川东北宣汉地区雷口坡组元素地球化学特征及其意义

2019-09-10秦骐瑞徐争启柏勇杨凯陈欢

河南科技 2019年2期

秦骐瑞徐争启柏勇杨凯陈欢

摘要：本文以川东北宣汉地区某钻孔为依托，以雷口坡组为研究对象，对采集的岩心和岩屑样品进行分析测试，通过微量元素地球化学特征及元素比值研究，探讨雷口坡组沉积时的盐度及古气候环境。结果发现：雷口坡组元素的变化范围很大，其中Co、Cr、Mo、Sr、Nb、Zr含量较高，显著高于一般碳酸盐岩中的平均值，也高于地壳平均值，Mn元素含量很低;样品的Sr/Ba比值和Sr丰度值表明，研究区在雷口坡组沉积期间处于高盐度环境，从下向上逐渐淡化;根据Sr/Ca，Mn/Fe，Mg/Ca，Al2O3/MgO多种元素的比值特征推测当时的沉积古气候为强干热蒸发气候;利用V，Cr，Ni氧化还原敏感元素重构当时的氧化还原状态，结果显示沉积环境为氧化环境。

关键词：地球化学特征;雷口坡组;古环境

中图分类号：P618.13;P595 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）02-0081-05

Characteristics of Trace Elements in the Triassic potassium-rich Brine Reservoirs in the Xuanhan Area， Eastern Sichuan， and Their Relationship with Paleogeographic Changes

Abstract： Based on a borehole in Xuanhan area， northeastern Sichuan Province， and taking Leikoupo Formation as the research object， the core and cuttings samples collected were analyzed and tested. The salinity and paleoclimatic environment of Leikoupo Formation were discussed through the study of trace element geochemistry and element ratio. The results show that the elements of Leikoupo Formation vary widely， in which the contents of Co， Cr， Mo， Sr， Nb and Zr are higher， significantly higher than the average values of carbonate rocks， and higher than the average values of the crust， while the contents of Mn are very low. The Sr/Ba ratio and Sr abundance of the samples indicate that the study area is in a high salinity environment during the deposition of Leikoupo Formation and gradually desalinates from the bottom to the top， according to Sr/Ca， Mn. / The ratio characteristics of Fe， Mg/Ca， Al2O3/MgO elements suggest that the sedimentary paleoclimate at that time was a strong dry-hot evaporation climate， and the redox state was reconstructed by using V， Cr and Ni redox sensitive elements. The results show that the sedimentary environment was an oxidation environment.

Keywords： geochemical characteristics;Leikoupo Formation;paleoenvironment

钾盐是保障国家经济稳定与安全的重要资源。但目前，我国钾盐资源严重不足，需大量依赖进口。根据中国化肥网数据可知，我国每年钾盐进口量在500万t左右。钾盐资源分为固体钾盐和液态钾盐，液态钾盐主要为富钾卤水和盐湖水。四川盆地是富钾卤水的重要储存地区，主要赋存于三叠系嘉陵江组和雷口坡组。从前人对四川地区富钾卤水的研究可知，四川盆地是成钾十分有利的地区[1-7]。富钾卤水的形成不仅仅只是单纯的海水浓缩，还有对其储层以及运移条件的要求。前人对富钾卤水研究较多，对卤水储层的研究相对较少。加强对富钾卤水储层的研究，对揭示富钾卤水的形成过程、进而确定找钾靶区有着十分重要的意义。

本文以川东北宣汉地区某钻孔为研究对象，采集钻孔雷口坡组岩芯和岩屑样品，对雷口坡组卤水储层的微量元素特征进行研究，通过元素及比值特征，揭示雷口坡组的形成条件，探讨储层与富钾卤水的关系，以期为四川盆地富钾卤水富集规律、钾资源的勘查和评价提供参考。

1 地质背景

四川盆地位于扬子地块的西北部，西以青藏高原东缘的松潘-甘孜褶皱带和龙门山冲断带为界，北以秦岭造山带南缘的米仓山穹隆和大巴山沖断带为界，东侧为华南造山带外缘的雪峰隆起和黔渝湘鄂褶皱带，整体呈现出长轴沿北东方向展布的菱形外貌。川东地区指的是华蓥山断裂以东、七曜山-大娄山断裂带以西区域。本文的主要研究区在盆地东北部。

川东地区以结晶基底和褶皱基底构成双基底为特征，发育一系列背斜和向斜相间的侏罗山式褶皱及相关逆冲叠瓦推覆构造，为扬子板块西部重要的板内变形，其中发育的断裂、褶皱及其总体构造形变特征等对卤水的富集有着极为密切的关系[4-8]。宣汉地区地腹地层可以分为三个相互差异、相互独立构造层，其岩性组合为碳酸盐岩与蒸发岩，硬石膏互层。

综合前人研究[1-3]，雷口坡组岩性特征主要为四川盆地海相沉积及地台发展阶段的最后一套沉积盖层，为一套石灰岩、白云岩、泥页岩及石膏沉积，纵向可分五段。研究区雷口坡组发育一至三段，四、五段缺失，与下伏地层嘉陵江组平行不整合接触。在研究钻孔中雷一段在3 458～3 480m夹有厚度约为3～10m的盐岩，为盐度不正常（盐度较高）-蒸发较强环境下的产物，杂卤石丰富。岩石结构有粒屑结构、泥-微晶结构等，其他沉积构造少见。

2 样品采集与分析测试

本次研究以近年来某新施工钻孔揭露的雷口坡组为对象，采集岩心和岩屑样品。该孔从上到下的岩性见图1，采样避开了方解石脉、黄铁矿晶体和重结晶部位，沿钻孔剖面上连续采样42个;岩屑样品，同样控制岩性层位的变化，连续采样28个。共测试样品70个。

将样品预先研磨成粉末，过200目筛。样品由中国冶金总局第一地质勘查院测试中心进行分析，按照国家标准在ME-MS61电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）上进行测定。测定结果经过国家标准样品GSD质量控制，相对误差<0.1。

测试结果见表1。

<C：＼Users＼hnkj＼Desktop＼河南科技（创新驱动）2019年第02期_103618＼Image＼image1_2.jpeg>[2 900][3 000][3 100][3 300][3 300][3 400][3 500][42][24][4][系][组][段][深度（m）][岩心岩性][三段][二段][一段][三叠系][雷口坡组][样品个数（个）][二亚段为泥质灰岩含石膏][一亚段为灰色白云质灰岩][一亚段为深灰色白云质灰岩，夹石膏][灰色灰质白云岩夹石膏层][灰黑色微晶白云岩夹石膏][深灰色微晶白云岩夹

3 元素地球化学特征及其意义

3.1 元素总体特征

由表1研究可知，川东北宣汉地区钻孔岩心及岩屑样品中元素的变化范围很大，部分元素甚至超过100倍。其中，Co、Cr、Mo、Sr、Nb、Zr含量较高，Mn元素含量较低;含量较高的Co、Cr、Mo、Sr、Nb、Zr显著高于一般碳酸盐岩中的平均值，其平均值在雷口坡组二段达到最高水平，元素的高峰值在雷二段的YX601-12样品和雷二段与雷三段分界的ZK601-3样品。总体上而言，微量元素随深度的变化较为相似，相关性较好，雷口坡组微量元素含量从下到上呈上升趋势（见图2）。Co、Cr、Mo、Sr、Nb、Zr元素在雷口坡组一段到二段是一个上升的趋势，二段到三段有略微的下降，在一段中部有一个高的旋回，在雷口坡二段，微量元素迅速升高，在雷口坡三段中部下降，形成另一个旋回，且第二个旋回的值显著大于第一次变化。

3.2 元素对古盐度的指示

采用Sr/Ba比值法和Sr丰度值对研究区雷口坡组沉积时的古盐度进行示踪。含Sr化合物的溶解度比Ba高，当介质盐度逐渐升高时，Ba会以BaSO4沉淀析出，盐度继续升高到某一程度后，Sr会以SrSO4沉淀析出[9，10]。因此，Sr丰度和Sr/Ba比值可以用来确定水体古盐度。一般来说，Sr/Ba比值在淡水沉积物中小于0.6，而海相（盐湖）沉积物则大于1，半咸水为0.6～1[11]。宣汉地区雷口坡组Sr/Ba比值及Sr元素丰度结果见表2。从表2来看，整个雷口坡组是盐湖沉积形态，古盐度极高，雷一段为富钾卤水主要赋存区，比值相对最高，均值高达普通海相沉积比值80倍，从雷口坡一段到三段比值在减小，是一个盐湖淡化的过程。Sr元素丰度值在雷口坡组一直处于一个较高的状态，说明雷口坡组沉积整个时期都相对高度咸化，可能气候较为干旱环境，但是具有从浓缩向淡化演变的趋势。

3.3 元素对古气候的指示

根据元素的比值特征推测当时沉积环境古气候[13，14]。本文选择Sr/Cu、Sr/Ca、Mn/Fe、Mg/Ca、Al2O3/MgO进行古气候干湿程度的判断。

3.3.1 Sr/Cu值。Sr/Cu比值是判别古气候的灵敏标志。一般在海相沉积中，其比值为1～10时，指示成岩条件为湿润气候，而当Sr/Cu值大于10时，为干旱气候[9，14]。研究区雷口坡组Sr/Cu比值为10.6～856.76（见表3和图3），远远高于干旱气候的界限，表明该地区当时在部分时期处于一种强干旱蒸发环境。

3.3.2 Sr/Ca、Mn/Fe、Mg/Ca、Al2O3/MgO值。水体中碳酸盐溶解相对低，比含Sr盐类更早析出，因此，在气候干旱、蒸发强烈时，其比值明显上升;而比值下降，则表明气候相对湿润。同样的，Mn在干旱环境下含量较高，而Fe在潮湿环境以Fe（OH）3胶体沉淀，所以Mn/Fe比值高指示干热气候，比值低指示潮湿气候;Mg/Ca比值高指示干旱气候，比值低指示潮湿气候[12]。Al2O3/MgO比值大小与前面三个比值呈负相关，比值越大，则是潮湿气候;比值越小，则表明干热气候[9]。

图4为四个比值随深度变化图。从图4可知，雷一段至雷三段，Sr/Ca、Mn/Fe、Mg/Ca比值呈阶梯式下降的趋势，Al2O3/MgO比值正好相反，是阶梯式上升关系。虽然整体上是处于一种强干旱环境，但有由干旱向相对潮湿转变的趋势，这种变化趋势也和古盐度的变化趋势相吻合。

3.4 元素對古环境的指示

利用V、Cr、Ni是氧化还原敏感元素，V易于在氧化环境下吸附富集，Ni则在还原条件下富集的特性，可以用其比值来重构当时的氧化还原的状态[15]，采用V/Cr和V/（V+Ni）两种比值进行氧化还原环境的判断，比值区间见表4。

研究区V/Cr和V/（V+Ni）的比值如图5和图6所示。从图上可以看出，V/Cr值最高为1.9，小于2，V/（V+Ni）值仅有7个样品超过0.45，所以整体上宣汉雷口坡组沉积环境是一个富氧环境为主，即氧化环境。

3.5 雷口坡组与富钾卤水关系

综上所述，雷口坡组处于一个强烈干旱蒸发氧化环境，这种环境对富钾卤水的形成有着至关重要的作用。卤水的形成是一种海水的高度浓縮，而只有在强干旱蒸发环境中才能发生这个高度浓缩的情况，使得水中K+离子含量升高而形成含钾卤水。同时，后期的热液改造使得固相钾盐（杂卤石等）溶滤，使得液相K元素含量再度升高形成富钾卤水。因此，雷口坡组海相干旱蒸发的氧化环境是能够指示富钾卤水的勘探方向。

4 结论

宣汉地区雷口坡组微量元素含量由下向上呈陡坡式上升，表明雷口坡组处于一个地壳抬升的过程。雷口坡组海相中干旱蒸发的氧化环境对富钾卤水的形成具有重要的意义。

参考文献：

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