準(zhǔn)噶爾南緣中段上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)沉積古環(huán)境分析

古 榕，王智聞，周 華

(1. 長(zhǎng)江大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430100； 2. 湖北楚禹水務(wù)科技有限公司，湖北 荊門(mén) 448000；3. 武漢海闊科技有限公司，湖北 武漢 430100)

0 前 言

準(zhǔn)噶爾盆地是我國(guó)重要的含油氣盆地，準(zhǔn)噶爾南緣是目前勘探的重點(diǎn)區(qū)域，準(zhǔn)噶爾南緣分為東、中、西三段，中段新生代的上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)具有良好的油氣開(kāi)發(fā)潛力，對(duì)該時(shí)期的古環(huán)境認(rèn)識(shí)有多種觀點(diǎn)。對(duì)上侏羅統(tǒng)沉積時(shí)期的古環(huán)境認(rèn)識(shí)有2種，有研究者認(rèn)為氣候干旱[1]，但也有研究者認(rèn)為氣候濕潤(rùn)[2]。對(duì)下白堊統(tǒng)沉積時(shí)的環(huán)境認(rèn)識(shí)主要有2種，有學(xué)者認(rèn)為氣候干旱[2-3]，而又有學(xué)者認(rèn)為氣候濕潤(rùn)[1，4]。由此可見(jiàn)，對(duì)準(zhǔn)噶爾南緣上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)的古環(huán)境認(rèn)識(shí)很豐富，但研究結(jié)果存在矛盾。沉積環(huán)境能影響巖層中元素的聚集和分散，導(dǎo)致元素的分異作用，所以元素的差異性分布能判別古環(huán)境特征，利用元素的含量和比值關(guān)系能恢復(fù)古環(huán)境。X射線熒光分析(XRF)能快速準(zhǔn)確地對(duì)元素進(jìn)行定量分析。本文以準(zhǔn)噶爾南緣中段為研究區(qū)域，以上侏羅統(tǒng)喀拉扎組(J3k)和下白堊統(tǒng)清水河組(K1q)作為目的層，利用X射線熒光分析(XRF)測(cè)量該地區(qū)三口井(T1井、T2井、T3井)目的層的巖屑元素含量，對(duì)元素含量進(jìn)行分析，利用元素比值恢復(fù)準(zhǔn)噶爾南緣中段上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)古環(huán)境，深化對(duì)該地區(qū)的地質(zhì)認(rèn)識(shí)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

準(zhǔn)噶爾盆地是我國(guó)西北部重要的含油氣盆地，主要包括4個(gè)探區(qū)，分別為南緣、西北緣、腹部、東部[5]。南緣油氣資源豐富，是目前勘探開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。南緣中新生代經(jīng)歷擠壓撓曲構(gòu)造作用[6]，發(fā)育疊瓦狀沖斷斷裂和逆沖推覆構(gòu)造，自西向東發(fā)育四棵樹(shù)凹陷、霍瑪吐背斜帶等5個(gè)構(gòu)造單元，本文主要對(duì)南緣中段進(jìn)行分析，在中段選取三口井，從東向西依次為T(mén)1井、T2井、T3井(見(jiàn)圖1a)。準(zhǔn)噶爾南緣可以劃分3個(gè)油氣成藏組合，分別為上組合、中組合和下組合[7]。下組合指的是侏羅系至上白堊統(tǒng)，該地層是目前的勘探熱點(diǎn)。準(zhǔn)噶爾南緣下組合地層自下而上可以劃分為八道灣組、三工河組、西山窯組、頭屯河組、齊古組、喀拉扎組、清水河組、呼圖壁組、勝金口組和連木沁組(見(jiàn)圖1b)，本文重點(diǎn)研究上侏羅統(tǒng)喀拉扎和下白堊統(tǒng)清水河組。喀拉扎組與上覆清水河組呈不整合接觸?？M主要為粗粒沉積，發(fā)育多種交錯(cuò)層理，沉積相為沖積扇[8]，清水河組主要為細(xì)粒沉積，底部發(fā)育礫巖，沉積相類(lèi)型主要為湖泊。

圖1 準(zhǔn)噶爾南緣地理位置(a)、新生代地層柱狀(b)

2 樣品采集與測(cè)試

對(duì)準(zhǔn)噶爾南緣中段三口井的上侏羅統(tǒng)喀拉扎組和下白堊統(tǒng)清水河組巖屑進(jìn)行取樣，取樣間隔為5～10 m，在2個(gè)組的交界處，將取樣間隔縮小為1 m，總?cè)?27個(gè)。取樣后對(duì)樣品進(jìn)行編號(hào)、清潔和晾干。X射線熒光光譜儀對(duì)元素進(jìn)行測(cè)試，準(zhǔn)確性高、操作簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、對(duì)樣品不具破壞性，而且測(cè)試時(shí)間快，廣泛應(yīng)用于地質(zhì)研究中。本次實(shí)驗(yàn)選用高性能Niton XL 3t-950手持式X射線熒光元素分析儀，該儀器采用大面積硅飄移探測(cè)器，能對(duì)SiO2、Fe、Al2O3、MgO、Ca、Mn、Sr、V等多種主量和微量元素進(jìn)行測(cè)量。對(duì)樣品按照不同的井和樣品深度順序逐個(gè)進(jìn)行元素測(cè)量，單次測(cè)量時(shí)間為60 s，為了減小誤差，每個(gè)樣品測(cè)試3次，取平均值作為最后結(jié)果。將測(cè)試完的各樣品元素?cái)?shù)據(jù)導(dǎo)出至電腦中進(jìn)行分析，整理元素種類(lèi)及其含量(見(jiàn)表1)。

表1 準(zhǔn)噶爾南緣中段部分元素含量 %

3 古環(huán)境分析

不同的地質(zhì)環(huán)境，元素的富集程度和豐度有差異，所以通過(guò)地層的元素含量的特征與變化，可以推測(cè)該地區(qū)古環(huán)境的特征和變化。本文對(duì)古環(huán)境的分析主要集中在古鹽度和古氣候兩方面。

3.1 古鹽度

古鹽度是沉積環(huán)境的重要指標(biāo)，可以判別海陸環(huán)境。對(duì)古鹽度的元素判別方法多種多樣，主要有B元素、Sr/Ba值、B/Ga法、Sr/Ca值等[10-12]，本文選用Sr/Ba值、Sr/Ca值2個(gè)敏感指標(biāo)分析古鹽度。在水體中，Sr與Ba相比元素遷移能力強(qiáng)，當(dāng)鹽度增大時(shí)，Ba以硫酸鋇形式沉淀，此時(shí)Sr的含量相對(duì)Ba增加，隨著水體鹽度繼續(xù)增大到臨界范圍時(shí)，Sr才進(jìn)行沉淀，所以Sr/Ba>1.0，則為海相(咸化湖泊)的咸水沉積；Sr/Ba<0.6時(shí)代表淡水陸相沉積；Sr/Ba的值在0.6～1.0之間，則代表半咸水的海陸過(guò)渡相[13]。在湖水中，含有鍶的鹽類(lèi)溶解度較大，而含有鈣的鹽類(lèi)溶解度小，容易沉淀，當(dāng)鹽度減小時(shí)，Sr/Ca值減小[11]，Sr/Ca<0.2為淡水環(huán)境[12]。

研究區(qū)的喀拉扎組(J3k)Sr/Ba平均值為0.005 2，最大值為0.026 5，Sr/Ca均值為0.009 8(見(jiàn)表2)，2組鹽度判別比值數(shù)據(jù)同時(shí)表明下侏羅統(tǒng)喀拉扎組沉積時(shí)期為淡水陸相環(huán)境。清水河組(K1q)Sr/Ba平均值為0.010 1，最大值為0.045，Sr/Ca均值為0.010(見(jiàn)表2)，表示下白堊統(tǒng)清水河組時(shí)期為淡水陸相環(huán)境。清水河組的Sr/Ba、Sr/Ca平均值大于喀拉扎組，說(shuō)明清水河組的古鹽度相較喀拉扎組上升?？M時(shí)期T1井的Sr/Ba值、Sr/Ca值均最低，反映T1井古鹽度最低，T2井和T3井的Sr/Ba值差距小，但T2井的Sr/Ca值明顯小于T3井，表明T2井的古鹽度小于T3井(見(jiàn)表3，圖2)，所以在喀拉扎組時(shí)期古鹽度大小順序?yàn)門(mén)1井

表2 不同層段元素含量比值數(shù)據(jù)

表3 喀拉扎組不同井元素含量比值數(shù)據(jù)

表4 清水河組不同井元素含量比值數(shù)據(jù)

3.2 古氣候

氣候通過(guò)影響一個(gè)地區(qū)的氣溫和降水而對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響，在不同的氣候條件下，巖層的沉積類(lèi)型有差異，了解研究區(qū)的氣候條件至關(guān)重要。前人用Sr/Cu值、Fe/Mn值、CIA值、Al2O3/MgO值等指示古氣候[10-14]。本次選用Fe/Mn值和Al2O3/MgO值恢復(fù)古氣候。Fe在潮濕環(huán)境容易形成Fe(OH)3膠體，而Mn在干旱氣候下含量高，在溫暖濕潤(rùn)氣候條件下Fe/Mn值高，在干旱條件下Fe/Mn值低[10]。Al2O3/MgO比值變化也可反映沉積過(guò)程中古氣候環(huán)境，MgO在干旱環(huán)境易保存；Al2O3在濕潤(rùn)氣候下以鋁硅酸鹽類(lèi)黏土礦物保存[15]，Al2O3/MgO值越大，表示溫濕氣候，其值越小，則反映干旱氣候[11]。

準(zhǔn)噶爾南緣中段統(tǒng)喀拉扎組Fe/Mn均值為129.79，最大值為469.30(見(jiàn)表2)，F(xiàn)e/Mn數(shù)值較大，說(shuō)明上侏羅喀拉扎組時(shí)期為溫暖濕潤(rùn)的氣候。清水河組Fe/Mn均值較大為100.96，最大值為227.03(見(jiàn)表2)，反映下白堊統(tǒng)清水河組時(shí)期為溫暖濕潤(rùn)的氣候。清水河組相較喀拉扎組Fe/Mn均值下降，而Al2O3/MgO值也相應(yīng)變小，說(shuō)明從喀拉扎組到清水河組氣候濕潤(rùn)程度降低。在喀拉扎組階段，T3井的Fe/Mn值為158.22、Al2O3/MgO值為3.05，2組數(shù)據(jù)在三口井中最高，說(shuō)明其古氣候最溫暖濕潤(rùn)；T1井的Fe/Mn值和Al2O3/MgO值稍大于T2井的元素比值，表示T1井相較T2井濕潤(rùn)(見(jiàn)表3，圖2)。在清水河組時(shí)期，T3井的Fe/Mn值、Al2O3/MgO值依然最高，表明T3井最濕潤(rùn)；T1井的Fe/Mn值顯著大于T2井，說(shuō)明T1井濕潤(rùn)程度大于T2井(見(jiàn)表4，圖2)。

圖2 三口井元素比值對(duì)比

4 結(jié) 論

1)準(zhǔn)噶爾盆地南緣中段上侏羅統(tǒng)的喀拉扎組和下白堊統(tǒng)的清水河組Sr/Ba<0.6、Sr/Ca<0.2，說(shuō)明該地區(qū)在上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)沉積時(shí)期都為淡水環(huán)境，對(duì)2個(gè)組的元素比值進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)從喀拉扎組到清水河組古鹽度整體略有上升。從平面上對(duì)元素比值分析，喀拉扎組時(shí)期，古鹽度由東向西逐漸遞增；清水河組時(shí)期，古鹽度由中間往兩側(cè)逐漸增大。

2)準(zhǔn)噶爾盆地南緣中段上侏羅統(tǒng)的喀拉扎組和下白堊統(tǒng)的清水河組Fe/Mn值和Al2O3/MgO值均較大，表明該地區(qū)在上侏羅統(tǒng)—下白堊統(tǒng)時(shí)期為溫暖濕潤(rùn)的氣候，對(duì)不同層位的元素比值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)喀拉扎組的氣候濕潤(rùn)程度大于清水河組。對(duì)不同井的氣候進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在喀拉扎組和清水河組時(shí)期T3井都均最濕潤(rùn)，其次為T(mén)1井。