周動(dòng)力,董青松

(1.中國(guó)石化股份勝利油田分公司 西部新區(qū)研究中心,山東 東營(yíng) 257067; 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院,內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000)

黑龍江寧安盆地古近系油頁(yè)巖沉積環(huán)境分析

周動(dòng)力1,董青松2

(1.中國(guó)石化股份勝利油田分公司 西部新區(qū)研究中心,山東 東營(yíng) 257067; 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)第二地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院,內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015000)

分析寧安盆地古近系化石類型和含量特征,以及油頁(yè)巖中巖石礦物組成含量特征及各種元素的地球化學(xué)特征,闡述研究區(qū)油頁(yè)巖形成時(shí)的古氣候條件及沉積環(huán)境.結(jié)果表明:古植物類型以溫帶、亞熱帶的草本植物、落葉闊葉林為主,礦物組成含量體現(xiàn)富含高嶺石、伊蒙混層較少的特點(diǎn);微量元素質(zhì)量比m(Mn)/m(Ti)值介于0.02～0.11之間,m(Sr)/m(Ba)值介于0.48～0.68之間,m(Ni)/m(Co)值介于1.97～3.02之間,m(Ni)/m(V)值介于0.10～0.39之間,m(V)/m(V+Ni)值介于0.72～0.91之間;稀土元素中δCe值分布在0.76～0.87之間.研究區(qū)內(nèi)油頁(yè)巖形成時(shí)的氣候主要為溫帶—亞熱帶半濕潤(rùn)、濕潤(rùn)、多雨的氣候條件;形成于近岸、陸相淡水淺湖—沼澤,貧氧的還原性沉積環(huán)境中.該研究對(duì)明確研究區(qū)油頁(yè)巖形成時(shí)的沉積環(huán)境及其勘探潛力具有一定意義.

海浪拗陷;古近系;油頁(yè)巖;沉積環(huán)境;寧安盆地

0 引言

隨著油頁(yè)巖等非常規(guī)油氣資源成為重要的接替能源,需要對(duì)油頁(yè)巖的形成環(huán)境等進(jìn)行研究.沉積巖中的生物化石類型及其組合特征,大致可以表明它所屬的沉積生活環(huán)境,反映巖石沉積時(shí)的古氣候條件[1];黏土礦物是沉積巖的重要組成部分,其含量、特征、成分類型等可以反映地史時(shí)期古氣候的變化,利用黏土礦物指標(biāo)可以重建盆地的古氣候環(huán)境條件[2-5];沉積巖中的化學(xué)元素及其化合物在古氣候、源區(qū)母巖性質(zhì)、沉積環(huán)境及沉積介質(zhì)等方面的影響下,呈現(xiàn)一定的分散和富集規(guī)律,元素含量的變化能夠在一定程度上反映沉積時(shí)的環(huán)境條件[6-7].

王冠民等研究濟(jì)陽(yáng)拗陷古近系泥頁(yè)巖中的孢粉組合特征,認(rèn)為孢粉組合特征能夠反映古氣候特征及古氣候分區(qū)[8];李祥輝等分析華北—東北南部地區(qū)中生代中晚期黏土礦物特征,認(rèn)為黏土礦物中存在高含量的伊利石、蒙脫石,說(shuō)明黏土礦物處于干冷氣候環(huán)境,高含量的高嶺石說(shuō)明黏土礦物處于濕熱氣候環(huán)境[2];錢一雄等分析塔里木盆地卡塔克南緣良里塔格組沉積巖地球化學(xué)元素特征,認(rèn)為低m(Mn)/m(Ti)值指示水體較淺的沉積環(huán)境,低m(Mn)/m(Ti)值指示低鹽度的淡水環(huán)境,δCe中低負(fù)異常,形成于還原條件下的沉積環(huán)境[9];顏佳新等研究湖北巴東棲霞組沉積巖地球化學(xué)特征,認(rèn)為低m(Ni)/m(V)及m(V)/m(V+Ni)值反映貧氧的沉積環(huán)境[10].

目前,利用生物化石類型及其組合特征,以及黏土礦物及地球化學(xué)元素含量特征等方面,對(duì)寧安盆地古近系油頁(yè)巖的沉積環(huán)境條件的綜合研究較少.筆者分析寧安盆地海浪拗陷古近系黃花組油頁(yè)巖中古生物化石類型和含量特征、巖石礦物組成含量特征及各種元素的地球化學(xué)特征,恢復(fù)研究區(qū)古近系油頁(yè)巖形成的沉積環(huán)境條件,對(duì)明確研究區(qū)油頁(yè)巖形成時(shí)的沉積環(huán)境及其勘探潛力具有一定意義.

1 地質(zhì)概況

寧安盆地位于黑龍江省東部的牡丹江地區(qū),屬于中生代多階箕狀斷(拗)陷盆地.盆地基底位于老爺嶺前寒武紀(jì)結(jié)晶地塊次級(jí)構(gòu)造單元(佳木斯隆起帶和張廣才嶺—太平嶺邊緣隆起帶)之上[11];盆地基底由元古界深變質(zhì)巖、古生界淺變質(zhì)巖及興東期(元古宙)、海西期、印支期和燕山期等多期花崗巖和花崗閃長(zhǎng)巖構(gòu)成.牡丹江斷裂將寧安盆地劃分為東西兩部分,西部為海浪拗陷,東部為石巖—磨刀石斷陷.按照基底構(gòu)造和蓋層發(fā)育特征,海浪拗陷分為5個(gè)次級(jí)構(gòu)造單元,自北向南依次為復(fù)興凹陷(Ⅰ1)、張明凸起(Ⅰ2)、海浪凹陷(Ⅰ3)、中部凸起(Ⅰ4)和興華凹陷(Ⅰ5),呈北西西向—近東西向相間排列,構(gòu)成“三凹夾兩凸”的構(gòu)造格局(見圖1)[12].

圖1 寧安盆地構(gòu)造Fig.1 Structural map of Ning'an basin

寧安盆地發(fā)育的沉積蓋層主要為白堊系、古近系、新近系和第四系.地層主要發(fā)育下白堊統(tǒng)穆棱組(K1m)和東山組(K1d)、上白堊統(tǒng)猴石溝組(K2h)和海浪組(K2h1)、古近系古新統(tǒng)黃花組(E1h)、新近系中—上新統(tǒng)道臺(tái)橋組(N1-2d)和上新統(tǒng)高位玄武巖(βN2).研究區(qū)在海浪鎮(zhèn)西南方向和牡丹江市區(qū)西南方向僅有幾口鉆井分布且均鉆遇油頁(yè)巖(見圖1).油頁(yè)巖主要發(fā)育在海浪拗陷古近系黃花組.

2 沉積環(huán)境分析

2.1 古生物特征

研究區(qū)油頁(yè)巖中包含豐富的孢粉、藻類化石.孢粉類型數(shù)量占已鑒定的化石類型的86.1%～91.0%.其中,蕨類孢子類型最多,占已鑒定的化石類型的50.0%～53.4%;被子類花粉類型位居第二,占已鑒定的化石類型的36.1%～37.6%.

蕨類孢子以水龍骨單縫孢屬Polypodiaceaespotites、海金砂孢屬Lygodiumsporites、具唇孢屬Toroisporis為主,含少量的桫欏孢屬Cyathidites、三角孢屬Deltoidospora、金毛狗孢屬Cibotiumspora等(見圖2).其中,水龍骨單縫孢屬Polypodiaceaespotites屬于沼澤環(huán)境下的草本植物;金毛狗孢屬Ciboti-umspora屬于大型樹狀陸生蕨類,生長(zhǎng)環(huán)境多是陰濕酸性土壤,其存在通常指示亞熱帶的酸性土壤環(huán)境.

圖2 寧安盆地HL Y1井油頁(yè)巖孢粉類型Fig.2 Sporopollen content of HL Y1 drill oil shale in Ning'an basin

被子類花粉主要有椴粉屬Tiliaepollenites,另外還存在一些脊榆粉屬Ulmoideipites、梣粉屬Fraxinoipollenites、榿木粉屬Alnipollenites等,以及椴粉屬Tiliaepollenites、蕓香粉屬Rutaceoipollis、楝粉屬M(fèi)eliaceoidites組合(見圖2).其中,椴粉屬Tiliaepollenites生長(zhǎng)地區(qū)主要位于溫帶;榿木粉屬Alnipollenites生長(zhǎng)地區(qū)通常是陽(yáng)光充足、氣候溫暖的丘陵及平原的河灘低濕地;梣粉屬Fraxinoipollenites通常生長(zhǎng)在溫帶和亞熱帶的平原或河谷地帶;椴粉屬Tiliaepollenites、蕓香粉屬Rutaceoipollis、楝粉屬M(fèi)eliaceoidites組合指示典型的亞熱帶氣候.大多數(shù)植物屬于熱帶、亞熱帶植物,并且適宜生長(zhǎng)于濕潤(rùn)的沼澤濕地環(huán)境.因此,寧安盆地油頁(yè)巖沉積時(shí)期氣候環(huán)境主要為亞熱帶氣候下的淺湖—沼澤環(huán)境.

2.2 巖石礦物特征

研究區(qū)油頁(yè)巖粉晶X線衍射分析表明,油頁(yè)巖主要礦物由石英、長(zhǎng)石、針鐵礦及黏土礦物組成(見表1).其中,黏土礦物含量豐富,質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)60%,在黏土礦物中高嶺石含量最高,平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55%,蒙脫石含量較少;長(zhǎng)石、石英的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在15%左右.此外,還可見少量的方解石、黃鐵礦.寧安盆地油頁(yè)巖的礦物組成體現(xiàn)富含高嶺石、伊蒙混層較少的特點(diǎn),說(shuō)明油頁(yè)巖形成時(shí)期主要為溫暖、潮濕、多雨的氣候條件.

表1 寧安盆地HL Y1井油頁(yè)巖粉晶X線衍射分析各礦物質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 1 Mineral percentage of powder X—ray diffraction of HL Y1 drill oil shale in Ning'an basin %

2.3 地球化學(xué)特征

2.3.1 m(Mn)/m(Ti)值

m(Mn)/m(Ti)值指示離岸距離的遠(yuǎn)近,常隨著離岸距離的增加而增大,反映沉積物在盆地中被搬運(yùn)距離的遠(yuǎn)近和沉積物沉積時(shí)的水體深度.通常,m(Mn)/m(Ti)＜0.1,反映油頁(yè)巖形成于近岸的沉積環(huán)境中;m(Mn)/m(Ti)＞0.1,反映油頁(yè)巖形成于遠(yuǎn)岸的沉積環(huán)境中[13-15].根據(jù)寧安盆地油頁(yè)巖中相應(yīng)元素化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)(見表2)計(jì)算的m(Mn)/m(Ti)值以小于0.1為主,平均值為0.05(見表3),說(shuō)明研究區(qū)油頁(yè)巖主要沉積于近岸環(huán)境中.

2.3.2 m(Sr)/m(Ba)值

鍶與鋇可以形成可溶性重碳酸鹽、氯化物和硫酸鹽而進(jìn)入水溶液中,與鍶相比鋇的化合物溶解度要低.通常,海水中鍶含量遠(yuǎn)大于鋇的,導(dǎo)致從陸相到海相鹽度越高,沉積物中m(Sr)/m(Ba)值逐漸增大.在黏土或泥巖中該值大于1為海相沉積,小于1為陸相沉積[16-18].根據(jù)寧安盆地油頁(yè)巖相應(yīng)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(見表4)計(jì)算的m(Sr)/m(Ba)值為0.48～0.68,平均值為0.56(見表3),說(shuō)明研究區(qū)油頁(yè)巖沉積環(huán)境屬于陸相淡水環(huán)境.

表2 寧安盆地HL Y1井油頁(yè)巖常量元素化合物質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 2 Macroelement compound quality content of HL Y1 drill oil shale in Ning'an basin %

表3 寧安盆地HL Y1井油頁(yè)巖Mn、Ti及Sr、Ba質(zhì)量比Table 3 Ratio of Mn、Ti、Sr、Ba quality of HL Y1 drill oil shale in Ning'an basin

表4 寧安盆地HL Y1井油頁(yè)巖稀土及微量元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 4 REE and microelement content of HL Y1 drill oil shale in Ning'an basin 10-6

2.3.3 m(Ni)/m(Co)、m(Ni)/m(V)、m(V)/m(V+Ni)值

釩(V)和鎳(Ni)具有比較活潑的化學(xué)性質(zhì).在氧化或者堿性環(huán)境中,釩元素容易發(fā)生遷移;在還原或者過(guò)渡環(huán)境中,尤其是酸性或弱酸性條件下,釩元素容易沉淀.因此,m(Ni)/m(Co)、m(Ni)/m(V)以及m(V)/m(V+Ni)值等地球化學(xué)指標(biāo)通常指示水體的氧化還原性質(zhì),高的m(Ni)/m(Co)值反映還原條件,而m(Ni)/m(V)值隨著沉積環(huán)境的還原性增加而下降.通常把m(V)/m(V+Ni)=0.46作為氧化、還原環(huán)境的分界值,m(V)/m(V+Ni)在0.84～0.89之間反映較強(qiáng)的水體分層,底層水體中出現(xiàn)H2S的厭氧環(huán)境;比值在0.54～0.82之間為水體分層不強(qiáng)的厭氧環(huán)境;比值在0.46～0.60之間為水體分層弱的貧氧環(huán)境,m(V)/m(V+Ni)＜0.45為富氧的沉積環(huán)境[19-21].

寧安盆地油頁(yè)巖的m(Ni)/m(Co)值介于1.97～3.02之間,平均值為2.54;m(Ni)/m(V)值介于0.10～0.39之間,平均值為0.20;m(V)/m(V+Ni)值介于0.72～0.91之間,平均值為0.84(見表5).由表5可以看出,這些參數(shù)指示的意義比較一致,盆地內(nèi)油頁(yè)巖形成的沉積環(huán)境為貧氧的還原環(huán)境.

表5 寧安盆地HL Y1井油頁(yè)巖Ni、Co、V元素質(zhì)量比Table 5 Ratio of Ni、Co、V quality of HL Y1 drill oil shale in Ning'an basin

2.3.4 稀土元素

沉積巖中稀土元素鈰元素在氧化環(huán)境中容易富集,呈現(xiàn)明顯的正異常,在還原條件下的沉積環(huán)境中,鈰元素容易虧損,呈現(xiàn)明顯的負(fù)異常[22-24].按照寧安盆地油頁(yè)巖樣品相應(yīng)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)(見表4)計(jì)算結(jié)果,該區(qū)油頁(yè)巖具有鈰負(fù)異常和銪負(fù)異常(見表6),δCe的值分布在0.76～0.87之間,略低于1,指示研究區(qū)油頁(yè)巖形成于還原環(huán)境中.

表6 寧安盆地HL Y1井油頁(yè)巖稀土元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 6 REE geochemistry parameter of HL Y1 drill oil shale in Ning'an basin 10-6

3 結(jié)論

(1)寧安盆地古近系油頁(yè)巖中古植物類型以溫帶、亞熱帶的草本植物、落葉闊葉林為主,礦物組成含量體現(xiàn)富含高嶺石、伊蒙混層較少的特點(diǎn),說(shuō)明油頁(yè)巖形成時(shí)的氣候主要為溫帶-亞熱帶半濕潤(rùn)、濕潤(rùn)、多雨的氣候條件.

(2)寧安盆地古近系油頁(yè)巖中微量元素m(Mn)/m(Ti)值介于0.02～0.11之間,平均值為0.05;m(Sr)/m(Ba)值介于0.48～0.68之間,平均值為0.56,顯示油頁(yè)巖沉積在近岸、陸相淡水淺湖-沼澤環(huán)境中.

(3)寧安盆地古近系油頁(yè)巖中m(Ni)/m(Co)值介于1.97～3.02之間,平均值為2.54;m(Ni)/m(V)值介于0.10～0.39之間,平均值是0.20;m(V)/m(V+Ni)值介于0.72～0.91之間,平均值為0.84;稀土元素中具有鈰負(fù)異常和銪負(fù)異常,δCe的值分布在0.76～0.87之間,略低于1,表明盆地內(nèi)油頁(yè)巖形成的沉積環(huán)境為貧氧的還原條件.

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TE122.1

A

2095- 4107(2014)01- 0025- 06

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2014.01.004

2013- 12- 19;編輯:陸雅玲

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(40672088)

周動(dòng)力(1982-),男,碩士研究生,工程師,主要從事地質(zhì)勘探方面的研究.