1、鄂尔多斯盆地长 7 优质烃源岩的岩石学、元素地球化学特征及发育环境第 37 卷第 1 期2008 年 1 月旅 fGEOCHICAVoi.37,No.1,5964Jan.,2008鄂尔多斯盆地长 7 优质烃源岩的岩石学,元素地球化学特征及发育环境张文正,杨华 2,杨奕华,孔庆芬,吴凯(1.中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司勘探开发研究院,陕西西安710021;2.中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司,陕西西安 710021)摘要:鄂尔多斯盆地延长组长 7 优质烃源岩(油页岩 )井下岩芯外观呈黑色,质硬,手感较轻,露头风化后呈纸片状.岩石薄片镜下观测和电镜一能谱测试显示,长 7 优质烃
2、源岩呈纹层状有机质十分发育,莓状黄铁矿丰富.极丰富和胶磷矿丰富的特征,常见晶屑,凝灰质纹层.测试结果显示,长 7 优质烃源岩岩石化学组成以高二价硫,高 Fe,高P20 和相对较低的 A120hSiO,CaO 和 M 为特征,微量元素表现出 Mo,Cu,U 显着正异常,v,Pb 呈正异常 ,其他微量元素为正常和亏损,总稀土含量(REE)较低的特征.较低的 Sr/Ba 比值和较低的 B 含量反映了含盐度不高的陆相湖盆沉积特征.高的 v/(v+Ni)比值,很高的 U/Th 比值等指示了沉积环境缺氧的属性.关键词:岩石学特征;微量元素地球化学;优质烃源岩; 延长组;鄂尔多斯盆地中图分类号:P593 文
3、献标识码:A 文章编号:03791726(2008)0l 一 005906PetrologyandelementgeochemistryanddevelopmentenvironmentofYanchangFormationChang-7highqualitysourcerocksinOrdosBasinZHANGWenzheng,YANGhua2,YANGYihua,KONGQingfenandWUKai1.ChangqingResearchInstituteofPetroleumExplorationandDelopmem,ChangqingOilfieldCompany,PetroChi
4、na,舾 710021,China;2.ChangqingOieldCompany,PetroChina,船 710021,ChinaAbstract:ThecoreofYanchangFormationChang 一 7highqualitysourcerock(oilshale)isblack,hard,light,anditlooksslipshapeafterdemorphism.RocksliceobservationandSEMenergyspecFumtestshowthattheChang 一 7highqualitysourcerocksarecharacterizedbyt
5、heextraordinarydevelopmentoforganicmatterlaminas,beingrichinframboidMpyriteandabundantcellophane,andcrystalfragmentandtufflaminaeareoftenobserved.ComprehensivetestresultsrevealthatthechemicalcompositionsofChang 一7highqualitysourcerockarecharacterizedbyhighS2 一,Fe,Pz05contentsandrelativelylow203,SiO2
6、,CaOandMgOcontents.Intraceelements,Me,CuandUareobviouslypositiveanomalies,VandPbarepositiveanomalies,andtheothersarenoornegativeanomalies.REEislow.LowSr/BaratiosandBcontentreflectnonmarinelakebasindepositionfeaturewithlittlesalinity,Somegeochemicalparameters,suchashighV/(V+Ni)andveryhighU/Thratios,i
7、ndicateanoxicsedimentaryenvironment.Keywords:petrologiccharacteristics;traceelementgeochemistry;highqualitysourcerock;YanchangFormation;OrdosBasin0 引言在鄂尔多斯盆地晚三叠世陆相湖泊发展的鼎盛时期,在半深湖一深湖相带中大面积发育了延长组长 7 段富有机质优质烃源岩.该套优质烃源岩生烃,排烃能力强,是盆地中生界的主力油源岩【.收稿日期(Received):20070615;改回日期(Revised):20071008;接受日期(Accepted):2
8、0071010基金项目:国家自然科学基(40773028): 国家重点基础研究发展计划项目(2003CB214600)作者简介:张文正(1960 一),男,教授级高级工程师,有机地球化学专业.通讯作者(Correspondingauthor):ZHANGwenzheng,Email:zwz_ca,Tel:+862986590639ZHANGWendnengeta1.:PetrologyandelementgeochemistryofChang 一7sourcerocks张 fE2008 年岩石学和元素地球化学研究是烃源岩地球化学研究的重要领域.通过烃源岩的岩石学和元素地球化学研究,能够获取丰富
9、的沉积环境和各种地质作用如热水活动,火山喷发活动等方面的重要信息 f3 一 ,进而可深化对烃源岩发育环境,形成机制以及分布规律等的认识.目前,有关长 7 优质烃源岩的岩石学和微量元素地球化学方面的研究甚少.本文在大量分析测试资料基础上,试图阐述长 7 优质烃源岩的岩石学和微量元素地球化学特征,并探讨其发育的环境.l 岩石学特征岩石薄片,岩样的光学显微镜,扫描电子显微镜(SEM)观察和 x 衍射分析显示,鄂尔多斯盆地延长组长 7 优质烃源岩(油页岩)具有富有机质纹层,富莓状黄铁矿(图 1),富胶磷矿(图 2,红色部分) 等显着特征,因而陆源碎屑和粘土矿物的相对含量较低.2 岩石化学组成特征碳,硫
10、测定结果显示,长 7 优质烃源岩的有机碳含量高,TOC 平均为 13.75%81;富二价硫(s 一),平均含量为 7.37%(144 个样品,图 3).x 射线荧光光谱法测试(核工业 203 研究所分析测试中心完成)结果81 表明,长 7 优质烃源岩呈富铁(平均含量为 6.66%,58 个样品),富 P20(平均含量 0.55%),相对贫 A120.(平均含量 13.31%),SiO图 1 延长组长 7 烃源岩 SEM 图像(平均含量 49.29%)的特征.CaO( 平均 1.60%)和MgO(平均 1.21%)含量较低.长 7 优质烃源岩的岩石学,岩石化学组成特征反映出长 7 优质烃源岩发育
11、于淡水一微咸水湖泊的富营养环境.湖盆的初级生产力高,陆源碎屑补给速度慢.3 微量元素地球化学特征3.1 微量元素丰度长 7 优质烃源岩的微量元素测试(岛津ICPS 一 7500,核工业 203 研究所分析测试中心) 结果显示,Mo 的平均含量为 74.8X10(58 个样品),V的平均含量为 224.4X10-6,Cu 的平均含量为226.410-6U 的平均含量为 41.610,Pb 的平均含量为 31.6X10.,个别样品的 Sr(1000X10-6)和 Mn(100010)呈显着正异常.与页岩克拉克值【相比(图 4),长 7 优质烃源岩中 Mo,U,Cu,Pb 等图 2 延长组长 7 烃
12、源岩的薄片照片Fig.2PhotographofYanchangFormationChang-7SOUlerocks里 57 井,2345.95m,油页岩,25WellLi57,2345.95m,oilshale,25.2520S15褥 1050_-_.1.1._._.一 135-79l113N151719357911-13151719S2-Fig.1SEMimageofYanehangFormationChang-7sourcerocks 图 3 长 7 烃源岩 S2 一频率分布图庄 66 井,2047.04nl,油页岩.肼 g.3qIlencydistributiondiagramof“S
13、2 一“c0ntentWellZhuang66,2047:04m,oilshale.ofChang 一 78oureerocksGeochimicaIVo1.37lNo.59IJan.,2008第 1 期张文正等:鄂尔多斯盆地长 7 优质烃源岩的岩石学 ,元素地球化学特征及发育环境 61图 4 长 7 烃源岩微量元素页岩克拉克值标准化分布模式Fig.4OilshaleclarkevaiuenormalizedtraceelementdistributionpaRemofChang-7sonrcerock微量元素呈显着正异常或正异常;而 Li,Ni,zr,Sr,Cr 等微量元素相对亏损;其他微量
14、元素无异常.长 7优质烃源岩中生命元素 Cu,V,亲 Fe 元素 Mo,亲 Cu元素 Pb 的富集 ,一方面反映了湖盆水体富无机营养盐的特征;另一方面,富营养水体促进了生物勃发和高的初级生产力,水生生物对这些元素的吸收,以及高初级生产力造成的缺氧环境也使得这些元素在岩石中富集.U 的异常富集与有机质的富集和缺氧的沉积环境有关.从长 7 优质烃源层的剖面(图 5)可以看出,Cu,V,Mo,Ba,Sr 和 U 等微量元素呈现出与 TOC 同步变化的特征,这一现象清楚地反映出生物勃发与沉积作用对微量元素富集的显着影响.同时,还可以看出,个别样品具有显着富集 Mn,Cu 和 Mo 等元素的特征,这一现
15、象可能与事件地质作用有关.3.2 微量元素地球化学参数与沉积环境变价元素 V,U 等的地球化学行为与沉积,成岩的氧化一还原环境有着密切的关系 0 在还原环境下,V,u 呈低价,易于富集.因此,V/(V+Ni),U/Th,V/Cr,V/Sc 等参数通常被用作指示氧化一还原环境的地球化学参数,m】.计算结果(图 6)显示,长 7优质烃源岩的 V/(V+Ni)比值主要分布在 0.80.9 之间,u/比值均大于 1,最高达 10 以上,V/cr 比值较大,主要分布在 25 之间,V/Sc 比值大,主要分布在 720 之间.延长组湖相生油岩的 V/(V+Ni)与 U/Th 比值之间存在着良好的正相关关系
16、(图 7),长 7 优质烃源岩的 U/Th 比值显着高于其他生油岩,同时 V/(V+Ni)比值也明显高于其他生油岩.上述讨论表明,v/(v+Ni),U/Th,V/Cr,V/sc 等参数能够有效地指示湖相生油岩沉积环境的氧化还原属性.长 7 优质烃源岩 V,U 的显着正异常和高的 U/Th,V/(V+Ni)等比值反映了其缺氧的沉积一成岩环境特征.微量元素参数中的 Sr/Ba 比值通常被用作指示海相或陆相环境的指标,长 7 优质烃源岩的 Sr/Ba比值均较低(小于 0.5,个别样品除外),反映了陆相湖泊的沉积特征.同时,长 7 优质烃源岩的 B 含量GR(API)RILDTOCBaVMnCuZnT
17、hSrUMo 井深层位(Q?n1)(%)(1o_)(10)(1o_)(10)( 10)(10)(10)(10)(10)fm,SP(mV)0 一?l5O03OO10000-500Ol0000-?-4000?-2000300-500O1O001O0匝n=一 l一=-一圈=一一,=圈._匝I_;2290 一_2300 一_2310 一_2320 一_2330 一_长 72340 一2350 一2360 一长 8_2370 一图 5 里 57 井长 7 优质烃源层微量元素丰度的纵向变化特征Fig:5VerticalvariationoftraceelementabundanceofChang-7hig
18、hqualitysollrcerocksinWellLi57ZHANGWenzhengeta1.:PetrologyandelementgeochemistryofChang 一7sourcerocks膨甜 fe2008 年OR(API)井深层位 0?-一 500RILDToCS 一 Sr/EaV/rV+Ni1U 门 V,CrV/Sc“n)SP(mv)(Q?m)f%1f%10 一-1500-300-200?-05O.5 10?-100?-50-3050l2O2290i23O0e,2310,j23202330之长 7 乏 2340曼 c,l2350/厘 2360:一豳K82370(图 6 里 5
19、7 井长 7 优质烃源层微量元素参数的纵向变化特征Fig.6VerticalvariationoftraceelementparametersofChang-7highqualitys0IlTcerocksinWellLi57V/(V+Ni)图 7 延长组湖相生油岩 U/Thv/(v+Ni)相关图解Fig.7CorrelationbetweenV/(V+Ni)andU/ThofYanehangFormation【lakefaciesoilsoulerocks(11.110 一91.910) 较低,说明湖盆水体的含盐度不高.长 7 优质烃源岩微量元素参数在纵向上的变化呈现出明显的规律性,自下而上,V/(V+Ni),U/Th,V/Cr 和 V/Sc 等参数均表现出快速增高,缓慢降低的变化特征,并且与 TOC 和 S 一的变化同步.这一变化特征与湖盆快速扩张,沉降,缓慢回升的演化过程相一致.同时清晰地反映了沉积环境的还原性由强变弱的演化特征.湖盆快速沉降和高初级生产力促进了缺氧环境的形成,反过来,缺氧环境又促进了有机质的富集.因此,根据岩石化学组成,微量元素丰度和相关参数的变化,可以将发育长 7 优质烃源岩的湖泛旋
