留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

东海盆地丽水凹陷古新统微量元素地球化学特征及其指示意义

徐波 刁慧 王宁 何俊辉 施佳铖 胡碧瑶 周晓林

徐波,刁慧,王宁,等. 东海盆地丽水凹陷古新统微量元素地球化学特征及其指示意义[J]. 海洋地质前沿,2022,38(12):64-74 doi:  10.16028/j.1009-2722.2022.117
引用本文: 徐波,刁慧,王宁,等. 东海盆地丽水凹陷古新统微量元素地球化学特征及其指示意义[J]. 海洋地质前沿,2022,38(12):64-74 doi:  10.16028/j.1009-2722.2022.117
XU Bo, DIAO Hui, WANG Ning, et al. Geochemical characteristics and indicative significance of trace elements in the Paleocene in Lishui Sag, East China Sea Basin[J]. Marine Geology Frontiers, 2022, 38(12): 64-74 doi:  10.16028/j.1009-2722.2022.117
Citation: XU Bo, DIAO Hui, WANG Ning, et al. Geochemical characteristics and indicative significance of trace elements in the Paleocene in Lishui Sag, East China Sea Basin[J]. Marine Geology Frontiers, 2022, 38(12): 64-74 doi:  10.16028/j.1009-2722.2022.117

东海盆地丽水凹陷古新统微量元素地球化学特征及其指示意义

doi: 10.16028/j.1009-2722.2022.117
基金项目: 中国海洋石油集团公司科研条件平台建设项目“生烃热模拟实验平台建设”(CNOOC-KJPTGCJS 2020-01)
详细信息
    作者简介:

    徐波(1988—),男,硕士,工程师,主要从事油气地球化学实验及应用研究工作. E-mail:xubo10@cnooc.com.cn

  • 中图分类号: P744.4

Geochemical characteristics and indicative significance of trace elements in the Paleocene in Lishui Sag, East China Sea Basin

  • 摘要: 通过对丽水凹陷近些年完钻的多口探井开展微量元素地球化学分析,系统探讨了研究区古新统古盐度、古气候、古水深、氧化还原环境以及古生产力特征,为厘清凹陷内优质烃源岩形成及发育主控因素起到积极作用。研究认为,丽水凹陷古新统离物源区较近,相对富集Li、Ti、V、Zn、Ga、Rb、Ba、Hf、Th元素,Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Sr、Nb、Zr、Ta、U元素则相对亏损(对比岩石圈上地壳微量元素含量),其母岩主要与酸性岩浆岩有关。 由Li、Sr、Ni、Ga元素含量以及Sr/Ba值指示古新统整体处于淡水-半咸水的环境,水体深度较浅。Sr/Cu值的变化指示古新统气候整体表现为干热的气候条件,但垂向上呈现一定的差异,其中古新统中早期处于炎热干旱的气候条件,晚期则为温湿-干热-温湿的交替变化气候。由Ni/Co、V/Sc以及Mo含量等参数指示古新统处于弱氧化-弱还原的沉积环境。利用Ba元素的生物含量(w(Ba生物))分析古新统的生产力情况,认为其整体生产力水平较高,具有较高的生烃潜力,尤其是灵峰组生产力最高,勘探潜力较大。古新统烃源岩有机质含量与古生产力参数、氧化还原性参数、古盐度参数之间呈现较好的相关性,指示沉积环境的诸多因素会对凹陷内优质烃源岩的发育起到协同控制作用。
  • 图  1  丽水凹陷区域地质图[1]

    Figure  1.  The tectonic setting of the Lishui Sag[1]

    图  2  丽水凹陷地层综合柱状图[1]

    Figure  2.  Integrated stratigraphic column of the Lishui Sag[1]

    图  3  丽水凹陷古新统泥岩中微量元素富集系数(CC) 柱状图

    Figure  3.  Trace element concentration coefficients (CC) histogram of the Paleocene mudstone in the Lishui Sag

    图  4  丽水凹陷古新统样品Li-Sr、Ni-Ga元素含量关系

    Figure  4.  The diagram of Li vs Sr content (a)and Ni vs Ga content (b) of the Paleocene mudstone in the Lishui Sag

    图  5  丽水凹陷古新统样品Sr/Ba值和Sr含量关系

    Figure  5.  Relationship between Sr/Ba and Sr content of the Paleocene mudstone in the Lishui Sag

    图  6  古新统样品Sr/Cu和Rb/Sr与地质年代关系

    Figure  6.  Relationship between Sr/Cu and Rb/Sr of the Paleocene samples and geological age

    图  7  古新统样品氧化还原参数与地质年代关系

    Figure  7.  Relationship between redox parameters and geological time of the Paleocene samples

    图  8  古新统样品中微量元素地化参数与TOC关系

    Figure  8.  Relationship between geochemical parameters of trace elements and the TOC of the Paleocene mudstone

    表  1  古新统样品微量元素地球化学参数汇总

    Table  1.   Summary of trace element geochemical parameters of the Paleocene samples

    井名深度/m层位TOC/%Sr/(μg/g)Mo/(μg/g)Sr/BaRb/SrSr/CuNi/CoV/ScU/ThδUT古水温//(℃)w(Ba生物)/(μg/g)
    L30-61 981明月峰组1.1167.80.70.041.477.229.543.190.180.7031.071 470.4
    2 0810.43138.513.10.110.909.470.743.310.190.7230.191 079.1
    2 1310.4198.40.60.161.249.950.614.110.150.6130.69430.6
    2 1515.1925.22.70.054.161.901.296.190.220.8031.59151.9
    2 2010.83173.31.30.300.8118.493.457.280.160.6629.76330.6
    2 2571.37116.31.30.061.319.061.446.640.180.7030.471 539.4
    2 3050.51116.12.50.151.3113.500.544.620.170.6830.47551.1
    2 2350.59136.01.00.260.8212.580.975.700.160.6430.22347.3
    2 5170.78191.40.60.350.6721.711.504.210.150.6329.54322.5
    2 5610.57148.50.90.250.8416.291.303.230.170.6730.07363.9
    N6-12 573-194.01.20.040.8914.813.5011.340.110.7829.505 859.1
    2 615-347.02.30.050.3324.444.9812.150.120.9327.612 059.6
    2 655-391.01.60.090.3132.313.6728.630.210.8127.07771.8
    2 711-209.00.70.070.8612.745.0821.630.120.8829.326 664.9
    2 735-234.01.40.060.5017.083.7922.540.170.7229.01662.6
    2 7751.40335.03.80.080.5119.595.2233.140.220.8827.764 319.7
    2 777-372.02.10.080.5021.144.0311.660.290.6927.306 267.3
    2 8551.93486.01.10.080.3916.994.3610.540.220.7825.894 136.0
    W13-32 097-319.11.20.050.4033.250.876.030.260.5027.962 700.2
    2 145-236.37.10.110.5427.302.053.420.190.5328.983 804.2
    2 217-230.73.00.230.5625.771.715.930.260.7629.053 852.1
    2 317-184.81.30.030.5618.761.617.840.170.5429.624 080.1
    2 3670.96171.01.70.170.6515.791.518.310.210.6829.795 411.0
    L30-62 611灵峰组0.66175.60.90.270.9520.822.944.780.120.5429.73385.9
    2 6610.76129.01.50.280.9614.612.376.610.170.6730.31250.5
    2 7110.98118.21.10.171.2615.242.096.440.160.6630.44442.7
    N6-12 895-193.00.80.070.5414.734.5512.520.160.8629.522 120.8
    2 935-309.00.80.110.5016.525.0413.870.150.9028.081 140.3
    2 975-273.00.90.100.6218.323.538.480.180.8628.53922.6
    3 015-225.01.60.030.8115.204.0213.540.240.9029.129 889.0
    3 055-277.01.80.080.4419.102.3710.060.160.8028.481 416.6
    3 0991.86267.02.20.080.4518.802.4310.480.190.7928.602 840.5
    3 1452.56202.02.10.060.6417.551.958.550.090.7429.417 614.9
    3 181-209.01.80.070.6716.391.968.690.140.7529.323 288.0
    3 213-247.01.40.040.5220.862.2910.540.160.8228.852 644.8
    3 263-242.03.40.060.5521.341.698.760.190.6928.912 043.2
    3 297-217.03.90.050.6219.432.2116.720.290.7929.22822.7
    3 3352.00242.02.20.060.6020.342.8711.070.250.8528.912 582.1
    3 3831.64224.02.20.040.5921.751.959.660.280.7529.132 390.0
    3 419-199.01.70.030.5816.052.119.770.250.7629.442 322.4
    3 457-225.02.20.020.6210.712.149.770.270.7429.127 675.7
    3 533-198.02.30.030.8411.191.697.490.220.8529.463 184.0
    3 5751.43175.01.80.171.0110.542.189.210.221.1029.743 053.0
    3 6291.51160.01.30.050.898.081.418.210.190.8229.933 060.2
    3 655-168.01.30.090.8010.311.467.480.200.8229.832 908.3
    W13-32 445-151.31.40.060.8115.381.138.010.230.6630.035 514.3
    2 4971.12189.80.80.130.7616.141.537.640.180.6229.563 870.3
    2 587-349.62.00.280.2128.291.088.870.220.7027.583 838.3
    2 659-420.11.40.040.1816.982.4912.540.240.8326.713 637.0
    2 777-297.00.80.170.4018.031.467.830.200.6628.234 771.9
    2 8611.57248.10.90.080.4520.591.358.560.200.7428.835 615.9
    2 9772.12304.74.40.040.336.935.047.300.200.4428.149 952.9
    2 076 285.12.60.080.3825.670.906.740.250.5928.385 700.0
    3 1451.87218.91.10.080.4518.571.187.300.410.6429.20404.3
    3 1911.32185.51.30.080.6315.921.118.150.230.7329.612 454.9
    3 261-225.70.90.210.3621.111.068.990.230.9429.111 492.3
    W13-52 8051.06203.11.50.220.664.213.276.700.300.9429.39210.5
    2 8851.07154.51.20.170.163.0410.041.960.140.5829.99674.8
    2 9451.31250.41.80.100.4310.155.953.780.200.7528.812 078.7
    2 9951.24280.71.60.240.387.148.165.260.441.1428.43676.3
    3 0351.04285.52.60.100.449.154.685.600.220.7928.372 405.0
    3 1251.17371.92.30.110.3012.315.335.600.220.7927.302 961.5
    3 1852.05363.93.50.050.2612.645.145.770.250.8527.407 484.6
    3 2201.01474.22.00.310.2913.793.833.050.320.9926.04923.0
    N6-13 697月桂峰组1.44167.02.30.060.9410.501.498.330.210.7829.843 081.1
    3 7371.55175.02.30.060.7112.871.638.000.270.8529.742 512.9
    3 7772.39156.03.70.060.978.041.578.830.250.8029.981 224.8
    3 8292.50147.05.00.030.9210.581.669.140.310.8030.09720.7
    W13-33 319-197.12.00.060.5320.450.183.320.210.7829.47421.5
    3 3651.77226.01.80.080.3825.820.253.650.210.8929.112 220.6
    3 4111.53273.71.90.180.4424.080.588.190.250.8628.522 760.4
    3 539-180.61.70.170.8014.520.339.370.220.9629.672 077.9
    3 621-170.91.30.220.8215.300.387.660.220.7829.793 938.2
    W13-53 2641.1694.51.50.070.640.592.421.950.411.1030.74814.5
    3 3400.85342.21.00.210.2413.703.101.810.240.8427.671 010.1
    3 3600.92217.32.60.120.356.993.943.250.361.0429.221 157.7
    3 4301.0468.41.30.051.283.063.290.500.361.0431.06853.0
    3 4400.99156.01.60.120.486.052.541.830.330.9929.97693.6
    3 4450.95161.70.80.120.606.092.811.730.280.9129.90794.8
    3 4801.02140.42.90.100.315.073.023.010.341.0130.17855.7
    注:“-”表示未开展TOC分析。
    下载: 导出CSV

    表  2  不同岩石的Zr、Hf含量及其比值[10]

    Table  2.   Zr and Hf contents and their ratios in different rocks

    岩石类型样品号Zr/(μg/g)Hf/(μg/g)Zr/Hf
    纯橄榄岩DST-130.01300
    橄榄岩PCC-170.06117
    玄武岩JB-13003.586
    玄武岩BCR-11904.740
    辉绿岩W-11052.6739
    安山岩AGV-12255.243
    花岗闪长岩GSP-150015.931
    花岗闪长岩JG-11603.546
    花岗岩G-12105.240
    花岗岩G-23007.3541
    花岗岩GM1454.731
    花岗岩NIM-G3001225
    正长岩NIM-S300.650
    古新统样品33.1~373.01.7~10.419.4~72.2
    均值175.6均值5.5均值31.9
    下载: 导出CSV

    表  3  不同水体环境微量元素含量划分指标

    Table  3.   Classification benchmarks of trace element content in different water environments

    微量元素咸水环境含量/(μg/g)淡水环境含量/(μg/g)
    Li>150<90
    Sr800~1000100~500
    Ni>40<25
    Ga<8>17
    下载: 导出CSV

    表  4  水体古盐度微量元素判识指标[11-13]

    Table  4.   Criteria for the discrimination of trace elementsof ancient salinity

    判断指标淡水半咸水咸水
    Sr含量/(μg/g)<300300~500>500
    Sr/Ba<0.60.6~1.0>1.0
    下载: 导出CSV

    表  5  古新统样品氧化还原参数分布

    Table  5.   Distribution of redox parameters of the Paleocene samples

    元素古新统
    明月峰组灵峰组月桂峰组
    Ni/Co0.54~9.540.90~10.040.18~3.94
    2.77(23)2.93(41)1.82(16)
    V/Sc3.19~33.141.96~16.720.50~9.37
    10.07(23)8.35(41)5.04(16)
    U/Th0.11~0.290.09~0.440.21~0.41
    0.19(23)0.22(23)0.28(16)
    δU0.50~0.930.44~1.140.78~1.10
    0.71(23)0.78(41)0.90(16)
    注:$ \dfrac{{最小值\sim 最大值}}{{平均值(样品数量)}}$
    下载: 导出CSV
  • [1] 陈晓东,蒋一鸣,漆滨汶,等. 东海丽水凹陷古新统非典型湖相烃源岩及油气特征[J]. 海洋地质前沿,2021,37(4):25-38. doi:  10.16028/j.1009-2722.2021.039
    [2] 侯国伟,刘金水,蔡坤,等. 东海丽水凹陷古新统源-汇系统及控砂模式[J]. 地质科技情报,2019,38(2):65-74. doi:  10.19509/j.cnki.dzkq.2019.0208
    [3] 葛和平,陈志勇,方来富,等. 丽水凹陷油气成藏期次探讨[J]. 中国海上油气(地质),2003,17(1):44-50.
    [4] 葛和平,陈晓东,刁慧,等. 东海盆地丽水凹陷原油地球化学特征及油源分析[J]. 中国海上油气,2012,24(4):8-12,31. doi:  10.3969/j.issn.1673-1506.2012.04.002
    [5] 申雯龙,漆滨汶. 东海盆地丽水凹陷有效烃源岩判定及分布预测[J]. 地质科技通报,2020,39(3):77-88.
    [6] 刘俊海,吴志轩,于水,等. 丽水凹陷古新统微量元素地球化学特征及其地质意义[J]. 中国海上油气,2005,17(1):8-11. doi:  10.3969/j.issn.1673-1506.2005.01.002
    [7] 周士科,徐长贵. 轴向重力流沉积:一种重要的深水储层:以东海盆地丽水凹陷明月峰组为例[J]. 地质科技情报,2006,25(5):57-62.
    [8] 田兵,庞国印,王琪,等. 叠合断陷盆地油气成藏条件分析:以东海丽水-椒江凹陷为例[J]. 岩性油气藏,2012,24(5):32-37. doi:  10.3969/j.issn.1673-8926.2012.05.006
    [9] 梁万乐,李贤庆,魏强,等. 库车坳陷北部山前带中生界泥岩元素地球化学特征及其沉积环境意义[J]. 矿业科学学报,2019(5):375-383. doi:  10.19606/j.cnki.jmst.2019.05.001
    [10] 刘钦甫, 杨晓杰, 丁述理. 华北晚古生代煤系高岭岩微量元素和稀土元素地球化学研究. 地球化学, 1998, 27(2): 196-203
    [11] 邓宏文, 钱凯. 沉积地球化学与环境分析[M]. 兰州: 甘肃科学技术出版社, 1993: 18-28.
    [12] 李进龙,陈东敬. 古盐度定量研究方法综述[J]. 油气地质与采收率,2003,10(5):1-3. doi:  10.3969/j.issn.1009-9603.2003.05.001
    [13] 文华国,郑荣才,唐飞,等. 鄂尔多斯盆地耿湾地区长6段古盐度恢复与古环境分析[J]. 矿物岩石,2008,28(1):114-120. doi:  10.3969/j.issn.1001-6872.2008.01.016
    [14] 孔凡翠,杨瑞东,魏怀瑞,等. 贵州威宁草海第四系窑上组沉积物微量元素地球化学特征及其古环境意义[J]. 海洋地质与第四纪地质,2011,31(5):117-126.
    [15] 张才利,高阿龙,刘哲,等. 鄂尔多斯盆地长7油层组沉积水体及古气候特征研究[J]. 天然气地球科学,2011,22(4):582-587.
    [16] 范玉海,屈红军,王辉,等. 微量元素分析在判别沉积介质环境中的应用:以鄂尔多斯盆地西部中区晚三叠世为例[J]. 中国地质,2012,39(2):382-389.
    [17] 张茂盛,廖健德,刘清明,等. 微量元素在地质沉积环境中的应用[J]. 广西师范大学学报:自然科学版,2003,21(1):19-21.
    [18] 王永炜,李荣西,高胜利,等. 渤海湾盆地黄骅坳陷湖相碳酸盐岩微量元素特征及沉积环境[J]. 石油实验地质,2017,39(6):849-857. doi:  10.11781/sysydz201706849
    [19] 颜佳新,徐四平,李方林. 湖北巴东栖霞组缺氧沉积环境的地球化学特征[J]. 岩相古地理,1998,18(6):27-31.
    [20] 吴朝东,杨承运,陈其英. 湘西黑色岩系地球化学特征和成因意义[J]. 岩石矿物学杂志,1999,18(1):26-39.
    [21] NICHOLLS G D. Trace elements in sediments:an assessment of their possible utility as depth indicators[J]. Marine Geology,1967,5(5/6):539-555.
    [22] 徐博,曾文倩,刁慧,等. 东海盆地西湖凹陷平湖组微量稀土元素对古生产环境的指示意义[J]. 海洋地质与第四纪地质,2021,41(3):72-84. doi:  10.16562/j.cnki.0256-1492.2020082402
    [23] JONES B,MANNING D A C. Comparison of geochemical indices used for the interpretation of palaeoredox conditions in ancient mudstones[J]. Chemical Geology,1994,111(1/4):111-129.
    [24] 谢国梁,沈玉林,赵志刚,等. 西湖凹陷平北地区泥岩地球化学特征及其地质意义[J]. 地球化学,2013,42(6):599-610. doi:  10.19700/j.0379-1726.2013.06.008
    [25] 李浩,陆建林,李瑞磊,等. 长岭断陷下白垩统湖相烃源岩形成古环境及主控因素[J]. 地球科学,2017,42(10):1774-1786.
    [26] 彭海艳,陈洪德,向芳,等. 微量元素分析在沉积环境识别中的应用:以鄂尔多斯盆地东部二叠系山西组为例[J]. 新疆地质,2006,24(2):202-205. doi:  10.3969/j.issn.1000-8845.2006.02.022
    [27] 田正隆,陈绍勇,龙爱民. 以Ba为指标反演海洋古生产力的研究进展[J]. 热带海洋学报,2004,23(3):78-86.
    [28] TATLOR S R, MCLENNAN S M. The continental Crust: its composition and evolution: an examination of the Geochemical record preserved in sedimentary rocks[M]. Oxford: Blackwell , Scientific Publications, 1985: 312.
    [29] 陈慧,解习农,李红敬,等. 利用古氧相和古生产力替代指标评价四川上寺剖面二叠系海相烃源岩[J]. 古地理学报,2010,12(3):324-333. doi:  10.7605/gdlxb.2010.03.008
    [30] 韦恒叶. 古海洋生产力与氧化还原指标:元素地球化学综述[J]. 沉积与特提斯地质,2012,32(2):76-88. doi:  10.3969/j.issn.1009-3850.2012.02.012
  • [1] 王青, 王佳, 董杰, 邹亮, 王汝杰, 解永健, 徐美君, 解小东, 周晓雪.  胶州湾表层沉积物地球化学特征及控制因素 . 海洋地质前沿, 2023, 39(8): 8-19. doi: 10.16028/j.1009-2722.2023.130
    [2] 闫天浩, 王一冰, 韩宗珠, 艾丽娜, 吴晓.  北黄海BS24岩芯稀土元素地球化学与重矿物组成对北黄海晚全新世沉积演化过程的指示意义 . 海洋地质前沿, 2023, 39(4): 23-33. doi: 10.16028/j.1009-2722.2022.061
    [3] 马新涛, 丁修建, 阿布力米提·依明, 刘海磊, 赵龙梅.  陆相湖盆海侵事件对烃源岩发育影响机制 . 海洋地质前沿, 2023, 39(2): 28-37. doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.261
    [4] 刘菲菲, 周瑶琪, 许汉华, 李曼洁.  山东东部日青威盆地晚中生代沉积岩元素地球化学特征及沉积环境 . 海洋地质前沿, 2023, 39(10): 1-12. doi: 10.16028/j.1009-2722.2022.157
    [5] 马清, 覃军, 徐靖琦, 常文琪, 张艳红.  丽水凹陷基岩岩性分布预测 . 海洋地质前沿, 2023, 39(7): 87-96. doi: 10.16028/j.1009-2722.2022.289
    [6] 蔡坤, 徐东浩.  东海丽水凹陷始新统温州组浪控三角洲-浊积扇沉积特征及沉积模式 . 海洋地质前沿, 2023, 39(7): 79-86. doi: 10.16028/j.1009-2722.2022.220
    [7] 彭光荣, 石创, 龙祖烈, 吴静, 熊万林, 朱定伟, 马宁.  珠江口盆地恩平21洼文昌组泥岩元素地球化学特征及其与有机质富集的关系 . 海洋地质前沿, 2023, 39(6): 65-74. doi: 10.16028/j.1009-2722.2022.233
    [8] 余逸凡, 张建培, 程超, 唐贤君, 许怀智.  东海陆架盆地西湖凹陷油气成藏主控因素及成藏模式 . 海洋地质前沿, 2022, 38(7): 40-47. doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.257
    [9] 刘春锋, 周平, 熊志武, 黄启彰.  东海丽水凹陷西次凹古新统明月峰组下段砂体成因分析 . 海洋地质前沿, 2022, 38(7): 31-39. doi: 10.16028/j.1009-2722.2022.005
    [10] 陈晓东, 蒋一鸣, 漆滨汶, 于仲坤.  东海丽水凹陷古新统非典型湖相烃源岩及油气特征 . 海洋地质前沿, 2021, 37(4): 25-38. doi: 10.16028/j.1009-2722.2021.039
    [11] 赵厚祥.  缅甸Shwebo盆地储层研究及勘探方向 . 海洋地质前沿, 2019, 35(8): 51-57. doi: 10.16028/j.1009-2722.2019.08007
    [12] 刘道理, 杜忠明, 许新明, 吴静, 张琴, 陶禹, 董伟, 陈胜红.  古近系油气初次运移有效性的主控因素——以珠江口盆地西江A和西江B构造圈闭油气勘探效果对比为例 . 海洋地质前沿, 2017, 33(10): 40-48. doi: 10.16028/j.1009-2722.2017.10005
    [13] 龚建明, 王建强, 程青松, 陈建文, 张银国, 赵青芳, 孙晶, 廖晶.  下扬子烃源岩新层位——中下奥陶统 . 海洋地质前沿, 2017, 33(6): 34-39. doi: 10.16028/j.1009-2722.2017.06005
    [14] 张银国, 陈清华, 陈建文, 龚建明, 吴淑玉, 王建强.  下扬子海相中—古生界烃源岩发育的控制因素 . 海洋地质前沿, 2016, 32(1): 8-12. doi: 10.16028/j.1009-2722.2016.01002
    [15] 孙晶, 王建强, 龚建明.  下扬子陆域海相中—古生界烃源岩有机质丰度特征及其岩相古地理 . 海洋地质前沿, 2016, 32(1): 22-28. doi: 10.16028/j.1009-2722.2016.01004
    [16] 许红, 张柏林, 俞昊, 杨艳秋, 施剑, 刘志飞, 赵新伟, 朱玉瑞, 李建委, 卢树参, 张海洋.  下扬子地块2个古生界地质剖面的烃源岩特征及其对南黄海盆地的意义 . 海洋地质前沿, 2015, 31(4): 28-34. doi: 10.16028/j.1009-2722.2015.04005
    [17] 李小月, 刘珊珊, 张勇, 毕世普, 林学辉.  山东半岛南部海域表层沉积物主要元素分布特征及影响因素 . 海洋地质前沿, 2015, 31(5): 15-22,69. doi: 10.16028/j.1009-2722.2015.05003
    [18] 王萍, 杨俊鹏, 胡克.  辽宁省双台子河口潮滩表层沉积物微量元素地球化学特征 . 海洋地质前沿, 2012, 28(8): 1-6.
    [19] 张义娜, 张功成, 梁建设, 杨海长.  琼东南盆地长昌凹陷渐新统崖城组沉积充填及烃源岩特征 . 海洋地质前沿, 2012, 28(5): 7-14.
    [20] 坛俊颖, 王文龙, 王延斌, 吴翔, 赵威, 王杰, 张默.  中上扬子下寒武统牛蹄塘组海相烃源岩评价 . 海洋地质前沿, 2011, 27(3): 23-27,41.
  • 加载中
图(8) / 表 (5)
计量
  • 文章访问数:  118
  • HTML全文浏览量:  3
  • PDF下载量:  10
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-19
  • 网络出版日期:  2022-11-15
  • 刊出日期:  2022-12-09

东海盆地丽水凹陷古新统微量元素地球化学特征及其指示意义

doi: 10.16028/j.1009-2722.2022.117
    基金项目:  中国海洋石油集团公司科研条件平台建设项目“生烃热模拟实验平台建设”(CNOOC-KJPTGCJS 2020-01)
    作者简介:

    徐波(1988—),男,硕士,工程师,主要从事油气地球化学实验及应用研究工作. E-mail:xubo10@cnooc.com.cn

  • 中图分类号: P744.4

摘要: 通过对丽水凹陷近些年完钻的多口探井开展微量元素地球化学分析,系统探讨了研究区古新统古盐度、古气候、古水深、氧化还原环境以及古生产力特征,为厘清凹陷内优质烃源岩形成及发育主控因素起到积极作用。研究认为,丽水凹陷古新统离物源区较近,相对富集Li、Ti、V、Zn、Ga、Rb、Ba、Hf、Th元素,Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Sr、Nb、Zr、Ta、U元素则相对亏损(对比岩石圈上地壳微量元素含量),其母岩主要与酸性岩浆岩有关。 由Li、Sr、Ni、Ga元素含量以及Sr/Ba值指示古新统整体处于淡水-半咸水的环境,水体深度较浅。Sr/Cu值的变化指示古新统气候整体表现为干热的气候条件,但垂向上呈现一定的差异,其中古新统中早期处于炎热干旱的气候条件,晚期则为温湿-干热-温湿的交替变化气候。由Ni/Co、V/Sc以及Mo含量等参数指示古新统处于弱氧化-弱还原的沉积环境。利用Ba元素的生物含量(w(Ba生物))分析古新统的生产力情况,认为其整体生产力水平较高,具有较高的生烃潜力,尤其是灵峰组生产力最高,勘探潜力较大。古新统烃源岩有机质含量与古生产力参数、氧化还原性参数、古盐度参数之间呈现较好的相关性,指示沉积环境的诸多因素会对凹陷内优质烃源岩的发育起到协同控制作用。

English Abstract

徐波,刁慧,王宁,等. 东海盆地丽水凹陷古新统微量元素地球化学特征及其指示意义[J]. 海洋地质前沿,2022,38(12):64-74 doi:  10.16028/j.1009-2722.2022.117
引用本文: 徐波,刁慧,王宁,等. 东海盆地丽水凹陷古新统微量元素地球化学特征及其指示意义[J]. 海洋地质前沿,2022,38(12):64-74 doi:  10.16028/j.1009-2722.2022.117
XU Bo, DIAO Hui, WANG Ning, et al. Geochemical characteristics and indicative significance of trace elements in the Paleocene in Lishui Sag, East China Sea Basin[J]. Marine Geology Frontiers, 2022, 38(12): 64-74 doi:  10.16028/j.1009-2722.2022.117
Citation: XU Bo, DIAO Hui, WANG Ning, et al. Geochemical characteristics and indicative significance of trace elements in the Paleocene in Lishui Sag, East China Sea Basin[J]. Marine Geology Frontiers, 2022, 38(12): 64-74 doi:  10.16028/j.1009-2722.2022.117
    • 东海陆架盆地是中国近海面积最大的中、新生代沉积盆地,其中最具勘探潜力的2个凹陷分别为西湖凹陷和丽水凹陷。丽水凹陷勘探工作始于20世纪50年代,整体勘探程度较低,目前仅发现几个规模较小的含油气构造,建成1个油气田。前人针对丽水凹陷开展了许多卓有成效的油气地质研究,其中陈晓东等[1]认为月桂峰组虽然是凹陷内主力烃源岩,但属于非典型湖相烃源岩,需要突破传统的中-深湖相沉积环境发育有效烃源岩的认识;侯国伟等[2]依据源-汇研究成果,进一步识别了丽水凹陷的物源、汇聚通道以及控砂模式;葛和平等[3-4]和申雯龙等[5]对丽水凹陷油气成藏研究指出,凹陷经历了2次成藏过程,其中保存条件是制约其成藏的最关键因素;刘俊海等[6]对丽水凹陷古新统沉积环境进行了初步的探讨,认为古新统早期为还原环境和干热气候,而在晚期为弱还原-还原-弱还原变化的沉积环境,气候表现为温湿-干热-温湿的交替变化特征。综上所述[1-6],丽水凹陷油气地质条件相对复杂,加之勘探程度较低,造成各种地质要素关系认识仍然不足,尤其是针对烃源岩发育的主控因素研究仍不够深入,直接制约着勘探的成效。通过梳理前人研究成果发现,针对丽水凹陷沉积环境特征的研究成果较少,本文通过对丽水凹陷近年来新钻探井的元素地球化学分析,详细探讨了古新统水体沉积环境特征,进一步摸清了烃源岩有机质富集的主控因素,为烃源岩研究提供了新的思路,也为凹陷有利勘探区带优选提供了新的研究手段。

    • 丽水凹陷位于东海陆架盆地西部坳陷带的西南端,整体表现为NE−SW走向。凹陷可划分为丽西次凹、丽东次凹、丽南次凹、丽南凸起和灵峰潜山带,共计5个亚二级和三级构造单元[5,7-8]图1)。

      图  1  丽水凹陷区域地质图[1]

      Figure 1.  The tectonic setting of the Lishui Sag[1]

      断陷期和断坳转换期沉积的古新统为丽水凹陷的主力烃源岩,其从上到下分别为明月峰组、灵峰组和月桂峰组[5]图2)。明月峰组以灰色、灰黑色泥岩为主,夹薄层细砂岩,局部灰色泥岩与粉砂质泥岩或泥质粉砂岩互层。其中明月峰组以灰色泥岩及粉砂岩为主,局部发育薄煤层。灵峰组可分为上下两段,上段以灰色、灰黑色泥岩为主;下端以粒度较粗的砂岩为主,夹灰色泥岩。月桂峰组以灰色、灰黑色泥岩为主,夹厚度较薄的细砂岩。

      图  2  丽水凹陷地层综合柱状图[1]

      Figure 2.  Integrated stratigraphic column of the Lishui Sag[1]

    • 本次以丽水凹陷古新统烃源岩为研究对象,选取近年来完钻的4口探井共计80块岩屑及岩芯样品,开展元素地球化学分析。微量元素分析参照国标GB/T 14506.30—2010要求,进行消解处理后,使用PerkinElmer NexION 350X电感耦合等离子体质谱仪进行测试。测试条件为:载气 99.999%氩气,ICP-MS入射功率 1 150 W,反射功率 2.0 W,进样速度 24 r/min,采样时间 65.00 s,扫描方式为跳峰,测试精度为0.01 μg/g。有机碳分析按照GB/T 19145—2003要求,使用CS230碳硫分析仪进行测定,测试精度为0.001%,所有测试均由中海油实验中心上海实验中心完成。

    • 富集系数能够有效指示地层中微量元素的富集与亏损情况[9],通过对比岩石圈上地壳微量元素含量,采用富集系数法(富集系数(CC)=样品微量元素含量/岩石圈上地壳微量元素含量)分析丽水凹陷古新统各层段泥岩样品中微量元素的富集与亏损情况(表1)。

      表 1  古新统样品微量元素地球化学参数汇总

      Table 1.  Summary of trace element geochemical parameters of the Paleocene samples

      井名深度/m层位TOC/%Sr/(μg/g)Mo/(μg/g)Sr/BaRb/SrSr/CuNi/CoV/ScU/ThδUT古水温//(℃)w(Ba生物)/(μg/g)
      L30-61 981明月峰组1.1167.80.70.041.477.229.543.190.180.7031.071 470.4
      2 0810.43138.513.10.110.909.470.743.310.190.7230.191 079.1
      2 1310.4198.40.60.161.249.950.614.110.150.6130.69430.6
      2 1515.1925.22.70.054.161.901.296.190.220.8031.59151.9
      2 2010.83173.31.30.300.8118.493.457.280.160.6629.76330.6
      2 2571.37116.31.30.061.319.061.446.640.180.7030.471 539.4
      2 3050.51116.12.50.151.3113.500.544.620.170.6830.47551.1
      2 2350.59136.01.00.260.8212.580.975.700.160.6430.22347.3
      2 5170.78191.40.60.350.6721.711.504.210.150.6329.54322.5
      2 5610.57148.50.90.250.8416.291.303.230.170.6730.07363.9
      N6-12 573-194.01.20.040.8914.813.5011.340.110.7829.505 859.1
      2 615-347.02.30.050.3324.444.9812.150.120.9327.612 059.6
      2 655-391.01.60.090.3132.313.6728.630.210.8127.07771.8
      2 711-209.00.70.070.8612.745.0821.630.120.8829.326 664.9
      2 735-234.01.40.060.5017.083.7922.540.170.7229.01662.6
      2 7751.40335.03.80.080.5119.595.2233.140.220.8827.764 319.7
      2 777-372.02.10.080.5021.144.0311.660.290.6927.306 267.3
      2 8551.93486.01.10.080.3916.994.3610.540.220.7825.894 136.0
      W13-32 097-319.11.20.050.4033.250.876.030.260.5027.962 700.2
      2 145-236.37.10.110.5427.302.053.420.190.5328.983 804.2
      2 217-230.73.00.230.5625.771.715.930.260.7629.053 852.1
      2 317-184.81.30.030.5618.761.617.840.170.5429.624 080.1
      2 3670.96171.01.70.170.6515.791.518.310.210.6829.795 411.0
      L30-62 611灵峰组0.66175.60.90.270.9520.822.944.780.120.5429.73385.9
      2 6610.76129.01.50.280.9614.612.376.610.170.6730.31250.5
      2 7110.98118.21.10.171.2615.242.096.440.160.6630.44442.7
      N6-12 895-193.00.80.070.5414.734.5512.520.160.8629.522 120.8
      2 935-309.00.80.110.5016.525.0413.870.150.9028.081 140.3
      2 975-273.00.90.100.6218.323.538.480.180.8628.53922.6
      3 015-225.01.60.030.8115.204.0213.540.240.9029.129 889.0
      3 055-277.01.80.080.4419.102.3710.060.160.8028.481 416.6
      3 0991.86267.02.20.080.4518.802.4310.480.190.7928.602 840.5
      3 1452.56202.02.10.060.6417.551.958.550.090.7429.417 614.9
      3 181-209.01.80.070.6716.391.968.690.140.7529.323 288.0
      3 213-247.01.40.040.5220.862.2910.540.160.8228.852 644.8
      3 263-242.03.40.060.5521.341.698.760.190.6928.912 043.2
      3 297-217.03.90.050.6219.432.2116.720.290.7929.22822.7
      3 3352.00242.02.20.060.6020.342.8711.070.250.8528.912 582.1
      3 3831.64224.02.20.040.5921.751.959.660.280.7529.132 390.0
      3 419-199.01.70.030.5816.052.119.770.250.7629.442 322.4
      3 457-225.02.20.020.6210.712.149.770.270.7429.127 675.7
      3 533-198.02.30.030.8411.191.697.490.220.8529.463 184.0
      3 5751.43175.01.80.171.0110.542.189.210.221.1029.743 053.0
      3 6291.51160.01.30.050.898.081.418.210.190.8229.933 060.2
      3 655-168.01.30.090.8010.311.467.480.200.8229.832 908.3
      W13-32 445-151.31.40.060.8115.381.138.010.230.6630.035 514.3
      2 4971.12189.80.80.130.7616.141.537.640.180.6229.563 870.3
      2 587-349.62.00.280.2128.291.088.870.220.7027.583 838.3
      2 659-420.11.40.040.1816.982.4912.540.240.8326.713 637.0
      2 777-297.00.80.170.4018.031.467.830.200.6628.234 771.9
      2 8611.57248.10.90.080.4520.591.358.560.200.7428.835 615.9
      2 9772.12304.74.40.040.336.935.047.300.200.4428.149 952.9
      2 076 285.12.60.080.3825.670.906.740.250.5928.385 700.0
      3 1451.87218.91.10.080.4518.571.187.300.410.6429.20404.3
      3 1911.32185.51.30.080.6315.921.118.150.230.7329.612 454.9
      3 261-225.70.90.210.3621.111.068.990.230.9429.111 492.3
      W13-52 8051.06203.11.50.220.664.213.276.700.300.9429.39210.5
      2 8851.07154.51.20.170.163.0410.041.960.140.5829.99674.8
      2 9451.31250.41.80.100.4310.155.953.780.200.7528.812 078.7
      2 9951.24280.71.60.240.387.148.165.260.441.1428.43676.3
      3 0351.04285.52.60.100.449.154.685.600.220.7928.372 405.0
      3 1251.17371.92.30.110.3012.315.335.600.220.7927.302 961.5
      3 1852.05363.93.50.050.2612.645.145.770.250.8527.407 484.6
      3 2201.01474.22.00.310.2913.793.833.050.320.9926.04923.0
      N6-13 697月桂峰组1.44167.02.30.060.9410.501.498.330.210.7829.843 081.1
      3 7371.55175.02.30.060.7112.871.638.000.270.8529.742 512.9
      3 7772.39156.03.70.060.978.041.578.830.250.8029.981 224.8
      3 8292.50147.05.00.030.9210.581.669.140.310.8030.09720.7
      W13-33 319-197.12.00.060.5320.450.183.320.210.7829.47421.5
      3 3651.77226.01.80.080.3825.820.253.650.210.8929.112 220.6
      3 4111.53273.71.90.180.4424.080.588.190.250.8628.522 760.4
      3 539-180.61.70.170.8014.520.339.370.220.9629.672 077.9
      3 621-170.91.30.220.8215.300.387.660.220.7829.793 938.2
      W13-53 2641.1694.51.50.070.640.592.421.950.411.1030.74814.5
      3 3400.85342.21.00.210.2413.703.101.810.240.8427.671 010.1
      3 3600.92217.32.60.120.356.993.943.250.361.0429.221 157.7
      3 4301.0468.41.30.051.283.063.290.500.361.0431.06853.0
      3 4400.99156.01.60.120.486.052.541.830.330.9929.97693.6
      3 4450.95161.70.80.120.606.092.811.730.280.9129.90794.8
      3 4801.02140.42.90.100.315.073.023.010.341.0130.17855.7
      注:“-”表示未开展TOC分析。

      由丽水凹陷古新统泥岩富集系数分析(图3),古新统地层表现出明显Li、Ti、V、Zn、Ga、Rb、Ba、Hf、Th元素的富集,尤其是Ba元素含量是上地壳含量的数倍,这可能与地层古生产力以及沉积期受海水或蒸发作用的影响有关。Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Sr、Nb、Zr、Ta、U元素则表现出相对亏损的特征。

      图  3  丽水凹陷古新统泥岩中微量元素富集系数(CC) 柱状图

      Figure 3.  Trace element concentration coefficients (CC) histogram of the Paleocene mudstone in the Lishui Sag

      其中Ti、Rb、Sc等微量元素属于典型的亲陆元素,被广泛用于识别物源的远近,其元素含量越低,指示越远离物源区[10]。丽水凹陷古新统明月峰组样品中Ti含量均值2 954.3 μg/g,Rb含量均值为135.2 μg/g;灵峰组样品中Ti含量均值3 470.0 μg/g,Rb含量均值为124.31 μg/g;月桂峰组Ti含量均值为2 049.3 μg/g,Rb含量均值为105.2 μg/g,对比发现古新统样品中Ti和Rb元素的含量均比较高,相对于上地壳含量呈现相对富集的特征,指示研究区近物源的特点。

      通常情况下,Zr元素和Hf元素之间会呈现亲密伴生的特点,常被用于判断岩石的成因和物源[10]。由表2可以看出,从超基性岩-基性岩-中性岩-酸性岩,岩石样品的Zr/Hf值呈现逐渐减小的趋势。丽水凹陷古新统样品的Zr含量为33.1~373.0 μg/g,均值175.6 μg/g;Hf含量为1.7~10.4 μg/g,均值为5.5 μg/g;Zr/Hf值为19.4~72.2,平均值为31.9,均与花岗岩的数值比较接近,说明研究区古新统的母岩主要与酸性岩浆岩有关。

      表 2  不同岩石的Zr、Hf含量及其比值[10]

      Table 2.  Zr and Hf contents and their ratios in different rocks

      岩石类型样品号Zr/(μg/g)Hf/(μg/g)Zr/Hf
      纯橄榄岩DST-130.01300
      橄榄岩PCC-170.06117
      玄武岩JB-13003.586
      玄武岩BCR-11904.740
      辉绿岩W-11052.6739
      安山岩AGV-12255.243
      花岗闪长岩GSP-150015.931
      花岗闪长岩JG-11603.546
      花岗岩G-12105.240
      花岗岩G-23007.3541
      花岗岩GM1454.731
      花岗岩NIM-G3001225
      正长岩NIM-S300.650
      古新统样品33.1~373.01.7~10.419.4~72.2
      均值175.6均值5.5均值31.9
    • 岩石中微量元素相对稳定,通过探究其含量以及元素之间的组合特征,能够有效指示沉积过程中水体深度、盐度、物源、气候以及氧化-还原条件的变化。

    • 古盐度能够有效指示古湖泊水介质条件,对恢复研究区古地理和古气候条件异常重要[10-11]。水体盐度的高低会对古湖泊中生物的生长及繁殖速率产生重要的影响。研究表明,微量元素中的Li、Ni、Sr、Ga等元素对水体的盐度较为敏感,具有较好的指示作用[10-13]。通常情况下,在淡水环境和咸水环境中,元素的含量存在明显的差异(表3)。

      表 3  不同水体环境微量元素含量划分指标

      Table 3.  Classification benchmarks of trace element content in different water environments

      微量元素咸水环境含量/(μg/g)淡水环境含量/(μg/g)
      Li>150<90
      Sr800~1000100~500
      Ni>40<25
      Ga<8>17

      丽水凹陷古新统明月峰组样品中Li含量为20.1~98.0 μg/g,均值为58.8 μg/g;Sr含量为25.2~486.0 μg/g,均值为214.0 μg/g;Ni含量为0.58~31.5 μg/g,均值为12.7 μg/g;Ga含量为6.73~21.0 μg/g,均值为14.7 μg/g。灵峰组样品中Li含量为34.1~101.0 μg/g,均值为58.5 μg/g;Sr含量为118.2~474.2 μg/g,均值为242.3 μg/g;Ni含量为5.54~53.2 μg/g,均值为18.4 μg/g;Ga含量为8.96~30.3 μg/g,均值为17.4 μg/g。月桂峰组样品中Li含量为39.8~77.8 μg/g,均值为60.4 μg/g;Sr含量为68.4~342.2 μg/g,均值为179.6 μg/g;Ni元素含量为1.04~54.0 μg/g,均值为17.2 μg/g;Ga含量为15.5~23.7 μg/g,均值为19.4 μg/g。参照表3的划分标准,由Li含量和Sr含量关系图(图4a)指示丽水凹陷古新统整体为淡水环境,由Ni含量和Ga含量关系图(图4b)可以发现,除W13-5井的少数样品Ni含量较高、处于咸水区域外,其他样品均落于淡水或淡水-半咸水区域。综合认为,丽水凹陷古新统处于偏淡化的淡水-半咸水的水体环境,W13-5井的水体盐度偏高,可能与其受到局部海侵的影响有关。

      图  4  丽水凹陷古新统样品Li-Sr、Ni-Ga元素含量关系

      Figure 4.  The diagram of Li vs Sr content (a)and Ni vs Ga content (b) of the Paleocene mudstone in the Lishui Sag

      此外,Sr含量和Sr/Ba值也是指示古盐度的有效参数(表4)。通常情况下,陆相和过渡相沉积环境中Ba含量普遍高于海相沉积环境[11-13]。丽水凹陷明月峰组样品中Sr含量为25.2~486.0 μg/g,均值为214.0 μg/g;Sr/Ba值为0.03~0.35,均值为0.12;灵峰组样品中Sr含量为118.2~474.2 μg/g,均值为242.3 μg/g;Sr/Ba值为0.02~0.31,均值为0.11;月桂峰组样品中Sr含量为94.5~342.2 μg/g,均值为179.6 μg/g;Sr/Ba值为0.03~0.22,均值为0.11。由Sr含量和Sr/Ba值之间关系图(图5),认为古新统整体上处于偏淡化的淡水-半咸水的环境,这与前文通过元素含量判识水体盐度的结果完全吻合。

      表 4  水体古盐度微量元素判识指标[11-13]

      Table 4.  Criteria for the discrimination of trace elementsof ancient salinity

      判断指标淡水半咸水咸水
      Sr含量/(μg/g)<300300~500>500
      Sr/Ba<0.60.6~1.0>1.0

      图  5  丽水凹陷古新统样品Sr/Ba值和Sr含量关系

      Figure 5.  Relationship between Sr/Ba and Sr content of the Paleocene mudstone in the Lishui Sag

    • 古气候条件不仅会对降水量、水体分层以及沉积充填方式产生重要影响,还直接控制着盐度的变化[13-15]。Sr、Cu和Rb等元素含量受气候影响变化显著,通常情况下,温暖潮湿气候条件下,Sr含量普遍偏低;在炎热干旱气候条件下,Sr含量则偏高。研究认为[14-17],当Sr/Cu值介于1.3~5.0时,指示温暖潮湿的气候条件;当Sr/Cu值介于5.0~10.0,指示半潮湿-半干旱的气候条件;当比值>10.0时,则指示炎热干旱的气候条件。而Rb/Sr值的变化规律恰好相反,处于干旱和寒冷气候时,Rb/Sr值较低,温暖潮湿气候时,Rb/Sr值较高。

      研究发现,丽水凹陷古新统明月峰组样品Sr/Cu值为1.91~33.3,均值为17.4;Rb/Sr值为0.31~4.16,均值为0.89;灵峰组Sr/Cu值为3.0~28.3,均值为15.5;Rb/Sr值为0.16~1.26,均值为0.57;月桂峰组Sr/Cu值为0.60~25.8,均值为11.5;Rb/Sr值为0.24~1.28,均值为0.65。结合Sr/Cu值、Rb/Sr值与地质年代的关系图(图6),可以推断丽水凹陷古新统沉积时期气温较高,呈现干热的气候特征,但垂向上呈现出一定的差异。其中,古新统中早期的明月峰组和灵峰组处于炎热干旱的气候条件,而古新统晚期的则表现为温湿-干热-温湿的交替变化气候,该研究成果与李俊海等[6]早期的研究成果一致。

      图  6  古新统样品Sr/Cu和Rb/Sr与地质年代关系

      Figure 6.  Relationship between Sr/Cu and Rb/Sr of the Paleocene samples and geological age

    • 微量元素在沉积过程中会产生不同种类的分异作用,同时水深也会对元素的聚集和分散产生直接影响[16-20]。NICHOLLS [21] 研究指出,若沉积物中痕量元素含量超过以下浓度时,即Ba>1 000 μg/g、Ni>150 μg/g、Cu>90 μg/g、Pb>40 μg/g、Co>40 μg/g、Mo>5 μg、特别是伴有U<1 μg/g,其形成的水体深度可能超过250 m。

      古新统明月峰组样品Ba含量均值为2954.3 μg/g、Ni含量均值为12.66 μg/g、Cu含量均值为12.50 μg/g、Pb含量均值为25.29 μg/g、Co含量均值为4.53 μg/g、Mo含量均值为2.31 μg/g、U含量均值为1.69 μg/g。灵峰组样品Ba含量均值为3270.0 μg/g、Ni含量均值为25.7 μg/g、Cu含量均值为18.63 μg/g、Pb含量均值为32.09 μg/g、Co含量均值为7.32 μg/g、Mo含量均值为1.79 μg/g、U含量均值为2.44 μg/g。月桂峰组样品Ba含量均值为2 049.3 μg/g、Ni含量均值为17.2 μg/g、Cu含量均值为27.2 μg/g、Pb含量均值为38.80 μg/g、Co含量均值为8.30 μg/g、Mo含量均值为2.10 μg/g、U含量均值为2.80 μg/g。对比发现除了Ba元素和U元素含量高于标准值,其他的元素均远低于标准值,由此推断丽水凹陷古新统沉积时期水体较浅。

    • 本次引用前人的经验公式(T=(2 578−Sr)/80.8),通过利用Sr含量计算古水温[22]。由表1中丽水凹陷古新统样品的T古水温数据,明月峰组T古水温为25.9~31.6 ℃,均值为29.3 ℃;灵峰组T古水温为26.0~30.4 ℃,均值为28.9 ℃;月桂峰组T古水温为27.7~31.1 ℃,均值为29.7 ℃。由于大气降水中通常会含有少量金属Sr元素,而经验公式未充分考虑大气降水中Sr对结果的影响,所以丽水凹陷古新统样品实际T古水温应低于计算的温度值。笔者认为通过计算值可以初步推断古新统整体处于温暖的气候环境,且沉积环境相对稳定。

    • 研究表明,水体的氧化-还原条件对烃源岩中有机质的形成和发育会产生直接影响,一般认为缺氧偏还原的水体环境更加利于有机质的保存和发育。在沉积过程中,地层中的V、Cr、Ni、Co、U、Sc、Mo等金属元素由于处于不同的氧化还原条件,其元素的含量会产生明显的分异,能够作为判识古湖泊氧化还原条件的有效参数[16-26]

      Ni/Co、V/Sc经常被用来作为判断古缺氧环境的有效标志(表5),Ni/Co<5.0、V/Sc<9.0为氧化环境,Ni/Co值介于5.0~7.0,V/Sc值在9.0~30.0为氧化-还原的过渡环境,Ni/Co>7.0、V/Sc>30.0为厌氧的还原环境。由图7a可以发现,仅有2个样品的Ni/Co值>7.0,其他样品处于氧化和氧化-还原环境的区域,指示丽水凹陷古新统沉积水体整体处于偏氧化的氧化-还原环境。

      表 5  古新统样品氧化还原参数分布

      Table 5.  Distribution of redox parameters of the Paleocene samples

      元素古新统
      明月峰组灵峰组月桂峰组
      Ni/Co0.54~9.540.90~10.040.18~3.94
      2.77(23)2.93(41)1.82(16)
      V/Sc3.19~33.141.96~16.720.50~9.37
      10.07(23)8.35(41)5.04(16)
      U/Th0.11~0.290.09~0.440.21~0.41
      0.19(23)0.22(23)0.28(16)
      δU0.50~0.930.44~1.140.78~1.10
      0.71(23)0.78(41)0.90(16)
      注:$ \dfrac{{最小值\sim 最大值}}{{平均值(样品数量)}}$

      图  7  古新统样品氧化还原参数与地质年代关系

      Figure 7.  Relationship between redox parameters and geological time of the Paleocene samples

      U元素在水体环境中不稳定,容易与还原性物质发生化学反应,生成稳定的化合物;而Th元素的络合物在弱碱性的环境中易发生水解反应,生成氢氧化物沉淀,两者的化学性质差别较大,能够有效判识氧化还原状态。通常情况下,当δU>1,指示沉积水体为缺氧环境;当δU<1,则指示正常的水体环境。当U/Th>1.25时,指示沉积水体为还原环境;当0.75<U/Th<1.25时,指示其为过渡环境;当U/Th<0.75时,指示处于富氧的氧化环境。由图7c、d可以发现,丽水凹陷古新统样品中Th元素含量相对较高,全部80个样品的U/Th值均<0.75,绝大多数样品(92%)δU值<1.0,均指示丽水凹陷古新统处于偏氧化的氧化-还原环境。

      研究认为缺氧条件下,Mo元素会被硫酸盐还原作用分解产生的硫化氢所固定,生成MoS2沉淀或以固溶体形式进入黄铁矿,造成Mo元素的富集。因此,高含量的Mo元素是厌氧环境的有效指标。丽水凹陷古新统样品Mo元素含量均比较较低,均值仅为2.0 μg/g,指示当时的沉积水体环境还原性较弱。

      综上所述,认为丽水凹陷古新统整体处于偏氧化的氧化-还原的沉积水体环境,该结果与前文关于水体的盐度和水深的讨论相吻合。

    • 古生产力是指生物在地质历程中通过能量循环过程固定能量的速率,为烃源岩形成及发育的提供重要的物质基础[27-29]。Cu、Zn、Ba等金属元素含量与生产力水平有着密不可分的关系,这些与生物生长发育有密切联系的营养元素的富集,通常暗示其有较高的生产力。

      金属Ba元素主要来源于生物和陆源输入,其含量的高低是指示古生产力的重要参数,但生产力的评价必须扣除陆源输入的影响[27]。本次研究通过利用陆源输入的Ti元素参考以下公式,来扣除样品中陆源输入Ba含量的影响。

      $$ w (X_{生物}) = w(X_{总量}) − w(T_{i总量})×[w(X)/w(Ti)]_{PAAS} $$ (Ti)

      式中:wX生物)为样品中X元素的生物含量;

      wX总量)为样品中X元素的测定总含量;

      w(Ti总量)为样品中Ti元素的测定总含量;

      [w(X)/w(Ti)]PAAS为新太古代澳大利亚页岩中X元素与Ti元素平均含量的比值。

      PAAS中金属Ba含量为650 μg/g,Ti元素含量为6 000 μg/g[28]

      通常情况下,当wX生物)>0,指示该元素相对PAAS呈海相自生富集;当wX生物)<0,则指示该元素来源于陆源输入。

      丽水凹陷古新统明月峰组样品的w(Ba生物)为151.9~6 664.9 μg/g,均值为2485.9 μg/g;灵峰组样品的w(Ba生物)为210.5~9 952.9 μg/g,均值为3 113.8 μg/g;月桂峰组样品的w(Ba生物)为421.5~3 938.2 μg/g,均值为1 571.1 μg/g。通常情况下,当1 000 μg/g<w(Ba生物)< 5 000 μg/g时,指示高生产力的沉积环境;当200 μg/g<w(Ba生物)<1 000 μg/g时,指示沉积环境具有中等生产力[22,27-30]。综合分析发现,研究区明月峰组、灵峰组以及月桂峰组w(Ba生物)平均值均>1 000 μg/g,指示丽水凹陷古新统地层整体生产力水平较高,具有较高的生烃潜力。通过垂向对比,认为灵峰组生产力水平最高,明月峰组次之,月桂峰组低于前两者,该结果与前人研究结果吻合[6],指示灵峰组具有较高的勘探前景。

    • 韦恒叶[30]研究认为,生产力和偏还原的保存条件是海烃源岩中有机碳相对富集的2个最重要因素,但对比前人研究结果[27-30],发现有机质富集是一个非常复杂的物理-化学过程,无论是初级生产力情况、氧化还原环境、湖泊水体的古水深、古盐度、古气候,还是陆源碎屑输入等因素都可能对有机质富集程度产生重要影响,直接控制着优质烃源岩的形成与发育。结合前文关于沉积环境的研究结果,进一步探讨丽水凹陷古新统烃源岩有机质富集与沉积环境之前的耦合关系。

      由有机质含量与生源钡含量的相关性(图8a)可以发现,两者呈现明显的正相关性,相关系数(R2)达到了0.65,指示古生产力是控制丽水凹陷古新统有机质富集的主控因素之一。由有机质含量与Sr丰度(图8b)、有机质含量与Sr/Ba值(图8c)的相关性可以发现,前者存呈现明显的正相关性,相关系数R2为0.35;后者则呈现出明显的负相关性,相关系数R2为−0.43,指示咸水环境有利于有机质的富集。由有机质含量与Sr/Cu值的相关性(图8d)可以发现,两者没有明显的相关性,指示古气候条件对丽水凹陷古新统有机质富集影响相对较弱。由有机质含量与氧化还原参数的相关性(图8e、f)以发现,均呈现出较好的相关性,相关系数分别为0.41和0.21,指示氧化还原环境对丽水凹陷有机质富集有直接影响,缺氧还原的环境更有利于有机质的富集。综上所述,丽水凹陷古新统烃源岩有机质富集机理较为复杂,主要受到高的古生产力、湖泊古盐度以及氧化还原条件的协同控制,直接控制着优质烃源岩的发育。

      图  8  古新统样品中微量元素地化参数与TOC关系

      Figure 8.  Relationship between geochemical parameters of trace elements and the TOC of the Paleocene mudstone

    • (1)本次研究通过元素地球化学成果的有效应用,对丽水凹陷古新统地层的沉积环境进行了系统的探讨,认为古新统整体处于淡水-半咸水和弱氧化-弱还原的沉积水体环境,水体深度较浅;气候总体表现为干热的特征,但垂向上呈现一定的差异,其中古新统中早期处于炎热干旱的气候条件,晚期则处于为温湿-干热-温湿的交替变化气候。

      (2)丽水凹陷古新统烃源岩的有机质含量与w(Ba生物)、Sr含量、Sr/Ba值以及氧化还原参数之前多呈现出较好的相关性,指示有机质富集主要受到高的古生产力、湖泊古盐度以及氧化还原条件等因素的协同控制。

      (3)综合有机质含量及微量元素地球化学特征分析认为丽水凹陷古新统整体生产力较高,具有较高的生烃潜力,其中灵峰组生产力水平最高,有着良好的勘探前景。

参考文献 (30)

目录

    /

    返回文章
    返回