http:/www.paper.edu.cn - 1 - 鄂尔多斯盆地耿湾地区长鄂尔多斯盆地耿湾地区长 6 段泥岩微量元素地球化学 特征及古盐度分析段泥岩微量元素地球化学 特征及古盐度分析 文华国，郑荣才，耿威，王昌勇 成都理工大学沉积地质研究院，成都（610059） Email：wenhuaguo126.com 摘摘 要：要：应用 B、Sr、Rb、Sr/Ba 比值、Rb/K 比值和 K+Na 质量分数等微量元素地球化学方 法并结合粘土矿物 X 衍射分析对鄂尔多斯盆地耿湾地区长 6 古盐度进行综合判别， 认为长 6 期古水介质盐度为 0.0146.47，平均值为 2.56，属于淡水微咸水环境，局部为半 咸水环境，且自长 63沉积期至长 61沉积期湖盆水体是逐渐变咸的；微咸化的湖水介质和封 闭还原的深水环境既有利于优质烃源岩的发育， 又能促使砂体早期环边绿泥石胶结形成抗压 实压溶组构， 有利于原生粒间孔的保存而对储层发育非常有利； 在研究区长 6 古盐度定量 计算基础上，编制了古盐度等值线图，从中划分出淡水、微咸水和半咸水 3 个古盐度平面分 区，确定 0.5古盐度等值线是淡水河流发育区与微咸水湖盆分界的古湖岸线位置，为预测 岩性地层油藏有利发育区带提供了重要依据。 关键词：关键词：微量元素；古盐度；定量恢复；湖岸线；长 6 段；鄂尔多斯盆地 古盐度是记录在古代沉积物中的水体盐度12， 可作为分析地质历史中沉积环境特征的一个重要标志。据资料检索，Walker 等31963 年就曾创造性地使得古盐度从定性分析转为定量计算；Adams 等（1965）4和 Couch（1971）5使古盐度的定量计算精度进一步提高。而国内古盐度研究起步较晚，赵永胜等（1998）6最早曾对云南保山盆地湖相泥岩进行了系统的古盐度定性和定量化研究； 郑荣才等 （1999）7在古盐度系统计算分析基础上首次探讨了古盐度的油气地质意义；沈吉等（2000）8通过湖泊中近几千年来形成的介形类壳体化石进行古盐度恢复,以图在古气候重建和定量预测研究开辟途径；王冠民等(2005) 9曾利用泥页岩的 B/Ga 比值作为古盐度半定量指标来研究济阳坳陷古近纪的海侵方向；而近年来针对古盐度的研究报道多集中在其本身不同判别标志的综述性探讨12,10。勘探实践表明，古湖岸线附近的三角洲前缘带是大油田分布的主要场所11，是岩性地层油气藏发育的有利相带，古湖岸线对岩性地层圈闭起着重要的控制作用12。确定古湖岸线位置在有利储集相带预测中的应用越来越显得重要13，因此，通过古湖泊水体的古盐度定性分析和定量计算来恢复古环境并确定古湖岸线位置将是本文的创新性尝试，研究希望通过泥岩的矿物学与地球化学指标的定量分析，恢复鄂尔多斯盆地耿湾地区晚三叠世长6期湖盆古盐度，同时根据古盐度的平面分布确定古湖岸线位置，从而为古环境恢复和岩性地层油藏有利区带预测提供重要依据。 图1 研究区构造位置 Fig.1 Location of the studied area http:/www.paper.edu.cn - 2 - 1 区域地质概况区域地质概况 鄂尔多斯盆地是一个多旋回克拉通叠合盆地14，耿湾地区位于鄂尔多斯盆地中偏西部,区域构造横跨伊陕斜坡和天环坳陷（图 1） ，该地区延长组沉积体系分布受长期继承性整体升降运动下形成的广阔斜坡构造背景的控制，发育厚约 1000m 的碎屑岩沉积建造， 其中生油岩十分发育。 上三叠统延长组 6 段沉积期发育了一套西南部较深、 东北部较浅的平均厚度约 130m的湖相三角洲相碎屑岩（图 2） ，是该地区主力产油层，同时油（泥）页岩也较发育， 近年来在该层位已钻获多口油气井，自下而上可细分为长63、长 62、长 6l三个小层，其岩性为灰绿色、灰色中细粒砂岩、深灰色粉砂岩与灰黑色泥岩、 粉砂质泥岩、泥质粉砂岩互层。本次研究在耿湾地区长 6 段钻井岩心观察描述基础上，系统采集了 20 口井的泥岩岩心样品（图 2） ，这些泥岩样品质地较纯、 均匀分布在研究区且具代表性， 能够满足论文各项矿物学和地球化学分析。 2 古盐度恢复古盐度恢复 2.1 锶丰度和锶锶丰度和锶/钡比值法钡比值法 锶和钡的化学性质较相似,但它们在不同沉积环境中由于地球化学行为的差异而发生分离, 在自然界水体中,Sr迁移能力比Ba迁移能力强，水介质矿化度即盐度很低时，Sr、Ba均以重碳酸盐的形式出现,当水体盐度逐渐加大时,钡以BaSO4的形式首先沉淀,留在水体中的锶相对钡趋于富集，当水体的盐度加大到一定程度时锶亦以SrSO4的形式和递增沉淀。因而记录在沉积物中的锶丰度和Sr/ Ba 比值与古盐度呈明显正相关性， 可作为古盐度判别的灵敏标志7。通过对研究区长6泥岩样品微量元素分析及相关计算（表1），得出各样品锶丰度变化范围较大为4031310-6，平均值为174.310-6，各层段平均值的变化范围较小为125.719410-6，以长63为最低，长61为最高；各样品Sr/ Ba 比值变化范围中等为0.110.46，平均值为0.28，其中长63为0.19、长62为0.25、长61为0.317，显示地层由老到新，即长63长62长61 ,Sr丰度和Sr/Ba比值呈增大的变化趋势（图3A）。 2.2 铷丰度和铷铷丰度和铷/钾比值法钾比值法 K的含量与泥岩中碎屑矿物含量有密切关系，同时与粘土矿物中伊利石含量有关。Rb大部分呈悬浮胶体状态搬运，在碱性还原条件下，Rb的胶体状因凝絮效应沉淀而易被粘土图 2 耿湾地区长 6 段地层等厚线及泥岩岩心样品采集位置分布图Fig.2 Stratoisohypse distribution graph and sketch map of the mudstonecore sample collecting location of Chang 6 member in Gengwan regionhttp:/www.paper.edu.cn - 3 - 和有机质吸附，故盆地水体的含盐越高，粘土和有机质对Rb的吸附越强，Rb的含量和RbK比值亦越高，因此，Rb的含量和RbK比值能反映水介质的盐度变化，常作为沉积环境盐度测定的指标。研究区长6各样品Rb丰度 表1 耿湾地区长6段钾、钠、锶、钡、铷分析数据及Sr/Ba、Rb/K、K+Na计算数据 Table 1 The analysed data of K, Na, Sr, Ba, Rb and the calculated data of Sr/Ba, Rb/K and K+Na of Chang 6 member in Gengwan region 泥岩样品中子活化分析数据 Sr/Ba Rb/K K+Na 层位 样品编号 井号 深度 Sr (10-6) Ba (10-6) Rb (10-6)K(%) Na(%) 比值各层段平均值比值各层段平均值 求和(%) 各层段平均值SG-12 H30 2228.63114 808 109 1.82 1.7790.140.0060 3.599 SG-6 G82 2396.72133 804 137 2.48 1.3830.170.0055 3.863 SG-7 G87 2430.4084 744 160 2.721.530.110.0059 4.25 SG-13 H36 2505.50159 488 160 2.23 1.4240.330.0072 3.654 SG-4 G102 2340.00313 884 175 2.79 1.2890.350.0063 4.079 SG-5 G60 2477.35225 662 123 1.96 2.1520.340.0063 4.112 SG-11 H29 2622.45280 664 174 2.252.130.420.0077 4.38 SG-14 H37 2474.85235 577 201 2.66 2.0430.410.0076 4.703 SG-1 C31 2403.30236 532 228 2.83 2.1090.440.0081 4.939 长 61 SG-17 L2 2395.12161 347 167 2.01 3.0390.460.3170.0083 0.0069 5.049 4.26SG-9 G93 2246.70166 878 119 2.310.790.190.0052 3.1 SG-15 L15 2591.50171 691 111 2.49 0.5050.250.0045 2.995 SG-16 L17 2634.30140 605 148 2.541.570.230.0058 4.11 SG-10 H22 2507.04144 531 123 2.18 2.3970.270.0056 4.577 长 62 SG-3 C35 2485.16200 640 125 1.82.0570.310.250.0069 0.0056 3.857 3.73SG-2 C34 2677.24176 807 101 2.52 1.3730.220.0040 3.893 SG-8 G89 2703.0040 373 120 2.65 0.5570.110.0045 3.207 长 63 SG-18 L9 2453.80161 645 147 1.98 1.1760.250.190.0074 0.0053 3.156 3.42注:表中泥岩样品微量元素数据由成都理工大学核技术与应用省级重点实验室侯新生高级工程师分析， 测试仪器为美国CANBERRA公司产GELi半导体探测器，检测依据为国家标准：GSS-5，GSR-6，GSD-12，DC-1。 变化范围为10122810-6，平均值为14610-6，各层段平均值变化范围为122.7163.410-6，以长63为最低，长61为最高；RbK比值变化范围为0.0040.0083，平均值为0.0063，其中长63为0.0053、长62为0.0056、长61为0.0069（表1），显示地层由长63长62长61的 Rb丰度和RbK比值逐渐升高（图3B），与各层段用铷/钾比值法、钾钠法和硼元素法测定的古盐度垂向变化趋势保持一致。 2.3 钾钠法钾钠法 钾和钠为活动性极强的碱金属元素,在水体中分布均一,其含量为盐度的直接标志。在碱性还原条件下，水体盐度越高,钾和钠就越易被伊利石粘土吸附或进入晶格,且钾相对钠的吸附量亦越大， http:/www.paper.edu.cn - 4 - 因此,KNa质量分数越大。研究区长6各样品KNa质量分数变化范围为2.9955.049，平均值为3.974，其中长63为3.42、长62为3.73、长61为4.26（表1），显示地层由长63长62长61的 KNa质量分数比值呈明显增大变化趋势（图3C）。 图3 耿湾地区长6段不同层段古盐度、Sr/Ba、Rb/K和K+Na值垂向演化 Fig.3 Vertical evolution of paleosalinity, Sr/Ba, Rb/K and K+Na value of different units in Chang 6 member in Gengwan region 2.4 硼元素法硼元素法 硼元素对于盐度的反应比较敏感2，且在各种地球化学分析方法中是比较容易确定的一种元素，因此，硼元素常被作为反映盐度的指标来使用10。粘土矿物可从溶液中吸附硼且数量与溶液中硼浓度有关7，由于自然界水体中硼浓度是盐度的线性函数,因而粘土矿物从水体中吸收的硼含量与水体的盐度呈双对数关系式,即所谓的佛伦德奇吸收方程15: lgB=C1lgS+C2 式中B为吸收硼含量(单位为10-6),S为盐度(),C1和C2是常数。 此方程式是利用硼和粘土矿物定量