利用地球化學標志識別沉積環(huán)境_以中揚子臺地北緣上震旦統(tǒng)為例

1、 利用地球化學標志識別沉積環(huán)境 以中揚子臺地北緣上震旦統(tǒng)為例胡 明 毅江漢石油學院前 言沉積巖是母巖經(jīng)過風化 、 搬運 、 沉積過程形成的 ,每一階段都不同程度地存在物理 、 化學和生物的作用 ,每一階段都存在一個化學平衡 , 各種沉積物的地球化學特點都能反映其形成環(huán)境的化學特征 ,據(jù)不同環(huán)境自身的地球化學特點 ,物的沉積環(huán)境 。近幾十年來 ,13, 但對古代沉積盆地和沉積巖的地球化學特征研究相對薄弱 。筆者在研究中揚子臺地北緣上震旦統(tǒng)沉積特征的同時 , 系統(tǒng)采集不同層位 、 不同相帶的巖石樣品進行沉積地球化學分析 , 結果表明該區(qū)地球化學特征與沉積環(huán)境有密切關系 , 可以作為判別沉積環(huán)境的標

2、志之一 。地 質(zhì) 背 景研究區(qū)位于湖北省南漳 京山 武漢一帶 , 屬中揚子臺地北部 (見圖 1 。圖 1 中揚子臺地北緣構造單元圖巖相古地理研究結果表明 :晚震旦世陡山沱期 ,該區(qū)海水逐漸加深 , 由局限海灣相過渡到斜坡相和盆地邊緣相 ; 燈影組沉積早 、 中期為該區(qū)海侵最大時期 ,發(fā)育一套深水斜坡相和盆地相碳酸鹽沉積 ; 燈影組沉積晚期 , 隨著中揚子臺地不斷向北加積擴大 , 該區(qū)轉為 碳酸鹽巖臺地相沉積 。根據(jù)巖相類型 、 沉積構造及生 物組合等標志 , 可將該區(qū)分為淺水臺地和深水臺盆兩 個相區(qū)以及 7種相帶 (局限海灣相 、 局限臺地相 、 開闊 臺地相 、 、 。對研究區(qū) 7種相帶系統(tǒng)

3、采集的樣品均未經(jīng)蝕變 、 礦化或次生風化作用 。 樣品破碎至 1mm 后 , 由宜昌地 質(zhì)礦產(chǎn)研究所采用等離子光譜儀測定化學成分 , 對分 析結果 (見表 1 按照沉積相進行了統(tǒng)計 。1 常量元素特征鋁 (Al :根據(jù)中科院海洋地質(zhì)研究所對渤海的分 析 3, 沉積巖中的碎屑 Al 占沉積物 86. 4%98. 7%, 大大超過自生 Al 的含量 , 并且沉積物中 Al 主要賦存 于粘土礦物中 。 由表 1可見 , 該區(qū) Al 的含量在局限海 灣相中明顯較高 , 平均值為 0. 66%; 淺水相區(qū) Al 的含 量較低 , 從局限臺地相到開闊臺地相淺灘亞相和臺緣 灘相 , Al 的 平 均 含 量

4、 分 別 為 0. 021%、 0. 019%、 0. 022%; 從淺水臺地相區(qū)過渡到深水臺盆相區(qū) ,Al 的 含量明顯增加 (見圖 2 , 在斜坡相 、 盆地邊緣相和盆地 相 、 Al 的平均含量分別為 0. 263%、 0. 097%、 0. 048%。 Al 的分布特征與該區(qū)局限海灣和深水斜坡 盆地相中 粘土礦物含量較高 、 而淺水臺地相區(qū)粘土礦物含量較 低有關 。錳 (Mn :Mn在自然界中的分布情況與 Al 相反 , 自生 Mn 在各類沉積物中占絕對優(yōu)勢 , 而碎屑 Mn 較 少 。 研究區(qū)局限海灣相 Mn 的含量明顯較高 , 平均為 1. 13%; 而在局限臺地相 、 開闊臺地相

5、 、 臺緣灘相 、 斜坡 相 、 盆地邊緣相和盆地相中 , 平均含量分別為 0. 012%、 0. 011%、 0. 014%、 0. 017%、 0. 016%、 0. 018%。 從圖 2中可以看出 , 除在局限海灣相中 Mn 的含量明顯增高 以外 , 其余相帶 Mn 的含量均較低 。其原因是局限海 灣相中含有大量的自生菱錳礦沉積 , 使得 Mn 含量明 93 石 油 勘 探 與 開 發(fā) 1999年 12月 PETROL EUM EXPLORA TION AND DEV ELOPMEN T Vol. 26 No. 6圖 2 研究區(qū)不同相帶中 Al 2O 3、 MnO 、 B 含量變化圖顯增

6、高 。 2 微量元素特征硼 (B :大量分析資料表明 ,水體的硼含量有關 1, 一般說來 ,而海水中硼的含量明顯偏高古沉積環(huán)境 (水的鹽度 。研究區(qū) (見表 1 , 以臺緣灘相最 低 , 僅 0. 8210-6, 而其它相帶中均大于 110-6, 最 大可達 6. 5610-6, 表明臺地邊緣灘相沉積物曾暴露 于海平面之上 , 遭受大氣淡水的淋濾 。3 海水中硼含量與鹽度關系圖鍶的分布特征鍶是碳酸鹽巖中重要的微量元素之一 , 許多學者 把它作為碳酸鹽巖沉積和成巖過程中的 重 要 元 素 之一 46, 這主要是因為 : Sr 與 Ca 、 Mg 、 B 等元素同屬表 1 中揚子臺地北緣上震旦統(tǒng)碳

7、酸鹽巖地球化學分析數(shù)據(jù)表沉積相 巖樣號 CaO (% MgO (% Al 2O 3(% MnO (% B (10-6 Sr (10-6 (Sr/Ca 103 128. 2717. 921. 010. 563. 81850. 65局限海灣相 227. 5915. 370. 191. 102. 12951. 07 328. 6119. 070. 791. 733. 72500. 87 428. 4819. 660. 0290. 0141. 8610. 21局限臺地相 530. 9721. 060. 0340. 0110. 48490. 16 615. 2811. 0800. 0111. 1340.

8、 22 728. 420. 110. 0380. 0110. 94500. 18開闊臺地相 淺灘亞相 813. 7510. 0800. 0072. 0210. 15 930. 5621. 260. 0142. 0410. 13臺緣灘相 1021. 9514. 770. 0220. 0140. 82390. 181121. 6714. 770. 040. 0151. 21360. 631245. 285. 290. 750. 0185. 81800. 39斜坡相 1336. 5316. 070. 0184. 8740. 201452. 782. 40. 0182. 01500. 281554.

9、171. 400. 0142. 81400. 261633. 6118. 370. 0970. 033. 0650. 19盆地邊緣相 1745. 286. 790. 0056. 81500. 331832. 9217. 670. 0139. 92050. 331930. 9720. 460. 0480. 0341. 4670. 222030. 9721. 260. 033. 4770. 25盆地相2154. 730. 80. 0062. 62520. 272254. 590. 90. 0032. 97401. 3604 石油勘探與開發(fā) 地質(zhì)勘探 Vol. 26 No. 6 A 族 , 離子半徑

10、與 Ca 2+相近 , 因此常在碳酸鹽礦物中 置換 Ca 。 不同碳酸鹽組分的礦物成分各不相同 , 而 不同礦物 Sr 的含量也有所不同 。 海水和淡水中的 Ca 、 Sr 的平均含量差別很大 , 海水中 Ca 為 410-6, Sr 為 810-6, 淡水中 Ca 為 14. 610-6, Sr 為 0. 0610-6, 因此當碳酸鹽巖在沉積或成巖過程中有淡水加 入時 , 就會影響 Sr 的含量 。上述因素直接或間接影響 了 Sr 在碳酸鹽巖中的分布 。從表 1中可以看出 , 本區(qū)不同相帶碳酸鹽巖中鍶 的含量明顯不同 , 從局限海灣相到局限臺地相 、 開闊臺 地相 、 臺緣灘相 、 斜坡相

11、、 盆地邊緣相 、 盆地相 , 鍶的平 均含量分別為 243. 310-6,4810-6,37. 310-6,3910-6,13610-6,14010-6,28410-6。不同相帶中 (Sr/Ca 103比值的變化也非常明顯 (見表 1 :局限海灣相該比值平均為 0. 86; 局限臺地相 該比值平均為 0. 19; 開闊臺地相該比值平均為 0. 臺緣淺灘該比值為 0. 18; 0.為 0. 53。 (包括臺 緣灘 、 臺地淺灘 為中心 , 向局限海灣方向和深水斜坡 盆地方向 , (Sr/Ca 103比值明顯增加 , 呈雙峰分 布 。Veizer 等在研究西喀爾巴阡山中部的中生代碳酸 鹽沉積時

12、, 曾指出鍶在不同沉積相中具有雙峰的分布 特點 5,6, 即由淺灘相白云巖到深海相灰?guī)r , 以及由淺 灘到超咸水湖 , 鍶的含量都增加 。鍶的這一分布特 征 , 不同學者有不同解釋 。筆者認為主要受以下幾方 面因素的控制 :(1 與 沉 積 環(huán) 境 所 決 定 的 原 始 沉 積 特 征 有 關 。 Veizer 等 5根據(jù)現(xiàn)代海洋中鈣質(zhì)生物骨骼的礦物成 分 , 以及碳酸鹽沉積物礦物成分 , 計算了不同沉積環(huán)境 中鍶的含量特征 。在現(xiàn)代海洋中 , 淺海的鮞粒 、 球粒 、 底棲生物 、 藻類等的礦物成分主要是文石或高鎂方解 石 , 深海中常見的顆石藻 、 有孔蟲等則以低鎂方解石為 主 。 現(xiàn)代

13、淺海和生物礁環(huán)境中的沉積物以高鎂方解石 和文石為主 , 而深海沉積物則以低鎂方解石為主 。這 三種碳酸鹽礦物中鍶的含量差別很大 (文石 高鎂方 解石 低鎂方解石 , 但是不穩(wěn)定的文石和高鎂方解石 在成巖過程中向低鎂方解石轉化時 , 鍶的含量相應降 低 , 而穩(wěn)定的低鎂方解石中鍶的含量在成巖過程中并 不發(fā)生變化 , 結果其中鍶的含量反而大于由文石或高 鎂方解石轉化而成的低鎂方解石 。這樣由原始沉積環(huán) 境所控制的礦物組成的不同 , 經(jīng)成巖轉化后 , 造成了鍶 的含量由淺水向深水逐漸增加的分布特點 。(2 與成巖環(huán)境有關 。 本區(qū)臺地邊緣灘相和開闊臺 地相淺灘亞相經(jīng)歷了大氣淡水和混合水并存的成巖環(huán)

14、境 7, 而深水相區(qū)的成巖環(huán)境則是海水 。淡水中鍶的 含量明顯低于海水 , 這勢必會使這兩類相帶沉積物鍶 的含量降低 。(3 與粘土礦物含量分布有關 。從表 1中可以看 出 , 不同相帶中鍶的含量和 Al 2O 3呈明顯的正相關關 系 , 這說明鍶的含量變化與粘土礦物含量有關 , 因為粘 土礦物可吸附鍶離子 , 。Sr 和 ( 3, 表現(xiàn)出以淺灘相為中 盆地方向明顯增加 , 呈雙 , 其次 是沉積環(huán)境決定了成巖環(huán)境的不同 , 再次與粘土礦物 的含量有關 。因此 , 利用鍶的含量和 (Sr/Ca 103比 值可以判別沉積相 。參 考 文 獻1 賈振遠 . 碳酸鹽沉積相和沉積環(huán)境 . 武漢 :中國

15、地質(zhì)大學出版社 , 1989. 4043.2 中國地質(zhì)科學情報所 . 利用地球化學資料從事古地理分析 . 國外地質(zhì) 科技 , 1980, (8 .3 趙一陽 . 中國大陸架沉積物地球化學的若干模式 . 地質(zhì)科學 ,1983, (44 劉岫峰 . 沉積巖實驗室研究方法 . 北京 :地質(zhì)出版社 ,1991. 206207. 5 Veizer J and Demovic R. Environmental and climatic controlled fractiona 2 tion of elements in mesozoic carbonate sequences of the western

16、 Carpathims.Jour. Sed. Petrology , 1973,43(1 :258271.6 Veizer J and Demovic R. Strontium as a tool in facies analysis. Jour. Sed. Petrology ,1974,44(1 :93115.7 胡明毅等 . 湖北隨州上震旦統(tǒng)燈影組白云巖成巖作用及儲層特征 . 江 漢石油學院學報 ,1992, (1 :16.作者簡介 胡明毅 , 男 ,33歲 , 副教授 , 獲博士學位 , 現(xiàn)從事石油地 質(zhì)學及沉積學研究與教學工作。地址 :湖北省荊州市 , 江漢石油學院地 質(zhì)系 , 郵政

17、編碼 434102。收稿日期 1998211202(編輯 鄒冬平 14 1999年 12月 胡明毅 等 :利用地球化學標志識別沉積環(huán)境 以中揚子臺地北緣上震旦統(tǒng)為例 CH 4in the center of Tarim basin. They are different from other natural gases. Selection new indexes for G as 2S ource Correlation is the first step of this article. Benzene ,toluene and methylcyclohexane are selected

18、 to be as new indexes in many experiments. They are used in this article to probe the source rock of natural gases in the center of Tarim basin combined with biomarks of natural gas and 13C113C 4. The conclusions are :Natural gases distributed in Tazhong major host belts come chiefly from the Cambri

19、an 2Lower Ordovician , a few of them from the Middle 2Upper Ordovician. Natural gases distributed in the north slope of Tazhong uplift come chiefly from the Middle 2Uupper Ordovician ,a few of them from the Cambrian 2Lower Ordovician. Related source rocks in Tarim basin are selected to do thermal si

20、mulation and R o 13C 1are established at the end of this article. The maturity of natural gas arefrom R o 13C 1relational expression. TheR o of natural gases 1. 4%, R o of natural gases in the north slope of Tazhong uplift is 1. 1%.The source rocks of natural gases are distributed in the center of T

21、arim basin. Subject heading :Natural gas , G as source correlation ,Carbon isotope ,Biological marker , Tarim basin , Tazhong regionR eservoir evalu ation and favorable belt prediction for Es 3 Form ation of B eitang sag. Ma , Jie ; et al. (G eological Research Institute of Dagang Oil Field (Group L

22、td. , Tianjin 300280, P. R. China . S hiyou Kantan Y u Kaif a 1999, 26(6 , 36238. On the basis of lithological characters , diagenesis , and the division of diagenetic stage , the petrophysical properties of sandbodies in Es 3, Beitang sag are evaluated comprehensively , and main factors affecting t

23、he petrophysical properties are dealt with in detail. Based on an overall evaluation , it is recognized that :in Tanggu , Xincun , Xinhecun regions there are numerous traps which developed rather completely , and the area of each trap is relatively large. These regions are located in the sedimentary

24、 centre and centre of oil generation (a favorable oil source . Viewed from reservoir beds , there are 3favorable facies belts. Fan 2delta distributary channels developed in Xinhecun region , where reservoir formations are rather shallow and have a relatively course facies belts ; thus , this will be

25、 the most favorable reservoir facies belt. In Xincun and western Tanggu :sliding and collapse turbidites were created and moderately buried , where sandbodies relatively developed , and fairly good petrophysical properties occurred. In Paotai region : beach 2bar sandbodies and sheet sandbodies forme

26、d , though deeply buried , and with fine lithology , but they have a relatively good sorting and abnormally high pressure belt developed , thus fairly good petrophysical properties are still retained. Subject heading : Reservoir , Evaluation , Prediction , Clastic rock Diagenesis , Huanghua depressi

27、onAnalyzing sedimentary environment using geochemical indicators An example from m argin of Middle Yantze Last (Jianghan Petroleum , P. R. China . S hiyou Kantan Y u , 26(6 , 39241. During Late Sinian , the north margin of Middle Y antze platform was dominated by carbonate sediments. And it can be d

28、ivided into shallow water platform and deep water platform and subdivided into seven different facies types. G eochemical analyses indicate that geochemical characteristics are closely related to sedimentary environment in the study area : The content of element Mn increases largely in restricted gulf facies , but it is low in other facie types ; the content of trace element B is lowest in platform marginal shoal , but i