鄂爾多斯盆地宜君地區(qū)頁巖元素地球化學特征

李 浩

(陜西學前師范學院，陜西 西安 710100)

鄂爾多斯盆地蘊藏著豐富的石油、天然氣、油頁巖、煤、鈾礦及地下水資源[1-2]。近年來，隨著對鄂爾多斯盆地延長組下組合油層組勘探和開發(fā)程度的不斷深入，在長9段勘探取得了重要進展，發(fā)現(xiàn)了一系列油藏，顯示了盆地長9段頁巖也具有良好的資源勘探潛力[3-4]。盆地長9段頁巖是晚三疊世第一次湖侵的產物，為延長組第一套生油巖系[5]，巖性主要為灰黑色頁巖、泥頁巖和黑色油頁巖。

不同學者對鄂爾多斯盆地長9段沉積相展布特征及演化規(guī)律、沉積砂體特征、烴源巖發(fā)育機制及特征、成藏特征及期次等方面開展過研究工作，對盆地南部長9段頁巖的巖性、烴源巖特征、有機質豐度、生烴潛力及油源對比等方面有了一定的認識[3,5-8]。但這些研究多集中于盆地中部伊陜斜坡或南部長7段頁巖，對宜君地區(qū)長9段頁巖的元素地球化學特征尚未開展過工作。沉積盆地的構造沉降、沉積演化、物源性質及沉積環(huán)境介質對元素的聚集和分散具有一定的控制作用，通過分析油頁巖的主量、微量和稀土元素等地球化學特征，可以揭示頁巖的母質類型及古氣候等古沉積環(huán)境[9]。因此，本文以鄂爾多斯盆地宜君地區(qū)長9段頁巖為研究對象，分析其主量、微量和稀土元素地球化學參數(shù)、空間分布規(guī)律及分布模式等地球化學特征。

1 區(qū)域地質概況

鄂爾多斯盆地位于華北克拉通西部，盆地周邊活動性較強，盆地內部則相對穩(wěn)定[10]。研究區(qū)主要位于鄂爾多斯盆地南部，橫跨伊陜斜坡和渭北隆起構造單元(圖1)。伊陜斜坡位于鄂爾多斯盆地中部，構造相對簡單，構造抬升較弱。渭北隆起大地構造位置處于鄂爾多斯盆地西南部北東—南西向構造帶上，自北向南由彬旬凹陷、北緣撓褶帶、銅川斷褶帶組成，具有多旋回構造層與多階段演化過程，反映了由海到陸，盆地由大到小，最后全面抬升的構造演化歷史，總體形態(tài)為向西北緩傾的單斜構造，構造帶內次級寬緩背斜、向斜東西成帶分布，局部緊閉甚至倒轉，兩翼斷層多見[11]。

圖1 研究區(qū)構造位置及采樣分布圖

前人對宜君地區(qū)開展過勘探工作，基本確定了侏羅系直羅組、延安組和三疊系延長組是該區(qū)3大含油目的層，并已分別鉆獲油流或油氣顯示。延長組長9期整體湖泛規(guī)模較小，水域面積也不太大，僅在局部凹陷形成了水體相對較深的半深湖相沉積環(huán)境，局部發(fā)育三角洲前緣沉積亞相[6]。宜君地區(qū)長9段具有生烴潛力的頁巖主要發(fā)育于半深湖沉積亞相中。

地表調查和鉆探揭示，研究區(qū)長9段頁巖分布范圍比較局限，厚度一般為0～26.5 m，主要分布在3～11 m之間，平均值為6.76 m，厚度較小且變化大，巖性以灰黑色泥巖、泥頁巖、頁巖為主，夾粉砂質泥頁巖，常含植物碎屑、魚類及植物化石，部分為碳質頁巖，頁理發(fā)育一般，頁理面上見少量灰白色方解石薄膜。長9段頁巖頂板巖性為灰綠色中層狀細粒石英長石砂巖，底板巖性為深灰—灰綠色粉砂質泥巖夾灰色中—薄層狀細砂巖。總體上，宜君地區(qū)長9段頁巖呈西厚東薄、南厚北薄的分布特點，產狀總體向西北緩傾，傾角為3°～5°。

2 樣品采集及測試方法

本次研究選用的9件樣品均來自鄂爾多斯盆地宜君地區(qū)長9段頁巖剖面(圖1)，巖性為灰黑色泥頁巖和黑色頁巖，取樣過程中，盡量選擇風化蝕變及成巖作用弱的新鮮樣品，在最大程度上減少或消除機械分異對沉積物成分的影響以及取樣差異帶來的傾向[10]。經(jīng)去離子水多次超聲波洗凈的樣品烘干后，用瑪瑙研體將樣品研磨至200目，分別進行主量、微量和稀土元素分析測試。主量元素分析使用儀器為X射線熒光光譜議(XRF)，微量元素和稀土元素分析使用XSERIES II型電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)，元素分析數(shù)據(jù)相對誤差小于5%。所有分析測試均在中核集團核工業(yè)203研究所進行。

3 元素地球化學特征

3.1 主量元素

長9段頁巖主量元素分析包括SiO2、Al2O3、TFe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、P2O5、MnO、TiO2、燒失量(LOL)等11項(表1)。從表1中可以看出，主量元素含量變化較大，主要成分為SiO2、Al2O3和TFe2O3，其中SiO2含量最高，為41.27%～59.20%，平均值49.95%；Al2O3含量較高，為14.56%～18.06%，平均值為16.35%，TFe2O3含量次之，為3.76%～7.82%，平均值為6.00%。除這3種主要成分外，其它成分含量均較低，MgO含量為1.06%～3.36%，平均值為1.85%，CaO含量為0.55%～3.44%，平均值為1.51%，Na2O含量為0.47%～4.49%，平均值為2.05%，K2O含量為1.41%～7.92%，平均值為4.26%，P2O5含量為0.07%～0.38%，平均值為0.26%，MnO含量為0.01%～0.10%，平均值為0.04%，TiO2含量為0.48%～0.71%，平均值為0.58%，LOL為8.81%～26.13%，平均值17.03%。

表1 宜君地區(qū)長9段頁巖主量元素特征 %

與上地殼均值相比，長9段頁巖P2O5、K2O、TFe2O3、Al2O3的富集系數(shù)均大于1，TiO2、MgO、SiO2、Na2O、CaO和MnO富集系數(shù)均小于1，表明長9段頁巖P2O5、K2O、TFe2O3和Al2O3相對富集，TiO2、MgO、SiO2和Na2O相對虧損，CaO和MnO弱虧損(圖2)。

圖2 宜君地區(qū)長9段頁巖主量元素上地殼巖石標準化蛛網(wǎng)圖

3.2 微量元素

對長9段頁巖Cr、Sr、Zr、Ba、Sc等28項微量元素進行了測試分析(表2)。從微量元素原始地幔標準化蛛網(wǎng)圖中可以看出，不同樣品的微量元素配分模式大致相似，反映渭北隆起長9段頁巖具有穩(wěn)定的沉積環(huán)境和物質來源(圖3)。長9段頁巖微量元素的富集狀態(tài)均大致可分為四種：(1)極度富集型，富集系數(shù)一般在5以上，最大甚至可達9.73，如U、Mo、As元素；(2)富集型，富集系數(shù)在1～5之間，如Ba、Sc、V、Cu、Bi、Ga、Pb、Rb、Cs、Th、Nb、Cd、Hf、Ta、Li、Be、B等元素；(3)微富集型，此類元素富集，但卻與上陸殼值相當，如Cr、Sr、Zn、In等元素；(4)虧損型，與上陸殼相比，此類元素富集系數(shù)小于1，如Zr、Co、Ni等元素?？傮w上，宜君地區(qū)長9段頁巖多富含金屬元素，為多金屬元素富集層。這與頁巖中有機質絡合或吸附多種金屬微量元素，隨著成巖作用的進行，泥頁巖中各種微量元素會因為自身地球化學特征的差異導致其賦存狀態(tài)發(fā)生改變有關[13]。

表2 宜君地區(qū)長9段頁巖微量元素特征 10-6

圖3 宜君地區(qū)長9段頁巖微量元素上地殼巖石標準化蜘蛛網(wǎng)圖

3.3 稀土元素

宜君地區(qū)長9段頁巖稀土元素分析包括La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd等15項，其中La-Eu為輕稀土元素，Gd-Y為重稀土元素(表3)。稀土元素總量(∑REE)為(179.98～243.20)×10-6，平均值為218.77×10-6；輕稀土元素總量(∑LREE)為(148.61～200.30)×10-6，平均值為178.99×10-6；重稀土元素總量(∑HREE)為(30.03～53.38)×10-6，平均值為39.78×10-6。輕重稀土比值(∑LREE/∑HREE)為3.54～6.34，平均值為5.01；(La/Yb)N為9.87～18.08，平均值為13.96；(La/Sm)N為4.00～4.94，平均值為4.63；(Gd/Yb)N為1.36～2.07，平均值為1.75；δEu為0.62～0.98，平均值為0.77；δCe平均值為0.78～1.00，平均值為0.90?！芁REE/∑HREE、(La/Yb)N、(La/Sm)N、(Gd/Yb)N均值大多不同程度高于球粒隕石豐度值，指示長9段頁巖中La、Ce、Pr、Nd和Sm等輕稀土元素相對富集，輕重稀土元素分異程度較高，屬于輕稀土中度富集型。

表3 宜君地區(qū)長9段頁巖稀土元素特征 10-6

長9段頁巖球粒隕石標準化稀土元素配分模式圖中，不同的長9段頁巖樣品稀土元素球粒隕石標準化變化趨勢基本一致且樣品稀土元素含量均大于球粒隕石巖石含量。長9段頁巖稀土元素分布曲線整體向右傾斜，輕重稀土比值平均為5.01，右傾程度中等，La-Eu段呈曲線較陡，Gd-Lu段曲線相對平緩，呈現(xiàn)出輕稀土強富集，重稀土相對虧損的右傾型特征，δCe、δEu均小于1，Ce處有微弱“谷”形特征，Eu處有較明顯的“谷”形特征，表明長9段頁巖具有較弱的Ce平坦型(球粒隕石型)和較明顯的Eu負異常，相對于球粒隕石發(fā)生了明顯分異，顯示地質歷史時期巖石碎屑及礦物沉積速率較慢，水體較深，有利于有機質的沉積與堆積(圖4)。

圖4 宜君地區(qū)長9段頁巖球粒隕石標準化稀土元素配分模式

4 結語

(1)鄂爾多斯盆地宜君地區(qū)長9段頁巖與上地殼均值相比主要表現(xiàn)為P2O5、K2O、TFe2O3和Al2O3相對富集，TiO2、MgO、SiO2和Na2O相對虧損，CaO和MnO弱虧損的特征。

(2)宜君地區(qū)長9段頁巖微量元素可大致分為極度富集型、富集型、微富集型和虧損型四類，總體為多金屬元素富集層。這與頁巖中有機質絡合或吸附多種金屬微量元素，隨著成巖作用的進行，泥頁巖中各種微量元素會因為自身地球化學特征的差異導致其賦存狀態(tài)發(fā)生改變有關。

(3)宜君地區(qū)長9段頁巖稀土元素球粒隕石標準化變化趨勢基本一致，稀土元素分布曲線整體向右傾斜，輕稀土元素相對富集，重稀土元素相對虧損，輕重稀土元素分異程度較高，屬于輕稀土中度富集型，顯示地質歷史時期巖石碎屑及礦物沉積速率較慢，水體較深，有利于有機質的沉積與堆積。