜗蛩鹘诲e層理、交錯層理、波痕,準(zhǔn)同生角礫等沉積構(gòu)造。

2.3 潮下帶

潮下帶位于平均低潮面之下,水動力較潮間帶強(qiáng),巖石類型主要為灰白、淺灰色薄-中層狀礫屑灰?guī)r,泥晶灰?guī)r、含砂、粉砂泥質(zhì)白云巖、泥晶白云巖、大型錐或柱狀藻疊層白云巖,局部含錳質(zhì)和硅質(zhì)條帶,常組成礫屑灰?guī)r與薄板狀泥晶灰?guī)r和紫紅色頁巖組成不等厚互層,礫屑長軸 0.3～10 cm不等,寬 0.1～1 cm,以 7 cm×1 cm的礫屑居多,略顯竹葉狀或成倒小字結(jié)構(gòu),部分呈透鏡狀,可能為風(fēng)暴角礫,含有少量硅質(zhì)結(jié)核,薄板狀顯示交錯層理?？紤]到霧迷山組的韻律性較強(qiáng),根據(jù)水體能量細(xì)分為潮下高能帶和潮下低能帶。

2.3.1 潮下高能帶

位于平均低潮面以下,波基面之上。相帶較為開闊,具有持續(xù)高能的特點(diǎn),有大量的藻團(tuán) (凝塊狀、葡萄狀)沉積。在底質(zhì)穩(wěn)定的條件下,形成以藻團(tuán)為基本層的大型錐或柱狀藻疊層白云巖以及藻礁等。該帶可見各種交錯層理、波痕和巨波痕,除了藻疊層石白云巖類外,還可有鮞粒白云巖和砂屑白云巖。

2.3.2 潮下低能帶

位于波基面之上的低能環(huán)境,位置相當(dāng)于潟湖。由于水體較深,光線微弱,藻類活動少,因此主要為貧藻跡的、化學(xué)沉淀為主的泥晶白云巖類,泥質(zhì)含量高時可成為含泥泥晶白云巖和泥云巖,若夾部分風(fēng)暴回流所攜帶的異地風(fēng)暴沉積而形成風(fēng)暴巖。該帶無明顯的沉積構(gòu)造,以厚層狀為主,在沉積作用微弱期間可能形成海底硬地。

3 地球化學(xué)特征

3.1 樣品采集及測試

樣品采自遼寧省凌源縣大河北鄉(xiāng)魏杖子剖面 (圖 3),巖性主要為泥 (粉)晶云巖、藻紋層泥 (粉)晶云巖、硅質(zhì)云巖、疊層石云巖等 20種,覆蓋了研究區(qū)發(fā)育的 4種微相類型及不同的層段,樣品新鮮。共采集微量元素 (符號 Y)樣品 308塊,氧化物分析 (符號 H)樣品 147塊(表 2)。

表 2 燕山地區(qū)冀北坳陷霧迷山組各段采樣統(tǒng)計(jì)Table 2 Sample statistics of each member of theWum ishan Formation in the JibeiDepression of Yanshan region

沉積巖中的元素分布特征,尤其是微量元素的分布特征常具有環(huán)境意義,是沉積相分析的一個重要標(biāo)志。在本次研究中選取部分元素 (V, Rb,Sr,Ba,Be,B)和部分氧化物 (Al2O3,SiO2, Fe2O3,FeO,MgO,CaO,K2O,Na2O,MnO,P2O5, T iO2)進(jìn)行測試、分析探討,旨在查明不同沉積環(huán)境下形成的碳酸鹽巖的地球化學(xué)背景或標(biāo)志[11],用以探尋巖石化學(xué)組分的共生組合關(guān)系,為地層和沉積相的劃分提供重要依據(jù)。所采樣品由天津地質(zhì)礦產(chǎn)研究所依據(jù) GR/T14506.28—1993和 DZG20.2—1991標(biāo)準(zhǔn)采用 PW4400 X射線熒光光譜儀、X Seriesll等離子體譜儀測定。由于樣品數(shù)量較多,列舉部分樣品(選取霧六段)測試結(jié)果 (表 3,表 4)。從表 5和表 6可看出,隨著沉積水體的加深,各亞相微量元素和氧化物含量總體上由潮上帶—潮間帶—潮下帶逐漸增大,僅MgO和 CaO含量減小。

表 3 燕山地區(qū)冀北坳陷霧迷山組第六段微量元素含量Table 3 Content of trace elements in the 6th member of theWum ishan Formation in the Jibei Depression of Yanshan region

表 4 燕山地區(qū)冀北坳陷霧迷山組第六段氧化物含量Table 4 Oxide content in the 6th member of theWum ishan Formation in the JibeiDepression of Yanshan region

3.2 因子分析

為了更多地提取樣品所反映的地質(zhì)信息和規(guī)律,筆者運(yùn)用因子分析法對其測試結(jié)果進(jìn)行相關(guān)處理。因子分析是用數(shù)學(xué)中降維方法來研究地質(zhì)中指標(biāo)或樣品間的相互關(guān)系,研究指標(biāo)的分析稱為 R型因子分析,研究樣品的分析稱為Q型因子分析[12]。在因子平面圖上鄰近的一些指標(biāo)點(diǎn)表示它們密切相關(guān),或者說它們具有成因上的聯(lián)系,往往指示某一特定的地質(zhì)作用或過程。圖形上鄰近的一些樣品點(diǎn)則說明它們同屬一種類型,常代表的是同一地質(zhì)作用或過程的產(chǎn)物。

3.2.1 微量元素含量因子分析

1)R型因子分析

對308塊樣品的微量元素含量數(shù)據(jù)進(jìn)行 R型因子分析,經(jīng)計(jì)算作出 7個指標(biāo)在 F1和 F2上的因子載荷圖(圖4)。圖中 F1主要反映的是V,Rb,Be, Ba的沉積作用?？梢钥闯?Rb與Be含量呈明顯的正相關(guān),與V含量的正相關(guān)性稍差。Rb和V含量主要與浮游和固著的藻類有關(guān),離岸越遠(yuǎn)含量相對增高,可反映水體深淺的變化;Be為堿土金屬元素,性質(zhì)與 Sr相似,離岸越遠(yuǎn)水體鹽度越高,沉積中的Be含量也越高;Ba屬分散元素,在碳酸鹽巖中含量較低(表 6)。因此,F1主要反映了沉積物成分的變化。F2正向主要代表了 Sr的沉積作用,負(fù)向反映B的沉積作用。從圖中可以看出 Sr與B呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,對碳酸鹽巖沉積物來說,反映的是鹽度和水體深度的變化,此時期海平面暴露,時而被水淹沒。

2)Q型因子分析

經(jīng)Q型因子分析計(jì)算,得到 308塊樣品在 F1和 F2因子載荷圖(圖 5)。圖中全部樣品在圖中明顯的分為3個區(qū)域。區(qū)域Ⅰ包括了 10塊樣品均來自潮上帶;區(qū)域Ⅱ包括了 44塊樣品,這些樣品大部分來自潮下帶;區(qū)域 Ⅲ包括了其余的大部分樣品,這些樣品基本上都來自潮間帶。樣品明顯的分區(qū)說明了該沉積時期主要受海平面升降的控制,也有陸源物質(zhì)的影響。從Q型因子分析的結(jié)果還可以看出,微量元素的共生組合關(guān)系沒有明顯的分帶性,充分說明區(qū)內(nèi)地層沉積連續(xù)及相帶劃分的準(zhǔn)確性。

圖 4 燕山地區(qū)冀北坳陷霧迷山組微量元素含量R型因子載荷圖Fig.4 R-factor loading graph of trace element content in theWumishan Formation of the JibeiDepression in Yanshan region

圖 5 燕山地區(qū)冀北坳陷霧迷山組微量元素含量Q型因子載荷圖Fig.5 Q-factor loading graph of trace element content in theWumishan For mation of the JibeiDepression in Yanshan region

3.2.2 氧化物含量因子分析

1)R型因子分析

對 147塊巖樣的氧化物分析數(shù)據(jù)進(jìn)行 R型因子分析,經(jīng)計(jì)算作出主因子 F1和 F2的因子載荷圖(圖6)。

從圖中可以看出:①F1主要為MgO,CaO,MnO及 FeO,反映了海源碳酸鹽巖的沉積作用;F2主要為Al2O3,P2O5,T iO2,Fe2O3,K2O它們呈明顯的正相關(guān),反映陸源物質(zhì)的沉積作用。說明本剖面的沉積不僅與海源物質(zhì)有關(guān),而且受陸源渾水沉積物質(zhì)的影響。②F1正向反映MnO和 FeO的沉積作用,負(fù)向反映CaO,MgO的沉積作用。MnO,FeO與CaO, MgO整 體 呈 負(fù) 相 關(guān) 關(guān) 系,表 明兩組的變化規(guī)律相反。其中MgO與CaO呈明顯的正相關(guān)關(guān)系,二者都是碳酸鹽巖沉積所必需的物質(zhì),隨水體的加深碳酸鹽化作用越強(qiáng),且高M(jìn)g/ Ca有利于白云巖的沉積。研究區(qū)MgO含量隨水體加深逐漸減少,以及 CaO在潮間帶含量激增,主要原因是霧迷山組后期 (霧七段)發(fā)育較多的灰?guī)r。MnO與 FeO也成正相關(guān)關(guān)系,對于Mn和 Fe的賦存規(guī)律還不確定,有人認(rèn)為Mn和 Fe多賦存于白云石晶體中[13],因?yàn)镸n2+和 Fe2+容易進(jìn)入離子半徑相近的Mg2+的位置。還有學(xué)者強(qiáng)調(diào)Eh和 pH對Mn和 Fe分布的控制作用,主要表現(xiàn)為陸地上淋濾出的Mn和 Fe在近岸地帶遇到堿性海水會馬上沉淀下來[14]。此外,含 H2S的還原環(huán)境也有利于Mn和 Fe的沉淀[15]。③F2正向反映的是 Al2O3, Fe2O3,P2O5,T iO2及 K2O等陸源物質(zhì)的沉積作用,進(jìn)一步說明了本剖面碳酸鹽巖受渾水沉積的影響。

圖 6 燕山地區(qū)冀北坳陷霧迷山組氧化物含量R型因子載荷圖Fig.6 R-factor loading graph of oxide content in theWumishan For mation of the JibeiDepression in Yanshan region

圖 7 燕山地區(qū)冀北坳陷霧迷山組氧化物含量Q型因子載荷圖Fig.7 Q-factor loading graph of oxide content in theWumishan Formation of the JibeiDepression in Yanshan region

2)Q型因子分析

據(jù) 147塊樣品的Q型因子分析結(jié)果,作出 F1和 F2的因子載荷圖 (圖 7)。從圖中可以看出, 147塊樣品在 F1和 F2的因子平面圖上明顯的分為 3個區(qū)域。區(qū)域Ⅰ大部分為第一段、第二段和第三段的樣品,區(qū)域Ⅱ大部分為第五段的樣品,區(qū)域Ⅲ則大部分為第六段、第七段和第八段的樣品。樣品這種明顯的分區(qū)性絕非偶然,是沉積物化學(xué)元素組合的不同表現(xiàn)。雖然成巖后生變化可以改變元素的原組合關(guān)系,但所取樣品按不同的層位分區(qū),說明本剖面的原生沉積地球化學(xué)信息部分得以保留,也從巖石地球化學(xué)角度證明了本剖面地層時代劃分的準(zhǔn)確性。

3.3 其他元素分析

3.3.1 Sr含量與 Sr/Ba和 Sr/Ca含量比

Sr是碳酸鹽巖中重要的微量元素之一,許多學(xué)者把它作為碳酸鹽沉積和成巖作用過程中的重要元素,認(rèn)為從淺水碳酸鹽巖到深水碳酸鹽巖,Sr的絕對含量有增加的趨勢[16-22]。根據(jù) Sr,Ba的地球化學(xué)性能,由淡水進(jìn)入海水時,淡水中的 Ba2+與海水中的結(jié)合生成 BaSO4沉淀;而 SrSO4溶解度較大,可以繼續(xù)遷移到遠(yuǎn)海,也就是說隨著遠(yuǎn)離海岸,Sr的相對含量依次升高。J Veizer曾多次指出,Sr是沉積相分析的有力工具,認(rèn)為碳酸鹽巖的 Sr/Ca是沉積環(huán)境的函數(shù)。由于研究區(qū)發(fā)育在水體較淺的潮坪位置,Sr含量總體上相對深水區(qū)較低,而且 Sr與Ca同時受到陸源渾水泥質(zhì)含量的影響,因此采用 10 000 Sr/Ca和 Sr/Ba進(jìn)行研究,其對應(yīng)關(guān)系見圖 8。由圖可看出,Sr/Ba值均大于 1,表明研究區(qū)為明顯的海相沉積環(huán)境。Sr對沉積環(huán)境的反映十分敏感,從潮上帶向水體加深的潮下帶方向明顯遞增,10 000 Sr/Ca和 Sr/Ba值依次升高,這與Veizer的結(jié)論是基本一致的。三者與沉積環(huán)境密切相關(guān),用其變化可以來劃分沉積相。

3.3.2 Mn含量與Mn/Fe含量比

Mn含量(除局限海灣環(huán)境外)是從淺水區(qū)至深水區(qū)依次增高。本區(qū)MnO的質(zhì)量分?jǐn)?shù),從潮上帶的0.019%,上升至潮間帶的0.023%,到潮下帶增至 0.036%,與上述規(guī)律相吻合。據(jù)表 5數(shù)據(jù)計(jì)算得出,Mn/Fe值在淺水區(qū)的潮上帶為 0.133,到水稍深的潮間帶升至 0.147,到水體較深的潮下帶為 0.191,也呈增大的趨勢。這種變化與錳和鐵的地球化學(xué)性質(zhì)有關(guān),鐵極易氧化成 Fe3+,Fe3+在pH值大于 3時就形成 Fe(OH)3沉淀,被搬運(yùn)到海洋中的鐵大多以膠體溶液呈懸浮狀態(tài)出現(xiàn),所以鐵的化合物易在淺海地區(qū)發(fā)生聚集。而錳能在海水中以Mn2+比較穩(wěn)定的存在,因此錳能在水體較深的地方出現(xiàn),甚至聚集在大洋的洋底[23]。所以,不僅可以用Mn含量的變化來判斷海相沉積環(huán)境,而且可用Mn及Mn/Fe值劃分沉積相。

圖 8 燕山地區(qū)冀北坳陷霧迷山組不同相帶Sr含量與 Sr/Ba和 Sr/Ca含量比Fig.8 Sr content and the content ratios of Sr/Ba and Sr/Ca in different facies belts of theWumishan For mation in the JibeiDepression of Yanshan region

3.3.3 B含量

沉積物中的B除來自陸源碎屑(電氣石)外,主要從海水中吸取?，F(xiàn)代海水中 B含量約為 4.7× 10-6,而淡水中一般不含 B。沉積物中B的含量與水體中B的含量有關(guān),因而也和水體的鹽度存在著函數(shù)關(guān)系,這表明B含量可以作為古沉積環(huán)境指標(biāo)的依據(jù)。一般認(rèn)為,湖相沉積物中B含量最低,海相沉積物中約為100×10-6或更高,成巖湖中含鹽粘土B含量達(dá) 1 000×10-6[24]。據(jù)沃克等研究,B含量大于 400×10-6為超鹽度環(huán)境,300×10-6～400×10-6為正常海相,200×10-6～300×10-6為半咸水沉積,B含量小于200×10-6為低鹽度環(huán)境。在各類巖石中B含量不等,以泥巖中為最高,因此,泥巖中的B含量較能反映古鹽度情況[23]。表 6中 B的平均含量均小于 200×10-6,整體表現(xiàn)為低鹽度環(huán)境,但由潮上帶到潮下帶逐漸增高,反映出沉積區(qū)為鹽度隨水深依次升高的環(huán)境。

表 7 燕山地區(qū)冀北坳陷霧迷山組不同相帶K2O和 P2O5含量Table 7 Contents of K2Oand P2O5in different facies belts of theWum ishan Formation in the JibeiDepression of Yanshan region

3.3.4 K2O與 P2O5含量

K主要賦存在陸源泥質(zhì)中,其含量增大表明陸源泥質(zhì)增多。本區(qū)從潮上帶至潮下帶 K2O含量隨水體加深而增大,原因可能是在較高能環(huán)境下如潮間帶,受波浪和水流淘洗強(qiáng)烈,形成柱狀、錐狀疊層石,泥質(zhì)被帶走,反而使潮下帶泥質(zhì)更多;此外在海解作用下形成的含 K的自生礦物海綠石,也會導(dǎo)致較深水環(huán)境下 K含量增多[25]。P2O5是海水深度的指示標(biāo)志,其含量高低代表了海水深淺的變化,區(qū)內(nèi)其含量在潮上帶最小,潮下帶最大,原因可能為海相有機(jī)物對磷酸鹽吸收的結(jié)果。不同相帶 K2O,P2O5的含量變化范圍如表 7所示。根據(jù)上述特征,利用 K2O,P2O5含量變化可以劃分沉積相。

4 結(jié)論

1)冀北坳陷霧迷山組以碳酸鹽沉積為主,該區(qū)為低鹽度碳酸鹽巖潮坪相,進(jìn)一步分為潮上帶、潮下帶、潮間帶 3個亞相和上潮間帶、下潮間帶、潮下高能帶、潮下低能帶 4個微相。

2)區(qū)內(nèi)地球化學(xué)特征與沉積環(huán)境密切相關(guān),不同相帶的碳酸鹽巖其地化特征明顯不同,不論是微量元素 V,Rb,Ba,Be,B還是氧化物 Al2O3, SiO2,Fe2O3,FeO,K2O,Na2O,MnO,P2O5,TiO2等,由潮上帶至潮下帶其含量明顯增加。

3)通過微量元素和氧化物含量的因子分析表明,霧迷山組碳酸鹽巖受陸源渾水沉積的影響,也說明了地層沉積連續(xù)及野外地層、沉積相劃分的準(zhǔn)確性。

4)隨著水體加深,從潮上帶到潮下帶,Sr, K2O與 P2O5含量及 Sr/Ba,10 000Sr/Ca,Mn/Fe值均呈增大的趨勢,與沉積環(huán)境密切相關(guān),可以用其變化范圍來劃分沉積相。

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Geochemical behaviors of the Wumishan Formation in the JibeiDepression of Yanshan region

Luo Shunshe1,Chen Xiaojun2,Li Renyuan3and Zhang Jiankun1

(1.College of Geosciences,Yangtze University,Jingzhou,Hubei434023,China;2.OffshoreOil Production Plant of SINOPEC Shengli Oilfield Comparry,Dongying,Shandong257237,China;3.Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources, Ministry of Education,China University of Geosciences,Wuhan,Hubei430074,China)

The Wumishan Formation in JibeiDepression is of carbonate tide-flat sedimentary,and can be divided into three subfacies(supralittoral zone,subtidal zone,intertidal zone)and four microfacies(upper and lower intertidal zones aswell as high-energy and low-energy subtidal zones).An analysis of trace element and oxide enrichment pattern is carried out by using factor analysismethod.The result shows that the carbonates in the area are affected by terrigenousmuddywater sedimentation and that there is a close relationship between its geochemical behaviors and sed imentary environment.Contents of both trace elements and oxide significantly increase from supralittoral zone to intertidal zone and to subtidal zone.As the water depth increases,the content of Sr and B,which are sensitive to carbonate sedimentary environment,and Sr/Ba,Sr/Ca and Mn/Fe ratios, rise from the supralittoral zone to subtidal zone.These features indicate that the geochemical characteristics of the area can be used as importantmarks for facies analysis and that the accuracy of field division of stratum and sedimentary facies is relatively high.

carbonate rock,geochemical behavior,factor analysis,Wumishan Formation,Jibei Depression, Yanshan region

TE122.1

A

0253-9985(2011)01-0017-12

2010-12-23。

羅順社(1961—),男,博士、教授,沉積學(xué)。

中國石化股份有限公司海相油氣勘探前瞻性項(xiàng)目(YPH08025)。

(編輯 高 巖)