标题

Size: px

Start display at page:

Download "标题"

诊梧甘
5 years ago
Views:

1 第卷第期年月地质科技情报 GgnndThngInfmn V. N. M. 川东南黔北地区龙马溪组地球化学特征与古环境恢复张春明姜在兴郭英海张维生中国石油勘探开发研究院石油地质研究所北京 8;. 中国地质大学能源学院北京 8; 中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州 ;. 江苏煤炭地质勘探二队江苏徐州摘要 : 在综合国内外研究成果的基础上结合川东南黔北地区志留系龙马溪组的地球化学分析测试资料着重讨论了微量元素稀土元素有机碳同位素与有机碳含量等地球化学特征并根据这些地球化学指标恢复当时的古环境认为龙马溪组优质烃源岩主要发育在龙马溪初期的缺氧还原环境龙马溪后期缺氧环境遭受破坏有机质保存条件变差印证了龙马溪早期为深水陆棚和晚期为浅水陆棚的沉积环境关键词 : 川东南黔北 ; 志留系 ; 龙马溪组 ; 地球化学特征 ; 古环境恢复中图分类号 :P 文献标志码 :A 文章编号 :8 扬子板块及其周缘的志留系龙马溪组黑色暗色泥页岩是华南地区下组合海相地层中的优质烃源岩之一具有良好的生烃潜力 ] 龙马溪组富含有机质的泥岩页岩在川东南黔北地区十分发育且出露面积广埋深相对较浅是有利的页岩气勘探和开发战略先导区 ] 我国志留纪研究始于世纪末主要集中在古生物地层学岩相古地理和烃源岩地球化学方面 ] ] ] ] 穆恩之等林宝玉等戎嘉余等和陈旭等确 ] 定了我国志留系的统一划分标准 ; 一些学者对南方志留系的岩相古地理沉积环境进行过研究大都认为龙马溪期处于滞留封闭的沉积环境 ; 在烃源岩地 ] 球化学方面一些学者进行了许多研究工作古沉积环境是影响沉积物地球化学特征的重要因素而沉积物地球化学则记录了古环境性质及其演化信息 ] 古沉积环境可体现在地球化学参数组合上当前已经建立了包括微量元素稳定同位素和有机地球化学等多种古环境恢复指标笔者将利用微量元素稀土元素有机碳同位素有机碳含量等指标对龙马溪组古环境进行研究地质背景川东南黔北地区包括川东南重庆贵州北部及湖北西南部分地区西至成都一线南至遵义秀山一线东至秀山恩施一线北到垫江城口一线面积约万 km 所处大地构造位置为扬子板块东南部黔中隆起北面主要构造单元为雪峰山类前陆盆地和川中隆起图受加里东运动影响志留系仅残留中下统地层自下而上划分为个组 : 下志留统下部龙马溪组下志留统小河坝组石牛栏组黔北为雷家屯组和中志留统下部韩家店组龙马溪组原称龙马溪页岩 ] 主要发育黑色暗色泥页岩按垂向沉积序列可分为上下两段 : 下段以黑色灰黑色泥页岩为主底部为黑色碳质硅质页岩产丰富的笔石化石 ; 上段以灰绿色黄绿色泥页岩钙质泥岩为主黔北地区称香树园组主要为薄层泥灰岩在川东南地区与下伏奥陶系观音桥组整合接触在黔北地区与下伏奥陶系临湘组地层呈假整合接触 ; 与上覆小河坝组石牛栏组雷家屯组整合接触图样品采集与处理本次研究实测了綦江观音桥剖面剖面张家界大庸剖面石柱打风坳剖面剖面剖面位置见图在龙马溪组采集 8 块泥页岩样品对这些样品进行了详细的有机碳含量干酪根碳同位素常量及微量稀土元素含量分析有机碳含量测试仪器为 LECO WR 有机碳同位素采用 MAT 稳定同位素质谱仪两者均由中国石油化工股份有限公司无锡石油地质实验中心测试完成常量及微量稀土元素含量采用 ICPMnduv upd psm mss spm 电感耦合等离子体质谱仪测量由中国矿业大学分析测试中心测试完成收稿日期 : 编辑 : 刘江霞基金项目 : 国家科技重大专项油气勘探新领域储层地质与油气评价 ZX 作者简介 : 张春明 8 男主要从事沉积地质和储层方面的研究 Em:zmwn@m

2 第期张春明等:川东南黔北地区龙马溪组地球化学特征与古环境恢复 km 图研究区构造单元划分及剖面位置图据文献 ]修改 Fg. Dvsnfnunsnds nspfhsud 龙门山前陆盆地;Ⅵ 大巴山前陆盆地;Ⅵ 楚雄前陆盆地;Ⅵ 雪峰山类前陆盆地;Ⅵ 川中隆起;Ⅵ 滇黔隆 Ⅵ 褶带;Ⅵ 黔南坳褶带;Ⅵ 雪峰山基底拆离造山带;Ⅵ 桐柏山前陆盆地;Ⅵ 黄陵前陆隆起.. m... m ~ ~ m ~ ~ m. 8 8 ~ m. ~ m ~ m.. 图綦江县观音桥剖面志留系龙马溪组沉积环境分析综合柱状图 Fg. dmnnvnmnhsgmflngmxfm nngunnqs nq ng

3 地质科技情报地球化学特征与古环境恢复年系叶连俊等 ]也提出表层海水的高生产率和底部缺氧都是 B富集的必要条件重晶石是海洋沉积微量元素与古环境恢复海相沉积常量微量元素一般源于陆源碎屑及自生部分后者受海洋生物化学作用控制是沉积环物中 B的主要载体按来源可分为陆源生物成因等与海洋生产力有关的是生物成因的重晶石中所含的 B] 由于沉积物中存在大量陆源物质无法直接测定生物钡的总量常用方法是根据测定的其中有一些元素与烃源岩发育钡总量与估算的陆源碎屑钡之间的差值来计算生物复据腾格尔等 ]研究成果海洋环境中多数元素 B生物钡 =w B总量 T总量 B T] PAA w T] 式中: B PAA 为新太古代标准页岩境变化的响应 ] 有关的环境演化关系密切被广泛应用于古环境恢具不同习性按照其在海洋水中的分布形式分为稳定惰性型营养型表层亏损深部富集净化型表层富集深部亏损中深部最小型中深部最大型和缺氧型其中营养型和缺氧型元素的海洋地球化学行为与生物活动和环境演化的关系更为密切对古环境古生产力的表征和在现代环境变化研究中日益显现出优越性 ] 营养型元素 C N O P B 等各元素在海洋中的分布都受到生物化学反应控制均是营养型元素其对古生产力的反映程度不同在海相沉积中 B 的富集与烃源岩发育条件相似两者在时空分布上存在联钡总量公式 ]如下: PA中陆源钡与钛的比值大小为 w T总量 B T] PAA 代表了沉积物中陆源钡的质量分数研究区生物钡的质量分数一般占钡总量的 8% 以上表从龙马溪组底部样品到顶部样品逐渐降低生物钡质量分数 w B 与总钡的相关性十分显著总钡和生物钡有较明显的阶段性变化图因此从底部至顶部龙马溪组古生产力逐渐降低底部缺氧的状态逐渐遭到破坏龙马溪组的优质烃源岩主要集中在底部表綦江观音桥剖面龙马溪组泥岩的微量元素质量分数及计算参数 Tb An su sf mn ndg hm p m s fmuds ns mp s flngmx F m n ngun nq Q ng 样品号层位 L B Nb V M C Mn B wb N C U Th P T B生物钡 B N C M U 等其指示古海洋氧化还原条件的指标见表这些定量化的判识标准已被国内外 8 学者广泛采用 ] m 根据已有的传统氧化还原判别标准VV+ N > 是厌氧环境龙马溪组的 V V+N在 ~ 之间绝大部分样品的 VV+N>.. B 图綦江观音桥剖面龙马溪组 B质量分数 Fg. CnnfBn LngmxFm nf Gunnqs n Q ng 缺氧型元素缺氧型元素可以记录沉积时海水的氧化还原条件这些元素主要是一些亲硫或亲铁的元素如 V 一般认为 VC< 为氧化环境VC 在 ~. 之间为贫氧环境 VC>. 时为厌氧环境对龙马溪组泥岩的 VC比值分析结果表明大部分样品的 VC>处于贫氧环境也有一部分样品的 VC>. 为厌氧环境同样的UTh 比值被认为是一种可靠的氧化还原判别指标U Th< 是氧化环境UTh> 是厌氧环境上扬子龙马溪组大部分样品的 UTh> 处于缺氧的沉积环境表

4 第期表缺氧环境的微量元素判识指标据文献 ]修改 Tb I ndxs f mn f nx nv nmn dn f ng 判识指标缺氧环境厌氧研究区富氧环境贫氧龙马溪组 < mll ~mll > mll 水体溶氧量古地理 VV+N 过渡 VC 金属 C N 元素 UTh 稀土张春明等:川东南黔北地区龙马溪组地球化学特征与古环境恢复铈异常δC 元素铕异常δEu CL 低能滞流局限上升流区 L]无氧硫化环境沉积物的 δ8 M 为 μm L] δ8 M<. ~. H> μm 表示氧化贫氧环境 δ8m 为 ~ 8 为厌氧环境 δ M 在 ~. 之间为硫化滞留的缺氧环境根据 M 同位素判别标准龙马溪组黑色岩系大部分样品的 δ8 M 落在 ~ 高能循环低能滞流 > ~ < ~. 之间处于厌氧贫氧沉积环境在龙马溪晚期随着前陆隆起的继续抬升隆后 >.. ~. <.. ~. 盆地的相对变浅前隆泥岩层遭受改造提供更多的 8~ δc< 负异常 ~ 缺氧的还原环境逐渐遭到破坏其中 VC VV +N具有良好的指示性从底部到顶部逐渐变小 >.. ~. > ~ 正常正异常 >. δc> 正常正异常 ~ 8 <. 8~. < 负异常 ~. < ~. 注: δc=g CN LN +NdN ]N 为北美页岩标准化值周炼等 8]认为 M 同位素是判别缺氧事件的地球化学新标志并对龙马溪组的 M 同位素进行过相关研究研究数据表明大陆边缘海充氧环境沉积物的δ8M 在 ~ 之间贫氧环境 8 沉积物的δ M 在 ~ 之间海洋缺氧环境沉积物的δ8M 在 ~ 8 之间 H< 物源使得海底的氧化还原环境发生了较大的变化图虽然此时研究区仍处于相对滞留的环境中但是其海底的氧化还原环境和沉积环境的这种变化导致有机质的保存条件遭到了破坏使得研究区烃源岩的品质变差有机碳含量降低稀土元素与古环境稀土元素对沉积环境变化十分敏感被广泛应用于古环境研究沉积体系中的 C 异常可以用来反映水体氧化还原条件的变化 δc有个计算 m m. VC. 8 VV+N 图綦江观音桥剖面 VC和 VV+N垂向变化趋势图 Fg. VndnfVCndVV+NfGunnqs nq ng 表綦江观音桥剖面龙马溪组泥岩的稀土元素质量分数及地球化学参数样品号 L Tb An su sf REEndg hm p m s fmuds ns mp s flngmx F m n ngun nq s nq ng C P Nd m Eu Gd Tb D H E wb Tm Yb Lu Y LREE HREE REE LREE L δeu δc HREE YbN Ld 球粒陨石注:①LREE=L+C+P+Nd+m+Eu;HREE=Gd+Tb+D+ H+E+Tm+Yb+Lu+Y; REE=LREE+ HREE; LREE YbN mn GdYbN 为元素球粒陨石标准化值的比值; HREE 为 LREE 与 HREE 的比值; L L δeu=eun mn GdN EuN mn GdN 为元素球粒陨石标准化值; δc=cn LN PN CN LN PN 为元素球粒陨石标准化值 ② 样品实验测试由中国矿业大学分析测试中心完成

5 8 地质科技情报公式: δc=cn LN PN CN LN PN 为元素球粒陨石标准化值; δc= LN + g CN m NdN ] N 为北美页岩标准化值还原环境下 δc 为正异常氧化条件下则相反 ] 而古代沉积岩中的 REE 可以被近似地看作是当时古海水平衡的化本区泥页岩的稀土元素研究表明 δc 介于学组分可作为判断古环境的标志 ] 8~ 之间公式 δc=cn LN PN CN LN PN 为元素球粒陨石标准比值] 表反映了水体自下而上呈一种不稳定的波动特征介于大洋盆地与大陆边缘区之间 REE 的分布特征与构造稳定的浅海大陆架沉积物相似与深海区沉积物相差较大也证实了研究区龙马溪组沉积岩为稳定的板块内陆棚沉积 δeu 均值分别为 ~ L比值介于表 C ~. 之间处 L 于贫氧和厌氧的沉积环境表 δc δeu C 三者均呈从底部向顶部变大的趋势指示了龙马溪组由底部到顶部贫氧和厌氧的沉积环境逐渐发生变化;另外该区泥页岩稀土元素总量较高 LREE YbN mn 等显示烃源岩具 HREE 和 L L 有轻稀土元素富集的配分型式整体上从龙马溪组底部到顶部受陆源影响增强;轻稀土元素之间分异中等重稀土元素之间分异不明显有机碳同位素与古环境有机碳同位素δCg值主要与原始有机质来源和沉积环境有关系多数情况下热成熟作用不会明显改变碳同位素的组成因此被当作一个指标广泛应用于有机质类型划分缺氧环境的广泛分布会严重影响有机碳的原始同位素平衡在以缺氧环境 ] 为主的条件下 δcg有偏轻的趋势有机碳含量较高的样品其 δcg值较低普遍小于 8 表有机碳含量低的样品 δcg 值较高并且纵向上由下向上 δ Cg 值有逐渐增大的趋势表明其有机质保存条件变差缺氧环境逐步遭到破坏图表研究区龙马溪组泥岩δCg值 Tb An su s fδc nlngmx F m n 样品号层位采样地点 G 綦江观音桥 R 华蓥山李子垭 G R H H C C 8 綦江观音桥华蓥山李子垭长宁双河长宁双河有机碳有机质 δcg % 类型 w TOC 年... C 图剖面龙马溪组δCg Fg. δcflngmxfm nnrngxs nxushn 有机碳含量与古环境有机碳含量能独立用于缺氧条件的识别归因于有机质主要在缺氧条件下才得以最好地保存如果沉积物中有机质含量丰富本身就指示了处于较强的还原环境 ] 从单剖面纵向看高丰度烃源岩发育在龙马溪组下部的碳质硅质页岩 TOC最高达. % 表属于极好型向上有机碳含量逐渐降低 TOC为 % ~. 8% 由好逐渐变差至中上部黄绿色泥岩或灰色泥灰岩其 w TOC< % 已是非烃源岩图这主要与沉积环境的变化有关表龙马溪组有机碳及氯仿沥青 A 分析结果 Tb An d f bn TOC gn ndh f mb umn A flngmx F m n 样品号地层采样地点 G 綦江观音桥 G 綦江观音桥 G 綦江观音桥 G 綦江观音桥岩性碳质页岩碳质页岩黑质页岩黑色泥岩 G 綦江观音桥 G 綦江观音桥 G 綦江观音桥灰色泥灰岩 R 8 R R R R R 灰绿色泥岩 R 黄绿色泥岩 Z 大庸张家界 Z 大庸张家界 Z 大庸张家界黄绿色泥岩 8 石柱打风坳黑色页岩石柱打风坳 Q Q 黑色页岩黑色页岩灰黑色页岩有机碳氯仿沥青 % A wb TOC 注:数据由中国石化无锡实验地质研究所和中国石油大学北京地球化学实验室测试

6 第期张春明等:川东南黔北地区龙马溪组地球化学特征与古环境恢复 ] 郭英海李壮福李大华等.四川地区早志留世岩相古地理 J].古地理学报 :. ]GuY HL ZF.P gg ph f he u n n 8 hun A C] WngY H GR GuGL.M n ngs n nd hn g.n h nds:a.a. B kmh nd : m ] 万方许效松.川滇黔桂地区志留纪构造岩相古地理 J].古地理学报 : 8 8 ] 陶树.南方重点片区下组合海相烃源岩演化特征及生排烃模拟 D].北京:中国地质大学 ] 腾格尔高长林胡凯等.上扬子东南缘下组合优质烃源岩发.... TOC% 图龙马溪组 TOC 质量分数纵向变化图 Fg. TOCnnsdsbu nghflngmxfmn 结语育及生烃潜力 J].石油实验地质 8 :. ] 严德天王清晨陈代钊等.扬子地区上奥陶下志留统黑色页岩地质特征及其油气资源意义 J].矿物岩石地球化学通报增刊 : ] 刘若冰田景春魏志红等.川东南地区震旦系志留系下组合有效烃源岩综合研究 J].天然气地球科学 : 8 8 8] 梁狄刚郭丹楼陈建平等.南方四套区域性海相烃源岩的分布 J].海相油气地质 8 :. 通过对个剖面龙马溪组样品的微量元素稀 ] 王清晨严德天李双建.中国南方志留系底部优质烃源岩发认为研究区龙马溪组底部古环境为滞留缺氧的还 ] 蔡观强郭峰刘显太等.沾化凹陷新近系沉积岩地球化学特土元素有机碳同位素有机碳含量等地球化学分析原环境地球化学判识指标主要集中在厌氧区中上部滞留缺氧的还原环境逐渐遭受破坏各种地球化学指标主要处于贫氧富氧阶段印证了川东南黔北地区龙马溪早期主要为深水泥质陆棚沉积中晚期为浅水陆棚的沉积环境龙马溪组优质烃源岩主要发育在龙马溪早期的滞留缺氧还原环境主要集中在龙马溪组底部参考文献: ] 苏文博李志明 E ns hnfr等.华南五峰组龙马溪组黑色岩系时空展布的主控因素及其启示 J].地球科学:中国地质大学学报 : 8 ] 马永生陈洪德王国力等.中国南方层序地层与古地理M]. 北京:科学出版社 : 8 ] 穆恩之朱兆玲陈均远等.四川长宁双河的志留系 J].地层学杂志 8 : 8 ] 林宝玉苏养正朱秀芳等.中国地层典志留系 M].北京: 地质出版社 ] 戎嘉余陈旭.中国志留纪年代地层学述评 J].地层学杂志 :. ] 陈旭戎嘉余周志毅等.上扬子区奥陶志留纪之交的黔中隆起和宜昌上升 J].科学通报 :. ] 王鸿祯.中国古地理图集M].北京:地图出版社 8] 周名魁王汝植李志明等.中国南方奥陶志留岩相古地理与成矿作用M].北京:地质出版社 : ] 文玲胡书毅田海芹.扬子地区志留纪岩相古地理与石油地质条件研究 J].石油勘探与开发 :. ] 李天生.四川盆地志留系生油层主要地质特征 J].矿物岩石 : 8 育的构造环境模式 J].地质学报 8 8 : 8. 征及其物源指示意义 J].地质科技情报 : ] 马力.中国南方大地构造和海相油气地质M].北京:地质出版社 :. ] 赵一阳鄢明才.中国浅海沉积物地球化学 M].北京:科学出版社:. ] 腾格尔刘文汇徐永昌等.缺氧环境及地球化学判识标志的探讨 J].沉积学报 :. ]G nnagn JP z d J.D m n n f bn gn m n z n nn sh m ns d mn s Gu f ft s us ngs b bn s p s J].O G hm s gn :8. ] 叶连俊陈其英李任伟等.生物有机质成矿作用和成矿背景 M].北京:海洋出版社8:. ] 严德天汪建国王卓卓.扬子地区上奥陶下志留统生物钡特征及其古生产力意义 J].西安石油大学学报:自然科学版 :. ]F n srhn Mngn n J.B b um gn f ux s hd ps :Imp nsf p p du v ns u n J].G b B g hm C s : 8 8] 周炼苏洁黄俊华等.判别缺氧事件的地球化学新标志:钼同位素 J].中国科学: D 辑 :. ] 张廷山俞剑华边立曾等.四川盆地南北缘志留系的锶和碳氧同位素演化及其地质意义 J].岩相古地理 8 8 : ] 李双建肖开华沃玉进等.湘西黔北地区志留系稀土元素地球化学特征及其地质意义 J].现代地质 8 :

7 地质科技情报年 GhmChssndPnvnmnRnsunf hlngmxfmnnuhshunndnhnguzhu ZHANGChuṉmng JIANGZxng GUO Yngẖ ZHANG Wshng DpmnfPum GgRshInsufPum Expn & Dvpmn PChnBng8Chn;.hfEngRsusChnUnvsfGsns Bng8Chn;hfRsundEhnChnUnvsfMnngnd ThngXuzhuJngsuChn;.ThndExpnTmfJngsuCGg BuuXuzhuJngsuChn Abs:hsnhLngmxFmnfLwunhvngbngdvpdnsuhshun ndnhnguzhuhngnmsndhghqusuksnmnsfsuh Chn.Hghqunndhghqufgn msh mnndnfhghqusu ks.thpnvnmnwhhhdnmpnfnhqunndqufsdmnṟ gnmswsgnfundbhnmvmnudnsuhshunndnhn GuzhusnhpdfLnn.Ihsnmpnggsgnfnfhsgnv hpnvnmnfhsuks.onhbssfhshdhmndbdngd whhsusfghmsdfhlngmxfmnwdsussdhmns REEghmhsssbspndgnmsndvdhpnvnmn fhlngmxfmn.thsusshwdhhfvsuksmnnndn nxdunnvnmnfdpmuddshfnhwpfhlngmxfmn.thṉ xnvnmnwsdsdnlngmxsgssufwhhhpsvnndnf gnmbmsbd. Kwds:suhshunndnhnGuzhu;un;LngmxFmn;ghmhss;pnvnmnnsun

古地理学报年月

古地理学报年月第卷第期年月古地理学报胡广成鲍志东张震罗小玉蔡雨刘丽中国石油大学北京资源与信息学院北京贵州桐梓松坎剖面中下三叠统发育齐全化石丰富出露良好是研究上扬子地区海相地层的理想剖面之一根据地层划分与对比将其分为下