鄂尔多斯盆地宜君地区页岩元素地球化学特征

2021-11-10李浩

地下水 2021年5期

李浩

(陕西学前师范学院，陕西西安 710100)

鄂尔多斯盆地蕴藏着丰富的石油、天然气、油页岩、煤、铀矿及地下水资源[1-2]。近年来，随着对鄂尔多斯盆地延长组下组合油层组勘探和开发程度的不断深入，在长9段勘探取得了重要进展，发现了一系列油藏，显示了盆地长9段页岩也具有良好的资源勘探潜力[3-4]。盆地长9段页岩是晚三叠世第一次湖侵的产物，为延长组第一套生油岩系[5]，岩性主要为灰黑色页岩、泥页岩和黑色油页岩。

不同学者对鄂尔多斯盆地长9段沉积相展布特征及演化规律、沉积砂体特征、烃源岩发育机制及特征、成藏特征及期次等方面开展过研究工作，对盆地南部长9段页岩的岩性、烃源岩特征、有机质丰度、生烃潜力及油源对比等方面有了一定的认识[3,5-8]。但这些研究多集中于盆地中部伊陕斜坡或南部长7段页岩，对宜君地区长9段页岩的元素地球化学特征尚未开展过工作。沉积盆地的构造沉降、沉积演化、物源性质及沉积环境介质对元素的聚集和分散具有一定的控制作用，通过分析油页岩的主量、微量和稀土元素等地球化学特征，可以揭示页岩的母质类型及古气候等古沉积环境[9]。因此，本文以鄂尔多斯盆地宜君地区长9段页岩为研究对象，分析其主量、微量和稀土元素地球化学参数、空间分布规律及分布模式等地球化学特征。

1 区域地质概况

鄂尔多斯盆地位于华北克拉通西部，盆地周边活动性较强，盆地内部则相对稳定[10]。研究区主要位于鄂尔多斯盆地南部，横跨伊陕斜坡和渭北隆起构造单元(图1)。伊陕斜坡位于鄂尔多斯盆地中部，构造相对简单，构造抬升较弱。渭北隆起大地构造位置处于鄂尔多斯盆地西南部北东—南西向构造带上，自北向南由彬旬凹陷、北缘挠褶带、铜川断褶带组成，具有多旋回构造层与多阶段演化过程，反映了由海到陆，盆地由大到小，最后全面抬升的构造演化历史，总体形态为向西北缓倾的单斜构造，构造带内次级宽缓背斜、向斜东西成带分布，局部紧闭甚至倒转，两翼断层多见[11]。

图1 研究区构造位置及采样分布图

前人对宜君地区开展过勘探工作，基本确定了侏罗系直罗组、延安组和三叠系延长组是该区3大含油目的层，并已分别钻获油流或油气显示。延长组长9期整体湖泛规模较小，水域面积也不太大，仅在局部凹陷形成了水体相对较深的半深湖相沉积环境，局部发育三角洲前缘沉积亚相[6]。宜君地区长9段具有生烃潜力的页岩主要发育于半深湖沉积亚相中。

地表调查和钻探揭示，研究区长9段页岩分布范围比较局限，厚度一般为0～26.5 m，主要分布在3～11 m之间，平均值为6.76 m，厚度较小且变化大，岩性以灰黑色泥岩、泥页岩、页岩为主，夹粉砂质泥页岩，常含植物碎屑、鱼类及植物化石，部分为碳质页岩，页理发育一般，页理面上见少量灰白色方解石薄膜。长9段页岩顶板岩性为灰绿色中层状细粒石英长石砂岩，底板岩性为深灰—灰绿色粉砂质泥岩夹灰色中—薄层状细砂岩。总体上，宜君地区长9段页岩呈西厚东薄、南厚北薄的分布特点，产状总体向西北缓倾，倾角为3°～5°。

2 样品采集及测试方法

本次研究选用的9件样品均来自鄂尔多斯盆地宜君地区长9段页岩剖面(图1)，岩性为灰黑色泥页岩和黑色页岩，取样过程中，尽量选择风化蚀变及成岩作用弱的新鲜样品，在最大程度上减少或消除机械分异对沉积物成分的影响以及取样差异带来的倾向[10]。经去离子水多次超声波洗净的样品烘干后，用玛瑙研体将样品研磨至200目，分别进行主量、微量和稀土元素分析测试。主量元素分析使用仪器为X射线荧光光谱议(XRF)，微量元素和稀土元素分析使用XSERIES II型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)，元素分析数据相对误差小于5%。所有分析测试均在中核集团核工业203研究所进行。

3 元素地球化学特征

3.1 主量元素

长9段页岩主量元素分析包括SiO2、Al2O3、TFe2O3、MgO、CaO、Na2O、K2O、P2O5、MnO、TiO2、烧失量(LOL)等11项(表1)。从表1中可以看出，主量元素含量变化较大，主要成分为SiO2、Al2O3和TFe2O3，其中SiO2含量最高，为41.27%～59.20%，平均值49.95%；Al2O3含量较高，为14.56%～18.06%，平均值为16.35%，TFe2O3含量次之，为3.76%～7.82%，平均值为6.00%。除这3种主要成分外，其它成分含量均较低，MgO含量为1.06%～3.36%，平均值为1.85%，CaO含量为0.55%～3.44%，平均值为1.51%，Na2O含量为0.47%～4.49%，平均值为2.05%，K2O含量为1.41%～7.92%，平均值为4.26%，P2O5含量为0.07%～0.38%，平均值为0.26%，MnO含量为0.01%～0.10%，平均值为0.04%，TiO2含量为0.48%～0.71%，平均值为0.58%，LOL为8.81%～26.13%，平均值17.03%。

表1 宜君地区长9段页岩主量元素特征 %

与上地壳均值相比，长9段页岩P2O5、K2O、TFe2O3、Al2O3的富集系数均大于1，TiO2、MgO、SiO2、Na2O、CaO和MnO富集系数均小于1，表明长9段页岩P2O5、K2O、TFe2O3和Al2O3相对富集，TiO2、MgO、SiO2和Na2O相对亏损，CaO和MnO弱亏损(图2)。

图2 宜君地区长9段页岩主量元素上地壳岩石标准化蛛网图

3.2 微量元素

对长9段页岩Cr、Sr、Zr、Ba、Sc等28项微量元素进行了测试分析(表2)。从微量元素原始地幔标准化蛛网图中可以看出，不同样品的微量元素配分模式大致相似，反映渭北隆起长9段页岩具有稳定的沉积环境和物质来源(图3)。长9段页岩微量元素的富集状态均大致可分为四种：(1)极度富集型，富集系数一般在5以上，最大甚至可达9.73，如U、Mo、As元素；(2)富集型，富集系数在1～5之间，如Ba、Sc、V、Cu、Bi、Ga、Pb、Rb、Cs、Th、Nb、Cd、Hf、Ta、Li、Be、B等元素；(3)微富集型，此类元素富集，但却与上陆壳值相当，如Cr、Sr、Zn、In等元素；(4)亏损型，与上陆壳相比，此类元素富集系数小于1，如Zr、Co、Ni等元素。总体上，宜君地区长9段页岩多富含金属元素，为多金属元素富集层。这与页岩中有机质络合或吸附多种金属微量元素，随着成岩作用的进行，泥页岩中各种微量元素会因为自身地球化学特征的差异导致其赋存状态发生改变有关[13]。

表2 宜君地区长9段页岩微量元素特征 10-6

图3 宜君地区长9段页岩微量元素上地壳岩石标准化蜘蛛网图

3.3 稀土元素

宜君地区长9段页岩稀土元素分析包括La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd等15项，其中La-Eu为轻稀土元素，Gd-Y为重稀土元素(表3)。稀土元素总量(∑REE)为(179.98～243.20)×10-6，平均值为218.77×10-6；轻稀土元素总量(∑LREE)为(148.61～200.30)×10-6，平均值为178.99×10-6；重稀土元素总量(∑HREE)为(30.03～53.38)×10-6，平均值为39.78×10-6。轻重稀土比值(∑LREE/∑HREE)为3.54～6.34，平均值为5.01；(La/Yb)N为9.87～18.08，平均值为13.96；(La/Sm)N为4.00～4.94，平均值为4.63；(Gd/Yb)N为1.36～2.07，平均值为1.75；δEu为0.62～0.98，平均值为0.77；δCe平均值为0.78～1.00，平均值为0.90。∑LREE/∑HREE、(La/Yb)N、(La/Sm)N、(Gd/Yb)N均值大多不同程度高于球粒陨石丰度值，指示长9段页岩中La、Ce、Pr、Nd和Sm等轻稀土元素相对富集，轻重稀土元素分异程度较高，属于轻稀土中度富集型。

表3 宜君地区长9段页岩稀土元素特征 10-6

长9段页岩球粒陨石标准化稀土元素配分模式图中，不同的长9段页岩样品稀土元素球粒陨石标准化变化趋势基本一致且样品稀土元素含量均大于球粒陨石岩石含量。长9段页岩稀土元素分布曲线整体向右倾斜，轻重稀土比值平均为5.01，右倾程度中等，La-Eu段呈曲线较陡，Gd-Lu段曲线相对平缓，呈现出轻稀土强富集，重稀土相对亏损的右倾型特征，δCe、δEu均小于1，Ce处有微弱“谷”形特征，Eu处有较明显的“谷”形特征，表明长9段页岩具有较弱的Ce平坦型(球粒陨石型)和较明显的Eu负异常，相对于球粒陨石发生了明显分异，显示地质历史时期岩石碎屑及矿物沉积速率较慢，水体较深，有利于有机质的沉积与堆积(图4)。