寧蒗盆地龍馬溪組沉積構(gòu)造背景分析

張 茜，余 謙，王 劍,3，肖淵甫，程錦翔，趙安坤，

(1. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610081； 2. 成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院， 四川 成都 610059； 3. 國(guó)土資源部 沉積盆地與油氣資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610081)

寧蒗盆地龍馬溪組沉積構(gòu)造背景分析

張 茜1,2，余 謙1，王 劍1,2,3，肖淵甫2，程錦翔1，趙安坤1，2

(1. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 成都地質(zhì)調(diào)查中心，四川 成都 610081； 2. 成都理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院， 四川 成都 610059； 3. 國(guó)土資源部 沉積盆地與油氣資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610081)

為進(jìn)一步擴(kuò)大四川盆地頁巖氣的勘探開發(fā)，對(duì)頁巖氣地質(zhì)調(diào)查空白區(qū)寧蒗盆地龍馬溪組沉積期構(gòu)造背景進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)考察及系統(tǒng)地球化學(xué)研究。研究表明：龍馬溪組母巖主要為中酸性混合成因，形成于接近大陸邊緣的深水一半深水還原性水體環(huán)境，主要沉積構(gòu)造背景為被動(dòng)大陸邊緣，受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及海底熱液影響較大。在此沉積構(gòu)造環(huán)境下，沉積了廣泛分布的龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)烴源巖。

寧蒗盆地；地球化學(xué)；構(gòu)造背景

0 前 言

隨著頁巖氣勘探工作的進(jìn)一步深入，下志留統(tǒng)龍馬溪組泥頁巖成為中國(guó)頁巖氣突破的重點(diǎn)層系?？档峁抨憱|側(cè)龍馬溪組研究較深入，已獲得大規(guī)模的頁巖氣突破，但是古陸西側(cè)的龍馬溪組研究較少，罕有報(bào)道。寧蒗盆地位于古陸西側(cè)，屬于頁巖氣基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查空白區(qū)，盆地性質(zhì)、構(gòu)造背景、沉積環(huán)境等一系列基礎(chǔ)地質(zhì)問題研究薄弱，持續(xù)性及繼承性研究成果較少。故筆者通過詳細(xì)的野外觀察，選擇寧蒗盆地東南緣李子河剖面進(jìn)行系統(tǒng)采樣，通過元素地球化學(xué)及巖石學(xué)特征來探討龍馬溪組的沉積構(gòu)造背景，旨在提高對(duì)該巖層地質(zhì)成因的認(rèn)識(shí)，為今后在該地區(qū)頁巖氣勘探工作提供一定地質(zhì)基礎(chǔ)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

寧蒗盆地位于揚(yáng)子地臺(tái)西南邊緣、地處松潘—甘孜印支褶皺系與揚(yáng)子地臺(tái)西緣的銜接部位，屬滇中推覆沖斷帶組成部分。南連楚雄盆地，北鄰四川盆地，東鄰鹽源盆地，西接麗江盆地。研究區(qū)位于寧蒗盆地東南緣，隸屬于云南省麗江市華坪縣。該區(qū)構(gòu)造情況復(fù)雜，斷裂發(fā)育，區(qū)域上地層出露較為齊全，缺失侏羅系和白堊系沉積，古生界較發(fā)育，其中志留系龍馬溪組發(fā)育大套的富有機(jī)質(zhì)頁巖。通過前期地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)馬溪組主要為淺水至深水陸棚沉積，富含有機(jī)質(zhì)，以灰黑色碳硅質(zhì)泥巖為主，富含筆石化石與黃鐵礦，可見數(shù)層0.5～2 cm的斑脫巖，說明曾受到火山作用影響，優(yōu)質(zhì)頁巖厚度約30～60 m，地表油氣顯示較為發(fā)育。

2 樣品采集與實(shí)驗(yàn)方法

剖面位于云南省麗江市華坪縣，厚約45 m左右，與下伏巧家組灰?guī)r不整合接觸，與上覆石門坎組灰?guī)r整合接觸。巖性主要為灰黑色薄板狀硅質(zhì)巖夾灰黑色薄層狀炭質(zhì)硅質(zhì)泥巖。由底至頂，硅質(zhì)含量逐漸減少，鈣質(zhì)含量逐漸增加，證明水體有變淺趨勢(shì)。采樣時(shí)從底到頂間隔0.5～1 m采樣，共采集25件樣品，做元素分析及礦物分析。各項(xiàng)測(cè)試均在重慶地質(zhì)調(diào)查研究院頁巖氣重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成，分析方法引用文獻(xiàn)[1]。

3 龍馬溪組黑色巖系特征

3.1元素地球化學(xué)特征

研究區(qū)主量元素SiO2含量較高，含量為64.78%～94.58%，平均為80.97%。研究表明，研究區(qū)受到持續(xù)陸源碎屑硅質(zhì)輸入的影響，且硅質(zhì)巖成因主要為生物成因[2]，生物成因是頁巖高TOC的主要原因，有利于形成富有機(jī)質(zhì)烴源巖。研究區(qū)微量元素相比上地殼均較富集，尤其是U、V、Gr、Mo、Ba、As、B元素高度富集。Mo、Ba、V是生物活動(dòng)性元素，它們的高度富集，表明了巖石的形成與生物活動(dòng)有關(guān)，且有較高的古生產(chǎn)力，Ba、As等元素的富集指示曾受到熱水沉積影響[3]，而氧化還原敏感性元素V、Ni、U的富集可能與水體的還原環(huán)境相關(guān)[1]。研究區(qū)稀土總量ΣREE值為34.37～148.27 μg/g，平均值為90.79 μg/g。δEu值為0.61～1.16，平均值為0.80，變化范圍較寬。δCe值為0.72～0.93，平均值為0.85。球粒隕石標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布模式向右傾斜，顯示微弱的鈾負(fù)異常及鈰負(fù)異常，與被動(dòng)大陸邊緣沉積模式相似[2]。北美頁巖標(biāo)準(zhǔn)化稀土元素分布曲線較平坦，表明其物源相對(duì)一致,顯示微弱的鈰負(fù)異常及較明顯的鈾正異常，表明沉積環(huán)境為還原環(huán)境[2]。

3.2礦物特征

李子河剖面龍馬溪組黑色硅質(zhì)泥頁巖礦物組成主要以石英及粘土礦物為主，石英含量在42%～98%，平均值為69%；粘土礦物含量在5%～20%，平均值為12%；碳酸鹽礦物中以白云石和方解石為主，在頂部樣品中含量較高；通過對(duì)美國(guó)Barnett型頁巖儲(chǔ)層研究，經(jīng)驗(yàn)表明脆性礦物含量(石英+長(zhǎng)石+碳酸鹽礦物)通常大于50%時(shí)壓裂改造效果較好。李子河地區(qū)龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)泥巖中脆性礦物含量約占總體含量比均大于60%，因此保證了較好的壓裂潛力。

4 結(jié)果討論

4.1源巖屬性

泥巖中的一些微量元素如La、Th、Co等在風(fēng)化過程中相對(duì)穩(wěn)定，因此可以用其比值及相關(guān)參數(shù)來指示源巖的屬性。一般利用La/Th-Hf和La/Sc-Co/Th[4]源巖屬性判別圖解。在La/Th-Hf圖解上(圖1a)，李子河剖面的大多數(shù)點(diǎn)都落入長(zhǎng)英質(zhì)、基性巖混合物源區(qū)，少部分點(diǎn)落入酸性島弧源區(qū)；而在La/Sc-Co/Th圖解上(圖1b)，大多數(shù)點(diǎn)落入長(zhǎng)英質(zhì)火山巖區(qū)及安山巖區(qū)之間，少數(shù)點(diǎn)落入酸性島弧源區(qū)，反應(yīng)源巖的中—酸性混合成因，主要為長(zhǎng)巖質(zhì)類巖石，有少量中基性巖注入。

圖1 李子河剖面La/Th-Hf[6]、La/Sc-Co/Th[6]、w(∑REE)-w(La)/w(Yb)[5]判別圖解

沉積巖中的稀土元素對(duì)母巖具有很強(qiáng)的繼承性，若母巖為酸性的花崗巖，δEu常為負(fù)異常；若母巖為基性玄武巖，δEu為無負(fù)異常或正異常[5]。李子河剖面δEu(值為0.61～1.16)變化較大，大多數(shù)樣品為負(fù)異常，但仍有少數(shù)樣品顯示正異常,說明該區(qū)黑色頁巖的母巖具有混合成因的性質(zhì)。為近一步探討這種關(guān)系，在圖1c中，樣品投點(diǎn)多數(shù)落于沉積巖、花崗巖和堿性玄武巖的交匯區(qū)附近，再一次反映了母巖巖性的混合成因。

從礦物成分上來看，李子河剖面斜長(zhǎng)石含量(均值2.5)略低于鉀長(zhǎng)石(均值為3.4)，說明沉積物主要來自富鉀長(zhǎng)石的母巖區(qū)，富鉀長(zhǎng)石的成因比較復(fù)雜，有可能是中性、酸性巖，也有可能是火山巖，且有些樣品石英的含量(值為42%～98%)落在基性巖范疇內(nèi)，也同樣證明了該區(qū)母巖的混合成因。

4.2沉積期構(gòu)造環(huán)境

一般來說，MnO2/TiO2及Ce異常(δCe)可作為判斷沉積古地理位置的重要標(biāo)志。MnO2/TiO2值0.5～3.5指示大洋底部沉積，MnO2/TiO2<0.5表示大陸邊緣沉積[2]。Ce異常與其沉積的構(gòu)造環(huán)境有關(guān)，大陸邊緣區(qū)的δCe負(fù)異常不明顯，甚至為正異常(變化范圍為0.79～1.54)；洋盆區(qū)的δCe以中等值(0.55)為特征；洋中脊沉積δCe以明顯負(fù)異常為特征(值為0.29)[2]。李子河剖面MnO2/TiO2值為0.01～0.67之間，大多數(shù)值小于0.5，δCe值為0.72～0.93，平均值為0.85，說明其主要是大陸邊緣沉積。同時(shí)根據(jù)元素構(gòu)造背景判別圖解[7](圖2)可以看出，樣品大多投點(diǎn)于大陸邊緣區(qū)域，少部分落在洋中脊或深海沉積物區(qū)，表明龍馬溪組黑色巖系形成于接近大陸邊緣的深水一半深水沉積環(huán)境，為大陸邊緣向洋盆區(qū)過渡型巖系。

圖2 李子河剖面構(gòu)造比值散點(diǎn)圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[2])

4.3沉積構(gòu)造背景

研究表明，沉積巖中化學(xué)元素的分異受到構(gòu)造背景影響，不同構(gòu)造背景下形成的沉積巖地球化學(xué)特征不同。從主量元素K2O/Na2O-SiO2[4]構(gòu)造背景判別圖解(圖3a)可以看出，樣品點(diǎn)均落入被動(dòng)大陸邊緣環(huán)境，指示研究區(qū)的構(gòu)造背景主要是以被動(dòng)大陸邊緣為主。由微量元素La-Th-Sc(圖3b)及Th-Sc-Zr/10(圖3c)構(gòu)造判別圖解可知，樣品微量元素點(diǎn)大多落在活動(dòng)大陸邊緣、背動(dòng)大陸邊緣及大陸島弧構(gòu)造背景區(qū)，主微量元素對(duì)構(gòu)造反應(yīng)略有不同，推測(cè)受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及深部熱液影響，使得該地區(qū)構(gòu)造背景較為復(fù)雜。前人在研究物源區(qū)構(gòu)造背景時(shí)發(fā)現(xiàn)，以被動(dòng)大陸邊緣為主要物源的巖石中通常包含較多的活動(dòng)大陸邊緣和/或大陸島弧的地球化學(xué)信息[4]。研究區(qū)所在板塊從晚奧陶開始從早期被動(dòng)大陸邊緣轉(zhuǎn)變?yōu)橐痪哂袦匣∨梵w系的活動(dòng)大陸邊緣，火山巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，斑脫巖的存在也可證實(shí)此觀點(diǎn)。同時(shí)在早志留世，揚(yáng)子地塊的拉張活動(dòng)達(dá)到高潮，海底的拉升和擴(kuò)張導(dǎo)致幔源深部物質(zhì)上涌，使得龍馬溪組在微量元素組成上保留了最為活躍的大陸島弧構(gòu)造背景的性質(zhì)，所以微量元素投點(diǎn)所顯示的大陸島弧和活動(dòng)陸緣的性質(zhì)也可以用深部物源的影響作為解釋。同時(shí)稀土元素的分布型式及δEu特征也說明其構(gòu)造背景為被動(dòng)大陸邊緣，因?yàn)樘幱诒粍?dòng)大陸邊緣的沉積物的稀土元素組成以輕稀土富集，而Eu為負(fù)異常為特點(diǎn)[8]。研究區(qū)頁巖樣品的δEu變化較大，因受海底熱液而出現(xiàn)較為明顯的正異常，其它均為負(fù)異常，且富集輕稀土，這與被動(dòng)大陸邊緣的沉積物的特征一致。

圖3 構(gòu)造背景判別圖解(底圖據(jù)文獻(xiàn)[4])

5 結(jié) 論

通過對(duì)川西南頁巖氣空白區(qū)寧蒗盆地龍馬溪組黑色頁巖礦物學(xué)特征與地球化學(xué)特征系統(tǒng)研究表明：寧蒗盆地龍馬溪組硅質(zhì)含量較高，礦物主要為石英，硅質(zhì)成因主要為生物成因且沉積于還原性環(huán)境，有利于形成富有機(jī)質(zhì)烴源巖，且脆性礦物含量高，有利于頁巖氣的壓裂改造。結(jié)合大地構(gòu)造背景，利用化學(xué)元素比值及相關(guān)圖解分析可知龍馬溪組母巖為中酸性混合成因，有少量基性巖注入，主要為長(zhǎng)英質(zhì)的火成巖。該套巖系形成于接近大陸邊緣的深水—半深水沉積環(huán)境，受海底熱液影響較大。主要沉積構(gòu)造背景為被動(dòng)大陸邊緣，局部為較為活躍的具有溝弧盆體系的活動(dòng)大陸邊緣環(huán)境，火山巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈。在此沉積構(gòu)造環(huán)境下形成了寧蒗盆地廣泛分布的龍馬溪組富有機(jī)質(zhì)烴源巖。

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ASedimentaryTectonicBackgroundAnalysisofLongmaxiFormationinNinglangBasin

ZHANG Qian1,2, YU Qian1, WANG Jian1,2,3, XIAO Yuanfu2, CHENG Jinxiang1, ZHAO Ankun1,2

(1.ChengduGeologicalSurveyCenter,ChinaGeologicalSurvey,Chengdu,Sichuan610081,China; 2.EarthSciencesInstitute,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu,Sichuan610059,China; 3.KeyLaboratoryofSedimentaryBasinandOil&GasResources,MinistryofLandandResources,Chengdu,Sichuan610081,China)

In order to expand the exploration and development of shale gas in the Sichuan Basin, the geological survey and systematic geochemical study of Longmaxi Formation in the Ninglang Basin are carried out. The study shows that the source rock of Longmaxi Formation is the mixogenic rock, which is formed in reducing water environment near the continental margin. The main sedimentary structure background is passive continental margin, which is influenced by tectonic movement and seabed hydrothermal. In this sedimentary tectonic environment, the widely distributed Longmaxi rich organic matter source rocks are deposited.

NingLang basin ; Geochemical; Tectonic background

2017-08-29

國(guó)家重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目(2016ZX05034004)。

張茜(1983-)，甘肅蘭州人，在讀博士生，工程師，研究方向：沉積學(xué)，儲(chǔ)層礦物巖石學(xué)，油氣地質(zhì)學(xué)，地球化學(xué)，分析化學(xué)，手機(jī)：13458548001，E-mail：76517507@qq.com.

P618.13

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.022