新疆吉木萨尔东大龙口油页岩元素地球化学特征及沉积环境分析

夏明 韩建华 王海涛 祁万修

（新疆维吾尔自治区地质矿产勘查开发局第一区域地质调查大队 乌鲁木齐 830011）

新疆吉木萨尔东大龙口油页岩位于博格达山前东部边缘并赋存于芦草沟组，构造上处于北天山山前坳陷带博格达山前断褶带东段，出露长达140余千米，主要为一套湖泊相暗色细碎屑岩、碳酸盐岩沉积组合，是博格达北麓油页岩矿带的一部分。前人对于准噶尔盆地及南缘或三工河-大黄山地段烃源岩的研究较多，指出芦草沟组Sr/Ba值大于1，沉积时为半咸水湖[1]；大黄山油页岩沉积环境受到海水的影响，但是影响较小[2]。本文通过对吉木萨尔东大龙口油页岩赋存层段地质特征、微量元素、稀土元素丰度进行了分析，反映出该地段油页岩形成于半深湖-深湖环境，但受海退影响较大。

1 油页岩元素地球化学特征

1.1 微量元素特征

通过实施的钻井油页岩和泥岩等岩石类型28种微量元素平均值统计（表1），与黎彤地壳值、涂和费页岩值比较，其反映出以下特征。

（1）除了Li、U、B（4 倍）、W、F（2 倍）、As、P、Mo（5倍）元素高于黎彤地壳值外，其余元素平均值均小于涂和费页岩值或相当；除了F、Mg、As、Ag、P、Mo元素略高于涂和费页岩值外，其余元素平均值均小于涂和费页岩值或相当；除了Zr、Y、B元素低于涂和费砂岩值外，其余元素平均值均高于涂和费砂岩值；除了Sr、Mn、Mg 元素低于涂和费碳酸盐值、Ge 相当外，其余元素平均值均高于涂和费碳酸盐值。反映出泥岩中大多数微量元素的含量都高于砂岩、碳酸盐岩的一般规律，主要是粘土矿物表面具有较强吸附作用的结果。

（2）放射性元素U 值0.53-15.4×10-6，均值3.35×10-6，也略低于涂和费页岩值（3.70×10-6）；Th值1.50-18.8×10-6，均值5.23×10-6，低于涂和费页岩值（12×10-6）1倍。

（3）元素As7.9-91.3×10-6，一般大于20×10-6，平均值为56.04×10-6，高于涂和费页岩值（13×10-6）4倍，而且个别样品含量达91.3×10-6；P 普遍较高，一般大于700×10-6，平均值为1934×10-6，高于涂和费页岩值（700×10-6），个别样品含量达9528×10-6。P、As 普遍偏高，因此，在后期开发利用方面应加以重视。

（4）油页岩微量元素与泥岩、粉砂岩、细砂岩、白云岩比较，反映出油页岩中Be、B、Nb、Zr、Y、F、Sr 等亲石元素普遍低于或相当于泥岩、粉砂岩、细砂岩；而油页岩中Cu、Zn、Ag、Hg、Mn、Ni、As、Ge等亲硫、亲铁元素则高于或相当于泥岩、粉砂岩、细砂岩。白云岩中Li、Mg元素高于泥岩、粉砂岩、细砂岩。

1.2 稀土元素特征

通过钻井采集了9 件样品进行了稀土元素分析（表2），通过对Leed陨石和北美页岩标准化后的稀土分布模式和有关参数变化情况见图1，稀土元素地球化学有以下特特征。

（1）稀土元素总量81.30-201.6×10-6，总体偏低；仅一个样（J1A-75）高于北美页岩，其余均小于北美页岩。推测一方面是剥蚀区原岩稀土元素本身绝对含量较低，另一方面受风化、搬运到地表沉积环境的影响，泥岩类烃源岩钙质含量较高是稀土元素含量偏低的重要原因（刘英俊等，1987）。

（2）LREE／HREE 平均值为6.05，较球粒陨石的2.40 明显要高。相比之下，两者的轻稀土富集程度明显较高，重稀土相对较低。由此说明，从物源区到沉积区经风化、搬运到沉积的过程中，地表沉积环境具有重要的影响（Condie，1991）。另外有2 件样品LREE／HREE 值为1.43、2.15，较球粒陨石的2.40 偏低，轻稀土富集程度较低，而重稀土相对较高，也表明沉积过程中，沉积环境的差异和变化。

表1 吉木萨尔东大龙口油页岩及其它岩石类型微量元素平均值一览表（10-6）

（3）经球粒陨石标准化后，曲线上Eu 具有较明显负异常；δEu值为0.53-0.74，平均值为0.62，具有中度亏损。与上地壳平均值0.65 相差不大，反映了剥蚀区母岩的性质，体现出沉积物源对岩石成分特征的控制[3]。同时反映出油页岩沉积时期存在多个物源区。

（4）经北美页岩标准化后，δCe的平均值为0.85，显示弱负异常，反映弱的还原环境条件。

2 沉积环境分析

2.1 微量元素

目前已广泛使用某些元素、元素含量及比值如Fe、Mn、Sr、Ba、B、Ge、Rb、Co、Ni、V及Sb/Ba、Fe/Mn、V/Ni、Fe3+/Fe2+等判别海相与陆相、氧化与还原、水盆深度、盐度及离岸距离等沉积条件[4]。本文利用B 及Sr／Ba 含量和比值来判别海相与陆相、盐度等沉积环境（表3）。

表2 东大龙口钻井油页岩稀土元素分析结果表（10-6）

图1 油页岩稀土元素分配型式图

⑴B（硼），walker 认为，相当硼含量与古盐度密切相关，正常海水环境，相当硼含量为300～400×10-6，半咸水环境为200～300×10-6，小于200×10-6则为淡水沉积。东大龙口油页岩26 件样品硼含量12.8-85.0×10-6，平均值30.9×10-6，所有样品硼含量小于200×10-6，显示为淡水沉积环境。但泥岩、粉砂岩及白云岩硼含量在279-433×10-6，又显示出半咸水环境。

表3 判别海陆环境的微量元素参考指标

（2）Sr/Ba，Sr与Ba 同属亲石元素，是化学性质十分相似，它们均可以形成可溶性的碳酸盐、硫酸盐和氯化物进入水溶液中。与Sr 相比，Ba 和化合物溶解度要低，Sr 的迁移能力要高于Ba，可迁移到大洋深处。根据前人的大量研究，以海水为介质的沉积物中，Ca、Sr的含量高，Ba的含量低，而以淡水为介质的沉积物则情况相反。一般认为，泥岩中若Sr／Ba 比值大于1，则为海水沉积，Sr／Ba 比值小于1 则属陆相淡水沉积。东大龙口油页岩26件样品中，20件样品Sr/Ba小于1，说明本区沉积环境主要为半深湖、深湖等陆相环境，6件样品大于1，说明环境具一定的波动性，同时表明在芦草沟组油页岩沉积环境还是受到海水的影响，与硼所指示的沉积环境非常一致。

（3）结合地质环境特征，分析认为吉木萨尔一带为海退方向且受海水影响较大，判识芦草沟组油页岩沉积环境还是受到海水的影响。

2.2 轻稀土元素和重稀土元素

（1）稀土元素配分模式可用于沉积环境分析。轻稀土与重稀土的比值（LREE/HREE）大小反映稀土元素的分异程度。在同一类型地质体中，比值越大，表明轻稀土元素的富集程度越高，重稀土元素亏损越严重。陆源物质搬运过程中，轻稀土元素易被细粒沉积物吸附，越靠近物源区轻稀土元素越相对富集[2]。东大龙口油页岩具有轻稀土元素富集的配分模式（图1），LaN/YbN 比值为1.43-8.35，与大黄山油页岩相当，也表现为近源陆相沉积。

（2）δEu值，如δEu出现负异常，则可作为酸性还原环境的标志。陆源物质一般继承Eu 的亏损。δEu＞1.05为正异常，δEu＜0.95为负异常[3]。东大龙口油页岩δEu 平均值分别为0.62，Eu 具有较明显的亏损，与大黄山地区特征相同，主要反映了沉积时，生物物质耗氧腐化，造成环境酸化还原。

（3）δCe值，如δCe向低值迁移，则可作为碱性氧化流体环境的标志。在海水pH、Eh条件下，Ce+3易于转化成Ce+2，造成Ce 亏损。一般δCe＞1.05 为正异常，δCe＜O.95 为负常[2]。东大龙口油页岩δCe 值0.85-0.93，平均值为0.92，呈弱负异常，反映出受到海水影响。

3 结论

新疆吉木萨尔东大龙口油页岩Cu、Zn、Ag、Hg、Mn、W、Ni、As、P、U、Ge 等亲硫、亲铁元素素相对富集；稀土元素总量81.30-201.6×10-6，总体偏低，低于北美页岩；B（硼）、Sr/Ba、δEu、δCe等特征参数具有环境指向意义，反映了出吉木萨尔东大龙口油页岩形成于半深湖-深湖沉积环境，并受到海水影响较大，物源表现为近源陆相沉积，但存在多个物源区。