四川盆地震旦－寒武系高演化烃源岩无机地球化学特征与评价

1、四川盆地震旦寒武系高演化烃源岩无机地球化学特征与评价摘要：高演化烃源岩评价因有机质的损耗而使得传统有机地球化学参数逐渐失效，而烃源岩中的无机元素不易受成熟度的影响。为探索无机地球化学方法在高演化烃源岩评价中的应用，以四川摘要：高演化烃源岩评价因有机质的损耗而使得传统有机地球化学参数逐渐失效，而烃源岩中的无机元素不易受成熟度的影响。为探索无机地球化学方法在高演化烃源岩评价中的应用，以四川盆地震旦寒武系为例，基于无机(主量、微量和稀土元素)地球化学方法，从烃源岩发育的三大控制因素(古生产力、沉积环境和沉积速率)分析入手，开展了烃源岩无机地球化学研究。结果说明，综合运用 Ba 和 Ni 元素丰度确定烃源岩古生产力，MoEF、UEF、Ce 异常特征确定沉积水体氧化-复原条件，TiO2/Al2O3 比值确定沉积速率，揭示研究区烃源岩有机质富集主要受控于沉积环境与古生产力，而受沉积速率的影响相对较小;川中与威远-资阳地区下寒武统筇竹寺组烃源岩古生产力高、沉积环境最为复原，烃源岩质量最好，属于高生产力和好保存模式。无机地球化学方法是高演化烃源岩评价的一种有效途径。关键词：高演化烃源岩;无机元素地球化

2、学;生烃能力;烃源岩评价;震旦系;下寒武统;四川盆地施春华; 山述娇; 郝靖; 罗冰; 曹剑， 石油实验地质 发表时间：2022-11-26高演化烃源岩是指烃源岩有机质进入了高成熟演化阶段(Ro1.3%)，此时烃源岩中剩余有机质的碳含量、可溶有机质氯仿沥青、生烃潜量等逐步降低，难以反映烃源岩中有机质的原始特征，造成基于传统有机地球化学方法的烃源岩评价碰到了很大难题1。考虑到沉积物中的有机质在形成、沉积和埋藏过程中与无机元素有着密切关联2-4，并且无机元素相对有机质不易受成熟度影响，在高演化阶段更为稳定5-6，因此无机地球化学参数是高演化烃源岩评价的一个潜在补充2-3,7-8。众多学者就此展开了尝试，取得了研究进展7-8，如腾格尔等8以鄂尔多斯盆地高演化海相碳酸盐岩为例，运用微量元素(如 Ba 元素)和稀土元素分析碳酸盐岩烃源岩形成过程中的生物生产力、沉积环境和沉积速率，评价了碳酸盐岩烃源岩及其分布特征。四川盆地发育震旦寒武系高演化烃源岩，为开展高演化烃源岩的无机地球化学评价提供了良好对象。前人9-10根据烃源岩的宏观地质分布，结合一些有机地球化学参数，提出下寒武统筇竹寺组烃源岩的生烃能

3、力最大。此外，也有学者运用无机元素对烃源岩的古生产力、沉积环境、沉积速率开展了研究 11-16，发现烃源岩中有机质的聚集受古生产力和沉积环境作用影响较大，总体认为适宜的气候有利于提高古生产力，海侵作用有利于形成复原的沉积环境，进而有机质得到良好保存与富集。本文运用无机元素地球化学方法，进一步分析不同地区、不同层位烃源岩的生烃能力差异，旨在更全面认识不同烃源岩的生烃控制因素及差异，为准确理解研究区高演化烃源岩成因和天然气成藏机理提供参考，进一步探索无机地球化学方法在高演化烃源岩评价中的应用。1 地质背景四川盆地位于我国西南部，面积约 18104 km2，构造上属于扬子准地台的一个次级构造单元，是在前寒武纪扬子克拉通基底之上发育的一个典型叠合含油气盆地17-18(图 1)。其地层由老至新以上三叠统为界两分，总体下部(上震旦统-中三叠统)以海相碳酸盐岩沉积为主;相比而言，上部(上三叠统至今)以陆相碎屑岩沉积为特征17-18。从沉积背景看，研究区烃源岩可包括 2 类 5 套，2 类指岩性包括泥质岩和碳酸盐岩，5 套指层位上由老至新包括震旦系陡山沱组泥岩、震旦系灯影组藻云岩、灯影组三段(灯三段)

4、泥岩、下寒武统麦地坪组泥质白云岩(或白云质泥岩、硅质岩)、下寒武统筇竹寺组泥页岩。这些烃源岩既有岩性差异，又有地区和时代差异，为开展比照研究奠定了良好根底。2 样品与方法根据 2 类 5 套潜在烃源岩的分布，结合当前勘探现状与样品积累情况，筛选了 32 块典型样品用于研究。其中，筇竹寺组、麦地坪组、灯影组及灯三段烃源岩样品采自盆地内部钻井岩心，陡山沱组烃源岩样品采自四川盆地西南部峨边先锋野外露头。进一步根据目前的勘探区划，将这些样品从平面上分为 3 个区，由北东至南西分别是川中、威远资阳、川西南(图 1)。需要说明的是，对于陡山沱组和川西南灯影组研究样品，因勘探程度低，故样品数量受到限制，后续待条件成熟可继续深化研究。碳酸盐岩和泥页岩类样品中 SiO2 含量测定使用碱熔方法，主要流程：称取 100 mg 样品于刚玉坩埚中，参加 1 g Na2O2 粉末，混合均匀后，加热至 700 左右熔融，冷却后经热水提取，HCl 酸化，定容后使用 ICP-OES 测定(误差优于 2%)。碳酸盐岩类样品中 Si 以外其余元素测定使用酸溶方法，主要流程：称取 100 mg 样品于离心管中，参加 HNO3

5、 超声溶解，离心后上层清液转移入另一离心管中，残渣转移入特氟龙溶样罐中，参加 HF 和 HNO3，185 消解，蒸干后溶解于 HNO3 中，与前述上层清液合并、定容，其中 CaO 与 MgO 含量使用 EDTA 络合滴定法测定(误差优于 2%)，其余元素使用 ICP-MS 测定(以 Rh 元素为内标，误差优于 5%)。泥页岩类样品 Si 以外其余元素使用酸溶方法，主要流程：称取 50 mg 样品于特氟龙溶样罐中，参加 HF 后在电热板上加热除去大局部硅酸盐，参加 HF 和 HNO3，185 消解，蒸干后溶解于 HNO3 并定容，使用 ICP-MS 测定(以 Rh 元素为内标，误差优于 5%)。以上分析在内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室(南京大学)完成。3 高演化烃源岩元素地球化学特征与评价前人研究提出古生产力、沉积环境与沉积速率是控制烃源岩发育质量的重要因素，高生产力和复原环境有利于有机质聚集19。相比而言，烃源岩沉积速率对质量的影响比拟复杂，总体而言，在相同古生产力与保存条件下，沉积速率在一定范围内越大，越有利于有机质沉积、富集19;但在非常高的沉积速率下，由于大量碎屑物对有机

6、质的稀释作用，尽管有机质得以保存，但大量的碎屑物降低了沉积物中有机质的丰度20。此外，还有研究说明，在复原条件下，沉积速率对有机质的富集作用相对较弱，有机质富集主要受控于古生产力;而在氧化条件下，沉积速率对有机质的富集具有重要作用，有机质富集主要受控于古生产力与沉积速率19。据此，本次工作在烃源岩元素地球化学分析结果的根底上，综合上述 3 个方面的结果评价烃源岩的质量。3.1 古生产力特征前人研究说明，沉积物中的 Ba、Ni、P 等元素含量可用来反映古生产力2-3，但在实际应用中需注意还会受到陆源碎屑物质和热液作用的影响，影响判识准确性2,21。本次研究中，除灯影组藻云岩，其余烃源岩 Eu/Eu*分布为 0.831.02(均值 0.93)，Al/(Al+Fe+Mn)分布为 0.250.85(均值 0.65)，反映未受热液作用影响;灯影组藻云岩中 Eu/Eu*分布为 1.112.05(均值 1.52)，Al/(Al+Fe+Mn)分布为 0.08 0.46(均值 0.18)(表 1)，反映存在少量热液作用。比照 Ba 元素、Ni 元素与 Eu/Eu*，两者均无正相关性，说明微弱的热液作用未

7、影响 Ba 元素和 Ni 元素含量，因而本次研究中，热液作用的影响可以不考虑。据此，本次研究中的 Ba、Ni、P 元素含量仅需消除陆源碎屑带来的影响。一般而言，碎屑沉积岩中， Ti 与 Zr 元素主要来源于陆源碎屑物，不易受氧化复原作用或海水来源影响，故可以用于指示物源来源特征。本次样品 Ti/Zr 比值分布为 733(均值 21)，依前人标准22，判断母岩来源为长英质源岩，故使用上地壳作为陆源碎屑来源参考。通过元素过剩量计算获得与古生产力相关的 Ba、Ni 和 P 的含量，公式为 Xbio=X 样品Al 样品( X/Al)陆源碎屑，其中，Xbio 反映古生产力的指标，X 样品指样品中元素含量，Al 样品指样品中 Al 元素含量，(X/Al)陆源碎屑为陆源碎屑矿物中 X 元素与 Al 元素比值。本次研究中(X/Al)陆源碎屑取上地壳的值。3.1.1 钡元素烃源岩的 Ba 元素分析结果如表 1，研究区 Babio 分布具有明显的层位特征。其中，陡山沱组泥岩最高，为 60010-6 ;筇竹寺组泥页岩其次(川中地区均值为 37610-6，威远资阳地区均值为 52810-6，川西南地区均值为

8、48210-6);灯三段泥岩(均值为 34310-6)与麦地坪组泥质白云岩(威远资阳地区均值为 36610-6，川西南地区均值 19710-6)第三;而灯影组藻云岩最差(川中地区均值 9110-6，威远 资阳地区均值 3110-6，川西南地区均值 3110-6)。可见，由 Ba 元素记录的古生产力特征表现为陡山沱组与筇竹寺组最好，其次为灯三段与麦地坪组，灯影组(藻云岩层)最差。3.1.2 镍元素烃源岩的 Ni 元素含量分析结果见表 1，层位上，筇竹寺组泥页岩 Nibio最高(川中地区均值为 5410-6，威远-资阳地区均值为 7310-6，川西南地区均值为 2810-6)，灯三段泥岩(均值为 3810-6)、陡山沱组泥岩(均值为 3010-6)与麦地坪组泥质白云岩(威远-资阳地区均值为 3010-6，川西南地区均值为 1810-6)其次，灯影组藻云岩(川中地区均值为 1510-6，威远-资阳地区均值为 1910-6，川西南地区均值为 1610-6)最差;区域上，威远-资阳地区和川中地区好，而川西南地区差。与 Ba 元素特征比照，层位上，Ba 元素含量陡山沱组最好，筇竹寺组次之，而 Ni

9、 元素显示筇竹寺组最好，陡山沱组次之，这可能与复原的沉积环境特征有关。3.2 节中讨论发现川中与威远资阳地区筇竹寺组最为复原，故筇竹寺组泥页岩沉积过程中，Ba 元素可能由于强复原特征，导致 Ba 元素溶解而含量降低23(图 2A)。也就是说，Ni 元素和 Ba 元素的分析认识有各自的适用条件。区域上，Ba 元素特征显示不同区域无明显差异，而 Ni 元素特征那么显示川西南地区相对差。这可能与沉积物中 Ni 元素的固定富集机理有关，通常认为 Ni 可以与有机质以有机结合态形式富集，在沉积埋藏过程中，假设有机质分解，Ni 元素会从沉积物中释放并转换为离子形式，此时需要在硫化条件下，Ni 进入硫化物矿物中，或以硫化物形式富集固定，否那么 Ni 元素会以离子形式重新进入上层水体中，导致无法准确指示原始有机质丰度，即生物古生产力2-3,24。3.2 节中讨论发现，川西南地区总体沉积体系硫化程度低，故 Ni 元素的固定作用受到影响，导致 Ni 元素含量相对较低(图 2A)。因而，川西南地区烃源岩古生产力比现有 Nibio 所指示特征更好，需综合分析确定研究区古生产力特征。3.1.3 磷元素烃源岩的 P 元素含量分析结果见表 1，结果说明 P 元素区域差异小，层位差异大。其中，麦地坪组最高，威远-资阳地区与川西南地区(P2O5)bio 均值分别为 4.9%和 3.5%;其次为灯三段泥岩(均值 2.0%)、陡山沱组泥岩(均值 0.42%)、筇竹寺组泥页岩(均值 0.06%)、灯影组藻云岩(均值 0.08%)。但 P 元素可能不适用于研究区烃源岩古生产力的恢复，如以含量最高的麦地坪组为例，其 P 元素以磷灰石形式存在25-26，寒武纪初期扬子地台西缘处于低纬度的热带、亚热带，当时上升洋流把磷元素从深部带入到古陆的边缘浅海部

《四川盆地震旦－寒武系高演化烃源岩无机地球化学特征与评价》由会员s9****2分享，可在线阅读，更多相关《四川盆地震旦－寒武系高演化烃源岩无机地球化学特征与评价》请在金锄头文库上搜索。