蘇飛,李曉海,鄭月娟,卞雄飛,張海華,張健 (沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,遼寧沈陽 110034)

內(nèi)蒙古索倫地區(qū)上二疊統(tǒng)林西組古鹽度分析

蘇飛,李曉海,鄭月娟,卞雄飛,張海華,張健 (沈陽地質(zhì)礦產(chǎn)研究所,遼寧沈陽 110034)

通過對(duì)索倫地區(qū)索倫后山剖面泥巖樣品中微量、常量元素和黏土礦物的測(cè)定,運(yùn)用Sr/Ba比值法、B/Ga比值法、伽馬蠟烷指數(shù)法、B元素法和Mg/Al比值法等5種方法,綜合分析了索倫地區(qū)林西組沉積時(shí)水體的古鹽度特征。結(jié)果表明,索倫后山剖面林西組沉積時(shí)為淡水環(huán)境。

古鹽度;微量元素;定量恢復(fù);林西組;索倫地區(qū)

二疊系林西組(P3l)在大興安嶺中南部地區(qū)均有分布,受晚古生代區(qū)域大地構(gòu)造格局的控制,呈北東向展布。結(jié)合物探資料顯示,P3l在火山巖地層覆蓋之下仍然分布廣泛,且厚度巨大。區(qū)內(nèi)P3l共有3個(gè)沉積中心,北部為嫩江-黑河中心,中部為索倫-碾子山中心,南部為林西-扎魯特旗中心[1]。P3l發(fā)育有厚層的暗色泥頁巖且泥頁巖的生烴潛力良好,是大興安嶺地區(qū)晚古生代油氣地質(zhì)調(diào)查的重點(diǎn)層位之一[2-3]。不同研究者已經(jīng)對(duì)P3l的古生物特征、區(qū)域?qū)Ρ?、生烴潛力等進(jìn)行了初步研究討論[4-11],P3l沉積時(shí)期的海陸環(huán)境是學(xué)者們重點(diǎn)關(guān)注焦點(diǎn)之一。主要有2種觀點(diǎn),朱如凱、王永爭(zhēng)、黃本宏等認(rèn)為P3l為陸相沉積[12-14]或沉積初期為海陸交互相沉積,但主體為陸相沉積[15-16];余和中、和政軍等人認(rèn)為P3l主要為海相沉積[17-18]。索倫后山剖面位于中部沉積中心的索倫地區(qū),筆者通過對(duì)其泥巖樣品的常量、微量元素及黏土礦物含量測(cè)定,運(yùn)用多種古鹽度分析方法對(duì)研究區(qū)P3l沉積時(shí)期的古鹽度特征進(jìn)行詳細(xì)分析,為P3l沉積環(huán)境研究提供基礎(chǔ)資料。

1 地質(zhì)概況及樣品采集分析

筆者選取突泉-索倫沉積中心出露好、地層連續(xù)、傾角穩(wěn)定的索倫后山剖面進(jìn)行實(shí)測(cè),并采集泥巖樣品進(jìn)行相關(guān)測(cè)試。實(shí)測(cè)剖面共計(jì)865m,厚度544.19m,未見頂?shù)?。巖性主要為灰黑色泥質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖,灰色泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖,未見林西-扎魯特地區(qū)常見的粗粒碎屑巖,反映了該區(qū)P3l沉積時(shí)期水體較深。

索倫后山剖面共采集12塊樣品,國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心分析了其常量、微量元素。長(zhǎng)江大學(xué)油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室分析了其黏土礦物含量,測(cè)試儀器為XD-2型X射線衍射儀。

2 古鹽度分析

2.1 Sr/Ba比值

Sr和Ba的化學(xué)性質(zhì)非常類似,但Sr的遷移能力及其硫酸鹽化合物的溶解度遠(yuǎn)大于Ba。隨著水體鹽度逐漸加大,Ba首先以BaSO4的形式沉淀,則水體中的Sr相對(duì)于Ba富集;當(dāng)鹽度繼續(xù)升高時(shí)Sr才開始以SrSO4的形式沉淀。因此沉積物中的Sr/Ba比值與水體的古鹽度呈明顯的正相關(guān)性,是古鹽度恢復(fù)的常用分析方法之一[19-20]。一般來講,當(dāng)Sr/Ba的比值小于1,顯示水體的沉積環(huán)境為淡水,如果Sr/Ba的比值大于1則為海相沉積,如果Sr/Ba比值介于0.6～1.0,普遍認(rèn)為水體的沉積環(huán)境為半咸水相[21]。索倫后山剖面12件泥巖樣品Sr/Ba比值介于0.1～0.18,平均值為0.14,表明其沉積環(huán)境為淡水環(huán)境。

2.2 B/Ga比值法

B的溶解度和遷移能力大于Ga,Ga先于B沉淀,只有水體的鹽度升高后硼酸鹽才開始沉淀。因此,B/Ga的比值可用于判斷古鹽度[22]。一般認(rèn)為,如果B/Ga比值小于4為淡水,如果大于7或20則為海水[21]。索倫后山剖面泥巖樣品B/Ga的比值介于1.87～2.75,平均值僅為2.33,遠(yuǎn)小于4,表明其沉積環(huán)境為淡水環(huán)境。

2.3 伽馬蠟烷指數(shù)

伽馬蠟烷指數(shù)為伽馬蠟烷與C30藿烷的比值。其含量可以反映沉積巖的古鹽度。高的伽馬蠟烷含量可以作為古高鹽環(huán)境的證據(jù)之一[23-25]。水體鹽度與伽馬蠟烷指數(shù)呈正相關(guān)[26-27]。一般認(rèn)為伽馬蠟烷指數(shù)小于0.2為淡水-半咸水;大于0.2為半咸水-咸水。索倫后山剖面暗色泥巖伽馬蠟烷指數(shù)分布在0.16～0.25,平均值0.19,顯示其形成于淡水環(huán)境。

2.4 B元素法

圖1 B含量及其校正圖

自然界水體中B的濃度是鹽度的線性函數(shù),而黏土礦物能從溶液中吸收B并將其固定,且不會(huì)因?yàn)楹笃谒wB濃度下降而被解吸。不同黏土礦物從水中吸附B的能力不同,伊利石最強(qiáng),蒙脫石和高嶺石等次之。為了消除不同黏土礦物對(duì)B吸附的差異性,Walker提出了B含量校正公式。Walker[28-29]提出的公式為校正B含量=8.5×[B樣品/K2O(%)]。而伊利石的B含量又與K含量有關(guān),為了在同等條件下對(duì)比,需計(jì)算相當(dāng)于K2O為5%時(shí)的B含量,稱為“相當(dāng)硼含量”。一般根據(jù)Walker公布的理論換算曲線,通過圖解法求取“相當(dāng)硼含量”(見圖1)。Walker[27]認(rèn)為,在相當(dāng)B含量超過400×10-6為超鹽度環(huán)境,(300～400)×10-6為正常海水環(huán)境,(200～300)×10-6為半咸水環(huán)境,而相當(dāng)B質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于200×10-6時(shí)則是低鹽度環(huán)境的沉積產(chǎn)物。索倫后山剖面樣品相當(dāng)B含量均小于200×10-6,表明索倫后山剖面樣品為淡水環(huán)境。

在以上校正基礎(chǔ)上,以佛倫德奇吸收方程為模型[30],Adams和Couch提出了泥巖古鹽度計(jì)算公式。Adamas公式主要適用于以伊利石為主的泥巖樣品,而Couch公式則考慮了不同黏土礦物的存在及黏土礦物吸附能力的大小,更符合自然界的實(shí)際情況,更適合陸相地層。

Adamas公式計(jì)算顯示索倫后山剖面泥巖樣品的古鹽度介于1.75‰～9.57‰,平均值為5.98‰; 而Couch公式的結(jié)果為4.77‰～8.26‰,平均值為6.55‰。均表明索倫后山剖面P3l沉積環(huán)境為淡水沉積環(huán)境。2種計(jì)算結(jié)論一致。

2.5 Mg/Al比值法

高的Mg O的含量說明沉積巖親海,高的Al2O3的含量說明沉積巖親陸,張士三[34]認(rèn)為Mg和Al含量的比值m(m=100×MgO/Al2O3)是沉積環(huán)境中古鹽度的綜合指標(biāo),一般認(rèn)為m＜1為淡水環(huán)境;1＜m＜10為半咸水環(huán)境;m＞10為咸水環(huán)境。且沉積巖中m值得變化過程及程度可以反映沉積環(huán)境中鹽度的變化過程及變化程度。索倫后山剖面泥巖m值介于7.16～11.18,平均值為8.55。顯示索倫后山剖面中段鹽度稍高,而頂?shù)纵^低,總體沉積環(huán)境為淡水環(huán)境。

綜上各種分析方法可知,索倫后山剖面P3l為淡水沉積環(huán)境。

3 結(jié)論及意義

元素的遷移變化比巖性更敏感。運(yùn)用Sr/Ba比值法、B/Ga比值法、伽馬蠟烷指數(shù)法、B元素法和Mg/Al比值法5種方法,定性或定量分析了索倫地區(qū)P3l的沉積環(huán)境類型,顯示索倫后山P3l泥巖的沉積環(huán)境均為淡水環(huán)境。索倫地區(qū)運(yùn)用上述5種方法恢復(fù)古鹽度是切實(shí)可行的。

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[編輯] 辛長(zhǎng)靜

TE121.3+.1

A

1673-1409(2014)32-0031-03

2014-07-14

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目(1212011120970;1212011121086)。

蘇飛(1983-),男,碩士生,現(xiàn)主要從事沉積與油氣地質(zhì)等方面的研究工作。