鄂尔多斯盆地盐56井长7段泥页岩稀土元素地球化学特征分析

熊林芳

(西北大学大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安710069)

稀土元素(REE)化学性质稳定，在母岩风化、剥蚀、搬运、沉积及成岩过程中不易分异，均一化程度高，且不易受变质作用影响[1－2]，因此被广泛应用于指示物源，判定沉积环境、构造背景，恢复古气候，以及揭示沉积矿床和成矿作用与地质事件及地壳演化的关系等诸多方面的研究[3－4]。

鄂尔多斯盆地是我国中生代大型含油气盆地，盆地内三叠系延长组中下部发育黑色泥页岩，是盆地内主力烃源岩层[5]，因此受到广泛关注，然而以往的研究多集中于有机地球化学方面，侧重于烃源岩评价[6－7]，而对其形成环镜的研究却较少，本文通过系统采样，从无机地球化学的角度，揭示延长组优质烃源岩的稀土元素地球化学特征，探讨其形成环境，为发现更大规模优质烃源岩促进盆地油气勘探提供帮助。

1 地质背景

鄂尔多斯盆地处于华北克拉通中西部，地跨陕甘宁蒙晋五省区，面积约 36×104km2[6]，是叠加在大型石炭——二叠纪华北克拉通盆地之上的大型残延克拉通内盆地[8]。盆地发育始显于中三叠世纸坊期，发育的鼎盛时期为中晚三叠世延长期和早中侏罗世延安期，于早白垩世末消亡。盆地内上三叠统延长组地层厚度约1 300 m，是一套以河湖相沉积为主的陆源碎屑岩系。下部以河流中、粗砂岩沉积为主，中部为一套河流－三角洲及湖泊为主砂泥互层沉积，上部为河流相砂泥岩沉积。延长组地层按照岩性组合、沉积旋回、电性特征等自下而上共划分为5个岩性段10个油层组(长10－长1)[9]，其中第三段长7油层组(以下称长7段)又划分为3小层，由上至下分别为长71、长72、及长73。盆地内大部分地区长71、长72为灰绿色砂岩，黑色、灰黑色泥岩夹少量黑色页岩，长73为黑色泥页岩，质纯，俗称“张家滩页岩”，厚度大，分布广，是中生界油藏的主力烃源岩。

2 样品采集及测试方法

本文选取位于盆地西北部盐池地区的盐56井进行岩心系统取样，盐56井长7段均为黑色泥页岩，可排除岩性差别的干扰，适于小层间对比。其中长71、长72小层取样间隔约5 m，长73取样间隔约2 m，共取样品38块。样品分析测试在广州澳实分析检测有限公司完成，采用电感耦合等离子体质谱分析法(ICP－MS)测试稀土元素含量，测试过程中进行了重复样与标样分析，结果表明元素相对偏差小于5%，分析结果可靠。

3 分析结果

3.1 稀土总量∑REE、∑LREE及∑HREE

分析结果表明，鄂尔多斯盆地盐56井长7段稀土元素总量(∑REE)均明显高于北美页岩(NASC)的稀土总量(160.12×10－6)(表1)，由上至下三小层 REE总量范围值分别为 148.86 ～ 231.76 × 10－6，174.22 ～261.98 ×10－6，195.59 ～279.05 ×10－6，均值分别为 195.83 ×10－6，228.15×10－6，225.57 ×10－6。长 7 三小段轻稀土(LREE)与重稀土(HREE)总量分别与北美页岩相比，轻稀土总量均高于北美页岩，而重稀土总量长72段、长73段均与北美页岩相当，长71段重稀土总量稍低于北美页岩。由此可以看出，长7段稀土总量高于北美页岩的原因主要在于轻稀土含量高于北美页岩所引起。

计算公式说明:δEu=EuN/(SmN× GdN)1/2，δCe=CeN/(LaN× PrN)1/2，Ceanom=lg[3CeN/(2LaN+NdN)]。下标 N表示球粒陨石标准化[11]。

3.2 ∑LREE/∑HREE、LaN/YbN、LaN/SmN、GdN/YbN 比值特征

∑LREE/∑HREE、LaN/YbN在一定程度上代表轻重稀土的分异程度，这两个值越大，表示轻稀土越富集，而重稀土相对亏损。盐56井延长组长7段三小层∑LREE/∑HREE由上至下分别为 10.52、10.42、9.71，均高于北美页岩值6.95，LaN/YbN与∑LREE/∑HREE所反映的结果一致，由上至下分别为 12.10、11.52、10.63，高于北美页岩值 7.17，这两个值都具有由上至下逐渐减小的趋势，指示轻重稀土分异明显且自上而下分异程度降低。

LaN/SmN反映轻稀土元素之间的分异程度，比值越大，轻稀土内部分异程度越高。盐56井延长组长7段三小层轻稀土 LaN/SmN 由上至下分别为 4.00、4.05、3.90，这三个值基本相当，但都稍高于北美页岩值3.36，表明与北美页岩相比，轻稀土内部分异不明显。

GdN/YbN反映重稀土元素之间的分异程度，比值越大，重稀土内部分异程度越高。盐56井延长组长7段三小层重稀土 GdN/YbN 由上至下分别为 1.74、1.68、1.64，这三个值亦基本相当，且都稍高于北美页岩值1.42，表明重稀土内部分异程度较低。

表1 鄂尔多斯盆地盐56井长7段稀土元素地球化学参数 ωB/10－6

3.3 Eu、Ce异常

Eu异常是由于元素分异作用使Eu元素在上地壳中相对下地壳及地幔亏损。一般而言，若 δEu＞1.05称为正异常，若 δEu＜0.95称为负异常[11]，上地壳岩石一般都具有 Eu负异常的特征，如大陆上地壳 δEu为 0.65，北美页岩 δEu为0.65，后太古宙澳大利亚页岩(PAAS)δEu 为 0.66[12]。分析结果显示，盐56井延长组长7段泥页岩δEu具有典型的上地壳岩石负异常的特征，三小层分别为 0.68、0.65和 0.66，与北美页岩及后太古宙澳大利亚页岩一致。

Ce为过渡类元素，易发生价态变化。在一定的 pH值条件下，若水体为氧化环境，Ce3+会被氧化成Ce4+，Ce3+浓度会降低，反之，若水体为还原环境，则Ce3+浓度会升高，因此，沉积体系中Ce异常可以用来反映水体氧化－还原条件的变化。一般而言，δCe＞1为正异常，代表还原环境，δCe＜0.95为负异常，代表氧化环境[13]。盐 56井延长组长 7段 δCe介于0.95～1之间，Ce异常不明显。

3.4 Ceanom指数

除了δCe反映水介质条件外，Ceanom指数能精确的反映古水介质的氧化还原条件，其计算公式为 Ceanom=lg[3CeN/(2LaN+NdN)]，以 Ceanom＞ －0.1表示 Ce富集，代表还原环境，而 Ceanom＜ －0.1表示 Ce亏损，代表氧化环境[14]。盐 56井延长组长7段各小层 Ceanom均大于 －0.1。

3.5 稀土元素配分模式

对稀土元素配分模式的研究可通过球粒陨石标准化及北美页岩标准化两种方式进行，球粒陨石被认为是地球原始物质，因此，球粒陨石标准化图解代表沉积岩相对原始物质的分异程度，对沉积物源有一定的指示意义，而北美页岩标准化则是反映沉积过程中稀土元素之间混合与均化的差异。

盐56井稀土元素球粒陨石标准化图解显示(见图1)，延长组长7段泥页岩稀土元素配分图呈轻稀土富集，重稀土亏损右倾型，有明显Eu负异常。北美页岩标准化型式图与球粒陨石标准化配分图一致，呈右倾型，指示相对于北美页岩，长7泥页岩轻稀土富集。

4 讨论

4.1 稀土元素特征与物源

稀土元素是沉积物源的良好示踪剂。上地壳中大离子亲石元素的含量相对于原始地幔明显偏高，因此，上地壳稀土元素配分具有轻稀土富集、重稀土亏损及Eu负异常等特征[11]。∑LREE/∑HREE、LaN/YbN比值指示盐 56 井长 7段具有轻稀土富集，重稀土亏损的显著特征，稀土元素配分图(见图1)也显示，长71、长72及长73段泥页岩稀土元素配分曲线均呈轻稀土富集、重稀土亏损及Eu负异常右倾形态，与上地壳岩石配分型式一致，表明在盐56井所在区域内，长7段泥页岩物源应来自于上地壳岩石。而长7三小层稀土元素配分曲线虽然型式一致，但上下平行，高低有别，指示稀土元素含量不同，应是沉积环境或稀土载体不同造成的。

图1 长7段泥页岩稀土元素配分图(A、球粒陨石;B、北美页岩)

4.2 稀土元素特征与古气候

有机质是REE最强的吸附剂之一，而有机质的多少受气候影响，气候温暖湿润，则生物繁盛，沉积有机质增多，沉积物中的受有机质吸附的REE总量也会增多，气候寒冷干燥，生物稀少，沉积有机质减少，沉积物中的 REE也会减少，因此，REE在某种程度上对气候有一定的指示作用[15]。REE总量较高指示温暖潮湿的气候，而REE总量较低则指示寒冷干旱的气候。

鄂尔多斯盆地盐56井延长组REE总量较北美页岩均偏高，表明整个延长组沉积期间气候均较温暖潮湿，但长7内各小层REE总量也有区别，长72、长73REE总量高于长71，表明，长7沉积早中期较晚期气候更为温暖湿润。

4.3 稀土元素特征与古水介质条件

Ce异常及Ceanom指数常被用来作为判定古水介质氧化还原条件的标志，虽然盐56井延长组长7段δCe介于0.95～1之间，Ce异常不明显，但 Ceanom介于 －0.06至 －0.02之间(见表1)，均大于－0.1，指示长7段泥页岩沉积时古水介质均为还原环境。还原环境有利于有机质保存，形成有效烃源岩，这与长7段能成为主力烃源岩的勘探实际也是吻合的。

5 结语

(1)鄂尔多斯盆地盐56井延长组长7段泥页岩稀土元素总量高于北美页岩稀土总量，轻稀土富集，重稀土相对亏损，Eu负异常，球粒陨石标准化配分图呈明显右倾形态。

(2)延长组长7段泥页岩物源均来自上地壳，沉积期气候温暖湿润，水体为还原环境;但各小层间相比，长73沉积期气候应更为温暖湿润，沉积水体还原性更强。

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