四川盆地震旦—寒武系高演化烴源巖無(wú)機(jī)地球化學(xué)特征與評(píng)價(jià)

施春華，山述嬌，郝 靖，羅 冰，曹 劍

1.貴州大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴陽(yáng) 550025；2.貴州大學(xué) 喀斯特地質(zhì)資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng) 550025；3.南京大學(xué) 地球科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210023；4.中國(guó)石油 西南油氣田分公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院，成都 610041；5.中國(guó)石油 西南油氣田分公司 重慶氣礦，重慶 401120

高演化烴源巖是指烴源巖有機(jī)質(zhì)進(jìn)入了高成熟演化階段(Ro>1.3%)，此時(shí)烴源巖中殘余有機(jī)質(zhì)的碳含量、可溶有機(jī)質(zhì)氯仿瀝青、生烴潛量等逐步降低，難以反映烴源巖中有機(jī)質(zhì)的原始特征，造成基于傳統(tǒng)有機(jī)地球化學(xué)方法的烴源巖評(píng)價(jià)碰到了很大難題[1]?？紤]到沉積物中的有機(jī)質(zhì)在形成、沉積和埋藏過(guò)程中與無(wú)機(jī)元素有著密切關(guān)聯(lián)[2-4]，并且無(wú)機(jī)元素相對(duì)有機(jī)質(zhì)不易受成熟度影響，在高演化階段更為穩(wěn)定[5-6]，因此無(wú)機(jī)地球化學(xué)參數(shù)是高演化烴源巖評(píng)價(jià)的一個(gè)潛在補(bǔ)充[2-3,7-8]。眾多學(xué)者就此展開(kāi)了嘗試，取得了研究進(jìn)展[7-8]，如騰格爾等[8]以鄂爾多斯盆地高演化海相碳酸鹽巖為例，運(yùn)用微量元素(如Ba元素)和稀土元素分析碳酸鹽巖烴源巖形成過(guò)程中的生物生產(chǎn)力、沉積環(huán)境和沉積速率，評(píng)價(jià)了碳酸鹽巖烴源巖及其分布特征。

四川盆地發(fā)育震旦—寒武系高演化烴源巖，為開(kāi)展高演化烴源巖的無(wú)機(jī)地球化學(xué)評(píng)價(jià)提供了良好對(duì)象。前人[9-10]根據(jù)烴源巖的宏觀地質(zhì)分布，結(jié)合一些有機(jī)地球化學(xué)參數(shù)，提出下寒武統(tǒng)筇竹寺組烴源巖的生烴能力最大。此外，也有學(xué)者運(yùn)用無(wú)機(jī)元素對(duì)烴源巖的古生產(chǎn)力、沉積環(huán)境、沉積速率開(kāi)展了研究[11-16]，發(fā)現(xiàn)烴源巖中有機(jī)質(zhì)的聚集受古生產(chǎn)力和沉積環(huán)境作用影響較大，總體認(rèn)為合適的氣候有利于提高古生產(chǎn)力，海侵作用有利于形成還原的沉積環(huán)境，進(jìn)而有機(jī)質(zhì)得到良好保存與富集。本文運(yùn)用元素地球化學(xué)方法，進(jìn)一步分析不同地區(qū)、不同層位烴源巖的生烴能力差異，旨在更全面認(rèn)識(shí)不同烴源巖的生烴控制因素及差異，為準(zhǔn)確理解研究區(qū)高演化烴源巖成因和天然氣成藏機(jī)理提供參考，進(jìn)一步探索無(wú)機(jī)地球化學(xué)方法在高演化烴源巖評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。

1 地質(zhì)背景

四川盆地位于我國(guó)西南部，面積約18×104km2，構(gòu)造上屬于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)的一個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元，是在前寒武紀(jì)揚(yáng)子克拉通基底之上發(fā)育的一個(gè)典型疊合含油氣盆地[17-18](圖1)。其地層由老至新以上三疊統(tǒng)為界兩分，總體下部(上震旦統(tǒng)—中三疊統(tǒng))以海相碳酸鹽巖沉積為主；相比而言，上部(上三疊統(tǒng)至今)以陸相碎屑巖沉積為特征[17-18]。從沉積背景看，研究區(qū)烴源巖可包括2類(lèi)5套：2類(lèi)指巖性包括泥質(zhì)巖和碳酸鹽巖；5套指層位上由老至新包括震旦系陡山沱組泥巖、震旦系燈影組藻云巖、燈影組三段(燈三段)泥巖、下寒武統(tǒng)麥地坪組泥質(zhì)白云巖(或白云質(zhì)泥巖、硅質(zhì)巖)、下寒武統(tǒng)筇竹寺組泥頁(yè)巖。這些烴源巖既有巖性差異，又有地區(qū)和時(shí)代差異，為開(kāi)展對(duì)比研究奠定了良好基礎(chǔ)。

圖1 四川盆地二疊系沉積前古地質(zhì)圖

2 樣品與方法

根據(jù)2類(lèi)5套潛在烴源巖的分布，結(jié)合當(dāng)前勘探現(xiàn)狀與樣品積累情況，篩選了32塊典型樣品用于研究。其中，筇竹寺組、麥地坪組、燈影組及燈三段烴源巖樣品采自盆地內(nèi)部鉆井巖心，陡山沱組烴源巖樣品采自四川盆地西南部峨邊先鋒野外露頭。進(jìn)一步根據(jù)目前的勘探區(qū)劃，將這些樣品從平面上分為3個(gè)區(qū)：由北東至南西分別是川中、威遠(yuǎn)—資陽(yáng)、川西南(圖1)。需要說(shuō)明的是，對(duì)于陡山沱組和川西南燈影組研究樣品，因勘探程度低，故樣品數(shù)量受到限制，后續(xù)待條件成熟可繼續(xù)深化研究。

碳酸鹽巖和泥頁(yè)巖類(lèi)樣品中SiO2含量測(cè)定使用堿熔方法，主要流程：稱取100 mg樣品于剛玉坩堝中，加入1 g Na2O2粉末，混合均勻后，加熱至700 ℃左右熔融，冷卻后經(jīng)熱水提取，HCl酸化，定容后使用ICP-OES測(cè)定(誤差優(yōu)于2%)。碳酸鹽巖類(lèi)樣品中Si以外其余元素測(cè)定使用酸溶方法，主要流程：稱取100 mg樣品于離心管中，加入HNO3超聲溶解，離心后上層清液轉(zhuǎn)移入另一離心管中，殘?jiān)D(zhuǎn)移入特氟龍溶樣罐中，加入HF和HNO3，185 ℃消解，蒸干后溶解于HNO3中，與前述上層清液合并、定容，其中CaO與MgO含量使用EDTA絡(luò)合滴定法測(cè)定(誤差優(yōu)于2%)，其余元素使用ICP-MS測(cè)定(以Rh元素為內(nèi)標(biāo)，誤差優(yōu)于5%)。泥頁(yè)巖類(lèi)樣品Si以外其余元素使用酸溶方法，主要流程：稱取50 mg樣品于特氟龍溶樣罐中，加入HF后在電熱板上加熱除去大部分硅酸鹽，加入HF和HNO3，185 ℃消解，蒸干后溶解于HNO3并定容，使用ICP-MS測(cè)定(以Rh元素為內(nèi)標(biāo)，誤差優(yōu)于5%)。以上分析在內(nèi)生金屬礦床成礦機(jī)制研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京大學(xué))完成。

3 高演化烴源巖元素地球化學(xué)特征與評(píng)價(jià)

前人研究提出古生產(chǎn)力、沉積環(huán)境與沉積速率是控制烴源巖發(fā)育質(zhì)量的重要因素，高生產(chǎn)力和還原環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)聚集[19]。相比而言，烴源巖沉積速率對(duì)質(zhì)量的影響比較復(fù)雜，總體而言，在相同古生產(chǎn)力與保存條件下，沉積速率在一定范圍內(nèi)越大，越有利于有機(jī)質(zhì)沉積、富集[19]；但在非常高的沉積速率下，由于大量碎屑物對(duì)有機(jī)質(zhì)的稀釋作用，盡管有機(jī)質(zhì)得以保存，但大量的碎屑物降低了沉積物中有機(jī)質(zhì)的豐度[20]。此外，還有研究表明，在還原條件下，沉積速率對(duì)有機(jī)質(zhì)的富集作用相對(duì)較弱，有機(jī)質(zhì)富集主要受控于古生產(chǎn)力；而在氧化條件下，沉積速率對(duì)有機(jī)質(zhì)的富集具有重要作用，有機(jī)質(zhì)富集主要受控于古生產(chǎn)力與沉積速率[19]。據(jù)此，本次工作在烴源巖元素地球化學(xué)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，綜合上述3個(gè)方面的結(jié)果評(píng)價(jià)烴源巖的質(zhì)量。

3.1 古生產(chǎn)力特征

前人研究表明，沉積物中的Ba、Ni、P等元素含量可用來(lái)反映古生產(chǎn)力[2-3]，但在實(shí)際應(yīng)用中需注意還會(huì)受到陸源碎屑物質(zhì)和熱液作用的影響，影響判識(shí)準(zhǔn)確性[2,21]。本次研究中，除燈影組藻云巖，其余烴源巖Eu/Eu*分布為0.83～1.02(均值0.93)，Al/(Al+Fe+Mn)分布為0.25～0.85(均值0.65)，反映未受熱液作用影響；燈影組藻云巖中Eu/Eu*分布為1.11～2.05(均值1.52)，Al/(Al+Fe+Mn)分布為0.08～0.46(均值0.18)(表1)，反映存在少量熱液作用。對(duì)比Ba元素、Ni元素與Eu/Eu*比值，兩者均無(wú)正相關(guān)性，表明微弱的熱液作用未影響B(tài)a元素和Ni元素含量，因而本次研究中，熱液作用的影響可以不考慮。

據(jù)此，本次研究中的Ba、Ni、P元素含量?jī)H需消除陸源碎屑帶來(lái)的影響。一般而言，碎屑沉積巖中，Ti與Zr元素主要來(lái)源于陸源碎屑物，不易受氧化還原作用或海水來(lái)源影響，故可以用于指示物源來(lái)源特征。本次樣品Ti/Zr比值分布為7～33(均值21)，依前人標(biāo)準(zhǔn)[22]，判斷母巖來(lái)源為長(zhǎng)英質(zhì)源巖，故使用上地殼作為陸源碎屑來(lái)源參考。通過(guò)元素過(guò)剩量計(jì)算獲得與古生產(chǎn)力相關(guān)的Ba、Ni和P的含量，公式為Xbio=X樣品-Al樣品×(X/Al)陸源碎屑，其中，Xbio反映古生產(chǎn)力的指標(biāo)，X樣品指樣品中元素含量，Al樣品指樣品中Al元素含量，(X/Al)陸源碎屑為陸源碎屑礦物中X元素與Al元素比值。本次研究中(X/Al)陸源碎屑取上地殼的值。

3.1.1 鋇元素

烴源巖的Ba元素分析結(jié)果如表1，研究區(qū)Babio分布具有明顯的層位特征。其中，陡山沱組泥巖最高，為600×10-6；筇竹寺組泥頁(yè)巖其次(川中地區(qū)均值為376×10-6，威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)均值為528×10-6，川西南地區(qū)均值為482×10-6)；燈三段泥巖(均值為343×10-6)與麥地坪組泥質(zhì)白云巖(威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)均值為366×10-6，川西南地區(qū)均值197×10-6)第三；而燈影組藻云巖最差(川中地區(qū)均值91×10-6，威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)均值31×10-6，川西南地區(qū)均值31×10-6)。可見(jiàn)，由Ba元素記錄的古生產(chǎn)力特征表現(xiàn)為陡山沱組與筇竹寺組最好，其次為燈三段與麥地坪組，燈影組(藻云巖層)最差。

表1 四川盆地震旦—寒武系高演化烴源巖研究樣品基本信息及元素地球化學(xué)分析結(jié)果

3.1.2 鎳元素

烴源巖的Ni元素含量分析結(jié)果見(jiàn)表1，層位上，筇竹寺組泥頁(yè)巖Nibio最高(川中地區(qū)均值為54×10-6，威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)均值為73×10-6，川西南地區(qū)均值為28×10-6)，燈三段泥巖(均值為38×10-6)、陡山沱組泥巖(均值為30×10-6)與麥地坪組泥質(zhì)白云巖(威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)均值為30×10-6，川西南地區(qū)均值為18×10-6)其次，燈影組藻云巖(川中地區(qū)均值為15×10-6，威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)均值為19×10-6，川西南地區(qū)均值為16×10-6)最差；區(qū)域上，威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)和川中地區(qū)好，而川西南地區(qū)差。

與Ba元素特征對(duì)比，層位上，Ba元素含量陡山沱組最好，筇竹寺組次之，而Ni元素顯示筇竹寺組最好，陡山沱組次之，這可能與還原的沉積環(huán)境特征有關(guān)。3.2節(jié)中討論發(fā)現(xiàn)川中與威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)筇竹寺組最為還原，故筇竹寺組泥頁(yè)巖沉積過(guò)程中，Ba元素可能由于強(qiáng)還原特征，導(dǎo)致Ba元素溶解而含量降低[23](圖2a)。也就是說(shuō)，Ni元素和Ba元素的分析認(rèn)識(shí)有各自的適用條件。

區(qū)域上，Ba元素特征顯示不同區(qū)域無(wú)明顯差異，而Ni元素特征則顯示川西南地區(qū)相對(duì)差，這可能與沉積物中Ni元素的固定富集機(jī)理有關(guān)。通常認(rèn)為Ni可以與有機(jī)質(zhì)以有機(jī)結(jié)合態(tài)形式富集，在沉積埋藏過(guò)程中，若有機(jī)質(zhì)分解，Ni元素會(huì)從沉積物中釋放并轉(zhuǎn)換為離子形式，此時(shí)需要在硫化條件下，Ni進(jìn)入硫化物礦物中，或以硫化物形式富集固定，否則Ni元素會(huì)以離子形式重新進(jìn)入上層水體中，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確指示原始有機(jī)質(zhì)豐度，即生物古生產(chǎn)力[2-3,24]。3.2節(jié)中討論發(fā)現(xiàn)，川西南地區(qū)總體沉積體系硫化程度低，故Ni元素的固定作用受到影響，導(dǎo)致Ni元素含量相對(duì)較低(圖2a)。因而，川西南地區(qū)烴源巖古生產(chǎn)力比現(xiàn)有Nibio所指示特征更好，需綜合分析確定研究區(qū)古生產(chǎn)力特征。

圖2 四川盆地震旦—寒武系高演化烴源巖無(wú)機(jī)地球化學(xué)參數(shù)特征

3.1.3 磷元素

烴源巖的P元素含量分析結(jié)果見(jiàn)表1，結(jié)果表明P元素區(qū)域差異小，層位差異大。其中，麥地坪組最高，威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)與川西南地區(qū)(P2O5)bio均值分別為4.9%和3.5%；其次為燈三段泥巖(均值2.0%)、陡山沱組泥巖(均值0.42%)、筇竹寺組泥頁(yè)巖(均值0.06%)、燈影組藻云巖(均值0.08%)。但P元素可能不適用于研究區(qū)烴源巖古生產(chǎn)力的恢復(fù)，如以含量最高的麥地坪組為例，其P元素以磷灰石形式存在[25-26]，寒武紀(jì)初期揚(yáng)子地臺(tái)西緣處于低緯度的熱帶、亞熱帶，當(dāng)時(shí)上升洋流把磷元素從深部帶入到古陸的邊緣淺海部位，促使了這一層位磷元素的大量富集[25]，因此大量磷元素的富集并不僅僅是有機(jī)質(zhì)生命活動(dòng)中的富集作用。

綜合上述，在前人提出的Ba、Ni、P等古生產(chǎn)力參數(shù)中，P元素受沉積環(huán)境、后期地質(zhì)演化作用最大，應(yīng)用受到限制，不適用于本次研究[3]。相比而言，Ba和Ni元素都可以反映古生產(chǎn)力特征。Ba元素可以指示除川中地區(qū)和威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)筇竹寺組外的烴源巖古生產(chǎn)力，而Ni元素可以指示除川西南地區(qū)外的烴源巖古生產(chǎn)力。據(jù)此，綜合Ba元素和Ni元素所指示的古生產(chǎn)力特征，認(rèn)為研究區(qū)筇竹寺組和陡山沱組古生產(chǎn)力最高，其次為燈三段與麥地坪組，而燈影組(藻云巖層)古生產(chǎn)力最低；不同區(qū)域古生產(chǎn)力存在差異較小，以威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)最好，川中次之，川西南相對(duì)最差。

3.2 沉積環(huán)境特征

3.2.1 MoEF和UEF的特征及其指示的泥質(zhì)巖沉積環(huán)境

TRIBOVILLARD等[4]和ALGEO等[27]提出，MoEF—UEF協(xié)變特征可以確定黑色頁(yè)巖的貧氧、缺氧或硫化特征，MoEF和UEF分別指Mo元素和U元素的富集系數(shù)，依據(jù)TRIBOVILLARD等[4]提出的公式XEF=(X/Al)樣品/(X/Al)PAAS確定。如圖2b，本次研究川中地區(qū)和威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)筇竹寺組泥頁(yè)巖的MoEF和UEF最高，分別為12～55(均值30)和6.9～10.5(均值8.4)，而其他地區(qū)層位低。據(jù)此，川中地區(qū)和威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)筇竹寺組烴源巖的沉積環(huán)境主要為缺氧—硫化帶。

3.2.2 鈰異常特征及其指示的碳酸鹽巖沉積環(huán)境

在碳酸鹽巖中，可依據(jù)Ce元素異常特征確定碳酸鹽巖形成過(guò)程中海水的氧化還原特征[28-29]。在氧化性海水體系中，海水中Ce3+被氧化成Ce4+，形成不溶的Ce 的氫氧化物或氧化物并脫離海水體系，導(dǎo)致海水呈現(xiàn)Ce負(fù)異常特征[30]。研究區(qū)燈影組藻云巖中Ce異常(Ce/Ce*)為0.36～0.85(均值0.70)，反映氧化—還原條件復(fù)雜，既有弱氧化—次氧化，也有氧化的環(huán)境。

綜上所述，可以認(rèn)為燈影組(藻云巖層)在各地區(qū)(川中、威遠(yuǎn)—資陽(yáng)、川西南)均還原程度最弱，為氧化—次氧化環(huán)境，其余層位均為還原環(huán)境。具體而言，川西南筇竹寺組和麥地坪組烴源巖為貧氧、弱局限的海水環(huán)境，川中燈三段及川西南陡山沱組烴源巖為貧氧—缺氧沉積環(huán)境，川中筇竹寺組與威遠(yuǎn)—資陽(yáng)筇竹寺組烴源巖為缺氧—硫化沉積環(huán)境，硫化程度相對(duì)高。

3.3 沉積速率特征

3.3.1 TiO2/Al2O3值特征及其指示的泥質(zhì)巖沉積速率

泥質(zhì)巖的TiO2/Al2O3比值可以用于表征沉積過(guò)程中沉積速率的相對(duì)強(qiáng)弱[31]。這是因?yàn)锳l元素一般賦存在黏土礦物、長(zhǎng)石等礦物中，Ti元素主要賦存在粉砂級(jí)顆粒重礦物中[32]，故TiO2/Al2O3值是碎屑粒徑的可靠指標(biāo)，高的比值指示相對(duì)大的碎屑顆粒，而陸源碎屑的沉積速率與顆粒粒度呈正相關(guān)關(guān)系，因此可以依據(jù)TiO2/Al2O3比值推測(cè)沉積速率的相對(duì)大小[31]，即隨TiO2/Al2O3值越大，沉積速率越大。

本次研究中泥質(zhì)烴源巖TiO2/Al2O3值的分布特征如表1和圖2c，總體分布相近。其中，川中地區(qū)筇竹寺組烴源巖的TiO2/Al2O3比值最高，均值為0.066，其次為威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)麥地坪組和川西南地區(qū)陡山沱組烴源巖，均值分別為0.060和0.058。不同地區(qū)、不同層位烴源巖的沉積速率存在一些較小差異，總體以川中地區(qū)筇竹寺組最快。

3.3.2 碳酸鹽巖類(lèi)沉積速率

碳酸鹽巖類(lèi)與泥質(zhì)巖類(lèi)的沉積速率存在較大差異，如本次研究的藻云巖，主要受控于藻類(lèi)的生長(zhǎng)環(huán)境和生長(zhǎng)速率，不同于泥質(zhì)巖類(lèi)主要來(lái)源于碎屑物質(zhì)搬運(yùn)沉積成巖的特征。劉建良等[33]通過(guò)計(jì)算模擬研究，確定臺(tái)地相碳酸鹽巖生長(zhǎng)速率可達(dá)500 m/Ma，斜坡相碳酸鹽巖生長(zhǎng)速率可達(dá)100 m/Ma，而黑色頁(yè)巖或泥巖類(lèi)的沉積速率一般在數(shù)m/Ma[34]，據(jù)此，研究區(qū)燈影組的藻云巖沉積速率應(yīng)是最快的。

綜上所述，研究區(qū)不同區(qū)域沉積速率差異不明顯，而層位上以燈影組藻云巖沉積速率最快，其余層位差異小，以川中筇竹寺組沉積速率最快。

3.4 烴源巖質(zhì)量評(píng)價(jià)

綜合上述，對(duì)四川盆地震旦—寒武系高演化烴源巖從無(wú)機(jī)地球化學(xué)角度進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，依質(zhì)量高低如下：(1)川中與威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)筇竹寺組烴源巖質(zhì)量最好，表現(xiàn)在古生產(chǎn)力高、沉積環(huán)境最為還原(缺氧—硫化，硫化程度相對(duì)高)、沉積速率相對(duì)快；(2)川西南地區(qū)陡山沱組烴源巖質(zhì)量好，表現(xiàn)在古生產(chǎn)力高、沉積環(huán)境還原(貧氧—缺氧)、沉積速率相對(duì)慢；(3)川中地區(qū)燈三段及威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)麥地坪組烴源巖質(zhì)量中等，表現(xiàn)在古生產(chǎn)力中等、沉積環(huán)境還原(貧氧—缺氧)、沉積速率相對(duì)慢；(4)川西南地區(qū)筇竹寺組和麥地坪組烴源巖質(zhì)量差，表現(xiàn)在古生產(chǎn)力低、沉積環(huán)境還原(貧氧)、沉積速率相對(duì)慢；(5)燈影組藻云巖烴源巖質(zhì)量差，表現(xiàn)在古生產(chǎn)力低、沉積環(huán)境氧化—次氧化、沉積速率最快。

3.5 烴源巖有機(jī)質(zhì)富集控制因素

分析烴源巖無(wú)機(jī)地球化學(xué)參數(shù)與有機(jī)質(zhì)豐度之間的關(guān)系，以確定有機(jī)質(zhì)富集的控制因素。古生產(chǎn)力方面，筇竹寺組和麥地坪組烴源巖中有機(jī)碳含量與Nibio呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢(shì)(圖3a-b)，燈三段泥巖和燈影組藻云巖烴源巖中有機(jī)碳含量與Babio呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢(shì)(圖3c-d)。筇竹寺組和麥地坪組烴源巖中有機(jī)質(zhì)豐度與Babio無(wú)明顯相關(guān)特征，反映Ba元素在強(qiáng)還原環(huán)境中由于重晶石顆粒溶解，導(dǎo)致Ba元素含量降低，因而無(wú)法準(zhǔn)確反映古生產(chǎn)力特征，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)豐度和Ba元素相關(guān)趨勢(shì)弱。燈三段泥巖和燈影組藻云巖烴源巖中有機(jī)質(zhì)豐度與Nibio無(wú)明顯相關(guān)特征，反映Ni元素在弱還原條件下由于硫化條件弱，導(dǎo)致部分Ni元素流失，故有機(jī)質(zhì)豐度與Ni元素相關(guān)趨勢(shì)弱。綜合Ba、Ni元素與有機(jī)質(zhì)豐度的關(guān)系，認(rèn)為研究區(qū)古生產(chǎn)力對(duì)有機(jī)質(zhì)豐度具有重要的控制作用。

沉積環(huán)境方面，筇竹寺組烴源巖的有機(jī)碳含量與MoEF、UEF均呈現(xiàn)出正相關(guān)特征(圖3e-f)，麥地坪組烴源巖的有機(jī)碳含量與MoEF呈現(xiàn)出正相關(guān)特征(圖3g)，表明沉積環(huán)境是控制有機(jī)質(zhì)豐度的重要因素。如川西南地區(qū)筇竹寺組和麥地坪組烴源巖沉積環(huán)境還原程度相對(duì)最弱，對(duì)有機(jī)質(zhì)的保存不利，因此該區(qū)烴源巖質(zhì)量相對(duì)最差。燈三段泥巖烴源巖有機(jī)碳與MoEF、UEF均呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)特征(圖3h-i)，燈影組藻云巖烴源巖有機(jī)碳含量與Ce/Ce*呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)特征(圖3j)，這反映水體呈現(xiàn)弱氧化—貧氧環(huán)境時(shí)，水體中氧含量降低，限制了藻類(lèi)的生長(zhǎng)發(fā)育，降低了生物古生產(chǎn)力。因此，燈三段泥巖、燈影組藻云巖烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度主要受控于古生產(chǎn)力。

沉積速率方面，如前所述，燈影組藻云巖烴源巖沉積速率遠(yuǎn)大于其他烴源巖，但有機(jī)質(zhì)豐度卻較小，反映在藻云巖體系中，沉積速率對(duì)有機(jī)質(zhì)豐度并無(wú)影響，或者說(shuō)是負(fù)面影響。對(duì)泥質(zhì)巖的沉積速率參數(shù)和有機(jī)碳含量進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)筇竹寺組烴源巖具有一定的正相關(guān)趨勢(shì)(圖3k)，反映沉積速率對(duì)筇竹寺組烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度有一定影響。但總體而言，鑒于研究區(qū)泥質(zhì)巖類(lèi)沉積速率相近，說(shuō)明其對(duì)有機(jī)質(zhì)豐度影響程度不大。

圖3 四川盆地震旦—寒武系不同層位烴源巖古生產(chǎn)力、沉積環(huán)境、沉積速率參數(shù)與TOC相關(guān)關(guān)系

綜合上述，可以認(rèn)為研究區(qū)震旦系—下寒武統(tǒng)5套烴源巖中的有機(jī)質(zhì)富集主要受控于沉積環(huán)境與古生產(chǎn)力，而沉積速率對(duì)有機(jī)質(zhì)的富集影響相對(duì)較小。不同層位烴源巖存在差異，其中，筇竹寺組和麥地坪組烴源巖的有機(jī)質(zhì)富集主要受控于古生產(chǎn)力和沉積環(huán)境，而沉積速率作用?。粺羧文鄮r和燈影組藻云巖烴源巖的有機(jī)質(zhì)富集主要受控于古生產(chǎn)力，不受沉積速率影響，次氧化的水體環(huán)境不利于藻類(lèi)繁殖，限制了古生產(chǎn)力。

4 烴源巖發(fā)育模式

基于上述烴源巖發(fā)育特征的研究結(jié)果，結(jié)合地質(zhì)背景，建立了本次研究5套烴源巖的沉積模式(圖4)。

陡山沱組由下至上四分，其中陡一段沉積時(shí)期四川盆地為古陸，未有沉積；陡二段沉積時(shí)期，中—上揚(yáng)子區(qū)廣泛海侵，四川盆地總體處于濱岸—陸棚相沉積環(huán)境，以砂巖、泥頁(yè)巖類(lèi)沉積為主；陡三段沉積時(shí)期，四川盆地總體為局限—半局限臺(tái)地環(huán)境，以碳酸鹽巖沉積為主；陡四段沉積時(shí)期，四川盆地海退導(dǎo)致盆地內(nèi)部陡四段剝蝕或未有沉積[13,15,35]?？梢?jiàn)，陡二段發(fā)育富有機(jī)質(zhì)黑色泥頁(yè)巖類(lèi)(圖4a)，該時(shí)期內(nèi)海洋中菌藻類(lèi)繁盛，古生產(chǎn)力高，沉積環(huán)境還原，有利于有機(jī)質(zhì)的保存，在盆地內(nèi)部形成黑色泥巖沉積。

燈影組與陡山沱組一樣，由下至上四分，其中燈一和燈二段沉積時(shí)期整個(gè)四川盆地主體為臺(tái)地相沉積[36](圖4b)。該時(shí)期海洋中菌藻類(lèi)發(fā)育，古生產(chǎn)力中等，水體深度淺，呈現(xiàn)富氧—部分貧氧特征，藻云巖中有機(jī)質(zhì)含量總體較低，主要受控于古生產(chǎn)力。燈二段沉積末期發(fā)生的桐灣運(yùn)動(dòng)I幕，導(dǎo)致區(qū)域性海退，燈二段部分遭受剝蝕[36-37]。在燈三段沉積時(shí)期，隨著拉張作用的加強(qiáng)，早期發(fā)生了一次大規(guī)模海侵，川中地區(qū)形成了陸棚相沉積環(huán)境[36-37](圖4c)，出現(xiàn)碎屑巖類(lèi)沉積。該時(shí)期古生產(chǎn)力中等，沉積環(huán)境為貧氧—缺氧，形成富有機(jī)質(zhì)的黑色泥巖，有機(jī)質(zhì)豐度主要受控于古生產(chǎn)力。燈四段與燈一、燈二段沉積時(shí)期類(lèi)似(圖4b)，主體為臺(tái)地相沉積，有機(jī)質(zhì)富集過(guò)程及受控因素相似。燈四段沉積末期，桐灣II幕運(yùn)動(dòng)的地層抬升，導(dǎo)致燈四段部分遭受剝蝕，與上覆下寒武統(tǒng)呈假整合接觸[37]。

麥地坪組沉積時(shí)期(圖4d)，四川盆地再次受海侵影響，部分區(qū)域形成潮坪海灣相沉積[36-37]。該時(shí)期海洋中菌藻類(lèi)繁盛，古生產(chǎn)力中等，沉積環(huán)境還原，有利于有機(jī)質(zhì)的保存，在盆地內(nèi)部分區(qū)域形成富有機(jī)質(zhì)的泥質(zhì)白云巖沉積。同時(shí)，由于斷裂或者海盆內(nèi)帶來(lái)大量磷元素，因此白云巖沉積中還含有磷結(jié)核。

圖4 四川盆地震旦—寒武系5套烴源巖發(fā)育模式沉積格架據(jù)中石油西南油氣田公司資料綜合編制。

在筇竹寺組沉積時(shí)期(圖4e)，由于海侵作用增強(qiáng)，四川盆地總體處于濱岸—陸棚相沉積環(huán)境[36-37]。該時(shí)期揚(yáng)子地區(qū)處于低緯度，光照條件好，水底營(yíng)養(yǎng)元素充足，因而水體中藻類(lèi)與細(xì)菌類(lèi)繁盛，古生產(chǎn)力高；藻類(lèi)死亡形成有機(jī)質(zhì)后，沉積于水底中，與來(lái)自古陸的陸源碎屑混合，逐漸形成富有機(jī)質(zhì)沉積物。沉積環(huán)境存在地區(qū)差異，川西南地區(qū)處于貧氧區(qū)域，含氧量相對(duì)高，因而不利于有機(jī)質(zhì)的保存；而川中地區(qū)、威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)處于缺氧區(qū)域，含氧量低，有利于有機(jī)質(zhì)保存。

5 結(jié)論

(1)四川盆地震旦—寒武系5套高演化烴源巖中有機(jī)質(zhì)富集主要受控于沉積環(huán)境與古生產(chǎn)力，相比而言，沉積速率對(duì)有機(jī)質(zhì)富集的影響較小。川中和威遠(yuǎn)—資陽(yáng)地區(qū)的筇竹寺組，由于古生產(chǎn)力高、有機(jī)質(zhì)來(lái)源豐富、在后期埋藏過(guò)程中保存環(huán)境還原，使得有利于形成良好質(zhì)量的烴源巖，屬于高生產(chǎn)力加好保存模式。

(2)無(wú)機(jī)(元素)地球化學(xué)方法是高演化烴源巖評(píng)價(jià)的良好途徑。在四川盆地震旦—寒武系高演化烴源巖中，該方法可用于反演烴源巖的古生產(chǎn)力、沉積環(huán)境和沉積速率，典型參數(shù)是古生產(chǎn)力的Ba和Ni元素、古環(huán)境的MoEF、UEF及Ce異常和沉積速率的TiO2/Al2O3比值。