安徽宿松地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組上升流相烴源巖地球化學(xué)特征

柴 華 （長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院；長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，湖北 荊州434023）

胡望水 （長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

唐友軍 （長江大學(xué)地球化學(xué)系，湖北 荊州434023）

肖傳桃 （長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

張春明 （長江大學(xué)地球化學(xué)系，湖北 荊州434023）

林小云 （長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

安徽宿松地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組上升流相烴源巖地球化學(xué)特征

柴 華 （長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院；長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，湖北 荊州434023）

胡望水 （長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

唐友軍 （長江大學(xué)地球化學(xué)系，湖北 荊州434023）

肖傳桃 （長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

張春明 （長江大學(xué)地球化學(xué)系，湖北 荊州434023）

林小云 （長江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州434023）

下?lián)P子區(qū)棲霞組普遍發(fā)育與碳酸鹽巖共生的硅質(zhì)沉積，關(guān)于硅質(zhì)沉積成因的討論認識不一。從上升流成因的角度對安徽宿松地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組進行了野外觀察和室內(nèi)分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)出露的上升流巖相類型主要為燧石條帶、硅質(zhì)細紋層、硅質(zhì)巖及泥晶生物碎屑灰?guī)r等。根據(jù)其巖相組合特征將該地區(qū)上升流相劃分為2個亞相，4個微相。通過對16個樣品的有機地化分析，認為各上升流相烴源巖的有機質(zhì)類型大致為Ⅱ－Ⅲ型，成熟度為成熟－高成熟，總體上看，生烴潛量與有機質(zhì)豐度呈正相關(guān)，綜合評價認為，研究區(qū)棲霞組上升流相有效烴源巖為硅質(zhì)薄層和臭灰?guī)r中燧石條帶。根據(jù)常量元素、微量元素分析認為該區(qū)硅質(zhì)沉積為上升流成因，而原生生物或生物化學(xué)成因是上升流成因的一種類型，研究區(qū)上升流成因類型樣品Al2O3含量均在2%以內(nèi)，且與SiO2相關(guān)性不強。利用V/（V＋Ni）、V/Cr比值研究認為，研究區(qū)棲霞組上升流沉積是在淺海斜坡含氧－貧氧過渡環(huán)境下沉積的，相比較而言，硅質(zhì)薄層微相還原程度相對較高。

安徽宿松；棲霞組；上升流相；烴源巖；地球化學(xué)特征

下?lián)P子區(qū)棲霞組普遍發(fā)育與碳酸鹽巖共生的硅質(zhì)沉積。目前關(guān)于硅質(zhì)沉積成因的討論認識不一，主要有4種觀點：生物或生物化學(xué)成因、熱水沉積成因、火山作用及熱液交代成因［1～3］。針對此問題，呂炳全等［4］通過研究下?lián)P子區(qū)發(fā)育的層狀硅質(zhì)巖、燧石條帶等硅質(zhì)沉積，提出了上升流成因。近年來呂炳全［5］、胡望水［6］、肖傳桃［7，8］等主要從沉積、古生物方面研究了下?lián)P子區(qū)古生代上升流的沉積特征、沉積環(huán)境及古生態(tài)特征，胡望水等［9］還提出了華北中上元古界上升流相模式，鄢菲等［10］對下?lián)P子區(qū)中二疊統(tǒng)上升流相與烴源巖關(guān)系進行了初步探討。國外一些研究者也注意到上升流發(fā)育對烴源巖的影響，Parrish［11］討論了上升流與烴源巖的關(guān)系，Piper等［12］提出了上升流模式，Embry等［13］從沉積、古生物、地化方面對上升流區(qū)出現(xiàn)的沉積物進行了研究。

上升流相是上升流環(huán)境下形成的沉積體的綜合，上升流相烴源巖是其中重要的一部分，并且是沉積學(xué)和石油地質(zhì)學(xué)研究的一個交叉的新領(lǐng)域。目前針對上升流相烴源巖的研究較少。筆者主要從地球化學(xué)特征入手，通過對安徽宿松坐山中二疊統(tǒng)剖面觀察和采樣，研究了棲霞組上升流相烴源巖的地球化學(xué)特征，并確定了上升流相有效烴源巖，這為解決下?lián)P子區(qū)烴源巖成因問題提供了新的途徑和依據(jù)，有利于推動古生代上升流沉積的研究。

1 剖面簡介

下?lián)P子區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組根據(jù)巖性和組合特征可分為5段：下部臭灰?guī)r段、下部硅質(zhì)層段、棲霞本部灰?guī)r段、上部硅質(zhì)層段以及頂部灰?guī)r段。與上覆孤峰組呈整合接觸，與下伏船山組呈整合接觸或平行不整合接觸。安徽宿松坐山中二疊統(tǒng)剖面的地理位置為N30°10.544′，E116°13.906′，位于安徽省宿松縣東20km的坐山，剖面出露的棲霞組地層相對完整，累計厚度為198.8m，但未見上部硅質(zhì)層段 （圖1）。

圖1 實測剖面巖性柱狀圖

剖面棲霞組頂部灰?guī)r段巖性為深灰色中－厚層含生物碎屑泥晶灰?guī)r，中部含少量燧石條帶；本部灰?guī)r段巖性主要以深灰色中－厚層泥晶生物碎屑灰?guī)r為主，富含燧石結(jié)核、燧石團塊及燧石條帶；下部硅質(zhì)層段為灰色?。袑庸栀|(zhì)巖；下部臭灰?guī)r段主要為深灰色中－厚層含燧石結(jié)核、團塊或燧石條帶泥晶生物碎屑灰?guī)r，與本部灰?guī)r段巖性相似，敲之帶臭雞蛋味。在臭灰?guī)r段和本部灰?guī)r段中首次發(fā)現(xiàn)典型的上升流沉積構(gòu)造——硅質(zhì)細紋層，層理為極薄的微細硅質(zhì)層或紋層，紋層呈波狀起伏，頂?shù)酌娌黄秸?。硅質(zhì)細紋層主要有2種產(chǎn)出狀態(tài)，一種主要發(fā)育于泥晶生物碎屑灰?guī)r或臭灰?guī)r中，另一種主要是硅質(zhì)結(jié)核與硅質(zhì)細紋層的交互形式，且往往是硅質(zhì)結(jié)核、硅質(zhì)條帶和硅質(zhì)細紋層共生。

2 上升流相類型

上升流是外來水體，主要由大洋底層流帶來或由海洋表層風(fēng)海流造成，給一定的近岸、淺海區(qū)帶來富氧、富硅、富營養(yǎng)鹽和低溫水體，筆者把這種環(huán)境下的沉積組合稱之為上升流相。

通過對安徽宿松地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組的野外觀察與室內(nèi)分析，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)出露的上升流巖相類型主要為燧石條帶、硅質(zhì)細紋層、硅質(zhì)巖及泥晶生物碎屑灰?guī)r等。根據(jù)其巖相組合特征可將該地區(qū)上升流相劃分為2個亞相，4個微相 （表1）。硅質(zhì)巖亞相主要為?。袑庸栀|(zhì)巖或硅質(zhì)細紋層與泥晶生物碎屑灰?guī)r互層等。其中，硅質(zhì)巖微相僅出露在下部硅質(zhì)層段，表現(xiàn)為灰色薄－中層硅質(zhì)巖。硅質(zhì)薄層微相中硅質(zhì)細紋層呈波狀起伏，頂?shù)酌娌黄秸?，主要發(fā)育于棲霞組下部臭灰?guī)r段和本部灰?guī)r段。含燧石條帶泥晶生物碎屑灰?guī)r亞相主要出露于下部、本部及頂部灰?guī)r段，燧石條帶多呈平行層面狀態(tài)產(chǎn)出。依據(jù)其圍巖的巖性差異可進一步劃分為含燧石條帶臭灰?guī)r微相和含燧石條帶泥晶灰?guī)r微相。

表1 安徽宿松地區(qū)中二疊統(tǒng)棲霞組上升流相類型

3 樣品與測試

16塊樣品分別采自棲霞組各個巖性段，其中17－D1樣品采集于下部硅質(zhì)層段，18－D3、18－D4、19－DX5和20－DX1樣品取于本部灰?guī)r段，27－D1樣品取于棲霞組頂部灰?guī)r段，其余樣品均采集于下部臭灰?guī)r段。除5－D2和17－D1樣品巖性為層狀硅質(zhì)巖，10－DX1、14－DX3、18－D4和20－DX1巖性為硅質(zhì)細紋層外，其他樣品均為燧石條帶。分析儀器包括X－射線熒光光譜儀、CS－200碳硫分析儀、EL cube CHNSO元素分析儀和OGE－Ⅱ油氣評價工作站。

4 上升流相烴源巖地球化學(xué)特征

4.1 有機地球化學(xué)特征

研究區(qū)上升流相烴源巖的有機地化特征已有報道［10］，但未涉及各上升流微相烴源巖的有機地化特征，無法確定上升流相有效烴源巖。

通過對16個樣品的有機地化分析 （表2），認為各上升流微相烴源巖的有機質(zhì)類型大致為Ⅱ－Ⅲ型，成熟度為成熟－高成熟。但有機質(zhì)豐度差異明顯，其中硅質(zhì)薄層微相烴源巖有機碳含量 （TOC）值最高，最大可達1.15%，均值為0.73%。含燧石條帶臭灰?guī)r微相次之，TOC值最大可達0.91%。含燧石條帶泥晶灰?guī)r微相TOC值較低，而硅質(zhì)巖微相烴源巖有機質(zhì)豐度最低。綜合評價認為棲霞組上升流相烴源巖中硅質(zhì)薄層相對有利，臭灰?guī)r中的燧石條帶次之，而泥晶灰?guī)r中的燧石條帶和硅質(zhì)巖相對較差。各樣品的生烴潛量 （S1＋S2）普遍偏低，但總體上看，它與有機質(zhì)豐度呈正相關(guān)，硅質(zhì)薄層微相生烴潛量相對較高，硅質(zhì)巖微相S1＋S2相對較低 （圖2），這與上述結(jié)論是相符的。筆者認為該區(qū)棲霞組上升流相有效烴源巖為硅質(zhì)薄層和臭灰?guī)r中燧石條帶。

表2 棲霞組上升流相烴源巖有機地化參數(shù)表

4.2 常量元素地球化學(xué)特征

16個樣品中除硅質(zhì)薄層外，其他上升流沉積SiO2含量為61.72%～99.97%，平均值為86.17%；CaO、Fe2O3、MgO含量平均值大于1%，Al2O3、Na2O、K2O含量相對低 （表3）。由于硅質(zhì)薄層多為微細層理，因而分析結(jié)果中殘余灰質(zhì)成分較大，CaO含量明顯較其他微相高。根據(jù)Al2O3與SiO2相關(guān)圖 （圖3）可以看出，樣品沒有落入凝灰質(zhì)硅質(zhì)巖中，部分落入生物化學(xué)成因類型中。筆者認為研究區(qū)硅質(zhì)沉積為上升流成因，而原生生物或生物化學(xué)成因是上升流成因的一種類型，研究區(qū)上升流成因類型樣品Al2O3含量均在2%以內(nèi)，且與SiO2相關(guān)性不強。

表3 棲霞組上升流相烴源巖常量元素分析參數(shù)表

圖2 棲霞組上升流相烴源巖TOC與S1＋S2相關(guān)散點圖

圖3 不同成因類型硅質(zhì)巖SiO2－Al2O3分布范圍圖

4.3 微量元素地球化學(xué)特征

從研究區(qū)各樣品的微量元素含量 （表4）可以看出，大部分微量元素含量普遍偏低，但P含量相對較高。通常利用V/（V＋Ni）、V/Cr比值來判斷缺氧環(huán)境［14］，認為缺氧環(huán)境下V/（V＋Ni）≥0.45，V/Cr≥2.0，反之則為含氧環(huán)境。從表4結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，絕大部分樣品V/（V＋Ni）＜0.45，V/Cr＜2.0，指示為含氧環(huán)境；少數(shù)樣品V/（V＋Ni）≥0.45，指示為貧氧環(huán)境。其中硅質(zhì)薄層微相V/（V＋Ni）相對較高，最高達0.53，均值為0.43；硅質(zhì)巖微相最高達0.46，均值為0.31；含燧石條帶臭灰?guī)r微相最高達0.36，均值為0.22，含燧石條帶泥晶灰?guī)r微相最高達0.58，均值為0.35。這說明上升流各微相處在含氧－貧氧過渡環(huán)境中，相比較而言，硅質(zhì)薄層微相還原程度相對較高。筆者推斷研究區(qū)棲霞組上升流沉積是在淺海斜坡含氧－貧氧過渡環(huán)境下沉積的，當外來水體上升流進入含氧－貧氧過渡區(qū)時，由于上升流強度的差異及其他淺海生物的競爭等因素影響，使得硅質(zhì)生物所需的營養(yǎng)鹽不夠充足，因而不能大量發(fā)育，造成了棲霞組沉積期上升流沉積多以薄層 （紋層狀）硅質(zhì)巖與碳酸鹽巖互層或以燧石條帶出現(xiàn)，而層狀硅質(zhì)巖非常少，這與下?lián)P子區(qū)中二疊統(tǒng)孤峰組缺氧環(huán)境下沉積的大量層狀硅質(zhì)巖的現(xiàn)象是截然不同的。

表4 棲霞組上升流相烴源巖微量元素分析參數(shù)表

5 結(jié) 論

1）通過對16個樣品的有機地化分析，認為各上升流微相烴源巖的有機質(zhì)類型大致為Ⅱ－Ⅲ型，成熟度為成熟－高成熟，總體上看，生烴潛量與有機質(zhì)豐度呈正相關(guān)，綜合評價認為研究區(qū)棲霞組上升流相有效烴源巖為硅質(zhì)薄層和臭灰?guī)r中燧石條帶。

2）常量元素分析表明，研究區(qū)硅質(zhì)沉積為上升流成因，而原生生物或生物化學(xué)成因是上升流成因的一種類型，研究區(qū)上升流成因類型樣品Al2O3含量均在2%以內(nèi)，且與SiO2含量相關(guān)性不強。

3）利用V/（V＋Ni）、V/Cr比值研究認為，研究區(qū)棲霞組上升流沉積是在淺海斜坡含氧－貧氧過渡環(huán)境下沉積的，相比較而言，硅質(zhì)薄層微相還原程度相對較高。

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Geochemistry Features of Up－current Facies Source Rocks from Qixia Formation of Middle Permian in the Susong Area of Anhui Province

CHAI Hua，HU Wang－shui，TANG Youj－un，XIAO Chuan－tao，ZHANG Chun－ming，LIN Xiao－yun（First Author's Address：College of Geosciences，Yangtze University；College of Technology and Engineering，Yangtze University，Jingzhou434023，Hubei，China）

Carbonate rocks siliceous deposits were prevalently developed in the Qixia Formation of Lower Yangtze Area.The discussion on the reason of the siliceous deposits was different.Though the study of field observation and laboratory analysis for the Qixia Formation of Middle Permian in the Susong Area of Anhui Province from the aspect of up－current，it was found out that the types of the up－current lithofacies were mainly chert strips，fine siliceous lamina，siliceous rocks and micritic bioclastic limestone.According to the features of the lithofacies combinations，it was divided into 2subfacies and 4up－current micro－facies.Though the organic geochemistry analysis on the 16samples，it was considered that the types of the organic matter of the up－current micro－facies source rocks were roughly divided into TypeⅡ，Ⅲ，the maturity is maturity－h(huán)igh maturity，in general，potential of hydrocarbon generation amount was positive correlation with organic matter abundance，comprehensive evaluation of effective up－current facies source rocks of Qixia Formation was siliceous thin layer and the chert strip in stinkstone in the area.According to the analysis on the macro－element and trace－element，it is considered that the reason of the up－current is siliceous deposit，however，the other reason of the up－current is protista or biochemistry.The content of Al2O3in the up－current is within 2%，and it is less correlated with SiO2.By studying the V/ （V ＋Ni），V/Cr，it is believed that the up－current deposits of Qixia Formation is in the transition environment bewteen rich oxygen and poor oxygen of the slope in the shallow sea，in comparison，the reduction degree of the thin layer for siliceous micro－facies is relatively high.

Susong Area of Anhui Province；Qixia Formation；up－current facies；hydrocarbon source rocks；geochemistry feature

TE122.1

A

1000－9752 （2012）03－0001－06

2012－02－13

國家自然科學(xué)基金項目 （40872099）；教育部博士點基金項目 （200804890002）；中國石油天然氣集團公司石油科技中青年創(chuàng)新基金項目 （07E1026）。

柴華 （1983－），男，2005年大學(xué)畢業(yè)，博士生，現(xiàn)主要從事石油地質(zhì)方面的教學(xué)與科研工作。

［編輯］ 宋換新