鄂爾多斯盆地鹽56井長7段泥頁巖稀土元素地球化學(xué)特征分析

熊林芳

(西北大學(xué)大陸動力學(xué)國家重點實驗室，陜西 西安710069)

稀土元素(REE)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在母巖風(fēng)化、剝蝕、搬運、沉積及成巖過程中不易分異，均一化程度高，且不易受變質(zhì)作用影響[1－2]，因此被廣泛應(yīng)用于指示物源，判定沉積環(huán)境、構(gòu)造背景，恢復(fù)古氣候，以及揭示沉積礦床和成礦作用與地質(zhì)事件及地殼演化的關(guān)系等諸多方面的研究[3－4]。

鄂爾多斯盆地是我國中生代大型含油氣盆地，盆地內(nèi)三疊系延長組中下部發(fā)育黑色泥頁巖，是盆地內(nèi)主力烴源巖層[5]，因此受到廣泛關(guān)注，然而以往的研究多集中于有機地球化學(xué)方面，側(cè)重于烴源巖評價[6－7]，而對其形成環(huán)鏡的研究卻較少，本文通過系統(tǒng)采樣，從無機地球化學(xué)的角度，揭示延長組優(yōu)質(zhì)烴源巖的稀土元素地球化學(xué)特征，探討其形成環(huán)境，為發(fā)現(xiàn)更大規(guī)模優(yōu)質(zhì)烴源巖促進盆地油氣勘探提供幫助。

1 地質(zhì)背景

鄂爾多斯盆地處于華北克拉通中西部，地跨陜甘寧蒙晉五省區(qū)，面積約 36×104km2[6]，是疊加在大型石炭——二疊紀(jì)華北克拉通盆地之上的大型殘延克拉通內(nèi)盆地[8]。盆地發(fā)育始顯于中三疊世紙坊期，發(fā)育的鼎盛時期為中晚三疊世延長期和早中侏羅世延安期，于早白堊世末消亡。盆地內(nèi)上三疊統(tǒng)延長組地層厚度約1 300 m，是一套以河湖相沉積為主的陸源碎屑巖系。下部以河流中、粗砂巖沉積為主，中部為一套河流－三角洲及湖泊為主砂泥互層沉積，上部為河流相砂泥巖沉積。延長組地層按照巖性組合、沉積旋回、電性特征等自下而上共劃分為5個巖性段10個油層組(長10－長1)[9]，其中第三段長7油層組(以下稱長7段)又劃分為3小層，由上至下分別為長71、長72、及長73。盆地內(nèi)大部分地區(qū)長71、長72為灰綠色砂巖，黑色、灰黑色泥巖夾少量黑色頁巖，長73為黑色泥頁巖，質(zhì)純，俗稱“張家灘頁巖”，厚度大，分布廣，是中生界油藏的主力烴源巖。

2 樣品采集及測試方法

本文選取位于盆地西北部鹽池地區(qū)的鹽56井進行巖心系統(tǒng)取樣，鹽56井長7段均為黑色泥頁巖，可排除巖性差別的干擾，適于小層間對比。其中長71、長72小層取樣間隔約5 m，長73取樣間隔約2 m，共取樣品38塊。樣品分析測試在廣州澳實分析檢測有限公司完成，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜分析法(ICP－MS)測試稀土元素含量，測試過程中進行了重復(fù)樣與標(biāo)樣分析，結(jié)果表明元素相對偏差小于5%，分析結(jié)果可靠。

3 分析結(jié)果

3.1 稀土總量∑REE、∑LREE及∑HREE

分析結(jié)果表明，鄂爾多斯盆地鹽56井長7段稀土元素總量(∑REE)均明顯高于北美頁巖(NASC)的稀土總量(160.12×10－6)(表1)，由上至下三小層 REE總量范圍值分別為 148.86 ～ 231.76 × 10－6，174.22 ～261.98 ×10－6，195.59 ～279.05 ×10－6，均值分別為 195.83 ×10－6，228.15×10－6，225.57 ×10－6。長 7 三小段輕稀土(LREE)與重稀土(HREE)總量分別與北美頁巖相比，輕稀土總量均高于北美頁巖，而重稀土總量長72段、長73段均與北美頁巖相當(dāng)，長71段重稀土總量稍低于北美頁巖。由此可以看出，長7段稀土總量高于北美頁巖的原因主要在于輕稀土含量高于北美頁巖所引起。

計算公式說明:δEu=EuN/(SmN× GdN)1/2，δCe=CeN/(LaN× PrN)1/2，Ceanom=lg[3CeN/(2LaN+NdN)]。下標(biāo) N表示球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化[11]。

3.2 ∑LREE/∑HREE、LaN/YbN、LaN/SmN、GdN/YbN 比值特征

∑LREE/∑HREE、LaN/YbN在一定程度上代表輕重稀土的分異程度，這兩個值越大，表示輕稀土越富集，而重稀土相對虧損。鹽56井延長組長7段三小層∑LREE/∑HREE由上至下分別為 10.52、10.42、9.71，均高于北美頁巖值6.95，LaN/YbN與∑LREE/∑HREE所反映的結(jié)果一致，由上至下分別為 12.10、11.52、10.63，高于北美頁巖值 7.17，這兩個值都具有由上至下逐漸減小的趨勢，指示輕重稀土分異明顯且自上而下分異程度降低。

LaN/SmN反映輕稀土元素之間的分異程度，比值越大，輕稀土內(nèi)部分異程度越高。鹽56井延長組長7段三小層輕稀土 LaN/SmN 由上至下分別為 4.00、4.05、3.90，這三個值基本相當(dāng)，但都稍高于北美頁巖值3.36，表明與北美頁巖相比，輕稀土內(nèi)部分異不明顯。

GdN/YbN反映重稀土元素之間的分異程度，比值越大，重稀土內(nèi)部分異程度越高。鹽56井延長組長7段三小層重稀土 GdN/YbN 由上至下分別為 1.74、1.68、1.64，這三個值亦基本相當(dāng)，且都稍高于北美頁巖值1.42，表明重稀土內(nèi)部分異程度較低。

表1 鄂爾多斯盆地鹽56井長7段稀土元素地球化學(xué)參數(shù) ωB/10－6

3.3 Eu、Ce異常

Eu異常是由于元素分異作用使Eu元素在上地殼中相對下地殼及地幔虧損。一般而言，若 δEu＞1.05稱為正異常，若 δEu＜0.95稱為負異常[11]，上地殼巖石一般都具有 Eu負異常的特征，如大陸上地殼 δEu為 0.65，北美頁巖 δEu為0.65，后太古宙澳大利亞頁巖(PAAS)δEu 為 0.66[12]。分析結(jié)果顯示，鹽56井延長組長7段泥頁巖δEu具有典型的上地殼巖石負異常的特征，三小層分別為 0.68、0.65和 0.66，與北美頁巖及后太古宙澳大利亞頁巖一致。

Ce為過渡類元素，易發(fā)生價態(tài)變化。在一定的 pH值條件下，若水體為氧化環(huán)境，Ce3+會被氧化成Ce4+，Ce3+濃度會降低，反之，若水體為還原環(huán)境，則Ce3+濃度會升高，因此，沉積體系中Ce異?？梢杂脕矸从乘w氧化－還原條件的變化。一般而言，δCe＞1為正異常，代表還原環(huán)境，δCe＜0.95為負異常，代表氧化環(huán)境[13]。鹽 56井延長組長 7段 δCe介于0.95～1之間，Ce異常不明顯。

3.4 Ceanom指數(shù)

除了δCe反映水介質(zhì)條件外，Ceanom指數(shù)能精確的反映古水介質(zhì)的氧化還原條件，其計算公式為 Ceanom=lg[3CeN/(2LaN+NdN)]，以 Ceanom＞ －0.1表示 Ce富集，代表還原環(huán)境，而 Ceanom＜ －0.1表示 Ce虧損，代表氧化環(huán)境[14]。鹽 56井延長組長7段各小層 Ceanom均大于 －0.1。

3.5 稀土元素配分模式

對稀土元素配分模式的研究可通過球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化及北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化兩種方式進行，球粒隕石被認為是地球原始物質(zhì)，因此，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解代表沉積巖相對原始物質(zhì)的分異程度，對沉積物源有一定的指示意義，而北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化則是反映沉積過程中稀土元素之間混合與均化的差異。

鹽56井稀土元素球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化圖解顯示(見圖1)，延長組長7段泥頁巖稀土元素配分圖呈輕稀土富集，重稀土虧損右傾型，有明顯Eu負異常。北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化型式圖與球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖一致，呈右傾型，指示相對于北美頁巖，長7泥頁巖輕稀土富集。

4 討論

4.1 稀土元素特征與物源

稀土元素是沉積物源的良好示蹤劑。上地殼中大離子親石元素的含量相對于原始地幔明顯偏高，因此，上地殼稀土元素配分具有輕稀土富集、重稀土虧損及Eu負異常等特征[11]?！芁REE/∑HREE、LaN/YbN比值指示鹽 56 井長 7段具有輕稀土富集，重稀土虧損的顯著特征，稀土元素配分圖(見圖1)也顯示，長71、長72及長73段泥頁巖稀土元素配分曲線均呈輕稀土富集、重稀土虧損及Eu負異常右傾形態(tài)，與上地殼巖石配分型式一致，表明在鹽56井所在區(qū)域內(nèi)，長7段泥頁巖物源應(yīng)來自于上地殼巖石。而長7三小層稀土元素配分曲線雖然型式一致，但上下平行，高低有別，指示稀土元素含量不同，應(yīng)是沉積環(huán)境或稀土載體不同造成的。

圖1 長7段泥頁巖稀土元素配分圖(A、球粒隕石;B、北美頁巖)

4.2 稀土元素特征與古氣候

有機質(zhì)是REE最強的吸附劑之一，而有機質(zhì)的多少受氣候影響，氣候溫暖濕潤，則生物繁盛，沉積有機質(zhì)增多，沉積物中的受有機質(zhì)吸附的REE總量也會增多，氣候寒冷干燥，生物稀少，沉積有機質(zhì)減少，沉積物中的 REE也會減少，因此，REE在某種程度上對氣候有一定的指示作用[15]。REE總量較高指示溫暖潮濕的氣候，而REE總量較低則指示寒冷干旱的氣候。

鄂爾多斯盆地鹽56井延長組REE總量較北美頁巖均偏高，表明整個延長組沉積期間氣候均較溫暖潮濕，但長7內(nèi)各小層REE總量也有區(qū)別，長72、長73REE總量高于長71，表明，長7沉積早中期較晚期氣候更為溫暖濕潤。

4.3 稀土元素特征與古水介質(zhì)條件

Ce異常及Ceanom指數(shù)常被用來作為判定古水介質(zhì)氧化還原條件的標(biāo)志，雖然鹽56井延長組長7段δCe介于0.95～1之間，Ce異常不明顯，但 Ceanom介于 －0.06至 －0.02之間(見表1)，均大于－0.1，指示長7段泥頁巖沉積時古水介質(zhì)均為還原環(huán)境。還原環(huán)境有利于有機質(zhì)保存，形成有效烴源巖，這與長7段能成為主力烴源巖的勘探實際也是吻合的。

5 結(jié)語

(1)鄂爾多斯盆地鹽56井延長組長7段泥頁巖稀土元素總量高于北美頁巖稀土總量，輕稀土富集，重稀土相對虧損，Eu負異常，球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化配分圖呈明顯右傾形態(tài)。

(2)延長組長7段泥頁巖物源均來自上地殼，沉積期氣候溫暖濕潤，水體為還原環(huán)境;但各小層間相比，長73沉積期氣候應(yīng)更為溫暖濕潤，沉積水體還原性更強。

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